CN107453571B - 开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够降低转矩脉动的开关磁阻电机。开关磁阻电机具备：定子，其具有环状的定子铁心，该定子铁心沿周向形成有多极的齿部，且与轴线正交的截面轮廓为圆形；绕组，其卷绕于齿部；以及转子，其具有沿周向等间隔形成有多极的凸极部的转子铁心。凸极部的极数为5极×N、齿部的极数为6极×N，N为自然数。另外，凸极部具有周向两端的角部被切除而得到的倾斜面。

Description

开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机。

背景技术

已知有不使用永磁铁的简单的结构的开关磁阻电机。该开关磁阻电机中，定子的多个齿分别沿周向等间隔地配置，并且在放射方向上延伸。因此存在凸极和齿的对置的面积减小，在定子与转子之间形成的磁路变形而变长，从而电机的损失增加的课题。

为了解决该课题，在专利文献1所记载的开关磁阻电机中，定子的齿部13的极数设为6极×N、转子的凸极部的极数设为5极×N(“N”分别为相同自然数)，定子铁心沿周向交替具备与轴线正交的截面形状分别不同的第一插槽及第二插槽，形成第一插槽的第一后轭的径向厚度形成为比形成第二插槽的第二后轭的径向厚度大。另外，形成第一插槽的一对齿部配设于在周向上相邻的两个凸极部的延长上，因此能够抑制磁路变形，从而缩短磁路。因此，能够减少电机的损失。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-201922号公报

发明要解决的课题

然而，在上述说明的定子的极数为6极×N、转子的极数为5极×N的开关磁阻电机中，存在转矩脉动较大的课题。图6是表示专利文献1所记载的开关磁阻电机中的转矩相对于转子的旋转角的变化的图表。如图6所示，若向专利文献1所记载的开关磁阻电机通入三相电流，则单相的转矩的重复量较多，因此开关磁阻电机所输出的转矩的峰值变高，转矩脉动增大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够降低转矩脉动的开关磁阻电机。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，技术方案1所记载的本发明为开关磁阻电机(例如为后述的实施方式中的SR电机1)，其具备：

定子(例如为后述的实施方式中的定子3)，其具有环状的定子铁心(例如为后述的实施方式中的定子铁心11)，该定子铁心沿周向形成有多极的齿部(例如为后述的实施方式中的齿部13)，且与轴线正交的截面轮廓为圆形；

绕组(例如为后述的实施方式中的绕组4)，其卷绕于所述齿部；以及

转子(例如为后述的实施方式中的转子2)，其具有沿周向等间隔形成有多极的凸极部(例如为后述的实施方式中的凸极部8)的转子铁心(例如为后述的实施方式中的转子铁心6)，

所述凸极部的极数为5极×N，所述齿部的极数为6极×N，N为自然数，

所述开关磁阻电机(例如为后述的实施方式中的SR电机1)中，

所述凸极部具有周向两端的角部被切除而得到的倾斜面。

技术方案2所记载的发明在技术方案1所记载的发明的基础上，其中，

所述凸极部的与所述定子对置的前端面的沿周向的长度通过所述角部的切除而缩短为三分之二的长度，

所述转子铁心的外周与所述倾斜面的交点处的、所述转子铁心的外周的切线与所述倾斜面所成的角度为大致60度。

技术方案3所记载的发明中，在技术方案1或2所记载的发明的基础上，其中，

所述定子铁心沿周向交替具备与轴线正交的截面形状分别不同的第一插槽(例如为后述的实施方式中的第一插槽15)及第二插槽(例如为后述的实施方式中的第二插槽16)，形成所述第一插槽的第一后轭(例如为后述的实施方式中的第一后轭12a)的径向厚度比形成所述第二插槽的第二后轭(例如为后述的实施方式中的第二后轭12b)的径向厚度大，

形成所述第一插槽的一对齿部配设于在周向上相邻的两个所述凸极部的延长上。

发明效果

根据技术方案1的发明，由于为切除凸极部的周向两端的角部的结构，因此向开关磁阻电机通入三相电流时的单相的转矩的重复量减小。若单相的转矩的重复量较小，则开关磁阻电机所输出的转矩的峰值变低，因此能够降低转矩脉动。另外，设为切除凸极部的周向两端的角部的结构，由此d轴电感相对于q轴电感之比、即凸极比(Ld/Lq)变高。若凸极比较高，则各相的转矩增大，因此能够抑制开关磁阻电机所输出的平均转矩的降低。

若以成为技术方案2的发明中的形状的方式形成凸极部的倾斜面，则能够抑制平均转矩的降低，同时将开关磁阻电机所输出的转矩的脉动率设为最小。

根据技术方案3的发明，形成第一插槽的一对齿部配设于在周向上相邻的两个凸极部的延长上，因此能够抑制磁路变形，从而缩短磁路。因此，能够减少电机的损失，从而抑制因转子大型化导致的重量增加。

另外，在环状的定子中，形状不同的第一插槽的第一后轭的径向厚度比第二插槽的第二后轭的径向厚度厚，因此能够使与轴线正交的第一插槽的截面积与第二插槽的截面积一致。因此，能够使第一插槽和第二插槽中的绕组的占空因数一致。另外，能够加厚第一后轭的径向厚度，因此能够抑制定子外径增加，同时提高转矩密度、输出密度。

附图说明

图1是本发明的一实施方式中的开关磁阻电机的纵剖视图。

图2是图1的第一插槽及第二插槽周围的放大图。

图3是一实施方式的开关磁阻电机所具备的转子铁心的局部放大图。

图4是表示一实施方式的开关磁阻电机中的转矩相对于转子的旋转角的变化的图表。

图5是表示开关磁阻电机所输出的转矩的平均值与脉动率相对于图3所示的倾斜面的角度α的变化的图表。

图6是表示专利文献1所记载的开关磁阻电机中的转矩相对于转子的旋转角的变化的图表。

符号说明：

1 SR电机(开关磁阻电机)

2 转子

3 定子

4 绕组

6 转子铁心

7 铁心主体部

8 凸极部

9 侧面

10 前端面

21 倾斜面

11 定子铁心

12 磁轭部

13 齿部

12a 第一后轭

12b 第二后轭

15 第一插槽

16 第二插槽

O 轴线

L 切线

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。其中，本实施方式的说明中，以作为汽车等车辆的驱动源使用的开关磁阻电机为一例进行说明。

图1是本发明的一实施方式中的开关磁阻电机的纵剖视图。图2是图1的第一插槽及第二插槽周围的放大图。

如图1所示，开关磁阻电机(以下，简称为SR电机)1具备转子2、定子3及绕组4。

转子2具备旋转轴5及转子铁心6。旋转轴5旋转自如地支承于定子3。转子铁心6从旋转轴5的外周面朝向径向外侧立起。转子铁心6相对于旋转轴5以相互的轴线O重叠的方式通过嵌合等固定。转子铁心6通过沿轴线方向层叠多个电磁钢板等而形成为筒状。

转子铁心6具备铁心主体部7及多个凸极部8。

铁心主体部7形成为从旋转轴5朝向径向外侧立起的环状。

本实施方式中的凸极部8对于一个铁心主体部7形成有10极。这些凸极部8从铁心主体部7朝向径向外侧延伸为放射状。这些凸极部8沿周向以等间隔形成。凸极部8具备：沿径向延伸的两个侧面9；与形成为环状的定子3的内周面对置的一个前端面10；以及周向两端的角部被切除而得到的两个倾斜面21。

前端面10为沿周向延伸且向径向外侧突出的曲面。如图3所示，前端面10的沿周向的长度β通过周向两端的角部的切除而缩短为三分之二的长度。即，未设有倾斜面21的凸极部所具备的前端面的沿周向的长度χ与上述长度β的关系为“β＝2_χ/3”。另外，转子铁心6的外周与倾斜面21的交点处的、转子铁心6的外周的切线L与倾斜面21所成的角度α为大致60度。

定子3具有与轴线O正交的截面轮廓为圆形的定子铁心11。定子铁心11形成为在其径向内侧具有收容转子2的圆形空间的环状。定子铁心11具备磁轭部12及多个齿部13。

如图1、图2所示，磁轭部12形成为环状，更具体而言，形成为沿轴线O的圆筒状。

多个齿部13从磁轭部12朝向径向内侧分别突出形成。多个齿部13具备与凸极部8的前端面10对置的对置面14。这些对置面14为沿周向延伸且向径向外侧凹陷的曲面。

定子铁心11具备作为供绕组4穿过的空间的第一插槽15及第二插槽16。第一插槽15与在转子2侧开口的径向内侧的空间连通。同样，第二插槽16与在转子2侧开口的径向内侧的空间连通。这些第一插槽15及第二插槽16在定子铁心11的周向上交替地形成。形成第一插槽15的侧面及形成第二插槽16的侧面分别设为仅倾斜相同的角度的倾斜平面。第一插槽15和第二插槽16的与轴线O正交的截面形状相互不同。

其中，在周向上相邻的齿部13彼此在周向上向相互相反方向倾斜。另外，第一插槽15随着朝向径向内侧而其周向宽度尺寸逐渐增加。第二插槽16随着朝向径向内侧而其周向宽度尺寸逐渐减小。由此，能够将形成第一插槽15的一对齿部13配置在数量比齿部13少的凸极部8的延长上(参照图3)。

形成第一插槽15的第一后轭12a的径向厚度D1比形成第二插槽16的第二后轭12b的径向厚度D2大。由于该径向厚度D1、D2之差，第一插槽15的与轴线O正交的方向的截面积和第二插槽16的与轴线O正交的方向的截面积相同。

绕组4卷绕于在周向上相邻的第一插槽15和第二插槽16。换言之，绕组4穿过第一插槽15和第二插槽16，并在齿部13卷绕多圈而形成绕组群。一个第一插槽15中会有在周向上相邻的两个绕组群穿过。穿过这些中的一个第一插槽15的两个绕组群的与轴线O正交的截面形状分别成为对称形状。同样，一个第二插槽16中会有在周向上相邻的两个绕组群穿过。穿过这些中的一个第二插槽16的两个绕组群的与轴线O正交的截面形状分别成为对称形状。

图4是表示本实施方式的SR电机1中的转矩相对于转子2的旋转角的变化的图表。本实施方式的SR电机1具有切除转子铁心6的凸极部8的周向两端的角部的结构，因此向SR电机1通入三相电流时的单相的转矩与图6所示的以往的开关磁阻电机的情况相比，如图4所示那样上升缓慢而下降快速。其结果是，单相的转矩的重复量减小，因此SR电机1所输出的转矩的峰值变低，转矩脉动减小。另外，通过设为切除凸极部8的角部的结构，由此d轴电感相对于q轴电感之比、即凸极比(Ld/Lq)变高。若凸极比较高，则各相的转矩增大，因此能够抑制SR电机1所输出的平均转矩的降低。

图5是表示SR电机1所输出的转矩的平均值(以下称作“平均转矩”。)与脉动率相对于图3所示的倾斜面21的角度α的变化的图表。本实施方式中，切除凸极部8的角部而形成的倾斜面21与转子铁心6的外周的切线L所成的角度α为大致60度。如图5所示，脉动率在角度α为60度左右时变得最小，另一方面，平均转矩受角度α的影响不大。因此，本实施方式中以角度α成为大致60度的方式切除凸极部8的角部。

如以上说明的那样，根据本实施方式，为切除凸极部8的周向两端的角部的结构，因此向SR电机1通入三相电流时的单相的转矩的重复量减小。若单相的转矩的重复量较小，则SR电机1所输出的转矩的峰值变低，因此能够降低转矩脉动。另外，设为切除凸极部8的周向两端的角部的结构，由此凸极比(Ld/Lq)变高。若凸极比较高，则各相的转矩增大，因此能够抑制SR电机1所输出的平均转矩的降低。

另外，形成第一插槽15的一对齿部13配设于在周向上相邻的两个凸极部8的延长上，因此能够抑制磁路变形，从而缩短磁路。其结果是，能够减少SR电机1的损失，从而抑制因转子大型化导致的重量增加。

另外，在环状的定子3中，形状不同的第一插槽15的第一后轭12a的径向厚度D1比第二插槽16的第二后轭12b的径向厚度D2厚，因此能够使与轴线O正交的第一插槽15的截面积和第二插槽16的截面积一致。因此，能够使第一插槽15和第二插槽16中的绕组4的占空因数一致。另外，能够加厚第一后轭12a的径向厚度D1，因此能够抑制定子外径增加，同时提高转矩密度、输出密度。

需要说明的是，本发明并不限定于上述的各实施方式的结构，在不脱离其主旨的范围内能够适当地进行设计变形。

在上述的实施方式中，对穿过第一插槽15的两个绕组群的与轴线O正交的截面形状分别在周向上为对称形状的情况进行了说明。然而，并不限定于该结构，也可以是非对称形状。

另外，以车辆驱动用的SR电机1为一例进行了说明。然而，SR电机并不限定于车辆驱动用。

另外，上述的实施方式中，对凸极部8为10极、齿部13为12极的情况进行了说明，但凸极部8的极数及齿部13的极数的组合并不限定于该10极、12极的组合。例如，可以设为凸极部8为20极、齿部13为24极的组合。另外，在将凸极部8设为5极、齿部13设为6极的组合、将凸极部8设为30极、齿部13设为36极的组合及将凸极部8设为40极、齿部13设为48极的组合等中也能够应用本发明。即，能够应用本发明的SR电机1的凸极部8的极数及齿部13的极数的组合只要满足凸极部8为5极×N、齿部13为6极×N(“N”分别为相同自然数)的关系即可。

Claims (2)

1.一种开关磁阻电机，其具备：

定子，其具有环状的定子铁心，该定子铁心沿周向形成有多极的齿部，且与轴线正交的截面轮廓为圆形；

绕组，其卷绕于所述齿部；以及

转子，其具有沿周向等间隔形成有多极的凸极部的转子铁心，

所述凸极部的极数为5极×N，所述齿部的极数为6极×N，N为自然数，

所述开关磁阻电机中，

所述凸极部具有：

沿径向呈大致直线状延伸的两个侧面；

与所述定子的内周面对置的一个前端面；以及

周向两端的角部被切除而得到的两个倾斜面，

所述前端面的沿周向的长度为未设置所述角部的切除时的所述前端面的沿周向的长度的三分之二的长度，

所述转子铁心的外周与所述倾斜面的交点处的、所述转子铁心的外周的切线与所述倾斜面所成的角度为大致60度。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机，其中，

所述定子铁心沿周向交替具备与轴线正交的截面形状分别不同的第一插槽及第二插槽，形成所述第一插槽的第一后轭的径向厚度比形成所述第二插槽的第二后轭的径向厚度大，

形成所述第一插槽的一对齿部配设于在周向上相邻的两个所述凸极部的延长上。

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