CN102263468B - 具有改进磁阻的旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有改进磁阻的旋转电机，在电动机中，电枢包括具有内表面的环形磁轭和各自从环形磁轭的内表面径向突出的多个齿，并且转子旋转地设置在电枢内，其中转子的外表面与电枢的内表面之间存在间隙。电枢和转子被配置成具有第一磁阻，与使得反作用磁通量流向转子相比，该第一磁阻有利于反作用磁通量流过多个齿中的至少一个齿至该至少一个齿的相邻齿。电枢和转子被配置成具有第二磁阻，与使得基于至少一对磁极的主磁通量流向靠近主磁通量的至少一个齿相比，该第二磁阻有利于该主磁通量流向磁轭。

Description

具有改进磁阻的旋转电机

技术领域

本公开内容涉及用在家用电器、工业装置、机动车辆等中的旋转电机。

背景技术

作为旋转场电动机的示例的集中绕组电动机由于其易于制造而被应用于多种用途，诸如家用电器、工业装置、机动车辆。然而，因为集中绕组电动机的集中电枢绕组中的感应电压的波形由于其集中绕组的相对短的绕组节距而很可能发生失真，所以这些集中绕组电动机引起了噪声。当将集中绕组电动机用作机动车辆的无刷电动机时，该噪声尤其明显。

相反，作为旋转场电动机的示例的分布绕组电动机由于其分布电枢绕组的相对长的绕组节距而可以减少噪声，在日本专利申请公开第2007-295764号中公开了分布绕组电动机的示例。

发明内容

然而，这样的分布绕组电动机具有端部的线长比集中绕组电动机的电枢线圈的端部的线长更长的电枢线圈，从而导致分布绕组电动机的电枢绕组的电阻高于集中绕组电动机的电枢绕组的电阻。因此，即使将所谓的“弱磁(field weakening)”应用于分布绕组电动机，该应用对于分布绕组电动机也不太有效，其中，“弱磁”是如下处理：其削弱旋转场电动机的转子的磁场从而在旋转场电动机尤其在较高的速度范围内旋转时增加电动机的输出转矩。

例如，图1示出了以虚线L1示出的、分布绕组电动机的转矩-速度特性的示例。转矩-速度特性L1表明，分布绕组电动机的输出转矩随着被应用了弱磁的分布绕组电动机的旋转速度增大而迅速下降。

相反，如点划线L2所表示的，图1示出了被应用了弱磁的集中绕组电动机的转矩-速度特性的示例；除了绕组配置之外，集中绕组电动机的结构与分布绕组电动机的结构基本相同。转矩-速度特性L2表明，与分布绕组电动机的输出转矩相比，集中绕组电动机的输出转矩随着集中绕组电动机的旋转速度增大而逐渐减小。

弱磁对于分布绕组电动机不太有效的一个主要原因如下：

旋转场电动机的旋转速度的增大增加了从旋转场电动机产生的反电动势，从而导致电枢电流减小。因为反电动势与旋转场电动机的旋转速度和转子所产生的磁场的强度成比例，所以需要减小反电动势，从而增大电枢电流。

因此，弱磁是用于产生对抗旋转场电动机的转子的磁通量的反作用磁通量，从而削弱转子的磁通量。因此，为了进行弱磁，需要向电枢绕组施加电压；该电压具有允许基于该电压所产生的反作用磁通量抵消转子所产生的磁场的电平。

然而，如上所述，因为分布绕组电动机的电枢绕组的电阻较高，从而使得电枢绕组两端的压降较大。这会使得难以向电枢绕组施加具有足够电平的电压，从而导致基于向电枢绕组所施加的具有不足电平的电压而产生的反作用磁通量会不足以抵消转子所产生的磁场。因此，即使向分布绕组电动机应用弱磁，也不能充分减小反电动势，从而导致限制了分布绕组电动机的旋转速度的增大。

特别地，机动车辆的分布绕组电动机由安装在机动车辆中的铅酸电池来驱动；用于机动车辆的这些铅酸电池一般具有12伏特[V]的低额定电压。即，要施加至机动车辆的分布绕组电动机的电枢绕组的电压被限制为安装在机动车辆中的铅酸电池的12[V]的低额定电压。因此，在要安装在机动车辆中的分布式电动机中，对分布式电动机的旋转速度增大的限制会特别严格。

考虑到上述情况，本公开内容的一方面试图提供被设计用于解决至少一个上述问题的旋转电机。

具体地，本公开内容的可替选方面旨在提供这样的旋转电机：每个这样的旋转电机均能够产生足以抵消其转子的磁通量的反作用磁通量，从而减小从旋转电机产生的反电动势。

根据本公开内容的一个方面，提供了一种旋转电机。该旋转电机包括电枢。电枢包括具有内表面的环形磁轭(annular yoke)以及各自从环形磁轭的内表面径向突出的多个齿。多个齿沿圆周布置成在其之间提供多个槽，多个齿的突出端面提供了电枢的内表面。电枢被设计成当通电时产生反作用磁通量。旋转电机包括具有至少一对磁极并且具有外表面的转子。转子旋转地设置在电枢内，其中在转子的外表面与电枢的内表面之间存在间隙。电枢和转子被配置成具有第一磁阻，与使得反作用磁通量流向转子相比，该第一磁阻有利于反作用磁通量流过多个齿中的至少一个齿至该至少一个齿的相邻齿。电枢和转子被配置成具有第二磁阻，与使得基于至少一对磁极的主磁通量流向靠近主磁通量的至少一个齿相比，该第二磁阻有利于该主磁通量流向磁轭。

根据以下结合附图的描述，将进一步理解本公开内容的各个方面的以上和/或其它特征、和/或优点。当应用时，本公开内容的各个方面可以包括和/或不包括不同的特征和/或优点。另外，当应用时，本公开内容的各个方面可以组合其它实施例的一个或多个特征。特定实施例的特征和/或优点的描述不应被解释为限制其它实施例或权利要求。

附图说明

根据以下参照附图对实施例的描述，本公开内容的其它方面将变得明显，其中：

图1是示意性地示出分布绕组电动机的转矩-速度特性、集中绕组电动机的转矩-速度特性以及根据本公开内容的实施例的三相、60槽、10极电动机的转矩-速度特性的示例的图；

图2A是根据本公开内容的实施例的电动机的横向截面图；

图2B是图2A中示出的电动机的一部分的放大截面图；

图3是图2A中示出的电动机的电枢的电枢铁芯的一部分和转子的一部分的放大视图；

图4是示意性地示出根据实施例的、三相电枢绕组的一相电枢绕组的自感相对于如下比率的改变的图：即，电枢铁芯的每个第二部分的径向厚度a与电枢铁芯1的内表面和转子的外表面之间的间隙的径向长度d的比率；

图5A是图2A中示出的电动机的电枢的电枢铁芯的一部分和转子的一部分的放大视图；

图5B是电枢铁芯的第二部分的放大透视图；

图6是示意性地示出三相电枢绕组的一相电枢绕组的自感相对于如下比率的改变的图：即，电枢铁芯的第二部分之间的每个间隔的圆周长度b与电枢铁芯的内表面和转子的外表面之间的间隙的长度d的比率；

图7是示意性地示出三相电枢绕组的一相电枢绕组的自感相对于如下比率的改变的图：即，电枢铁芯的每个第二部分的径向厚度a与电枢铁芯的每个第一部分的最内端的圆周宽度c的比率；

图8是要用于电枢的电枢绕组的导体段(conductor segment)的放大透视图；以及

图9是电动机的一部分的放大透视图。

具体实施方式

在下文中将参照附图描述本公开内容的实施例。在附图中，相同的附图标记用于标识相应的相同部件。注意，为了简单示出实施例的结构和操作，在一些附图的图示中省略了阴影。

参照附图，特别参照图2A和2B，示出了基本上为圆柱形状的三相、60槽、10极电动机M，简称为“电动机M”。

电动机M包括：包括具有给定轴向厚度的、基本上为环形的电枢铁芯1的电枢AR；以及与电枢铁芯1同轴布置且与电枢铁芯1相对的基本上为环形的转子2，其中转子2与电枢铁芯1之间存在间隙。电动机M还包括由例如非磁性材料(诸如，不锈钢)制成的旋转轴31。

转子2由作为软磁材料示例的磁性钢板制成，并且包括基本上为环形的磁轭(芯)22，其中，旋转轴31固定于磁轭22的内圆周。转子2还包括五个由例如稀土磁体制成的永磁极21。五个永磁极21具有相同的磁极性(诸如北极或南极)，并且被安装在磁轭22的外圆周上。五个永磁极21以其之间为固定的节距而沿圆周布置。在该实施例中，五个永磁极21中的每一个永磁极均具有北极。

每个永磁极21的外表面围绕旋转轴21的中心轴线、以预定曲率半径而弯曲。

磁轭22设置有五个径向向外延伸的突起23，这些突起分别布置在五个永磁极21之间并且以固定的节距而沿圆周布置。利用转子2的配置，五个永磁极21的磁极性使得五个突起23结果被磁化为与五个永磁极21的磁极性相反的相同磁极性；因此，在下文中将这些突起23称为“交替极(consequent pole)23”。在该实施例中，交替极23具有南极。

磁轭22包括永磁极21与交替极23之间的间隔24；这些间隔24用作永磁极21和交替极23之间的磁障(magnetic barrier)。每个交替极23的外表面围绕旋转轴31的中心轴线、以预定曲率半径而弯曲。转子2具有与360度电角度对应的72度机械角度的一个极对节距。

各个磁极21和23的弯曲的外表面提供了转子2的外表面。

电枢铁芯1包括具有给定轴向厚度的环形磁轭11以及从磁轭11的内表面向内径向突出的六十个齿12。具体地，三相、60槽、10极电动机M被设计成使得极数为十，电动机M的相数为三，每极每相的齿12的数量为二，并且齿12的总数为通过以下等式“10×2×3＝60”而得到的六十。

六十个齿12以其之间为固定的节距而沿圆周布置。由沿圆周相邻的齿和磁轭11围绕的空间提供了电枢铁芯1的六十个槽；六十个槽中的每一个的径向截面为矩形形状。

如图2A和2B所示，在与转子2的一个极对节距对应的72度机械角度内，存在电枢铁芯1的十二个齿12。电枢铁芯1的相邻槽(齿12)之间的节距被设置为30度的电角度，这是60度电角度的整数约数。

例如，电枢铁芯1是这样制造的：使用冲头(punch)和冲模从多个薄磁钢板中的每一个冲压出之前设计的铁芯段，并且将多个铁芯段彼此层叠。

电枢AR还包括以例如分布式全节距绕组配置缠绕在电枢铁芯1中的三相电枢绕组3(参见图2B)。作为三相电枢绕组3中的每一个，可以使用多个导体段的接合，其中，每个导体段均包括一对槽内部分和接合成对的槽内部分的拐弯部分或者横向截面为矩形或圆形形状的连续线。

例如，在与转子2的一个极对节距对应的、包括十二个槽(1)、(2)、...、(12)的电枢铁芯1的一个电角度循环(360度电角度)中，第一U相线圈缠绕在第一槽(1)和第七槽(7)中，而第二U相线圈缠绕在第二槽(2)和第八槽(8)中。第一U相线圈和第二U相线圈例如串联连接以提供U相绕组。附图标记“U”和“-U”表示流过第一U相线圈和第二U相线圈中的每个U相线圈的电枢电流(U相交流电流)的方向。例如，流过第一U相线圈在第一槽(1)中的部分的U相交流电流的方向与流过第一U相线圈在第七槽(7)中的部分的U相交流电流的方向相反。

类似地，在电枢铁芯1的一个电角度循环(360度电角度)中，第一V相线圈缠绕在第五槽(5)和第十一槽(11)中，而第二V相线圈缠绕在第六槽(6)和第十二槽(12)中。第一V相线圈和第二V相线圈例如串联连接以提供V相绕组。附图标记“V”和“-V”表示流过第一V相线圈和第二V相线圈中的每个V相线圈的电枢电流(V相交流电流)的方向。例如，流过第一V相线圈在第五槽(5)中的部分的V相交流电流的方向与流过第一V相线圈在第十一槽(11)中的部分的V相交流电流的方向相反。

另外，在电枢铁芯1的一个电角度循环(360度电角度)中，第一W相线圈缠绕在第九槽(9)和第三槽(3)中，而第二W相线圈缠绕在第十槽(10)和第四槽(4)中。第一W相线圈和第二W相线圈例如串联连接以提供W相绕组。附图标记“W”和“-W”表示流过第一W相线圈和第二W相线圈中的每个W相线圈的电枢电流(W相交流电流)的方向。例如，流过第一W相线圈在第九槽(9)中的部分的W相交流电流的方向与流过第一W相线圈在第三槽(3)中的部分的W相交流电流的方向相反。

像第一集合的槽(1)至(12)一样，U相、V相以及W相绕组3缠绕在以下的每一个中：第二集合的槽(13)至(24)、第三集合的槽(25)至(36)、第四集合的槽(37)至(48)以及第五集合的槽(49)至(60)。换言之，电枢绕组3被分类为：缠绕在第一集合的槽(1)至(12)中的第一组电枢绕组、缠绕在第二集合的槽(13)至(24)中的第二组电枢绕组、缠绕在第三集合的槽(25)至(36)中的第三组电枢绕组、缠绕在第四集合的槽(37)至(48)中的第四组电枢绕组以及缠绕在第五集合的槽(49)至(60)中的第五组电枢绕组。

电枢电流(U相、V相以及W相交流电流)具有120度的相差；这些电枢电流是基于从逆变器40施加的三相AC电压而提供的；该逆变器40基于例如安装在机动车辆中的、具有12[V]的低额定电压的铅酸电池而产生三相AC电压。

向第一组电枢绕组施加电枢电流的一个循环(360度电角度)产生了旋转磁场的一个循环(360度电角度)。换言之，由提供到每组电枢绕组的电枢电流产生的磁场旋转了与75度的机械角度对应的360度电角度。因此，顺序地向第一组至第五组电枢绕组中的各组电枢绕组施加电枢电流产生了围绕电枢铁芯1具有五个极对的连续旋转磁场(360度电角度)。

第一和第二U相线圈、第一和第二V相线圈以及第一和第二W相线圈中的每一对均可以各自被一对逆变器驱动作为两对三相绕组。

连续旋转磁场与转子2的极(永磁极21和交替极23)中的每一个之间的磁相互作用产生了使转子2转动的转矩。

接下来，在下文中将详细描述电枢AR的结构。

如图3所示，每个齿12包括第一部分14，该第一部分从磁轭11的内表面延伸，以朝向旋转轴31逐渐变细，从而其径向截面具有基本上为梯形的形状。每个齿12还包括第二部分(磁路延伸部)15，该第二部分从第一部分14的最内端径向延伸(突出)以面对转子2的外表面，并且其径向截面具有基本上为矩形的形状。每个齿12的第二部分15具有基本上在转子2的圆周方向上的宽度；该宽度长于第一部分14的最内端在转子2的圆周方向上的宽度。即，齿12的第二部分15的端面提供了电枢铁芯1的内表面，并且电枢铁芯1的内表面和转子2的外表面提供了电枢铁芯1与转子2之间的间隙。

齿12的第二部分15用作转子2所产生的磁通量和电枢AR所产生的磁通量通过的磁路。

如图3所示，齿12的第二部分15以其之间为固定的间隔而沿圆周布置。齿12的第二部分15之间的每个间隔的圆周长度以“b”表示，并且第二部分15中的每一个的径向厚度以“a”表示。第一部分14的最内端在转子2的圆周方向上的宽度以“c”表示，并且电枢铁芯1的内表面与转子2的外表面之间的间隙的径向长度以“d”表示。在下文中，齿12的第二部分15之间的每个间隔也可以以“b”表示，并且电枢铁芯1的内表面与转子2的外表面之间的间隙也可以以“d”表示。

即，根据该实施例的电枢铁芯1设置有具有由参数a、b、c和d定义的特定配置的、齿12的每个第二部分15；该特定配置提供了通过齿12的第二部分15的磁路的改进的磁阻特性。

图4示出了当在比率a/d被设置为1.0的情况下一相电枢绕组的自感被设置为1.0时，三相电枢绕组3的一相电枢绕组的自感相对于参数a与参数d的比率(a/d)的改变，作为曲线L3。一相电枢绕组的自感的该特性是使用电动机M、通过实验而获得的。

图4表明了由于齿12的第二部分15中的磁饱和减小，因此比率a/d的增大使得一相电枢绕组的自感单调地增大。当比率a/d变为2.0时，一相电枢绕组的自感大致为1.35。即，在比率a/d为2.0的情况下一相电枢绕组的自感基本上是在比率a/d为1.0情况下一相电枢绕组的自感的1.35倍。这是因为每个第二部分15的径向厚度相对于间隙的径向长度d的增大使得第二部分15中的磁饱和减小。一相电枢绕组的自感的增大意味着，通过一个第二部分15的磁路的磁阻低于通过电枢铁芯1的内表面与转子2的外表面之间的间隙的磁路的磁阻。

这导致与通过具有磁极性的第二部分15相比，对抗与第二部分15相对且具有相同磁极性的转子2的磁极的主磁通量的、基于通过第二部分15的通电电枢绕组所产生的反作用磁通量难以流过电枢铁芯1的内表面与转子2的外表面之间的间隙。换言之，通过第二部分15链接到一相电枢绕组的反作用磁通量的磁路减小。这充分地产生了通过第二部分15到一相电枢绕组的链接磁通量，而不管是否使用低电枢电流(电压)来削弱与第二部分15相对的旋转转子2的磁极的主磁通量的影响；该主磁通量试图链接到一相电枢绕组。这减小了与每个第二部分15相对的旋转转子2的磁极的主磁通量，从而减小了从电动机M产生的反电动势。从电动机M产生的反电动势的减小使得电动机M(转子2)的旋转速度增大，而较少考虑反电动势。

例如，根据该实施例的电动机M被设计成使得比率a/d为2.0。图1中示出的电动机M的转矩-速度特性L4这样获得的：假设除了根据该实施例的电动机M的特征之外，电动机M的结构与对应于转矩-速度特性L2的分布绕组电动机的结构基本相同。

参照图1，转矩-速度特性L4表明了，与具有转矩-速度特性L1和L2的传统电动机中的每一个的输出转矩的减小相比，电动机M的输出转矩相对于电动机M的旋转速度的增大而减小的速率较低。因此，可以将电动机M的旋转速度增大到高于具有转矩-速度特性L1和L2的传统电动机中的每一个的旋转速度的水平。

注意，可以将比率a/d设置为高于2.0的值。然而，因为比率a/d的值的过度增大会减小槽的面积，从而导致三相电枢绕组的电阻增加，所以优选地根据期望的使用来设计电动机M。

另外，根据该实施例的电动机M被设计成使得参数b被设置为等于或小于参数d。将在下文中参照图5A描述确定电动机M的参数b和d之间的关系的原因。

图5A示意性地示出了转子2的磁极的主磁通量的流动。在图5A中，主磁通量是从永磁极21产生的，并且包括链接到电枢AR的电枢绕组的链接通量和漏通量其中漏通量流过靠近永磁极21的齿12，并且返回到与永磁极21相邻的交替极23。

如图5A所示，除了间隙d之外，漏通量必须流过至少一个间隔b。然而，因为链接通量流过磁轭11而回到交替极23，所以链接通量穿过间隙d而不穿过间隔b。因此，与漏通量的磁路的磁阻相比，链接通量的磁路的磁阻极其小。

换言之，如果第二部分15通过磁性材料而彼此接合，则漏通量将大大增加，以使得电动机M在低速范围的输出转矩减小。

因此，需要在第二部分15之间设置每个均具有适当长度的间隔b。

图6示出了参考一相电枢绕组的1.0的自感，三相电枢绕组3的一相电枢绕组的自感相对于第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b与电枢铁芯1的内表面和转子2的外表面之间的间隙的长度d的比率(b/d)的改变，作为曲线L5。一相电枢绕组的自感的该特性是使用电动机M、通过实验而获得的。

图6表明如果第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b长于电枢铁芯1的内表面与转子2的外表面之间的间隙的长度d，即，如果比率b/d高于1.0，则一相电枢绕组的自感由于例如齿12的第二部分15的磁饱和而大大下降。因此，优选地是，第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b等于或短于电枢铁芯1的内表面与转子2的外表面之间的间隙的长度d。

然而，如上所述，电枢铁芯1是这样制造的：使用冲头和冲模从多个薄磁钢板SH中的每一个冲压出之前设计的铁芯段，并且将多个铁芯段彼此层叠(参见图5B)。因此，出于性能的原因，要求第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b长于多个薄磁钢板SH中的每一个的厚度t。这是因为，如果第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b短于多个薄磁钢板SH中的每一个的厚度t，则将难以使用冲头和冲模从多个薄磁钢板SH中的每一个冲压出之前设计的铁芯段，从而导致用于制造电枢铁芯1的工时数增加。

因此，根据本实施例的电动机M被设计成使得比率b/d等于或小于1.0，并且第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b长于多个薄磁钢板SH中的每一个的厚度t；这种对第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b的设计使得容易地从多个薄磁钢板SH中的每一个冲压出之前设计的铁芯段。

这使得可以将三相电枢绕组中的每一个的自感保持在较高水平，同时减少用于制造电枢铁芯1的工时数。

另外，如图3中的虚线Y1所示，通过相邻的一对第二部分15的磁路穿过相应的一对齿12和磁轭11的相应部分。为此，优选地，每个第二部分15的径向厚度a大于第一部分14的最内端在转子2的圆周方向上的宽度c。这旨在防止齿12的第二部分15的磁饱和。

图7是示意性地示出三相电枢绕组3的一相电枢绕组的自感相对于如下比率的改变的图：即，电枢铁芯1的每个第二部分的径向厚度a与电枢铁芯1的每个第一部分14的最内端的圆周宽度c的比率。

具体地，如图7中的曲线L6所示，如果比率a/c等于或低于1.0，即，如果每个第二部分15的径向厚度a等于或小于每个第一部分14的最内端的圆周宽度c，则每个第二部分15在通过其的磁路中具有最窄的宽度，从而导致每个电枢绕组3的自感随着比率a/c的改变而显著改变，这是因为第二部分15的参数a和c是控制电枢绕组3的自感的因素。

然而，如果比率a/c高于1.0，即，如果每个第二部分15的径向厚度a大于每个第一部分14的最内端的圆周宽度c，则每个第一部分14的最内端的圆周宽度c在通过相应第二部分15的磁路中是最窄的宽度，从而导致即使每个第二部分15的径向厚度a增加，每个电枢绕组3的自感也会逐渐改变。

注意，如果横向截面为圆形形状的连续线用作每个三相电枢绕组3，并且连续线的直径短于第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b，则将难以将连续线从电枢铁芯1的相应槽的内侧通过相应间隔b***相应槽中。

因此，优选地，根据该实施例的电动机M使用多个导体段的接合作为以分布式全节距绕组配置缠绕在电枢铁芯1中的三相电枢绕组3中的每一个。

如图8所示，设置了多个导体段7。多个导体段7中的每一个均包括一对槽内部分7a和U形或V形的拐弯部分7b，以使得每个槽内部分7a在其一端从拐弯部分7b的相应一端延伸。在将每个导体段7安装在电枢铁芯1中之前，每个槽内部分7a的另一端直线延伸。

一个导体段7的一个槽内部分7a被***电枢铁芯1的相应槽中，而另一个槽内部分7a从图9的纸的底部被***电枢铁芯1的相应槽中，以使得槽内部分7a的其它端从电枢铁芯1的相应槽突出。在下文中将槽内部分7a从相应槽(电枢铁芯1)突出的这些其它端称为“突出端部分”。

此后，一个导体段7的每个突出端部分被弯曲成相对于相应槽的轴向方向向外倾斜预定电角度。在弯曲之后，导体段7的每个突出端部分的尖端通过焊接(参见图9中的附图标记31)被接合到交替的导体段7的相应一个突出端部分的尖端，该交替的导体段7以与一个导体段7相同的方式***在相应槽中。

即，多个导体段7被***到电枢铁芯1的相应槽中，所***的导体段7中的每一个的突出端部分被弯曲，并且每个导体段7的每个突出端部分的尖端通过焊接而接合到所***的导体段7中的相应一个导体段的相应一个突出端部分的尖端。这提供了以分布式全节距绕组配置缠绕在电枢铁芯1中的三相电枢绕组3，每个三相电枢绕组3均包括多个导体段7的接合。

该绕组配置使得电枢绕组3的线圈端在例如电动机M的圆周和径向方向上对齐。这使得可以减小电动机M的尺寸。通常，电枢绕组具有分布绕组配置的电动机一般可增加电枢绕组的线圈端的长度，从而损害了电动机M的小型化。然而，电枢绕组3中的每一个均包括多个导体段的接合的电动机M防止了电枢绕组的线圈端的长度增加。该绕组配置由于对连续线没有缠绕的操作而使得可以容易地制造电动机M。特别地，使用横向截面为矩形形状的多个导体段7中的每一个可以增大电动机M的电负载，换言之，可以增大三相电枢绕组3中的每一个的安匝数。

如上所述，作为旋转电机示例的电动机M包括电枢AR和转子2。电枢AR包括具有内表面的环形磁轭11以及各自从环形磁轭11的内表面径向突出的多个齿12。多个齿12沿圆周布置以在其之间提供多个槽。多个齿12的突出端面提供了电枢AR的内表面。电枢AR被设计成当通电时产生反作用磁通量。转子2具有至少一对磁极21与23，并且具有外表面。转子2可旋转地设置在电枢AR内，其中在该转子的外表面与电枢AR的内表面之间存在间隙。

电枢AR和转子2具体地被配置为具有：

第一磁阻，与使得反作用磁通量流向转子2相比，该第一磁阻有利于反作用磁通量流过多个齿12中的至少一个齿12至其中的相邻齿12，以及

第二磁阻，与使得主磁通量流向靠近主磁通量的至少一个齿12相比，该第二磁阻有利于主磁通量流向磁轭11。

换言之，电枢AR和转子2具体地被配置为使得：

流过多个齿12中的至少一个齿12至相邻齿12的反作用磁通量的磁阻小于流向转子2的反作用磁通量的磁阻，以及

流向磁轭11的主磁通量的磁阻小于流向靠近主磁通量的至少一个齿12的主磁通量的磁阻。

该配置使得从电枢AR产生的反作用磁通量难以流向转子2，从而减小了链接到一相电枢绕组的反作用磁通量的磁路。这充分地产生了到一相电枢绕组的链接磁通量，而不管是否使用低电枢电流(电压)来削弱旋转转子2的磁极的主磁通量的影响；该主磁通量试图链接到一相电枢绕组。

这减小了旋转转子2的磁极的主磁通量，从而减小了从电动机M产生的反电动势。从电动机M产生的反电动势的减小使得电动机M(转子2)的旋转速度增大，而较少考虑反电动势。

另外，该配置增强了反作用磁通量而没有减小到一相绕组的链接的数量，这是因为与使得主磁通量流向靠近主磁通量的至少一个齿12相比，第二磁阻有利于主磁通量流向磁轭11。

这平衡了在电动机M的低速范围保持转矩和电动机M的旋转速度的增大。

对于电动机M，至少一对磁极21与23包括安装在转子2的外表面上的永磁极21，并且多个齿12中的每一个的突出端形成有向其两个周围侧突出的磁路延伸部15。多个齿12的磁路延伸部15以其之间存在间隔而沿圆周布置。每个磁路延伸部具有径向厚度a。径向厚度等于或大于间隙的径向长度d的两倍。每个间隔的圆周长度b等于或短于间隙的径向长度d。

与流向转子2的反作用磁通量的磁阻相比，该配置允许仅根据普通的冲头和冲模改变用于冲压出电枢AR的冲头和冲模，以减小流过多个齿12中的至少一个齿12至相邻齿12的反作用磁通量的磁阻。

电动机M被配置成使得多个齿12中的每一个朝向转子2而逐渐变细，以具有圆周上最窄的宽度c，并且每个磁路延伸部15的径向厚度a大于圆周上最窄的宽度c。该配置有效地增强了每个电枢绕组3的自感。

电动机M被配置成使得磁轭11和多个齿12构成电枢铁芯1，并且电枢铁芯1包括彼此层叠的多个磁钢板SH。多个磁钢板SH中的每一个均具有厚度t，并且每个间隔的圆周长度b长于多个磁钢板SH中的每一个的厚度t。该配置防止了反作用磁通量流向转子2(参见图6)，从而有效地增强了每个电枢绕组3的自感。

电动机M被配置成使得当磁路延伸部15的总数以g表示，多相电枢绕组3的相数以m(m是等于或大于3的整数)表示，转子2的极数以2p(p是自然数)表示，并且多个齿12中每极每相的齿12的数量以n(n是自然数)表示时，磁路延伸部15的总数g以如下等式来表示：

g＝2p×m×n×2

该配置使得电动机M的设计规则公式化，这允许任何人容易地设计具有上述特性的电动机M。该配置还使得根据本实施例的电动机M的质量统一化。

电动机M被配置成使得多个齿12中的每一个均包括逐渐变细的部分14，该逐渐变细的部分14从磁轭11的内表面径向延伸，以逐渐变细至相应的一个磁路延伸部15，从而其径向截面基本上为梯形形状。

如上所述，根据该实施例的电动机M使用横向截面为矩形形状的多个导体段7的接合，作为每个三相电枢绕组3。当电动机使用横向截面为矩形形状的多个导体段7的接合作为每个三相电枢绕组3时，该配置阐明了每个磁路延伸部15的设计规则。

电动机M被配置成使得永磁极21由稀土磁体制成。

与使用铁氧体磁体相比，该配置以相对低的电流有效地实现了弱磁，从而使得可以平衡电动机M尺寸的减小和电动机M的旋转速度的增大，而无需使用特定控制。

电动机M被配置成使得多相电枢绕组3中的每一个均是导体段7的接合，并且每个导体段7基本上为U形且具有第一端和第二端、并且包含在多个槽中的预定槽对中。第一端和第二端从预定槽对突出，一个导体段7的第一端和第二端中的一端接合到另一个导体段7的第一端和第二端中的一端，并且多相电枢绕组的导体段的数量NU以如下等式来表示：

NU＝2p×m×n×k

其中，k是自然数。

如果连续线用作每个三相电枢绕组3并且连续线的宽度短于第二部分15之间的每个间隔的圆周长度b，则将难以将连续线从电枢铁芯1的相应槽的内侧通过相应间隔b***到相应槽中。

然而，该配置使得每个电枢绕组3容易地缠绕在电枢铁芯1的槽中，从而使得可以容易地制造电枢AR。

电动机M被配置成使得每个导体段7具有长度并且与长度方向垂直的截面为矩形形状。

使用与长度方向垂直的截面为矩形形状的多个导体段7中的每一个使得电动机M的电负载增大，换言之，增加每个三相电枢绕组3的安匝数。

在该实施例中，本公开内容应用于交替极电动机，但是可以应用于可以实现与电动机M基本相同的效果的各种类型的旋转电机，诸如没有使用交替极23的表面永磁电动机。

本公开内容可以应用于集中绕组电动机。注意，如果除了绕组配置外，集中式短节距绕组电动机的结构与分布式全节距绕组电动机的结构基本相同，则分布式全节距绕组电动机的输出转矩大于集中式短节距绕组电动机的输出转矩，这是因为分布式全节距绕组电动机的绕组因数大于集中式短节距绕组电动机的绕组因数。因此，在保持转矩特性的同时减小电动机M在轴向方向上的磁电路尺寸使得来自转子2的主磁通量减小。这还减小了从电动机M产生的反电动势，从而使得可以增大电动机M的旋转速度。即，为了减小电动机M在轴向方向上的磁电路尺寸，可以减小每个永磁极21的表面面积。该修改减小了来自转子2的主磁通量，由此减小了电动机M中的内部压降。这增大了施加到电枢绕组3的电压的利用率，因而使得大量电枢电流流过每个电枢绕组3。这还增大了电动机M的旋转速度。

尽管这里描述了本公开内容的说明性实施例，但是本公开内容不限于这里描述的实施例，而是包括具有本领域技术人员基于本公开内容将意识到的修改、省略、组合(例如，跨越各个实施例的方面的组合)、改写和/或变更的任何全部实施例。要基于权利要求中采用的语言广泛地解释权利要求中的限制，而不限于本说明书中或在执行本申请期间描述的示例，这些示例要被解释为非排它性的。

Claims (9)

1.一种分布绕组式旋转电机，包括：

电枢，包括：

具有内表面的环形磁轭；以及

各自从所述环形磁轭的所述内表面径向突出的多个齿，所述多个齿沿圆周布置以在其之间提供多个槽，所述多个齿的突出端面提供了所述电枢的内表面，所述电枢被设计成当通电时产生反作用磁通量；以及

具有至少一对磁极并且具有外表面的转子，所述转子旋转地设置在所述电枢内，其中在所述转子的所述外表面与所述电枢的所述内表面之间存在间隙，

所述电枢和所述转子被配置成具有：

第一磁阻，与使得所述反作用磁通量流向所述转子相比，所述第一磁阻有利于所述反作用磁通量流过所述多个齿中的至少一个齿至所述至少一个齿的相邻齿，以及

第二磁阻，与使得基于所述至少一对磁极的主磁通量流向靠近所述主磁通量的至少一个齿相比，所述第二磁阻有利于所述主磁通量流向所述磁轭。

2.根据权利要求1所述的分布绕组式旋转电机，其中，所述至少一对磁极包括安装在所述转子的所述外表面上的永磁极，并且所述多个齿中的每一个的突出端形成有向其两个周围侧突出的磁路延伸部，所述多个齿的所述磁路延伸部以所述磁路延伸部之间存在间隔而沿圆周布置，所述磁路延伸部中的每一个具有径向厚度，所述径向厚度等于或大于所述间隙的径向长度的两倍，每个所述间隔的圆周长度等于或短于所述间隙的所述径向长度。

3.根据权利要求2所述的分布绕组式旋转电机，其中，所述多个齿中的每一个具有圆周上最窄的宽度，并且所述磁路延伸部中的每一个的所述径向厚度大于所述圆周上最窄的宽度。

4.根据权利要求2所述的分布绕组式旋转电机，其中，所述磁轭和所述多个齿构成所述电枢的铁芯，所述电枢的所述铁芯包括彼此层叠的多个磁钢板，所述多个磁钢板中的每一个均具有厚度，每个所述间隔的圆周长度长于所述多个磁钢板中的每一个的厚度。

5.根据权利要求2所述的分布绕组式旋转电机，还包括设置在所述多个槽中的多相电枢绕组，所述多相电枢绕组用于在通电时产生所述反作用磁通量，其中，当所述磁路延伸部的总数以g表示，所述多相电枢绕组的相数以m表示，所述转子的极数以2p表示，并且所述多个齿中每极每相的齿数以n表示时，所述多个磁路延伸部的总数g以下述等式来表示：

g＝2p×m×n×2

其中，m是等于或大于3的整数，p是自然数，以及n是自然数。

6.根据权利要求3所述的分布绕组式旋转电机，其中，所述多个齿中的每一个均包括逐渐变细的部分，所述逐渐变细的部分从所述磁轭的所述内表面径向延伸，以逐渐变细至相应的一个所述磁路延伸部，从而所述逐渐变细部分的径向截面基本上为梯形形状。

7.根据权利要求2所述的分布绕组式旋转电机，其中，所述永磁极是由稀土磁体制成的。

8.根据权利要求5所述的分布绕组式旋转电机，其中，所述多相电枢绕组中的每一个均是导体段的接合，所述导体段中的每一个均基本上为U形且具有第一端和第二端，并且包含在所述多个槽中的预定槽对中，以使得所述第一端和所述第二端从所述预定槽对突出，一个所述导体段的所述第一端和所述第二端中的一端接合到另一个所述导体段的所述第一端和所述第二端中的一端，所述多相电枢绕组的所述导体段的数量NU以下述等式来表示：

NU＝2p×m×n×k

其中，k是自然数。

9.根据权利要求8所述的分布绕组式旋转电机，其中，所述导体段中的每一个均具有长度，并且与长度方向垂直的截面为矩形形状。