CN105391196B - 无刷马达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无刷马达，包括在转子芯的内周面具备永磁铁的转子、以及在供线圈卷绕的定子芯的末端形成有齿部的定子，上述齿部形成为与上述永磁铁相对的对峙面与永磁铁的内周面的距离，随着从中央朝向末端而变大，通过使由转子的位置变化带来的磁阻的变化率最小，来大幅降低齿槽转矩。

Description

无刷马达
技术领域
本发明涉及无刷马达，更详细而言，转子在定子的外侧旋转并且在转子具备永磁铁的无刷马达。
背景技术
一般而言，马达作为在电流所流动的磁场内将电能转换为机械能的装置，可按照电源的种类、转子和定子的位置、或永磁铁的适用与否等多种基准进行分类。
例如，马达按照电源的种类分为直流(DC)马达和交流(AC)马达，直流马达再分为有刷马达和无刷马达。
在DC马达中附着有电刷(Brush)的马达，通过整流子与电刷的接触，使电流在线圈流动的同时使电流流动，但存在不仅产生机械及电气噪声还使电刷磨损的缺陷。为了克服这种缺陷，广泛采用不使用电刷的BLDC(Brushless DC)马达。无刷直流马达(Brushless DCMotor)为在直流马达中去掉电刷和整流子(Commutator)而设置电子性的整流机构的马达，又称为无整流子马达。
此外，马达根据转子和定子的相对位置可分为内转子型马达和无刷马达。图1及图2表示BLDC无刷马达的一例。
图1及图2所示的BLDC无刷马达包括在转子芯111的内周面具备永磁铁112的转子110、以及在供线圈125卷绕的定子芯121的末端形成有齿部122的定子120。
另一方面，在马达的旋转时，根据转子110的位置，阻碍磁通流动的磁阻大小不同，由于这种磁阻差异，而产生转矩的脉动。像这样在线圈施加电源之前转子旋转时产生的转矩称为齿槽转矩(Cogging Torque)，由此产生振动和噪声。
已知齿槽转矩与由转子的位置变化所产生的磁阻的变化率成比例。为了减少这种齿槽转矩，如图1及图2所示的现有技术的齿部122，在与永磁铁112相对的对峙面123形成有切口124。
齿部122为了使定子120的磁通向转子110流动而沿着转子芯111的圆周方向延伸而形成，但切口124在齿部122的峙面123沿着转子芯111的圆周方向形成有多个。
然而，即便在形成有切口124的情况下，如图5所示的由旋转角所产生的磁阻的变化率依然存在大的差异，由此存在无法大幅降低噪声和振动的缺陷。
发明内容
本发明是为了改善上述现有的无刷马达所存在的问题而提出的，其目的在于，提供一种通过使由转子的位置变化所带来的磁阻的变化率最小，来大幅减小齿槽转矩的无刷马达。
为了实现上述目的，本发明的无刷马达包括在转子芯的内周面具备永磁铁的转子、以及在供线圈卷绕的定子芯的末端形成了齿部的定子，其特征在于，上述齿部形成为，与上述永磁铁相对的对峙面与永磁铁的内周面的距离，随着从中央朝向末端而增大。
优选为，上述齿部沿着转子芯的圆周方向延伸而形成。
优选为，上述齿部的对峙面形成为平面，并且相对于经过永磁铁的内周面与定子芯的中心线所相交的点的切线形成规定的夹角地倾斜。
更优选为，上述齿部的对峙面与切线所成的夹角满足3°≤α≤20°。
优选为，上述齿部的对峙面形成为以上述定子芯的中心线为基准对称。
在本发明的一实施例中，在上述齿部的对峙面从上述定子芯的中心线朝向两侧形成有形状与上述对峙面不同的台部。
优选为，上述台部的长度L1相对于从定子芯的中心线到对峙面的末端的长度L2满足：
此外，上述永磁铁的内周面具有凹陷的曲面形状，上述齿部的对峙面具有平面形状。
此外，在上述齿部22的对峙面23从上述定子芯21的中心线C朝向两侧形成有形状与上述对峙面23不同的台部24，上述台部24的长度L1为0≤L1≤2mm。
此外，上述齿部22的对峙面23具有在上述定子芯21的中心线C朝向上述永磁铁12突出的尖锐的边缘(sharp edge)。
此外，将上述中心线C处的上述对峙面23与上述永磁铁12之间的距离设为d1，将上述对峙面的末端部处的上述对峙面23与上述永磁铁12之间的距离设为d2时，满足关系d1＜d2。
在上述齿部22的对峙面23从上述定子芯21的中心线C朝向两侧形成有形状与上述对峙面23不同的台部24，上述台部24具有与上述中心线C垂直地形成的平面形状。
此外，在上述齿部22的对峙面23从上述定子芯21的中心线C朝向两侧形成有形状与上述对峙面23不同的台部24，上述台部24具有曲率与所对峙的永磁铁12的曲率相同的曲面形状。
此外，上述转子在上述定子的径向外侧配置为能够旋转。
此外，还可包括与上述转子结合的冷却扇。即，上述无刷马达还可作为驱动冷却扇的驱动单元发挥功能。此时，上述冷却扇可包括与上述转子形成一体或相结合的多个叶片。
此外，上述转子可安装于上述冷却扇的毂部(hub)。即，由于上述转子设置于定子的径向外周测，因此上述转子可设置于上述冷却扇的毂部、即多个叶片的径向内侧。
本发明的特征以及优点，通过参照附图进行的以下的说明而得以明确。
如上所述，根据本发明的无刷马达，具有通过使由转子的位置变化带来的磁阻的变化率最小，来大幅降低齿槽转矩的效果。
附图说明
图1为表示现有技术的无刷马达的一侧剖视图。
图2为图1所示的无刷马达的局部放大图。
图3为表示本发明的一实施例所涉及的无刷马达的一侧剖视图。
图4为图3所示的无刷马达的局部放大图。
图5为表示本发明的一实施例所涉及的无刷马达的齿槽转矩降低效果的图表。
图6为表示本发明的另一实施例所涉及的无刷马达的齿部的局部放大图。
图7为表示图6所示的无刷马达的齿槽转矩的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。
参照图3及图4，根据本发明的一实施例的无刷马达包括：在转子芯11的内周面具备永磁铁12的转子10、以及在供线圈25卷绕的定子芯21的末端形成有齿部22的定子20。
上述齿部22沿着转子芯11的圆周方向延伸。
上述齿部22形成为，与上述永磁铁12相对的对峙面23与永磁铁12的内周面的距离，随着从中央朝向末端而增大。
上述齿部22的对峙面23形成为以上述定子芯21的中心线C为基准对称，齿部22整体呈倒三角形。
其中，
Φ：磁通
R：磁阻
θ：转子的位置值
从上式可看出，齿槽转矩TC与磁阻的变化率dR成比例。
现有的图2所示的齿部22，由于对峙面23与永磁铁12的距离一定，因此在永磁铁12区间，几乎不存在磁阻的变化，但在没有永磁铁12的区间，由于磁阻急剧减少，因此磁阻的变化率dR只能变大。
本发明的齿部22中，对峙面23倾斜地形成，因此随着从齿部22的中央朝向末端，与永磁铁12的距离逐渐变大。即，将上述中心线C处的上述对峙面23与上述永磁铁12之间的距离设为d1，将上述对峙面的末端部处的上述对峙面23与上述永磁铁12的距离设为d2时，形成为满足关系d1＜d2。因此，上述永磁铁12与上述对峙面23之间的距离在上述中心线C处最小，定义对峙面23的两条直线在上述中心线C相交而形成尖锐的边缘(sharp edge)P。即，如图4所示，上述尖锐的边缘P处于上述中心线C上。
因此，随着从齿部22的中央朝向末端，磁阻逐渐减小，从而在齿部22的末端处的磁阻值与在无永磁铁12的区间中的磁阻值之差减小。换而言之，将齿部22通行永磁铁12下侧时与通行无永磁铁12的区间时的磁阻值之差，预先在齿部22自身减小。因此，与永磁铁12的有无无关地，能够在整个旋转区间减少磁阻的变化率dR，结果齿槽转矩TC显著降低，从而能够减少马达的振动和噪声。
如图5所示，根据本发明的齿部22形状的齿槽转矩TC，相比图1以及图2所示的现有的转子结构，减少70％左右。
上述齿部22的对峙面23形成为平面，并且相对于经过永磁铁12的内周面与定子芯21的中心线C所相交的点的切线T，形成规定的夹角α地倾斜。
上述齿部22的对峙面23与切线T所成的夹角α优选满足3°≤α≤20°。若夹角α小于3°，则随着朝向齿部22的末端，磁阻的减小量过小，相比没有永磁铁12的区间的磁阻值存在大的差异，结果，磁阻的变化量无法大幅减小。若夹角α大于20°，则虽然与没有永磁铁12的区间的磁阻值的差异小，但齿部22的中央和末端处的磁阻已产生大的差异，因此导致齿部22自身的磁阻的变化量变得过大。
在夹角α大于3°且小于20°的情况下，与没有永磁铁12的区间的电阻值的差异大幅降低，并且齿部22自身的磁阻变化量也不大，结果，能够使整个磁阻的变化率dR最小。
参照图6，说明齿部22的另一实施例。
如图6所示，在齿部22的对峙面23从上述定子芯21的中心线C朝向两侧形成有台部24。即，台部24形成在对称的两个对峙面23所相交的齿部22的中央。
图6所示的台部24可形成为平面或者曲面形状。平面形状的台部24可形成为与中心线C垂直，曲面形状的台部24可形成为与永磁铁12的曲率相同。
根据台部24的长度，马达的齿槽转矩不同。图7为从中心线C到对峙面23末端的长度L2为10mm(两个对峙面整个为20mm)时根据台部24的长度L1的齿槽转矩的变化的图表。如图7所示，台部24的长度L1越长齿槽转矩越增加。尤其在台部24的长度L1为0-2.0mm的区间m，齿槽转矩的变化不大，之后急剧变化。
因此，优选台部24的长度L1相对于从中心线C到对峙面23末端的长度L2满足：
在台部24的长度L1相对于L2超过1/4的情况下，齿槽转矩的变化大，马达的性能偏差大。台部24的长度L1为0的情况下，成为与图4所示的齿部22相同的形状。
以上，通过具体实施例详细说明了本发明，但这只是为了具体说明本发明，本发明并非限定于此，在本发明的技术思想内，本领域技术人员可对本发明进行变形及改良，这是显而易见的。
本发明的简单变形及变更均属于本发明的领域，本发明的具体保护范围由权利要求书确定。

Claims (9)

1.一种无刷马达，
包括在转子芯(11)的内周面具备永磁铁(12)的转子(10)、以及在供线圈(25)卷绕的定子芯(21)的末端形成了齿部(22)的定子(20)，
其特征在于，
上述齿部(22)形成为，与上述永磁铁(12)相对的对峙面(23)与永磁铁(12)的内周面的距离，随着从中央朝向末端而增大,
上述齿部(22)的对峙面(23)形成为平面，并且相对于经过永磁铁(12)的内周面与定子芯(21)的中心线(C)所相交的点的切线(T)形成规定的夹角α地倾斜,
上述齿部(22)的对峙面(23)与切线(T)所成的夹角α满足3°≤α≤20°，
在上述齿部(22)的对峙面(23)从上述定子芯(21)的中心线(C)朝向两侧形成有形状与上述对峙面(23)不同的台部(24)，
上述台部(24)的长度L1相对于从中心线(C)到对峙面(23)的末端的长度L2满足：
<mrow> <mn>0</mn> <mo>&amp;le;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>L</mi> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;le;</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>4</mn> </mfrac> </mrow>
在上述齿部(22)的对峙面(23)从上述定子芯(21)的中心线(C)朝向两侧形成有形状与上述对峙面(23)不同的台部(24)，
上述台部(24)具有与上述中心线(C)垂直地形成的平面形状。
2.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于，
上述齿部(22)沿着转子芯(11)的圆周方向延伸而形成。
3.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于，
上述齿部(22)的对峙面(23)形成为以上述定子芯(21)的中心线(C)为基准对称。
4.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于，
上述永磁铁的内周面具有凹陷的曲面形状，上述齿部的对峙面具有平面形状。
5.根据权利要求3所述的无刷马达，其特征在于，
在上述齿部(22)的对峙面(23)从上述定子芯(21)的中心线(C)朝向两侧形成有形状与上述对峙面(23)不同的台部(24)，上述台部(24)的长度L1为0≤L1≤2mm。
6.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于，
将上述中心线(C)处的上述对峙面(23)与上述永磁铁(12)之间的距离设为d1，将上述对峙面的末端部处的上述对峙面(23)与上述永磁铁(12)之间的距离设为d2时，满足关系d1<d2。
7.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于，
上述转子在上述定子的径向外侧配置为能够旋转。
8.根据权利要求1所述的无刷马达，其特征在于，
还包括与上述转子结合的冷却扇。
9.根据权利要求8所述的无刷马达，其特征在于，
上述转子安装于上述冷却扇的毂部。
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