專利名稱：電動機和電動泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機和使用交替極型轉(zhuǎn)子的電動泵。
背景技術(shù)：
日本公開專利第2010-263763號描述了一種采用所謂交替極型轉(zhuǎn)子的電動機。該電動機包括具有12個槽的定子和具有8個磁極的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心，該轉(zhuǎn)子鐵心具有4個凸極和在轉(zhuǎn)子鐵心的周向嵌入轉(zhuǎn)子鐵心里的4塊磁鐵(釹磁鐵)。4塊磁鐵作為一個磁極。4凸極設(shè)置在4塊磁鐵中相鄰磁鐵之間并且用作為另一個磁極。使用這樣的交替極型轉(zhuǎn)子的電動機或者使用這種電動機的電動泵之類的驅(qū)動裝置以較小和較輕的結(jié)構(gòu)獲得高輸出并降低成本。
另一類電動機利用無傳感器驅(qū)動技術(shù)。發(fā)動機基于感應(yīng)電壓的波形，即，帶有感應(yīng)電壓波形的控制信號，控制提供到定子的驅(qū)動電流，而不使用旋轉(zhuǎn)傳感器。然而，在使用將磁鐵嵌入轉(zhuǎn)子鐵心的交替極型轉(zhuǎn)子的電動機中，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)時，不能獲得穩(wěn)定的感應(yīng)電壓。即，在感應(yīng)電壓變得穩(wěn)定之前必須有一段特定時間。因此，在開始基于感應(yīng)電壓執(zhí)行控制之前需要時間。此外，在使用交替極型轉(zhuǎn)子電動機中，與常規(guī)的不包括凸極，并且包括形成8個磁極的8塊磁鐵的電動機相比較，感應(yīng)電壓的波形是不規(guī)則的。因此，很難在使用交替極型轉(zhuǎn)子的電動機里采用無傳感器驅(qū)動技術(shù)。更具體地說，在常規(guī)電動機中，相對于正弦波的畸變率為I. 3%并且在每相的感應(yīng)電壓的波形中較小。這使得無傳感器驅(qū)動技術(shù)的使用令人滿意。相反，圖6為示出使用交替極型轉(zhuǎn)子的電動機的每相(U相，V相和W相)感應(yīng)電壓的波形，其中在一個磁極(磁鐵的磁極)的兩端和另一個磁極(凸極的磁極)的兩端之間的電角度是相等的(例如，27°機械角)。在這樣一種電動機里，如圖6所示，相對正弦波的畸變率是21. 1%。此外，如圖7中所示，在一種Y接法的使用類似的交替極型轉(zhuǎn)子的電動機中，在引出端(U-V，V-W和W-U)之間的感應(yīng)電壓的波形變得不規(guī)則。用一種三角形接法的使用類似的交替極型轉(zhuǎn)子的電動機中,在引出端(U-V，V-W和W-U)之間的感應(yīng)電壓的波形變得不規(guī)則，如圖8所示。一般認為，如圖7和8中所示波形變得不規(guī)則是因為凸極的磁極不產(chǎn)生像磁鐵的磁極那樣的強制磁極流(forcible magnetic pole flow)。此外，在圖6到8示出的波形里，例如，波峰偏離正常位置。更具體地說，波峰間隔為大約110°，而其應(yīng)當(dāng)是90°。另外，波形相對于每個波峰是不對稱的。很難使用這樣不規(guī)則波形的感應(yīng)電壓作為控制信號。因此，很難將無傳感器驅(qū)動技術(shù)用于交替極型轉(zhuǎn)子的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種允許無傳感器驅(qū)動技術(shù)令人滿意地使用的電動機和電動泵。
本發(fā)明的一個方面是一種電動機，其中供應(yīng)到線圈的驅(qū)動電流根據(jù)從各相之間感應(yīng)電壓的波形檢測到的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置來控制。該電動機包括定子和轉(zhuǎn)子。定子包括3Xn個齒和連續(xù)纏繞于所述齒上的用于三相的線圈。所述齒設(shè)置在圓周方向上并徑向向內(nèi)延伸，且在圓周方向上相鄰的所述齒之間形成槽。轉(zhuǎn)子包括從所述定子徑向向內(nèi)設(shè)置的轉(zhuǎn)子鐵心，在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上設(shè)置的n個磁鐵，和在轉(zhuǎn)子鐵心中設(shè)置的n個凸極。所述磁鐵作為一個磁極，所述凸極作為另一個磁極，且每個凸極在圓周方向上與相鄰磁鐵隔開一個空隙。此處，n為自然數(shù)。所述磁鐵和所述空隙從所述轉(zhuǎn)子鐵心的外輪廓徑向向內(nèi)設(shè)置。在各所述磁鐵的兩端之間的電角度設(shè)置為比各所述凸極的兩端之間的電角度小。本發(fā)明的另一方面是一種電動泵，其包括第I方面的電動機、容置電動機的殼體、以及在該殼體中與轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的葉輪。本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將從以下說明變得明顯，以下說明與附圖相結(jié)合，示例性地說明了本發(fā)明的原理。附圖簡要說明通過參考目前優(yōu)選實施例的以下說明和附圖可最好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點，在附圖中圖IA為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電動機的平面圖；圖IB為示出圖IA的轉(zhuǎn)子的部分放大平面圖；圖2為用于圖IA的電動機的控制器的電路圖；圖3為示出在具有規(guī)則波形的電動機中，在一個磁極兩端之間的電角度和在另一磁極的兩端之間的電角度之間的關(guān)系圖； 圖4為圖IA的電動機電角度-感應(yīng)電壓波形圖；圖5為圖IA的電動機電角度-感應(yīng)電壓波形圖；圖6為現(xiàn)有技術(shù)的電動機電角度-感應(yīng)電壓波形圖；圖7為現(xiàn)有技術(shù)的電動機電角度-感應(yīng)電壓波形圖；圖8為現(xiàn)有技術(shù)的電動機電角度-感應(yīng)電壓波形圖；以及圖9為使用圖IA的電動機的電動泵的剖視圖。最佳實施例的詳細說明現(xiàn)在將參考圖I到5描述本發(fā)明的一個實施例。參照

圖1A，內(nèi)轉(zhuǎn)子型無電刷電動機M包括定子10。定子10包括定子鐵心11和線圈12。定子鐵心11包括設(shè)置在定子10的周向上的12個齒11a。三相(U相，V相和W相)線圈12連續(xù)纏繞齒11a。因此，定子10為12槽定子。電動機M還包括設(shè)置在定子10的內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子20。如圖IA和IB所示，轉(zhuǎn)子20包括旋轉(zhuǎn)軸21和安裝到旋轉(zhuǎn)軸21上的環(huán)形轉(zhuǎn)子鐵心22。轉(zhuǎn)子鐵心22在外周表面附近有一個周緣部。周緣部包括在圓周方向以90度的間隔設(shè)置的4個磁鐵容置孔22a。4塊N極磁鐵23分別設(shè)置在4個磁鐵容置孔22a內(nèi)。轉(zhuǎn)子鐵心22的周緣部還包括多個凸極22b。每個凸極22b與圓周方向相鄰的每塊磁鐵分隔開一個空隙K。空隙K形成磁鐵容置孔22a的一部分。在每個凸極22b的相對兩側(cè)設(shè)置的兩空隙K有相同(固定)的面積。更具體地說，在圓周方向上設(shè)置在每塊磁鐵23的相對兩側(cè)的兩空隙K具有對稱的形狀。即，兩空隙K關(guān)于徑向延伸穿過磁鐵23的中心的直線是線對稱的。每個空隙K形成為使得它的橫截面積在穿過整個空隙K的軸向方向上保持相同。磁鐵23和空隙K從轉(zhuǎn)子鐵心22的外輪廓(外圓周)徑向向內(nèi)設(shè)置。短語"從轉(zhuǎn)子鐵心22的外輪廓(外圓周)徑向向內(nèi)設(shè)置"指的是從轉(zhuǎn)子鐵心22的徑向最外的位置徑向向內(nèi)設(shè)置的狀態(tài)。磁鐵23和凸極22b的中心以45°的相等角間隔交替設(shè)置。以這樣的方式，轉(zhuǎn)子20是一種具有8磁極，即磁鐵23和凸極22b的所謂交替極轉(zhuǎn)子，其中磁鐵23的每一個用作為磁極之一的N極，而凸極22b的每一個用作為磁極中的另一個的S極。參考圖1B，本實施例轉(zhuǎn)子為使得磁極之一(每塊磁鐵23的磁極)的兩端之間的電角度⑷比磁極中的另一個(每個凸極22b的磁極)的兩端之間電角度⑶小。當(dāng)磁極之一(每塊磁鐵23的磁極)的兩端之間的電角度表示為A，磁極中的另一 個(每個凸極22b的磁極)的兩端之間電角度表示為B時，轉(zhuǎn)子20設(shè)置為滿足A= (6. 10Xl(T3XB2-8. 69X10_1XB+1. 14X IO2) ±8%。更具體地說，A設(shè)置為108° (27°的機械角)，并且B設(shè)置為132° (33°的機械角)。換句話說，A設(shè)置為滿足(6.10Xl(T3XB2-8. 69X10_1XB+1. 14X IO2) XO. 92 彡 A彡(6. 10Xl(T3XB2-8. 69X10_1XB+1. 14 X IO2) XL 08。即，本實施例轉(zhuǎn)子設(shè)置為滿足0. 92 彡 A/(6. IOX KT3XB2_8. 69X10_1XB+1. 14X1O2) ( I. 08。上述方程式基于從實驗結(jié)果獲得的數(shù)據(jù)。具體地，通過繪制波形如圖4和5中所示的角度獲得圖3的曲線X，進而獲得近似方程式。然后，寬度(±8% )增加到該近似方程式中。寬度(±8%)為增加到近似方程式中的一個值，在這個值內(nèi)波形相對于常規(guī)電動機即不包括凸極并且用所有磁鐵形成所有磁極的電動機的感應(yīng)電壓的波形是規(guī)則的(相同或更好的波形)。當(dāng)A = 6. 10 X IO-3XB2-8. 69 X IO-1 XB+1. 14X IO2 滿足時，S卩，如果電角度 A 和 B 包括在圖3的曲線X里，波形如圖4和5中所示。當(dāng)電角度A和B在±8%范圍內(nèi)時，波形相對于在常規(guī)電動機里的感應(yīng)電壓的波形為規(guī)則的。更具體地說，該波形與常規(guī)電動機中感應(yīng)電壓的波形相同或者更好。即，在圖3的雙點劃線之間的范圍內(nèi)，相對不包括凸極并且用所有磁鐵形成所有磁極的電動機的感應(yīng)電壓的正弦波的畸變率為I. 3%。圖4示出該電動機的每相(U相，V相和W相)的感應(yīng)電壓的波形，其包括在圖3的曲線X中，設(shè)置為A = 6 10X10^3XB2-8. 69X10^XB+1. 14X102o在圖4中，相對常規(guī)電動機的正弦波的畸變率為0.9%。圖5顯示在電動機(Y接法和三角形接法)的引出端(U-V，V-W和W-U)之間的感應(yīng)電壓的波形，其包括在圖3的曲線X里，并且設(shè)置為A = 6. 10Xl(T3XB2-8. 69X10_1XB+1.14X102。如圖2所示，在電動機M里，線圈12的引出端12u，12v和12w連接到控制器51，并且基于作為控制信號的感應(yīng)電壓的波形來控制提供到定子10的線圈12的驅(qū)動電流。電動機M以這樣的方式利用無傳感器驅(qū)動技術(shù)。具體地說，參照圖2，本實施例的控制器51包括連接到線圈12的引出端12u，12v和12w的旋轉(zhuǎn)位置檢測電路52。旋轉(zhuǎn)位置檢測電路52檢測每相對線圈12引起的感應(yīng)電壓，基于每相之間的感應(yīng)電壓的波形產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子20的旋轉(zhuǎn)位置相對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)位置脈沖信號，并輸出該旋轉(zhuǎn)位置脈沖信號到微機53。微機53基于接收的旋轉(zhuǎn)位置脈沖信號產(chǎn)生換向信號，并經(jīng)由驅(qū)動電路54將換向信號輸出到倒相電路55。通過被倒相電路55接收的換向信號在開關(guān)元件55a到55f上執(zhí)行開關(guān)控制。此外，倒相電路55執(zhí)行連續(xù)向每相的線圈12提供驅(qū)動電流的換向操作。現(xiàn)在將被描述電動機M的操作。當(dāng)轉(zhuǎn)子20開始旋轉(zhuǎn)時，依據(jù)該旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。參照圖5，控制器51基于引出端之間(u-v，v-w和W-U)的感應(yīng)電壓的波形產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位置脈沖信號，作為利用從特別是OV開始的感應(yīng)電壓的波形的控制信號?；谛D(zhuǎn)位置脈沖信號產(chǎn)生換向信號，并且提供到線圈12的驅(qū)動電流被切換。在這種狀態(tài)下產(chǎn)生的感應(yīng)電壓沒有不規(guī)則現(xiàn)象。因此，轉(zhuǎn)子20得到令人滿意的旋轉(zhuǎn)控制。上述實施例具有如下所述的優(yōu)勢。(I)齒Ila的數(shù)目是磁鐵23的數(shù)目的3倍。因此，磁鐵23總是面對用于三相(U 相，V相或者W相)中同一相的齒11a。此外，在磁極之一(磁鐵23)之間的電角度比在磁極中的另一個(凸極22b)的兩端之間的電角度小。因此，即使磁鐵23和空隙K從轉(zhuǎn)子鐵心22的外輪廓向內(nèi)設(shè)置，作用在齒Ila上的磁鐵23的引力集中在小范圍內(nèi)。這容易使轉(zhuǎn)子停止在磁鐵23和齒Ila彼此面對的狀態(tài)下，并且增加了從同一位置開始旋轉(zhuǎn)的可能性。因此，容易在較短的時間內(nèi)獲得穩(wěn)定的感應(yīng)電壓，以及可以平均縮短開始使用感應(yīng)電壓控制之前的時間。(2)在磁極之一(磁鐵23的磁極)的兩端之間的電角度A，以及在磁極中的另一個(凸極22b的磁極)的兩端之間的電角度B設(shè)置為滿足A = (6. IOX KT3XB2-8. 69 X 10—1XB+!. 14X IO2) ±8%。因此，實驗結(jié)果穩(wěn)定了感應(yīng)電壓的波形。更具體地說，利用該實驗結(jié)果，使用交替極型轉(zhuǎn)子20的電動機M的感應(yīng)電壓的波形相對不包括凸極22b并且用所有磁鐵形成所有磁極的電動機的感應(yīng)電壓的波形是規(guī)則的。即，該波形與常規(guī)電動機的感應(yīng)電壓的波形相同或者比之更好。因此，在使用交替極型轉(zhuǎn)子20的電動機M里，可以以令人滿意的方式使用無傳感器驅(qū)動技術(shù)，即，具有類似于常規(guī)電動機的力矩特性。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言明顯的是，本發(fā)明可能以很多其他具體的形式體現(xiàn)而沒有背離本發(fā)明的精神或者范圍。特別是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可能以下列形式體現(xiàn)。盡管上述描述中沒有特別提及，然而上述實施例的電動機M能被用作任何驅(qū)動裝置。例如，如圖9所示，電動機M可能應(yīng)用于使用電動機的電動泵61中。具體地說，電動泵61設(shè)置有包括電動機殼體62,泵殼63,以及端蓋64的殼體65。電動機殼體62是圓柱形的并且有封閉底部。泵殼63固定在電動機殼體62的開口端上,并且包括吸入口 63a和排放口 63b。端蓋64固定在電動機殼體62的底部外側(cè)。電動泵61包括該定子10和該轉(zhuǎn)子20，軸66，以及葉輪67。定子10容納在電動機殼體62的圓柱部分62a里。軸66固定在電動機殼體62的底部內(nèi)側(cè)。轉(zhuǎn)子20由軸66可旋轉(zhuǎn)支承。葉輪67與轉(zhuǎn)子20 —體旋轉(zhuǎn)。此夕卜，電動泵61包括控制電路基底68，其形成上述實施例的控制器51并容納在端蓋64和電動機殼體62的底部外側(cè)所包圍的容納腔內(nèi)。電動泵61能以令人滿意的方式利用無傳感器驅(qū)動技術(shù)，并且電動泵61可以微型化。上述實施例中，電動機M包括這12-槽的定子10，其具有12個齒11a，以及具有4塊磁鐵23的8磁極轉(zhuǎn)子20。電動機M的結(jié)構(gòu)可以改變，只要定子包括3Xn槽(n是一個自然數(shù))，其具有3Xn齒，以及轉(zhuǎn)子包括具有n磁鐵的2Xn磁極。
例如，電動機M可以包括具有18個齒的18-槽定子，和具有6塊磁鐵的12-磁極轉(zhuǎn)子。在這種情況下，也優(yōu)選滿足 A = (6. 10Xl(T3XB2-8. 69X10_1XB+1. 14X IO2) ±8%0上述實施例設(shè)置為滿足A=(6. 10X10_3XB2-8. 69X10_1XB+1. 14X102)±8%?？商鎿Q的，可以滿足,例如 A = (6. 10X IO-3XB2-8. 69X IO-1 XB+1. 14X102)±4%。這為感應(yīng)電壓獲得更進一步的穩(wěn)定的波形，并且允許無傳感器驅(qū)動技術(shù)以一種更進一步的令人滿意的方式使用，因此增加了效率。此外，A= (6. 10Xl(T3XB2-8. 69X10_1XB+1. 14X102) ±8%不是必須滿足，以及磁極之一(磁鐵23的磁極)的兩端之間的電角度(A)可以比磁極中的另一個(凸極22b 的磁極)的兩端之間的電角度(B)小。這也獲得了上述實施例的優(yōu)勢(I)。本發(fā)明的示例和實施例應(yīng)被認為是示例性而非限制性的，并且本發(fā)明不限于本文所給出的細節(jié)，而是可在所附權(quán)利要求的范圍和等效內(nèi)容下進行修改。
權(quán)利要求
1.一種電動機，其中供應(yīng)到線圈的驅(qū)動電流根據(jù)從各相之間感應(yīng)電壓的波形檢測到的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置來控制，該電動機包括 定子，其包括3Xn個齒和連續(xù)纏繞于所述齒上的用于三相的線圈，其中所述齒設(shè)置在圓周方向上并徑向向內(nèi)延伸，且在圓周方向上相鄰的所述齒之間形成槽； 轉(zhuǎn)子，其包括從所述定子徑向向內(nèi)設(shè)置的轉(zhuǎn)子鐵心，在轉(zhuǎn)子鐵心的周向上設(shè)置的η個磁鐵，和在轉(zhuǎn)子鐵心中設(shè)置的η個凸極，其中所述磁鐵作為一個磁極，所述凸極作為另一個磁極，且每個凸極在圓周方向上與相鄰磁鐵隔開一個空隙，其中，η為自然數(shù)， 所述磁鐵和所述空隙從所述轉(zhuǎn)子鐵心的外輪廓徑向向內(nèi)設(shè)置，并且 在各所述磁鐵的兩端之間的電角度設(shè)置為比各所述凸極的兩端之間的電角度小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的電動機，其中當(dāng)各所述磁鐵的兩端之間的電角度表示為A并且在各所述凸極的兩端之間的電角度表示為B時，兩個電角度設(shè)置為滿足O. 92 ( A/(6. 10X10_3ΧΒ2-8. 69Χ10_1ΧΒ+1. 14X IO2) ( I. 08。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電動機，其中， 所述槽的數(shù)目為12, 磁極的總數(shù)為8， 各所述磁鐵的兩端之間的機械角度設(shè)置為27°，并且 在各所述凸極的兩端之間的機械角度被設(shè)置為33°。
4.一種電動泵,其包括 根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任何一項的電動機； 容置所述電動機的殼體；以及 與所述殼體中的所述轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的葉輪。
全文摘要
一種電動機，其中供應(yīng)到線圈的驅(qū)動電流根據(jù)從各相之間感應(yīng)電壓的波形檢測到的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置來控制。該電動機設(shè)置有定子，其包括3×n個齒和用于三相的線圈。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心、n個磁鐵和n個凸極。所述磁鐵作為一個磁極，所述凸極作為另一個磁極。每個凸極在圓周方向上與相鄰磁鐵隔開一個空隙。所述磁鐵和所述空隙從所述轉(zhuǎn)子鐵心徑向向內(nèi)設(shè)置。在各所述磁鐵的兩端之間的電角度設(shè)置為比各所述凸極的兩端之間的電角度小。
文檔編號H02K1/24GK102738923SQ20121010072
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者內(nèi)田智裕, 加藤茂昌, 橫山誠也, 竹本佳朗 申請人:阿斯莫有限公司