电动马达.pdf

本发明提供一种电动马达，其包括转子和定子，转子包括极对数目为P的磁极，P为自然数，定子包括绕组。定子包括具有第一极距的(3/2)×P个大齿和具有比第一极距更小的第二极距的(3/2)×P个小齿。大齿和小齿设置成周向地交替。绕组仅集中缠绕在大齿上。当按电角度计的第一极距为X并且按电角度计的第二极距为Y时，X在144度至180度的范围中，并且Y等于(240-X)度。周向相邻的绕组被分别供以其间具有按电角度计120度的相位差的电流。

权利要求书1.  一种电动马达，包括：转子，所述转子包括磁极，所述磁极的极对的数目为P，P为自然数；以及定子，所述定子包括绕组，其中，所述定子包括具有第一极距的(3/2)×P个大齿和具有比所述第一极距更小的第二极距的(3/2)×P个小齿，所述大齿和所述小齿设置成周向地交替，所述绕组仅集中缠绕在所述大齿上，当按电角度计的所述第一极距为X时，X在144度至180度的范围中，当按电角度计的所述第二极距为Y时，Y等于(240-X)度，以及周向相邻的所述绕组被分别供以其间具有按电角度计120度的相位差的电流。2.  根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述第一极距X在144度至166.2度的范围中。3.  根据权利要求2所述的电动马达，其中，所述极对的数目P为4或更大。4.  根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述转子为表面式磁体型。5.  根据权利要求4所述的电动马达，其中，所述转子与所述定子之间的径向距离比与所述转子的磁体的按电角度计{(180-X)/2}度的周向宽度相等的值更小。

说明书电动马达
技术领域
本发明涉及一种集中绕组马达。
背景技术
已知由同步马达的转子产生的磁通量密度(下文称为“磁通波”)的周向分布包括谐波分量，并且因此使感应电压失真，从而导致转矩波动。日本特许申请公开No.H11-234990描述了一种电动马达，该电动马达构造成减小其感应电压的失真从而减小其转矩波动。
该专利文献中描述的电动马达具有下述结构：在该结构中，当转子的极对的数目为P时，定子包括交替设置的具有大周向极距的(3/2)×P个大齿和具有小周向极距的(3/2)×P个小齿，并且绕组仅集中缠绕在大齿上。在该电动马达中，为了通过减小感应电压失真来减小电动马达的转矩波动，齿的周向位置相对于同相的磁极移动。
然而，在该结构中，由于极布置的周期性变差从而导致径向力的不平衡性增大，因此电动马达的振动增大。此外，由于绕组空间因齿的周向位置的移动而减小，因此电动马达的性能降低。
发明内容
示例性实施方式提供了一种电动马达，其包括：
转子，该转子包括磁极，磁极的极对的数目为P，P为自然数；以及
定子，该定子包括绕组，
其中，
该定子包括具有第一极距的(3/2)×P个大齿和具有比第一极距更小的第二极距的(3/2)×P个小齿，大齿和小齿设置成周向地交替，
绕组仅集中缠绕在大齿上，
当按电角度计的第一极距为X时，X在144度至180度的范围中，
当按电角度计的第二极距为Y时，Y等于(240-X)度，以及
周向相邻的绕组被分别供以其间具有按电角度计120度的相位差的电流。
根据示例性实施方式，提供有集中绕组马达，该集中绕组马达能够在不使其定子的磁极布置的周期性变差的情况下减小其感应电压失真。
本发明的其他优点和特征将通过包括附图和权利要求的以下描述而变得明显。
附图说明
在附图中：
图1为示出了根据本发明的实施方式的电动马达的整体结构的图示；
图2为示出了当磁通波具有180度矩形波的波形时，电动马达的磁通量密度的不同次分量的大小的曲线图；
图3为示出了当磁通波具有150度梯形波的波形时，电动马达的磁通量密度的不同次分量的大小的曲线图；
图4为示出了当磁通波具有90度梯形波的波形时，电动马达的磁通量密度的不同次分量的大小的曲线图；
图5A为示出了当磁通波具有180度矩形波的波形时，感应电压的不同次分量的大小与电动马达的大齿的极距之间的关系的图示；
图5B为示出了当磁通波具有180度矩形波的波形时，感应电压的失真度与电动马达的大齿的极距之间的关系的图示；
图6A为示出了当磁通波具有150度梯形波的波形时，感应电压的不同次分量的大小与电动马达的大齿的极距之间的关系的图示；
图6B为示出了当磁通波具有150度梯形波的波形时，感应电压的失真度与电动马达的大齿的极距之间的关系的图示；
图7A为示出了当磁通波具有90度梯形波的波形时，感应电压的不同次分量的大小与电动马达的大齿的极距之间的关系的图示；
图7B为示出了当磁通波具有90度梯形波的波形时，感应电压的失 真度与电动马达的大齿的极距之间的关系的图示；以及
图8为电动马达的主要部件的放大视图。
具体实施方式
图1为示出了根据本发明的实施方式的电动马达1的整体结构的图示。如图1中所示，电动马达1为其中转子2设置在径向内侧处并且定子3设置在径向外侧处的内转子型。定子3的绕组4被供以三相电流。为表面式磁体型的转子2包括其N极从转子的外表面露出的永磁体5以及其S极从转子的表面露出的永磁体5，使得永磁体的N极和S极周向地交替。在该实施方式中，极对的数目P为4。
定子3包括具有大极距X的六个(＝(3/2)×4)大齿7和具有小极距Y的六个小齿8，大齿7与小齿8设置成周向地交替。绕组4仅集中缠绕在大齿7上。大齿7的极距X按电角度计为156度，其处于144度与166.2度之间的范围中。小齿7的极距Y按电角度计为84(＝240-156)度。周向相邻的绕组4被供以其间具有按电角度计120度的相位差的电流。
下文中对将极距X设定为156度的原因进行说明。极距X的值基于减小磁通波的谐波分量从而减小由于电动马达1的感应电压失真而引起的转矩波动来确定。由于磁通波包括各种不同的谐波分量，因此优选的是将极距X的值确定成使得由这些谐波分量的总和引起的感应电压失真变得最小。
本发明的发明人执行相关测试来找出极距X与关于下述情况中的每一种情况的谐波分量对感应电压的作用之间的关系：磁通波为180度的矩形波的情况；磁通波为150度的梯形波的情况；以及磁通波为90度的梯形波的情况。在该测试中，下文限定的失真被用作指示谐波分量的作用的参数。失真通过对五次谐波分量、七次谐波分量、十一次谐波分量和十三次谐波分量的平方的总和进行计算以及对该总和的平方根与基波分量的比率进行计算而获得。
图2至图4示出了关于以上三种情况中的每一种情况的磁通波的基波(一次谐波)分量、五次谐波分量、七次谐波分量、十一次谐波分量和十三次谐波分量的大小。对以上三种情况中的每一种情况而言，获得了关于一次分量、五次分量、七次分量、十一次分量和十三次分量中的每一者的极距X的值与感应电压的大小之间的关系(见图5A、图6A和图7A)。
其后，获得了关于以上三种情况中的每一种情况的失真与极距X的值之间的关系(见图5B、图6B和图7B)。根据测试，发现对所有上述三种情况而言，失真在极距X大约为156度时变得最小。
因此，在本实施方式中，极距X被设定为156度以使由于磁通波的谐波分量而引起的感应电压失真最小化。附带地，如图8中所示，转子2与定子3之间的径向距离G设定得比与永磁体5的按电角度计12度(＝(180-X)/2＝(180-156)/2)的周向宽度相等的值更小，使得由一个永磁体5的除包括在相邻永磁体5的周向端部之间的12度的宽度区域中的区域之外的部分产生的磁通量没有发生短路。
上述电动马达1提供下述优势。定子3的绕组4被供以三相电流，并且定子3包括具有大极距X的(3/2)×P个大齿7和具有小极距Y(<X)的(3/2)×P个小齿8，大齿7与小齿8设置成周向地交替。绕组4仅集中缠绕在大齿7上。大齿7的极距X按电角度计为156度，并且周向相邻的绕组4被供以其间具有按电角度计120度的相位差的电流。
因此，能够在不使定子3的极布置的周期性变差的情况下减小磁通波的谐波分量。在常规的电动马达中，由于其绕组缠绕在所有齿上，极距根据由其狭槽的数目分开的极的数目而被唯一地确定，因此很难基于减小谐波分量来设定极距。
根据本实施方式，由于其上缠绕绕组4的大齿7和其上没有缠绕绕组4的小齿8设置成周向地交替，因此可以将大齿的极距X设定成所需的值，而不考虑由狭槽的数目分开的极的数目的值。这使得可以将极距X设定成减小磁通波的谐波分量。因此，极距X设定为156度以使失真最小化。因此，根据本实施方式，能够减小磁通波的谐波分量以在不使定子3的极布置的周期性变差的情况下使感应电压的失真最小化。
极对的数目P设定为4。这使得可以将同相的大齿7的数目设定为2以使得同相的极性彼此相反，从而减小由于电动马达1的径向力而引起的振动和噪音。
转子2为表面式磁体型。这增大了感应电压失真的减小效果。在转子2为嵌入式磁体型的情况下，由于每个嵌入的磁体的磁通量会在转子2的磁性部分内沿任何方向流动，因此感应电压失真的减小效果变小。在本实施方式中，由于转子2为表面式磁体型，永磁体5的磁通量在永磁体5的外周表面与大齿7或小齿8之间直接传递，因此可以增大感应电压失真 的减小效果。
转子2与定子3之间的径向距离G设定得比与永磁体5的按电角度计12度的周向宽度相等的值更小。因此，磁通量在永磁体5的外周表面与大齿7或小齿8之间、至少156度的宽度范围156内直接传递，该范围的对称中心位于永磁体5的按电角度计为90度的位置处。因此，将极距X设定为156度使得可以使感应电压失真的减小效果最大化。
改型
上述实施方式能够以例如所描述的各种方式进行修改。在上述实施方式中，考虑到使失真最小化而将极距X设定为按电角度计156度。然而，极距X可以被设定成处于144度至180度(优选地，在144度至166.2度)的范围中的任意值。
例如，当五次谐波分量需要被尽可能多地减小时，极距X可以被设定为144度。同样地，当七次谐波分量、十一次谐波分量或十三次谐波分量需要被尽可能多地减小时，极距X可以分别被设定为154.3度、163.6度和166.2度。此外，当n(n为大于13的整数)次谐波分量需要被尽可能多地减小时，极距X可以被设定为{180-(360/n/2)}度。
在上述实施方式中，极对的数目P为4。然而，该数目可以是除4之外的自然数，考虑到要减小由于电动马达1的径向力而引起的振动和噪音，该数目优选地为大于4的自然数。例如，当极对的数目P为6、8或10时，同相的大齿7分别以按机械角度计120度、90度或60度的间隔设置以确保径向力的对称。
在上述实施方式中，转子2与定子3之间的在径向方向上的距离G设定得比与永磁体5的按电角度计12度的周向宽度相等的值更小。然而，距离G可以根据极距X的值而改变。
例如，当基于减小五次谐波分量而将极距X设定为按电角度计144度时，距离G可以设定得比与永磁体5的按电角度计18度的周向宽度相等的值更小。在上述实施方式中，转子2为表面式磁体型。然而，转子2也可以是嵌入式磁体型。上述电动马达1为内转子型。然而，本发明还可适用于外转子型。
上文说明的优选实施方式对于仅由所附权利要求描述的本申请的发明是示例性的。应当理解的是，优选实施方式的改型可以如本领域技术人员会想到的那样做出。