CN101001038B - 永磁体型同步电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可抑制定子铁芯的聚磁力的下降、且可降低齿槽转矩的永磁体型同步电动机。在电动机(1)中，定子铁芯(31)由多个分割铁芯(310)构成，转子(4)具有配置在旋转轴(41)的周向上的分割永磁体(420)。在分割铁芯(310)中，在相邻极齿(311)的前端部(312)相互之间形成有间隙(38)，在前端面(313)上形成有将该前端面(313)沿周向等角度地分割的辅助槽(39)。

Description

永磁体型同步电动机

技术领域

本发明涉及一种永磁体型同步电动机(以下称为电动机)，尤其是涉及永磁体型同步电动机中的降低齿槽转矩(日文：コギングトルク)的结构。

背景技术

永磁体型同步电动机一般包括定子及转子，所述定子具有：以中间隔着切槽的形态等角度间隔地配置有向半径方向突出的多个极齿的定子铁芯、以及卷绕在极齿上的线圈，所述转子具有永磁体，该永磁体在隔着规定空隙地与极齿的前端面相对的周面上沿周向交替地配置有S极及N极。

在这种电动机中，因作用在定子铁芯与永磁体之间的磁引力而产生齿槽转矩，由于该齿槽转矩会导致转子的旋转不均，故不佳。因此，提出一种在极齿的前端面形成称为虚设切槽的辅助槽来降低整个电动机的齿槽转矩的技术(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利特开平11-18326号公报

但是，在像专利文献1那样使用具有多个极齿且周向上连设的所谓一体型的定子铁芯的场合，为了使卷绕线圈用的线嘴可进入到极齿间形成的切槽内，不得不加宽相邻极齿的前端部彼此间的间隙。因此，在相邻极齿的前端部彼此间的间隙产生的齿槽转矩变大，故为了抵消该齿槽转矩，还需要加大辅助槽。其结果是，存在定子铁芯的聚磁力下降的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可抑制定子铁芯的聚磁力的下降、且可降低齿槽转矩的电动机。

为了解决上述问题，本发明的永磁体型同步电动机，包括定子及转子，所述定子具有：以中间隔着切槽的形态等角度间隔地配置有向半径方向突出的多个极齿的定子铁芯、以及卷绕在所述极齿上的线圈，所述转子具有永磁体，该永磁体在隔着规定空隙与所述极齿的前端面相对的周面上沿周向交替地配置有S极及N极，其特征在于，所述定子铁芯沿周向配置有具有所述极齿的多个分割铁芯，在所述极齿的前端面上形成有将该前端面沿周向等角度地分割的辅助槽。

在本发明中，由于使用分割铁芯，故可在分割铁芯上卷绕好线圈后再周向配置分割铁芯来构成定子。因此，卷绕线圈用的线嘴没有必要通过极齿的前端部彼此间的间隙，从而可将极齿的前端部彼此间的间隙设定得较窄。因此，可减小在相邻极齿的前端部彼此间的间隙产生的齿槽转矩。另外，由于在极齿的前端面上形成有将该前端面沿周向等角度地分割的辅助槽，故可降低整个电动机的齿槽转矩。并且，由于极齿的前端部彼此间的间隙较窄，相应地辅助槽也可变窄，因而可抑制形成辅助槽引起的定子铁芯的聚磁力的降低。另外，当在极齿的前端面上形成辅助槽时，可抑制涡电流的产生。

在本发明中，所述永磁体最好由沿周向配置的多个分割永磁体构成。如此构成时，与使用一体型永磁体的情况相比，可降低成本。另外，若是分割永磁体，则在对磁体进行磁化时，不局限于径向的磁化，也可容易地进行平行磁化等异向磁化。由此，可容易地使感应电压的波形接近正弦波。

在本发明中，所述多个分割永磁体最好以周向相邻的分割永磁体彼此间分离的状态配置。如此构成时，在分割永磁体彼此间不能接触、或故意使其不接触的场合，通过将分割永磁体间的间隔设定为一定间隔，也可使磁极变化的部分一定。

在本发明中，所述多个分割永磁体最好以周向相邻的分割永磁体彼此间接触的状态配置。如此构成时，可容易且高效地进行将分割永磁体配置在周向时的作业。另外，由于以分割永磁体彼此间接触的状态配置，故可使磁极变化的部分一定。

在本发明中，最好所述多个分割永磁体的与所述极齿的前端面相对的面以下述曲率的圆弧面构成：使所述空隙的尺寸在周向的中央窄、在周向的两侧宽。所述极齿的前端面与永磁体的空隙越窄则聚磁力和感应电压越大但齿槽转矩也越大，但采用这种形状，则可不降低聚磁力和感应电压地减小齿槽转矩。

在本发明中，当所述多个极齿具有在前端侧向周向扩大的前端部时，最好所述多个极齿中的相邻极齿的前端部之间形成的间隙的开口面积与所述辅助槽的开口面积基本相等。如此构成时，由于在相邻极齿的前端部彼此间的间隙产生的齿槽转矩与在辅助槽产生的齿槽转矩基本相同，故可降低整个电动机的齿槽转矩。

在本发明中，最好所述多个极齿具有在前端侧向周向扩大的前端部，所述多个极齿中的相邻极齿的前端部之间形成的间隙的深度尺寸与所述辅助槽的深度尺寸基本相等。如此构成时，由于在相邻极齿的前端部彼此间的间隙产生的齿槽转矩与在辅助槽产生的齿槽转矩基本相同，故可降低整个电动机的齿槽转矩。

在本发明中，最好所述多个极齿具有在前端侧向周向扩大的前端部，所述多个极齿中的相邻极齿的前端部之间形成的间隙的内容积与所述辅助槽的内容积基本相等。如此构成时，由于在相邻极齿的前端部彼此间的间隙产生的齿槽转矩与在辅助槽产生的齿槽转矩相同，故可降低整个电动机的齿槽转矩。

在本发明中，所述辅助槽最好在所述极齿的前端面上形成有多个。

在本发明中，所述转子可以配置在所述定子的内侧。另外，在本发明中，所述转子可以配置在所述定子的外侧。

在本发明中，最好所述多个极齿具有在前端侧向周向扩大的前端部，所述多个极齿中的相邻极齿的前端部之间形成的间隙的开口宽度与所述辅助槽的开口宽度基本相等。如此构成时，由于在相邻极齿的前端部彼此间的间隙产生的齿槽转矩与在辅助槽产生的齿槽转矩基本相同，故可降低整个电动机的齿槽转矩。

在本发明中，由于定子使用分割铁芯，故可在分割铁芯上卷绕好线圈后再周向配置分割铁芯来构成定子。因此，卷绕线圈用的线嘴没有必要通过极齿的前端部彼此间的间隙，从而可将极齿的前端部彼此间的间隙设定得较窄。因此，可减小在相邻极齿的前端部彼此间的间隙产生的齿槽转矩。另外，由于在极齿的前端面上形成有将该前端面沿周向等角度地分割的辅助槽，故可降低整个电动机的齿槽转矩。并且，由于极齿的前端部彼此间的间隙较窄，相应地辅助槽也可变窄，因而可抑制形成辅助槽引起的定子铁芯的聚磁力的降低。另外，当在极齿的前端面上形成辅助槽时，可抑制涡电流的产生。

附图说明

图1是表示应用了本发明的电动机的构成的剖视图。

图2(a)、(b)分别是表示应用了本发明的定子铁芯的构成的剖视图、以及表示辅助槽的构成的说明图。

图3是表示分割铁芯的构成与齿槽转矩及感应电压的关系的说明图。

(元件符号说明)

1电动机                    3定子

4转子                      31定子铁芯

310分割铁芯                311极齿

312前端部                  313前端面

38前端部彼此间的间隙       39辅助槽

41旋转轴                   42永磁体

420分割永磁体

具体实施方式

下面参照附图对应用了本发明的电动机进行说明。本发明对于内转子型及外转子型均可适用，但以下对将本发明应用在内转子型电动机上的例子进行说明。

实施例1：

图1是表示应用了本发明的电动机的构成的剖视图。图2(a)、(b)分别是表示应用了本发明的定子铁芯的构成的剖视图、以及表示辅助槽的构成的说明图。

(整体构成)

如图1所示，本实施例的电动机1包括：筒状的电动机壳体22、配置在该电动机壳体22内的定子3、以及配置在该定子3内侧的转子4。电动机壳体22的电动机中心轴线M方向上的两端侧开口，轴承保持部件21以覆盖其中一方开口部的形态安装在电动机壳体22上，轴承保持部件23以覆盖另一方开口部的形态安装在电动机壳体22上。因此，轴承保持部件21及轴承保持部件23作为壳体部件使用。转子4在旋转轴41的外周面具有永磁体42，在旋转轴41的两端部上安装有保持在轴承保持部件21、23上的轴承43、44。

如图1及图2(a)所示，定子3包括定子铁芯31及线圈32，定子铁芯31以中间隔着称为切槽35的间隙的形态等角度间隔地配置有向半径方向内侧突出的多个极齿311，线圈32隔着绝缘体33卷绕在极齿311上，极齿311的前端面313隔开规定空隙地与永磁体42的外周面相对。在此，线圈32以在径向的内周侧薄、在外周侧厚的形态卷绕。

(定子铁芯的构成)

在如此构成的电动机1中，定子铁芯31构成为：具有极齿311的多个分割铁芯310在周向上等角度间隔地配置成圆环状。在本实施例中，定子3是9极，9个分割铁芯310以电动机中心轴线M为中心在周向上间隔40°地配置。在这些多个分割铁芯310中，各自的极齿311具有在前端侧向周向的两侧延伸的前端部312，在相邻极齿311的前端部312彼此间形成有间隙38。不过，在本实施例中，由于定子铁芯31使用分割铁芯310，故可在分割铁芯310上卷绕好线圈32后再周向配置分割铁芯310来构成定子3，因此，卷绕线圈32用的线嘴没有必要通过极齿311的前端部312彼此间的间隙38。因此，可将前端部312彼此间的间隙38的周向开口宽度d1和径向深度尺寸d2设定得较窄。例如，在本实施例中，前端部312彼此间形成的间隙38的开口宽度d1为0.8mm，深度尺寸d2为0.5mm。在本实施例中，定子铁芯31是通过压力加工等将薄板状的电磁钢板形成为规定形状，并将薄板状的电磁钢板层叠多片来构成的。

但是，即使极齿311的前端部312彼此间的间隙38较窄也会产生齿槽转矩，因此，在本实施例中，在极齿311的前端面313上形成有将该前端面313周向等角度地分割的切槽状的辅助槽39。该辅助槽39在电动机中心轴线M方向上连续地形成。这种辅助槽39的数量可根据分割铁芯310的尺寸等设定为最佳值，但在本实施例中，由于一个分割铁芯310以电动机中心轴线M为中心占据40°的角度θc，故在极齿311的前端面313，以电动机中心轴线M为中心以13.3°的角度间隔形成两个辅助槽39，从而在极齿311的前端面313，三个区域的角度范围θa、θb均为13.33°。在本实施例中，辅助槽39形成为角型形状。

(永磁体的构成)

在本实施例中，转子4的配置于旋转轴41周围的永磁体42由等角度间隔地配置成圆环状的多个分割永磁体420构成。在本实施例中，永磁体42由六个分割永磁体420构成。

在此，六个分割永磁体420以周向相邻的分割永磁体420彼此间不留间隙地接触的状态配置。

另外，六个分割永磁体420的内周面形成为以电动机中心轴线M为中心的圆弧面，但与极齿311的前端面313相对的外周面以下述曲率的圆弧面构成：使与极齿311的前端面313之间形成的空隙的尺寸在周向的中央窄、在周向的两侧宽。

(本实施例的主要效果)

如上所述，在本实施例中，由于定子铁芯31使用分割铁芯310，故可在分割铁芯310上卷绕好线圈32后再周向配置分割铁芯310来构成定子3。因此，卷绕线圈32用的线嘴没有必要通过极齿311的前端部312彼此间的间隙38，从而可将前端部312彼此间的间隙38设定得较窄。因此，在极齿311的前端部312彼此间的间隙38产生的齿槽转矩小。

另外，由于在极齿311的前端面313上形成有将该前端面313周向等角度地分割的辅助槽39，故可降低整个电动机的齿槽转矩。

例如，针对图3(a)所示的在极齿311的前端面313上将辅助槽39以电动机中心轴线M为中心周向等角度间隔地形成的情况、图3(b)所示的在极齿311的前端面313上没有形成辅助槽39的情况、图3(c)所示的在极齿311的前端面313上将辅助槽39以电动机中心轴线M为中心形成在周向偏离等角度间隔的位置的情况，对齿槽转矩及感应电压进行模拟，得到图3(d)、(e)所示的结果。图3(d)是比较齿槽转矩的模拟结果的图表，图3(e)是比较感应电压的模拟结果的图表。另外，在图3(d)、(e)中，图3(a)所示的将辅助槽39等角度间隔地形成时的测量结果用实线La表示，图3(b)所示的没有形成辅助槽39时的测量结果用实线Lb表示，图3(c)所示的将辅助槽39形成在偏离等角度间隔的位置时的测量结果用实线Lc表示。

由图3(d)可知，与没有形成辅助槽39时(图3(b)所示的形状)和将辅助槽39形成在偏离等角度间隔的位置时(图3(c)所示的形状)相比，图3(a)所示的本发明的构成可大幅降低齿槽转矩。另外，如图3(e)所示，与采用没有形成辅助槽39的构成(图3(b)所示的形状)和将辅助槽39形成在偏离等角度间隔的位置的构成(图3(c)所示的形状)时相比，采用图3(a)所示的构成时也不会导致感应电压下降。

并且，采用本实施例，由于定子铁芯31使用分割铁芯310，故可将相邻极齿311的前端部312彼此间的间隙38设定得较窄，相应地也可使极齿311的前端面313上形成的辅助槽39变窄，因而可抑制形成辅助槽39引起的定子铁芯31的聚磁力的降低。

而且，当在极齿311的前端面313上形成辅助槽39时，在聚磁的前端面313上形成的凹凸使得磁路中的空隔变大，聚磁的磁通量局部性地减少。由此，可降低在聚磁的前端面313的表面上产生的过电流，从而可抑制涡电流的产生。

在此，辅助槽39的周向开口宽度最好与相邻极齿311的前端部312之间形成的间隙38的周向开口宽度d1相等。另外，辅助槽39的径向深度尺寸最好与相邻极齿311的前端部312之间形成的间隙38的径向深度尺寸d2相等。另外，单个辅助槽39的开口面积最好与相邻极齿311的前端部312之间形成的间隙38的开口面积相等，且单个辅助槽39的内容积最好与相邻极齿311的前端部312之间形成的间隙38的内容积相等。如此构成时，由于在极齿311的前端部312彼此间的间隙38产生的齿槽转矩与在辅助槽39形成的齿槽转矩相等，故可降低整个电动机的齿槽转矩。

另外，在本实施例中，作为永磁体42使用分割永磁体420，故与使用一体型的永磁体的情况相比，可降低成本。另外，若是分割永磁体420，则在对磁体进行磁化时，不局限于径向的磁化，也可容易地进行平行磁化等异向磁化。由此，可容易地使感应电压的波形接近正弦波。

而且，在本实施例中，多个分割永磁体420以周向相邻的分割永磁体420彼此间不留间隙地接触的状态配置，因此可容易且高效地进行将分割永磁体420配置在周向时的作业。另外，由于以分割永磁体420彼此间接触的状态配置，故可使磁极变化的部分一定。另外，若周向相邻的分割永磁体420彼此间不是直接接触，则通过将分割永磁体420间的间隔设定为一定间隔，也可使磁极变化的部分一定。

再者，分割永磁体420的与极齿311的前端面313相对的外周面以下述曲率的圆弧面构成：使与极齿311的前端面313之间形成的空隙的尺寸在周向的中央窄、在周向的两侧宽。在此，极齿311的前端面313与永磁体42的空隙越窄则聚磁力和感应电压越大但齿槽转矩也越大，但采用这种形状，则可不降低聚磁力和感应电压地减小齿槽转矩。

即，当将极齿311的前端面313所构成的假想圆的半径固定为20mm时，若将永磁体42的外周面所构成的假想圆的半径(转子4的半径)设定为15.9mm，则分割永磁体420的曲率如下变化时感应电压emf[vp-p]和齿槽转矩T[mNmp-p]的值如下：

分割永磁体的曲率       感应电压        齿槽转矩

14                     132.2           0.905

13                     130.9           0.672

12                     129.3           0.480

11                     127.3           0.315

10                     124.6           0.183

9                      120.9           0.100

8                      115.8           0.063

但为了不使感应电压emf[vp-p]降低而使永磁体42的外周面所构成的假想圆的半径r[mm](转子4的半径)如下变化时，则得到下述结果：

转子的半径        感应电压         齿槽转矩

15.9              115.8            0.063

16.0              121.4            0.092

16.1              127.3            0.139

16.2              131.5            0.209

这样，若加大永磁体42的外周面所构成的假想圆的半径(转子4的半径)，则可抑制感应电压的降低，但随着永磁体42的外周面所构成的假想圆的半径(转子4的半径)的增大，齿槽转矩也变大。因此，通过设置辅助槽39，可抑制感应电压的降低，且可实现齿槽转矩的降低。

[其他实施例]

在上述实施例中，采用了在极齿311的前端面313上各形成两个辅助槽39的构成，但如果分割铁芯310的内径较大则可以各设置三个辅助槽39，如果分割铁芯310的内径较小则可以各设置一个辅助槽39。

另外，在上述实施例中，相邻极齿311的前端部312之间形成的间隙38的周向开口宽度d1为0.8mm，径向深度尺寸d2为0.5mm，但间隙38的周向开口宽度d1例如可设定在0.4～1.6mm，径向深度尺寸d2例如可设定在0.3～1.2mm，因此，辅助槽39的尺寸只要构成为开口宽度或深度尺寸与间隙38相等、甚至最好开口面积或内容积相等即可。

另外，在上述实施例中，分割永磁体420采用了以不留间隙地相互接触的状态固接在旋转轴41上的构成，但也可采用将分割永磁体420以各自分离的状态固接在旋转轴41上的构成。

另外，上述实施例是将转子4配置在定子3内侧的内转子型的电动机1，但也可采用转子4配置在定子3外侧的外转子型电动机1的构成。

Claims (9)

1.一种永磁体型同步电动机，包括定子及转子，所述定子具有：以中间隔着切槽的形态等角度间隔地配置有向半径方向突出的多个极齿的定子铁芯、以及卷绕在所述极齿上的线圈，所述转子具有永磁体，该永磁体在隔着规定空隙与所述极齿的前端面相对的周面上沿周向交替地配置有S极及N极，其特征在于，

所述定子铁芯由沿周向配置的具有所述极齿的多个分割铁芯构成，

在所述极齿的前端面上形成有将该前端面以电动机中心轴线为中心沿周向等角度地分割的辅助槽，

所述多个极齿具有在前端侧向周向扩大的前端部，

所述多个极齿中的相邻极齿的前端部之间形成的间隙的开口宽度与所述辅助槽的开口宽度相等，且所述间隙的深度尺寸与所述辅助槽的深度尺寸相等，并且，所述间隙沿径向上的开口面积与所述辅助槽沿径向上的开口面积相等。

2.如权利要求1所述的永磁体型同步电动机，其特征在于，所述永磁体

由沿周向配置的多个分割永磁体构成。

3.如权利要求2所述的永磁体型同步电动机，其特征在于，所述多个分割永磁体以周向相邻的分割永磁体彼此间分离的状态配置。

4.如权利要求2所述的永磁体型同步电动机，其特征在于，所述多个分割永磁体以周向相邻的分割永磁体彼此间接触的状态配置。

5.如权利要求2所述的永磁体型同步电动机，其特征在于，所述多个分割永磁体的与所述极齿的前端面相对的面以下述曲率的圆弧面构成：使所述空隙的尺寸在周向的中央窄、在周向的两侧宽。

6.如权利要求1所述的永磁体型同步电动机，其特征在于，所述多个极齿中的相邻极齿的前端部之间形成的间隙的内容积与所述辅助槽的内容积相等。

7.如权利要求1所述的永磁体型同步电动机，其特征在于，所述转子配置在所述定子的内侧。

8.如权利要求1所述的永磁体型同步电动机，其特征在于，所述转子配置在所述定子的外侧。

9.如权利要求1所述的永磁体型同步电动机，其特征在于，所述辅助槽在所述极齿的前端面上形成有多个。

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