CN111869067B - 电动机 - Google Patents

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Abstract

电动机包括旋转轴、转子以及定子。转子包括转子铁芯以及分别具有埋入转子铁芯内的多个永磁体的多个磁体磁极部。多个磁体磁极部沿着周向极***替不同。定子具有多个极齿以及卷绕于多个极齿的绕组。在转子铁芯的外周部的极性彼此不同的磁体磁极部彼此之间分别设有向径向外侧突出的突部。当观察在转子旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯与多个极齿的径向的相对关系时，存在与磁体磁极部相对并且与所述突部不相对的极齿的数量比同时与沿周向相邻的一对磁体磁极部和一对磁体磁极部之间的突部相对的极齿的数量多的时刻。

Description

电动机
相关申请的援引
本申请以2018年3月27日申请的日本专利申请号2018-060407号和同日申请的日本专利申请号2018-060408号为基础，在此援引其记载内容。
技术领域
本发明涉及一种埋入磁体型电动机和一种包括交替极型的转子的电动机。
背景技术
例如专利文献1的电动机是由埋入转子铁芯的永磁体形成转子的磁极部的埋入磁体型电动机(所谓的IPM型电动机)。此外，专利文献1的电动机是配置为使形成转子的各磁极部的永磁体在周向上极***替不同的全磁铁型的电动机。
例如专利文献2所公开的交替极型(半磁铁型)的转子在转子铁芯的外周部处，沿周向交替地分别包括多个磁体磁极部和伪磁极部，上述磁体磁极部埋入永磁体而成，上述伪磁极部由转子铁芯的一部位构成并且在与磁体磁极部之间空开空隙地设置。此外，各磁体磁极部(各永磁体)设定为彼此极性相同，各伪磁极部通过沿周向相邻的磁体磁极部的永磁体的磁通作为极性与磁体磁极部不同的磁极发挥作用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008-109799号公报
专利文献2：日本专利特开2014-131376号公报
发明内容
在上述专利文献1那样的埋入磁体型的电动机中，q轴电感Lq和d轴电感Ld的比即突极比(Lq/Ld)越大，越能增大磁阻转矩。然而，在埋入磁体型的电动机中，在例如增大电流时q轴电感Lq容易饱和，由此，存在突极比下降的问题。
在包括上述专利文献2那样的转子的电动机中，q轴电感Lq和d轴电感Ld的比即突极比(Lq/Ld)越大，越能增大磁阻转矩。然而，在该电动机中，由于使定子的极齿同时与磁体磁极部和伪磁极部相对，因此形成有使磁体磁极部和伪磁极部短路的磁路而使q轴电感Lq下降，其结果是，存在突极比下降的问题。
本发明的目的在于提供一种能抑制突极比下降的电动机。
本发明的第一方式的电动机包括旋转轴、转子以及定子。所述转子包括同轴地固定于所述旋转轴的转子铁芯以及分别具有埋入该转子铁芯内的多个永磁体的多个磁体磁极部。多个所述磁体磁极部沿着周向极***替不同。所述定子具有沿着周向设置并且在径向上与所述转子铁芯的外周面相对的多个极齿以及卷绕于多个所述极齿的绕组。在所述转子铁芯的外周部的极性彼此不同的所述磁体磁极部彼此之间分别设有向径向外侧突出的突部。所述电动机构成为，当观察在所述转子旋转一周期间、各个时刻的所述转子铁芯与多个所述极齿的径向的相对关系时，存在与所述磁体磁极部相对并且与所述突部不相对的极齿的数量比同时与沿周向相邻的一对所述磁体磁极部和一对所述磁体磁极部之间的所述突部相对的极齿的数量多的时刻。
根据上述方式，当观察在转子旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯与各极齿的径向的相对关系时，存在与磁体磁极部相对并且与突部不相对的极齿的数量比同时与沿周向相邻的一对磁体磁极部和一对磁体磁极部之间的突部相对的极齿的数量多的时刻。由此，能抑制增大电流时的突极比的下降(参照图8)。
本发明的第二方式的电动机包括旋转轴、转子以及定子。所述转子具有同轴地固定于所述旋转轴的转子铁芯。所述定子具有沿着周向设置并且在径向上与所述转子铁芯的外周面相对的多个极齿以及卷绕于多个所述极齿的绕组。所述转子铁芯包括：埋入永磁体而成的多个磁体磁极部；以及由所述转子铁芯的一部位构成并在与所述磁体磁极部之间空开空隙而设置的多个伪磁极部。多个所述磁体磁极部和多个所述伪磁极部在所述转子铁芯的外周部处在周向上交替地设置。多个所述磁体磁极部的极性彼此相同，多个所述伪磁极部作为极性与所述磁体磁极部不同的磁极发挥作用。当观察在所述转子旋转一周期间、各个时刻的所述转子铁芯与多个所述极齿的径向的相对关系时，存在与所述磁体磁极部相对并且与所述伪磁极部不相对的极齿的数量比同时与沿周向相邻的所述磁体磁极部和所述伪磁极部相对的极齿的数量多的时刻。
根据上述方式，当观察在转子旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯与各极齿的径向的相对关系时，存在与磁体磁极部相对并且与伪磁极部不相对的极齿的数量比同时与沿周向相邻的磁体磁极部和伪磁极部相对的极齿的数量多的时刻。由此，能抑制突极比的下降。
附图说明
参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。
图1的(a)是第一实施方式的电动机的剖视图，图1的(b)是局部放大表示本方式的转子的俯视图。
图2是表示本方式的转子的每隔旋转角度的转子铁芯与各极齿的相对关系的图表。
图3是本方式的电动机的剖视图，是表示转子的旋转角度(电角度)为18度时的图。
图4是比较例1的电动机的剖视图。
图5是表示本比较例1的转子的每隔旋转角度的转子铁芯与各极齿的相对关系的图表。
图6是比较例2的电动机的剖视图。
图7是表示本比较例2的转子的每隔旋转角度的转子铁芯与各极齿的相对关系的图表。
图8是表示第一实施方式和比较例1、2的与电流变化对应的突极比变化的图。
图9是表示第一实施方式和比较例1、2的与转矩变化对应的输出变化的图。
图10是表示第一实施方式和比较例1、2的与转矩变化对应的突极比变化的图。
图11是表示变形例的转子的一部分的俯视图。
图12的(a)是第二实施方式的电动机的剖视图，图12的(b)是局部放大表示本方式的转子的俯视图。
图13是表示本方式的转子的每隔旋转角度的转子铁芯与各极齿的相对关系的图表。
图14是比较例3的电动机的剖视图。
图15是表示第二实施方式和比较例3的与电流变化对应的突极比变化的图。
图16是表示第二实施方式和比较例3的与转矩变化对应的输出变化的图。
具体实施方式
以下，对电动机的第一实施方式进行说明。
图1的(a)所示的本实施方式的电动机10是埋入磁体型(IPM型)的无刷电动机。电动机10包括：固定于电动机外壳11的内周面的圆环状的定子12；与定子12同轴地配置的旋转轴13；以及能一体旋转地设于旋转轴13并配置于定子12的径向内侧的转子14。另外，旋转轴13经由轴承(省略图示)可旋转地支承于电动机外壳11。
定子12具有圆环状的定子铁芯15，该定子铁芯15的外周面固定于电动机外壳11。另外，由例如电磁钢板构成的多个铁芯片在轴向上层叠而构成定子铁芯15。定子铁芯15包括：固定于电动机外壳11的内周面的圆筒状的环状部R；以及从该环状部R的内周面向径向内侧延伸设置的多个极齿T。本实施方式的极齿T的数量(即切槽数量)由12个构成，并且呈彼此相同的形状。即，各极齿T的前端部(径向内侧端部)的后述的打开角度θs彼此相等。此外，各极齿T在周向上等间隔(本实施方式中为30度间隔)地设置。另外，本实施方式的定子铁芯15由针对各极齿T分割而成的12个分割铁芯15a构成。各分割铁芯15a构成为具有一个极齿T和环状部R的一部分。
从轴向观察时，各极齿T呈从径向的基端部(外侧端部)朝向前端部(内侧端部)为恒定宽度的直线形状。详细地，如图1的(b)所示，极齿T的与其周向中央线C1(与旋转轴13的轴线L正交并穿过极齿T的周向中心的直线)正交的宽度尺寸W在整个径向上恒定。即，本实施方式的极齿T构成为，不具有从例如极齿T的径向内侧端部向周向两侧延伸的延伸部(例如参照图4所示的延伸部Tx)。此外，各极齿T的径向内侧面(延伸方向的前端面)为在径向上与转子14的外周面相对的相对面Ta。各极齿T的相对面Ta为使以旋转轴13的轴线L为中心的同心圆的圆弧在轴线方向上延伸的圆弧面。
三相的绕组16通过集中卷绕方式卷绕于各极齿T。此外，对各相的绕组16施加三相电源电压而在定子12中形成旋转磁场，通过该旋转磁场和转子14的磁场的相互作用使转子14旋转。
如图1的(a)、(b)所示，配置于定子12的内侧的转子14包括：同轴地固定于旋转轴13的圆柱状(截面圆形)的转子铁芯21；以及埋设于转子铁芯21的内部的多个永磁体22。由例如电磁钢板构成的多个铁芯片在轴向上层叠而构成转子铁芯21。
本实施方式的转子14使用彼此相同形状的10个永磁体22，各永磁体22在转子铁芯21的外周面附近，在周向上等间隔(36度间隔)地配置。此外，各永磁体22在转子铁芯21的外周面上形成在周向上极***替不同的磁体磁极部23，转子14的极数(磁体磁极部23的数量)为10极。此外，转子14是所有磁极均包括永磁体22的全磁铁式的转子。另外，各永磁体22由例如烧结磁体、将磁体粉与树脂混合而成型固化的粘合磁体(塑料磁铁、橡胶磁铁等)等构成。此外，本实施方式的永磁体22呈大致长方体形状，其最宽的面设置成与转子14的径向正交。
各磁体磁极部23的形状(永磁体22的形状和转子铁芯21的埋设有该永磁体22的附近部位的形状)为彼此相同的形状。即，各磁体磁极部23的后述的打开角度θr彼此相等。此外，各磁体磁极部23的周向上的磁极中心线Lp在周向上等间隔(36度间隔)地设定。
转子铁芯21在其外周部的极性彼此不同的磁体磁极部23彼此之间，均具有向径向外侧突出的突部24以及分别设于该突部24与其两侧相邻的磁体磁极部23之间的向径向内侧凹陷的一对凹部25。即，各磁体磁极部23构成为在其周向两侧隔着凹部25与突部24相邻。各突部24呈彼此相同的形状并且在周向上等间隔(36度间隔)地设置。另外，突部24和其两侧相邻的凹部25形成为关于该突部24的周向中心左右对称(在周向上对称)。
接着，根据图1的(b)对磁体磁极部23、突部24、凹部25以及极齿T的前端部(径向内侧端部)各自的周向的尺寸设定进行说明。
将极齿T的前端部的打开角度(以轴线L为中心的相对面Ta的周向一端与另一端之间的角度宽度)设为“θs”，将磁体磁极部23的打开角度(以轴线L为中心的磁体磁极部23的外周面的周向一端与另一端之间的角度宽度)设为“θr”，设定成θs＜θr。另外，规定打开角度θr的磁体磁极部23的外周面的周向一端和另一端优选设定为磁体磁极部23与沿周向相邻的磁阻部(本实施方式中为凹部25的空隙)的边界部。
此外，突部24的打开角度(以轴线L为中心的突部24的径向外侧端部的角度宽度)设为“θt”，一个凹部25的打开角度(以轴线L为中心的凹部25的径向外侧端部的角度宽度)设为“θg”，沿周向相邻的磁体磁极部23(极性互相不同的磁体磁极部23)之间的打开角度(磁极部之间打开角度θx)为θx＝θt+(θg×2)。此外，上述磁极部之间打开角度θx设定得比极齿T前端的打开角度θs小。即，在本实施方式中，各个打开角度设定成θx＜θs＜θr。
图2是表示在本实施方式的电动机10中，使转子14沿周向一方(图1的(a)中的逆时针方向)旋转时的各个时刻下转子铁芯21与各极齿T(相对面Ta)的径向的相对关系的表。另外，为了单独确定各极齿T来进行说明，如图1的(a)所示，沿着周向的逆时针依次对各极齿T标注“1”～“12”的极齿号码，该极齿号码与图2的表中的极齿号码对应。
在图2的表中，在使转子14沿逆时针方向每旋转6度的电角度(1.2度的机械角度)时的各位置处，分别表示号码“1”～“12”为止的各极齿T为“A”、“B”、“C”的哪一个模式，并且表示各位置(每隔旋转角度)的各模式A～C的极齿数。模式A是极齿T的相对面Ta与磁体磁极部23相对并且与突部24不相对的模式。模式B是极齿T的相对面Ta同时与一个磁体磁极部23和突部24相对的模式。此外，模式C是极齿T的相对面Ta同时与在周向上相邻的一对磁体磁极部23(极性彼此不同的磁体磁极部23)和一对磁体磁极部23之间的突部24相对的模式。另外，模式B不包括模式C。
图1的(a)表示转子14的旋转角度(电角度)为6度时的电动机10。此时，号码“1”、“7”的极齿T分别以正面与磁体磁极部23相对(极齿T和磁体磁极部23的周向中心彼此一致)。此外，号码“4”、“10”的极齿T分别以正面与突部24相对(极齿T和突部24的周向中心彼此一致)。此外，当用各模式A～C对此时的各极齿T与转子铁芯21的相对关系进行说明时，号码“1”、“7”的极齿T为模式A，号码“2”、“3”、“5”、“6”、“8”、“9”、“11”、“12”的极齿T为模式B，号码“4”、“10”的极齿T为模式C。即，各模式A～C的极齿数为“2”-“8”-“2”的关系。
当从上述状态开始使转子14沿逆时针旋转时，存在模式A的极齿T的数量增加到四个的时刻。例如，图3是图2的表中的转子14的旋转角度为18度时的图。此时，号码“1”、“6”、“7”、“12”这四个极齿T为模式A，号码“2”、“3”、“5”、“8”、“9”、“11”这六个极齿T为模式B，号码“4”、“10”这两个极齿T为模式C。即，号码“6”、“12”这两个极齿T从模式C变为模式A，使模式A的极齿T的数量增加。在该旋转角度(18度)下，变为各模式A～C的极齿数为“4”-“6”-“2”的关系后，保持该关系直到旋转角度为30度为止。
这样，转子14的旋转角度为6度、12度，各模式A～C的极齿数为“2”-“8”-“2”，之后，旋转角度为18度、24度、30度，各模式A～C的极齿数为“4”-“6”-“2”。此外，各模式A～C的极齿数的变化每隔30度的电角度具有周期性，上述每30度的周期以一周的量(360度)的电角度反复。另外，由于本实施方式的转子14由十极构成，因此在五周的量(1800度)的电角度下，转子14的机械角度为一周的量。
[比较例1]
作为比较例1，图4示出了极齿T的前端部(相对面Ta)的打开角度θs比本实施方式大的结构。本比较例1的转子14使用与本实施方式相同的转子14。此外，在本比较例1的结构中，极齿T的打开角度θs与转子14的磁体磁极部23的关系为θr＜θs。此外，本比较例1的各极齿T具有从径向内侧端部向周向两侧延伸的延伸部Tx，由此，将与转子铁芯21相对的相对面Ta(打开角度θs)确保得较宽。
图5是表示本比较例1的各极齿T与转子铁芯21的相对关系的表(像图2那样总结的表)。在本比较例1中，各模式A～C的极齿数的变化也具有每隔30度的电角度的周期性，模式B、C的极齿数存在“8”-“2”的情况和“6”-“4”的情况，但是模式A的极齿数在转子14旋转360度的电角度期间始终是两个。即，在本比较例中，不存在模式A的极齿数比模式C的极齿数多的时刻。
[比较例2]
作为比较例2，图6示出了极齿T的前端部(相对面Ta)的打开角度θs比图1的(a)的结构小的结构。本比较例2的转子14使用与本实施方式相同的转子14。此外，在本比较例2的结构中，极齿T的打开角度θs与转子14的磁极部之间打开角度θx的关系为θx＜θs。此外，本比较例2的极齿T与上述实施方式(图1的(a)的结构)的极齿T相同地，呈遍及径向整体为恒定宽度的直线形状。
图7是表示本比较例2的各极齿T与转子铁芯21的相对关系的表(像图2那样总结的表)。在本比较例2中，各模式A～C的极齿数的变化也具有每隔30度的电角度的周期性，模式B、C的极齿数存在“6”-“2”的情况和“8”-“0”的情况，但是模式A的极齿数在转子14旋转360度的电角度期间始终是两个。即，在本比较例2中，在转子14旋转360度的电角度期间(即在转子14旋转一周的机械角度期间)，模式A的极齿数始终比模式C的极齿数多。
接着，对第一实施方式的作用进行说明。
如图8所示，当增大向绕组16供给的电流时，在实施方式(图1的(a)的结构)和比较例2中，q轴电感Lq和d轴电感Ld的比即突极比(Lq/Ld)的下降程度比比较例1小。在第一实施方式和比较例2中，由于模式A的极齿T(与磁体磁极部23相对并且与突部24不相对的极齿T)的数量比比较例1多，因此能在输入d轴电流时使向突部24(q轴)流入的磁通量下降。由此，能抑制在增大电流时，由突部24的磁饱和导致q轴电感Lq下降。因此，认为第一实施方式和比较例2的增大电流时的突极比的下降程度比比较例1小。此外，在第一实施方式和比较例2中，由于难以形成横跨d轴和q轴的磁路，因此难以在d轴与q轴之间产生磁性相互干涉。其结果是，能进一步理想地确保q轴电感Lq和d轴电感Ld的差，从而能进一步理想地抑制突极比下降。
此外，如图9所示，在第一实施方式和比较例2中，与比较例1相比输出(转矩相同时的转速)更高。认为这是受到了第一实施方式和比较例2中增大电流时的突极比的下降程度比比较例1小的影响。
在第一实施方式的结构和比较例2的比较中，如图8所示，第一实施方式结构的突极比的下降程度更小。此外，如图9所示，比较例2的输出(转矩相同时的转速)更大。
此外，如图10所示，当使转矩较大程度地变化时，在第一实施方式和比较例2中，比较例2的突极比更大。认为这是由于极齿T(相对面Ta)的打开角度θs越小，q轴电流较大时的d轴的磁饱和越容易发生(即d轴电感Ld越容易下降)而产生的现象。
对第一实施方式的效果进行说明。
(1)在转子铁芯21的外周部中的极性彼此不同的磁体磁极部23彼此之间设有向径向外侧突出的突部24。此外，在第一实施方式和比较例2中，当观察在转子14旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯21与各极齿T的径向的相对关系时，存在与磁体磁极部23相对并且与突部24不相对的极齿T(模式A的极齿T)的数量比同时与沿周向相邻的一对磁体磁极部23和一对磁体磁极部23之间的突部24相对的极齿T(模式C的极齿T)的数量多的时刻。由此，能抑制增大电流时的突极比(Lq/Ld)的下降(参照图8)。其结果是，可以有助于提高磁阻转矩。此外，在作为针对小型化的需求的解决方案而装设有去除了位置传感器的外部干扰方式的无传感器控制的电动机中，通过采用抑制突极比的下降的第一实施方式和比较例2的结构，能将转子14的旋转位置的误差控制得较小。
(2)在第一实施方式中，当观察在转子14旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯21与各极齿T的径向的相对关系时，存在与磁体磁极部23相对并且与突部24不相对的极齿T(模式A的极齿T)的数量和同时与沿周向相邻的一对磁体磁极部23和一对磁体磁极部23之间的突部24相对的极齿T(模式C的极齿T)的数量相同(第一实施方式中为两个)的时刻。因此，能进一步理想地抑制增大电流时的突极比的下降(参照图8)。
(3)在比较例2中，当观察在转子14旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯21与各极齿T的径向的相对关系时，与磁体磁极部23相对并且与突部24不相对的极齿T(模式A的极齿T)的数量始终比同时与沿周向相邻的一对磁体磁极部23和一对磁体磁极部23之间的突部24相对的极齿T(模式C的极齿T)的数量多。因此，可以有助于提高电动机10的输出(参照图9)。
(4)在第一实施方式和比较例2中，构成为各极齿T的在径向上与转子铁芯21相对的相对面Ta(径向内侧面)的打开角度θs与各磁体磁极部23的打开角度θr的关系满足θs＜θr。根据上述方式，电动机10可以构成为，存在与磁体磁极部23相对并且与突部24不相对的极齿T(模式A的极齿T)的数量比同时与沿周向相邻的一对磁体磁极部23和一对磁体磁极部23之间的突部24相对的极齿T(模式C的极齿T)的数量多的时刻。
(5)在第一实施方式和比较例2中，电动机10构成为，沿周向相邻的磁体磁极部23彼此之间的打开角度(磁极部之间打开角度θx)设定成彼此相等，该磁极部之间打开角度θx与极齿T的相对面Ta的打开角度θs的关系满足θx＜θs。因此，在转子14旋转时，极齿T的相对面Ta不会仅与突部24相对。由此，能防止来自极齿T的磁通仅流入突部24，其结果是，能抑制输出下降。
(6)在第一实施方式和比较例2中，从轴向观察，极齿T从径向的外侧端部遍及内侧端部地具有恒定宽度(直线形状)。即，第一实施方式和比较例2的极齿T不是比较例1那样的、极齿前端在周向上扩展的形状(具有延伸部Tx的形状)。由此，可以构成为在极齿T的与转子铁芯21相对的前端部(径向内侧端部)中，磁饱和的部位难以变化，其结果是，能进一步理想地抑制增大电流时的突极比的降低。此外，当与比较例1那样的在具有延伸部Tx的极齿T中相对面Ta的打开角度θs相同的结构相比时，在上述第一实施方式和比较例2那样的直线形状的极齿T中，由于能确保极齿T的径向中间部的宽度，因此能抑制极齿T处的自身磁饱和，能有助于提高输出。
第一实施方式能进行以下变更并实施。能在技术上不矛盾的范围内将第一实施方式和以下变形例相互组合并实施。
·也可以将第一实施方式和比较例2的转子14改变为图11所示的转子30。另外，在该图的结构中，对和第一实施方式相同的结构标注相同的符号并省略详细的说明。虽然在第一实施方式和比较例2的转子14中，沿周向相邻的磁体磁极部23与突部24之间的磁阻部为向径向内侧凹陷的凹部25，但是也可以在图11所示的结构中改变该结构。详细地说，在该图所示的结构中，转子铁芯21(各磁体磁极部23)的永磁体22的径向外侧的部位21a和在该部位21a的周向两侧相邻的突部24经由桥部31一体连接。换言之，桥部31分别从各突部24朝向周向两侧的磁体磁极部23的上述部位21a在周向上延伸，与两个磁体磁极部23的部位21a连接。在各桥部31的径向内侧设有与永磁体22的周向侧面接触的空隙部32。各桥部31在例如轴向、径向上被挤压而塑性变形，从而使磁阻形成为比其他铁芯部位(上述部位21a、突部24)高，作为磁阻部发挥作用。在上述结构中，规定磁体磁极部23的打开角度θr的磁体磁极部23(部位21a)的外周面的周向一端和另一端优选设定成磁体磁极部23(部位21a)和磁阻部即桥部31的边界部。
·在第一实施方式和比较例2中，也可以构成为，通过在例如轴向、径向上对转子铁芯21的永磁体22的周向两侧的部位21b(永磁体22与凹部25之间的部位)进行挤压(塑性变形)，提高了该部位21b的磁阻。
·虽然在第一实施方式和比较例2中，将各极齿T设为直线形状(从径向的外侧端部遍及内侧端部为恒定宽度的形状)，但是不限定于此，也可以不改变相对面Ta的打开角度θs而设置比较例1那样的延伸部Tx。
·虽然是将定子铁芯15分割成数量与极齿T的数量相同的结构(由各分割铁芯15a构成的结构)，但是不限定于此，也可以包含环状部R和各极齿T而一体地形成定子铁芯15。
·例示了第一实施方式和比较例2的转子14的极数(磁体磁极部23的数量)和定子12的切槽数(极齿T的数量)，可以适当改变为14极：12切槽等。
以下，对电动机的第二实施方式进行说明。
图12的(a)所示的第二实施方式的电动机110是无刷电动机。电动机110包括：固定于电动机外壳111的内周面的圆环状的定子112；与定子112同轴地配置的旋转轴113；以及能一体旋转地设于旋转轴113并配置于定子112的径向内侧的交替极型的转子114。另外，旋转轴113经由轴承(省略图示)可旋转地支承于电动机外壳111。
定子112具有圆环状的定子铁芯115，该定子铁芯115的外周面固定于电动机外壳111。另外，由例如电磁钢板构成的多个铁芯片在轴向上层叠而构成定子铁芯115。定子铁芯115包括：固定于电动机外壳111的内周面的圆筒状的环状部R；以及从该环状部R的内周面向径向内侧延伸设置的多个极齿T。本实施方式的极齿T的数量(即切槽数量)由12个构成，并且为彼此相同的形状。即，各极齿T的前端部(径向内侧端部)的后述的打开角度θs彼此相等。此外，各极齿T在周向上等间隔(本实施方式中为30度间隔)地设置。另外，本实施方式的定子铁芯115由针对各极齿T分割而成的12个分割铁芯115a构成。各分割铁芯115a构成为具有一个极齿T和环状部R的一部分。
从轴向观察时，各极齿T呈从径向的基端部(外侧端部)朝向前端部(内侧端部)为恒定宽度的直线形状。详细地，如图12的(b)所示，极齿T的与其周向中央线C1(与旋转轴113的轴线L正交并穿过极齿T的周向中心的直线)正交的宽度尺寸W遍及径向恒定。即，本实施方式的极齿T构成为，不具有从例如极齿T的径向内侧端部向周向两侧延伸的延伸部(例如参照图14所示的延伸部Tx)。此外，各极齿T的径向内侧面(延伸方向的前端面)为在径向上与转子114的外周面相对的相对面Ta。各极齿T的相对面Ta为使以旋转轴113的轴线L为中心的同心圆的圆弧在轴线方向上延伸的圆弧面。
三相的绕组116通过集中卷绕的方式卷绕于各极齿T。此外，对各相的绕组116施加三相电源电压而在定子112中形成旋转磁场，通过该旋转磁场和转子114的磁场的相互作用使转子114旋转。
如图12的(a)、(b)所示，配置于定子112的内侧的转子114包括同轴地固定于旋转轴113的大致圆柱状的转子铁芯121。由例如电磁钢板构成的多个铁芯片在轴向上层叠而构成转子铁芯121。
转子铁芯121包括：埋入永磁体122而成的多个磁体磁极部123；以及由转子铁芯121的一部位构成并在与磁体磁极部123之间空开空隙K而设置的多个伪磁极部124。多个磁体磁极部123和多个伪磁极部124在转子铁芯121的外周部中在周向上交替地设置。在本实施方式中，磁体磁极部123和伪磁极部124分别各设置五个。即，转子114的极数(磁体磁极部123的数量)为10极。
各磁体磁极部123在向转子铁芯121的径向外侧突出的部位(空隙K之间的部位)埋入永磁体122而形成。各磁体磁极部123的形状(永磁体122的形状和转子铁芯121的埋设有该永磁体122的附近的部位的形状)为彼此相同的形状。即，各磁体磁极部123的后述的打开角度θr彼此相等。此外，各磁体磁极部123的周向上的磁极中心线L1在周向上等间隔(72度间隔)地设定。
各磁体磁极部123的永磁体122呈大致长方体形状，其最宽的面设置成与转子114的径向正交。此外，多个永磁体122构成为径向外侧的磁极面彼此极性相同(例如为N极)。由此，各磁体磁极部123构成为彼此极性相同(例如为N极)。另外，各永磁体122由例如烧结磁体、将磁体粉与树脂混合而成型固化的粘合磁体(塑料磁铁、橡胶磁铁等)等构成。
形成于周向上的各磁体磁极部123之间的伪磁极部124由在转子铁芯121中向径向外侧突出形成的部位构成。在伪磁极部124与其周向两侧相邻的磁体磁极部123之间分别形成有向径向内侧凹陷的凹部125。即，伪磁极部124和磁体磁极部123在周向上隔着凹部125内的空隙K相邻。各伪磁极部124呈彼此相同的形状并且在周向上等间隔(72°间隔)地设置。
各伪磁极部124通过沿周向相邻的磁体磁极部123的磁通(永磁体122的磁通)作为与磁体磁极部123极性不同的磁极(例如S极)发挥作用。磁体磁极部123的磁极中心线L1和伪磁极部124的磁极中心线L2在周向上等间隔(36度间隔)地交替设置。
接着，对磁体磁极部123、伪磁极部124以及极齿T各自的周向的尺寸设定(打开角度)进行说明。
如图12的(b)所示，磁体磁极部123的打开角度θr是以轴线L为中心的磁体磁极部123的外周面的周向一端与另一端之间的角度宽度。伪磁极部124的打开角度θd是以轴线L为中心的伪磁极部124的外周面的周向一端与另一端之间的角度宽度。此外，极齿T的打开角度θs是以轴线L为中心的相对面Ta的周向一端与另一端之间的角度宽度。此外，各打开角度θr、θd、θs的关系满足θs＜θd＜θr。另外，规定打开角度θr的磁体磁极部123的外周面的周向一端和另一端优选设定为磁体磁极部123与沿周向相邻的磁阻部(本实施方式中为凹部125的空隙K)的边界部。同样地，规定打开角度θd的伪磁极部124的外周面的周向一端和另一端优选设定为伪磁极部124与沿周向相邻的磁阻部(本实施方式中为凹部125的空隙K)的边界部。
图13是表示在本实施方式的电动机110中，使转子114沿周向一方(图12的(a)中的逆时针方向)旋转时的各个时刻下转子铁芯121与各极齿T(相对面Ta)的径向的相对关系的表。另外，为了单独确定各极齿T来进行说明，因此如图12的(a)所示，沿着周向的逆时针依次对各极齿T标注“1”～“12”的极齿号码，该极齿号码与图13的表中的极齿号码对应。
在图13的表中，在使转子114沿逆时针方向每旋转6度的电角度(1.2度的机械角度)时的各位置处，分别表示号码“1”～“12”为止的各极齿T为“A”、“B”、“C”的哪一个模式，并且表示各位置(每隔旋转角度)的各模式A～C的极齿数。模式A是极齿T的相对面Ta与磁体磁极部123相对并且与伪磁极部124不相对的模式。模式B是极齿T的相对面Ta与伪磁极部124相对并且与磁体磁极部123不相对的模式。此外，模式C是极齿T的相对面Ta同时与沿周向相邻的磁体磁极部123和伪磁极部124相对的模式。
图12的(a)表示转子114的旋转角度(电角度)为6度时的电动机110。此时，号码“1”的极齿T以正面与磁体磁极部123相对(极齿T和磁体磁极部123的周向中心彼此一致)。此外，号码“7”的极齿T以正面与伪磁极部124相对(极齿T和伪磁极部124的周向中心彼此一致)。此外，当用各模式A～C对此时的各极齿T与转子铁芯121的相对关系进行说明时，号码“1”、“3”、“6”、“8”、“11”的极齿T为模式A，号码“2”、“5”、“7”、“12”的极齿T为模式B，号码“4”、“9”、“10”的极齿T为模式C。即，各模式A～C的极齿数为“5”-“4”-“3”的关系。此外，上述各模式A～C的极齿数在转子114旋转一周(360度)的电角度期间始终不变相同。另外，由于本实施方式的转子114由十极构成，因此在五周的量(1800度)的电角度下转子114的机械角度为一周的量。
作为比较例3，图14示出了极齿T的相对面Ta的打开角度θs比本实施方式大的结构。本比较例3的转子114使用与本实施方式相同的转子114。此外，在本比较例3的结构中，磁体磁极部123的打开角度θr、伪磁极部124的打开角度θd以及极齿T的打开角度θs的关系为θd＜θs＜θr。此外，本比较例3的各极齿T具有从径向内侧端部向周向两侧延伸的延伸部Tx，由此，将与转子铁芯121相对的相对面Ta(打开角度θs)确保得较宽。
在图14所示的状态下，当用各模式A～C对各极齿T与转子铁芯121的相对关系进行说明时，号码“1”、“6”、“8”这三个极齿T为模式A，号码“7”这一个极齿T为模式B，号码“2”、“3”、“4”、“5”、“9”、“10”、“11”、“12”这八个极齿T为模式C。此外，上述各模式A～C的极齿数“3”-“1”-“8”在转子114旋转一周期间始终不变相同。
对第二实施方式的作用进行说明。
同时与磁体磁极部123和伪磁极部124相对的极齿T(模式C)形成使磁体磁极部123和伪磁极部124短路的磁路，因此在模式C的极齿数较多的比较例3中，在输入d轴电流时，存在q轴电感Lq下降的倾向。另一方面，在本实施方式中，由于构成为减少模式C的极齿数并增加模式A的极齿数，因此能抑制输入d轴电流时的q轴电感Lq的下降，其结果是，抑制了突极比的下降。
如图15所示，在本实施方式中，与比较例3相比，当增大向绕组116供给的电流时，q轴电感Lq和d轴电感Ld的比即突极比(Lq/Ld)的下降程度更小。
此外，如图16所示，在本实施方式中，与比较例3相比，输出(转矩相同时的转速)更高。认为这是受到了本实施方式中增大电流值时的突极比的下降程度比比较例3小的影响。
对第二实施方式的效果进行说明。
(7)当观察在转子14旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯121与各极齿T的径向的相对关系时，存在与磁体磁极部123相对并且与伪磁极部124不相对的极齿T(模式A的极齿T)的数量比同时与沿周向相邻的磁体磁极部123和伪磁极部124相对的极齿T(模式C的极齿T)的数量多的时刻。由此，能抑制突极比(Lq/Ld)的下降(参照图15)。其结果是，可以有助于提高磁阻转矩。此外，由于能抑制在输入弱励磁电流(d轴电流)时磁通向伪磁极部124泄漏，因此能实现理想的高旋转驱动。
(8)当观察在转子114旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯121与各极齿T的径向的相对关系时，与磁体磁极部123相对并且与伪磁极部124不相对的极齿T的数量始终比同时与沿周向相邻的磁体磁极部123和伪磁极部124相对的极齿T的数量多。因此，能进一步理想地抑制突极比下降。
(9)电动机110构成为磁体磁极部123的打开角度θr、伪磁极部124的打开角度θd以及极齿T的相对面Ta的打开角度θs的关系满足θs＜θd＜θr。根据上述方式，电动机110可以构成为，存在与磁体磁极部123相对并且与伪磁极部124不相对的极齿T的数量比同时与沿周向相邻的磁体磁极部123和伪磁极部124相对的极齿T的数量多的时刻。
(10)当观察在转子114旋转一周期间、各个时刻的转子铁芯121与各极齿T的径向的相对关系时，存在与伪磁极部124相对并且与磁体磁极部123不相对的极齿T(模式B的极齿T)的数量比同时与沿周向相邻的磁体磁极部123和伪磁极部124相对的极齿T(模式C的极齿T)的数量多的时刻。因此，能进一步理想地抑制突极比下降。
(11)从轴向观察，极齿T从径向的外侧端部至内侧端部具有恒定宽度(直线形状)。即，本实施方式的极齿T不是比较例3那样的、极齿前端在周向上扩展的形状(具有延伸部Tx的形状)。由此，可以构成为在极齿T的与转子铁芯121相对的前端部(径向内侧端部)中，磁饱和的部位难以变化，其结果是，能进一步理想地抑制突极比的降低。此外，当与比较例3那样的在具有延伸部Tx的极齿T中相对面Ta的打开角度θs相同的结构相比时，在上述实施方式那样的直线形状的极齿T中，由于能确保极齿T的径向中间部的宽度，因此能抑制极齿T处的自身磁饱和，能有助于提高输出。
第二实施方式能进行以下变更并实施。能在技术上不矛盾的范围内将本实施方式和以下变形例相互组合并实施。
·在第二实施方式中，也可以构成为，通过在例如轴向、径向上对转子铁芯121的永磁体122的周向两侧的部位121a(永磁体122与空隙K之间的部位)进行挤压(塑性变形)，提高了该部位121a的磁阻。
·虽然在第二实施方式中，将各极齿T设为直线形状(从径向的外侧端部到内侧端部为恒定宽度的形状)，但是不限定于此，也可以不改变相对面Ta的打开角度θs而设置比较例3那样的延伸部Tx。
·虽然是将定子铁芯115分割成数量与极齿T的数量相同的结构(由各分割铁芯115a构成的结构)，但是不限定于此，也可以包含环状部R和各极齿T而一体地形成定子铁芯115。
·虽然在第二实施方式中，构成为转子114旋转时的各模式A～C的极齿数为“5”-“4”-“3”，但是不限定于此，也可以构成为各模式A～C的极齿数为例如“4”-“5”-“3”。
·第二实施方式的转子114的极数(磁体磁极部123的数量)和定子112的切槽数(极齿T的数量)为例示，可以适当改变为14极：12切槽等。

Claims (5)

1.一种电动机，包括：
旋转轴；
转子，该转子包括同轴地固定于所述旋转轴的转子铁芯以及分别具有埋入所述转子铁芯内的多个永磁体的多个磁体磁极部，多个所述磁体磁极部沿着周向极***替不同；以及
定子，该定子具有沿着周向设置并且在径向上与所述转子铁芯的外周面相对的多个极齿以及卷绕于多个所述极齿的绕组，
在所述转子铁芯的外周部的极性彼此不同的所述磁体磁极部彼此之间分别设有向径向外侧突出的突部，
当观察在所述转子旋转一周期间、各个时刻的所述转子铁芯与多个所述极齿的径向的相对关系时，存在与所述磁体磁极部相对并且与所述突部不相对的极齿的数量比同时与沿周向相邻的一对所述磁体磁极部和一对所述磁体磁极部之间的所述突部相对的极齿的数量多、并且同时与一个磁体磁极部和一个突部相对的极齿的数量比与所述磁体磁极部相对且与所述突部不相对的极齿的数量多的时刻。
2.一种电动机，包括：
旋转轴；
转子，该转子包括同轴地固定于所述旋转轴的转子铁芯以及分别具有埋入所述转子铁芯内的多个永磁体的多个磁体磁极部，多个所述磁体磁极部沿着周向极***替不同；以及
定子，该定子具有沿着周向设置并且在径向上与所述转子铁芯的外周面相对的多个极齿以及卷绕于多个所述极齿的绕组，
在所述转子铁芯的外周部的极性彼此不同的所述磁体磁极部彼此之间分别设有向径向外侧突出的突部，
当观察在所述转子旋转一周期间、各个时刻的所述转子铁芯与多个所述极齿的径向的相对关系时，存在与所述磁体磁极部相对并且与所述突部不相对的极齿的数量比同时与沿周向相邻的一对所述磁体磁极部和一对所述磁体磁极部之间的所述突部相对的极齿的数量多的时刻，
当观察在所述转子旋转一周期间、各个时刻的所述转子铁芯与各所述极齿的径向的相对关系时，存在与所述磁体磁极部相对并且与所述突部不相对的极齿的数量和同时与沿周向相邻的一对所述磁体磁极部和一对所述磁体磁极部之间的所述突部相对的极齿的数量相同的时刻。
3.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，
多个所述磁体磁极部的打开角度θr设定得彼此相等，
多个所述极齿的在径向上与所述转子铁芯相对的相对面的打开角度θs设定得彼此相等，
所述极齿的所述相对面的打开角度θs与所述磁体磁极部的打开角度θr的关系满足θs＜θr。
4.如权利要求3所述的电动机，其特征在于，
沿周向相邻的所述磁体磁极部彼此之间的打开角度θx设定得彼此相等，所述打开角度θx与所述极齿的所述相对面的打开角度θs的关系满足θx＜θs。
5.如权利要求1～4中任一项所述的电动机，其特征在于，
从轴向观察，所述极齿从径向的外侧端部到内侧端部具有恒定宽度。
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