具有降低齿槽转矩的定子铁芯的电动的制造方法
【专利摘要】本发明的电动机具有定子、和具有永久磁铁的转子，所述定子具有宽度的大小在周向上发生变化的铁芯背部。在该电动机中，起因于转子的磁极数与铁芯背部的形状，在转子每旋转一圈时发生M次齿槽转矩。相对于此，铁芯背部仅分段错开360/M/2度的奇数倍的角度。在一个方式中，孔、凹部或凸部形成于铁芯背部上，铁芯背部利用这些孔、凹部或凸部而分段错开。
【专利说明】具有降低齿槽转矩的定子铁芯的电动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动机。
【背景技术】
[0002]公知电动机存在如下情况，所述电动机具有:定子，所述定子具有沿周向留出预定间隔而形成的槽及穿过该槽进行卷绕的线圈；以及转子，所述转子具有沿周向留出预定间隔地配置并与线圈协同动作而产生驱动力的永久磁铁，该电动机基于各种原因而发生齿槽转矩。例如电气学会论文杂志B Vol.103-B第711页?第718页(1983年)指出:在电动机旋转一圈的期间，发生与最小公倍数相等数量的齿槽转矩，该最小公倍数为转子的磁极数与形成于定子的槽数的最小公倍数。为了降低这种齿槽转矩，提出了各种方法(参照 JP-A-2005-304150、JP-A-2008-199894、JP-A-2011-55706、JP-A-2005-65479、JP-A-2009-131050、JP-A-2006-14457)。
[0003]在电动机中，要求降低齿槽转矩。
【发明内容】
[0004]根据本申请的第一发明，提供如下的电动机，该电动机具有:定子，所述定子具有沿周向留出预定间隔地形成的槽及穿过该槽进行卷绕的线圈；以及转子，所述转子具有沿周向留出预定间隔地配置并与上述线圈协同动作而产生驱动力的永久磁铁，其特征在于，上述定子具有在通过上述槽的半径方向外侧的缘部的外接圆与上述定子的半径方向外侧的缘部之间沿周向延伸的铁芯背部，该铁芯背部具有沿半径方向延伸的上述铁芯背部的尺寸在周向上发生变化的形状，在起因于上述转子的磁极数与上述铁芯背部的上述形状，在上述转子每旋转一圈时发生M次齿槽转矩的电动机中，上述铁芯背部仅分段错开(360/M/2)度的奇数倍的角度。
[0005]根据本申请的第二发明，提供如下电动机:在第一发明中，孔、凹部或凸部形成于铁芯背部，上述铁芯背部利用上述孔、凹部或凸部而分段错开。
[0006]根据本申请的第三发明，提供如下电动机:在第一或第二发明中，上述铁芯背部具有正多边形的外形。
[0007]根据本申请的第四发明，提供如下电动机:在第二发明中，在与上述齿槽转矩不同的追加的齿槽转矩，在上述转子每旋转一圈时发生N次的电动机中，以上述铁芯背部仅分段错开(360/N/2)度的奇数倍的角度的方式，在上述铁芯背部还形成追加的孔、凹部或凸部。
[0008]根据本申请的第五发明，提供如下电动机:在第二至第四中任何一项发明中，形成于上述铁芯背部的上述孔、凹部或凸部在周向上以等间隔配置。
[0009]根据本申请的第六发明，提供如下电动机:在第二至第五中任何一项发明中，上述孔、凹部或凸部由组形成，该组由多个孔、凹部或凸部构成，各组的上述多个孔、凹部或凸部相互对称地配置。[0010]这些及其他本发明的对象、特征及优点，通过对照附图所示的本发明的示例性的实施方式的详细说明，将变得更加明确。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是表不第一实施方式的电动机的剖视图。
[0012]图2是表示在图1的电动机中齿槽转矩的检测结果的图。
[0013]图3A是用于说明第一实施方式的电动机的作用效果的概念图。
[0014]图3B是用于说明第一实施方式的电动机的作用效果的概念图。
[0015]图3C是用于说明第一实施方式的电动机的作用效果的图。
[0016]图4A是用于说明第二实施方式的电动机的概念图。
[0017]图4B是用于说明第二实施方式的电动机的概念图。
[0018]图5是表示在图4A及图4B的电动机中齿槽转矩的检测结果的图。
[0019]图6是用于说明第三实施方式的电动机的概念图。
[0020]图7是表示在图6的电动机中齿槽转矩的检测结果的图。
[0021 ]图8A是表示变形例的电动机的概念图。
[0022]图8B是表示另外的变形例的电动机的概念图。
[0023]图9是表示另外的变形例的电动机的概念图。
[0024]图10是表示另外的变形例的电动机的剖视图。
[0025]图11是表示在第一比较例的电动机中齿槽转矩的检测结果的图。
[0026]图12是表示第二比较例的电动机的结构的概念图。
[0027]图13是表示在第二比较例的电动机中齿槽转矩的检测结果的图。
[0028]图14A是用于说明铁芯背部的分段错开的图。
[0029]图14B是用于说明铁芯背部的分段错开的图。
[0030]图14C是表示在具有分段错开的铁芯背部的电动机中检测出的齿槽转矩的波形的图。
[0031]图15是用于说明利用形成于定子铁芯上的贯通孔的铁芯背部分段错开的图。
[0032]图16是用于说明利用形成于定子铁芯上的凸部的铁芯背部分段错开的图。
【具体实施方式】
[0033]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。希望注意，图示的实施方式的各结构要素，为了有助于本发明的理解，有时根据实用方式而变更了其比例尺。
[0034]图1是表不第一实施方式的电动机10的剖视图。电动机10具有:定子12 ;以及以利用定子12包围周围的方式相对于定子12以同心状配置的转子14。转子14具有大致圆筒状的转子铁芯20。在转子铁芯20上形成有容纳轴16的中心孔18，所述轴16利用未图示的轴承可旋转地被支撑。转子铁芯20例如将多个圆板状的层叠钢板层叠而形成，这些层叠钢板通过铆接来相互固定。在转子铁芯20上沿周向C留出预定间隔地埋设有多个例如八个永久磁铁24。在转子铁芯20上沿周向C等间隔地形成有多个减重孔22、26，该多个减重孔22、26在层叠钢板的层叠方向上贯通转子铁芯20。
[0035]定子12具有定子铁芯30，所述定子铁芯30具有正八边形的外形。定子铁芯30为以包围转子14的方式具有空心形状的由磁性材料形成的部件。划定电动机10的外形的定子12的外缘部12a，由定子铁芯30的外缘部形成。定子铁芯30具有沿周向C留出预定间隔地形成、且向半径方向R的内侧突出的多个齿32。在邻接的两个齿32之间形成有槽34。在图示的实施方式中，合计36个槽34沿着定子铁芯30的内周面形成。在定子铁芯30中，在通过槽34的半径方向R的外缘部(即，槽34的底部或齿32的基部)的外接圆(在图1中以虚线表示)、与定子12的半径方向R的外缘部12a之间，铁芯背部36沿周向C延伸。铁芯背部36在电动机10工作时作为磁通通过的磁通路径而起作用。此外，还可以将保持定子12的由非磁性材料或磁性材料形成的追加的壳体(未图示)设置于定子12的半径方向R的外侧。
[0036]如根据图1也可知，在具备具有正八边形的外形的定子铁芯30的定子12中，铁芯背部36在半径方向R上的宽度W，在最大值Wl与最小值W2之间发生周期性变化。具体而言，铁芯背部36的宽度W，在连接定子铁芯30的中心与形成定子铁芯30的外缘部12a的各边的中点之间的直线上，为最小值W2。另外，铁芯背部36的宽度W，在连接定子铁芯30的中心与定子铁芯30的各顶点的直线上，为最大值Wl。如此，铁芯背部36的宽度W，例如以从最大值Wl暂且减少至最小值W2，然后再增大至最大值Wl的方式，在周向C上发生周期性变化。换言之，铁芯背部36具有如下的重复形状:作为整体，沿着八边形的八个边，经过八次的重复次数而在周向C上重复。
[0037]定子12具有通过这些槽34而绕齿32卷绕的线圈(未图示)。这些线圈接受电力的供给而作为电磁铁起作用。在电动机10中，通过设置于定子12上的线圈与设置于定子14上的永久磁铁24相互协作，产生使转子14及轴16绕旋转轴线旋转的驱动力。
[0038]在本实施方式中，在连接定子12的中心与定子铁芯30的各顶点的直线上，分别形成有贯通孔40。贯通孔40在周向上以等间隔形成，以贯通定子铁芯30的方式相对于旋转轴线大致平行地延伸。这些贯通孔40形成于能够发生反相位的齿槽转矩的位置，该反相位的齿槽转矩用于消除如后述起因于铁芯背部36的宽度在周向上发生变化而发生的齿槽转矩。
[0039]但是，在同步电动机中，齿槽转矩由于各种原因而发生。本发明人发现了如下情况，如结合图1所述，铁芯背部具有预定的图案形状经过预定的重复次数而在周向上重复的重复形状，由此，在铁芯背部在半径方向上的宽度的大小在周向上发生周期性变化的情况下，起因于这种不均匀的铁芯背部的宽度而发生齿槽转矩。而且，可知:在此情况下的齿槽转矩，随着电动机旋转一圈，仅发生与最小公倍数M相等的次数，该最小公倍数M为铁芯背部的重复形状的重复次数与转子的磁极数的最小公倍数。
[0040]起因于铁芯背部的宽度不均匀而发生的齿槽转矩，能够与铁芯背部的磁饱和相关联地进行说明。例如，作为形成转子铁芯20或定子铁芯30的电磁钢板的材料而广泛使用的50A600材料(基于JIS规格)，在磁通密度增大至约1.5T (特斯拉)时，成为大致磁饱和的状态。另一方面，由于铁芯背部的宽度越小磁通的路径就越窄，因此可称为容易发生磁饱和的状态。从而，若铁芯背部的宽度不均匀，则从铁芯背部的宽度比较小的部位局部地达到磁饱和，由此，产生磁能的不均衡。因此，随着转子旋转，磁能发生周期性变动，作为其结果发生齿槽转矩。起因于这种铁芯背部的宽度在周向上发生变化而产生的磁饱和的问题，我们认为因电动机的小型化与钕磁铁等的具有强大磁力的磁铁的出现相互结合而存在比以前更明显的倾向。
[0041]图11是表示第一比较例的电动机中的齿槽转矩的检测结果的图。该比较例的电动机，若与图1所示的电动机10进行对比，则不同点仅在于未形成贯通孔40。如从图11可知，在该比较例的电动机中，如由电气学会论文杂志BVol.103-B第711页?第718页(1983年)所指出，每旋转一圈就发生与最小公倍数Ml (=72)相等次数的齿槽转矩，该最小公倍数Ml (=72)为定子的槽数(=36)与转子的磁极数(=8)的最小公倍数。而且，在该比较例的电动机中，如上所述，每旋转一圈就发生与最小公倍数M (=8)相等次数的齿槽转矩，该最小公倍数M (=8)为铁芯背部的重复形状的重复次数(=8)、与转子的磁极数(=8)的最小公倍数。换言之，在该比较例的电动机中，由5度周期及45度周期的两个成分构成的齿槽转矩以相互重合的状态发生。
[0042]另一方面，图2是表示在图1的电动机10中的齿槽转矩的检测结果的图。在该电动机10中，形成于铁芯背部36上的八个贯通孔40以消除在45度周期发生的齿槽转矩的方式而起作用。从而，如从图2可知，在本实施方式的电动机10中，未检测出45度周期的齿槽转矩，就检测出仅由5度周期的成分构成的齿槽转矩。
[0043]图3A?图3C是用于说明第一实施方式的电动机10的作用效果的图。图3A及图3B概念性地表示电动机的结构。具体而言，在3A及图3B中，具有重复次数为8次的重复形状的铁芯背部36，作为位于外侧的正八边形而示出。通过定子12的槽34的底部(或齿32的基部)的外接圆X以虚线表示。另外，转子14作为仅具有与磁极数相当的量的顶点的正多边形而示出，在该例子中以正八边形示出。在这些图中，在半径方向上的铁芯背部36与外接圆X之间的距离表示铁芯背部36的宽度W的大小。
[0044]图3A表示未形成贯通孔40的电动机100。另一方面，图3B如与图1关联地进行说明的那样，表示贯通孔40形成于预定位置上的电动机10。贯通孔40分别形成在相对于通过铁芯背部36的宽度W为最小值W2的各边的中点的直线，周向仅错开22.5度的位置。在本实施方式的电动机10中，通过将具有适当的尺寸及形状的贯通孔40形成于上述位置，与作为在电动机10中的定子12的作用相关联，能够模拟地实现铁芯背部36的分段错开。
[0045]图14A及图14B是用于说明铁芯背部的分段错开的图。在图14A及图14B中，为了简化而仅表示出定子200。图14A是定子200的端面图，图14B是定子200的侧视图。定子200具有第一定子铁芯210和第二定子铁芯220。如图14B所示，第一定子铁芯210及第二定子铁芯220，以相互相对的端面彼此接合的状态被一体化。第一定子铁芯210及第二定子铁芯220分别具有向半径方向内侧突出的齿202。在通过齿202的基部的外接圆Xl与第一定子铁芯210的外周缘之间形成第一铁芯背部212。另外，在外接圆Xl与第二定子铁芯220的外周缘之间形成第二铁芯背部222。
[0046]第一铁芯背部212及第二铁芯背部222分别具有正八边形的外形，如图14A所示，在周向Cl上仅相对错开22.5度的角度。在图14A中，第二定子铁芯220之中隐藏于第一定子铁芯210的背后而不能看到的部分以虚线描绘。此外，第一定子铁芯210及第二定子铁芯220的齿202，以角度相互一致的方式分别形成。在本说明书中，所谓“铁芯背部的分段错开”是指铁芯背部的角度如图所示沿周向相对错开的状态。
[0047]图14C是表示在具有分段错开的铁芯背部的电动机中所检测出的齿槽转矩的波形的图。此外，该实施例的电动机具备具有八个磁极的转子。图14C的虚线表示在仅具有上述第一铁芯背部212的电动机中所检测出的齿槽转矩的波形。图14C的点线表示在仅具有上述第二铁芯背部222的电动机中所检测处的齿槽转矩的波形。另外，图14C的实线表示:在具有第一铁芯背部212及第二铁芯背部222双方的电动机、即具有分段错开的铁芯背部的电动机中所检测出的齿槽转矩的波形。由于第一铁芯背部212及第二铁芯背部222分别具有正八边形的外形，因此根据铁芯背部形状的重复次数(=8)与磁极数(=8)的最小公倍数M( =8)，每旋转一圈就发生八次即45度周期的齿槽转矩。但是，如上所述，第一铁芯背部212及第二铁芯背部222相互仅错开22.5度的角度。从而，如将图14C所示的虚线的波形与点线的波形进行对比可知，具有第二铁芯背部222的电动机，相对于具有第一铁芯背部212的电动机的情况，检测出相位仅错开22.5度的齿槽转矩。
[0048]相对于此，在具有分段错开的铁芯背部的电动机中，以虚线的波形表示的齿槽转矩、与以点线的波形表示的齿槽转矩重合的齿槽转矩作为整体而检测出。在该情况下，由于使相互反相位的波形重合，因此齿槽转矩相互消除，起因于铁芯背部的宽度在周向上发生变化而发生的齿槽转矩被除去。
[0049]图15是用于说明利用形成于定子铁芯上的贯通孔的铁芯背部分段错开的图。图15表示具有大致圆筒形的定子铁芯310的定子300。在定子铁芯310上留出45度的间隔地形成有合计八个贯通孔312。在定子铁芯310中，形成贯通孔312的部位实质上不作为磁通的路径而起作用。从而，通过形成贯通孔312，能够得到与使铁芯背部的宽度变小的情况相同的效果。其结果，具有圆形的物理外形的定子铁芯310，如在图15中以虚线所示，实质上具有正八边形的外形。若将这种贯通孔形成于例如具备具有图1所示的正八边形的外形的铁芯背部36的定子12上，则能够得到包括如下两种性质的铁芯背部，该两种性质是:铁芯背部36的物理外形即正八边形、和能够利用贯通孔40模拟地得到的角度错开的正八边形。通过这样形成贯通孔40，能够模拟地得到与物理上分段错开的铁芯背部同等的铁芯背部，该物理上分段错开的铁芯背部已经与图14A及图14B相关联地进行了说明。
[0050]图3C是表示在图3A及图3B分别所示的电动机中发生的齿槽转矩的波形的图。图中的虚线表示在图3A的电动机100中的齿槽转矩的波形，图中的实线表示在图3B的电动机10中的齿槽转矩的波形。在未形成贯通孔40的图3A的电动机100中，如上所述，随着转子14旋转一圈，发生与铁芯背部36的重复次数(=8)和转子14的磁极数(=8)的最小公倍数M相等次数的齿槽转矩，即每旋转一圈发生8次或45度周期的齿槽转矩。另一方面，在形成贯通孔40的图3B的电动机10中，未检测出齿槽转矩。这是因为，可以看做:在电动机10中如上所述利用形成于铁芯背部36上的贯通孔40，模拟地分段错开铁芯背部36。如此，由于在图3B所示的电动机10中，利用形成于定子12上的贯通孔40，能够得到具有与分段错开的铁芯背部同等作用的铁芯背部36，因此发生如消除45度周期的齿槽转矩的反相位的齿槽转矩。而且，作为这些两个波形重合的结果，齿槽转矩如图3C所示被除去。
[0051]为了消除随着电动机旋转一圈而发生M次的齿槽转矩(B卩、以(360/M)度的周期发生的齿槽转矩)，只要发生仅错开(360/M/2)度的奇数倍相位的齿槽转矩即可。从而，只要在如使铁芯背部仅分段错开(360/M/2)度的奇数倍的角度的位置形成贯通孔40即可。在图示的实施方式中，为了消除每旋转一圈就发生八次的齿槽转矩(即、M=S),以铁芯背部36的宽度W为最小值W2的铁芯背部36的各边的中点作为基准，在22.5度的位置形成贯通孔
40。此外，贯通孔40的尺寸及形状，基于在使电动机10实际工作时所检测出的齿槽转矩而进行最佳化。
[0052]如此，本实施方式，以产生消除起因于具有重复形状的铁芯背部36而发生的齿槽转矩的反相位的齿槽转矩的方式形成贯通孔40。由此，例如在小型的电动机或利用磁力大的磁铁的电动机中，即使在铁芯背部的宽度不均匀的情况下，也能够降低齿槽转矩。
[0053]接着，对与上述实施方式不同的本发明的其他实施方式进行说明。在以下说明中，对于与已说明的内容重复的事项适当省略说明。另外，对同一或对应的结构要素使用同一的附图标记。
[0054]图4A及图4B是用于说明第二实施方式的电动机50的概念图。在图4A及图4B中，以与图3A或图3B相同的方式概念性地表示电动机。即，具有由八次的重复次数构成的重复形状的铁芯背部52作为正八边形而示出。在本实施方式中转子54的磁极数为六个，并以正六边形图示。图4B表示形成有贯通孔56的电动机50，该贯通孔56用于消除起因于铁芯背部52的宽度不均匀而发生的齿槽转矩。而且，图4A表示未形成这种贯通孔56的电动机102。若参照图4B，则贯通孔56形成于:以铁芯背部52的宽度W为最小值W2的铁芯背部52的各边的中点作为基准沿周向仅错开22.5度的位置。这种贯通孔56形成于铁芯背部52仅分段错开22.5度的角度的位置。
[0055]对于图4B的电动机50，基于表示上述贯通孔56的适当的形成位置的计算式进行讨论。在本实施方式的电动机50中，每旋转一圈就发生与铁芯背部52的重复形状的重复次数(=8)和转子54的磁极数(=6)的最小公倍数M (=24)相等次数的齿槽转矩。S卩，齿槽转矩以15度周期发生。而且，铁芯背部52只要仅分段错开(360/M/2)度的奇数倍的角度即可。在本实施方式的情况下，由于M=24，因此(360/M/2)= (360/24/2) =7.5，上述22.5度的分段错开相当于7.5度的奇数倍。从而，即使在本实施方式的电动机50中也能够消除起因于铁芯背部52不均匀而发生的齿槽转矩。
[0056]图5是表示在图4A及图4B的电动机中齿槽转矩的检测结果的图。在图5中，实线表示在形成有用于消除齿槽转矩的贯通孔56的图4B的电动机50中的齿槽转矩的波形，虚线表示在未形成这种贯通孔56的图4A的电动机102中的齿槽转矩的波形。对比这些波形可知:曾以15度周期发生的齿槽转矩，被利用形成于预定位置的贯通孔56而发生的反相位的齿槽转矩消除，从而能够使其降低。
[0057]图6是用于说明第三实施方式的电动机60的概念图。电动机60的铁芯背部62作为具有由五次重复次数构成的重复形状的正五边形而示出。在半径方向上的铁芯背部62与外接圆X之间的距离表示铁芯背部62的宽度W。由于转子64具有六个磁极，因此以正六边形示出。在这种电动机60中，重复次数(=5)与磁极数(=6)的最小公倍数M为30。从而，在电动机60中，每旋转一圈就发生30次、S卩12度周期的齿槽转矩。在该情况下，由于(360/M/2) = (360/30/2) =6，因此只要使铁芯背部62仅分段错开6的奇数倍的角度即可。
[0058]在本实施方式的电动机60中，在从通过铁芯背部62的宽度W为最小值W2的铁芯背部62的各边的中点的基准位置距离30度的位置与42度的位置分别形成有贯通孔66。30度及42度都是6度的奇数倍。换言之，在从通过铁芯背部62的宽度W为最大值Wl的铁芯背部62的顶点的位置沿周向仅错开±6度的角度的位置，形成有一对贯通孔66、66。即，在本实施方式中，对形成重复形状的各个形状图案，一对贯通孔66、66以相互对称的方式形成。例如，在贯通孔66仅形成于从顶点位置错开+6度角度的位置的情况下，虽然利用贯通孔66能够降低上述12度周期的齿槽转矩，但是作为铁芯背部62的整体形状不对称，因此作为结果齿槽转矩残留。如此，在对于形成重复形状的各个图案形状，多个贯通孔66形成于铁芯背部上的情况下，优选这些多个贯通孔66以相互对称的方式定位。
[0059]图7是表示在图6的电动机60中齿槽转矩的检测结果的图。在图7中，实线表示:在相对于各形状图案形成有一对使铁芯背部分段错开仅30度及42度的角度的贯通孔66、66的电动机60中齿槽转矩的波形。另外，虚线表示:在相对于各形状图案仅形成有一个使铁芯背部62分段错开仅30度或42度的角度的贯通孔66的电动机中的齿槽转矩的波形。点线表示:在未形成贯通孔66的电动机中的齿槽转矩的波形。参照图7可知，即使在仅形成有一个带来30度或42度角度的铁芯背部的分段错开的贯通孔66情况下，与未形成贯通孔66的情况相比较，也能够降低齿槽转矩。另外还可以知道，在以30度及42度的两个角度的铁芯背部62分段错开的方式形成一对贯通孔66、66的情况下，能够更加有效地降低齿槽转矩。
[0060]图12是表示第二比较例的电动机60’的结构的概念图。在该比较例的电动机60’中，在连接铁芯背部62的中心与铁芯背部62的顶点的直线上形成有贯通孔68。若如此在与铁芯背部62的顶部相对应的位置形成贯通孔68，则铁芯背部62的宽度在周向上更加均匀化，因此推测能够降低齿槽转矩。但是，若采用这种结构，则铁芯背部62为仅分段错开36度角度的状态。在该比较例中，由于(360/M/2)=6，因此36度的角度错开为6度的偶数倍。从而，不能得到降低齿槽转矩的效果。图13是表示在第二比较例的电动机60’中齿槽转矩的检测结果的图。图13的虚线表示在形成有贯通孔68的电动机60’中所检测出的齿槽转矩的波形。图13的实线表示在未形成这种贯通孔68的电动机中所检测出的齿槽转矩的波形。如此，即使在与正多边形的顶点相对应的位置形成贯通孔，也不一定能够得到足够的降低齿槽转矩的作用。
[0061]图8A是表示变形例的电动机70的概念图。在上述实施方式中，为了发生消除起因于铁芯背部的宽度不均匀而发生的齿槽转矩的反相位的齿槽转矩，贯通孔形成于铁芯背部上。但是，为了使这种反相位的齿槽转矩发生，如图8A所示，也可以由凸部74代替贯通孔而形成于铁芯背部72上。即，在该变形例中，凸部74形成于铁芯背部72上。在图示的变形例中，虽然在铁芯背部72的各边的中点形成凸部74，但是不限于这种特定的结构。
[0062]图16是用于说明利用形成于定子铁芯上的凸部的铁芯背部分段错开的图。图16表示具备具有正八边形的外形的定子铁芯410的定子400。在定子铁芯410上留出45度的间隔地形成合计八个凸部412。在定子铁芯410中，由于形成凸部412的部位的磁通的路径局部地增大，因此能够得到与周期性地增大铁芯背部的宽度相同的效果。作为其结果，能够得到如下铁芯背部，该铁芯背部仅模拟地分段错开22.5度的角度，包含定子铁芯410的物理外形即正八边形的铁芯背部、和在图16中以虚线所示的模拟性的正八边形的铁芯背部两方。
[0063]图8B是表不另外的变形例的电动机80的概念图。在电动机80上形成有从铁芯背部82的外缘部向半径方向内侧凹陷的凹部84。由于凹部84以使铁芯背部的宽度变小的方式起作用，因此与形成上述贯通孔的情况相同地具有使铁芯背部分段错开的作用。从而，即使通过形成凹部84，也能够使反相位的齿槽转矩发生，该反相位的齿槽转矩用于消除起因于铁芯背部82的宽度不均匀而发生的齿槽转矩。此外，在图示的变形例中，虽然在铁芯背部82的顶点的位置形成凹部84，但是不限于这种特定的结构。
[0064]图9是表示另外的变形例的电动机90的概念图。在图9所示的电动机90中，铁芯背部92具有大致正方形的端面，并且沿着圆弧92b去除铁芯背部92的角部92a。这种角部92a欠缺的铁芯背部92是在需要穿过用于在例如凸缘等安装部件上固定定子的螺钉的情况下所采用的结构。由于即使在这种电动机90中，铁芯背部92的宽度也周期性地发生变化，因此根据在周向上发生变化的铁芯背部宽度与转子的磁极之间的关系，每旋转一圈就发生预定次数的齿槽转矩。为了降低这种齿槽转矩，即使在电动机90中，也与上述其他实施方式同样地，按照所检测出的齿槽转矩在每旋转一圈时的发生次数M，以铁芯背部92的相位仅错开(360/M/2)度的奇数倍的方式，将贯通孔、凸部或凹部(未图示)形成于铁芯背部92上。
[0065]如与图9相关联地进行了说明的那样，在本申请发明中的铁芯背部的重复形状不限于由正多边形形成的重复形状。在具备具有与正多边形相比更加复杂的重复形状的铁芯背部的电动机中，很难推测齿槽转矩的发生次数。由此，在这种电动机中，在形成贯通孔等之前使电动机工作而进行试验。通过分析作为其结果而检测出的齿槽转矩的波形，能够将如消除齿槽转矩的贯通孔等形成于铁芯背部上。例如，作为分析齿槽转矩的结果，若知道了齿槽转矩例如以45度的周期发生，则只要以给铁芯背部带来22.5度的相位错开的方式形成贯通孔等即可。即使齿槽转矩以多个成分、即多个不同的周期发生的情况下，也通过相对于各个齿槽转矩在预定的位置形成对应的贯通孔等，能够分别降低齿槽转矩。例如，在齿槽转矩包括每旋转一圈发生M次的成分与发生N次的成分两方的情况下，只要使铁芯背部仅分段错开(360/M/2)度的奇数倍，并且使其仅分段错开(360/N/2)度的奇数倍即可。
[0066]图10是表示另外的变形例的电动机10’的剖视图。在本变形例中，电动机10’的铁芯背部36由如下两个单个的结构部件形成:位于半径方向R的内侧的内方铁芯背部36a、与位于半径方向R的外侧的外方铁芯背部36b。如此，对于铁芯背部36由两个以上的被分割的部分形成的电动机，也可适用本发明。
[0067]作为用于使定子的铁芯背部分段错开的方法，对物理上分段错开铁芯背部的情况、与通过形成贯通孔、凸部或凹部而模拟地分段错开铁芯背部的情况两方进行了说明，但这些方式中任何一个都包含于本发明的范围内。在使铁芯背部物理上分段错开的情况下，由于通过仅变更定子铁芯的形状，能够得到所需的效果，因此具有能够比较廉价地制造电动机的优点。另一方面，在形成贯通孔、凸部或凹部的情况下，由于不需要对定子甚至电动机的外形加以变更，因此具有容易与现有的电动机替换的优点。
[0068]以上，说明了本发明的各种实施方式，但通过任意组合在本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征，也能够实施本发明，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。另外，本发明的概念，除了技术上明显矛盾的情况之外，即使在图示的实施方式以外的电动机中也能够同样适用。例如图示的实施方式的电动机，虽然具有永久磁铁埋入到转子铁芯的内部的结构，但在永久磁铁粘接在转子的表面上的其他类型的电动机上也能够适用本发明，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。如此，本发明的概念能够广泛适用于铁芯背部的宽度在周向上周期性地发生变化的电动机。
[0069]此外，即使在电动机还具有如上所述的追加的壳体、并且壳体具有足以形成与铁芯背部一体的磁通路径的磁性的情况下，铁芯背部的宽度应该解释为将铁芯背部与这种壳体两方进行累加的大小的宽度。而且，在具有壳体及铁芯背部的合计的宽度在周向上周期性地发生变化的形状的电动机中，也能够适用本发明的概念。如此，希望注意，在与本发明的关系中，铁芯背部甚至定子还能够解释为包含由磁性材料形成的壳体的意思。
[0070]本发明具有如下有益效果。
[0071]在铁芯背部的宽度不均匀的情况下，存在铁芯背部中的磁饱和局部地发生的倾向。从而，例如希望将电动机进行小型化的情况，或利用具有强大的磁力的磁铁的情况下，齿槽转矩的发生尤其可能成为问题。但是，根据上述发明，能够降低起因于铁芯背部的宽度不均匀而发生的齿槽转矩。
[0072]以上，用本发明的示例性的实施方式来图示和说明了本发明，但本领域技术人员应该理解，不脱离本发明的精神及范围，能够进行上述或各种变更、省略、追加。
【权利要求】
1.一种电动机(10、10’、50、60、70、80、90)，具有:定子(12)，所述定子(12)具有沿周向(C)留出预定间隔地形成的槽(34)、及穿过该槽(34)进行卷绕的线圈；以及转子(14、54、64)，所述转子(14、54、64)具有沿周向(C)留出预定间隔地配置并与上述线圈协同动作而产生驱动力的永久磁铁(24)，其特征在于， 上述定子(12)具有在通过上述槽(34)的半径方向(R)外侧的缘部的外接圆(X)与上述定子(12)的半径方向(R)外侧的缘部之间沿周向(C)延伸的铁芯背部(36、52、62、72、82、92)，该铁芯背部(36、52、62、72、82、92)具有沿半径方向(R)延伸的上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)的尺寸在周向(C)上发生变化的形状， 在起因于上述转子(14、54、64)的磁极数与上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)的上述形状，在上述转子(14、54、64)每旋转一圈时发生M次齿槽转矩的电动机中， 上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)仅分段错开360/M/2度的奇数倍的角度。
2.根据权利要求1所述的电动机(10、10’、50、60、70、80、90)，其特征在于， 孔(40、56、66)、凹部(84)或凸部(74)形成于上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)，上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)利用上述孔(40、56、66)、凹部(84)或凸部(74)而分段错开。
3.根据权利要求1或2所述的电动机(10、10’、50、60、70、80、90)，其特征在于， 上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)具有正多边形的外形。
4.根据权利要求2所述的电动机(10、10’、50、60、70、80、90 )，其特征在于， 在与上述齿槽转矩不同的追加的齿槽转矩，在上述转子(14、54、64)每旋转一圈时发生N次的电动机中， 以上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)仅分段错开360/N/2度的奇数倍的角度的方式，在上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)还形成追加的孔、凹部或凸部。
5.根据权利要求2至4中任何一项所述的电动机(10、10’、50、60、70、80、90)，其特征在于， 形成于上述铁芯背部(36、52、62、72、82、92)的上述孔(40、56、66)、凹部(84)或凸部(74)在周向(C)上以等间隔配置。
6.根据权利要求2至5中任何一项所述的电动机(10、10’、50、60、70、80、90)，其特征在于， 上述孔(40、56、66)、凹部(84)或凸部(74)由组形成，该组由多个孔、凹部或凸部构成，各组的上述多个孔、凹部或凸部相互对称地配置。
【文档编号】H02K1/16GK103779980SQ201310487610
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2012年10月17日
【发明者】前田拓也, 新井玲央 申请人:发那科株式会社