专利名称：电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及降低了齿槽转矩的高输出的电动机。
背景技术：
关于这种降低了齿槽转矩的电动机，例如已在日本特许申请特开平4 -105530号公报(文献1 )及日本特许申请特开2000 - 209795号公报(文献2 ) 中公开。
文献1所公开的电动机的构成为，定子铁心被分割成齿部和轭铁部，被 集中绕组的齿部嵌合在轭铁部。采用这种结构可以使槽的线圈占积率达到 60%以上。而且，通过将齿部前端间的间隙即槽开度(7口 、乂卜才一7。乂) 设定为0.5mm以下，使卡特系数(Carter coefficient)增大，从而使相对于转 子的磁阻的变化减小。而且，由此可以减小定子损失，还可以使齿槽转矩减 半。
图io是表示文献i所记载的现有电动机的槽开度角(只口 7卜才一:/y 角)w兹极角和感应电压及齿槽转矩的关系的图。在此，在图io中，实线表示 感应电压，虛线表示齿槽转矩。另外，槽开度角/磁极角是表示槽开度角对于 磁极角的比率。
如图io所示，目前，存在着如果磁极角相同，只要减小槽开度角即可减 小齿槽转矩之类的概念。而且，在文献i中，特别公开了将槽开度角设定为
0.5mm以下来减小齿槽转矩的技术。
另外，文献2记载的电动机为利用将薄钢板层叠而成的一部分即薄壁部 连结各定子的外圆周的方式而构成。釆用这种结构可以提高占积率，可以实 现高输出、小型轻量化。还能够抑制齿槽转矩。
但是，在文献1及文献2所记载的技术中，由于是槽开度角小的结构， 因此，就有在邻接的齿间发生漏磁通量的问题。另外，由此也会带来输出转 矩减小的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的电动机具备定子，该定子包括具有辄铁、 向轭铁的内侧方向突出的多个内侧齿、及向轭铁的外侧方向突出的多个外侧 齿的定子铁心；巻绕在定子铁心上的绕组；内侧转子，该内侧转子包括经由 间隙与内侧齿的前端的端面相对并相对于定子旋转自如地保持的内侧转子铁 心、及被保持在内侧转子铁心的多个磁极；外侧转子，该所外侧转子包括经 由间隙与外侧齿的前端的端面相对并相对于定子旋转自如地保持的外侧转子 铁心、及被保持在外侧转子铁心的多个磁极，以内侧转子的旋转引起的内侧
式，设定邻接的内侧齿彼此的前端端面间所成的角度和内侧转子的磁极的圓 周方向两端所成的角度的比率、及邻接的外侧齿彼此的前端端面间所成的角 度和外侧转子的磁极的圆周方向两端所成的角度的比率。
采用这种结构，其齿槽转矩变为内侧齿槽转矩和外侧齿槽转矩相互抵消 而合成的合成齿槽转矩，因此，可以将合成齿槽转矩抑制到较低，同时可以 提高输出转矩。
图1是表示本发明实施方式的电动机的截面的图； 图2是表示内侧槽开度角/内侧磁极角与齿槽转矩的振幅的关系的图； 图3是表示外侧槽开度角/外侧磁极角与齿槽转矩的振幅的关系的图； 图4是表示内侧槽开度角/内侧磁极角与齿槽转矩的振幅及感应电压的关 系、以及外侧槽开度角/夕卜侧磁极角与齿槽转矩的振幅及感应电压的关系的图； 图5是表示内侧槽开度角/内侧磁极角与齿槽转矩的振幅的关系的其他例
的图6是表示外侧槽开度角/夕卜侧磁极角与齿槽转矩的振幅的关系的其他例
的图7是表示内侧槽开度角/内侧磁极角与齿槽转矩的振幅及感应电压的关
系、以及外侧槽开度角/外侧磁极角与齿槽转矩的振幅及感应电压的关系的其
他例的图8是表示将铁制的薄板层叠而构成的内侧转子与由铁块构成的内侧转 子的、槽开度角/磁极角和效率的关系的图； 图9是表示将铁制的薄板层叠而构成的外侧转子与由铁块构成的外侧转 子的、槽开度角/磁极角和效率的关系的图； 图10是表示现有电动机的槽开度角/磁极角与感应电压及齿槽转矩的关 系的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 图1是表示本发明实施方式的电动机的截面的图。 本实施方式的电动才几由定子11、外侧转子21和内侧转子31构成。 定子11包括定子铁心15和巻绕在定子铁心15的绕组(未图示)。定子 铁心15具有大致环状的轭铁12、从轭铁12向外侧方向突出的多个外侧齿13、 从轭铁12向内侧方向突出的多个内侧齿14。在轭铁12上巻绕有三相星形或 三角形联结的绕组(未图示)。另外，绕组方式也可以为环式、集中巻绕式、 分布巻绕式等任意一种。 另夕卜，在定子铁心15中，形成有由轭铁12与相互邻接的外侧齿13构成 的多个外侧槽。同样地，还形成有由轭铁12与相互邻接的内侧齿14构成的 多个内侧槽。 内侧转子31具有经由间隙与内侧齿14的前端的端面即内圓周面相对、 并相对于定子11旋转自如地保持的内侧转子铁心，且包括被保持在该内侧转 子铁心上的多个磁极。另外，外侧转子21具有经由间隙与外侧齿13的前端 的端面即外圆周面相对、并相对于定子11旋转自如地保持的外侧转子铁心， 且包括被保持在该外侧转子铁心上的多个磁极。 另外，内侧转子31和外侧转子21相互结合在一起。其结合方法可以采 用粘接剂或螺栓等，也可以用树脂浇铸而成。而且，内侧转子31及外侧转子 21通过这种粘接剂或浇铸剂等与旋转轴10结合。 在内侧转子31上形成有多个磁铁埋设孔32，在该磁铁埋设孔32中插入 有作为磁极的永久磁铁35。同样地，在外侧转子21上形成有多个磁铁埋设孔 22，在该》兹铁埋设孔22中插入有作为义兹极的永久磁铁25。这样，则构成包含 多个磁极的内侧转子31及包含多个磁极的外侧转子21。 本实施方式的内侧转子31是通过将多块铁制的磁性薄板在厚度方向进行 层叠而构成。同样地，外侧转子21是通过将多块铁制的磁性薄板在厚度方向
进行层叠而构成。由此，与由铁块构成的转子相比较，使效率得到了提高。 而且，通过调节内侧的槽开度17的内侧槽开度角与内侧磁极角的比率、
及外侧的槽开度16的外侧槽开度角与外侧磁极角的比率，可以大幅度地将内 侧转子31的旋转引起的内侧齿槽转矩和外侧转子的旋转引起的外侧齿槽转矩 合成后的合成齿槽转矩减小。
另外，内侧槽开度角是以旋转轴10的旋转中心为中心、邻接的内侧齿14 彼此的前端的端面间(槽开度17 )所成的角度。内侧磁极角是以旋转轴10 的旋转中心为中心、内侧转子31的磁极的圓周方向两端部(永久磁铁35的 圓周方向两端)所成的角度。另外，外侧槽开度角是以旋转轴10的旋转中心 为中心、邻接的外侧齿13彼此的前端的端面间(槽开度16)所成的角度。外 侧》兹极角是以旋转轴10的旋转中心为中心、外侧转子21的^兹极的圓周方向 两端部(永久》兹铁25的圓周方向两端)所成的角度。
本实施方式通过调节这些角度来减小齿槽转矩，同时使输出转矩提高。
在此，对内侧槽开度角与内侧磁极角的比率、及外侧槽开度角与外侧磁 极角的比率的调节进行说明。另外，作为这些比率，如下进行说明。将内侧 槽开度角相对内侧磁极角的比率设定为内侧槽开度角/内侧磁极角，将外侧槽 开度角相对外侧磁极角的比率设定为外侧槽开度角/夕卜侧磁极角。
图2是表示内侧槽开度角/内侧磁极角与齿槽转矩的振幅的关系的图，图 3是表示外侧槽开度角/外侧磁极角与齿槽转矩的振幅的关系的图。另外，图4 是表示内侧槽开度角/内侧磁极角与齿槽转矩的振幅及感应电压的关系、以及 外侧槽开度角/外侧石兹极角与齿槽转矩的振幅及感应电压的关系的图。另外， 图2及图3记载的+记号和-记号表示相位的正负。
如图2所示，当使内侧槽开度角/内侧磁极角变化时，齿槽转矩的振幅呈 波状变化。而且，齿槽转矩的相位以该齿槽转矩的振幅的波状变化中、低谷 部的极小点为边界点进行反转。
另外，如图3所示，当使外侧槽开度角/夕卜侧磁极角变化时，齿槽转矩的 振幅呈波状变化。而且，齿槽转矩的相位以该齿槽转矩的振幅的波状变化中、 低谷部的极小点为边界点进行反转。
在此，将图2中的内侧转子31引起的内侧齿槽转矩的振幅、与图3中的 外侧转子21引起的外侧齿槽转矩的振幅作为反转的相位即逆相位分别进行合 成。这时，各个齿槽转矩能够互相抵消，因此，能够将该合成齿槽转矩抑制得较低。进而，当使各个齿槽转矩的振幅在反转的相位变为相同值或最近似值时，能够使内侧转子31引起的内侧齿槽转矩与外侧转子21引起的外侧齿槽转矩相互抵消，从而能够大幅度地减小合成齿槽转矩。
即，本实施方式的电动机以内侧齿槽转矩和外侧齿槽转矩在反转的相位互相抵消的方式，设定邻接的内侧齿14彼此的前端端面间所成的角度和内侧 转子31的磁极的圆周方向两端所成的角度的比率、及邻接的外侧齿13彼此 的前端端面间所成的角度和外侧转子21的》兹极的圓周方向两端所成的角度的 比率。进而，在这种设定中，对内侧槽开度角/内侧磁极角和外侧槽开度角/ 外侧磁极角进行设定，以使内侧齿槽转矩的振幅与外侧齿槽转矩的振幅成为 相同值或最近似值。如图4所示，在图2~图4所示的内侧转子及外侧转子的组合中，不存在 使内侧转子31引起的齿槽转矩的振幅与外侧转子21引起的齿槽转矩的振幅 在反转的相位达到相同值的点。在这种情况下，选择多个使内侧转子31引起的齿槽转矩的振幅与外侧转 子21引起的齿槽转矩的振幅在反转的相位达到近似值的点。例如，如图4所 示，选择Al与Bl的组合、A2与B2的组合、A3与B3的组合。而且，选择这些组合中的、内侧转子31引起的感应电压与外侧转子21 引起感应电压的合成电压值最高的组合。也就是说，对与Al对应的感应电压 VA1和与Bl对应的感应电压VB1的合成值、与A2对应的感应电压VA2和 与B2对应的感应电压VB2的合成值、与A3对应的感应电压VA3和与B3 对应的感应电压VB3的合成值进行比较时，与A2对应的感应电压VA2和与 B2对应的感应电压VB2的合成电压值为最高值。因而，在这种情况下，选择 A2与B2的组合。通过选择这样的组合的值，能够进一步提高输出转矩。另外，齿槽转矩的大小及感应电压的大小因转子直径的大小而不同。因 此，在具有与图2~图4所示的电动机不同的转子直径的电动机中，输出与图 2~图4不同的值。图5是表示关于直径与图2所示的内侧转子不同的内侧转子的内侧槽开 度角/内侧磁极角与齿槽转矩的振幅的关系的图；图6是表示关于直径与图3幅的关系的图。还有，图7是表示关于直径与图6所示的内侧转子不同的内 侧槽开度角/内侧磁极角与齿槽转矩的振幅及感应电压的关系、以及外侧槽开
度角/夕卜侧磁极角与齿槽转矩的振幅及感应电压的关系的图。
如图7所示，在图5~图7所示的内侧转子及外侧转子的组合中，存在多 个使内侧转子31 —起的齿槽转矩的振幅与外侧转予21引起的齿槽转矩的振 幅在反转的相位为相同值的点。
在这种情况下，选择使内侧转子31引起的齿槽转矩的振幅与外侧转子21 引起的齿槽转矩的振幅在反转的相位为相同值的多个点。例如，如图7所示， 选择A4与B4的組合、A5与B5的组合、A6与B6的组合。
而且，选择这些组合中的、内侧转子31引起的感应电压与外侧转子21 引起感应电压的合成电压值最高的组合。也就是说，对与A4对应的感应电压 VA4和与B4对应的感应电压VB4的合成值、与A5对应的感应电压VA5和 与B5对应的感应电压VB5的合成值、与A6对应的感应电压VA6和与B6 对应的感应电压VB6的合成值进行比较时，与A5对应的感应电压VA5和与 B5对应的感应电压VB5的合成电压值为最高值。因而，在这种情况下，选择 A5与B5的组合。通过选择这样的组合的值，能够进一步提高输出转矩。
由以上可知，调节内侧槽开度角/内侧磁极角与外侧槽开度角/外侧磁极
外侧齿槽转矩的振幅在反转的相位为相同值或最近似值，由此，能够减小齿 槽转矩，同时能够实现输出转矩的提高。
接着，对将多块铁制的薄板进行层叠而构成内侧转子31及外侧转子21 的理由进行^兌明。
图8是表示将铁制的薄板层叠而构成的内侧转子和由铁块构成的内侧转 子的、槽开度角/磁极角与效率的关系的图。另外，图9是表示将铁制的薄板 层叠而构成的外侧转子和由铁块构成的外侧转子的、槽开度角/磁极角与效率 的关系的图。在图8、图9中，虛线表示铁块的情况，实线表示薄板的情况。 另外，在图8中，将由铁块构成的内侧转子的效率设为1，在图9中，将由铁 块构成的外侧转子的效率设为1而表示。
如图8所示，对将铁制的薄板进行层叠而构成的内侧转子和由铁块构成 的内侧转子相比较时，将铁制的薄板进行层叠而构成的内侧转子在任一槽开 度角/》兹极角中，其效率都比由铁块构成的内侧转子的效率高。而且，在槽开 度角/磁极角为0.18以上时，将铁制的薄板进行层叠而构成的内侧转子与由铁 块构成的内侧转子的效率的差急剧拉开。
另外，如图9所示，将铁制的薄板层叠而构成的外侧转子和由铁块构成 的外侧转子进行比较时，将铁制的薄板进行层叠而构成的外侧转子在任一槽 开度角/磁极角中，其效率都比由铁块构成的外侧转子的效率高。而且，在槽
开度角/磁极角为0.18以上时，将铁制的薄板进行层叠而构成的外侧转子与由
铁块构成的外侧转子的效率的差急剧拉开。
有以上可知，通过将多块铁制的薄板进行层叠而构成内侧转子31和外侧 转子21,与由铁块构成的转子相比较，能够实现效率的提高。另外，在槽开 度角M兹极角为0.18以上时，尤其能够使效率提高。
另外，在上述的实施方式中，采用了磁铁被插入固定在形成于内侧转子 及外侧转子的多个磁铁埋设孔的结构，但也可以采用贴附固定于内侧转子及 外侧转子的表面的结构。
另外，图l表示了具有内侧、外侧齿各12个和内侧、外侧^兹极各20个 的结构，但不限于该数量，内侧、外侧齿也可以为任意的数量，内侧、外侧 磁极也可以为任意的数量。
如上所述，本发明的电动机能够作为减小了齿槽转矩的高输出的电动机, 尤其适宜应用于家电、电气安装用的电动机等。
权利要求
1、一种电动机，其具备定子，所述定子包括定子铁心，其具有轭铁、向所述轭铁的内侧方向突出的多个内侧齿、及向所述轭铁的外侧方向突出的多个外侧齿；绕组，其卷绕在所述定子铁心上；内侧转子，所述内侧转子包括内侧转子铁心，其经由间隙与所述内侧齿的前端的端面相对、并相对于所述定子旋转自如地被保持；多个磁极，其被保持在所述内侧转子铁心；外侧转子，所述外侧转子包括外侧转子铁心，其经由间隙与所述外侧齿的前端的端面相对、并相对于所述定子旋转自如地被保持；多个磁极，其被保持在所述外侧转子铁心，以所述内侧转子的旋转引起的内侧齿槽转矩和所述外侧转子的旋转引起的外侧齿槽转矩在反转的相位互相抵消的方式，设定邻接的内侧齿彼此的前端端面间所成的角度和所述内侧转子的磁极的圆周方向两端所成的角度的比率、及邻接的外侧齿彼此的前端端面间所成的角度和所述外侧转子的磁极的圆周方向两端所成的角度的比率。
2、 如权利要求1所述的电动机，其中， 将旋转中心作为中心，将邻接的内侧齿彼此的前端端面间所成的角度作为内侧槽开度角，将所 述内侧转子的磁极的圆周方向两端所成的角度作为内侧磁极角，将所述内侧 槽开度角相对所述内侧磁极角的比率设定为内侧槽开度角/内侧磁极角，将邻接的外侧齿彼此的前端端面间所成的角度作为外侧槽开度角，将所 述外侧转子的磁极的圆周方向两端所成的角度作为外侧磁极角，将所述外侧 槽开度角相对所述外侧磁极角的比率设定为外侧槽开度角/外侧磁极角时，设定所述内侧槽开度角/内侧磁极角和所述外侧槽开度角/外侧磁极角， 以使所述内侧齿槽转矩的振幅与所述外侧齿槽转矩的振幅为相同的值或最 近似的Y直。
3、 如权利要求2所述的电动机，其中，所述内侧齿槽转矩的振幅与所述外侧齿槽转矩的振幅为相同的值,最 近似的值的组合有多个时，选择多个所述组合中，所述内侧转子的旋转引起的感应电压和所述外侧 转子的旋转引起的感应电压的合成电压值达到最大的组合。
4、 如权利要求2或3所述的电动机，其中，所述内侧转子是将多个磁性薄板在厚度方向进行层叠而构成。
5、 如权利要求2或3所述的电动机，其中， 所述外侧转子是将多个磁性薄板在厚度方向进行层叠而构成。
6、 如权利要求4所述的电动机，其中，所述外侧转子是将多个磁性薄板在厚度方向进行层叠而构成。
全文摘要
本发明涉及一种电动机，其包括定子铁心，其具有轭铁、多个内侧齿及多个外侧齿；内侧转子；外侧转子，以内侧转子的旋转引起的内侧齿槽转矩与外侧转子的旋转引起的外侧齿槽转矩在反转的相位互相抵消的方式，设定内侧槽开度角/内侧磁极角及外侧槽开度角/外侧磁极角。另外，制作内侧齿槽转矩的振幅与外侧转子的旋转引起的外侧齿槽转矩的振幅在反转的相位为近似值的多个组合，并选择两感应电压的合成电压值为最高的组合。
文档编号H02K16/00GK101340131SQ200810094818
公开日2009年1月7日 申请日期2008年4月28日 优先权日2007年7月5日
发明者吉川佑一, 虎 李, 村上浩 申请人:松下电器产业株式会社