專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)刷電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括具有換向極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的無(wú)刷電機(jī)。
技術(shù)背景
無(wú)刷電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子(參考，例如，日本專(zhuān)利特開(kāi)第2004-201406號(hào))。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子芯。轉(zhuǎn)子芯包括多個(gè)磁極(以下稱(chēng)為磁極)和多個(gè)芯磁極(以下稱(chēng)為芯極)。該磁極設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯的圓周方向上。每個(gè)芯極設(shè)置在在圓周方向上相鄰的兩個(gè)磁極之間。磁體嵌入每個(gè)磁極中。在圓周方向上相鄰的芯極和磁極之間的邊界形成空隙。定子包括多個(gè)以相同角度間隔在圓周方向排列的齒。齒在徑向方向朝向轉(zhuǎn)子。線圈設(shè)置在定子的齒上。 在這種無(wú)刷電機(jī)中，轉(zhuǎn)子中使用的磁體數(shù)量減少一半，而并沒(méi)有顯著降低性能。因此，無(wú)刷電機(jī)是有利的，因?yàn)槠湫枰^少的能源，并降低了成本。
在該公開(kāi)所描述的無(wú)刷電機(jī)中，當(dāng)有一個(gè)以上的齒朝向單個(gè)磁體時(shí)，也就是，當(dāng)相鄰的齒在徑向方向上也朝向同一個(gè)磁極，該相鄰的齒可能會(huì)使磁極消磁。這可能導(dǎo)致扭矩下降，降低了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)性能。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種包括具有換向極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子的無(wú)刷電機(jī)，使得能夠降低消磁現(xiàn)象，提高扭矩，并改善旋轉(zhuǎn)性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種無(wú)刷電機(jī)，包括具有轉(zhuǎn)子芯的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子芯包括設(shè)在轉(zhuǎn)子芯圓周方向上的多個(gè)磁極，以及多個(gè)芯極，其每個(gè)都設(shè)在相鄰兩個(gè)圓周方向上的磁極的中間。磁體嵌入個(gè)磁極中。在圓周方向上每個(gè)芯極和相鄰一個(gè)磁極之間的邊界上形成空隙。定子包括多個(gè)以相同角度在圓周方向排列的在轉(zhuǎn)子徑向上面對(duì)轉(zhuǎn)子的齒，以及多個(gè)線圈，其每一個(gè)纏繞在齒上。每個(gè)磁極包括外圍芯部，其比在轉(zhuǎn)子徑向方向上相應(yīng)的磁體更靠近定子。形成在每個(gè)磁極相對(duì)的圓周兩側(cè)的兩個(gè)空隙中的至少一個(gè)具有延伸的空隙區(qū)域，延伸到相應(yīng)的外圍芯部并靠近磁極在圓周方向上的中間點(diǎn)。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將從以下說(shuō)明變得明顯，以下說(shuō)明與附圖相結(jié)合，示例性地說(shuō)明了本發(fā)明的原理。


通過(guò)參考目前優(yōu)選實(shí)施例的以下說(shuō)明和附圖可最好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是示出圖1所示的轉(zhuǎn)子部件的俯視圖。
圖3是示出圖1所示的一個(gè)磁極的立體圖。
圖4是示出表示磁體傾斜角度和磁通變化率之間關(guān)系的特性曲線圖。
圖5是示出另一實(shí)施例中轉(zhuǎn)子部件的俯視圖。
圖6是示出另一實(shí)施例中轉(zhuǎn)子磁極的立體圖。
圖7是示出本發(fā)明另一實(shí)施例中轉(zhuǎn)子部件的俯視圖。
圖8是示出表示比值W2/W1(磁體寬度W2和第一相對(duì)面的圓周寬度Wl的比值) 和磁通變化率之間關(guān)系的特性曲線圖。
圖9是示出邊緣深度E設(shè)置為0時(shí)無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)部件的示意圖。
圖10是示出邊緣深度E設(shè)置為0時(shí)無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)部件的示意圖。
圖11是示出本發(fā)明另一實(shí)施例中轉(zhuǎn)子部件的俯視圖。
圖12是示出本發(fā)明另一實(shí)施例中轉(zhuǎn)子部件的俯視圖。
具體實(shí)施方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例的內(nèi)轉(zhuǎn)子式無(wú)刷電機(jī)1包括環(huán)形定子2和從定子2在徑向方向上向內(nèi)設(shè)置的轉(zhuǎn)子3。
定子2包括定子芯4。定子芯4包括環(huán)形部11以及多個(gè)(本實(shí)施例中為12個(gè)) 齒12。齒12排列在圓周方向上并從環(huán)形部11沿徑向方向向內(nèi)延伸。定子芯4通過(guò)在軸向方向上堆疊多個(gè)芯板而形成。每個(gè)芯板通過(guò)具有高穿透性能的金屬板構(gòu)成。線圈13繞在定子芯4的每個(gè)齒12上，并在每個(gè)齒和線圈之間設(shè)置絕緣件(未圖示)。線圈13產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。每個(gè)線圈13繞在齒12的預(yù)定的一個(gè)上，并形成三相中的一相，即U 相，V相，以及W相。每個(gè)線圈13朝同一個(gè)方向(當(dāng)從內(nèi)圓周側(cè)看齒12時(shí)為逆時(shí)針)纏繞成集中繞組。每個(gè)齒12具有彎曲的遠(yuǎn)端面12a，且齒12的所有遠(yuǎn)端面1 位于同一圓上。
如圖1和2所示，轉(zhuǎn)子3包括具有環(huán)狀的轉(zhuǎn)子芯22。旋轉(zhuǎn)軸21安裝到轉(zhuǎn)子芯22 上。與定子芯4相同的方式，轉(zhuǎn)子芯22通過(guò)在軸向方向上堆疊多個(gè)芯板2 而形成(見(jiàn)附圖3)。每個(gè)芯板22a由具有高穿透性的金屬板構(gòu)成。用作為北磁極的四個(gè)磁體23在接近轉(zhuǎn)子芯22的外圓周面上嵌入轉(zhuǎn)子芯22。磁體23在圓周方向上以相同角度間隔(90度的間隔)排列。每個(gè)磁體23由大致矩形的板形成。轉(zhuǎn)子芯22還包括為每個(gè)磁體23設(shè)置的兩個(gè)橋31和外圍芯部32。橋31在圓周方向沿磁體23相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面延伸。外圍芯部32 從磁體23沿徑向方向向外設(shè)置(從轉(zhuǎn)子芯22朝定子)并由兩個(gè)橋31支撐。外圍芯部32 以及磁體23形成磁極M。由此，四個(gè)磁極M以90度的相同角度間隔設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯22的外圓周上。
從轉(zhuǎn)子芯22突出的芯極25，設(shè)置在相鄰的磁極M之間并具有空隙Sl和S2，上述空隙形成在磁極M和芯極25之間的邊界上?？障禨l和S2在圓周方向上設(shè)在每個(gè)磁極M 的兩個(gè)相對(duì)側(cè)。相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)方向(圖1和2中為順時(shí)針)，空隙Sl位于磁極M的后側(cè)。相對(duì)于轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)方向，空隙S2位于磁極M的前側(cè)。磁體23和芯極25在圓周方向上以相同的角度間隔(45度角間隔)交替排列。轉(zhuǎn)子3總共包括8個(gè)磁極并具有換向極結(jié)構(gòu)，其中磁體23用作于北磁極，芯極25用作于南磁極。每個(gè)芯極25具有曲面25a (朝向定子2的面)，且芯極25的曲面2 從軸向上看位于同一圓C上。如圖2所示，圓C是一個(gè)沿轉(zhuǎn)子3的外圓周延伸的假想的圓。
轉(zhuǎn)子芯22上的每對(duì)橋31與相應(yīng)的磁體23的兩個(gè)圓周側(cè)表面相接觸，并將相應(yīng)的外圍芯部32連接到轉(zhuǎn)子芯22的中心部(主芯部22b)。外圍芯部32和主芯部22b與磁體23的面相接觸(磁體23在徑向方向上兩個(gè)相對(duì)的面)。以這種方式，磁體23從軸向方向上看其四個(gè)側(cè)邊與轉(zhuǎn)子芯22接觸。由此，磁體23穩(wěn)固地固定在轉(zhuǎn)子芯22中。
如圖3所示，每個(gè)橋31包括多個(gè)在軸向上排列的孔33并在圓周方向延伸。具體地，轉(zhuǎn)子芯22中的每個(gè)芯板2 包括在軸向方向上凹陷的凹槽22c。橋31上的孔33通過(guò)芯板2 上的凹槽22c形成。
如圖1和2所示，每個(gè)外圍芯部32具有一個(gè)面對(duì)齒12的遠(yuǎn)端面12a的面。面對(duì)齒12的遠(yuǎn)端面1 的面通過(guò)位于圓周方向上的第一相對(duì)面3 和第二相對(duì)面32b形成。具體的，第一相對(duì)面3 從外圍芯部32的第一圓周端(旋轉(zhuǎn)方向的前端)延伸到預(yù)定圓周中間位置P。第二相對(duì)面32b從外圍芯部32的圓周中間位置P延伸到第二圓周端(旋轉(zhuǎn)方向的后端)。換句話說(shuō)，外圍芯部32的面通過(guò)位于相對(duì)于轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)方向的前端的第一相對(duì)面32a，和位于相對(duì)于轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)方向的后端的第二相對(duì)面32b而形成。
第一相對(duì)面32a為曲面，從軸向上看位于相同的圓C上。由此，外圍芯部32的第一相對(duì)面32a同芯極25的面25c —樣均位于同一個(gè)圓C上。進(jìn)一步的，第一相對(duì)面3 在徑向方向上與齒12在圓周方向上間隔開(kāi)恒定的距離。每個(gè)第一相對(duì)面3 具有圓周寬度 W1，其與每個(gè)齒12的遠(yuǎn)端面12a(即，在徑向上面對(duì)轉(zhuǎn)子3的面)的圓周寬度相等。
第二相對(duì)面32b為平面。每個(gè)第二相對(duì)面的圓周寬度小于每個(gè)第一相對(duì)面32a的圓周寬度Wl。從軸向上看，第二相對(duì)面32b位于從第一相對(duì)面3 位于的圓周C徑向向內(nèi)的位置。換句話說(shuō)，每個(gè)第二相對(duì)面32b與齒12的距離大于每個(gè)第一相對(duì)面與齒12的距離。第二相對(duì)面32b這樣形成，以使得在圓周方向上從相應(yīng)的外圍芯部32的中間位置P到外圍芯部32第二圓周端在徑向上與齒12的距離逐漸增大。
如上所描述的，外圍芯部32的第一相對(duì)面3 位于圓C上，而外圍芯部32的第二相對(duì)面32b處于從圓C徑向向內(nèi)位置。在這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向位于相應(yīng)的磁極M的后側(cè)的空隙Si，延伸到位于從磁極M徑向向外的區(qū)域(靠近定子2)?？障禨l延伸的區(qū)域(以下稱(chēng)為延伸空隙區(qū)域Sa)沿第二相對(duì)面32b延伸到相應(yīng)外圍芯部32的圓周中間位置P。具體的，延伸空隙區(qū)域Μ從空隙Sl的外部徑向端在圓周方向上延伸到外圍芯部32的中間部分(靠近磁極的中點(diǎn))。因此，延伸空隙區(qū)域&延伸到位于從設(shè)置在磁極 M中的磁體23徑向向外的位置(靠近定子幻。從軸向看，位于旋轉(zhuǎn)方向前側(cè)的空隙S2具有面積T2，并且位于旋轉(zhuǎn)方向后側(cè)的空隙Sl具有設(shè)置成與面積T2相等的面積Tl (Tl為包括延伸空隙區(qū)域&的面積)。即，設(shè)置成T2 = Tl。
如圖2所示，每個(gè)具有兩個(gè)平行長(zhǎng)側(cè)邊和兩個(gè)平行短側(cè)邊的磁體23，被設(shè)置成使得其長(zhǎng)側(cè)邊，從軸向方向上看，相對(duì)于直線L2以磁體傾斜角θ 1傾斜，直線L2與直線Ll垂直，直線Ll通過(guò)外部芯部32的圓周方向上的第一相對(duì)面32a的中點(diǎn)在定子芯4的徑向上延伸。磁體23傾斜以使得相對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向其后端從軸向上看更接近轉(zhuǎn)子3的中心。磁體寬度W2，其指在圓周方向上磁體23的兩端的距離，比第一相對(duì)面32的在圓周方向上的寬度Wl要大。進(jìn)一步，每個(gè)第二相對(duì)面32b相對(duì)于與磁體32的長(zhǎng)側(cè)邊或者縱向方向垂直的方向以空隙傾斜角θ 2傾斜。
在無(wú)刷電機(jī)1中，提供驅(qū)動(dòng)能給線圈13以使其產(chǎn)生使得轉(zhuǎn)子3順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在這種狀態(tài)下，磁極M主要在外圍芯部32的第一相對(duì)面3 產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子3旋轉(zhuǎn)的扭矩。當(dāng)一個(gè)第一相對(duì)面3 面對(duì)齒12時(shí)(例如，圖1中的齒12b)，相鄰的齒12 (齒12c)面對(duì)相應(yīng)的第二相對(duì)面32b。由于延伸空隙區(qū)域M的存在，第二相對(duì)面32b與齒12c之間的間隔很大。這減少了由于齒12c造成的磁極M的消磁現(xiàn)象。因此，扭矩增大，并且旋轉(zhuǎn)性能提高。進(jìn)一步的，磁體23傾斜使得外圍芯部32的表面變得更遠(yuǎn)，而旋轉(zhuǎn)方向上磁體23 的后端變得更近。這降低了齒12c對(duì)磁極M的影響。
圖4顯示當(dāng)磁體傾斜角θ 1在0-30度范圍內(nèi)變化時(shí)由磁極M產(chǎn)生的磁通的變化率。圖4示出在空隙傾斜角9 2分別設(shè)置為30、45、60和75度時(shí)的四種情況。在圖4中， 以磁體傾斜角θ 1設(shè)置為0度作為參考(其中磁通變化率為1)。當(dāng)空隙傾斜角θ 2為30 度和45度且磁體傾斜角θ 1在0到大約22.5度范圍內(nèi)時(shí)，磁通變化率大于1。這說(shuō)明當(dāng)空隙傾斜角θ 2設(shè)置為45度或以下且磁體傾斜角Θ1設(shè)置在0° ^ Θ2<22.5°范圍內(nèi)時(shí)， 磁通密度增強(qiáng)并處于滿意的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，空隙傾斜角θ 2和磁體傾斜角Θ1都設(shè)置在上述范圍內(nèi)以提高磁通密度。
上述實(shí)施例具有以下所描述的優(yōu)點(diǎn)。
(1)本實(shí)施例中，在每個(gè)磁極M和相鄰的芯極25之間的空隙Sl具有延伸空隙區(qū)域Sa，其延伸到外圍芯部32靠近圓周方向上磁極M的中點(diǎn)。由此，延伸空隙區(qū)域M在圓周方向上設(shè)置在齒12和每個(gè)磁極M的部分之間。當(dāng)不僅一個(gè)齒12在徑向方向面對(duì)磁極 24而且相鄰的齒12也面對(duì)同一個(gè)磁極M時(shí)，延伸空隙區(qū)域M減少了相鄰齒12對(duì)磁極M 的影響。這降低了由相鄰齒12產(chǎn)生的在磁極M上的消磁現(xiàn)象。因此，扭矩增大，旋轉(zhuǎn)性能提尚。
(2)在本實(shí)施例中，每個(gè)外圍芯部32包括第一相對(duì)面32a，其面對(duì)齒12并和該相對(duì)齒12間隔開(kāi)第一距離，和第二相對(duì)面32b，其面對(duì)齒12并通過(guò)延伸空隙區(qū)域M與相對(duì)應(yīng)的齒12以大于第一距離的第二距離間隔開(kāi)。因此，當(dāng)一個(gè)第一相對(duì)面3 不僅面對(duì)單個(gè)齒 12并且面對(duì)相鄰的齒12，這保證了由相鄰齒12產(chǎn)生的在磁極M上的消磁現(xiàn)象的減少。
(3)本實(shí)施例中，第一相對(duì)面32a的在圓周方向上的寬度Wl與每個(gè)齒12的遠(yuǎn)端面1 在圓周方向上的寬度相等。這有效產(chǎn)生了與第一相對(duì)面32a的扭矩。因此，即使第二相對(duì)面32b減少了消磁，扭矩上的降低也最小化了。
(4)本實(shí)施例中，每個(gè)磁體23由矩形板形成。磁體23被設(shè)置成使得其長(zhǎng)側(cè)邊，從轉(zhuǎn)子3的軸向方向上看，相對(duì)于直線L2以磁體傾斜角θ 1傾斜，直線L2與通過(guò)圓周方向上的第一相對(duì)面32a的中點(diǎn)在定子芯4的徑向上延伸的直線Ll垂直。第二相對(duì)面32b為平面并相對(duì)于相應(yīng)磁體短側(cè)邊延伸的方向以空隙傾斜角θ 2傾斜。磁體傾斜角Θ1設(shè)置在 0° ( θ 1 ^ 22.5°的范圍內(nèi)?？障秲A斜角θ 2設(shè)置在Θ2<45°的范圍內(nèi)。這增強(qiáng)了磁通密度(參見(jiàn)附圖4)并進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)性能。
(5)本實(shí)施例中，每個(gè)橋31包括軸向方向上設(shè)置的孔33?？?3減少了通過(guò)橋31 經(jīng)過(guò)的磁通，并防止磁場(chǎng)從橋31上泄漏。
(6)本實(shí)施例中，由芯板2 軸向堆疊形成轉(zhuǎn)子芯22。芯板2 上的凹槽22c形成每個(gè)橋31上的孔33。通過(guò)在每個(gè)芯板2 上形成凹槽22c并隨后堆疊這些芯板22a，容易地形成轉(zhuǎn)子芯22的各個(gè)橋32上的孔33。
(7)本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子3僅以一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)(如圖1所示的順時(shí)針?lè)较?。每個(gè)磁體23傾斜，使得在旋轉(zhuǎn)方向上更靠近前端的部分更接近轉(zhuǎn)子3的表面(例如，相應(yīng)的外圍芯部32的表面)。這增大了旋轉(zhuǎn)扭矩。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可以以許多其它特定形式實(shí)施本發(fā)明，而不背離本發(fā)明的精神或范圍。尤其應(yīng)理解，可以以下面的形式實(shí)施本發(fā)明。
在上面實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子3以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。然而，無(wú)需改變轉(zhuǎn)子3的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子 3的旋轉(zhuǎn)方向可以改變?yōu)槟鏁r(shí)針?lè)较颉?br> 在上面實(shí)施例中，橋31設(shè)置在每個(gè)磁體23圓周方向上的兩個(gè)相對(duì)側(cè)上?？障禨l 和S2作為徑向向外開(kāi)口的縫隙形成在磁極M和芯極25之間。但是，本發(fā)明并不僅限于采用這種方式。橋31可以變型為，例如圖5和6所示的橋42的形式。橋42在轉(zhuǎn)子芯22的圓周方向上延伸以連接外圍芯部41和芯極25。橋42從每個(gè)外圍芯部41的兩相對(duì)側(cè)在圓周方向延伸并與相鄰芯極25的表面2 相連。在圖5和6所示的結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子3的表面由橋42的外圓周面和外圍芯部41和芯極25的表面41a和2 形成。每個(gè)外圍芯部41的表面41a(如，面對(duì)齒12的面)在圓周方向上的寬度Wl與每個(gè)齒12的遠(yuǎn)端面1 在圓周方向上的寬度相等。轉(zhuǎn)子芯22包括防止磁體23偏移的接合突起43。橋42在圓周方向上不與相對(duì)應(yīng)的磁體23的兩個(gè)相對(duì)側(cè)邊接觸。這種情況下，磁體23很容易嵌入到芯22中。如圖5和6所示的結(jié)構(gòu)中，橋42覆蓋了磁極M和芯極25之間的空隙Sl和S2的外側(cè)(接近于定子2的部分)。每個(gè)空隙Sl的延伸空隙區(qū)域M延伸到相應(yīng)的外圍芯部41。這種結(jié)構(gòu)也具有如上實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。
在上面實(shí)施例中，每個(gè)外圍芯部32包括一個(gè)單個(gè)第一相對(duì)面3 和一個(gè)單個(gè)第二相對(duì)面32b。但是，本發(fā)明不限制在這一種結(jié)構(gòu)。例如，如圖7所示，每個(gè)外圍芯部32可以包括一個(gè)位于外圍芯部32在圓周方向上表面的中間部分的第一相對(duì)面3 和兩個(gè)位于該第一相對(duì)面32a的圓周方向的兩相對(duì)側(cè)的第二相對(duì)面32b。在這結(jié)構(gòu)中，位于每個(gè)磁極M 的兩圓周端的空隙Sl和S2每個(gè)都包括延伸空隙區(qū)域Μ。這種結(jié)構(gòu)可用于當(dāng)轉(zhuǎn)子3同時(shí)在向前和向后兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)。當(dāng)一個(gè)第一相對(duì)面3 面對(duì)一個(gè)齒12和一個(gè)相鄰的齒12， 不管轉(zhuǎn)子3向前或向后旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)以一種優(yōu)選的方式降低了由相鄰齒12產(chǎn)生的對(duì)磁極 24的消磁現(xiàn)象。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，第二相對(duì)面32b向轉(zhuǎn)子3的中心彎曲。換句話說(shuō)，第二相對(duì)面32b從軸向方向看彎曲成遠(yuǎn)離定子2。在這種結(jié)構(gòu)中，外圍芯部32和齒12間的距離在外圍芯部32的兩圓周端突然變化。這就以一種優(yōu)選的方式降低了在第二相對(duì)面32b的消磁現(xiàn)象。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，磁體23設(shè)置成使得其縱向方向，從軸向看垂直于通過(guò)磁極 24的圓周中點(diǎn)在轉(zhuǎn)子芯22的徑向延伸的直線Li。每個(gè)磁極M相對(duì)于直線Ll對(duì)稱(chēng)。
圖8顯示當(dāng)比值W2/W1變化時(shí)如圖7所示的結(jié)構(gòu)在磁極M上的磁通變化率。比值W2/W1為磁體23的寬度W2和第一相對(duì)面32a圓周方向上的寬度Wl的比值。圖8示出比值E/A分別設(shè)置在0、1、2、4、6的5種情況。比值E/A為，從外圍芯部32在與磁體23短側(cè)邊平行的方向上(圖7中為垂直方向)的兩末端到與圓C的距離E(圖7中為邊緣深度 E)與從第一相對(duì)面32a(圓C)到齒12的遠(yuǎn)端面12a的徑向距離A(氣隙A)之比。圖9為其中邊緣深度E等于0的結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D，實(shí)質(zhì)上磁體寬度W2和第一相對(duì)面圓周方向上寬度Wl 相等(即，比值W2/W1 1的結(jié)構(gòu))。圖10示出其中邊緣深度E為0且比值W2/W1 = 1. 49 的結(jié)構(gòu)。在圖10所示的結(jié)構(gòu)中，滿足邊緣寬度E = 0且位于每個(gè)外圍芯部32的兩端的每一個(gè)上的邊緣44位于圓C上。然而，第一相對(duì)面32a，第二相對(duì)面32b，和延伸空隙區(qū)域M均形成在每個(gè)外圍芯部32的表面上。圖10所示的結(jié)構(gòu)具有如圖7所示的結(jié)構(gòu)相同的優(yōu)點(diǎn)， 特別地，延伸空隙區(qū)域&減少了消磁現(xiàn)象。圖8顯示的是如圖9和10所示第一相對(duì)面3 圓周方向的寬度Wl設(shè)置為與齒12的遠(yuǎn)端面1 相同且磁體23的體積恒定和磁體寬度W2 變化時(shí)的特性圖。
圖8中，將邊緣深度比值E/A設(shè)置為0作為參照(其中磁通變化率為1)。當(dāng)邊緣深度比值E/A設(shè)置為0且比值W2/W1在1. 0 < W2/W1 < 2. 1范圍內(nèi)時(shí)，磁通密度增大并因此位于滿意的范圍內(nèi)。其中邊緣深度比值E/A設(shè)置為0且比值W2/W1在1. 0 < W2/W1 < 2. 1 范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)減少了消磁，增大了扭矩，并提高了旋轉(zhuǎn)性能。邊緣深度比值E/A設(shè)置為4或以下且比值W2/W1在1. 2 < W2/W1 < 1. 8范圍內(nèi)也以一種最佳方式增大了磁通密度。其中邊緣深度比值E/A設(shè)置為4或以下且比值W2/W1在1. 2 < W2/W1 <1.8范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)減少了消磁，增大了扭矩，并提高了旋轉(zhuǎn)性能。當(dāng)邊緣深度比值E/A設(shè)置為6時(shí)，不論比值W2/W1 為多少，磁通變化率為1或更小。
在圖7所示的結(jié)構(gòu)中，各磁極M和芯極25設(shè)置為相對(duì)于圓周中線對(duì)稱(chēng)，但不限于此結(jié)構(gòu)。例如，磁極M和芯極25可以是不對(duì)稱(chēng)的，例如圖11所示的。在此情況下，外圍芯部32表面的圓周中間部界定出第一相對(duì)面32a。并且，第一相對(duì)面32a的相對(duì)側(cè)界定出向內(nèi)彎曲的第二相對(duì)面32b和32c。在此結(jié)構(gòu)中，空隙Sl包括延伸空隙區(qū)域Sa，并且空隙S2 包括延伸空隙區(qū)域Sb。從軸向看，該延伸空隙區(qū)域M和Sb形成有不同的橫截面積。而且， 各磁極M的磁體23在轉(zhuǎn)子22中設(shè)置成，使得磁體23的縱向，從轉(zhuǎn)子3的軸向方向上看， 相對(duì)于直線L2以磁體傾斜角θ 1傾斜，直線L2與通過(guò)圓周方向上的第一相對(duì)面32a的中點(diǎn)在定子芯4的徑向上延伸的直線Ll垂直。因此，磁體23傾斜以使得相對(duì)于旋轉(zhuǎn)方向其位于后側(cè)的端部從軸向上看更接近轉(zhuǎn)子3的中心。向內(nèi)彎曲的第二相對(duì)面32b和32c中的至少一個(gè)可從圓周側(cè)受壓而變形。這增加了外圍芯部32圓周方向上的端部的密度，并進(jìn)一步改善了消磁電阻(demagnetization resistance)。
進(jìn)而，在圖5的結(jié)構(gòu)中，外圍芯部41上界定出延伸空隙區(qū)域&的表面是平面，但不限于此種方式。例如，如圖12所示，外圍芯部41上界定出延伸空隙區(qū)域Μ的表面是曲面41b，其朝向磁體23凹入。該曲面41b可從圓周側(cè)受壓而變形。這增加了外圍芯部41上更接近空隙Sl的端部的密度，并進(jìn)一步改善了消磁電阻。
上述實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子3，可以改變磁體23的形狀和包括了外圍芯部32，芯極25和橋31的轉(zhuǎn)子芯22的形狀。
在上述實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子3包括8個(gè)磁極，即四個(gè)磁極M和四個(gè)芯極25。然而，本發(fā)明不限于此種方式。轉(zhuǎn)子3可包括(n+1)個(gè)磁極為自然數(shù))和(n+1)個(gè)芯極25，總共為2(n+l)個(gè)磁極。進(jìn)而，在上述實(shí)施例中，定子2包括12個(gè)齒12和12個(gè)槽。定子可包括 3(m+l)個(gè)槽(m為自然數(shù))。
上述實(shí)施例中的數(shù)值范圍可以根據(jù)需要改變。
上述實(shí)施例中的無(wú)刷電機(jī)1為內(nèi)轉(zhuǎn)子式但可為外轉(zhuǎn)子式。
本發(fā)明的各種實(shí)例和實(shí)施例被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的，本發(fā)明不限于本文給出的細(xì)節(jié)，而可以在附后的權(quán)利要求的范圍及等效內(nèi)容之內(nèi)進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)刷電機(jī)，包括具有轉(zhuǎn)子芯的轉(zhuǎn)子，其中所述轉(zhuǎn)子芯具有多個(gè)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子芯圓周方向上的磁極， 和多個(gè)芯極，每個(gè)所述芯極在圓周方向上設(shè)置在兩個(gè)相鄰的所述磁極之間，磁體嵌入每個(gè)磁極中，并且在圓周方向上每個(gè)所述芯極和相鄰一個(gè)所述磁極之間的邊界上形成空隙；以及定子，所述定子包括多個(gè)以相同角度間隔在圓周方向排列的在所述轉(zhuǎn)子徑向方向面對(duì)所述轉(zhuǎn)子的齒，以及分別纏繞在所述齒上的多個(gè)線圈，其中，每個(gè)所述磁極包括在所述轉(zhuǎn)子徑向方向上比相應(yīng)的所述磁體更靠近所述定子的外圍芯部，以及形成在每個(gè)所述磁極的相對(duì)圓周兩側(cè)的兩個(gè)所述空隙中的至少一個(gè)具有延伸到相應(yīng)的所述外圍芯部中并靠近所述磁極在圓周方向上的中間點(diǎn)的延伸空隙區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，每個(gè)所述外圍芯部包括第一相對(duì)面和第二相對(duì)面，所述第一相對(duì)面面對(duì)所述齒并與所述齒間隔開(kāi)第一距離，所述第二相對(duì)面面對(duì)所述齒，并在其間設(shè)置有所述延伸空隙區(qū)域，并與所述齒間隔開(kāi)第二距離，所述第二距離大于所述第一距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，所述第一相對(duì)面具有圓周寬度，并且每個(gè)所述齒包括遠(yuǎn)端面，所述遠(yuǎn)端面具有與所述第一相對(duì)面圓周寬度相等的圓周寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，每個(gè)所述磁體由矩形板形成并以這樣一種狀態(tài)嵌入所述轉(zhuǎn)子芯中，其中，所述磁體的長(zhǎng)側(cè)邊，從轉(zhuǎn)子的軸向上看，相對(duì)于一直線以磁體傾斜角θ 1傾斜，該直線與通過(guò)相應(yīng)的所述第一相對(duì)面的圓周中點(diǎn)在所述轉(zhuǎn)子芯的徑向上延伸的直線相垂直，第二相對(duì)面為平面且相對(duì)于所述磁體的短側(cè)邊以空隙傾斜角θ 2傾斜，所述磁體傾斜角θ 1設(shè)置在0°彡θ 1彡22. 5°的范圍內(nèi)，所述空隙傾斜角θ 2設(shè)置在Θ2<45°的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，從所述轉(zhuǎn)子的軸向上看所述第二相對(duì)面朝遠(yuǎn)離所述定子方向彎曲。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子包括η+1個(gè)磁極和η+1個(gè)芯極，總共為2 (η+1)個(gè)極，η為自然數(shù)，所述定子包括3(m+l)個(gè)槽，m為自然數(shù)，每個(gè)所述磁極包括所述第一相對(duì)面和所述第二相對(duì)面，所述第一相對(duì)面位于所述外圍芯部的圓周中間部，所述第二相對(duì)面各位于所述第一相對(duì)面的圓周方向上的兩個(gè)側(cè)邊，各所述磁極相對(duì)于通過(guò)所述磁極的圓周中點(diǎn)在所述轉(zhuǎn)子芯的徑向上延伸的直線對(duì)稱(chēng)地形成，當(dāng)E表示從每個(gè)外圍芯部的兩個(gè)圓周末端到沿轉(zhuǎn)子表面的假想圓的距離，A表示從相應(yīng)的第一相對(duì)面到每個(gè)齒的遠(yuǎn)端面的徑向距離時(shí)，比值E/A設(shè)置為0，并且當(dāng)Wl表示每個(gè)外圍芯部的第一相對(duì)面的圓周寬度，W2表示每個(gè)磁體的圓周寬度時(shí)，比值W2/W1設(shè)置在1. 0 < W2/W1 < 2. 1的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子包括八個(gè)磁極，其為四個(gè)磁極和四個(gè)芯極，并且所述定子包括十二個(gè)齒和十二個(gè)槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子包括n+1個(gè)磁極和n+1個(gè)芯極，總共為2 (n+1)個(gè)極，η為自然數(shù)，所述定子包括3(m+l)個(gè)槽，m為自然數(shù)，每個(gè)所述磁極包括所述第一相對(duì)面和所述第二相對(duì)面，所述第一相對(duì)面位于所述外圍芯部的圓周中間部，所述第二相對(duì)面各位于所述第一相對(duì)面的圓周方向上的兩個(gè)側(cè)邊，各所述磁極相對(duì)于通過(guò)所述磁極的圓周中點(diǎn)在所述轉(zhuǎn)子芯的徑向上延伸的直線對(duì)稱(chēng)地形成，當(dāng)E表示從每個(gè)外圍芯部的兩個(gè)圓周末端到沿轉(zhuǎn)子表面的假想圓的距離，A表示從相應(yīng)的第一相對(duì)面到每個(gè)齒的遠(yuǎn)端面的徑向距離時(shí)，比值E/A設(shè)置為小于或等于4，并且當(dāng)Wl表示每個(gè)外圍芯部的第一相對(duì)面的圓周寬度，W2表示每個(gè)磁體的圓周寬度時(shí)，比值W2/W1設(shè)置在1. 2 < W2/W1 <1.8的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子包括八個(gè)磁極，其為四個(gè)磁極和四個(gè)芯極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷電機(jī)，其中所述轉(zhuǎn)子芯包括支撐每個(gè)外圍芯部和沿每個(gè)磁體的兩圓周末端延伸的兩個(gè)橋。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子芯包括連接所述外圍芯部和相鄰的一個(gè)所述轉(zhuǎn)子芯并沿所述轉(zhuǎn)子芯的圓周方向延伸的橋，并且，所述橋以位于接近所述定子的橋的部分覆蓋所述空隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無(wú)刷電機(jī)，其中所述外圍芯部包括與所述齒相對(duì)并具有圓周寬度的面，并且每個(gè)齒包括具有圓周寬度與所述外圍芯部的所述相對(duì)面的圓周寬度相等的遠(yuǎn)端面。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，所述橋包括多個(gè)設(shè)置在軸向方向上的孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無(wú)刷電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子芯包括軸向堆疊的芯板，以及通過(guò)形成在每個(gè)芯板上的凹槽形成每個(gè)所述孔。
全文摘要
無(wú)刷電機(jī)包括轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子設(shè)有包括多個(gè)磁極和多個(gè)芯極的轉(zhuǎn)子芯。在圓周方向上相鄰的各芯極和磁極之間的邊界形成空隙。每個(gè)磁極包括外圍芯部，其在轉(zhuǎn)子徑向方向上比磁體更靠近定子。在每個(gè)磁極圓周兩側(cè)的至少一個(gè)中形成的空隙具有延伸的空隙區(qū)域，其延伸到外圍芯部并靠近磁極的中間點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK102545516SQ20111033088
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
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