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CN103095012B - 转子以及电动机 - Google Patents

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CN103095012B
CN103095012B CN201210440786.XA CN201210440786A CN103095012B CN 103095012 B CN103095012 B CN 103095012B CN 201210440786 A CN201210440786 A CN 201210440786A CN 103095012 B CN103095012 B CN 103095012B
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magnetic poles
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Abstract

本发明提供一种可以降低磁通密度偏差的转子。具有轴向的转子具备:至少一对转子芯,沿所述轴向排列;以及励磁磁石,配置在所述转子芯彼此之间,并沿所述轴向磁化。各个转子芯具有在轴向延伸的多个爪状磁极。所述各个转子芯具备磁通控制部,所述磁通控制部使磁通适当地流向所述爪状磁极。

Description

转子以及电动机
技术领域
本发明涉及一种转子以及电动机。
背景技术
以前,已知有所谓的永久磁石励磁的爪极型(Lundell)构造的转子。例如,可以参照日本实开平5-43749号公报。该转子具备多对(例如2对)磁极板,和被夹持在各对磁极板彼此之间的永久磁石。各对磁极板具有圆盘部和沿着转子的圆周方向配置的多个凸缘部,各对磁极板彼此之间组装在一起。永久磁石中,相邻凸缘部形成为彼此相异的磁极。各对磁极板配置为,相同极性的圆盘部彼此相接。例如,在2对磁极板的情况下,作为N极的2个圆盘部配置在转子的轴向两端,作为S极的2个圆盘部在轴向相邻配置。
对于具备上述转子的电动机,具有提高性能(例如,高输出化)的要求。然而,各凸缘部的磁通密度受磁极板的配置位置的影响。因此,对于转子,具有降低磁通密度偏差的要求。
发明内容
本发明的目的为提供一种可以降低磁通密度偏差的转子以及电动机。
为了达成上述目的,本发明的一个方式为一种具有轴向的转子。该转子具备:至少一对转子芯,沿所述轴向排列;以及励磁磁石,配置在所述转子芯彼此之间,并沿所述轴向磁化。各个转子芯具有在轴向延伸的多个爪状磁极,所述各个转子芯具备磁通控制部,所述磁通控制部使磁通适当地流向所述爪状磁极。
本发明的另一方式为具备上述转子的电动机。
本发明的另一个方式为一种电动机,具备:上述转子;和环状的定子,该定子配置在卷装了绕组的所述转子的径向外侧,其中,所述磁通控制部为所述转子芯,所述转子的转子芯的轴向长度比所述定子芯的轴向长度更长。
本发明的另一个方式为一种具有轴向以及径向的转子,其中,具备:多对转子芯,沿所述轴向排列;和励磁磁石,配置在各对转子芯彼此之间,并沿所述轴向磁化,各个转子芯分别具备:圆盘状的芯基座;和多个爪状磁极,所述多个爪状磁极从所述芯基座的外周部沿所述径向延伸的同时沿所述轴向延伸,所述各对的第1以及第2转子芯配置为,各个转子芯的爪状磁极相互在所述轴向上朝相反的方向延伸,并沿所述圆周方向交替地排列,所述各个转子芯配置为,具有相同极性的转子芯彼此相邻并且在所述圆周方向上错开。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的电动机的概略剖视图。
图2是图1的转子的概略侧视图。
图3A是显示图2的转子的转子芯,辅助磁石、极间磁石的图。
图3B是显示图2的转子的转子芯,辅助磁石、极间磁石的图。
图4是图2的转子的概略剖视图。
图5A是显示爪状磁极的其他例的图。
图5B是显示爪状磁极的其他例的图。
图5C是显示爪状磁极的其他例的图。
图5D是显示爪状磁极的其他例的图。
图5E是显示爪状磁极的其他例的图。
图5F是显示爪状磁极的其他例的图。
图6是本发明的第2实施方式的转子的概略立体图。
图7A是显示图6的转子芯,极间磁石的图。
图7B是显示图6的转子芯,极间磁石的图。
图8A是显示图6的转子芯的概略立体图。
图8B是显示图6的转子芯的概略立体图。
图9是图6的转子的概略剖视图、
图10A是显示爪状磁极的其他例的图。
图10B是显示爪状磁极的其他例的图。
图10C是显示爪状磁极的其他例的图。
图10D是显示爪状磁极的其他例的图。
图11A是本发明的第3实施方式的转子的概略立体图。
图11B是本发明的第3实施方式的转子的概略立体图。
图12A是显示图11A的转子芯,极间磁石的图。
图12B是显示图11A的转子芯,极间磁石的图。
图13是图11的转子的概略剖视图。
图14A是显示爪状磁极的其他例的图。
图14B是显示爪状磁极的其他例的图。
图15是本发明的第4实施方式的转子的概略立体图。
图16A是图15的转子芯,辅助磁石、极间磁石的说明图。
图16B是图15的转子芯,辅助磁石、极间磁石的说明图。
图17是本发明的第5实施方式中的转子的立体图。
图18是图17的转子的剖视图。
图19A是显示轴向两端的转子芯的爪状磁极的立体图。
图19B是显示轴向中心侧的转子芯的爪状磁极的立体图。
图20是本发明的第6实施方式的电动机的剖视图。
图21A是从第1芯部件侧看图20的转子时的立体图。
图21B是从第2芯部件侧看图20的转子时的立体图。
图22是图20的转子的剖视图。
图23是为了说明图20的转子、电枢芯以及壳体的底部的尺寸的示意图。
图24是显示转子芯与壳体的之间的间隙宽度G2和转子芯与电枢芯之间的径向的间隙宽度G1的比G2/G1、与交链磁通量的関係的图表。
图25是其他例中的转子的剖视图。
图26是本发明的第7实施方式中的电动机的剖视图。
图27是图26的转子的立体图。
图28是图26的转子的剖视图。
图29是显示图26的转子芯彼此之间的错开角度θ和交链磁通量的関係的图表。
图30是显示图26的转子芯彼此之间的错开角度θ和齿槽转矩的関係的图表。
图31是其他例中的转子的立体图。
图32是显示图31的转子芯彼此之间的错开角度θ和交链磁通量的関係的图表。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下,根据附图对将本发明具体化的第1实施方式进行说明。
如图1所示,电动机1的电动机外壳2具备:具有后侧(图1中为右侧)的底部和前侧的(图1中为左侧)的开口部的筒状的壳体3;和将壳体3的开口部闭塞的端板4。壳体3的后侧的端部上安装有收容电路板等电源电路的箱5。壳体3的内周面上固定有定子6。定子6具备:具有向径向内侧延伸的多个齿的电枢芯7;和卷绕安装在电枢芯7的各齿上的分段导体(SC)绕组8。转子11具有旋转轴12,被配置在定子6的径向内侧。旋转轴12由非磁性金属制成,被分别配置在壳体3的底部3a和端板4上的轴承13,14以能够旋转的形式支承。
如图2所示,转子11具有沿旋转轴12配设的第1-第4转子芯21-24。
如图3A所示,第1转子芯21具有形成为圆盘状的芯基座21a。芯基座21a固装在旋转轴12上。在芯基座21a的外周部,形成有朝径向外侧延伸的多个(本实施方式为5个)爪状磁极21b。在转子11的圆周方向上、即在芯基座21a的圆周方向上相邻的爪状磁极21b彼此之间的间隔相互相等。
如图2所示,各个爪状磁极21b形成为从转子11的径向看呈长方形。如图3A所示,爪状磁极21b形成为从转子11的轴向看大致为圆弧状。各个爪状磁极21b在圆周方向上的宽度(外周的弧的长度)L3比在圆周方向上相邻的爪状磁极21b彼此之间的间隔L4小。
如图3B所示,第2转子芯22和第1转子芯21同样地具有形成为圆盘状并固装在旋转轴12上的芯基座22a。在芯基座22a的外周部形成有朝径向外侧延伸的多个(本实施方式为5个)爪状磁极22b。在转子11的圆周方向上、即在芯基座22a的圆周方向上相邻的爪状磁极22b彼此之间的间隔相互相等。
如图2所示,各个爪状磁极22b和第1转子芯21的爪状磁极21b同样地形成为从转子11的径向看呈长方形。如图3B所示,此爪状磁极22b形成为从转子11的轴向看呈大致圆弧状。各个爪状磁极22b在圆周方向的宽度(外周的弧的长度)L5比在圆周方向上相邻的爪状磁极22b彼此之间的间隔L6小。
如图4所示,在轴向上第1转子芯21和第2转子芯22之间配置有环状磁石25。本实施方式的环状磁石25形成为圆环状。环状磁石25的外径φ1与第1以及第2转子芯21,22的芯基座21a,22a的外径φ2相等。第1以及第2转子芯21,22以其爪状磁极21b,22b沿转子11的圆周方向交替地配置的形式固定在旋转轴12上。环状磁石25被第1以及第2转子芯21,22的芯基座21a,22a在旋转轴12的轴向上夹持。
环状磁石25为具有第1以及第2主面的平板状的永久磁石,沿着表裏方向、也就是说旋转轴12的轴向被磁化。第1主面、例如、N极的面与第1转子芯21的芯基座21a紧贴的同时,第2主面、例如S极的面与第2转子芯22的芯基座22a紧贴。因此,在环状磁石25中,第1转子芯21的爪状磁极21b作为第1磁极、例如N极发挥作用,第2转子芯22的爪状磁极22b作为第2磁极、例如S极发挥作用。
第1转子芯21的芯基座21a具有与环状磁石25的第1主面接触的内侧端面,和在轴向上与该内侧端面对置的外侧端面(轴向外侧端面)。第2转子芯22的芯基座22a具有与环状磁石25的第2主面接触的内侧端面,和在轴向上与该内侧端面对置的外侧端面(轴向外侧端面)。爪状磁极21b从第1转子芯21的轴向外侧端面延伸至第2转子芯22的轴向外侧端面。爪状磁极22b从第2转子芯22的轴向外侧端面延伸至第1转子芯21的轴向外侧端面。
如图3B所示,各个爪状磁极21b的背面(径向内侧的面)和芯基座22a的外周面之间,配置有第1背面辅助磁石26。第1背面辅助磁石26形成为从旋转轴12的轴向看呈圆弧状。第1背面辅助磁石26的外周面抵接在爪状磁极21b的背面(径向内侧的面),第1背面辅助磁石26的内周面抵接在芯基座22a的外周面。第1背面辅助磁石26的圆周方向宽度比爪状磁极21b的圆周方向宽度窄。第1背面辅助磁石26的中心线、也就是说与旋转轴12的轴中心平行且通过背面辅助磁石26的圆周方向中心的直线,和爪状磁极21b的中心线、也就是说与旋转轴12的轴中心平行且通过爪状磁极21b的圆周方向中心的直线,相互一致。第1背面辅助磁石26沿径向磁化,使得靠爪状磁极21b背面的部分与爪状磁极21b同样地作为第1磁极、例如N极发挥作用,靠芯基座22a的部分与芯基座22a同样地作为第2磁极、例如S极发挥作用。
如图3A所示,在各个爪状磁极22b的背面(径向内侧的面)和芯基座21a的外周面之间,配置有第2背面辅助磁石27。第2背面辅助磁石27形成为从旋转轴12的轴向看呈圆弧状。第2背面辅助磁石27的外周面抵接在爪状磁极22b的背面(径向内侧的面),第2背面辅助磁石27的内周面抵接在芯基座21a的外周面。第2背面辅助磁石27的圆周方向宽度比爪状磁极22b的圆周方向宽度窄。第2背面辅助磁石27的中心线、也就是说与旋转轴12的轴中心平行且通过背面辅助磁石27的圆周方向中心的直线,和爪状磁极22b的中心线、也就是说与旋转轴12的轴中心平行且通过爪状磁极22b的圆周方向中心的直线,相互一致。第2背面辅助磁石27沿径向磁化,使得靠爪状磁极22b的背面的部分与爪状磁极22b同样地作为第2磁极、例如S极发挥作用,靠芯基座21a的部分与芯基座21a同样地作为第1磁极、例如N极发挥作用。
如图4所示,第1背面辅助磁石26沿轴向从第1转子芯21(芯基座21a)的内侧端面(轴向内侧端面)延伸至第2转子芯22(芯基座22a)的外侧端面。第2背面辅助磁石27沿轴向从第2转子芯22(芯基座22a)的内侧端面延伸至第1转子芯21(芯基座21a)的外侧端面。
如图4所示,配置在旋转轴12的轴向两端的第1转子芯21和第4转子芯24形成为相互相同的形状。配置在第1转子芯21和第4转子芯24之间的第2转子芯22和第3转子芯23形成为相互相同的形状。
在第3转子芯23和第4转子芯24之间配置有环状磁石28。环状磁石28为形成为与上述环状磁石25相同的形状的、具有第3以及第4主面的平板状的永久磁石,以与环状磁石25同样地形式被磁化。
第4主面、例如N极的面与第4转子芯24的芯基座24a紧贴的同时,第3主面(例如S极的面)与第3转子芯23的芯基座23a紧贴。因此,在环状磁石28中,第4转子芯24的爪状磁极24b作为第4磁极、例如N极发挥作用,第3转子芯23的爪状磁极23b作为第3磁极、例如S极发挥作用。
在第3转子芯23的各个爪状磁极23b的背面(径向内侧的面)和芯基座24a的外周面之间配置有第3背面辅助磁石29。第3背面辅助磁石29形成为从旋转轴12的轴向看呈圆弧状。第3背面辅助磁石29的一对圆周方向侧面、也就是说内周面以及外周面分别与对应的爪状磁极23b的内周面以及外周面位于同一平面上。第3背面辅助磁石29沿径向磁化,使得靠爪状磁极23b的背面的部分与爪状磁极23b同样地作为第3磁极、例如S极发挥作用,靠芯基座24a的部分与芯基座24a同样地作为第4磁极、例如N极发挥作用。
各个爪状磁极24b的背面(径向内侧的面)和芯基座23a的外周面之间配置有第4背面辅助磁石30。第4背面辅助磁石30形成为从旋转轴12的轴向看呈圆弧状。第4背面辅助磁石30的内周面以及外周面分别与对应的爪状磁极24b的内周面以及外周面位于同一平面。第4背面辅助磁石30沿径向磁化,使得靠爪状磁极24b的背面的部分与爪状磁极24b同样地作为第4磁极、例如N极发挥作用,靠芯基座23a的部分与芯基座23a同样地作为第3磁极、例如S极发挥作用。
如图2所示,第1以及第4转子芯21,24以各自的爪状磁极21b,24b沿旋转轴12的轴向排列的形式安装在旋转轴12上。第1以及第4转子芯21,24以各自的爪状磁极21b,24b朝相互相反的方向延伸的形式配置。因此,第1转子芯21的爪状磁极21b的顶端和第4转子芯24的爪状磁极24b的顶端相互抵接。
同样地,第2转子芯22以及第3转子芯23以各自的爪状磁极22b,23b沿旋转轴12的轴向排列的形式安装在旋转轴12上。第2转子芯22以及第3转子芯23以各自的爪状磁极22b,23b朝相互相反的方向延伸的方式配置。因此,第2转子芯22的爪状磁极22b的基端和第3转子芯23的爪状磁极23b的基端相互抵接。
如图3A所示,在圆周方向上相邻的爪状磁极21b,22b之间配置有极间磁石31。如图2所示,各个极间磁石31形成为从旋转轴12的径向看呈长方形。如图2所示,各个极间磁石31沿旋转轴12的轴向延伸。各个极间磁石31的轴向的长度与从在旋转轴12的轴向露出的2个端面、即第1转子芯21的轴向外侧端面到第4转子24的轴向外侧端面为止的距离相等。
如图3A所示,各个极间磁石31配置为,从轴向看时,通过圆周方向中心的面与转子11的径向之间有角度。即,各个转子芯21-24的爪状磁极21b-24b的圆周方向端面形成为,分别配置在相邻的爪状磁极彼此之间的极间磁石31与各个转子芯21-24的径向之间有角度。例如,如图3A所示,爪状磁极21b形成为,通过在圆周方向两侧相邻的2个极间磁石31的各个圆周方向中心的线段(用点划线表示)彼此的交点O1比转子11的旋转中心O、即旋转轴12的轴中心更靠径向外侧,位于接近爪状磁极21b的位置。另外,此交点O1位于连接爪状磁极21b的圆周方向的中心和旋转轴12的轴中心的线上。也就是说,爪状磁极21b的圆周方向两侧面的角度被设定为,在圆周方向上与爪状磁极21b相邻的2个极间磁石31相对于爪状磁极21b的圆周方向中心线对称配置。
另外,如图3B所示,爪状磁极22b形成为,通过在圆周方向两侧相邻的2个极间磁石31的各个圆周方向中心的线段(用点划线表示)彼此的交点O2比转子11的旋转中心O、即旋转轴12的轴中心更靠径向外侧,位于远离爪状磁极22b的位置。另外,此交点O2位于连接爪状磁极22b的圆周方向的中心和旋转轴12的轴中心的线上。也就是说,爪状磁极22b的圆周方向两侧面的角度被设定为,在圆周方向上与爪状磁极22b相邻的2个极间磁石31相对于爪状磁极22b的圆周方向中心线对称配置。
因此,爪状磁极21b的基端部的圆周方向的宽度(图3A参照)比爪状磁极22b的基端部的圆周方向的宽度(图3B参照)窄。具体地讲,将各个爪状磁极为相同形状时的基端部的宽度作为基准宽度L0。爪状磁极21b的基端部的宽度L1比基准宽度L0窄ΔL,而爪状磁极22b的基端部的宽度L2比基准宽度L0宽ΔL。
各个极间磁石31磁化为,在圆周方向上和爪状磁极相邻的面具有与该相邻的爪状磁极相同的极性。例如,各个极间磁石31沿着通过与旋转轴12的轴中心垂直的平面、并与该平面上的各个极间磁石的圆周方向中心相垂直的方向磁化。也就是说,极间磁石31磁化为,与爪状磁极21b接触的面作为N极发挥作用,与爪状磁极22b接触的面作为S极发挥作用。
如图2所示,在爪状磁极21b-24b的顶端分别形成有多个(本实施方式为2个)辅助槽21h-24h。如图3A以及图3B所示,各个辅助槽21h-24h在各个爪状磁极21b-24b上分别向径向外侧和径向内侧开口。也就是说,各个辅助槽21h-24h沿着转子11的径向在转子芯21的外周面和内周面之间延伸。另外,第3转子23与第2转子芯22形状相同,第4转子芯24与第1转子芯21形状相同,因此,在图3A以及图3B中,用括号表示与第3转子芯23以及第4转子芯24的部件对应的符号。在第1实施方式中,辅助槽21h-24h是作为磁通控制部的磁通限制部。
如图3B所示,形成于爪状磁极21b顶端的2个辅助槽21h处在从转子11的轴向看时相对于爪状磁极21b的圆周方向中心线对称的位置上。同样地,形成于各个爪状磁极22b-24b的顶端的2个辅助槽22h-24h处在相对于各个爪状磁极22b-24b的圆周方向中心线对称的位置。
接着,说明上述电动机1的作用。
在电动机1中,驱动电流经由箱5内的电源电路供给至分段导体(SC)绕组8时,在定子6上产生使转子11旋转的磁场,转子11被旋转驱动。
在转子11中,环状磁石25使爪状磁极21b作为第1磁极发挥作用,使爪状磁极22b作为第2磁极发挥作用。在圆周方向上相邻的爪状磁极21b和爪状磁极22b之间配置的极间磁石31的各个圆周方向面磁化为具有与相邻的爪状磁极的极性相同的极性。因此,各个极间磁石31阻碍形成从爪状磁极21b到爪状磁极22b的直接磁通。其结果,爪状磁极21b和爪状磁极22b之间的直接的漏磁通减少。
配置在爪状磁极21b的内侧端面和芯基座22a之间的第1背面辅助磁石26的各个径向面磁化为具有与爪状磁极的极性相同的极性。因此,第1背面辅助磁石26阻碍形成从爪状磁极21b到芯基座22a的直接磁通。其结果,爪状磁极21b和芯基座22a之间直接漏磁通减少。
同样地,配置在爪状磁极22b的内侧端面和芯基座21a之间的第2背面辅助磁石27的各个径向面磁化为具有与爪状磁极的极性相同的极性。因此,第2背面辅助磁石27阻碍形成从爪状磁极22b到芯基座21a的直接磁通。其结果,爪状磁极22b和芯基座21a之间直接漏磁通减少。
另外,被磁化的极间磁石31的N极与相同极性的爪状磁极21b相接,S极与爪状磁极22b相接。同样地,被磁化的第1背面辅助磁石26的N极与相同极性的爪状磁极21b相接,S极与相同极性的芯基座22a相接。因此,爪状磁极21b和定子6之间产生的磁通包含由环状磁石25产生的磁通、由第1背面辅助磁石26产生的磁通、以及由极间磁石31产生的磁通。这样,从转子11到定子6的磁通量比仅由环状磁石25产生的磁通量增多。
如图4所示,第1-第4转子芯21-24沿旋转轴12的轴向(在图4中为上下方向)排列。第1转子芯21和第2转子芯22之间配置有环状磁石25,第3转子芯23和第4转子芯24之间配置有环状磁石28。
如图1所示,转子11的主磁通由环状磁石25经由第1转子芯21的芯基座21a,爪状磁极21b朝向定子6。该主磁通的大部分从靠爪状磁极21b的轴向基端(图4中上侧)朝向定子6。因此,在各个爪状磁极21b中,在靠轴向基端的磁通密度和靠轴向顶端的磁通密度之间会出现差别。如图2所示,各个爪状磁极21b形成为从径向看呈长方形。因此,在没有形成辅助槽21h的各个爪状磁极21b上,会产生磁通密度分布的偏差。例如,在1个爪状磁极中,沿圆周方向的磁通密度大致相等,而在其他的爪状磁极中,圆周方向中央的磁通密度比圆周方向两端的磁通密度高。
在本实施方式的爪状磁极21b的顶端形成有2个辅助槽21h。因此,朝向定子6的主磁通集中在爪状磁极21b上没有形成辅助槽21h的部分。也就是说,辅助槽21h限制了从爪状磁极21b的外周面朝向定子6的磁通的位置。在各个爪状磁极21b的相同位置形成有辅助槽21h。因此,形成了从各个爪状磁极21b的相对相同的位置朝向定子6的磁通。这样,通过限制磁通的位置,各个爪状磁极21b上磁通密集的部分相同、也就是说各个爪状磁极21b上的磁通密度分布相同。
另外,以上对第1转子芯21的爪状磁极21b进行了说明,而第2-第4转子芯22-24的爪状磁极22b-24b也相同。即,形成在各个爪状磁极22b-24b的顶端的辅助槽22h-24h对各个爪状磁极22b-24b的外周面上产生磁通的位置进行限制。由此,在各个转子芯22-24上形成的多个爪状磁极22b-24b的磁通密度分布的偏差被降低。进一步,爪状磁极21b的辅助槽21h和爪状磁极24b的辅助槽24h分别沿着轴向形成。因此,爪状磁极21b和爪状磁极24b上的磁通密度分布的偏差被降低。同样地,爪状磁极22b的辅助槽22h和爪状磁极23b的辅助槽23h分别降低爪状磁极22b和爪状磁极23b的磁通密度分布的偏差。
如图3A以及图3B所示,爪状磁极21b的基端部的圆周方向的宽度L1比各个转子芯21-24的爪状磁极21b-24b为同一形状时的基准宽度L0窄ΔL,爪状磁极22b的基端部的圆周方向的宽度L2比基准宽度L0宽ΔL。因此,通过配置于在圆周方向上相邻的爪状磁极21b和爪状磁极22b之间的各个极间磁石31的圆周方向中心的线段的交点O1、O2,与各个爪状磁极21b、22b的圆周方向中心线的交点、即转子11的旋转中心O错开。因此,在转子11旋转的时候,各个极间磁石31通过离心力被向爪状磁极21b的圆周方向侧面按压。所以,可以防止转子11从各个极间磁石31脱落。
爪状磁极21b的基端部的圆周方向的宽度L1比各个转子芯21-24的爪状磁极21b-24b为同一形状的时候的基准宽度L0窄。因此,与以基端部的圆周方向宽度为相同基准宽度的方式形成的转子芯相比,第1以及第4转子芯21,24的体积比较小,所以减少了使用材料(例如铁材)的量。另外,由于体积小,转子11变轻。
如图4所示,具有作为相同极性(本实施方式为N极)发挥作用的爪状磁极21b,24b的转子芯21,24的芯基座21a,24a在轴向两侧露出。因此,产生了不从这些芯基座21a,24a朝向爪状磁极21b,24b的磁通(漏磁通)。另一方面,分别具有作为S极发挥作用的爪状磁极22b,23b的转子芯22,23的芯基座22a,23a相互相邻的同时,环状磁石25,28在其轴向外侧相邻,所以在轴向没有露出。因此,在这些芯基座22a,23a上则不产生漏磁通。由此,在从芯基座21a,24a朝向爪状磁极21b,24b的磁通量和从爪状磁极22b,23b朝向芯基座22a,23a的磁通量之间就产生了差别。
在此,在各个转子芯21-24的爪状磁极21b-24b为相同形状的情况下,能够通过配置在内侧的转子芯22,23的爪状磁极22b,23b的各基端部的磁通量决定了环状磁石25,28的磁力。这是因为,即使环状磁石25,28所发出的磁通量很多,如果在爪状磁极22b,23b的各个基端部发生磁饱和,则不能成为对于旋转有效的磁通。此时,由于在配置于轴向两端的转子芯21,24产生漏磁通,在这些转子芯21,24的爪状磁极21b,24b的各个基端部不会发生磁饱和。
另一方面,在采用本实施方式的爪状磁极21b-24b的情况下,如图3A以及图3B所示,爪状磁极21b,24b的各个基端部的宽度L1比各个转子芯21-24的爪状磁极21b-24b为相同形状时的各个基端部的宽度、也就是说比基准宽度L0窄,爪状磁极22b,23b的各个基端部的宽度L2比基准宽度L0宽。因此,在采用在具备基准宽度L0的爪状磁极的转子芯中使用的环状磁石时,在爪状磁极22b,23b中不会发生磁饱和。也就是说,可以增大环状磁石的磁力。另外,在使用环状磁石的情况下,本实施方式的爪状磁极21b,24b的各个基端部的宽度也被设定为不发生磁饱和的值。例如,各个爪状磁极21b-24b的各个基端部的宽度和环状磁石25,28的磁力被设定为在各个爪状磁极21b-24b上不发生磁饱和。使用这样增大了磁力的环状磁石25,28的转子11与各个爪状磁极为相同形状的转子相比,爪状磁极21b-24b中的磁通量、也就是说对于转子11的旋转有效的磁通量增加。
第1实施方式具有以下优点。
(1)转子11的第1-第4转子芯21-24沿旋转轴12的轴向配设。第1,第2转子芯21,22的爪状磁极21b,22b分别从芯基座21a,22a的外周部朝径向外侧延伸,沿圆周方向交替地配置。各个爪状磁极21b,22b形成为沿轴向朝相互相反的方向延伸。同样地,第3,第4转子芯23,24的爪状磁极23b,24b分别从芯基座23a,24a的外周部朝向径向外侧延伸,沿圆周方向交替地配置。各个爪状磁极23b,24b形成为沿着轴向朝向相互相反的方向延伸。
在爪状磁极21b-24b的顶端分别形成有2个辅助槽21h-24h。从环状磁石25,28朝向定子6的各个主磁通集中在爪状磁极21b上没有形成辅助槽21h的部分。也就是说,辅助槽21h对从爪状磁极21b的外周面朝向定子6的磁通的位置进行限制。在各个爪状磁极21b的相同位置形成有辅助槽21h。因此,形成了从各个爪状磁极21b的相对相同的(对应的)位置朝向定子6的磁通。这样,辅助槽21h-24h限制了磁通的位置。其结果,在各个爪状磁极21b上磁通密集的部分相同,也就是说各个爪状磁极21b上的磁通密度分布相同。同样地,在各个转子芯22-24上,各个爪状磁极22b-24b的磁通密度分布相同。
(2)在成对的第1以及第2转子芯21,22的芯基座21a,22a之间配置了环状磁石25,被芯基座21a,22a夹持。同样地,在成对的第3以及第4转子芯23,24的芯基座23a,24a之间配置了环状磁石28,被芯基座23a,24a夹持。
配置在轴向两端的转子芯21,24的爪状磁极21b,24b的各个基端部在圆周方向上的宽度L1比转子芯22,23的爪状磁极22b,23b的各个基端部的宽度L2窄。因此,与各个转子芯21-24的爪状磁极全部为相同形状的情况相比,转子芯22,23的爪状磁极22b,23b的各个基端部的宽度比较宽。
在配置于轴向两端的转子芯21,24上会产生漏磁通。因此,在各个转子芯的爪状磁极21b-24b全部为相同形状的情况下,环状磁石25,28的磁通的一部分成为漏磁通。与各个转子芯21-24的爪状磁极21b-24b全部为相同形状的情况相比,可以将转子芯22,23的爪状磁极22b,23b的各基端部的宽度增大。因此,与爪状磁极21b-24b全部为相同形状的情况相比,可以增大环状磁石的磁力,也就是说可以使用更强力的永久磁石。其结果,可以增加各个爪状磁极21b-24b的磁通量,也就是说可以增加有效的磁通量,从而实现电动机1的高输出化。
(3)在第1转子芯21的爪状磁极21b和第2转子芯22的芯基座22a之间配置有背面辅助磁石26,其磁化为与爪状磁极21b以及芯基座22a各自的磁极对置有极性相同的磁极。在第2转子芯22的爪状磁极22b和第1转子芯21的芯基座21a之间配置有背面辅助磁石27,其磁化为与各自的磁极对置有极性相同的磁极。因此,背面辅助磁石26,27的磁通被包含于爪状磁极21b,22b和定子6之间磁通中。由此,可以增加有效的磁通量。通过背面辅助磁石26,27可以抑制在芯基座21a,22a和爪状磁极21b,22b之间产生直接的磁通。由此,可以增加有效的磁通量。
(4)在圆周方向上相邻的爪状磁极21b,22b之间配置有极间磁石31。各个极间磁石31磁化为,在圆周方向上与爪状磁极21b,22b对置的面和该对置的爪状磁极具有相同的极性。因此,极间磁石31的磁通被包含在爪状磁极21b,22b和定子6之间的磁通中。由此,可以增加有效的磁通量。通过极间磁石31,可以抑制在爪状磁极21b,22b之间产生直接的磁通。由此,可以增加有效的磁通量。
(5)极间磁石31形成为从第1转子芯21的轴向外侧端面朝向第4转子芯24的轴向外侧端面延伸。因此,和准备与各个转子芯21-24对应的极间磁石的情况相比,可以减少构成转子11的部件的数量。
(6)在各个爪状磁极21b-24b中,配置在爪状磁极21b,22b之间或者爪状磁极23b,24b之间的各个极间磁石31形成为,通过其圆周方向中心的线相对于从旋转轴12的轴中心朝径向外侧延伸的直线具有角度。因此,在转子11旋转的时候,各个极间磁石31通过离心力被向爪状磁极21b的圆周方向侧面按压。所以,可以防止各个极间磁石31从转子11脱落。
(第2实施方式)
以下根据附图对将本发明具体化的第2实施方式进行说明。
如图6所示,第1转子芯21和第2转子芯22被以成对的方式组装。同样地,第3转子芯23和第4转子芯24被以成对的方式组装。
如图8A所示,第1转子芯21的爪状磁极21b具有从芯基座21a朝径向外侧延伸的突出部21c和从突出部21c的第1轴向端面沿轴向延伸的爪部21d。如图8B所示,第2转子芯22的爪状磁极22b具有从芯基座22a朝径向外侧延伸的突出部22c和从突出部22c的第1轴向端面沿轴向延伸的爪部22d。
如图9所示,第1以及第2转子芯21,22以各自的爪状磁极21b,22b沿轴向朝相互相反的方向突出的形式组装在一起。如图6所示,第1转子芯21的爪状磁极21b和第2转子芯22的爪状磁极22b沿转子11的圆周方向交替地配置。
芯基座21a,22a各自具有与环状磁石25接触的内侧端面和在轴向上和该内侧端面对置的外侧端面。爪状磁极21b的爪部22d在轴向上从芯基座21a的内侧端面延伸至芯基座22a的外侧端面。同样地,爪状磁极22b的爪部22d在轴向上从芯基座22a的内侧端面延伸至芯基座21a的外侧端面。
环状磁石25使第1转子芯21的爪状磁极21b作为第1磁极、即N极发挥作用,使第2转子芯22的爪状磁极22b作为第2磁极、即S极发挥作用。
如图7A所示,突出部21c形成为从轴向看呈圆弧状。各个爪状磁极21b在圆周方向的宽度(外周的弧的长度)L3比在圆周方向上相邻的爪状磁极21b彼此之间的间隔L4小。如图8A所示,各个爪部21d的一对圆周方向侧面分别与对应的各个突出部21c的一对圆周方向侧面位于同一平面上。爪部21d的径向外侧端面21e与突出部21c的径向外侧端面位于相同的圆弧上。爪部21d的径向内侧端面21f形成为其圆周方向中央部比圆周方向两端更接近爪部21d的径向外侧端面21e。也就是说,爪部21d的径向内侧端面21f具有圆周方向两端和圆周方向中央部,所述圆周方向中央部和径向外侧端面21e在径向上的距离比所述圆周方向两端和径向外侧端面21e在径向上的距离小。另外,在本实施方式中,如图7B所示,径向内侧端面21f由2个平面形成。
径向内侧端面21f和与此径向内侧端面21f在径向上对置的芯基座22a的外周面22g形成了沿轴向延伸的大致三角柱状的空隙35。径向内侧端面21f的圆周方向中心为径向内侧端面21f的2个平面的交线,也就是说空隙35的径向外侧顶点。空隙35的径向外侧顶点处在爪状磁极21b的中心线、也就是说连接爪状磁极21b的圆周方向中心和旋转轴12的轴中心的直线上。
如图7B所示,突出部22c形成为从轴向看呈圆弧状。各个爪状磁极22b在圆周方向的宽度(外周的弧的长度)L5比在圆周方向相邻的爪状磁极22b彼此之间的间隔L6小。如图8B所示,各个爪部22d的一对圆周方向侧面分别与对应的各个突出部22c的一对圆周方向侧面位于同一平面上。爪部22d的径向外侧端面22e与突出部22c的径向外侧端面位于同一圆弧上。爪部22d的径向内侧端面22f形成为其圆周方向中央部比圆周方向两端更接近爪部22d的径向外侧端面22e。本实施方式中,如图7A所示,径向内侧端面22f由2个平面形成。径向内侧端面22f和与此径向内侧端面22f在径向上对置的芯基座21a的外周面21g形成沿轴向延伸的大致三角柱状的空隙36。径向内侧端面22f的圆周方向中心为径向内侧端面22f的2个平面的交线,也就是说空隙36的径向外侧顶点。空隙36的径向外侧顶点处在爪状磁极22b的中心线,也就是说连接爪状磁极22b的圆周方向中心和旋转轴12的轴中心的直线上。
如图7A所示,在圆周方向上相邻的爪状磁极21b和爪状磁极22b之间配置有极间磁石31。各个极间磁石31形成为从旋转轴12的轴向看呈沿大致径向延伸的长方形。如图7B所示,各个极间磁石31的大致径向的长度与爪状磁极21b的圆周方向侧面的大致径向的长度大致相等。如图6所示,各个极间磁石31形成为从旋转轴12的径向看呈长方形。也就是说,各个极间磁石31形成为长方体状。
第3转子芯23的爪状磁极23b以与第2转子芯22的爪状磁极22b同样的形式形成。第4转子芯24的爪状磁极24b以与第1转子芯21的爪状磁极21b同样地形式形成。因此,省略爪状磁极23b,24b的详细的说明以及图示。
接着,对上述电动机1的作用进行说明。
和第1实施方式相同,在电动机1中,驱动电流经由箱5内的电源电路供给至分段导体(SC)绕组8时,在定子6上产生使转子11旋转的磁场,转子11被旋转驱动。
在圆周方向上相邻的爪状磁极21b,22b之间配置有极间磁石31。各个极间磁石31磁化为,与相同极性的爪状磁极21b接触的面作为N极发挥作用,与爪状磁极22b接触的面作为S极发挥作用。各个极间磁石31的大致径向的长度与爪状磁极21b的圆周方向端面的大致径向的长度大致相等。极间磁石31的N极抵接在作为N极发挥作用的爪状磁极21b的圆周方向端面上。因此,极间磁石31的磁通从爪状磁极21b的圆周方向端面进入爪状磁极21b内,从爪状磁极21b的径向外侧端面21e到达定子6(图1参照)。也就是说,在爪状磁极21b和定子6之间产生的磁通包含由环状磁石25产生的磁通和由极间磁石31产生的磁通。即,由爪状磁极21b的圆周方向两端面和径向内侧端面21f在各个爪状磁极21b的圆周方向两端形成的一对的部分、也就是说从轴向看呈三角形状的部分作为将极间磁石31的磁通向爪状磁极21b的径向外侧端面21e、即和定子6对置的爪状磁极21b的端面引导的磁通引导部发挥作用。这样,从转子11朝向定子6的磁通的量比仅由环状磁石25产生的磁通的量增多。在第2实施方式中,此磁通引导部为磁通控制部。
作为S极发挥作用的爪状磁极22b的爪部22d的径向内侧端面22f以与爪状磁极21b的爪部21d的径向内侧端面相同的形式形成。因此,由爪状磁极22b的圆周方向两端面和径向内侧端面22f在各个爪状磁极22b的圆周方向两端形成的一对的部分、也就是说从轴向看呈三角形状的部分作为将从与定子6对置的爪状磁极22b的端面、即爪状磁极22b的径向外侧端面22e进入的磁通向极间磁石31引导的磁通引导部发挥作用。
爪状磁极21b的径向内侧端面21f形成为,其圆周方向中央部比圆周方向两端更接近爪状磁极21b的径向外侧端面21e。此径向内侧端面21f和在径向上对置的芯基座22a的外周面22g形成了空隙35。此空隙35抑制发生从作为N极发挥作用的爪状磁极21b朝向与环状磁石25的S极抵接的芯基座22a的外周面22g的磁通。因此,空隙35降低了从爪状磁极21b朝向芯基座22a的漏磁通。
以上,对第1转子芯21和第2转子芯22的作用进行了说明。第3转子芯23与第2转子芯22形状相同,第4转子芯24与第1转子芯21形状相同。因此,第3转子芯23和第4转子芯24也具有和上述相同的作用。
如上所述,第2实施方式除了第1实施方式的优点(2),(4)-(6),还具有以下优点。
(1)由爪状磁极21b的圆周方向两端面和径向内侧端面21f在各个爪状磁极21b的圆周方向两端形成的、从轴向看呈三角形状的部分,作为将极间磁石31的磁通向爪状磁极21b的径向外侧端面21e、即和定子6对置的爪状磁极21b的端面引导的磁通引导部发挥作用。这样,可以使从转子11朝向定子6的磁通的量和仅由环状磁石25产生的磁通的量相比增加,由此增加有效的磁通量。
(2)作为S极发挥作用的爪状磁极22b的爪部22d的径向内侧端面22f和爪状磁极21b的爪部21d的径向内侧端面以相同的形式形成。因此,由爪状磁极22b的圆周方向两端面和径向内侧端面22f在各个爪状磁极22b的圆周方向两端形成的、从轴向看呈三角形状的部分作为将从与定子6对置的爪状磁极22b的端面、即爪状磁极22b的径向外侧端面22e进入的磁通向极间磁石31引导的磁通引导部发挥作用。因此,可以增加转子11上的有效的磁通量。
(3)可以在爪状磁极21b-24b和芯基座21a-24a之间不设置磁石的情况下,降低直接的磁通。由此,可以增加有效的磁通量。另外,由于不需要爪状磁极21b-24b和芯基座21a-24a之间的磁石,所以可以相应的抑制部件数量和制造工序的增加。
(第3实施方式)
以下,根据附图对将本发明具体化的第3实施方式进行说明。第3实施方式的特征为,转子芯41-44的形状与第2实施方式的转子芯21-24的形状不同。为了便于说明,仅对该特征部分进行详细说明,对于共通部分则省略说明。
如图12A所示,突出部41c形成为从轴向看呈圆周方向的宽度随着向径向外侧推移逐渐变窄的大致梯形。突出部41c的外周面为从轴向看呈圆弧状的曲面。圆周方向上各个突出部41c的外周面的长度(外周的弧的长度)比在圆周方向上相邻的突出部41c的外周端彼此之间的间隔小。
如图12B所示,突出部42c形成为从轴向看呈圆周方向的宽度随着向径向外侧推移逐渐变窄的大致梯形。突出部42c的外周面为从轴向看呈圆弧状的曲面。圆周方向上各个突出部42c的外周面的长度(外周的弧的长度)比在圆周方向上相邻的突出部42c的外周端彼此之间的间隔小。
如图12B所示,第1转子芯41的爪部41d形成为与组装在一起的第2转子芯42的突出部42c对应的形状。突出部42c形成为圆周方向的宽度随着向径向外侧推移逐渐变窄的大致梯形。爪部41d形成为具有,与在圆周方向上相邻的突出部42c的圆周方向两侧面相对应,并与各个侧面平行的一对面的形状。如图12A以及12B所示,爪部41d的径向外侧部分形成为与突出部42c(突出部41c)的径向外侧部分相等的圆弧状。爪部41d的径向内侧部分形成为,与在圆周方向上相邻的梯形的突出部42c对应,并朝径向内侧突出的大致三角形状。因此,爪部41d的圆周方向的宽度随着从径向外侧向径向内侧推移而变窄。爪部41d的三角状部分的圆周方向两侧的2个侧面41f形成为,与在圆周方向分别相邻的第2转子芯42的突出部42c的圆周方向侧面平行的平面状。
如图12A所示,第2转子芯42的爪部42d形成为与被组装的第1转子芯41的突出部41c对应的形状。突出部41c形成为圆周方向的宽度随着朝径向外侧推移逐渐变窄的大致梯形。爪部42d形成为具有,与在圆周方向上相邻的突出部41c的圆周方向两侧面相对应,并与各个侧面平行的一对面的形状。如图12A以及12B所示,爪部42d的径向外侧部分形成为与突出部41c(突出部42c)的径向外侧部分相等的圆弧状。爪部42d的径向内侧部分形成为,与在圆周方向上相邻的梯形的突出部41c对应,并朝径向内侧突出的大致三角形状。因此,爪部42d的圆周方向的宽度随着从径向外侧向径向内侧推移而变窄。爪部42d的三角状部分的圆周方向两侧的2个侧面42f形成为,与在圆周方向分别相邻的第1转子芯41的突出部41c的圆周方向侧面平行的平面状。
在圆周方向上相邻的2个爪状磁极之间配置有极间磁石。如图12A以及12B所示,各个突出部形成为大致梯形,其基端部的圆周方向的宽度比其外周端的圆周方向宽度窄。在圆周方向上相邻的突出部彼此之间配置有各个爪部。该爪部的径向内侧部分形成为,与在圆周方向上相邻的突出部的圆周方向侧面相对应的大致三角形状。
因此,极间磁石配设于在圆周方向相邻的突出部和爪部之间。即,如图11A所示,在第1转子芯41的突出部41c和第2转子芯42的爪部42d之间配设有第1极间磁石51a,在第1转子芯41的爪部41d和第2转子芯42的突出部42c之间配设有第2极间磁石51b。同样地,在第4转子芯44的爪部44d和第3转子芯43的突出部43c之间配设有第3极间磁石51c,在第4转子芯44的突出部44c和第3转子芯43的爪部43d之间配设有第4极间磁石51d。
第1转子芯41的爪状磁极41b的顶端以及第4转子芯44的爪状磁极44b的顶端、即爪部41d,44d沿着轴向配设。因此,両爪部41d,44d的内周面处于同一平面上。第2转子芯42的爪状磁极42b的基端以及第3转子芯43的爪状磁极43b的基端、即突出部42c,43c沿着轴向配设。因此,両突出部42c,43c的圆周方向侧面处在同一平面上。所以,第2极间磁石51b和第3极间磁石51c形成为一体。
各个极间磁石51a-51d形成为从轴向看呈平行四辺形。另外,各个极间磁石51a-51d形成为从径向看呈长方形状。各个极间磁石51a-51d配置为对于转子40的径向具有角度。即、各个转子芯41-44的爪状磁极配置成,分别配置在圆周方向上相邻的爪状磁极之间的极间磁石51a-51d相对于各个转子芯41-44的径向具有角度。
接着,对上述转子40的作用进行说明。
圆周方向上相邻的爪状磁极41b,42b之间配置有极间磁石51a,51b。各个极间磁石51a,51b磁化为,与相同极性的爪状磁极41b接触的面作为N极发挥作用,与爪状磁极42b接触的面作为S极发挥作用。爪状磁极41b的爪部41d形成为圆周方向中心朝径向内侧突出的大致三角形状。因此,极间磁石51a的磁通从爪状磁极41b的爪部41d进入爪状磁极41b内,从爪状磁极41b的外周面41e达到定子6(图1参照)。也就是说,产生在爪状磁极41b和定子6之间的磁通包含由环状磁石25产生的磁通和由极间磁石51a产生的磁通。即、在爪部41d上形成为圆周方向中心朝径向内侧突出的大致三角形状的部分,作为将极间磁石51a的磁通向爪状磁极41b的外周面、即和定子6对置的爪状磁极41b的端面引导的磁通引导部发挥作用。在第3实施方式中,此磁通引导部为磁通控制部。这样,从转子40朝向定子6的磁通的量比仅由环状磁石25产生的磁通的量增多。
另外,在圆周方向上相邻的爪状磁极41b和爪状磁极42b之间配置的极间磁石51a,51b的各个圆周方向面磁化为,具有与相邻的磁极的极性相同的极性。因此,各个极间磁石51a,51b阻碍形成从爪状磁极41b朝向爪状磁极42b的直接的磁通。其结果,爪状磁极41b和爪状磁极42b之间的直接的漏磁通减少。
爪部41d形成为圆周方向中心部分朝径向内侧突出的大致三角形状。因此,从作为N极发挥作用的爪部41d朝向作为S极的芯基座42a的磁通集中在突出的顶点部分,在该顶点部分发生磁饱和,所以从爪部41d朝向芯基座42a的磁通的量变少。也就是说,通过将爪部41d的径向内侧部分形成为大致三角形状,将从爪部41d朝向芯基座42a的磁通、也就是说漏磁通的量减少。
如图12A以及图12B所示,通过配置在圆周方向上相邻的爪状磁极41b和爪状磁极42b之间的各个极间磁石51a,51b的圆周方向中心的线段的交点O1,O2,与各个爪状磁极41b,42b的圆周方向中心线的交点、即转子40的旋转中心O错开。因此,在转子40旋转时,各个极间磁石51a,51b被离心力向爪状磁极41b的圆周方向侧面按压。所以,防止各个极间磁石51a,51b从转子40脱落。
如图11B所示,第1转子芯41的爪状磁极41b具有从芯基座41a的外周部朝向径向外侧延伸的突出部41c和从突出部41c沿轴向延伸的爪部41d。如图13所示,环状磁石25产生的磁通从芯基座41a经由突出部41c和爪部41d到达定子6(图1参照)。然而,由于爪部41d从突出部41c沿轴向延伸,环状磁石25的磁通难以通过爪部41d。其结果,在各个爪状磁极41b中,在靠轴向基端(突出部41c)的磁通密度和靠轴向顶端(爪部41d)的磁通密度之间产生差别。
在第3实施方式中,如图11A所示,极间磁石51a的N极与作为N极发挥作用的爪部41d相抵接。因此,极间磁石51a的磁通经由爪部41d到达定子6。所以,由于极间磁石51a增加了爪部41d的磁通量,可以减少在爪状磁极41b中靠轴向基端(突出部41c)的磁通密度和靠轴向顶端(爪部41d)的磁通密度之间的所述差别。
以上,主要对第1转子芯41的作用进行了说明。第2-第4转子芯42-44为与第1转子芯41相同的形状。因此,即使在第2-第4转子芯42-44中也可以得到和上述相同的作用。
在第3实施方式中,如图11A所示,极间磁石51a抵接在第1转子芯41的爪部41d上,极间磁石51b,51c抵接在第2,第3转子芯42,43的爪部42d,43d上,极间磁石51d抵接在第4转子芯44的爪部44d上。可以使各个极间磁石51a-51d的磁力相互不同。因此,通过增加抵接在第1,第4转子芯41,44的爪部41d,44d上的极间磁石51a,51d的磁力,可以补充与基于上述配置的漏磁通对应的磁通。由此,可以减少从芯基座41a,44a朝向爪状磁极41b,44b的磁通量和从爪状磁极42b,43b朝向芯基座42a,43a的磁通量之间的差,也就是说可以将磁通量大致均等化。
根据上述第3实施方式,除了第1实施方式的有点(3),(4),(6)和第2实施方式有点(3)以外,还可以得到以下优点。
(1)各个爪状磁极41b-44b的爪部41d-44d形成为圆周方向中心部朝径向内侧突出的大致三角形状。在这个形成为大致三角形状的部分的斜面上抵接有极间磁石51a-51d。这个形成为大致三角形状的部分作为将极间磁石51a,51d的磁通向爪状磁极41b,44b的外周面、即和定子6对置的爪状磁极41b,44b的端面引导的磁通引导部发挥作用。这样,可以使从转子40朝向定子6的磁通的量增加而比仅由环状磁石25,28产生的磁通的量多,即可以增加有效磁通量。
(2)各个爪状磁极41b-44b的爪部41d-44d形成为圆周方向中心部分朝径向内侧突出的大致三角形状。因此,从作为N极发挥作用的爪部41d朝向作为S极的芯基座42a的磁通集中在突出的顶点部分,由于在该顶点部分发生磁饱和,所以从爪部41d朝向芯基座42a的磁通的量减少。也就是说,通过将爪部41d的径向内侧部分形成为大致三角形状,可以减少从爪部41d朝向芯基座42a的磁通、也就是说可以减少漏磁通的量,从而抑制有效磁通的减少。
(第4实施方式)
以下根据附图对将本发明具体化的第4实施方式进行说明。
如图16B所示,在各个爪状磁极21b的背面(径向内侧的面)和芯基座22a的外周面之间配置有第1背面辅助磁石26。第1背面辅助磁石26形成为从旋转轴12的轴向看呈圆弧状。第1背面辅助磁石26的一对圆周方向侧面和相对应的爪状磁极21b的一对圆周方向侧面分别位于同一平面上。第1背面辅助磁石26沿径向磁化为,靠爪状磁极21b的背面的部分和爪状磁极21b同样地作为第1磁极、例如N极发挥作用,靠芯基座22a的部分和同芯基座22a同样地作为第2磁极、例如S极发挥作用。
如图16A所示,各个爪状磁极22b的背面(径向内侧的面)和芯基座21a的外周之间配置有第2背面辅助磁石27。第2背面辅助磁石27形成为从旋转轴12的轴向看呈圆弧状。第2背面辅助磁石27的一对圆周方向侧面与对应的爪状磁极22b的一对圆周方向侧面分别位于同一平面上。第2背面辅助磁石27沿径向磁化为,靠爪状磁极22b的背面的部分和爪状磁极22b同样地作为第2磁极、例如S极发挥作用,靠芯基座21a的部分与芯基座21a同样地作为第1磁极、例如N极发挥作用。
如图16A所示,在圆周方向上相邻的爪状磁极21b和爪状磁极22b之间配置有极间磁石31。各个极间磁石31形成为从旋转轴12的轴向看呈细长的四边形。第4实施方式的极间磁石31形成为沿着各个爪状磁极21b,22b的圆周方向端面朝向转子11的内部延伸的细长的四边形,详细地讲形成为随着向内部推移圆周方向的宽度逐渐变窄的梯形。如图15所示,各个极间磁石31沿着旋转轴12的轴向延伸。各个极间磁石31的轴向长度与从在旋转轴12轴向上露出的2个端面、即从第1转子芯21的轴向外侧端面到第4转子芯24的轴向外侧端面为止的距离相等。
如图16A所示,各个极间磁石31配置为,从轴向看通过其圆周方向中心的面相对于转子11的径向具有角度。即,各个转子芯21-24的爪状磁极21b-24b的圆周方向端面形成为,分别配置在相邻的爪状磁极之间的极间磁石31相对于各个转子芯21-24的径向具有角度。例如,如图16A所示,爪状磁极21b形成为,通过与圆周方向两侧相邻的2个极间磁石31的各个圆周方向中心的线段(由点划线表示)的交点O1比转子11的旋转中心O、即旋转轴12的轴中心靠径向外侧,并在接近爪状磁极21b的位置。另外,如图16B所示,爪状磁极22b形成为,通过与圆周方向两侧相邻的2个极间磁石31的各个圆周方向中心的线段(由点划线表示)的交点O2比转子11的旋转中心O、即旋转轴12的轴中心靠径向外侧,并在远离爪状磁极22b的位置。因此,爪状磁极21b的基端部的圆周方向的宽度(图16A参照)比爪状磁极22b的基端部的圆周方向的宽度(图16B参照)窄。具体地讲,将各个爪状磁极为相同形状时的基端部的宽度作为基准宽度L0。爪状磁极21b的基端部的宽度L1比基准宽度L0窄ΔL,爪状磁极22b的基端部的宽度L2比基准宽度L0宽ΔL。在第4实施方式中,所述爪状磁极的基端部为磁通控制部。
第4实施方式的电动机1的作用与第1实施方式相同,具有第1实施方式的优点(2)-(6)。
(第5实施方式)
以下根据附图对将本发明具体化的第5实施方式进行说明。
如图17以及如图18所示,转子11具备:成对的第1以及第2转子芯121,122、成对的第3以及第4转子芯123,124、作为励磁磁石的环状磁石125,126(图19A以及19B参照)、以及极间磁石127,128。图17以及图18中的箭头表示各个磁石125,126,127,128的磁化方向(从S极朝N极)。
如图17所示,在本实施方式的芯基座121a的外周部,等间隔地形成有7个爪状磁极121b。爪状磁极121b具有从芯基座121a向径向外侧延伸的突出部121c,和从此突出部121c沿轴向延伸的爪部121d。
爪状磁极121b的一对圆周方向端面121e,121f为沿径向延伸的平坦面,也就是说为从轴向看相对于径向不倾斜的平坦面。突出部121c的与轴垂直方向的截面为扇形。爪部121d从突出部121c的径向外侧的端部部分沿轴向延伸。爪部121d的圆周方向的宽度为定值。各个爪状磁极121b的圆周方向的角度、即所述一对圆周方向端面121e,121f之间的角度比在圆周方向相邻的爪状磁极121b彼此之间的间隙的圆周方向的角度小。
在爪状磁极121b中,作为突出部121c的圆周方向宽度的圆周方向角度H1与爪部121d的圆周方向角度H2相等。爪状磁极121b如前所述为扇形,越靠径向外侧,圆周方向宽度(长度)越宽,所以比起突出部121c的最靠径向外侧的部分的圆周方向宽度、也就是说突出部121c的最大圆周方向宽度,爪部121d的圆周方向宽度更宽。
如图17以及如图18所示,在本实施方式的芯基座122a的外周部,等间隔地形成有7个爪状磁极122b的突出部122c。突出部122c的轴垂直方向截面为扇形。爪部122d从突出部122c的径向外侧的端部部分沿轴向延伸。这个爪部122d形成为比所述突出部122c更向圆周方向两侧突出。所以,在爪状磁极122b中,作为突出部122c的圆周方向宽度的圆周方向角度H3比爪部122d的圆周方向角度H4小。爪部122d的圆周方向角度H4与爪状磁极121b的突出部121c以及爪部121d的圆周方向角度H1,H2相同。突出部122c的圆周方向角度H3比爪状磁极121b的突出部121c以及爪部121d的圆周方向角度H1,H2小。
爪状磁极122b的一对圆周方向端面122e,122f为在径向延伸的平坦面。爪状磁极122b(突出部122c)的与轴垂直方向的截面为扇形。各个爪状磁极122b的圆周方向的角度、即所述一对圆周方向端面122e,122f之间的角度比在圆周方向上相邻的爪状磁极122b彼此之间的间隙的圆周方向的角度小。
第2转子芯122以,各个爪部122d配置在分别与其对应的各一对爪部121d之间的同时,在芯基座121a和芯基座122a的轴向之间配置(夹持)环状磁石125(图18参照)的方式,组装在第1转子芯121上。此时,由于爪状磁极121b的圆周方向端面121e和爪状磁极122b的圆周方向端面122f沿轴向相互平行,所以各个端面121e,122f之间的空隙沿轴向呈大致直线状。由于爪状磁极121b的圆周方向端面121f和爪状磁极122b的圆周方向端面122e沿轴向相互平行,所以各个端面121f,122e之间的空隙沿轴向呈大致直线状。
环状磁石125的外径与芯基座121a,122a的外径相等。环状磁石125沿轴向磁化为,使爪状磁极121b作为第1磁极、例如N极发挥作用,使爪状磁极122b作为第2磁极、例如S极发挥作用。
当第1以及第2转子芯121,122和环状磁石125被安装在一起时,如图18所示,在芯基座121a,122a的径向外侧端面121i,122i以及环状磁石125的径向外侧端面125a,和爪状磁极121b,122b的爪部121d,122d的背面121j,122j的径向之间设有空隙K。
如图17以及18所示,第3转子芯123为将所述第2转子芯122朝轴向反转后的部件。在芯基座123a的外周部等间隔地形成有7个爪状磁极123b。爪状磁极123b具有从芯基座123a朝径向外侧延伸的突出部123c和从这个突出部123c朝轴向延伸的爪部123d。
如图18所示,所述第3转子芯123以其轴向第1端面123g与第2转子芯122的轴向第2端面122g抵接的方式,安装在旋转轴12上。所以,所述爪部123d相对于第2转子芯122的爪部122d朝轴向反方向侧延伸。
爪状磁极123b的一对圆周方向端面123e,123f为在径向延伸的平坦面、也就是说为从轴向看对于径向不倾斜的平坦面。突出部123c的轴垂直方向截面为扇形。爪部123d从突出部123c的径向外侧的端部部分沿轴向延伸。爪部123d的圆周方向的宽度为定值。各个爪状磁极123b的圆周方向的角度、即所述一对圆周方向端面123e,123f之间的角度比在圆周方向上相邻的爪状磁极123b彼此之间的间隙的圆周方向的角度小。
第4转子芯124为将所述第1转子芯121朝轴向反转后的部件,和第3转子芯123的形状大致相同。在芯基座124a的外周部等间隔地形成有7个爪状磁极124b的突出部124c。突出部124c的轴垂直方向截面为扇形。爪部124d从突出部124c的径向外侧的端部部分沿轴向延伸。
爪状磁极124b的一对圆周方向端面124e,124f为沿径向延伸的平坦面。爪状磁极124b(突出部124c)的与轴垂直方向的截面为扇形。各个爪状磁极124b的圆周方向的角度、即所述一对圆周方向端面124e,124f之间的角度比在圆周方向相邻的爪状磁极124b彼此之间的间隙的角度小。
第4转子芯124以,各个爪部124d配置在分别与其对应的各一对爪部123d之间的同时,在芯基座123a,124a的轴向之间配置环状磁石126(图18参照)的方式,组装在第3转子芯123上。此时,由于爪状磁极123b的圆周方向端面123e和爪状磁极124b的圆周方向端面124f沿轴向相互平行,所以各个端面123e,124f之间的空隙沿轴向呈大致直线状。由于爪状磁极123b的圆周方向端面123f和爪状磁极124b的圆周方向端面124e沿轴向相互平行,所以各个端面123f,124e之间的空隙沿轴向呈大致直线状。爪状磁极124b(第4转子芯124)以各个爪部124d的轴向顶端面124g沿轴线和爪状磁极121b的对应的爪部121d的轴向顶端面121g抵接的方式和第3转子芯123以及旋转轴12组装在一起。
在第3以及第4转子芯123,124和环状磁石126组装在一起时,如图18所示,芯基座123a,124a的径向外侧端面123i,124i以及环状磁石126的径向外侧端面126a,和爪状磁极123b,124b的爪部123d,123d的背面123j,124j的径向支架设有空隙K。
如图19A以及19B所示,爪状磁极121b-124b的爪部121d-124d全部为相同的形状,其径向外侧端面121h-124h具有大致相同的面积。
环状磁石126设置为其磁化方向与所述环状磁石125相反。环状磁石126的外径与芯基座123a,124a的外径相等。环状磁石126沿轴向磁化为,使爪状磁极123b作为第2磁极、例如S极发挥作用,使爪状磁极124b作为第1磁极、例如N极发挥作用。
如图17所示,在爪状磁极121b和爪状磁极122b的圆周方向之间、且在爪状磁极123b和爪状磁极124b的圆周方向之间,配置有极间磁石127,128。详细地讲,极间磁石127配置在爪状磁极121b的圆周方向端面121e和爪状磁极122b的圆周方向端面122f之间,且在爪状磁极123b的圆周方向端面123f和爪状磁极124b的圆周方向端面124e之间。极间磁石128配置在爪状磁极121b的圆周方向端面121f和爪状磁极122b的圆周方向端面122e之间,且在爪状磁极123b的圆周方向端面123e和爪状磁极124b的圆周方向端面124f之间。各个极间磁石127,128沿圆周方向磁化为,与爪状磁极121b-124b分别对置有相同的极性,也就是说靠爪状磁极121b以及爪状磁极124b的部分作为N极发挥作用,靠爪状磁极122b以及爪状磁极123b的部分作为S极发挥作用。
另外,各个极间磁石127,128形成为从轴向第1端的第1转子芯121的轴向外侧端面121k延伸至轴向第2端的第4转子芯124的轴向外侧端面124k,并配置为与各个端面121k,124k齐平。此时,第1-第4转子芯121-124和环状磁石125,126组装为,其各个极间磁石127,128的径向内侧端面,和各个芯基座121a,122a,123a,124a的径向外侧端面121i,122i,123i,124i以及环状磁石125,126的径向外侧端面125a,126a之间设有与所述空隙K相同的空隙K。
接着,对如上构成的电动机1的作用进行说明。
和第1实施方式同样地,在电动机1中,当驱动电流经由箱5内的电源电路供给至分段导体(SC)绕组8的时候,在定子6上产生使转子11旋转的磁场,转子11被旋转驱动。
在爪状磁极121b和爪状磁极122b的圆周方向之间,且在爪状磁极123b和爪状磁极124b的圆周方向之间配置有极间磁石127,128。各个极间磁石127,128沿圆周方向磁化为,与爪状磁极121b-124b分别对置有相同的极性。由此,爪状磁极121b,122b,123b,124b间的漏磁通被降低,从而可以将环状磁石125,126磁通有效地利用于电动机1的输出。
如图19A以及19B所示,第1-第4转子芯121-124具有突出部121c-124c,这些突出部121c-124c分别为爪状磁极121b-124b的基端部分。作为轴向两端的第1以及第4转子芯121,124的突出部121c,124c的圆周方向宽度的圆周方向角度H1,比作为其他转子芯122,123的突出部122c,123c的圆周方向宽度的圆周方向角度H3大。由此,通过轴向两端的转子芯121,124和其他的转子芯122,123,爪状磁极121b、122b,123b,124b的磁通密度变得均一。在第5实施方式中,所述爪状磁极的基端部为磁通控制部。
如上所述的第5实施方式具有以下优点。
(1)作为在轴向露出的第1以及第4转子芯121,124具有的爪状磁极121b,124b的基端部分、即突出部121c,124c的圆周方向宽度的圆周方向角度H1,比作为其他的转子芯122,123具有的爪状磁极121b,124b的基端部分、即突出部122c,123c的圆周方向宽度的圆周方向角度H3大。由此,在将各个转子芯121-124的轴向厚度设定为相同的情况下,突出部121c,124c的沿圆周方向的截面的面积比其他的突出部122c,123c的沿圆周方向的截面的面积大。由此,可以把要漏到外部的磁通带入,使磁通确实地流向爪状磁极121b-124b,可以在轴向两端的转子芯121,124和其他的转子芯122,123之间使磁通密度均一化。其结果,在电动机中可以抑制转矩脉动的发生从而抑制噪音及振动的发生。
(2)爪状磁极121b-124b的爪部121d-124d的径向外侧端面121h-124h全部形状相同。所以,在各个爪状磁极121b-124b上与定子6对置的对置面具有相同的面积,可以使由定子6产生的旋转磁场的影响在各个爪状磁极121b-124b上均等地分布。
(3)极间磁石127,128被配置于在圆周方向相邻的爪状磁极121b,122b,123b,124b彼此之间,并磁化为,与在圆周方向相邻的爪状磁极121b,122b,123b,124b分别对置有相同的极性。由于具备极间磁石127,128,可以降低有可能在各个爪状磁极121b,122b,123b,124b之间发生的漏磁通,从而实现电动机输出的增大。
(4)极间磁石127,128形成为从轴向第1端的第1转子芯121的轴向外侧端面121k延伸至轴向第2端的第4转子芯124的轴向外侧端面124k,所以可以抑制部件数量的增加。由此,可以抑制极间磁石127,128组装时需要的工时。
(第6实施方式)
以下根据附图对将本发明具体化的第6实施方式进行说明。
如图20所示,电动机1的电动机外壳2具有:具备后侧(图20中为右侧)的底部和前侧(图20中为左侧)的开口部的筒状的金属制的壳体3;和将该壳体3的开口部闭塞的树脂制的端板4。在壳体3的后侧的端部安装有收容电路板等电源电路的箱5。在壳体3的内周面固定有定子6。定子6具有:具备朝径向内侧延伸的多个齿的圆环状的电枢芯7(定子芯);和卷装在电枢芯7的各个齿上的分段导体绕组8(SC绕组)。
转子11具有旋转轴12并配置在定子6的径向内侧。旋转轴12由非磁体金属制成,被轴承13和轴承14以能够旋转的方式支承,轴承13被收容在形成于壳体3的底部3a中央的轴承收容部3b内,轴承14支承在端板4上。轴承收容部3b呈向壳体3内开口的凹状。
如图21A,21B以及22所示,转子11具备:第1转子芯221以及第2转子芯222;作为励磁磁石的环状磁石223(图22参照);第1以及第2背面辅助磁石224,225;和第1以及第2极间磁石226,227。各个磁石223,224,225,226,227由永久磁石形成,图21A,21B以及22中的箭头表示各个磁石223,224,225,226,227的磁化方向(从S极朝向N极)。
如图21A所示,在本实施方式的芯基座221a的外周部,等间隔地形成有7个爪状磁极221b。爪状磁极221b形成为从径向看呈矩形。爪状磁极221b具有:从芯基座221a向径向外侧延伸的突出部221c;和从这个突出部221c沿轴向延伸的爪部221d。爪状磁极221b的一对圆周方向端面221e,221f为沿径向延伸的平坦面。突出部221c的轴垂直方向截面为扇形。突出部221c的圆周方向截面为矩形。爪部221d从突出部221c的径向外侧的端部部分沿轴向延伸。爪部221d的圆周方向宽度为定值。各个爪状磁极221b的圆周方向宽度(圆周方向角度)、即所述一对圆周方向端面221e,221f之间的圆周方向宽度(圆周方向角度)比在圆周方向相邻的爪状磁极221b彼此之间的间隙的圆周方向角度小。
如图21B所示,第2转子芯222与第1转子芯221形状相同。在芯基座222a的外周部,等间隔地形成7个爪状磁极222b。爪状磁极222b的突出部222c的轴垂直方向截面为扇形。爪部222d从突出部222c的径向外侧的端部部分沿轴向延伸。第2转子芯222以,各爪部222d分别配置在对应的各一对爪部221d之间的同时,环状磁石223(图22参照)配置(夹持)在芯基座221a和芯基座222a的轴向之间的方式,与第1转子芯221组装在一起。
如图22所示,环状磁石223的外径和芯基座221a,222a的外径相等。环状磁石223沿轴向磁化为,使爪状磁极221b作为第1磁极、例如N极发挥作用,使爪状磁极222b作为第2磁极、例如S极发挥作用。即,本实施方式的转子11为具有环状磁石223的所谓的爪极型构造的转子。作为环状磁石223,例如可以用钕磁石。环状磁石223的轴向厚度比芯基座221a,222a的各个轴向厚度小。
各个爪状磁极221b的背面221g(径向内侧的面)和芯基座222a的外周面222h之间,配置有第1背面辅助磁石224。第1背面辅助磁石224的轴垂直方向截面为扇形。其沿径向磁化为,靠爪状磁极221b的背面221g的部分作为与爪状磁极221b同极的N极发挥作用,靠芯基座222a的外周面222h的部分作为与芯基座222a同极的S极发挥作用。
同样地,各个爪状磁极222b的背面222g(径向内侧的面)和芯基座221a的外周面221h之间,配置有第2背面辅助磁石225。作为所述第1以及第2背面辅助磁石224,225,例如可以采用铁氧体磁石。第2背面辅助磁石225的轴垂直方向截面为扇形。其沿径向磁化为,靠背面222g的部分作为S极发挥作用,靠芯基座221a的外周面221h的部分作为N极发挥作用。
第1以及第2背面辅助磁石224,225在转子11上配置有环状磁石223的轴向位置上沿轴向相互重叠。换句话说,第1以及第2背面辅助磁石224,225的轴向长度被设定为,第1以及第2背面辅助磁石224,225被配置在从转子11的轴向外侧端面(第1以及第2端面Ra,Rb)到配置环状磁石223的轴向位置为止的范围。也就是说,第1背面辅助磁石224从芯基座222a的轴向外侧端面延伸至芯基座221a的轴向内侧端面,第2背面辅助磁石225从芯基座221a的轴向外侧端面延伸至芯基座222a的轴向内侧端面。
如图21A以及22B所示,在爪状磁极221b和爪状磁极222b的圆周方向之间,配置有第1以及第2极间磁石226,227。详细地讲,第1极间磁石226被嵌合固定在由爪状磁极221b的圆周方向端面221e和所述第1背面辅助磁石224的第1圆周方向端面形成的平坦面、和由爪状磁极222b的圆周方向端面222f和所述第2背面辅助磁石225的第1圆周方向端面形成的平坦面之间。
第2极间磁石227与第1极间磁石226形状相同,被嵌合固定在由爪状磁极221b的圆周方向端面221f和第1背面辅助磁石224的第2圆周方向端面形成的平坦面、和由爪状磁极222b的圆周方向端面222e和第2背面辅助磁石225的第2圆周方向端面形成的平坦面之间。第1以及第2极间磁石226,227沿圆周方向磁化为,与爪状磁极221b,222b分别对置有相同极性,也就是说靠爪状磁极221b的部分作为N极发挥作用,靠爪状磁极222b的部分作为S极发挥作用。
在此,根据图23对本实施方式的电动机1的尺寸构成进行说明。
转子11的轴向长度Hr比电枢芯7的轴向长度Hs大。转子11的轴向长度Hr为从芯基座221a上与环状磁石223相反侧的轴向端面、也就是说芯基座221a的轴向外侧端面,到芯基座222a上与环状磁石223相反侧的轴向端面、也就是说芯基座222a的轴向外侧端面为止的轴向长度。这样,由于转子11的轴向长度Hr被设定的比电枢芯7的轴向长度Hs更长,所以可以将第1以及第2转子芯221,222(主要是芯基座221a,222a)的轴向厚度加厚。在本实施方式中,转子11的轴向的中心线与电枢芯7的轴向的中心线一致(在图23上以中心线L表示)。即,转子11的轴向宽度和电枢芯7的轴向宽度相比,在轴向两侧宽出相同的尺寸(重叠宽度G3)。这个重叠宽度G3为分别相对于转子11的轴向两端上的电枢芯7的、轴向的突出量,在本实施方式中为转子11的轴向长度Hr和电枢芯7的轴向长度Hs的差的一半的尺寸。
在转子11中,爪状磁极221b的轴向顶端部在轴向上延伸至芯基座222a的轴向外侧端面,爪状磁极222b的轴向顶端部在轴向上延伸至芯基座221a的轴向外侧端面。也就是说,各个爪状磁极221b,222b的轴向长度、也就是说各个爪状磁极221b,222b的和电枢芯7的内周面平行的外周面的轴向长度与转子11的轴向长度Hr相等。配置在爪状磁极221b,222b内侧的第1以及第2背面辅助磁石224,225以其轴向外侧端部分别与爪状磁极221b,222b的顶端部在轴向上一致的方式延伸。也就是说,第1背面辅助磁石224的轴向外侧端面和转子11的第2端面Rb齐平,第2背面辅助磁石225的轴向外侧端面和转子11的第1端面Ra齐平。这样,通过第1以及第2背面辅助磁石224,225以不比爪状磁极221b,222b朝轴向外侧突出的状态延伸至转子11的轴向端面(芯基座221a,222a的轴向外侧端面),可以充分地确保各个背面辅助磁石224,225的轴向长度。当然,也可以将环状磁石223在轴向上加厚,通过加厚环状磁石223实现电动机的高输出化。
接着,对上述的电动机1的作用进行说明。
和第1实施方式同样地,在电动机1中,驱动电流经由箱5内的电源电路供给至分段导体(SC)绕组8时,在定子6上产生使转子11旋转的磁场,转子11被旋转驱动。
在本实施方式的转子11中,由于转子11的轴向长度Hr比电枢芯7的轴向长度Hs更大,所以可以对第1以及第2转子芯221,222(主要是芯基座221a,222a)的轴向厚度加厚。由于通过加厚第1以及第2转子芯221,222的轴向的厚度使得在磁力通道中产生富余,所以可以抑制磁饱和的发生。其结果,不会增大环状磁石223的轴向长度,有助于电动机1的高输出化。
第1以及第2背面辅助磁石224,225以不比爪状磁极221b,222b朝轴向外侧突出的状态延伸至转子11的轴向端面(芯基座221a,222a的轴向外侧端面)。所以,可以充分确保各个背面辅助磁石224,225的轴向长度。其结果,更有助于电动机1的高输出化。
本实施方式的转子11不是将永久磁石配置在转子芯外周面的形式的转子,而是具有配置在转子11内部的环状磁石223的爪极型的转子。在将永久磁石配置在转子芯外周面上的转子中,在将永久磁石的轴向长度设定的比电枢芯7的轴向长度大的情况下,永久磁石比定子芯更朝轴向突出。在这种情况,有可能无法有效利用永久磁石的磁通。如本实施方式这样,在爪极型的转子11中,与电枢芯7对置的部位不是磁石而是芯、即爪状磁极221b,222b。因此,即使在将转子11的轴向长度Hr设定的比电枢芯7的轴向长度Hs还长的情况下,也不容易产生从爪状磁极221b,222b的比电枢芯7更朝轴向突出的部位向空气中的强制性的磁通放出。其结果,不容易发生有助于电动机转矩的有效磁通的降低。因此,通过在爪极型的转子11中将转子11的轴向长度Hr设定的比电枢芯7的轴向长度Hs更长,可以更有效地提高电动机的输出。在第5实施方式中,转子芯为磁通控制部。
接着,说明转子11和电枢芯7在径向的间隙宽度G1(转子11的外周面和电枢芯7的内周面之间的径向间隔)、以及转子11和壳体3在轴向的间隙宽度G2对于电动机输出的影响。间隙宽度G2为芯基座221a的轴向外侧端面和壳体3的底部3a在轴向的间隔。而在本实施方式中,将壳体3的底部3a上离转子11最近的轴承收容部3b和芯基座221a的轴向外侧端面之间的间隔作为间隙宽度G2。
壳体3由金属制成,在宽度G2小的情况下,有可能产生由于壳体3的影响从芯基座221a的轴向外侧端面产生漏磁通。在此,在图24上显示间隙宽度G2与间隙宽度G1的比G2/G1和交链磁通量(有助于电动机转矩的有效磁通量)之间的关系。在该图中,将间隙宽度G2相对于间隙宽度G1足够大的时候、也就是说G2/G1为8的时候的交链磁通量作为基准、即100%。如该图所示,随着G2/G1从8减小,交链磁通量也减小。详细地讲,G2/G1为5.8左右时交链磁通量为99%,G2/G1为4.0左右时交链磁通量为98%,G2/G1为1.9左右时交链磁通量为95%。
第6实施方式具有以下优点。
(1)转子11具备:分别具有爪状磁极221b,222b的第1以及第2转子芯221,222;以及配置在第1以及第2转子芯221,222的轴向之间的环状磁石223。环状磁石223通过在轴向磁化,将爪状磁极221b作为第1磁极发挥作用,将爪状磁极222b作为第2磁极发挥作用。转子11的轴向长度Hr比定子6的电枢芯7的轴向长度Hs更长。由此,可以将第1以及第2转子芯221,222的轴向的厚度加厚。由于通过将第1以及第2转子芯221,222的轴向的厚度加厚而使磁力通道中产生富余,所以可以抑制磁饱和的发生。其结果,有助于电动机1的高输出化。
(2)在爪状磁极221b,222b的背面221g,222g和芯基座222a,221a的222h,221h之间,分别配置有第1以及第2背面辅助磁石224,225。爪状磁极221b延伸至在轴向上与芯基座222a的环状磁石223相反侧的端面、也就是说轴向外侧端面,爪状磁极222b延伸至在轴向上与芯基座221a的环状磁石223相反侧的端面、也就是说轴向外侧端面。由此,第1以及第2背面辅助磁石224,225以不比爪状磁极221b,222b朝轴向突出的状态延伸至转子11的轴向端面(芯基座221a,222a的轴向外侧端面)。所以,能够确保足够的第1以及第2背面辅助磁石224,225的轴向长度。其结果,更有助于电动机1的高输出化。
(第7实施方式)
以下根据附图对将本发明具体化的第7实施方式进行说明。
如图26所示的电动机1的转子11,如图27以及图28所示,具备第1以及第2组装体SA1,SA2。
如图27以及图28所示,第1组装体SA1具备:成对的第1以及第2转子芯321,322、作为励磁磁石的环状磁石323、背面辅助磁石324、以及极间磁石325。图27以及图28中的箭头表示各个磁石323,324,325的磁化方向(从S极朝向N极)。
如图26所示,在芯基座321a的外周部等间隔地形成有5个爪状磁极321b。爪状磁极321b具有从芯基座321a朝径向外侧延伸的突出部321c以及从此突出部321c朝轴向延伸的爪部321d。
爪状磁极321b的一对圆周方向端面321e,321f为朝径向延伸的平坦面、也就是说从轴向看相对于径向不倾斜的平坦面。突出部321c的轴垂直方向截面为扇形。爪部321d从突出部321c的径向外侧的端部部分朝轴向延伸。爪部321d的圆周方向的宽度为定值。各个爪状磁极321b的圆周方向的角度、即所述一对圆周方向端面321e,321f之间的角度比在圆周方向上相邻的爪状磁极321b彼此之间的间隙的圆周方向上的角度更小。
如图27以及图28所示,在芯基座322a的外周部等间隔地形成有5个爪状磁极322b的突出部322c。突出部322c的轴垂直方向截面为扇形。爪部322d从突出部322c的径向外侧的端部部分沿轴向延伸。
爪状磁极322b的一对圆周方向端面322e,322f为沿径向延伸的平坦面。爪状磁极322b(突出部322c)的轴垂直方向截面为扇形。各个爪状磁极322b的圆周方向的角度、即所述一对圆周方向端面322e,322f之间的角度比在圆周方向上相邻的爪状磁极322b彼此之间的间隙的角度更小。
第2转子芯322以,各个爪部322d配置在与其分别对应的各一对爪部321d之间的同时,环状磁石323配置(夹持)在芯基座321a和芯基座322a的轴向之间的方式(图28参照),组装在第1转子芯321上。此时,由于爪状磁极321b的圆周方向端面321e和爪状磁极322b的圆周方向端面322f沿轴向相互平行,所以各个端面321e,322f之间的空隙呈沿轴向的大致直线状。由于爪状磁极321b的圆周方向端面321f和爪状磁极322b的圆周方向端面322e沿轴向相互平行,所以各个端面321f,322e之间的空隙沿轴向呈大致直线状。
环状磁石323的外径与芯基座321a,322a的外径相等。环状磁石323沿轴向磁化为,使爪状磁极321b作为第1磁极、例如N极发挥作用,使爪状磁极322b作为第2磁极、例如S极发挥作用。
在各个爪状磁极321b的背面321g(径向内侧的面)和芯基座322a的外周面322h之间配置有背面辅助磁石324。同样地,在各个爪状磁极322b的面322g(径向内侧的面)和芯基座321a的外周面321h之间配置有背面辅助磁石324。各个背面辅助磁石324的轴垂直方向截面为扇形。靠背面321g的部分和靠外周面321h的部分磁化为N极。靠外周面322h的部分和靠背面322g的部分磁化为与芯基座322a同极的S极。
各个背面辅助磁石324在转子11的配置了环状磁石323的轴向位置上沿轴向相互重叠配置。换句话说,各个背面辅助磁石324的轴向长度设定为,背面辅助磁石324配置在从转子11的轴向両面(一对轴向外侧端面)到设置环状磁石323的轴向位置为止的范围。
如图27所示,在圆周方向上爪状磁极321b和爪状磁极322b之间配置有极间磁石325。更详细地讲,极间磁石325配置在爪状磁极321b的圆周方向端面321e和爪状磁极322b的圆周方向端面322f之间。第2极间磁石325配置在爪状磁极321b的圆周方向端面321f和爪状磁极322b的圆周方向端面322e之间。各个极间磁石325沿圆周方向磁化为,有相同极性与爪状磁极321b,322b对置、也就是说靠爪状磁极321b的部分作为N极发挥作用,靠爪状磁极322b的部分作为S极发挥作用。在各个极间磁石325上靠旋转轴12的部分(转子11的径向内侧)设置有用于防治漏磁通的空隙K。
第2组装体SA2与第1组装体SA1形状大致相同,具备:成对的第3以及第4转子芯331,332、作为励磁磁石的环状磁石333、背面辅助磁石334、以及极间磁石335。图27以及图28中的箭头表示各个磁石333,334,335的磁化方向(从S极朝向N极)。
如图27以及28所示,第3转子芯331为将所述第2转子芯322朝轴向反转之后的部件。在芯基座331a的外周部等间隔地形成有5个爪状磁极331b。爪状磁极331b具有从芯基座331a朝径向外侧延伸的突出部331c和从此突出部331c朝轴向延伸的爪部331d。
如图28所示,所述转子芯331以其轴向第1端面与第2转子芯322的轴向第2端面抵接的方式组装在旋转轴12上。所以,所述爪部331d向与第2转子芯322的爪部322d的轴向相反侧延伸。
爪状磁极331b的一对圆周方向端面331e,331f为沿径向延伸的平坦面、也就是说从轴向看相对于径向不倾斜的平坦面。突出部331c的轴垂直方向截面为扇形。爪部331d从突出部331c的径向外侧的端部部分沿轴向延伸。爪部331d的圆周方向的宽度为定值。各个爪状磁极331b的圆周方向的角度、即所述一对圆周方向端面331e,331f之间的角度比在圆周方向上相邻的爪状磁极331b彼此之间的间隙的圆周方向角度更小。
第4转子芯332为将所述第1转子芯321朝轴向反转的部件,与第3转子芯331形状大致相同。在芯基座332a的外周部等间隔地形成有5个爪状磁极332b的突出部332c。突出部332c的轴垂直方向截面为扇形。爪部332d从突出部332c的径向外侧的端部部分朝轴向延伸。
爪状磁极332b的一对圆周方向端面332e,332f为在径向延伸的平坦面。爪状磁极332b(突出部332c)的轴垂直方向截面为扇形。各个爪状磁极332b的圆周方向的角度、即所述一对圆周方向端面321e,332f之间的角度比在圆周方向上相邻的爪状磁极332b彼此之间的间隙的角度更小。
第4转子芯332以,各个爪部332d配置在分别与其对应的各一对爪部331d之间的同时,在芯基座331a和芯基座332a的轴向之间配置(夹持)环状磁石333(图28参照)的方式,组装在第3转子331上。此时,因为爪状磁极331b的圆周方向端面331e和爪状磁极332b的圆周方向端面332f沿轴向相互平行,所以各个端面331e,332f之间的間隙呈沿轴向的大致直线状。因为爪状磁极331b的圆周方向端面331f和爪状磁极332b的圆周方向端面332e沿轴向相互平行,所以各个端面331f,332e之间的間隙呈沿轴向的大致直线状。爪状磁极332b(第4转子332)以爪部332d的轴向顶端面332i沿轴向与爪状磁极321b的对应的爪部321d的轴向顶端面321i抵接的方式,组装在第3转子芯331以及旋转轴12上。
此时,构成第1组装体SA1的成对的第1以及第2转子芯321,322和构成第2组装体SA2的成对的第3以及第4转子芯331,332以在圆周方向上错开为预定角度的错开角度θ的方式组装在旋转轴12上。在此,在将极对数设为P(本实施方式为5)时,错开角度θ优选在0<θ≤50°/P的范围、即0<θ≤10°(在图29中表示为X1)的范围内,更优选地在0<θ≤335°/P的范围内、即0<θ≤7°(在图29中表示为X2)。进一步优选地,错开角度θ在0<θ≤20°/P的范围内、即0<θ≤4°(在图29中表示为X3)。
环状磁石333设置为,其磁化方向与所述环状磁石323的磁化方向相反。环状磁石333的外径与芯基座331a,332a的外径相等。环状磁石333沿轴向磁化为,使爪状磁极331b作为第2磁极、例如S极发挥作用,使爪状磁极332b作为第1磁极、例如N极发挥作用。
各个爪状磁极331b的背面331g(径向内侧的面)和芯基座332a的外周面332h之间配置有背面辅助磁石334。同样地,在各个爪状磁极332b的背面332g(径向内侧的面)和芯基座331a的外周面331h之间配置有背面辅助磁石334。各个背面辅助磁石334的轴垂直方向截面为扇形。靠背面331g的部分和靠外周面331h的磁化为S极。靠外周面332h的部分和靠背面332g的部分磁化为与芯基座332a同极的N极。
各个背面辅助磁石334在转子11的配置了环状磁石333的轴向位置上沿轴向相互重叠配置。换句话说,各个背面辅助磁石334的轴向长度设定为,背面辅助磁石334配置在从转子11的轴向両面(一对轴向外侧端面)到配置环状磁石323配置的轴向位置为止的范围。
在爪状磁极331b和爪状磁极332b的圆周方向之间配置有极间磁石335。更详细地讲,第1极间磁石335配置在爪状磁极331b的圆周方向端面331f和爪状磁极332b的圆周方向端面332e之间。第2极间磁石335配置在爪状磁极331b的圆周方向端面331e和爪状磁极332b的圆周方向端面332f之间。各个极间磁石335沿圆周方向磁化为,爪状磁极331b,332b分别与同极性对置的形式、也就是说靠爪状磁极324b的部分作为N极发挥作用,靠爪状磁极323b的部分靠S极发挥作用。各个极间磁石335的靠旋转轴12(转子11的径向内侧)的部分设有用于防止漏磁通的空隙(图示略)。
如图28所示,上述的第1组装体SA1以及第2组装体SA2各自的轴向长度H1,H2相同。
接着,对按上述形式构成的电动机1的作用进行说明。
和第1实施方式相同,在电动机1中,驱动电流经由箱5内的电源电路被供给至分段导体(SC)绕组8时,在定子6上产生使转子11旋转的磁场,转子11被旋转驱动。
本实施方式的电动机1的转子11具有由具备成对的第1以及第2转子芯321,322的第1组装体SA1、以及具备成对的第3以及第4转子芯331,332的第2组装体SA2层积而成的所谓串列构造。成对的第1以及第2转子芯321,322和成对的第3以及第4转子芯331,332配置为在圆周方向上错开。所谓永久磁石励磁的爪极型构造的转子容易在转子的表面磁通中包含高次谐波,由此,在该转子中齿槽转矩有可能变大。在本实施方式中,由于成对的转子芯321,322以及成对的转子芯331,332的各自产生的齿槽转矩的相位彼此错开,所以相位错开的齿槽转矩彼此之间互相抵消,由此可以降低合成齿槽转矩从而抑制振动的发生。
将极对数设为P(本实施方式为5)时,成对的转子芯321,322以及成对的转子芯331,332的错开角度θ被设定在0<θ≤50°/P(P=5)的范围内。由此,可以在图29中的X1的范围内将交链磁通量的降低抑制在10%以内的同时,使齿槽转矩降低。另外,将错开角度θ设定在0<θ≤335°/P的范围内的情况下,可以在图29中的X2的范围内将交链磁通量的降低抑制在5%以内。进一步,将错开角度θ设置在0<θ≤20°/P的范围内的情况下,可以将图2中的X3的范围内将交链磁通量的降低抑制在1%以内。
第7实施方式可以得到以下优点。
(1)在多对为转子芯的第1以及第2转子芯321,322和第3以及第4转子芯331,332中,相同磁极的转子芯322,331彼此相邻地配置。各个成对的转子芯321,322和331,332配置为在圆周方向上错开。因此,在成对的转子芯321,322以及成对的转子芯331,332中产生的齿槽转矩的相位彼此错开,所以通过相位错开的齿槽转矩彼此相互抵消,可以降低合成齿槽转矩从而抑制振动的发生。
(2)由于在将极对数设为P时,在圆周方向上的错开角度θ设定在0<θ≤50°/P、即0<θ≤10°的范围内,所以如图29所示,可以抑制交链磁通量的降低、即转矩的降低的同时,降低齿槽转矩。另外,通过将错开角度θ设定为例如0<θ≤335°/P、即0<θ≤7°的范围内,如图29所示,可以抑制交链磁通量的降低、即转矩的降低的同时,降低齿槽转矩。进一步,通过将错开角度θ设定在0<θ≤20°/P、即0<θ≤4°的范围内,如图29所示,可以进一步抑制交链磁通量的降低、即转矩的降低的低下的同时、降低齿槽转矩。
(3)因为第1组装体SA1和第2组装体SA2的轴向长度H1,H2相同,所以通过成对的转子芯321,322和成对的转子芯331,332使磁路(路径)分别完结并相互均衡。因此,成对的转子芯321,322和331,332的磁极之间的短路磁通变小。
本发明的实施方式也可以更改为以下的形式。
·在第1实施方式中,在各个爪状磁极21b-24b的顶端形成了矩形的辅助槽21c-24c,但也可以适宜地改变其形状等。例如,如图5A所示,可以形成圆周方向宽度比上述第1实施方式的辅助槽21c-24c更宽的辅助槽41。如图5B所示,也可以形成等腰三角形的辅助槽42。如图5C所示,也可以形成将该等腰三角形的1个顶点在圆周方向上移位的三角形的辅助槽43。如图5D所示,也可以形成圆弧状的辅助槽44或者包含圆弧的辅助槽。如图5E所示,也可以在从爪状磁极的圆周方向中心沿圆周方向离开相等距离的位置形成具有相互不同宽度的辅助槽45a,45b。如图5F所示,也可以在从爪状磁极的的圆周方向中心沿圆周方向离开相互不同的距离的位置形成辅助槽46a,46b。
·在上述第1实施方式中,为了调整各个爪状磁极21b-24b的外周面的磁通密度分布,分别形成了从其顶端向基端延伸的辅助槽21c-24c。相对于此,只要能调整磁通密度分布并不限于上述形状,例如也可以在各个爪状磁极21b-24b上形成沿径向延伸的、在各个爪状磁极21b-24b的外周面和内周面分别开口的贯穿孔。另外,也可以在各个爪状磁极21b-24b的外周面上形成凹部。
·在上述第1实施方式中,形成在爪状磁极21b-24b上的辅助槽21c-24c的形状相同,但也可以对应于例如转子芯的位置等适宜地改变其形状。例如,可以对于轴向两端的第1转子芯21以及第4转子芯24形成图5A所示的辅助槽41,对于第2转子芯22以及第3转子芯23形成图5D所示的辅助槽44。
·在上述第1实施方式中,在各个爪状磁极21b-24b上形成了2个辅助槽21c-24c,但也可以形成1个或者3个以上的辅助槽。另外,也可以对应于例如转子芯的位置等改变形成在各个转子21-24上的辅助槽的个数。
·在上述第1以及第4实施方式中,将极间磁石31对于各个爪状磁极21b-24b的圆周方向中心线对称地配置,但也可以配置成非对称。也就是说也可以,以将图3A,图3B所示的交点O1,O2从通过各个爪状磁极21b-24b的径向外侧辺的圆周方向中心和旋转轴12的轴中心的直线错开的方式,形成各个爪状磁极21b-24b。例如,对应转子11的旋转方向或者旋转数改变极间磁石31的斜率。即使这样,也可以得到与上述第1实施方式相同的优点。
·在上述第1实施方式中,以极间磁石31的圆周方向中心线相对于转子11的径向有角度的方式形成了各个爪状磁极21b-24b,但也可以以极间磁石31的圆周方向中心线与转子11的径向一致的方式形成各个爪状磁极21b-24b。
·在上述第1、第4以及第5实施方式中也可以适宜地省略极间磁石31,131。
·在上述第1以及第4实施方式中也可以适宜地省略背面辅助磁石26,27,29,30。
·在上述第1以及第4实施方式作为励磁磁石采用了环状磁石25,28,但也可以沿圆周方向排列多个平板状的永久磁石,使各个爪状磁极21b-24b产生磁场。另外,也可以在轴向上一对芯基座之间介装1个圆盘状的永久磁石,使各个爪状磁极21b-24b产生磁场。
·在上述第1以及第4实施方式中,在各个爪状磁极21b,22b之间或者各个爪状磁极23b,24b之间配置了极间磁石31,但也可以根据配置位置使极间磁石的形状不同。
·在上述第1、第2以及第4实施方式中,将各个极间磁石31以从第1转子芯21的轴向外侧端面延伸至第4转子芯24的轴向外侧端面的方式形成,但也可以沿轴向配置多个极间磁石。
·在上述第2实施方式中,如图7A以及图7B所示,将爪状磁极21b,22b的径向内侧端面21f,22f分别通过2个平面形成,但也可以适宜地改变内周面的形状。例如,如图10A所示,可以将径向内侧端面22f设为包含与芯基座对置的平坦的部分的形状。另外,如图10B所示,也可以将径向内侧端面22f通过从轴向看呈圆弧状的2个曲面形成。如图10C所示,也可以将形成径向内侧端面22f的2个平面的圆周方向的长度根据例如转子11的旋转方向等设置成相互不同的值。如图10D所示,也可以将径向内侧端面22f的中央部形成为达到径向外侧端面22e。另外,在图10A-10D中显示了爪状磁极22b,很明显,对于爪状磁极21b,23b,24b也可以进行同样的变更。
·在第3实施方式中,如图12B所示,爪部41d的圆周方向中心朝径向内侧突出,其顶点接触芯基座42a。相对于此,例如如图14A所示,也可以以爪部41d的圆周方向中心不从极间磁石51a朝径向内侧突出的方式形成为平坦状,使爪部41d的圆周方向中心从芯基座42a离开。另外,如图14B所示,将2个极间磁石51a彼此之间的部分朝径向外侧凹设。
·在上述第3实施方式中,将极间磁石51a-51d对于各个爪状磁极41b-44b的圆周方向中心线对称配置,但也可以非对称地配置。例如,根据转子11的旋转方向或者旋转数改变极间磁石51a-51d的斜率。即使这样,也可以得到与上述第3实施方式相同的优点。
·在上述第2以及第3实施方式中,作为励磁磁石采用了环状磁石28,29,但也可以沿圆周方向排列多个平板状的永久磁石,使各个爪状磁极41b-44b产生磁场。另外,也可以在轴向上一对芯基座之间介装1个圆盘状的永久磁石使各个爪状磁极41b-44b产生磁场。
·在第4实施方式中,通过将爪状磁极21b,24b的各基端部的圆周方向的宽度L1设为比爪状磁极22b,23b的各基端的圆周方向的宽度L2更窄,设定了从芯基座通过与爪状磁极之间的通过磁通量。相对于此,只要可以设定从芯基座和爪状磁极之间通过的磁通量,也可以在爪状磁极中设置从芯基座朝圆周方向外侧延伸的部分的截面积(沿圆周方向的截面面积)。例如,在轴向两端的转子芯21,24的爪状磁极21b,24b的各个基端部,也可以将从芯基座21a,24a朝圆周方向外侧延伸的部分的轴向的宽度设定为比其他转子22,23的爪状磁极22b、23b的各个基端的轴向的宽度更窄。另外,也可以将爪状磁极21b,24b的各个基端部的圆周方向的宽度以及轴向的宽度设定为比爪状磁极22b,23b的各个基端部的圆周方向的宽度以及轴向的宽度更窄。
·在第5实施方式中,爪状磁极121b-124b的爪部121d-124d全为同一形状。然而,只要爪部121d-124d的径向外侧端面121h-124h的表面积相等,爪部121d 124d的形状也可以不同。
·在第5实施方式中,配置在爪状磁极121b-124b之间的极间磁石127,128构成为从轴向一侧的转子芯121的轴向一侧的端面121k到轴向另一侧的转子芯124的轴向另一侧的端面124k为止的1个部件,但并不限于此。例如,也可以采用在轴向上将极间磁石(例如根据成对的转子芯的个数)分割为多个来配置的构成。
·在第5实施方式中,将成对的第1以及第2转子芯121,122和成对的第3以及第4转子芯123,124以在轴向层积的状态组装在旋转轴12上,但也可以将多个这样的构造组装在旋转轴12上。
·在第5实施方式中,通过改变突出部121c-124c的圆周方向角度H1,H3(宽度),将轴向两端的转子芯121,124的爪状磁极121b,124b的基端部分、也就是说突出部121c,124c的截面积设定为比其他转子芯122,123的爪状磁极122b,123b的基端部分、也就是说突出部122c,123c的截面积更宽,但并不限于此。例如,可以通过改变突出部121c-124c的轴向厚度,将突出部121c,124c的截面积设定为比突出部122c,123的截面积更宽。
·在第5以及第7实施方式中,在成对的第1转子芯121,321以及第2转子芯122,322和成对的第3转子芯123,323以及第4转子芯124,324中作为励磁磁石分别设置了1个环状磁石125,126,325,326,但并不限于此。例如,也可以采用将分割为多个的永久磁石在旋转轴12的周围分别配置在成对的转子芯121,122(321,322)的芯基座121a,122a(321a,322a)和成对的转子芯123,124(323,324)的芯基座123a,124a(323a,324a)各自的轴向之间的构成。
·虽然在上述第5-第7实施方式中没有特别提到,第1-第4转子芯121-124,221-224,321-324以及电枢芯7也可以由例如磁性金属板材的层积或者磁性粉体的成形制造。
·也可以从第6实施方式的转子11省略第1以及第2背面辅助磁石224,225,或者省略第1以及第2极间磁石226,227,或者省略两者。
·在第6实施方式中,转子11由1个包含一对转子芯和各个磁石223,227的组构成,但并不限于此,也可以将这样的组沿轴向层叠多个构成所谓串列构造的转子。例如,如图25所示的转子231,由2组磁石223-227构成。也就是说,第1以及第2转子芯221,222分别设置2个,并以2个第2转子芯22彼此在轴向上相互抵接的同时,第1转子芯21配置在轴向外侧的方式层积。爪状磁极221b,222b构成为在轴向排列的磁极彼此为同极。即使在如此图25所示的构成中,从转子231整体的轴向长度Hr、也就是说,图中上侧的第1转子芯221的轴向外侧端面到下侧的第1转子芯221的轴向外侧端面位置的长度也设定为比定子6的电枢芯7的轴向长度Hs更长,可以得到和第6实施方式相同的优点。
在这样的串列构造的转子231中,第1转子芯221的芯基座221a以及第2转子芯222的芯基座222a沿轴向并列。在图25所示的构成中,沿轴向排列的芯基座221a,222a中的、配置在轴向两端的芯基座221a的轴向厚度T1比配置在轴向内侧的芯基座222a的轴向厚度T2更厚。由于芯基座221a的轴向外侧端面面向外部,所以从该处容易发生漏磁通。然而,如图25所示的构成中,通过将芯基座221a的轴向厚度加厚,芯基座221a中的磁饱和被抑制,其结果,可以抑制来自芯基座221a的轴向外侧端面的漏磁通的发生。
在图25所示的构成中,将芯基座221a的轴向厚度T1设定为比芯基座222a的轴向厚度T2更厚,但也可以相反地将芯基座221a的轴向厚度T1设定为比芯基座222a的轴向厚度T2更薄。另外,在该构成中,通过2组一对转子芯和各磁石223-27的组构成,但组的个数并不限于此,也可以通过3组以上构成。
·在第6实施方式中,爪状磁极221b,222b的形状以及个数可以根据构成适宜地变更。
·在第6实施方式中,并没有提别提到朝定子6的齿的卷绕方法,可以采用集中线圈或者分布线圈。
·在第7实施方式中并没有特别提到,但例如在将转子11的磁极数和定子6的齿槽数的最小公倍数设为MS、n=1或者2的情况下,错开角度θ优选设定为180°×n/MS-5°≤θ≤180°×n/MS+5°的范围。例如,在最小公倍数MS=12、n=1的情况下,错开角度θ设定在10°≤θ≤20°(图30中Y1)的范围。另外,在最小公倍数MS=12、n=2的情况下,错开角度θ设定在40°≤θ≤50°(图30中Y2)的范围。通过这样的构成,可以将图30所示的齿槽转矩降低至50%。
·在上述第7实施方式中,采用了将具备成对的转子芯321,322的组装体SA1和具备成对的转子芯331,332的组装体SA2层积而成的2层的所谓串列构造,其层积数例如如图31所示也可以适宜变更为3层或者3层以上。
·在上述第7实施方式中,具备成对的转子芯321,322的第1组装体SA1的轴向长度、即转子芯321,322的轴向两端面之间的长度、和具备成对的转子芯331,332的第2组装体SA2的轴向长度、即转子芯331,332的轴向两端面之间的长度相同,但并不限于此。例如,第1组装体SA1的轴向长度和第2组装体SA2的轴向长度也可以不同。另外,例如,即使在将分别具备成对的转子芯的组装体层积3层以上的构成中,各对转子芯的轴向长度也可以不同。例如,在图31所示的转子11中,转子芯341,342形成第3组装体SA3,转子芯343,344形成第4组装体SA4,转子芯345,346形成第5组装体SA5。各个转子芯341-346具备多个爪状磁极341b-346b。相邻爪状磁极341b346b的圆周方向之间配置有极间磁石350,351,352。在将极间磁石350,351,352的圆周方向宽度设为θm的时候,各个转子芯341,346之间的、在圆周方向的错开角度θ、也就是说组装体SA3,SA4,SA5之间的错开角度θ,设定在0<θ≤θm的范围。在此,组装体SA3,SA4,SA5的轴向长度相同的情况下,每对成对的转子芯中,磁路(路径)分别完结并相互均衡。由此,成对的转子芯的磁极間的短路磁通较小。然而,在组装体SA3,SA4,SA5的轴向长度L3,L4,L5不同的情况下,短路磁通有增加的傾向。在这种情况下,通过将错开角度θ设定在极间磁石350,351,352的圆周方向宽度9m以下,可以利用极间磁石350,351,352的磁通的整流效果,如图32中由Z1表示的那样,抑制从第1磁极到第2磁极的短路磁通。另外,通过将错开角度θ设定在0<θ≤θm/2的范围,可以利用极间磁石50,51,52的磁通的整流效果,如图32中由Z2表示的那样进一步抑制从第1磁极到第2磁极的短路磁通。

Claims (19)

1.一种电动机,具备:
转子,该转子具有轴向并具备:至少一对转子芯,沿所述轴向排列;以及励磁磁石,配置在所述转子芯彼此之间,并沿所述轴向磁化,各个转子芯具有在轴向延伸的多个爪状磁极,所述各个转子芯以使磁通适当地流向所述爪状磁极的方式构成;和
定子,其具有环状的定子芯,该环状的定子芯配置在卷装了绕组的所述转子的径向外侧,
其中,
所述转子的转子芯的轴向长度比所述定子芯的轴向长度更长,
在所述爪状磁极的背面分别配置有辅助磁石,
所述各对转子芯的第1转子芯的爪状磁极沿轴向延伸至这对转子芯的第2转子芯的轴向外侧端面,
所述第2转子芯的爪状磁极沿轴向延伸至所述第1转子芯的轴向外侧端面,
各个辅助磁石的轴向外侧端面,在轴向上从所述定子芯的对应的轴向外侧端面突出。
2.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述各个转子芯进一步具有圆盘状的芯基座,所述多个爪状磁极从所述芯基座的外周部沿所述转子的径向延伸的同时沿所述轴向延伸,所述各个爪状磁极形成为从所述径向看呈长方形,所述至少一对转子芯配置为,所述转子芯的爪状磁极互相在所述轴向上朝相反的方向延伸,并沿所述转子的圆周方向交替地排列,
各个所述转子芯形成在所述各个爪状磁极的顶端,为朝所述径向外侧开口的磁通限制部。
3.根据权利要求2所述的电动机,其中,
所述磁通限制部为从所述爪状磁极的顶端朝基端延伸的同时从所述爪状磁极的外周面延伸至内周面的辅助槽。
4.根据权利要求2或者3所述的电动机,其中,
所述磁通限制部在各个爪状磁极的顶端沿所述圆周方向形成多个。
5.根据权利要求1所述的电动机,其中,
所述各个转子芯进一步具有圆盘状的芯基座,所述多个爪状磁极从所述芯基座的外周部沿所述转子的径向延伸的同时沿所述轴向延伸,所述至少一对转子芯配置为,各个转子芯的爪状磁极互相在在所述轴向上朝相反的方向延伸,并沿所述转子的圆周方向交替地排列,
所述转子进一步具备多个极间磁石,所述多个极间磁石分别配设于在所述圆周方向上相邻的所述爪状磁极彼此之间,并磁化为在所述圆周方向上与爪状磁极对置的各个面与该对置的爪状磁极具有相同的极性,
各个所述转子芯形成在所述爪状磁极的顶端,为将所述极间磁石的磁通向所述爪状磁极的外周面引导的磁通引导部。
6.根据权利要求5所述的电动机,其中,
所述磁通引导部具有径向内侧端面以及径向外侧端面,所述径向内侧端面具有圆周方向两端和圆周方向中央部,所述圆周方向中央部和所述径向外侧端面在所述径向上的距离比所述圆周方向两端和所述径向外侧端面在所述径向上的距离更小。
7.根据权利要求6所述的电动机,其中,
沿所述轴向至少排列有2对所述转子芯,
配置在轴向两端的所述转子芯具有的爪状磁极的各个基端部在所述圆周方向上的宽度比其他的转子芯具有的爪状磁极的各个基端在圆周方向上的宽度更窄。
8.根据权利要求5所述的电动机,其中,
所述磁通引导部的圆周方向中央部朝所述径向内侧突出。
9.根据权利要求1所述的电动机,其中,
沿所述轴向至少排列有2对所述转子芯,
所述各个转子芯配置为具有相同极性的转子芯彼此相邻,
配置在轴向两端的转子芯具有的爪状磁极的各个基端部的沿所述转子的圆周方向的截面的面积比其他转子芯具有的爪状磁极的各个基端部的沿所述圆周方向的截面的面积更窄。
10.根据权利要求9所述的电动机,其中,
具有辅助磁石,所述辅助磁石配置在所述各对转子芯的第1转子芯的爪状磁极和这对转子芯的第2转子芯的芯基座之间,并磁化为靠所述爪状磁极的部分具有与所述爪状磁极相同的极性,靠所述芯基座的部分具有与所述芯基座相同的极性。
11.根据权利要求9或者10所述的电动机,其中,
具备多个极间磁石,所述多个极间磁石分别配置于在所述圆周方向上相邻的一对爪状磁极之间,并磁化为在所述圆周方向上与爪状磁极对置的各个面与该对置的爪状磁极具有相同的极性。
12.根据权利要求11所述的电动机,其中,
所述极间磁石从配置在所述轴向的第1端的转子芯的轴向外侧端面延伸至配置在所述轴向的第2端的转子芯的轴向外侧端面。
13.根据权利要求1所述的电动机,其中,
沿所述轴向至少排列有2对所述转子芯,
所述各个转子芯配置为,具有相同极性的转子芯彼此相邻,
所述转子进一步具备极间磁石,该极间磁石分别配置于在所述转子的圆周方向上相邻的一对爪状磁极之间,并磁化为在所述圆周方向上与爪状磁极对置的各个面具有与该对置的爪状磁极相同极性,
所述各个转子芯的爪状磁极形成为,配置在其圆周方向两侧的2个极间磁石的圆周方向中心线分别相对于所述转子的径向具有角度。
14.根据权利要求1所述的电动机,其中,
沿所述轴向至少排列有2对所述转子芯,
所述各个转子芯配置为,具有相同极性的转子芯彼此相邻,
配置在轴向两端的转子芯具有的爪状磁极的各个基端部的沿所述转子的圆周方向的截面的面积比其他的转子芯具有的爪状磁极的各个基端部的沿所述圆周方向的截面的面积更大。
15.根据权利要求14所述的电动机,其中,
所述爪状磁极的径向外侧端面全部为相同的形状。
16.根据权利要求14或者15所述的电动机,其中,
具备多个极间磁石,所述极间磁石分别配置于在所述圆周方向上相邻的所述爪状磁极彼此之间,并磁化为在所述圆周方向上与爪状磁极对置的各个面具有与该对置的爪状磁极相同的极性。
17.根据权利要求16所述的电动机,其中,
所述极间磁石从配置在所述轴向的第1端的转子芯的轴向外侧端面延伸至配置在所述轴向的第2端的转子芯的轴向外侧端面。
18.根据权利要求1所述的电动机,其中,
沿所述轴向至少排列有2对所述转子芯,
配置在轴向两端的转子芯的轴向厚度比其他的转子芯的轴向厚度更厚。
19.一种电动机,具备:
转子,该转子具有轴向以及径向并具备:多对转子芯,沿所述轴向排列;和励磁磁石,配置在各对转子芯彼此之间,并沿所述轴向磁化,
各个转子芯分别具备:圆盘状的芯基座;和多个爪状磁极,所述多个爪状磁极从所述芯基座的外周部沿所述径向延伸的同时沿所述轴向延伸,
所述各对的第1以及第2转子芯配置为,各个转子芯的爪状磁极相互在所述轴向上朝相反的方向延伸,并沿圆周方向交替地排列,
所述各个转子芯配置为,具有相同极性的转子芯彼此相邻并且在所述圆周方向上错开,
所述各对的转子芯配置为在所述圆周方向上错开,
所述各对的转子芯彼此在圆周方向上的错开角度θ设定为180°×n/MS-5°≦θ≦180°×n/MS+5°的范围,其中,MS为转子的磁极数和与所述转子相对的定子的齿槽数的最小公倍数,n=1或者2。
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