本發(fā)明涉及電機(jī)。

背景技術(shù)：

以往，使用電機(jī)作為各種各樣的裝置和產(chǎn)品的驅(qū)動源。電機(jī)可能因各種原因發(fā)生轉(zhuǎn)矩不均，這樣的轉(zhuǎn)矩不均會妨礙電機(jī)的平滑旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生振動和噪音。作為發(fā)生轉(zhuǎn)矩不均的主要原因之一，可以舉出齒槽效應(yīng)(cogging)。齒槽效應(yīng)是在線圈未流過電流的狀態(tài)下也發(fā)生的現(xiàn)象，主要是因芯與磁體的磁性作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩變動。

作為減少這樣的齒槽轉(zhuǎn)矩的技術(shù)，已提出了如下這樣的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括：第1構(gòu)成部，在轉(zhuǎn)子芯的外周面沿周向交替配置有n極和s極的磁體；第2構(gòu)成部，沿轉(zhuǎn)子芯的周向交替配置有n極和s極的一者側(cè)的磁體和作為另一者側(cè)的磁極發(fā)揮功能的被設(shè)于所述轉(zhuǎn)子芯的突極，所述一者側(cè)的磁體與所述第1構(gòu)成部的同極的磁體沿軸向并排配置(參照專利文獻(xiàn)1)。

[在先技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本特開2010-142006號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

〔發(fā)明所要解決的課題〕

然而，上述轉(zhuǎn)子的磁體配置及轉(zhuǎn)子芯的形狀在第1構(gòu)成部和第2構(gòu)成部是不同的，故制造工序較為繁瑣。此外，磁體全都從轉(zhuǎn)子芯的表面露出，在防止伴隨于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的飛散方面也存在改善的余地。

本發(fā)明是鑒于這樣的狀況而研發(fā)的，其目的在于提供一種能減少齒槽轉(zhuǎn)矩的新結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子。

〔用于解決課題的手段〕

為解決上述課題，本發(fā)明一個方案的電機(jī)包括：筒狀的定子，包括具有多個齒的定子芯、和分別被纏繞于多個齒的繞組；以及轉(zhuǎn)子，被設(shè)置在定子的中心部。轉(zhuǎn)子包括：轉(zhuǎn)子芯；以及1個以上的磁體。轉(zhuǎn)子芯具有以旋轉(zhuǎn)軸為中心放射狀地形成的磁體保持部。磁體具有被保持于磁體保持部的被保持部、和從磁體保持部向旋轉(zhuǎn)軸的軸向突出的突出部。轉(zhuǎn)子芯及環(huán)狀配置的被保持部構(gòu)成產(chǎn)生第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩的第1產(chǎn)生部；環(huán)狀配置的突出部構(gòu)成產(chǎn)生與第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩相位不同的第2齒槽轉(zhuǎn)矩的第2產(chǎn)生部。定子芯被構(gòu)成為在定子的徑向上與磁體的被保持部及突出部相對的形式。在此，所謂“環(huán)狀配置”，不僅包括完全連續(xù)的情況，還包括多個部件空有間隔地大致環(huán)狀配置的情況。

根據(jù)該方案，轉(zhuǎn)子能通過與定子的組合產(chǎn)生相位不同的2個齒槽轉(zhuǎn)矩，故與各產(chǎn)生部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩的相位相一致的情況相比，能減少將轉(zhuǎn)子組裝進(jìn)電機(jī)后的齒槽轉(zhuǎn)矩。此外，容易使從磁體的被保持部及突出部出來的磁通導(dǎo)向定子芯。

磁體空有包括從磁體保持部向旋轉(zhuǎn)軸的軸向的一方突出的第1突出部、和從磁體保持部向旋轉(zhuǎn)軸的軸向的另一方突出的第2突出部。由此，能實現(xiàn)電機(jī)的平滑旋轉(zhuǎn)。

磁體可以在旋轉(zhuǎn)軸的軸向的一端設(shè)置被保持部。由此，能實現(xiàn)電機(jī)的平滑旋轉(zhuǎn)。

磁體可以在旋轉(zhuǎn)軸的軸向的兩端設(shè)置分離開的2個被保持部。突出部可以被設(shè)置在2個被保持部之間。由此，能實現(xiàn)電機(jī)的平滑旋轉(zhuǎn)。

在將磁體的軸向長度記作l、將磁體保持部的軸向厚度記作t時，可以滿足下式(1)：0.2<t/l<0.75……式(1)。由此，能既謀求轉(zhuǎn)子整體的齒槽轉(zhuǎn)矩的減少，又抑制磁通密度的降低。

磁體可以配置有多個。多個磁體可以被環(huán)狀配置成海爾貝克陣列。由此，能使轉(zhuǎn)子芯的磁軛部分變薄，故能使轉(zhuǎn)子輕量化。

轉(zhuǎn)子芯可以在外周部形成有使磁體保持部和外部連通的切斷部。由此，能抑制從各磁體出來的磁通在轉(zhuǎn)子芯內(nèi)短路(磁短路)的情況。

本發(fā)明的另一方案也是電機(jī)。該電機(jī)包括：筒狀的定子，包括具有多個齒的定子芯、和分別纏繞于多個齒的繞組；以及轉(zhuǎn)子，被設(shè)置在定子的中心部。轉(zhuǎn)子包括：轉(zhuǎn)子芯；被配置在轉(zhuǎn)子芯的外周的極性各向異性的環(huán)形磁體；以及被配置在環(huán)形磁體的外周、軸向的寬度比該環(huán)形磁體細(xì)的磁性體環(huán)。從轉(zhuǎn)子芯的徑向來看，轉(zhuǎn)子芯、環(huán)形磁體及磁性體環(huán)相重合的區(qū)域構(gòu)成產(chǎn)生第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩的第1產(chǎn)生部；從轉(zhuǎn)子芯的徑向來看，環(huán)形磁體和磁性體環(huán)相重合的區(qū)域構(gòu)成產(chǎn)生與第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩相位不同的第2齒槽轉(zhuǎn)矩的第2產(chǎn)生部。定子芯被構(gòu)成為在定子的徑向上與第1產(chǎn)生部及第2產(chǎn)生部相對的形式。

根據(jù)該方案，轉(zhuǎn)子能通過與定子的組合產(chǎn)生相位不同的2個齒槽轉(zhuǎn)矩，故與各產(chǎn)生部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩的相位相一致的情況相比，能減少將轉(zhuǎn)子組裝進(jìn)電機(jī)后的齒槽轉(zhuǎn)矩。另外，容易使從第1產(chǎn)生部及第2產(chǎn)生部出來的磁通導(dǎo)向定子芯。

定子芯可以被構(gòu)成為與突出部相對的區(qū)域的內(nèi)徑比與被保持部相對的區(qū)域的內(nèi)徑小的方式。由此，能縮短磁體的突出部與定子芯的距離。

此外，將以上構(gòu)成要素的任意組合、本發(fā)明的表現(xiàn)形式在方法、裝置、系統(tǒng)等間變換后的實施方式，作為本發(fā)明的方案也是有效的。

〔發(fā)明效果〕

通過本發(fā)明能減少齒槽轉(zhuǎn)矩。

附圖說明

圖1是第1實施方式的無刷電機(jī)的剖視圖。

圖2是圖1所示的電機(jī)的a-a剖視圖。

圖3是圖1所示的電機(jī)的b-b剖視圖。

圖4的(a)是第1實施方式的轉(zhuǎn)子芯的俯視圖，圖4的(b)是示意性地表示磁體被保持在圖4的(a)所示的轉(zhuǎn)子芯的收容部中的狀態(tài)的俯視圖。

圖5是非ipm部的分析模型的示意圖。

圖6是ipm部的分析模型的示意圖。

圖7是表示圖5所示的僅有非ipm部的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖8的(a)是ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％的轉(zhuǎn)子的示意圖，圖8的(b)是ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的50％的轉(zhuǎn)子的示意圖，圖8的(c)是ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％的轉(zhuǎn)子的示意圖，圖8的(d)是ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的100％的轉(zhuǎn)子的示意圖。

圖9是表示圖6所示的ipm部的軸向長度為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖10是表示ipm部的軸向長度為轉(zhuǎn)子整體厚度的50％時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖11是表示ipm部的軸向長度為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖12是ipm部的軸向長度為轉(zhuǎn)子整體厚度的100％時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖13是表示ipm部的軸向長度與齒處的磁通密度的關(guān)系的圖表。

圖14是表示ipm部的軸向長度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖15的(a)是第2實施方式的轉(zhuǎn)子芯的俯視圖，圖15的(b)是示意性地表示磁體被保持在圖15的(a)所示的轉(zhuǎn)子芯的收容部中的狀態(tài)的俯視圖。

圖16是表示在第2實施方式中僅有ipm部的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖17是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖18是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的50％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖19是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖20的(a)是第3實施方式的轉(zhuǎn)子芯的俯視圖，圖20的(b)是示意性地表示磁體被保持在圖20的(a)所示的轉(zhuǎn)子芯的收容部中的狀態(tài)的俯視圖。

圖21是表示在第3實施方式中僅由ipm部構(gòu)成的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖22是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖23是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的50％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖24是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖25是第4實施方式的電機(jī)的剖視圖。

圖26是表示第6實施方式的轉(zhuǎn)子的概略構(gòu)成的剖視圖。

圖27是第7實施方式的電機(jī)的剖視圖。

圖28是第8實施方式的電機(jī)的剖視圖。

圖29是第1實施方式的變形例的無刷電機(jī)的剖視圖。

圖30是第1實施方式的另一變形例的無刷電機(jī)的剖視圖。

圖31是表示第5實施方式的電機(jī)中的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖32是表示第6實施方式的電機(jī)中的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

圖33是變形例的轉(zhuǎn)子的剖面示意圖。

圖34的(a)是另一變形例的轉(zhuǎn)子的剖面示意圖，圖34的(b)是圖34的(a)的c-c剖視圖。

具體實施方式

以下參照附圖說明本發(fā)明的實施方式。在附圖的說明中，對相同要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，并適當(dāng)省略重復(fù)的說明。此外，以下所述的構(gòu)成僅是例示，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行某種限定。以下以內(nèi)轉(zhuǎn)子型的無刷電機(jī)為例進(jìn)行說明。

(第1實施方式)

[無刷電機(jī)]

圖1是第1實施方式的無刷電機(jī)的剖視圖。第1實施方式的無刷電機(jī)(以下有時稱作“電機(jī)”)100具有外殼10、轉(zhuǎn)子12、定子14、端蓋16。

外殼10是具有底部10a的圓筒狀的部件，在中央以能貫通旋轉(zhuǎn)軸18的方式形成有孔10b，并且在孔10b的附近形成有用于保持軸承20a的凹部10c。此外，端蓋16是板狀的部件，在中央以能貫通旋轉(zhuǎn)軸18的方式形成有孔16a，并且在孔16a的附近形成有用于保持軸承20b的凹部16b。外殼10及端蓋16構(gòu)成電機(jī)100的殼體。

[轉(zhuǎn)子]

圖2是圖1所示的電機(jī)的a-a剖視圖。圖3是圖1所示的電機(jī)的b-b剖視圖。在圖2、圖3中省略了剖面線。

轉(zhuǎn)子12具有環(huán)狀或大致圓形的轉(zhuǎn)子芯22、背軛(backyoke)38、以及多個磁體24。在轉(zhuǎn)子芯22的中心形成有貫通孔22a，旋轉(zhuǎn)軸18在插入該貫通孔22a的狀態(tài)下被固定。此外，轉(zhuǎn)子芯22具有用于插入并保持磁體24的多個磁體收容部22b。磁體收容部22b也作為磁體保持部發(fā)揮功能。磁體24是與磁體收容部22b的形狀對應(yīng)的剖面為大致梯形的柱狀部件。背軛38是環(huán)狀(較薄的環(huán)狀)的部件，優(yōu)選具有軟磁性的金屬材料。具體來說，背軛38是純鐵、含有si的鐵系合金等。

然后，將這些各部件按順序組裝。具體來說，將32個磁體24分別嵌入對應(yīng)的磁體收容部22b，并在該轉(zhuǎn)子芯22的貫通孔22a中插入旋轉(zhuǎn)軸18。

環(huán)狀的背軛38被粘接固定于轉(zhuǎn)子芯22和磁體24。另外，背軛的形狀也可以是杯狀，此時，通過粘接固定或肋固定而固定于轉(zhuǎn)子芯22和磁體24。

在本實施方式中，說明了轉(zhuǎn)子12采用環(huán)狀的背軛38的例子，但并非限定于此，也可以不采用背軛38。另外，轉(zhuǎn)子芯22也可以是與定子芯28幾乎相同厚度的層疊芯。

[定子]

接下來詳細(xì)描述定子14的構(gòu)造。定子14包括具有多個齒26的圓筒狀的定子芯28和分別纏繞于各個齒26的繞組30。定子芯28是層疊多枚板狀的定子軛而成的。通過從硅鋼板(例如無方向性電磁鋼板)或冷軋鋼板用壓力加工按預(yù)定形狀沖壓而制作定子軛。另外，定子軛從環(huán)狀部的內(nèi)周朝中心形成有多根(本實施方式是12根)齒26。

各齒26上安裝絕緣子32。然后針對各個齒26從絕緣子32上纏繞導(dǎo)體而形成繞組30。然后，在經(jīng)這樣的工序而完成的定子14的中心部配置轉(zhuǎn)子12。

[轉(zhuǎn)子芯]

圖4的(a)是第1實施方式的轉(zhuǎn)子芯的俯視圖，圖4的(b)是示意性地表示磁體被保持在圖4的(a)所示的轉(zhuǎn)子芯的收容部中的狀態(tài)的俯視圖。轉(zhuǎn)子芯22是層疊多個板狀的部件而成的。多個板狀的部件分別通過從硅鋼板(例如無方向性電磁鋼板)或冷軋鋼板用壓力加工按圖4的(a)所示那樣的預(yù)定形狀沖壓而制作。并且，磁體收容部22b是以轉(zhuǎn)子芯22的旋轉(zhuǎn)軸為中心放射狀地形成的。

磁體24如圖4的(b)所示那樣沿周向按順序配置有磁極朝向不同的4種磁體。徑向磁體24a以外周面為n極、內(nèi)周面為s極的方式收容在磁體收容部22b1中。徑向磁體24a相鄰的周向磁體24b以與徑向磁體24a相對的側(cè)部為n極、與后述的徑向磁體24c相對的側(cè)部為s極的方式收容在磁體收容部22b2中。周向磁體24b相鄰的徑向磁體24c以外周面為s極、內(nèi)周面為n極的方式收容在磁體收容部22b3中。徑向磁體24c相鄰的周向磁體24d以與徑向磁體24c相對的側(cè)部為s極、與徑向磁體24a相對的側(cè)部為n極的方式收容在磁體收容部22b4中。

其結(jié)果，本實施方式的轉(zhuǎn)子12作為在其外周部交替存在n極和s極各8極、共計16極的磁體發(fā)揮功能。并且，在本實施方式中，32個磁體被以將磁體24a～24d作為一組、8組排成海爾貝克陣列的方式環(huán)狀地配置。由此，能使轉(zhuǎn)子芯22的磁軛部分(背軛38)變薄，能使轉(zhuǎn)子12輕量化。另外，通過將軸承配置在軸向的內(nèi)側(cè)，能使電機(jī)小型化。

圖29是第1實施方式的變形例的無刷電機(jī)的剖視圖。圖29所示的電機(jī)110的概略構(gòu)成與圖1所示的電機(jī)100相同，但在將軸承20b配置于轉(zhuǎn)子12的環(huán)狀的背軛38的中央部空間這一點上是不同的。由此，無需設(shè)置圖1所示的端蓋16的凹部16b就能將軸承20b配置在端蓋16的內(nèi)側(cè)，故能使電機(jī)110小型化、薄型化。另外，通過將軸承20a配置在外殼10的內(nèi)側(cè)，能使電機(jī)110進(jìn)一步小型化、薄型化。

在此需要說明的是，磁體24例如可以是粘結(jié)磁體或燒結(jié)磁體。粘結(jié)磁體是在橡膠或樹脂等中混入磁性材料并射出成形或壓縮成形的磁體，即使不進(jìn)行后加工也能得到高精度的c面(斜面)或r面。另一方面，燒結(jié)磁體是將粉末狀的磁性材料高溫?zé)潭傻拇朋w，與粘結(jié)磁體相比容易提高剩余磁通密度，但多數(shù)情況下為得到高精度的c面或r面而需要進(jìn)行后加工。

[齒槽轉(zhuǎn)矩]

在一般的無刷電機(jī)中，難以避免定子與具有磁體的轉(zhuǎn)子間的磁性作用導(dǎo)致的齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。然而，為盡可能地減少這樣的齒槽轉(zhuǎn)矩，本申請發(fā)明人們深入研究后，想到了例如通過使磁體的一部分沿軸向從轉(zhuǎn)子芯的磁體收容部突出，能在轉(zhuǎn)子的軸向上使齒槽轉(zhuǎn)矩特性不同。

在本實施方式的轉(zhuǎn)子12中，如圖1至圖3所示，磁體24具有被收容并保持在磁體收容部22b中的被保持部34、和從磁體收容部22b向旋轉(zhuǎn)軸的軸向突出的突出部36。因此，定子芯28和保持有被保持部34的轉(zhuǎn)子芯22之間的磁場、與定子芯28和突出部36之間的磁場，其樣態(tài)非常不同。

因此，轉(zhuǎn)子芯22和被環(huán)狀配置的多個被保持部34構(gòu)成產(chǎn)生第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩的第1產(chǎn)生部。另外，被環(huán)狀配置的多個突出部36構(gòu)成產(chǎn)生與第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩相位不同的第2齒槽轉(zhuǎn)矩的第2產(chǎn)生部。

這樣構(gòu)成的轉(zhuǎn)子12能產(chǎn)生按與定子14的組合而相位不同的2種齒槽轉(zhuǎn)矩，故與各產(chǎn)生部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩的相位都統(tǒng)一時相比，能減少將轉(zhuǎn)子組裝入電機(jī)后的齒槽轉(zhuǎn)矩。

本實施方式的磁體24如圖1所示那樣具有從磁體收容部22b向旋轉(zhuǎn)軸18的軸向x的一方突出的第1突出部36a、和從磁體收容部22b向旋轉(zhuǎn)軸的軸向x的另一方突出的第2突出部36b。由此，能實現(xiàn)電機(jī)的平滑旋轉(zhuǎn)。

在此需要說明的是，第1產(chǎn)生部的磁體24的被保持部34被收容在磁體收容部22b中，可以理解為所謂的ipm(interiorpermanentmagnet：內(nèi)置式永磁)部。另一方面，第2產(chǎn)生部的磁體24的突出部36從磁體收容部22b突出，故可以理解為非ipm部。并且，轉(zhuǎn)子芯22的層疊部被包含于ipm部，背軛38被包含于非ipm部。因此，以下基于仿真結(jié)果說明電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和磁通密度是如何根據(jù)ipm部和非ipm部的比例而變化的。仿真使用了市場一般銷售的磁場分析軟件。

圖5是非ipm部的分析模型的示意圖。圖6是ipm部的分析模型的示意圖。仿真出的圖5、圖6所示的模型是在周向上取1/4模型，即轉(zhuǎn)子12和定子14的周向90°的圓弧狀部分，在軸向上取1/2模型，即軸向的厚度為圖1所示的轉(zhuǎn)子12和定子14的一半，整體上表示出1/8模型。

對圖5、圖6中的各參數(shù)進(jìn)行例示。定子芯28的內(nèi)徑r1為12.8mm、外徑r2為20.55mm。從中心至磁體24的外周部的距離r3為12.35mm，背軛38的外徑r4為9.9mm。ipm部(參照圖6)中的轉(zhuǎn)子芯22的外徑r5為12.6mm。定子芯28的齒26的周向幅度w1為4.85mm。定子芯28、磁體24及轉(zhuǎn)子12的軸向厚度分別為5mm。在此需要說明的是，轉(zhuǎn)子12的軸向厚度是包含了轉(zhuǎn)子芯22及背軛38的厚度。

圖7是表示僅圖5所示的非ipm部的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。在此需要說明的是，在本實施方式的電機(jī)100中，轉(zhuǎn)子的磁極為16極、定子的磁極為12極，故齒槽轉(zhuǎn)矩的基本次數(shù)為48次，其半周期按機(jī)械角為3.75[deg]。以下，將圖7所示的齒槽轉(zhuǎn)矩的特性(以下有時稱作“基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性”)作為基準(zhǔn)。

圖8的(a)是ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％的轉(zhuǎn)子的示意圖，圖8的(b)是ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的50％的轉(zhuǎn)子的示意圖，圖8的(c)是ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％的轉(zhuǎn)子的示意圖，圖8的(d)是ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的100％的轉(zhuǎn)子的示意圖。在圖8的(a)～圖8的(d)中，將磁體24的軸向長度(轉(zhuǎn)子整體的厚度)記作l、將磁體收容部22b的軸向厚度記作t。

圖9是表示圖6所示的ipm部的軸向長度為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。如圖9所示，非ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩特性與圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性相比，齒槽轉(zhuǎn)矩整體上較大。另一方面，ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩與非ipm部相比，相位幾乎正相反。因此，若將非ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩和ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩合計，則與圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性相比，齒槽轉(zhuǎn)矩的絕對值(最大峰值)變小。

圖10是表示ipm部的軸向長度為轉(zhuǎn)子整體厚度的50％時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。如圖10所示，非ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩特性是與圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性同等的大小。另一方面，ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩與非ipm部相比，相位上有較大的偏差。因此，若將非ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩與ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩合計，則與圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性相比，齒槽轉(zhuǎn)矩的絕對值(最大峰值)變小。

圖11是表示ipm部的軸向長度為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。如圖11所示，非ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩特性整體上展示出比圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性小的值。此外，ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩整體上也展示出比圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性小的值。然而，非ipm部與ipm部的相位并沒有較大地偏差。因此，若將非ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩與ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩合計，則同圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性一樣，齒槽轉(zhuǎn)矩的絕對值(最大峰值)比較大。

圖12是表示ipm部的軸向長度為轉(zhuǎn)子整體厚度的100％時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。如圖12所示，ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩特性與圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性相比絕對值(最大峰值)更大。

圖13是表示ipm部的軸向長度與齒處的磁通密度的關(guān)系的圖表。圖14是表示ipm部的軸向長度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。

如圖13所示，隨著ipm部的軸向長度的增大，定子芯的臂部分的磁通密度增加。因此，從磁通密度的觀點來說，優(yōu)選ipm部的比率較高者。另一方面，從齒槽效應(yīng)的觀點來說，如圖14所示，若ipm部的比率過高，則齒槽轉(zhuǎn)矩會增大，故并不優(yōu)選。

因此，本實施方式的轉(zhuǎn)子12在將磁體24的軸向長度記作l、磁體收容部22b的軸向厚度記作t時，優(yōu)選滿足0.2<t/l<0.75……式(1)。更優(yōu)選的是滿足0.25<t/l<0.75。由此，能既謀求轉(zhuǎn)子整體的齒槽轉(zhuǎn)矩的減少，又抑制臂磁通密度的降低。

在此需要說明的是，本實施方式的轉(zhuǎn)子芯22如圖4(a)所示，在外周部形成有使磁體收容部22b和外部連通的切斷部23。磁體按圖4的(b)所示的海爾貝克陣列配置時，切斷部23被形成于收容周向磁體24b、24d的磁體收容部22b2、22b4。由此，能抑制從各磁體出來的磁通在轉(zhuǎn)子芯22內(nèi)短路(磁短路)。

此外，本實施方式的定子芯28如圖1所示那樣在定子14的徑向上與磁體24的被保持部34及突出部36相對。由此，能使從磁體24的被保持部34及突出部36出來的磁通效率良好地導(dǎo)向定子芯28。

圖30是第1實施方式的另一變形例的無刷電機(jī)的剖視圖。圖30所示的電機(jī)120沒有采用背軛38，且轉(zhuǎn)子芯22被層疊到磁體24的突出部36，在這一點上與圖1所示的電機(jī)100不同。采用這樣的構(gòu)成，將非ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩與ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩合計時，與圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性相比，齒槽轉(zhuǎn)矩的絕對值(最大峰值)變小。

(第2實施方式)

圖15的(a)是第2實施方式的轉(zhuǎn)子芯的俯視圖，圖15的(b)是示意性地表示磁體被保持在圖15的(a)所示的轉(zhuǎn)子芯的收容部中的狀態(tài)的俯視圖。轉(zhuǎn)子芯40是與轉(zhuǎn)子芯22同樣地制作的。并且，磁體收容部42是以轉(zhuǎn)子芯40的旋轉(zhuǎn)軸為中心放射狀地形成的。

磁體44如圖15的(b)所示，在與相鄰磁體相對的主面44a(44b)具有n極或s極。另外，各磁體44被以相鄰磁體的相對的主面彼此間為相同極的方式收容在磁體收容部42中。即，磁體的磁極朝向不同的2種磁體沿周向按順序配置。其結(jié)果，本實施方式的轉(zhuǎn)子46作為在其外周部交替存在n極和s極各8極、共計16極的磁體發(fā)揮功能。磁體44是與磁體收容部42的形狀對應(yīng)的、剖面為大致長方形的柱狀部件。在此需要說明的是，磁體44可采用與第1實施方式的磁體24同樣的材料。

關(guān)于采用了上述轉(zhuǎn)子46的電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩及磁通密度，同第1實施方式一樣進(jìn)行了仿真分析。在此需要說明的是，定子側(cè)的概略構(gòu)成與第1實施方式是同樣的。以下例示圖15的(a)、圖15的(b)中的轉(zhuǎn)子芯40、轉(zhuǎn)子46的各參數(shù)。

定子芯的內(nèi)徑r1為15.0mm、外徑r2為22.8mm。中心至磁體44的外周部的距離d1為14.2mm、中心至磁體44的內(nèi)周部的距離d2為10.1mm。ipm部處的轉(zhuǎn)子芯40的外徑r5為14.7mm。定子芯28的齒26的周向幅度w1為4.4mm。定子芯28、磁體44及轉(zhuǎn)子芯40的軸向厚度分別為4mm。在此需要說明的是，第2實施方式的轉(zhuǎn)子46與第1實施方式的轉(zhuǎn)子12不同、不具有背軛，但也可以具有背軛。此外，轉(zhuǎn)子芯40也可以是與定子芯28幾乎相同厚度的層疊芯。

圖16是表示在第2實施方式中僅ipm部的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。圖17是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。圖18是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的50％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。圖19是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。在設(shè)有非ipm部的任一種情況下，ipm部所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩都變小，ipm部所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩和非ipm所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩的相位是反相的，故轉(zhuǎn)子整體的齒槽轉(zhuǎn)矩被減少了。特別優(yōu)選ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％～75％的轉(zhuǎn)子。

(第3實施方式)

圖20的(a)是第3實施方式的轉(zhuǎn)子芯的俯視圖，圖20的(b)是示意性地表示磁體被保持在圖20的(a)所示的轉(zhuǎn)子芯的收容部中的狀態(tài)的俯視圖。轉(zhuǎn)子芯50是與轉(zhuǎn)子芯22同樣地制作的。并且，磁體收容部52是以轉(zhuǎn)子芯50的旋轉(zhuǎn)軸為中心放射狀地形成的。

磁體54如圖20的(b)所示在徑向的主面54a(54b)具有n極或s極。另外，各磁體54被以在各磁體54的外周面n極和s極交替的方式收容在磁體收容部52中。即，磁體的磁極朝向不同的2種磁體沿周向按順序配置。其結(jié)果，本實施方式的轉(zhuǎn)子56作為在其外周部交替存在n極和s極各8極、共計16極的磁體發(fā)揮功能。磁體54是與磁體收容部52的形狀對應(yīng)的剖面為大致臺形的柱狀部件。在此需要說明的是，磁體54可以采用與第1實施方式的磁體24同樣的材料。

關(guān)于使用了上述轉(zhuǎn)子56的電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩和磁通密度，與第1實施方式同樣地進(jìn)行了仿真分析。在此需要說明的是，定子側(cè)的概略構(gòu)成與第1實施方式是同樣的。以下例示圖20的(a)、圖20的(b)中的轉(zhuǎn)子芯50、轉(zhuǎn)子56的各參數(shù)。

定子芯的內(nèi)徑r1為14.0mm、外徑r2為22.8mm。中心至磁體54的外周部的距離r3為13.4mm、中心至磁體54的內(nèi)周部的距離r4(未圖示、背軛的外徑r4)為11.5mm。ipm部處的轉(zhuǎn)子芯40的外徑r5為13.6mm。定子芯28的齒26的周向幅度w1為4.6mm。定子芯28、磁體54及轉(zhuǎn)子56的軸向厚度分別是4mm。在此需要說明的是，第3實施方式的轉(zhuǎn)子56同第1實施方式的轉(zhuǎn)子12一樣具有背軛，但也可以不具有背軛。另外，轉(zhuǎn)子芯50也可以是與定子芯28幾乎相同厚度的層疊芯。

圖21是表示在第3實施方式中僅由ipm部構(gòu)成的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。圖22是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。圖23是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的50％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。圖24是表示ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％的轉(zhuǎn)子時的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。在設(shè)有非ipm部的任一種情況下，ipm部所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩都變小，ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的75％時及50％時，ipm部所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩和非ipm所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩的相位是反相的，故轉(zhuǎn)子整體的齒槽轉(zhuǎn)矩被減少了。特別優(yōu)選ipm部為轉(zhuǎn)子整體厚度的25％～75％的轉(zhuǎn)子。

(第4實施方式)

圖25是第4實施方式的電機(jī)的剖視圖。第4實施方式的電機(jī)200的概略構(gòu)成與第1實施方式的電機(jī)100是幾乎同樣的，但定子60的定子芯62的形狀為主要不同點。

圖25所示的環(huán)狀的定子芯62通過使位于正面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)茸畋砻娴陌鍫畹亩ㄗ榆?0的旋轉(zhuǎn)軸18側(cè)端部分別向軸向x曲折，來增加與轉(zhuǎn)子12的外周面相對的面積。在此需要說明的是，曲折的定子軛70的內(nèi)周面與轉(zhuǎn)子12的突出部36的外周面相對，定子芯62的中央部的內(nèi)周面與被保持部34的外周面相對。由此，能不使轉(zhuǎn)子與定子間的有效磁通降低地使定子60薄型化。

(第5實施方式)

在上述各實施方式中，說明了ipm部位于轉(zhuǎn)子的厚度方向的中心的情況，但ipm部未必一定要位于中心。例如，也可以是非ipm部位于轉(zhuǎn)子的厚度方向的中心、ipm部位于兩端部的轉(zhuǎn)子。第1實施方式的轉(zhuǎn)子12的軸向中央的約50％的區(qū)域為ipm部、ipm兩側(cè)的各約25％的區(qū)域為非ipm部。另一方面，第5實施方式的轉(zhuǎn)子的軸向中央的約75％的區(qū)域為非ipm部、夾著非ipm的軸向兩端的各約12.5％的區(qū)域為ipm部。其它構(gòu)成與第1實施方式的電機(jī)100相同，按此進(jìn)行了與上述同樣的仿真。

圖31是表示第5實施方式的電機(jī)中的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。在此需要說明的是，第5實施方式的電機(jī)與第1實施方式的電機(jī)100是幾乎同樣的，但ipm部的配置位置不同這一點是主要的不同點。如圖31所示，非ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩特性與圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性相比，齒槽轉(zhuǎn)矩整體較大。另一方面，ipm部的齒槽轉(zhuǎn)矩與非ipm部相位是錯開的。因此，若將非ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩和ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩合計，則與非ipm部產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩相比，齒槽轉(zhuǎn)矩的絕對值(最大峰值)變小。

(第6實施方式)

圖26是表示第6實施方式的轉(zhuǎn)子的概略構(gòu)成的剖視圖。如圖26所示，轉(zhuǎn)子64的ipm部66被設(shè)在軸向x的一個端面?zhèn)?，非ipm部68被設(shè)在軸向x的另一端面?zhèn)取?/p>

具體來說，轉(zhuǎn)子64的軸向一端部的約70％的區(qū)域為非ipm部68，軸向另一端部的約30％的區(qū)域為ipm部66。其它構(gòu)成與第1實施方式的電機(jī)100相同，按此進(jìn)行了與上述同樣的仿真。

圖32是表示第6實施方式的電機(jī)中的機(jī)械角度與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖表。在此需要說明的是，第6實施方式的電機(jī)與第1實施方式的電機(jī)100是幾乎同樣的，但ipm部的配置位置不同這一點是主要的不同點。如圖32所示，非ipm部68的齒槽轉(zhuǎn)矩特性與圖7所示的基準(zhǔn)齒槽轉(zhuǎn)矩特性相比，齒槽轉(zhuǎn)矩整體較小。并且，ipm部66的齒槽轉(zhuǎn)矩與非ipm部68相位是錯開的。因此，若將非ipm部68產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩和ipm部66產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩合計，則與非ipm部68產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩相比，齒槽轉(zhuǎn)矩的絕對值(最大峰值)變小。在此需要說明的是，已確認(rèn)只要軸向另一端部的約30～約40％的區(qū)域為ipm部66，就能得到同樣的效果。并且，具有這樣構(gòu)成的轉(zhuǎn)子64的轉(zhuǎn)子和電機(jī)也能發(fā)揮上述齒槽轉(zhuǎn)矩減少的效果。

(第7實施方式)

圖27是第7實施方式的電機(jī)的剖視圖。第7實施方式的電機(jī)300具有轉(zhuǎn)子64和定子72。構(gòu)成定子72的定子芯74被構(gòu)成為如下形式：與轉(zhuǎn)子64的突出部36相對的區(qū)域76的齒的前端內(nèi)徑比與被保持部34相對的區(qū)域78的齒的前端內(nèi)徑小。由此，能縮短磁體24的突出部36與定子芯74的距離，能使轉(zhuǎn)子與定子間的有效磁通更加提高。

(第8實施方式)

圖28是第8實施方式的電機(jī)的剖視圖。第8實施方式的電機(jī)400與第4實施方式的電機(jī)200在構(gòu)成上幾乎相同，但定子80的構(gòu)成不同。構(gòu)成定子80的定子芯82被構(gòu)成為如下形式：與轉(zhuǎn)子12的突出部36相對的定子軛70的內(nèi)緣曲折部70a的內(nèi)徑比與被保持部34相對的區(qū)域84的齒的前端內(nèi)徑小。由此，能縮短磁體24的突出部36與定子芯82的距離，能使轉(zhuǎn)子與定子間的有效磁通更加提高。

在上述實施方式中，磁體的保持是通過在轉(zhuǎn)子芯形成磁體收容部，并在該收容部收容磁體的被保持部來實現(xiàn)的，但不限于此，也可以通過在轉(zhuǎn)子芯形成凸部來作為磁體保持部，在磁體側(cè)設(shè)置收容該凸部的收容部，由此進(jìn)行磁體的保持。

(變形例)

圖33是變形例的轉(zhuǎn)子的剖面示意圖。圖33所示的轉(zhuǎn)子86具有在中心處固定有旋轉(zhuǎn)軸18的圓板狀的轉(zhuǎn)子芯88，和被保持于轉(zhuǎn)子芯88的凸部88a的磁體90。轉(zhuǎn)子芯88在圓板狀的轉(zhuǎn)子芯88的兩面環(huán)狀地設(shè)有多個凸部88a。即，轉(zhuǎn)子芯88具有以旋轉(zhuǎn)軸18為中心放射狀地形成的多個作為磁體保持部的凸部88a。另一方面，磁體90具有被保持于凸部88a的被保持部90a，和從凸部88a向旋轉(zhuǎn)軸18的軸向突出的突出部90b。

這樣構(gòu)成的轉(zhuǎn)子86同上述各實施方式一樣、轉(zhuǎn)子芯88及環(huán)狀配置的多個被保持部90a構(gòu)成產(chǎn)生第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩的第1產(chǎn)生部，環(huán)狀配置的多個突出部90b構(gòu)成產(chǎn)生與第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩相位不同的第2齒槽轉(zhuǎn)矩的第2產(chǎn)生部。

圖34的(a)是另一變形例的轉(zhuǎn)子的剖面示意圖，圖34的(b)是圖34的(a)的c-c剖視圖。圖34的(a)、圖34的(b)所示的轉(zhuǎn)子92具有在中心處固定有旋轉(zhuǎn)軸的圓板狀的轉(zhuǎn)子芯94、和被保持于轉(zhuǎn)子芯94的凸部94a的磁體96。轉(zhuǎn)子芯94的凸部94a沿圓板狀的轉(zhuǎn)子芯94的外周面的周向空有間隔地設(shè)置有多個。即，轉(zhuǎn)子芯94具有以旋轉(zhuǎn)軸18為中心放射狀地形成的多個作為磁體保持部的凸部94a。此外，在相鄰的磁體96之間，設(shè)有從轉(zhuǎn)子芯94的外周部沿徑向延伸的分隔部94b。另一方面，磁體96具有被保持于凸部94a的被保持部96a、和從被保持部96a向旋轉(zhuǎn)軸18的軸向突出的突出部96b。并且，通過凸部94a與磁體96的凹部96c相嵌合，各磁體96被固定于轉(zhuǎn)子芯94的外周。在此需要說明的是，凸部94a和凹部96c可以采用各種各樣的形狀。例如，可以將凹部96c設(shè)置成縫隙狀。另外，可以對凸部94a的前端形狀進(jìn)行設(shè)計，使得磁體96不會因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的離心力而脫落。

這樣構(gòu)成的轉(zhuǎn)子92同上述各實施方式一樣，轉(zhuǎn)子芯94及環(huán)狀配置的多個被保持部96a構(gòu)成產(chǎn)生第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩的第1產(chǎn)生部，環(huán)狀配置的多個突出部96b構(gòu)成產(chǎn)生與第1波形的齒槽轉(zhuǎn)矩相位不同的第2齒槽轉(zhuǎn)矩的第2產(chǎn)生部。

在此需要說明的是，第1實施方式的轉(zhuǎn)子是使多個磁體為海爾貝克陣列的構(gòu)成，但也可以是在極性各向異性的環(huán)形磁體的外周部配置比環(huán)形磁體寬度細(xì)的磁性體環(huán)的轉(zhuǎn)子。

以上參照上述各實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于上述各實施方式，將各實施方式的構(gòu)成適當(dāng)組合或置換后的方案也包含在本發(fā)明中。此外，可以針對各實施方式，基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識對各實施方式中的組合及處理順序進(jìn)行適當(dāng)重組或各種設(shè)計變更等變形，被施加了這樣的變形的實施方式也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

〔標(biāo)號說明〕

10外殼、12轉(zhuǎn)子、14定子、18旋轉(zhuǎn)軸、22轉(zhuǎn)子芯、22b磁體收容部、23切斷部、24磁體、26齒、28定子芯、34被保持部、36突出部、36a第1突出部、36b第2突出部、38背軛、100電機(jī)。

〔工業(yè)可利用性〕

本發(fā)明能適用于電機(jī)。