CN114175464A - 电动机 - Google Patents

Abstract

本发明的电动机包括定子铁芯、配置于定子铁芯的齿槽内的线圈、以及与定子铁芯相对的转子。设转子的磁极数为P、定子铁芯的齿槽数为S、自然数为N时，满足P＝7×N、S＝12×N的条件。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机。

背景技术

电动机具备定子和转子。其中，定子具有定子铁芯和线圈。专利文献1公开了定子结构的一个示例。

专利文献1：日本特开2011-010392号公报

发明内容

作为线圈的卷绕方式，已知有全距绕组和短距绕组。全距绕组是指，转子的极距与定子的线圈节距相同的卷绕方式。短距绕组是指，定子的线圈节距小于转子的极距的卷绕方式。例如，采用全距绕组方式卷绕开关磁阻电动机的线圈时，相比于短距绕组的电动机，全距绕组的电动机中，定子的每单位体积的转矩较大。然而，相比于短距绕组的电动机，全距绕组的电动机的线圈端部(coil-end)较大，很难得到电动机转矩密度的显著改善。还有，根据定子的结构，如果不采用分割式定子铁芯，有可能难以将成型后的线圈插入定子铁芯的齿槽中。

本发明的目的在于提供一种电动机，其能够抑制线圈端部的大小，而且即使不采用分割式定子铁芯也能够容易进行装配。

根据本发明，提供一种电动机，其包括：定子铁芯；线圈，其配置于所述定子铁芯的齿槽；以及转子，其与所述定子铁芯相对，设所述转子的磁极数为P、所述定子铁芯的齿槽数为S、自然数为N时，满足P＝7×N、S＝12×N的条件。

根据本发明，提供了一种电动机，能够抑制线圈端部的大小，而且即使不采用分割式定子铁芯也能够容易进行装配。

附图说明

图1是示意性地表示本实施方式涉及的电动机的图。

图2是示意性地表示本实施方式涉及的定子的一部分的立体图。

图3是示意性地表示本实施方式涉及的定子和转子的图。

图4是示意性地表示本实施方式涉及的齿和线圈的图。

图5是表示本实施方式涉及的定子的制造方法的一个示例的流程图。

图6是示意性地表示本实施方式涉及的齿槽的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明，但本发明不限于此。以下说明的实施方式的结构要素可以适当组合。有些情况下，还可以不使用部分结构要素。

电动机

图1是示意性地表示本实施方式涉及的电动机1的图。本实施方式中，电动机1为分段式开关磁阻电动机。如图1所示，电动机1具备定子2和转子3。

定子2实质上呈圆筒状。定子2的内周面与转子3的外周面隔着间隙相对。转子3以旋转轴AX为中心旋转。转子3的旋转轴AX与定子2的中心轴实质上一致。

本实施方式中，可将与旋转轴AX平行的方向称为“轴向”，可将绕旋转轴AX的周围的方向称为“周向”，可将旋转轴AX的辐射方向称为“径向”。

此外，可将在轴向上沿规定的方向远离电动机1的中心的方向或位置称为“轴向一侧”，可将轴向上与轴向一侧相反的一侧称为“轴向另一侧”。此外，可将周向上的规定的旋转方向称为周向一侧，可将周向上与周向一侧相反的一侧称为“周向另一侧”。此外，可将在径向上远离中心轴AX的方向或位置称为径向外侧，可将径向上与径向外侧相反的一侧称为径向内侧。

定子2具有定子铁芯4以及由定子铁芯4支撑的线圈5。转子3与定子铁芯4相对配置。本实施方式中，转子3配置在定子铁芯4的内侧。转子3具有转子座6以及由转子座6保持的转子铁芯片7。转子座6是非磁体。转子铁芯片7是磁体。转子铁芯片7作为转子3的磁极发挥功能。

电动机1是三相电动机。线圈5包括U相线圈5U、V相线圈5V和W相线圈5W。

转子3经由电动机轴8与对象物RS连接。作为对象物RS的例子，可以示出搭载于一种工程机械即混合动力挖掘机的发动机。电动机1作为被发动机驱动的发电机发挥功能。

定子

图2是表示本实施方式涉及的定子2的一部分的立体图。如图2所示，定子2具有定子铁芯4以及配置在定子铁芯4的齿槽9上的线圈5。

定子铁芯4具有内周面4S、外周面4T、第一端面4A和第二端面4B。内周面4S朝向径向内侧。外周面4T朝向径向外侧。第一端面4A朝向轴向一侧。第二端面4B朝向轴向另一侧。第一端面4A使内周面4S的轴向一侧的端部与外周面4T的轴向一侧的端部连结。第二端面4B使内周面4S的轴向另一侧的端部与外周面4T的轴向另一侧的端部连结。

在内周面4S上，沿周向设置有多个齿槽9。齿槽9是从内周面4S向径向外侧凹陷而成的。齿槽9沿着轴向延伸。齿槽9具有：开口部9M，其设于内周面4S且朝向径向内侧；开口部9A，其设于第一端面4A且朝向轴向一侧；以及开口部9B，其设于第二端面4B且朝向轴向另一侧。

此外，定子铁芯4还具有齿10，其配置于周向上相邻的齿槽9之间。

齿10支撑线圈5。齿10具有朝向轴向一侧的端面10A、以及朝向轴向另一侧的端面10B。第一端面4A包含端面10A。第二端面4B包含端面10B。

线圈5支撑于齿10。线圈5具有开口11。齿10插入线圈5的开口11中。线圈5的一部分配置于齿槽9的内侧。线圈5的一部分在轴向上从定子铁芯4突出。

在以下说明中，可将线圈5中配置于齿槽9的内侧的部分称为线圈中心部51，可将线圈5中在轴向上从定子铁芯4突出的部分称为线圈端部52。

线圈5具有两个线圈中心部51。线圈5具有两个线圈端部52。在一侧线圈中心部51配置于规定的齿槽9时，另一侧线圈中心部51配置于与配置有一侧线圈中心部51的齿槽9不同的齿槽9。线圈端部52包括：从定子铁芯4的第一端面4A朝轴向一侧突出的第一线圈端部52；以及从定子铁芯4的第二端面4B朝轴向另一侧突出的第二线圈端部52。

如上所述，线圈5包括U相线圈5U、V相线圈5V和W相线圈5W。图2中示出了U相线圈5U和V相线圈5V。

如图2所示，U相线圈5U与V相线圈5V被重叠。以在U相线圈5U的中间配置V相线圈5V的一部分、且在V相线圈5V的中间配置U相线圈5U的一部分的方式使U相线圈5U与V相线圈5V重叠，由此形成U相线圈5U与V相线圈5V的线圈组31。

与线圈组31同样地，以在V相线圈5V的中间配置W相线圈5W的一部分、且在W相线圈5W的中间配置V相线圈5V的一部分的方式使V相线圈5V与W相线圈5W重叠，由此形成V相线圈5V与W相线圈5W的线圈组32。以在W相线圈5W的中间配置U相线圈5U的一部分、且在U相线圈5U的中间配置W相线圈5W一部分的方式使W相线圈5W与U相线圈5U重叠，由此形成W相线圈5W与U相线圈5U的线圈组33。定子铁芯4分别支撑线圈组31、线圈组32及线圈组33。

线圈5以2齿槽节距配置于齿10的周围。即，在线圈5的一侧线圈中心部51配置在规定的齿槽9内时，另一侧线圈中心部51配置在：周向上从配置有一侧线圈中心部51的齿槽9起，隔着一个齿槽9的第二个齿槽9中。

在图2所示的示例中，齿槽9包括：第一齿槽91；在第一齿槽91的周向一侧与其相邻配置的第二齿槽92；在第二齿槽92的周向一侧与其相邻配置的第三齿槽93；以及在第三齿槽93的周向一侧与其相邻配置的第四齿槽94。

U相线圈5U的另一侧线圈中心部51配置于第一齿槽91。V相线圈5V的另一侧线圈中心部51配置于第二齿槽92。U相线圈5U的一侧线圈中心部51配置于第三齿槽93。V相线圈5V的一侧线圈中心部51配置于第四齿槽94。

线圈组32的V相线圈5V及W相线圈5W与多个齿槽9的关系、以及线圈组33的W相线圈5W及U相线圈5U与多个齿槽9的关系，均与线圈组31的U相线圈5U及V相线圈5V与多个齿槽9的关系相同。

磁极数与齿槽数的关系

图3是示意性地表示本实施方式涉及的定子2和转子3的图。图3表示的是分割成一半的定子2和转子3。另外，图3仅表示绕组极性的一示例。绕组极性既在图3所示的方向成立，也在图3所示方向的反向成立。

如图3所示，U相线圈5U与V相线圈5V的线圈组31、V相线圈5V与W相线圈5W的线圈组32、以及W相线圈5W与U相线圈5U的线圈组33，均支撑于定子铁芯4。U相线圈5U、V相线圈5V和W相线圈5W均以2齿槽节距配置于齿10的周围。

转子3具有多个转子铁芯片7。多个转子铁芯片7具有同一形状及尺寸。多个转子铁芯片7在周向上等间隔配置。转子铁芯片7作为转子3的磁极发挥功能。转子3的磁极数是指转子铁芯片7的数量。

本实施方式中，设转子3的磁极数为P、定子铁芯4的齿槽数为S、自然数为N，电动机1满足下述式(1)和式(2)的条件。

P＝7×N…(1)

S＝12×N…(2)

即，作为本实施方式涉及的电动机1的例子，可示出7极12齿槽的电动机、14极24齿槽的电动机、以及21极36齿槽的电动机。

本实施方式中，以在转子3旋转时能使U相线圈5U、V相线圈5V和W相线圈5W的至少两个线圈中心部51与周向上相邻的两个转子铁芯片7相对的方式，确定磁极数P和齿槽数S。图3的示例中，V相线圈5V的两个线圈中心部51与周向上相邻的两个转子铁芯片7同时相对。在转子3旋转后，会发生U相线圈5U的两个线圈中心部51与周向上相邻的两个转子铁芯片7同时相对的状态。在转子3进一步旋转后，会发生W相线圈5W的两个线圈中心部51与周向上相邻的两个转子铁芯片7同时相对的状态。

这样，本实施方式中，以使U相线圈5U的线圈节距Ic、V相线圈5V的线圈节距Ic以及W相线圈5W的线圈节距Ic与转子3的极距Ip实质上相同的方式确定磁极数P和齿槽数S。

本实施方式中，线圈节距Ic是指，以旋转轴AX为基准，一个线圈5的一侧线圈中心部51与另一侧线圈中心部51所构成的角度。极距Ip是指，以旋转轴AX为基准，周向上相邻的两个转子铁芯片7所构成的角度。

齿

图4是示意性地表示本实施方式涉及的齿10和线圈5的图。图4相当于从径向内侧观察定子铁芯4的图。如图3和图4所示，齿10包括：第一齿101，其配置在线圈组31的U相线圈5U的开口11和V相线圈5V的开口11的双方中；第二齿102，其配置在U相线圈5U的开口11和V相线圈5V的开口11的其中一方中；以及第三齿103，其没有配置在U相线圈5U的开口11和V相线圈5V的开口11的任何一方中。

即，第一齿101是配置于两个线圈5的开口11的内侧的齿10。第二齿102是配置于一个线圈5的开口11的内侧的齿10。第三齿103是没有配置于线圈5的开口11的内侧的齿10。

第一齿101包括：配置在线圈组32的V相线圈5V的开口11和W相线圈5W的开口11的双方中的齿10；以及配置在线圈组33的W相线圈5W的开口11和U相线圈5U的开口11的双方中的齿10。

第二齿102包括：配置在线圈组32的V相线圈5V的开口11和W相线圈5W的开口11的其中一方中的齿10；以及配置在线圈组33的W相线圈5W的开口11和U相线圈5U的开口11的其中一方中的齿10。

第三齿103包括：没有配置在线圈组32的V相线圈5V的开口11和W相线圈5W的开口11的任何一方中的齿10；以及没有配置在线圈组33的W相线圈5W的开口11和U相线圈5U的开口11的任何一方中的齿10。

换言之，第一齿101是其端面10A和端面10B与两个线圈5相对的齿10。第二齿102是其端面10A和端面10B与一个线圈5相对的齿10。第三齿103是其端面10A和端面10B不与线圈5相对的齿10。

如图4所示，在周向上，第一齿101、第二齿102和第三齿103中，第一齿101的尺寸R1最小，第二齿102的尺寸R2大于第一齿101，第三齿103的尺寸R3最大。

线圈

本实施方式中，线圈5由板状的分段(segment)导体构成。分段导体包括：构成U相线圈5U的分段导体、构成V相线圈5V的分段导体、以及构成W相线圈5W的分段导体。

通过将多个分段导体连接成螺旋状，来形成线圈5。U相线圈5U是由连接成螺旋状的多个分段导体构成的。V相线圈5V也是由连接成螺旋状的多个分段导体构成的。在U相线圈5U的分段导体的中间，配置V相线圈5V的分段导体的一部分。U相线圈5U的分段导体与V相线圈5V的分段导体在径向上交替配置。通过在U相线圈5U之间配置V相线圈5V的一部分，U相线圈5U与V相线圈5V得以重叠，形成U相线圈5U与V相线圈5V的线圈组31。

同样地，通过在V相线圈5V的中间配置W相线圈5W的一部分，V相线圈5V与W相线圈5W得以重叠，形成V相线圈5V和W相线圈5W的线圈组32。通过在W相线圈5W的中间配置U相线圈5U的一部分，W相线圈5W与U相线圈5U得以重叠，形成W相线圈5W与U相线圈5U的线圈组33。定子铁芯4分别支撑线圈组31、线圈组32和线圈组33。

另外，本实施方式中，由板状的分段导体构成线圈5，但线圈5也可以由圆线构成，还可以由扁平线构成。

制造方法

图5是表示本实施方式涉及的定子2的制造方法的一个示例的流程图。如图5所示，通过包括制造线圈组的工序PR1、使线圈组插入齿槽9的工序PR2、以及将多个线圈组结线的工序PR3的制造方法，来制造定子2。

当制造线圈组31时，首先，分别制造U相线圈5U和V相线圈5V。通过将多个分段导体连接成螺旋状，来制造U相线圈5U。通过将多个分段导体连接成螺旋状，来制造V相线圈5V。

多个分段导体可以通过焊接来连接，也可以通过将分段导体的端面相压接来连接。

在分别制造U相线圈5U和V相线圈5V后，在U相线圈5U的分段导体的中间，配置V相线圈5V的分段导体的一部分。以在径向上交替配置U相线圈5U的分段导体与V相线圈5V的分段导体的方式将U相线圈5U与V相线圈5V重叠，由此制造U相线圈5U与V相线圈5V的线圈组31。同样地制造V相线圈5V与W相线圈5W的线圈组32、以及W相线圈5W与U相线圈5U的线圈组33(工序PR1)。

在制造线圈组31、线圈组32和线圈组33后，将线圈组31、线圈组32和线圈组33分别从径向内侧插入到齿槽9内。如图3所示，线圈组33配置于线圈组32的周向一侧，线圈组32配置于线圈组31的周向一侧。对多个齿槽9的每一个，分别配置一个线圈中心部51(工序PR2)。

在将线圈组31、线圈组32和线圈组33分别插入到齿槽9后，通过结线部件连接多个线圈5(工序PR3)。

通过以上工序，制造定子2。

另外，上述方法是定子2的制造方法的一个示例。由圆线或扁平线构成线圈5时，可以使用吐出圆线或扁平线的线嘴来将圆线或扁平线卷绕在齿10的周围。

效果

如以上说明，根据本实施方式，电动机1满足式(1)和式(2)的条件。在7极12齿槽的电动机1中，能够以2齿槽节距配置线圈5。由此，能够抑制线圈端部52的大小。

例如，在以3齿槽节距来配置线圈时，如记载于专利文献1，会有三个线圈重叠在线圈端部。其结果，使得线圈端部变大。线圈端部不会有助于电动机1产生转矩。因此，如果线圈端部变大，电动机1产生的转矩不会变大，反而导致电动机1大型化。其结果，使得电动机1的转矩密度下降。转矩密度为：电动机可产生的转矩除以电动机的质量或体积而得到的值。转矩密度越大越理想。

根据本实施方式，在线圈端部52重叠的线圈5为两个。此外，如图2所示，一部分线圈端部52不与其他线圈端部52重叠。所以能够抑制线圈端部52变大。由此能够抑制电动机1的大型化。

此外，相对于具有例如以1齿槽节距配置的线圈的电动机，具有以2齿槽节距配置的线圈5的电动机1能够产生较大的转矩。即，通过以2齿槽节距配置线圈，电动机1能够产生足够的转矩。因此，电动机1的转矩密度下降得以抑制。

此外，相对于3齿槽节距的线圈节距，2齿槽节距的线圈节距Ic较小。所以，根据本实施方式，与3齿槽节距相比，能够降低线圈5的相电阻。因此能够抑制电动机1的性能降低。

此外，本实施方式中，通过采用7极12齿槽，在将组合两个线圈5的线圈组成形后，能够将线圈组从径向内侧插入到齿槽9内。根据本实施方式，例如即使不采用分割式定子铁芯，也能够将卷绕成卷筒状的成形后的线圈5(线圈组)，插入到定子铁芯4的齿槽9内。因此，能够容易制造电动机1。

本实施方式中，齿10包括：配置在两个线圈5的开口11中的第一齿101；配置在一个线圈5的开口11中的第二齿102；以及没有配置在线圈5的开口11中的第三齿103。在周向上，第一齿101的尺寸R1最小，第二齿102的尺寸R2大于第一齿101，第三齿103的尺寸R3最大。本发明人发现了在第一齿101、第二齿102和第三齿103满足R1＜R2＜R3的条件时，电动机1产生的转矩提高。这可能是；在以满足R1＜R2＜R3的条件的方式设计定子2时，磁通泄漏减少，磁通能够顺畅流通的缘故。通过满足R1＜R2＜R3的条件，电动机1能够产生较大的转矩。

通过以在转子3旋转时线圈5的两个线圈中心部51与相邻的两个转子铁芯片7相对的方式确定线圈节距Ic和极距Ip，电动机1能够适当的产生转矩。

其他实施方式

图6是示意性地表示本实施方式涉及的齿槽9的图。如图6所示，在与旋转轴AX正交的截面上，第一齿槽91的内表面91A、第二齿槽92的内表面92A、第三齿槽93的内表面93A与第四齿槽94的内表面94A均平行。齿槽9的内表面是指；沿着轴向和径向延伸，且与线圈5的开口11的内周面相对的面。

如上所述，例如，在将线圈组31插入到齿槽9内时，在第一齿槽91中配置U相线圈5U的另一侧线圈中心部51，在第二齿槽92中配置V相线圈5V的另一侧线圈中心部51，在第三齿槽93中配置U相线圈5U的一侧线圈中心部51，在第四齿槽中配置V相线圈5V的一侧线圈中心部51。由于第一齿槽91的内表面91A、第二齿槽92的内表面92A、第三齿槽93的内表面93A与第四齿槽94的内表面94A具有接近平行的形状，线圈组31能够顺畅地插入到齿槽9内。

在上述实施方式中，转子3配置于定子铁芯4的内侧(内周侧)，电动机1为内转子式电动机。转子3只要配置于与定子铁芯4相对的位置即可。电动机1也可以是转子3配置于定子铁芯4的外周侧的外转子式电动机、亦可以是转子3配置于定子铁芯4的内周侧及外周侧双方的双转子式电动机、或者是转子3配置于定子铁芯4的轴向侧的轴向间隙式电动机。

另外，上述实施方式中，电动机1为分段式开关磁阻电动机。电动机1也可以是：设有极齿的开关磁阻电动机(Switched Reluctance Motor)、同步磁阻电动机(SynchronousReluctance Motor)、磁通切换电动机(Flux Switching Motor)、永磁电动机(PermanentMagnet Motor)、感应电动机(Induction Motor)、轴向间隙式电动机、或者线性致动器。

上述实施方式中，电动机1为三相电动机。电动机1也可以是四相电动机。此时，设转子的磁极数为P、定子铁芯的齿槽数为S、自然数为N，满足P＝5×N、S＝8×N的条件。

符号说明

1…电动机、2…定子、3…转子、4…定子铁芯、4A…第一端面、4B…第二端面、4S…内周面、4T…外周面、5…线圈、5U…U相线圈、5V…V相线圈、5W…W相线圈、6…转子座、7…转子铁芯片、8…电动机轴、9…齿槽、9A…开口部、9B…开口部、9M…开口部、10…齿、10A…端面、10B…端面、11…开口、31…线圈组、32…线圈组、33…线圈组、51…线圈中心部、52…线圈端部、91…第一齿槽、91A…内表面、92…第二齿槽、92A…内表面、93…第三齿槽、93A…内表面、94…第四齿槽、94A…内表面、101…第一齿、102…第二齿、103…第三齿、AX…旋转轴、Ic…线圈节距、Ip…极距、R1…尺寸、R2…尺寸、R3…尺寸、RS…对象物。

Claims (6)

1.一种电动机，其特征在于，包括：

定子铁芯；

线圈，其配置于所述定子铁芯的齿槽内；以及

转子，其与所述定子铁芯相对，

设所述转子的磁极数为P、所述定子铁芯的齿槽数为S、自然数为N时，满足P＝7×N、S＝12×N的条件。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于，

所述定子铁芯具有齿，该齿配置于相邻的所述齿槽之间，

所述线圈以2齿槽节距配置于所述齿的周围。

3.根据权利要求2所述的电动机，其特征在于，

所述线圈包括第一相线圈、第二相线圈和第三相线圈，

在所述第一相线圈的中间配置所述第二相线圈的一部分，在所述第二相线圈的中间配置所述第一相线圈的一部分，由此形成所述第一相线圈与所述第二相线圈的线圈组，

在所述第二相线圈的中间配置所述第三相线圈的一部分，在所述第三相线圈的中间配置所述第二相线圈的一部分，由此形成所述第二相线圈与所述第三相线圈的线圈组，

在所述第三相线圈的中间配置所述第一相线圈的一部分，在所述第一相线圈的中间配置所述第三相线圈的一部分，由此形成所述第三相线圈与所述第一相线圈的线圈组，

所述定子铁芯支撑所述线圈组。

4.根据权利要求3所述的电动机，其特征在于，

所述齿包括：第一齿，其配置在所述第一相线圈的开口和所述第二相线圈的开口的双方中；第二齿，其配置在所述第一相线圈的开口和所述第二相线圈的开口的其中一方中；以及第三齿，其没有配置在所述第一相线圈的开口和所述第二相线圈的开口的任何一方中，

在周向上所述第一齿的尺寸最小，所述第二齿的尺寸大于所述第一齿，所述第三齿的尺寸最大。

5.根据权利要求3或4所述的电动机，其特征在于，

所述线圈具有：配置于所述齿槽的两个线圈中心部；以及在轴向上从所述定子铁芯突出的线圈端部，

所述齿槽包括：第一齿槽，其用于配置所述第一相线圈的一侧线圈中心部；第二齿槽，其与所述第一齿槽相邻配置，且用于配置所述第二相线圈的一侧线圈中心部；第三齿槽，其与所述第二齿槽相邻配置，且用于配置所述第一相线圈的另一侧线圈中心部；以及第四齿槽，其与所述第三齿槽相邻配置，且用于配置所述第二相线圈的另一侧线圈中心部。

6.根据权利要求5所述的电动机，其特征在于，

在所述转子旋转时，所述第一相线圈的两个所述线圈中心部与相邻的两个所述磁极相对。

Images