旋转电机的制作方法

本发明涉及一种旋转电机。

背景技术：

在车辆驱动用马达中，广泛采用ipm(interiorpermanentmagnet：磁铁嵌入式)同步电动机，由于近年来马达控制技术的提高，正在实现顺畅的行驶。

但是，ipm同步电动机的马达自身产生的扭矩根据其结构存在扭矩波动(扭矩脉动)，因此，成为低速运转时的脉动、高速运转时的噪音、振动的主要原因之一。

作为降低该扭矩波动的方法，例如专利文献1所示，具有在转子表面的磁铁的两侧部，每隔转子磁极的一极设置槽的方法。通过每隔一极设置槽，使有槽的极产生的扭矩波动波形相对于无槽的极产生的扭矩波动波形相位反转，形成仅通过槽来抑制扭矩波动的形状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5433198号公报

技术实现要素：

本发明所要解决的课题：

然而，如专利文献1那样，仅通过利用转子外周的槽抑制脉动，存在如下问题：残留有扭矩波动引起的低速运转时的脉动、高速运转时的噪音、振动，希望进一步降低扭矩波动。

因此，本发明的课题在于提供一种进一步降低了扭矩波动的旋转电机。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，将本发明构成为如下结构。

即，本发明的旋转电机的特征在于，具备在1个极具有多个齿、槽和线圈的定子，在多个所述齿中，包括从所述槽的底部到所述齿的前端的长度与其他齿不同的齿。

另外，其他手段在用于实施发明的方式中进行说明。

发明效果

根据本发明，能够提供降低了扭矩波动的旋转电机。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的旋转电机的1个极的定子中的多个齿的构成和构造的图。

图2是示出本发明的第1实施方式的6对极的旋转电机中的1个极的定子和转子的配置构造的图。

图3是示出本发明的第1实施方式的旋转电机的1个极的定子中的齿附近的电角度一个周期的磁导分布的图。

图4是示出本发明的第1实施方式的旋转电机的扭矩特性和比较例的旋转电机的扭矩特性的图。

图5是示出比较例的6对极的旋转电机的1个极的定子中的多个齿的构成和构造的图。

图6是示出比较例的6对极的旋转电机中的1个极的定子和转子的配置构造的图。

图7是示出比较例的旋转电机的1个极的定子中的齿附近的电角度一个周期的磁导分布的图。

图8是示出比较例的旋转电机中的电角度一个周期的扭矩及扭矩波动波形的图。

标号说明

11、31：定子；

12、12a1、12a2、32：定子齿、齿；

13、33：线圈(绕组)；

14、34：槽；

21、41：转子；

22、42：永磁铁。

具体实施方式

以下，适当地参照附图对用于实施本发明的方式(以下称为实施方式)进行详细说明。

(第1实施方式的旋转电机)

<定子齿(齿)的结构>

参照图1和图2，对本发明第1实施方式的旋转电机的特征即定子齿(适当地称为“齿”)的构成和构造进行说明。

图1是示出本发明的第1实施方式的旋转电机的1个极的定子11中的多个齿12(12a1、12a2)的构成和构造的图。

另外，图2是示出本发明的第1实施方式的6对极的旋转电机中的1个极的定子11和转子21的配置构造的图。在图2中，多个永磁铁22被嵌入转子21中。另外，多个线圈(绕组)13以分布式绕组收纳在多个槽14中，被设置于定子11。

另外，图2示出图1的定子11和齿12的配置，因此省略详细的说明。

在图1中，定子11具有多个齿12、线圈13以及槽14。在1个极的定子11中，齿12(12a1、12a2)由6个(6根)构成。

在图1中，标记为“12a1”的齿12和标记为“12a2”的齿12交替配置。另外，“12a1”和“12a2”中的“a1”、“a2”反映了齿的内径r(a1、a2)的尺寸。即，齿12a1和齿12a2尺寸不同。

如图1所示，将齿12(12a1、12a2)的形状按每1根(1个)进行改变来配置。如果这样交替地配置齿12a1和齿12a2，则对旋转机的动作特性产生影响。

另外，齿12的内径是指从定子11(或转子21)的中心轴起到齿12的前端(接近转子21的端)为止的尺寸(距离、长度)。

但是，在图1及图2中，由于未图示中心轴，因此内径r的尺寸在图1及图2中不明确。因此，将从槽14的底部(远离转子21的端)起到齿12的前端为止的尺寸(距离、长度)作为齿12的长度的基准，也适当地使用。

如以上那样表述时，“齿12的内径的尺寸”和“从槽14的底部起到齿12的前端为止的尺寸”的大小不同，大小关系相反，但能够表述成齿的长度不同。因此，在表示齿的长度不同时，适当使用任意标记。

<本发明的第1实施方式的旋转电机的动作特性>

接着，参照图3和图4对本发明的第1实施方式的旋转电机的动作特性进行说明。

图3是示出本发明的第1实施方式的旋转电机的1个极的定子11中的齿12附近的电角度一个周期的磁导分布的图。在图3中，纵轴表示磁导(单位例如为“wba^-1”)，该磁导是磁通的通过容易度，横轴将包括齿的定子的位置表示为电角度(度)。

在图3中，在本发明的第1实施方式的旋转电机中，通过按每一根齿12使内径r的尺寸变化(a1、a2)而配置，作为磁通的通过容易度的空间磁导分布按照60度发生变化。

即，通过使12次的山按每1个齿凹陷，使12次的磁导变动缓和。如图3所示，由于磁通的通过容易度的空间分布在12次的电角度的变动小，因此磁脉动变小。因此，作为旋转电机的扭矩脉动降低。

图4是一并示出本发明的第1实施方式的旋转电机的扭矩特性和后述的比较例的旋转电机的扭矩特性的图。

在图4中，纵轴表示扭矩(nm)，横轴表示电角度(度)。另外，实线所示的扭矩特性101示出本发明的第1实施方式的旋转电机的特性，虚线所示的扭矩特性201示出后述的比较例的旋转电机的特性。另外，δta1、δta2表示本发明的第1实施方式的旋转电机的扭矩的变动幅度，δtb1、δtb2表示后述的比较例的旋转电机的扭矩的变动幅度。

图3及图4中的本发明的第1实施方式的旋转电机的特征和效果与比较例的旋转电机相比较，认为所说明的更容易理解，因此接着对比较例的旋转电机进行说明，之后，再次在<本发明的第1实施方式的旋转电机与比较例的旋转电机的动作特性的比较>对图3及图4进行详细说明。

《比较例的旋转电机》

参照图5和图6，对具有与本发明的第1实施方式不同形状的齿的比较例的旋转电机中的齿的构成和构造进行说明。

图5是示出比较例的6对极的旋转电机的1个极的定子31中的多个齿32的构成和构造的图。

另外，图6是示出比较例的6对极的旋转电机中的1个极的定子31与转子41的配置构造的图。在图6中，多个永磁铁42被嵌入转子41中。另外，多个线圈33以分布式绕组收纳在多个槽34中，被设置在定子31中。

在示出比较例的旋转电机的图5和图6中，分别与示出本发明第1实施方式的旋转电机的图1和图2不同的是齿32的构造。

在图5及图6中，1个极的定子31中的6根齿32的内径尺寸和形状全部相同。即，与图1与图2中的本发明第1实施方式的旋转电机的6根齿32的内径按每一根而不同这一点相异。

<比较例的旋转电机的动作特性>

参照图7和图8对比较例的旋转电机的动作特性进行说明。

图7是示出比较例的旋转电机的1个极的定子31中的齿32附近的电角度一个周期的磁导分布的图。

在图7中，纵轴表示作为磁通的通过容易度的磁导，横轴将包括齿的定子的位置表示为电角度(度)。

在图7所示的比较例的旋转电机中，齿32全部以相同形状配置，因此磁通的通过容易度的空间分布按30度发生变化。

图8是示出比较例的旋转电机中的电角度一个周期的扭矩及扭矩波动波形的图。

在图8中，纵轴表示扭矩(nm)，横轴表示电角度(度)。

在作为比较例的图6所示的定子的电枢构造为分布式绕组的嵌入式永磁型(ipm型)的马达中，在定子的1个极中齿的根数为6根的情况下，由于在电角度一个周期中产生齿数的2倍的磁变动，因此在磁路上容易产生12次的电角度的扭矩波动。

如上所述，图8示出电角度一个周期的扭矩波动波形，表示产生了12次的电角度的扭矩波动。

另外，在图6所示的6对极的旋转电机的情况下，12次的电角度的扭矩波动成为机械角旋转72次的波动，因此成为高频音，容易成为让人不舒服的频带的声音。

<本发明的第1实施方式的旋转电机与比较例的旋转电机的动作特性的比较>

接着，对本发明的第1实施方式的旋转电机与比较例的旋转电机的动作特性进行比较。

如上所述，图7是示出比较例的旋转电机的定子中的磁导分布的图，图3是示出本发明的第1实施方式的旋转电机的定子中的的磁导分布的图。

若将图3的磁导分布与图7的磁导分布进行比较，则在图3中，12次的磁导变动变缓，从而被降低。

即，在图7中，360度中的磁导的峰值有12处，与此相对，在图3中，360度中的磁导的峰值为6处，峰值的数量减少。

即，在图3的磁导分布所示的本发明的第1实施方式的旋转电机中，相对于比较例的旋转电机，12次的磁导变动降低。

如上所述，这12次的磁导变动降低是在本发明的第1实施方式的旋转电机的定子中，使12次的山按每一个齿凹陷而引起的。即，起因于交替地配置尺寸不同的齿12a1和齿12a2。

另外，在本发明的第1实施方式的旋转电机中，由于1个极中的12次的电角度的变动小，因此旋转电机整体的扭矩波动(磁脉动)降低。

另外，在图4中，重新比较本发明的第1实施方式的旋转电机的扭矩特性101与比较例的旋转电机的扭矩特性201。

在图4中，电角度0度～15度中的扭矩特性101的变动幅度δta1比扭矩特性201的变动幅度δtb1小。另外，电角度20度～30度中的扭矩特性101的变动幅度δta2比扭矩特性201的变动幅度δtb2小。

即，12次的电角度的扭矩波动(磁导分布)相当于机械角旋转72次(6对极×12次)的扭矩波动(扭矩分布)，因此，与比较例的旋转电机相比，本发明的第1实施方式的旋转电机降低了72次的扭矩波动。

这样，若扭矩波动降低，则旋转电机运转时的噪音或振动降低。

<基于扭矩波动的数值例的比较>

以数值例对本发明的第1实施方式的旋转电机与比较例的旋转电机中的扭矩和扭矩波动进行比较。

将比较例的旋转电机中的转子与定子的齿的前端之间的间隙的平均间隙设为0.6mm。

与此相对，本发明第1实施方式的旋转电机中的转子与定子的齿的前端之间的间隙如图1所示，在齿12的内径r为a1的部位和为a2的部位，间隙变化。

另外，如上所述，齿12的内径r为a1的齿12a1与内径r为a2的齿12a2的尺寸(长度)的差异相对于从槽14的底部到齿12a1的前端的尺寸(距离)与从槽14的底部到齿12a2的前端的尺寸(距离)的差异，大小关系相反，具有意义。

在齿12a1(内径a1)的部位，由于齿较长，因此间隙变窄，为0.55mm。

另外，在齿12a2(内径a2)的部位，由于齿较短，因此间隙变宽，为0.65mm。由于齿12a1(内径a1)的部位和齿12a2(内径a2)的部位交替，因此平均间隙为0.6mm。

这样，比较例的旋转电机和本发明的第1实施方式的旋转电机的平均间隙都等于0.6mm，因此平均的扭矩相同。

另一方面，在本发明的第1实施方式的旋转电机中，与比较例相比，齿数倍的次数的磁导变动较小，因此既能够使扭矩密度相等，在实验上或理论上又能够降低5％左右的齿数倍的次数(12次)的扭矩波动(磁脉动)。

即，能够将平均后的扭矩保持为规定的值，同时降低扭矩波动。

<第1实施方式的效果>

如上所述，在本发明的第1实施方式中，通过交替地改变齿的长度尺寸，能够对基于齿形状的次数的磁导变动抑制特定次数的变动。

具体而言，具有降低扭矩波动的效果。

另外，通过降低扭矩波动，具有降低高频音、实现低噪音、低振动的效果。

(其他实施方式、变形例)

另外，本发明并不限定于以上所说明的实施方式(第1实施方式)，包含各种实施方式、变形例。

《1个极内的齿的不同根数》

在第1实施方式中，示出了在1个极内具备6根齿且3根较长、3根较短的结构。

但是，限定扭矩波动的方法并不限定于该例子。

如果多根齿中的任意一个(1根)的内径都大，则可能能够降低(抑制)齿的次数的磁导变动。

另外，不同的齿长度不仅是2种，即使由3种以上构成，也可能能够降低(抑制)规定次数的磁导变动。

《1个极内的齿的根数》

在第1实施方式中，示出了在1个极内具备6根齿且3根较长、3根较短的结构。

但是，1个极内的齿并不限定于6根。根据极数或线圈(绕组)的结构，也可以将1个极内的齿的根数设为6根以外的根数。

《旋转电机的极数》

在第1实施方式中，以6对极的旋转电机的情况进行了说明。但是，在第1实施方式所说明的方法并不限定于6对极。也可以应用其他的极对数。

《旋转电机的种类》

在第1实施方式中，仅仅说明了6对极的旋转电机。

该旋转电机既可以适用于电动机，也可以适用于发电机。另外，既可以应用于同步型的旋转电机，也可以应用于感应型的旋转电机。

《线圈(绕组)》

在图1所示的第1实施方式中，线圈(绕组)13作为分布式绕组进行了说明。但是，抑制由齿的形状引起的规定次数的磁导变动的作用并不限定于分布式绕组。例如，也可以是集中式绕组。