交流马达

摘要

本发明涉及交流马达。具体地，本发明所提供的无电刷交流马达具有转子、N个定子极组、和多个循环构造的定子绕组。转子具有交替的N(北)极和S(南)极以相等的间隔圆周地布置的磁极。定子具有分为N个定子极组的多个定子极。每个组圆周地形成在定子上，组的相邻的对中的每个的圆周位置互相差需要的量。定子绕组圆周地形成在定子上，每个绕组布置为相对于转子的轴向方向紧靠地邻近定子极组中的对应的一个。作为示例，定子极具有近似平行四边形形状，其中，在定子的轴向方向，定子极的顶侧和底侧在旋转方向具有近似相同的宽度，并且顶侧的位置和底侧的位置在旋转方向彼此偏移。

权利要求

1.一种交流马达，包括：

转子，其具有多个磁极，交替的北极和南极以相等的间隔圆周地布置；

定子，其具有N个定子极组，其中N为整数，每个定子极组圆周地形成在定子上，N个定子极组的相邻的对中的每个的圆周位置彼此差相同的量；及圆周地形成在定子上的多个循环构造的定子绕组，每个循环构造的定子绕组布置为相对于转子的轴向方向紧靠地邻近N个定子极组中的唯一一个，其中，两个梯形形状的定子极与一个平行四边形形状的定子极的结合，所述两个梯形形状的定子极中的一个相对于所述两个梯形形状的定子极中的另一个倒转地设置；

其中，从旋转方向上看，每个平行四边形形状的定子极的顶侧的宽度和底侧的宽度彼此相等；而每个梯形形状的定子极的顶侧的宽度和底侧的宽度彼此不同。

2.根据权利要求1所述的交流马达，其中，每个定子极的靠近该定子极的中心并且面向转子的至少两个角具有倒圆或斜面形状。

3.根据权利要求1所述的交流马达，其中，每个平行四边形形状的定子极和每个梯形形状的定子极的一部分被切除。

4.根据权利要求3所述的交流马达，其中，靠近具有平行四边形形状的定子极的中心的角区域被切除，并且在梯形形状的定子极的旋转方向上具有短的宽度的一侧的角区域被切除。

5.根据权利要求4所述的交流马达，其中，在全部定子极中，在相邻的定子极之间的最小空气间隙具有相同的长度。

6.根据权利要求4所述的交流马达，其中，面向转子的定子极具有相同的表面积。

7.根据权利要求1所述的交流马达，其中，在通过空气间隙面向定子表面的转子表面中，转子的轴向长度在轴向方向上长于定子的轴向长度，而且在转子的不同于所述通过空气间隙面向定子表面的转子表面的另一表面中，转子的轴向长度在轴向方向上不大于定子的轴向长度。

8.根据权利要求7所述的交流马达，其中，在轴向方向上，定子的长度在一个区域中不小于转子的长度，其中所述区域与转子在径向方向上分开，且它们的相对面的长度形成为空气间隙宽度的两倍或更多倍。

9.根据权利要求1所述的交流马达，其中，定子包括多个分开的定子芯，每个定子极形成在每个分开的定子芯上，并且每个分开的定子芯上面向相邻分开的定子芯的表面的总面积大于每个分开的定子芯的截面积。

10.根据权利要求1所述的交流马达，其中，定子芯的相对的面形成为矩形形状。

说明书

交流马达

[0001] 对相关申请的交叉引用

[0002] 本申请涉及2005年4月28日提出的日本专利申请No.2005-132251且要求其优先权，其内容在这里通过参考加入。

技术领域

[0003] 本发明涉及适合安装在汽车、卡车等内的交流马达。

背景技术

[0004] 在现有技术中，同步交流马达的类型，并且特别是无电刷马达的类型，已知为具有形成为围绕定子极缠绕的密集地堆积的导体层的定子绕组，例如在日本专利公开出版物No.JPH6-261513(参看第三页，和其中的图1到3)中所描述的。

[0005] 在日本专利公开出版物No.H6-261513中披露的这样的现有的无电刷马达的构造目前在工业和家庭应用中都得到广泛使用。然而，由于需要围绕各自的定子极中的每个形成绕组，绕组中的每个布置在定子槽内，这样的无电刷马达具有复杂的结构。因此，制造生产率低。此外，以小型尺寸生产这种类型的无电刷马达或以低成本制造这种类型的无电刷马达是困难的。

[0006] 为了解决上述现有问题，根据本发明，发明人已经发明了改进的技术“具有形成为循环线圈的定子绕组的同步交流马达，及用于该交流马达的控制设备”，并在有关文献中进行了披露。此改进的技术示出了同步交流马达，并且特别是无电刷马达，其具有简单的构造并且容易制造，其能够以小型尺寸制造，能够高效率运转，并且制造成本低。该技术还提供用于这样的交流马达的控制设备。此同步交流马达具有转子、定子、和多个循环构造的定子绕组。转子具有圆周地形成的多个磁极，N极和S极相继交替。定子具有围绕其内圆周形成的多个定子极，设置为N个定子极组(其中N为复数整数)，N个定子极组的相邻的对中的每个的圆周位置和轴向位置彼此差相同的量。多个循环构造的定子绕组圆周地形成在定子上，每个循环构造的定子绕组布置为紧靠地邻近N个定子极组中的对应的一个(相对于转子的轴向方向)。

[0007] 由于以下事实，使得使用这样的循环构造的定子绕组成为可能：通过现有形式的定子绕组，每个绕组相继地围绕多个定子极中的每个缠绕多次，那些定位在相邻的极之间中间位置的定子绕组部分产生彼此抵消的磁化力，因为值相等并且方向相反的各自的电流流过定子绕组的这些部分。因此，这与没有电流流过定子绕组的这些部分的情况等价，使得这些能够被省略。使用根据改进的技术的循环构造的定子绕组的优点为能够充分地减少需要用于形成定子绕组的铜的量，并且另外，马达能够获得增加的输出转矩和增加的效率。此外，能够降低制造成本，例如，因为不必要围绕定子极盘绕定子绕组，制造被简化，并且马达的重量能够制造得更轻。另外，由于前述定位在现有技术类型的同步交流马达中的相邻的定子极中的每对之间的绕组部分被省略的事实，与这样的马达的现有技术类型比较，可能增加根据改进的技术的同步交流马达的定子极的数量。

[0008] 此外，由于定子极的位置能够以平衡的方式沿转子的轴向方向以及围绕定子的内圆周分布的事实，与沿单一的圆周路径定位的具有少量的定子极相对，得到进一步的优点。特定地，由转子极作用在定子上的磁吸引力以分布的方式施加，由此减小这些力使得定子变形的倾向。因此，能够减小由这样的变形导致的振动和噪声。

[0009] 发明人已经将他的注意力贯注于根据定子极的形状增加交流马达的输出转矩并且减小其转矩波动，因为消除了定子线圈端，具有改进的定子极形状的交流马达以更加小型的尺寸制造，并且形状可能具有高自由度，并且由此因为具有3维磁路径，减小变动转矩(coggingtorque)和转矩波动。

发明内容

[0010] 通过上面提到的需要已经实现本发明，本发明的一个目的为提供具有简单的构造并且容易制造的新的和改进的交流马达，其能够以小型尺寸制造，能够以高效率运转，并且制造成本低。

[0011] 一方面，为了实现上述目的，本发明提供了一种交流马达，包括：转子，其具有多个磁极，交替的北极和南极以相等的间隔圆周地布置；定子，其具有N个定子极组，其中N为整数，每个定子极组圆周地形成在定子上，N个定子极组的相邻的对中的每个的圆周位置彼此差相同的量；及圆周地形成在定子上的多个循环构造的定子绕组，每个循环构造的定子绕组布置为相对于转子的轴向方向紧靠地邻近N个定子极组中的唯一一个，其中，两个梯形形状的定子极与一个平行四边形形状的定子极的结合，所述两个梯形形状的定子极中的一个相对于所述两个梯形形状的定子极中的另一个倒转地设置；其中，从旋转方向上看，每个平行四边形形状的定子极的顶侧的宽度和底侧的宽度彼此相等；而每个梯形形状的定子极的顶侧的宽度和底侧的宽度彼此不同。

[0012] 优选地，每个定子极的靠近该定子极的中心并且面向转子的至少两个角具有倒圆或斜面形状。

[0013] 优选地，每个平行四边形形状的定子极和每个梯形形状的定子极的一部分被切除。

[0014] 优选地，靠近具有平行四边形形状的定子极的中心的角区域被切除，并且在梯形形状的定子极的旋转方向上具有短的宽度的一侧的角区域被切除。

[0015] 优选地，在全部定子极中，在相邻的定子极之间的最小空气间隙具有相同的长度。

[0016] 优选地，面向转子的定子极具有相同的表面积。

[0017] 优选地，在通过空气间隙面向定子表面的转子表面中，转子的轴向长度在轴向方向上长于定子的轴向长度，而且在转子的不同于所述通过空气间隙面向定子表面的转子表面的另一表面中，转子的轴向长度在轴向方向上不大于定子的轴向长度。

[0018] 优选地，在轴向方向上，定子的长度在一个区域中不小于转子的长度，其中所述区域与转子在径向方向上分开，且它们的相对面的长度形成为空气间隙宽度的两倍或更多倍。

[0019] 优选地，定子包括多个分开的定子芯，每个定子极形成在每个分开的定子芯上，并且每个分开的定子芯上面向相邻分开的定子芯的表面的总面积大于每个分开的定子芯的截面积。

[0020] 优选地，定子芯的相对的面形成为矩形形状。

[0021] 另一方面，为了实现上述目的，本发明提供的交流马达具有转子；定子；和多个循环构造的定子绕组。转子具有多个磁极，交替的N(北)极和S(南)极以相等的间隔圆周地布置。定子具有N个定子极组。参考字符N指定复数整数。每个定子极组圆周地形成在定子上。每个定子极组具有多个定子极，N个定子极组的相邻的对中的每个的圆周位置彼此差相同的量。多个循环构造的定子绕组圆周地形成在定子上，每个循环构造的定子绕组布置为相对于转子的轴向方向紧靠地邻近N个定子极组中的对应的一个。在交流马达中，面向转子的磁极的定子极的相对的面形成为带有具有用于平滑流过定子极的磁通量的旋转的变化率的分布状态的区域。

[0022] 在本发明的交流马达中，循环构造的绕组设置或放置在垂直于转子的轴向方向的的表面上，并且从某相的定子极的表面通到另一相的定子极的表面的磁路径在通过定子的外圆周的三维空间内形成。此构造能够提供绕组在轴向方向没有任何突出部分的交流马达，即消除了绕组在轴向方向的任何突出部分，并且减小对应该突出部分的磁阻或磁阻抗。由此，可能以小型尺寸制造交流马达。

[0023] 假设磁通量在具有上述构造的交流马达内的三维空间内流动，可能自由地设计定子内的定子极的表面形状。此外，因为面向转子的定子极的区域具有用于平滑流过定子极的磁通量的旋转的变化率的分布状态，可能减小变动转矩和转矩波动。

[0024] 根据本发明的另一个方面，交流马达具有转子、定子、和多个循环构造的定子绕组。转子具有多个磁极，交替的N(北)极和S(南)极以相等的间隔圆周地布置。定子具有N个定子极组。参考字符N指定复数整数。每个定子极组圆周地形成在定子上。每个定子极组具有多个定子极，N个定子极组的相邻的对中的每个的圆周位置彼此差相同的量，并且每个定子极的一部分的轴向位置彼此差相同的量。多个循环构造的定子绕组圆周地形成在定子上，循环构造的定子绕组中的每个布置为相对于转子的轴向方向紧靠地邻近N个定子极组中的对应的一个。在交流马达中，通过空气间隙面向定子的相对的面的转子的相对的面的轴向长度长于定子的轴向长度。

[0025] 由此，通过形成在轴向方向长度长于定子的转子，可能减小在相邻的定子极之间产生的漏磁通量和磁通量在三维空间内迂回路线的现象。这能够仅通过定子极的表面积确定磁通量的大小。能够认为在定子极的顶侧和底侧的磁通量的变化率与定子极的其它部分内的磁通量的变化率相似。由此，可能设计具有简单的构造的具有减小的变动转矩和转矩波动的交流马达。

附图说明

[0026] 接下来将参考附图，通过示例描述本发明的优选的、非限制性的实施例，其中：

[0027] 图1为根据本发明的实施例，在通过转子轴线的平面内取的3相无电刷马达的截面图；

[0028] 图2为图1所示3相无电刷马达的转子的外周边的展开的圆周视图；

[0029] 图3为图1所示无电刷马达的定子的内周边的展开的圆周视图，特别地，示出了定子的定子极之间的位置关系；

[0030] 图4为示出了图1所示3相无电刷马达的定子绕组的展开的圆周视图；

[0031] 图5为图1所示3相无电刷马达的定子的内周边的另一个示例的展开的圆周视图；

[0032] 图6为图1所示3相无电刷马达的定子的内周边的另一个示例的展开的圆周视图；

[0033] 图7为图1所示3相无电刷马达的定子的内周边的另一个示例的展开的圆周视图；

[0034] 图8为图1所示3相无电刷马达的定子的内周边的另一个示例的展开的圆周视图；

[0035] 图9为示出了连接图1所示3相无电刷马达的定子极表面和转子的外周边的磁路径的截面图；

[0036] 图10为图1所示3相无电刷马达的定子的内周边的另一个示例的展开的圆周视图；

[0037] 图11为示出了连接图1所示3相无电刷马达的定子极表面和转子的外周边的磁路径的截面图；

[0038] 图12为图1所示3相无电刷马达的定子的内周边的另一个示例的展开的圆周视图；

[0039] 图13为图1所示3相无电刷马达的定子的内周边的另一个示例的展开的圆周视图；

[0040] 图14为图1所示3相无电刷马达的定子的内周边的另一个示例的展开的圆周视图；

[0041] 图15为根据本发明的实施例的3相无电刷马达的另一个示例的截面图；

[0042] 图16为根据本发明的实施例的3相无电刷马达的另一个示例的截面图；

[0043] 图17A和17B为3相无电刷马达的定子的内周边的展开的圆周视图；

[0044] 图17C为根据本发明的实施例的3相无电刷马达的定子的内周边的另一个最佳的示例的展开的圆周视图；

[0045] 图18为根据本发明的实施例的装配前的3相无电刷马达的另一个示例的分解视图；

[0046] 图19为装配以后的图18所示的3相无电刷马达的截面图；

[0047] 图20为根据本发明的实施例的装配前的3相无电刷马达的另一个示例的分解视图；

[0048] 图21为装配以后的图20所示的3相无电刷马达的截面图；及

[0049] 图22为根据本发明的实施例的3相无电刷马达的另一个示例的定子的配合表面的平面图。

具体实施方式

[0050] 在下文中，将参考附图描述本发明的不同的实施例。在接下来对不同实施例的描述中，贯穿该数张图，相似的参考字符或数字指定相似或相当的部件。

[0051] 实施例

[0052] 现在将参考附图描述应用于根据本发明的交流马达的无电刷马达。

[0053] 图1为沿通过数字100指定的无电刷马达的实施例的马达轴取的截面图。这是3相8极马达，其具有安装在轴承3上的转子轴11、具有永磁体12的转子10、和定子14，这些部件装入壳体22。

[0054] 转子10具有围绕其周边圆周地布置的永磁体12，永磁体12的N极和S极相继交替地设置，如图2中围绕转子10的外周边取的展开的圆周视图所示。转子10的360度圆周(机械角度)相当于1440度电角度。

[0055] 定子14提供有四个U相定子极19、四个V相定子极20、和四个W相定子极21，其中的每个径向向内朝向转子10的周边伸出。图3为定子14的展开的圆周视图，示出了定子14的这些定子极19、20、和21之间的位置关系。

[0056] 如图3所示，U相定子极19以规则的间隔围绕共同的圆周路径设置。V相定子极20相似地围绕邻近U相定子极19的圆周路径的共同的圆周路径设置，并且W相定子极21也围绕邻近V相定子极20的圆周路径的共同的圆周路径设置。在下文中，四个U相定子极
19的集合将被称作定子极组19，四个V相定子极20的集合将被称作定子极组20，并且四个W相定子极21的集合将被称作定子极组21。其中，定位在外端位置(相对于转子轴11的方向)的定子极组19和定子极组21将被称作边缘位置定子极组，而定子极组20将被称作中间定子极组。

[0057] 如图3所示，U、V和W定子极组19、20、21在圆周方向并且还沿转子轴向方向分别彼此位移特定的量。在具体的示例中，圆周位移的量为30度(机械)角度，其相当于120度电角度(即，相位差)，因为圆周的定子极节距(在每个定子极组内)对应360度相位变化。

[0058] 永磁体12的节距(即，两个相邻的N极或两个相邻的S极之间的角度位移)对应360度电角度。相似地，如上面提到的，在每个定子极组内的定子极的节距也相当于360度电角度。

[0059] U相定子绕组15和V相定子绕组16相继地布置(沿转子的轴向方向)在定子14的定子极组19和定子极组20之间，即，U相定子绕组15和V相定子绕组16分别地邻近定子极组19和定子极组20，而V相定子绕组17和W相定子绕组18相似地相继地布置，使得V相定子绕组17紧密地邻近定子极组20并且W相定子绕组18紧密地邻近定子极组21。图4示出了此构造，即示出了展开的圆周视图，用于说明这些绕组在定子14上的设置方式。U相定子绕组15、V相定子绕组16、V相定子绕组17和W相定子绕组18中的每个形成为具有循环构造，并且围绕定子14的内圆周延伸360度。

[0060] 相位相继差120度，在下文中称作Iu、Iv和Iw的三相(3相)交流电流分别在U相定子绕组15、V相定子绕组16、V相定子绕组17和W相定子绕组18内流动。

[0061] 顺时针方向(在沿马达轴的方向看时)的相绕组内的电流方向(在任何特定的瞬时)将被任意地指定为电流的正方向，在逆时针方向的电流被指定为负方向。假设负电流(-Iu)在U相定子绕组15内流动。在那种情况下，正电流(+Iv)在V相定子绕组16内流动，而负电流(-Iv)在V相定子绕组17内流动，并且正电流(+Iw)在W相定子绕组18内流动。图1中，参考数字90指定位置传感器。

[0062] 在日本专利公开出版物No.JP2005-160285中详细描述了每个相定子极的形状，因此为了简短，在这里省略了对它们的解释。因为通过定子14的磁通量在具有上述构造的无电刷交流马达内沿在三维空间内的方向流动，可能自由地设计定子表面的形状。

[0063] 当定子14内的每个定子极的表面区域对转子12的电角度形成为具有正弦波形状时，定子14内的磁通量的变化率对转子12的旋转角度变成正弦波形状。此构造具有减小变动转矩和转矩波动的特征。

[0064] 为了实现该特征，每个定子极的表面形状具有正弦波形状或近似的正弦波形状并且具有180度电角度的宽度应该是优选的，例如，如图5和图6所示。即，定子极中的每个，定子极14中的U相定子极191、V相定子极201、和W相定子极211对转子12的表面形状中的一侧形成为线形并且其另一侧形成为圆形形状(参看图5)，或每个定子极，定子极14中的U相定子极192、V相定子极202、和W相定子极212对转子12的表面形状的两侧形成为圆形形状(参看图6)，是可以接受的。

[0065] 此外，虽然图5和图6示出了每相在转子12和定子14的轴向方向偏移，本发明的概念不受偏移方向的位置限制。

[0066] 图5和图6示出了每个定子极的表面具有平滑的正弦波形状的理想情况。实际上将每个定子极的表面形成为具有这样的复杂的平滑的正弦波形状是困难的。此外，为了防止在相邻的磁极之间发生干涉，将磁极形成为具有不同的位置是必要的，即在转子12的轴向方向彼此偏移。这在定子14内引入死区，并且由此不可能高效地使用通过定子14中的定子极产生的磁通量。

[0067] 为了避免此缺点，定子极193、203、和213中的每个的上侧和底侧形成为线并且具有相同的宽度(参看图7)，并且定子极的上侧和下侧的每个绕组的旋转的位置彼此偏移例如60度。这使得可以容易地制造如图7所示平行四边形形状的定子极。每个定子极的上部线和底部线之间的60度旋转偏移角度能够提供最大磁通量，并且使得磁通量的变化率中的高次谐波成分最小，并且能够减小变动转矩和转矩波动。另一个旋转偏移角度也能够减小变动转矩和转矩波动。图7清晰地示出了相邻的定子极193和203、相邻的定子极203和213...在60度的范围内重叠。

[0068] 形成为如图7所示的这样的平行四边形形状并且满足上述条件的定子极能够避免在相邻的定子极194、204、和214之间导致的干涉，即使每相在轴向方向延伸到极限，如图8所示。此构造能够提供使用最大磁通量的效果。

[0069] 此外，定子14的每相中的定子极具有相同的面积能够减小变动转矩和转矩波动，因为在这些相之间的区域内平衡。

[0070] 相反，当定子极的表面具有图8所示形状时，因为将定子极194、204、和214的表面连接到定子14的外周边的磁路径194A、204A、和214A(参看图9)受到形成为具有循环构造的定子绕组限制，并且由于图9所示连接到定子极表面的磁路径194A、204A、和214A的截面积，那些磁路径面积受限制，经常发生磁饱和。

[0071] 通过图10所示的平行四边形的定子极195和215和梯形的定子极205的结合的构造可能避免此缺点。

[0072] 如图10所示，定子极195和215具有梯形形状并且定子极205具有平行四边形形状，同时维持或保持图8所示磁极的面积。定子极195设置为对定子极215倒转，其中定子极195的梯形的顶侧转变为与定子极215的梯形的底侧设置在一起。由此，磁路径195A、205A、和215A中的每个可能具有增加的截面积，同时维持或保持定子极195、205、和215的总面积在面积上与图8所示定子极相等。在图10所示情况中，因为定子极205的平行四边形形状没有变化，即与图8所示定子极204的形状相同，必须增加定子极205的磁路径205A在轴向方向的面积，以便保持或维持通过定子极195中的磁路径205A和215A的增加的面积的磁通量的平衡，如图11所示。

[0073] 虽然仅就定子极的表面和绕组的截面积解释了定子极的特征，实际的磁路径具有复杂的三维形状。因此，能够容易地通过使用图11所示梯形磁路径195A和215A形成磁路径。

[0074] 如上所述，考虑到变动转矩和转矩波动，具有图5和6所示的相似的正弦波形状的定子极191、192、201、202、211、和212好于具有图8和图10所示的形状的定子极。然而，具有图8和图10所示形状的定子极在制造和磁通量效率方面好于具有图5和6所示的相似的正弦波形状的定子极191、192、201、202、211、和212。与图5和图6所示的后面的形状相比较，图8和图10所示的前面的形状能够容易地形成。

[0075] 此外，用斜面或半径解除具有图8和10所示形状的每个定子极的边缘部分以便接近正弦波形状和形态应该更好。考虑到与正弦波形状的区别，因为在平行四边形形状或梯形形状的四个角中较靠近定子极的中心的两个角在构造上与正弦波形状不同，如图12和图13所示，至少用斜面或用半径解除平行四边形或梯形形状的角194B、195B、204B、205B、214B、和215B。此构造能够减小变动转矩和转矩波动。

[0076] 考虑到图8和图10所示的定子极的形状，当定子极在轴向方向具有长尺寸或当定子极的数量变大时，定子极的表面变得在纵向方向比在侧向方向长很多。此形状导致降低定子极的强度并且使得连接定子极的表面与定子绕组的磁路径复杂的缺点。为了减小或避免此缺点，切除定子极195、205、和215的一部分是优选的。然而，定子极在纵向方向的长度没有减小，但是一相内的每个定子极要被切除的部分在磁性上等于在另一相内要被切除的部分。例如，如图14所示，切除两个部分，即，一个为靠近近似平行四边形的定子极205的中心的角部分205C，并且另一个为部分195C和215C，其每个的宽度在近似为梯形的定子极195和215的旋转方向较短。当那些相内的部分被切除相同的面积时，实现减小定子极在轴向方向的长度，同时保持磁通量在每相内的变化率。此构造同时引入容易制造和高性能。

[0077] 当在相邻的定子极，例如，在相邻的定子极195和205之间，和在相邻的定子极205和215之间，具有最小的空气间隙长度的区域的长度形成为在全部定子极对中具有相同的长度时，可能在相邻的定子极之间具有相等或相当的漏磁通量。此构造也能够减小变动转矩和转矩波动。通过减小在相邻的定子极之间的此区域和相对区域的长度到尽可能小，可能进一步减小漏磁通量的大小并且增加无电刷交流马达的转矩。

[0078] 根据本发明的实施例的上述不同的修改在定子极的磁通量的大小通过每个定子极的表面积确定的条件下解释。然而，因为在实际的无电刷交流马达中相邻的定子极之间的三维空间内存在漏磁通量，所以不能仅通过定子极的表面积确定磁通量的大小。

[0079] 本发明提供减小或消除对实际的无电刷交流马达中相邻的定子极之间的三维空间内的磁通量的迂回路线的影响的改进的方法。为了减小或消除上述影响，图15示出了形成无电刷交流马达的方法，其中，转子10A在其轴向方向的长度长于定子14的长度L1(顶端)和L2(底端)。虽然具有L1＞L2或L1＜L2的长度关系是可以接受的，最佳的情况为L1＝L2的条件。根据本发明的无电刷交流马达具有的定子极的位置在定子的轴向方向每相不同。在该情况下，可能由于在三维空间内的磁通量的迂回路线的存在导致每相内的磁通量的变化率不平衡。为了消除此问题，当转子10A形成为在轴向方向长度长于定子14时，可能在上端和下端获得与在定子极19、20、21中其它部分相似的磁通量变化。

[0080] 由此可能设计具有简单构造的定子极的交流马达，其具有小的变动转矩和减小的转矩波动。

[0081] 此外，形成图16所示的无电刷交流马达是可以接受的，其中转子10的相对的面在转子10的轴向方向长于定子14的台阶部分195D和215D。即，如图16所示，定子14的相对的面具有台阶部分195D和215D和剩余部分。定子14的整个长度在轴向方向等于或长于转子10并且除了台阶部分195D和215D的剩余部分短于转子也是可以接受的。可能减小死区并且增加用于绕组的面积，并且由此当与图15所示转子在轴向方向长于定子的构造相比较时增加交流马达的输出转矩。当相对面的长度形成为空气间隙宽度的两倍或更多倍时，还可能实现在转子10和定子14的较长的区域之间到转子10近似无漏磁通量。

[0082] 接下来，将描述减小在相邻的定子极之间导致的漏磁通量的影响的方法。

[0083] 在小尺寸马达或大量定子极的情况下，可能在相邻的定子极之间没有大的空气间隙。例如，考虑到磁体和磁体饱和的利用因素，在图17A所示理想的情况下，更优选为增加每个定子极的宽度到尽可能大并且减小相邻的定子极之间的空气间隙到尽可能小。然而，当定子的内直径非常小并且定子极的数量大时，图17A所示的构造在相邻的定子极之间具有非常小的空气间隙并且增加漏磁通量。从而，漏磁通量的大小增加，特别是在交流马达启动时。这导致即使大量电流流过时，交流马达的输出转矩不增加的现象。

[0084] 图17B所示的情况不能解决上述缺点，因为在相同数量的定子极的情况下，当相邻的定子极之间的空气间隙增加时，每个定子极的宽度必须减小。图17B所示的情况也减小了交流马达的输出转矩。

[0085] 为了避免或解决上述缺点，减小定子极的数量是优选的。例如，如图17C所示，一半数量的定子极在不减小每个定子极宽度的情况下足够地增加了相邻的定子极之间的空气间隙的宽度。另外，当定子极的数量减小一半时，每个定子极内产生的输出转矩必须增加到两倍。然而，当每个定子极具有小内直径并且定子具有大量定子极时，输出转矩不可能增加到两倍或更多。

[0086] 如上所述，当相邻的定子极具有足够的空气间隙时，可能通过在旋转方向偏移每个定子极的位置来减小变动转矩和转矩波动。特别是，当每个定子极的位置偏移30度时，可能在抑制输出转矩减小的同时减小变动转矩和转矩波动。

[0087] 在具体制造交流马达时，导致变动转矩和转矩波动的一个因素为在交流马达的分开的部分内产生的磁阻或磁阻抗。存在不同的方法用于实现根据本发明的交流马达的定子的构造。图18示出了构造的典型示例，其中每相的定子极在轴向方向分为多个部分，并且定子极的分开的部分通过绕组装配。

[0088] 当定子芯具有图18所示构造时，相对的面19E、20E、和21E(在图18所示定子的外圆周表面上)变成磁阻或磁阻抗元件。通过相对的面19E、20E、和21E(在图18所示定子的外圆周表面上)，定子的分开的部分的相对的面如图19所示配合到彼此，在该情况下，整个三维磁通量路径的磁阻增加，并且由此输出转矩降低。因为在实施例的无电刷交流马达中，分开的部分具有通过其中的不同数量的绕组，由此发生磁通量的不平衡，即使每个分开的定子芯具有与磁阻抗相同的磁阻。该不平衡产生变动转矩和转矩波动。因为将每个分开的部分制造为具有相同的磁阻或设定磁阻为最佳的值，使得能够消除每相内的磁通量变化的不平衡非常困难，所以最佳的方法为减小每个分开的部分的磁阻到尽可能小，以便消除每个分开的部分内的磁通量变化的不平衡。

[0089] 一种可能的方法为在不增加交流马达的总尺寸的情况下增加定子芯的分开的部分19、20、和21的相对的面19E、20E、和21E的每个面积到尽可能大。

[0090] 图20示出了实现上述可能的方法的示例。如图20所示，定子芯的分开的部分19和21分别具有形成在其外周边的台阶部分19F和21F。此外，分开的定子部分20具有形成在其外周边两端的台阶部分20F。分开的定子芯20的台阶部分20F与分开的定子芯19和21的对应的台阶部分19F和21F配合，如图21所示。然而，本发明不限于图20所示的台阶部分19F、20F、和21F的此形状，形成具有其它形状的台阶部分是可以接受的，除非在保持交流马达的总尺寸的同时增加每个相对的面的面积。如图20所示，每个定子极形成在每个分开的定子芯19，20，21上，并且每个分开的定子芯上面向相邻分开的定子芯的表面的总面积AA大于每个分开的定子芯的截面积BB。

[0091] 如图22所示，可能通过使用其中仅定子芯的相对的面14B形成为矩形形状的构造进一步增加定子芯的相对的面的面积。相对的面14B的面积大于定子芯的圆柱形部分的外周边14A。因为通常的交流马达具有在垂直于转子的轴向方向的表面上产生的磁通量路径，上述可能的方法导致定子极之间的磁通量的不平衡的状态。然而，因为磁通量在具有根据本发明的上述构造的无电刷交流马达的相对的面处在轴向方向流动，不会发生任何不平衡。

[0092] 本发明的特征和效果

[0093] 如上所述，本发明提供交流马达，其具有转子、定子、和多个循环构造的定子绕组。转子具有多个磁极，交替的N(北)极和S(南)极以相等的间隔圆周地布置。定子具有N个定子极组，其中N为复数整数。每个定子极组圆周地形成在定子上，并且每个定子极组具有多个定子极，N个定子极组的相邻的对中的每个的圆周位置彼此差相同的量。多个循环构造的定子绕组圆周地形成在定子上，每个循环构造的定子绕组布置为相对于转子的轴向方向紧靠地邻近N个定子极组中的对应的一个。在交流马达中，面向转子的磁极的定子极的相对的面形成为带有具有用于平滑流过定子极的磁通量的旋转的变化率的分布状态的区域。

[0094] 在本发明的交流马达中，循环构造的绕组设置或放置在垂直于转子的轴向方向的表面上，并且从某相的定子极的表面通到另一相的定子极的表面的磁路径在通过定子的外圆周的三维空间内形成。此构造能够提供绕组在轴向方向没有任何突出部分的交流马达，即消除了绕组在轴向方向的任何突出部分，并且减小对应该突出部分的磁阻或磁阻抗。由此，可能制造小型尺寸的交流马达。

[0095] 假设磁通量在具有上述构造的交流马达内的三维空间内流动，可能自由地设计定子极的表面形状。此外，因为面向转子的定子极的区域具有用于平滑流过定子极的磁通量的旋转的变化率的分布状态，可能减小变动转矩和转矩波动。

[0096] 此外，根据本发明的另一个方面，每个定子极具有近似平行四边形形状的构造，其中定子极的顶侧和底侧长度相同，并且它们在旋转方向偏移。能够容易地制造具有该构造的定子极。在旋转方向偏移60度使得磁通量最大并且磁通量的变化率的高次谐波成分最小。在旋转方向偏移的另一个角度具有减小变动转矩和转矩波动的效果。

[0097] 此外，根据本发明的另一个方面，通过结合近似平行四边形形状和近似梯形形状的定子极的构造，可能在保持定子极的总面积的同时，具有通过定子极的表面和定子的外圆周的磁路径的大截面积。在该构造中，因为近似平行四边形形状的定子极的面积没有变化，必须增加在近似平行四边形形状的定子极内的磁路径在轴向方向的面积，以便保持两种形状的定子极的平衡。

[0098] 此外，根据本发明的另一个方面，必须用斜面或用半径解除每个定子极的边缘部分，以便接近定子极的正弦波形状。特别地，可能通过倒圆定子极的至少两个角来减小变动转矩和转矩波动，因为那两个靠近定子极中心的角在构造上与正弦波形状不同。

[0099] 此外，根据本发明的另一个方面，通过切除定子极的一部分，可能防止当定子极具有在轴向方向长的侧并且极的数量大时定子极的表面变成非常拉长形状的情况。此构造和方法能够解决维持定子极的表面的强度困难和形成从定子极的表面到绕组部分的磁路径困难的缺点。

[0100] 此外，根据本发明的另一个方面，当每相的定子极被切除相同的区域时，可能在保持每相中的磁通量变化率的同时，减小定子极在轴向方向的长度。

[0101] 此外，根据本发明的另一个方面，通过设定在相邻的定子极之间具有最小空气间隙的区域的长度，可能使得每相中相邻的定子极之间的漏磁通量的量相等。此方法能够减小由于三相中漏磁通量的不平衡导致的变动转矩和转矩波动。优选将空气间隙的长度和相邻的定子极之间相对的面的面积形成为尽可能小，以便减小漏磁通量并且增加交流马达的输出转矩。

[0102] 此外，根据本发明的另一个方面，每个定子极的表面积形成为具有相同的面积是优选的。

[0103] 此外，根据本发明的另一个方面，通过形成长度在轴向方向长于定子的转子，可能减小在相邻的定子极之间产生的漏磁通量和三维空间中的磁通量的迂回路线的现象。这能够仅通过定子极的表面积确定磁通量的大小。能够认为磁通量在定子极的顶侧和底侧的变化率与定子极的其它部分中的磁通量变化率相似。由此可能设计具有简单构造的交流马达，其具有小的变动转矩和转矩波动。

[0104] 此外，本发明的概念适用于具有面向定子的相对侧的长度长于定子的转子的交流马达。

[0105] 此外，根据本发明的另一个方面，通过将较长的部分形成为长于定子和转子之间的空气间隙的宽度的两倍，可能消除在转子和定子的长度长于转子的部分之间产生的漏磁通量。

[0106] 此外，本发明的概念适用于具有减小的数量的定子极的交流马达。在现有技术中，当交流马达为小尺寸或具有大量极时，在相邻的定子极之间具有大的空气间隙是困难的。为了解决现有的缺点，必须在相邻的定子极之间具有大的空气间隙。然而，当在不减小极的数量的情况下在相邻的定子极之间形成大的空气间隙时，必须减小每个定子极的宽度。这减小了交流马达的输出转矩。相反，根据本发明的交流马达，当极的数量减小一半时，可能在相邻的定子极之间具有足够的空气间隙宽度，并且由此没有必要减小空气间隙的宽度。
当定子极的数量减小一半时，每个定子极产生的输出转矩需要增加到两倍。然而，当定子极具有小内直径和定子极的数量时，可能足够地增加输出转矩多于两倍。例如，当邻近彼此的定子极形成为具有240度电角度的间隔时，可能具有相同的效果。

[0107] 从而，如果相邻的定子极之间的空气间隙设定到足够的宽度，可能通过在旋转方向偏移定子极的位置来减小变动转矩和转矩波动。在偏移其30度时，可能在不减小输出转矩的情况下减小变动转矩和转矩波动。

[0108] 此外，根据本发明，可能将分开的定子芯的将要配合到彼此的相对的面的面积形成为尽可能大。

[0109] 在具体制造交流马达时，导致变动转矩和转矩波动的一个因素为在交流马达的分开的部分内产生的磁阻或磁阻抗。当交流马达的定子芯具有由多个分开的定子芯构成的这样的构造时，相对的面变成磁阻或磁阻抗元件。在该情况下，整个三维磁通量路径的磁阻增加，并且由此输出转矩降低。

[0110] 此外，因为在本发明的无电刷交流马达中，分开的部分具有通过其中的不同数量的绕组，由此发生磁通量的不平衡，即使每个分开的定子芯具有相同的磁阻。

[0111] 该不平衡产生变动转矩和转矩波动，即使每个分开的部分具有相同的磁阻或磁阻抗。因为将每个分开的部分制造为具有相同的磁阻或设定磁阻为最佳的值，使得能够消除每相内的磁通量变化的不平衡非常困难，最佳的方法为减小每个分开的部分的磁阻到尽可能小，以便消除每个分开的部分内的磁通量变化的不平衡。一种可能的方法为在不增加交流马达的总尺寸的情况下，增加定子芯的分开的部分的相对的面的每个面积到尽可能大。然而，本发明不限于具有如图所示的分开的部分的实施例。将分开的定子芯形成为具有不同形状的相对的面是可以接受的，该相对的面的面积设定为尽可能大，同时保持交流马达的总侧尺寸。

[0112] 另外，根据本发明的另一个方面，通过将定子芯的相对的面的面积形成为大于定子芯的圆柱形形状的部分的外周边，可能增加相对的面的总面积。因为通常的交流马达具有在垂直于转子的轴向方向的表面上产生的磁通量路径，上述可能的方法导致定子极之间的磁通量的不平衡的状态。然而，因为磁通量在具有根据本发明的上述构造的无电刷交流马达的相对的面处在轴向方向流动，不会发生任何不平衡。

[0113] 虽然详细描述了本发明的特定实施例，本领域中的普通技术人员应该理解，可以根据本披露物的总的教示对那些细节开发出不同的修改和替代。因此，披露的特定的装置打算仅是说明性的，并且不限制本发明的范围，该范围通过后附的权利要求书的全部宽度及其全部等价物给出。