本實用新型涉及一種電動機(jī)，特別涉及一種優(yōu)化了轉(zhuǎn)子形狀的電動機(jī)。

背景技術(shù)：

關(guān)于能夠通過優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀來降低的齒槽轉(zhuǎn)矩(cogging torque)的基本的頻率成分(以下稱為“基本成分”)，一般已知，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1圈，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子極數(shù)與定子齒數(shù)的最小公倍數(shù)次的基本成分。

以往以來，為了降低齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分，進(jìn)行了各種形狀優(yōu)化。圖1中示出了使轉(zhuǎn)子形狀連續(xù)變化時的齒槽轉(zhuǎn)矩波形(基本成分)的變化。使轉(zhuǎn)子形狀從(1)逐漸變化至(5)，并設(shè)在轉(zhuǎn)子形狀為(3)的情況下齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅變得最小。在該情況下，將(3)的形狀作為最佳形狀來使用。

以往的形狀優(yōu)化是以降低基本成分為目標(biāo)的，但是難以完全消除基本成分。為了消除其剩余的基本成分，一般來說，使轉(zhuǎn)子形狀、定子齒(teeth)形狀、或者轉(zhuǎn)子與齒的相位關(guān)系等在整個電動機(jī)軸向上不同，來抵消基本成分。作為其中最一般的手法，已知一種使轉(zhuǎn)子的極相位在整個軸向上變化的偏斜(skew)(例如，日本特開2014-150626號公報。以下稱為“專利文獻(xiàn)1”。)。

圖2是專利文獻(xiàn)1所記載的以往的電動機(jī)中的以2段的方式構(gòu)成偏斜構(gòu)造時的轉(zhuǎn)子的概要立體圖。轉(zhuǎn)子1002沿軸向具有2段的轉(zhuǎn)子芯塊1041a、1041b，該轉(zhuǎn)子芯塊1041a、1041b中裝入有構(gòu)成多個磁極的永磁體1050。而且，轉(zhuǎn)子1002具有以使各段轉(zhuǎn)子芯塊1041a、1041b沿周向相互錯開的狀態(tài)一體形成的段偏斜構(gòu)造。

圖3是專利文獻(xiàn)1所記載的以往的電動機(jī)中的從軸向觀察圖2時的轉(zhuǎn)子芯1040的主要部分放大圖。以如下方式設(shè)定偏斜角度：在包括段不同的轉(zhuǎn)子芯塊1041a、1041b的轉(zhuǎn)子芯塊1041中，在裝入到磁體插入孔1042內(nèi)的磁體1050的兩側(cè)的空間中，相鄰的磁極的磁通屏障(flux barrier)1060a、1060b之間的至少一部分相重合。相重合的磁通屏障1060a、1060b的至少一部分跨段地在軸向上一致。相重合的磁通屏障1060a、1060b的截面形狀均大致呈橢圓形，外周形狀大致一致。通過使磁通屏障1060a、1060b跨段地在軸向上大致一致，能夠切斷沿軸向流動的段間的短路磁通。

在圖2所示的以往技術(shù)中，使轉(zhuǎn)子為多段，使各段的轉(zhuǎn)子相位錯開，從而使轉(zhuǎn)子與定子的相位關(guān)系錯開。由此，使所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩的相位錯開，通過其重合來試圖抵消齒槽轉(zhuǎn)矩。除此以外，也有時使用使定子的相位錯開的方法、使轉(zhuǎn)子的形狀在各個段中變化的方法、使定子的齒形狀在各個段中變化的方法等。

在以往技術(shù)中，齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分的降低不充分，也有時通過轉(zhuǎn)子的偏斜(連續(xù)性偏斜、使轉(zhuǎn)子的多段錯開的偏斜)來應(yīng)對。然而，在進(jìn)行偏斜的情況下，存在電動機(jī)的輸出有可能下降這樣的問題。另外，若進(jìn)行偏斜則部件數(shù)量、工時會增加，從而還存在成本上升的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種能夠通過優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀來消除因轉(zhuǎn)子極數(shù)和定子槽數(shù)引起的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分、從而實現(xiàn)齒槽轉(zhuǎn)矩的大幅降低的電動機(jī)。

本實用新型的一個實施例所涉及的電動機(jī)具有：轉(zhuǎn)子，其具有轉(zhuǎn)子鐵芯以及包括設(shè)置于轉(zhuǎn)子鐵芯的永磁體的多個磁極；以及定子，其配置于轉(zhuǎn)子的外周側(cè)，具有定子鐵芯，該定子鐵芯中形成有與多個磁極相向的多個齒以及用于收納卷繞于多個齒的電樞繞組的槽，該電動機(jī)的特征在于，轉(zhuǎn)子構(gòu)成為從轉(zhuǎn)子的中心到外周的距離r(θ)滿足下述的式(1)和式(2)，

其中，

R：定子芯的最小半徑

r₀：轉(zhuǎn)子最大半徑

r₁：以往形狀的轉(zhuǎn)子的半徑

p：轉(zhuǎn)子的極數(shù)

θ：以從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心與旋轉(zhuǎn)軸垂直地去向轉(zhuǎn)子極中心的直線為基準(zhǔn)(0[rad])時的角度[rad]

φ：用于指定r(θ)的范圍[rad]

α、β、γ、μ：分別在上式中被指定了范圍的、用于對轉(zhuǎn)子形狀賦予特征的參數(shù)。

附圖說明

通過與附圖相關(guān)聯(lián)的以下的實施方式的說明，本實用新型的目的、特征以及優(yōu)點會變得更進(jìn)一步明確。在該附圖中，

圖1是表示在以往的電動機(jī)中使轉(zhuǎn)子形狀連續(xù)地變化時的齒槽轉(zhuǎn)矩波形(基本成分)的變化的概念圖，

圖2是以往的電動機(jī)中的以2段的方式構(gòu)成偏斜構(gòu)造時的轉(zhuǎn)子的概要立體圖，

圖3是從軸向觀察圖2所示的以往的電動機(jī)時的主要部分放大圖，

圖4是本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)的截面圖，

圖5是本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)的轉(zhuǎn)子周邊部的放大截面圖，

圖6是表示在本實用新型的實施例中使轉(zhuǎn)子形狀連續(xù)地變化時的齒槽轉(zhuǎn)矩波形(基本成分)的變化的概念圖，

圖7是本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)的磁體和磁體孔的放大截面圖，

圖8是在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中改變參數(shù)時的轉(zhuǎn)子形狀的模擬結(jié)果，

圖9是表示本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)的從轉(zhuǎn)子中心到磁體孔周邊部的距離的磁體孔的放大截面圖，

圖10是在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中使轉(zhuǎn)子形狀連續(xù)地變化時的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分波形的變化的模擬結(jié)果，

圖11A是表示本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)角依賴性的曲線圖，

圖11B是表示以往的電動機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)角依賴性的曲線圖，

圖12A是表示本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的頻率成分的曲線圖，

圖12B是表示以往的電動機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩的頻率成分的曲線圖，

圖13A是表示在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中使磁體位置移動50μm之前的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分波形的變化的曲線圖，

圖13B是表示在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中使磁體位置移動50μm之后的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分波形的變化的曲線圖，以及

圖14是表示在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中改變磁體的磁通密度Br時的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分波形的變化的曲線圖。

具體實施方式

下面，參照附圖來說明本實用新型所涉及的電動機(jī)。圖4中示出了本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)的截面圖。本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)100具有轉(zhuǎn)子1和定子2。轉(zhuǎn)子1具有轉(zhuǎn)子鐵芯11以及包括設(shè)置于轉(zhuǎn)子鐵芯11的永磁體12的多個磁極13。定子2配置于轉(zhuǎn)子1的外周側(cè)，具有定子鐵芯23，該定子鐵芯23中形成有與多個磁極13相向的多個齒21以及用于收納卷繞于多個齒21的電樞繞組(未圖示)的槽22。

并且，本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)100的特征在于，轉(zhuǎn)子1構(gòu)成為從轉(zhuǎn)子1的中心C到外周的距離r(θ)滿足下述的式(1)和式(2)。

其中，f(θ)表示為以下的式(3)，r₁(θ)表示為以下的式(4)。

式(1)～(4)中的φ、α、β、μ、γ是用于對轉(zhuǎn)子形狀賦予特征的參數(shù)，被設(shè)定為滿足以下的式(5)～(9)。

另外，如以下那樣定義式(1)～(4)中的R、r₀、r₁、p、θ、φ。

R：定子芯23的最小半徑

r₀：轉(zhuǎn)子1的最大半徑

r₁：以往形狀的轉(zhuǎn)子的半徑

p：轉(zhuǎn)子1的極數(shù)

θ：以從轉(zhuǎn)子1的旋轉(zhuǎn)中心C與旋轉(zhuǎn)軸垂直地去向轉(zhuǎn)子極中心的直線為基準(zhǔn)(0[rad])時的角度[rad]

φ：用于指定r(θ)的范圍[rad]

圖5中示出了f(θ)與r(θ)的關(guān)系。在圖5中，如以下那樣表示在-φ～φ的范圍內(nèi)由曲線f(θ)和r(θ)圍起來的面積，式(1)的左邊與其成正比。

式(1)的左邊大意味著f(θ)與r(θ)的形狀差大。另一方面，式(1)的右邊與由轉(zhuǎn)子的最大半徑r₀和定子的最小半徑R圍起的通過以下的式來表示的面積成正比。

可以說式(1)利用了相對于“由轉(zhuǎn)子的最大半徑r₀和定子的最小半徑R圍起的面積”的比例來指定“轉(zhuǎn)子形狀的曲線f(θ)與r(θ)之差的容許范圍”。

在此，補充說明式(1)的右邊的系數(shù)(1/10)的妥當(dāng)性。作為一例，說明以下的情況：設(shè)p＝8、φ＝π/8、R＝30mm、r₀＝29.6mm，曲線f(θ)與r(θ)之差始終為20μm。當(dāng)為了便于計算而假設(shè)f(θ)為圓形狀時，在圖5中，如以下那樣求出在-φ～φ的范圍內(nèi)由曲線f(θ)和r(θ)圍起來的面積。

如以下那樣求出在-φ～φ的范圍內(nèi)由轉(zhuǎn)子的最大半徑r₀和定子的最小半徑R圍起來的面積。

當(dāng)求出上述兩個計算結(jié)果之比時，為

0.4648/9.3619＝0.049648…≈1/20。

根據(jù)以上，將式(1)的右邊的系數(shù)設(shè)為1/10。

雖然f(θ)不是圓，但是判斷為在求出由曲線f(θ)和r(θ)圍起來的面積的近似值時將f(θ)假設(shè)為圓形狀是妥當(dāng)?shù)摹?/p>

假如始終為10μm的差，當(dāng)進(jìn)行同樣的計算時能夠得到下述的式是妥當(dāng)?shù)倪@樣的結(jié)果。

有時也可以以取代式(5)而滿足以下的式(5′)的方式?jīng)Q定參數(shù)φ。

有時也可以以取代式(6)而滿足以下的式(6′)的方式?jīng)Q定參數(shù)α。

有時也可以以取代式(9)而滿足以下的式(9′)的方式?jīng)Q定參數(shù)γ。

有時也可以以取代式(7)而滿足以下的式(7′)的方式?jīng)Q定參數(shù)β。

有時也可以以取代式(5)而滿足以下的式(5″)的方式?jīng)Q定參數(shù)φ。

有時也可以以取代式(6)而滿足以下的式(6″)的方式?jīng)Q定參數(shù)α。

α＝1 (6″)

有時也可以以取代式(9)而滿足以下的式(9″)的方式?jīng)Q定參數(shù)γ。

γ＝1 (9″)

根據(jù)模具的精度，也可以以取代式(1)而滿足下述的式(1′)的方式?jīng)Q定距離r(θ)。

也可以以取代式(2)而滿足下述的式(2′)的方式?jīng)Q定距離r(θ)。由此，與r₁之間的偏離量變得更明確。

也可以以取代式(2)而滿足下述的式(2″)的方式?jīng)Q定距離r(θ)。由此，與r₁之間的偏離量變得更明確。

也可以以取代式(1)和(2)而滿足下述的式(10)和(20)的方式?jīng)Q定距離r(θ)。

在此，簡單說明式(2)和式(4)。在同步電動機(jī)中，一般來說是以下面的情況為前提來進(jìn)行控制的：交鏈磁通的因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角而產(chǎn)生的變化是三角函數(shù)。當(dāng)交鏈磁通的因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角而產(chǎn)生的變化脫離三角函數(shù)時，轉(zhuǎn)矩波動(通電時的轉(zhuǎn)矩脈動)變大而控制性惡化。因此，為了試圖使磁通的變化為三角函數(shù)狀，存在以下慣例：使用三角函數(shù)作為轉(zhuǎn)子形狀本身(更嚴(yán)密地說，以三角函數(shù)的方式給出轉(zhuǎn)子與定子之間的距離的變化量。)。此時，設(shè)轉(zhuǎn)子的1個極為三角函數(shù)的半個周期(1個峰)(如果是p極的電動機(jī)則使用cos(pθ/2)。)。

在本實施例中，特征在于，不拘泥于以往的三角函數(shù)的使用方法，而使用新的三角函數(shù)的使用方法來優(yōu)化形狀，以優(yōu)化齒槽轉(zhuǎn)矩而不是轉(zhuǎn)矩波動(反過來說，利用以往的三角函數(shù)的使用方法無法使齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分最小化。)。因此，與以往的使用方法不同，使用式(2)和式(4)。

簡單說明式(3)。式(3)是如下的式子：通過在以往的函數(shù)式(4)中追加參數(shù)α、β、μ、γ來提高轉(zhuǎn)子的外周形狀的自由度，使得易于找到齒槽轉(zhuǎn)矩的最小點。上述參數(shù)與轉(zhuǎn)子的外周形狀之間存在以下的關(guān)系。

·在α小于1的情況下，與式(4)所規(guī)定的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，轉(zhuǎn)子的外周形狀向外側(cè)膨出。在α大于1的情況下，與式(4)所規(guī)定的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，轉(zhuǎn)子的外周形狀向內(nèi)側(cè)癟縮。

·在β小于p/2的情況下，與式(4)所規(guī)定的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，轉(zhuǎn)子的外周形狀向外側(cè)膨出。在β大于p/2的情況下，與式(4)所規(guī)定的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，轉(zhuǎn)子的外周形狀向內(nèi)側(cè)癟縮。

·在γ小于1的情況下，在θ<μ的范圍內(nèi)，與式(4)所規(guī)定的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，轉(zhuǎn)子的外周形狀向內(nèi)側(cè)癟縮。在θ>μ的范圍內(nèi)，與式(4)所規(guī)定的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，轉(zhuǎn)子的外周形狀向外側(cè)膨出。

在γ大于1的情況下，在θ<μ的范圍內(nèi)，與式(4)所規(guī)定的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，轉(zhuǎn)子的外周形狀向外側(cè)膨出。在θ>μ的范圍內(nèi)，與式(4)所規(guī)定的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，轉(zhuǎn)子的外周形狀癟縮。

還需要注意的是，各個參數(shù)下的形狀的膨出方式不同。另外，在此所說的“膨出”或“癟縮”區(qū)域主要是圖4的15(極的肩垂部分)，轉(zhuǎn)子的最大半徑不變化。

利用上述的特性，再利用磁體尺寸、磁體位置等參數(shù)來找到齒槽轉(zhuǎn)矩的最小點。

在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中，如圖4所示那樣定義轉(zhuǎn)子外周形狀，并改變函數(shù)的參數(shù)α、β、γ、μ以及磁體位置、磁體形狀、磁體孔形狀(IPM(Interior Permanent Magnet：內(nèi)置永磁體)構(gòu)造的情況)中的一個或多個參數(shù)來進(jìn)行優(yōu)化。由此，如以下所示，能夠得到與以往的優(yōu)化不同的效果。本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中的轉(zhuǎn)子形狀是指上述的全部參數(shù)，不僅包括外周形狀，還包括磁體位置、磁體形狀、磁體孔形狀這全部。

并且，優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)子1的形狀、定子2的齒21的形狀以及轉(zhuǎn)子1與齒21的相位關(guān)系在整個軸向上相同，轉(zhuǎn)子1的多個磁極13各自的形狀相同。通過設(shè)為這種結(jié)構(gòu)，不需要進(jìn)行偏斜、段錯開，也不產(chǎn)生由偏斜、段錯開引起的轉(zhuǎn)矩的下降。

在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中，著眼于在使轉(zhuǎn)子形狀連續(xù)地變化時基本成分的相位偏離半個周期(反轉(zhuǎn))這一情況，通過使用發(fā)生反轉(zhuǎn)時的該形狀來消除基本成分。能夠使用三角函數(shù)來作為轉(zhuǎn)子的外周形狀，通過多個參數(shù)改變形狀，來進(jìn)行優(yōu)化。

圖6是在本實用新型的實施例中使轉(zhuǎn)子形狀連續(xù)地變化時的齒槽轉(zhuǎn)矩波形(基本成分)的變化圖。在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中，如轉(zhuǎn)子形狀編號(1)至(7)所示，逐漸地改變上述多個參數(shù)(或其中之一)。在像這樣逐漸地改變參數(shù)的情況下，如圖6所示那樣齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分發(fā)生變化，若將(1)與(7)相比，則齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分的相位偏離半個周期(波形形狀反轉(zhuǎn))。據(jù)此，在(1)至(7)之間的中途的階段、例如(4)的情況下，存在基本成分無限接近于0的形狀。因而，通過使用使齒槽轉(zhuǎn)矩變得接近0的形狀(例如(4)的形狀)，能夠制作出基本成分非常小的電動機(jī)。

在此，在磁體表面貼裝構(gòu)造(SPM)中，轉(zhuǎn)子外周形狀是指磁體外周形狀，在磁體嵌入構(gòu)造(IPM)中，轉(zhuǎn)子外周形狀是指轉(zhuǎn)子芯外周形狀。主要關(guān)注磁性體的形狀(對齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響的物體的形狀)，未關(guān)注非磁性體、按非磁性體看待的物體的形狀(樹脂制的罩、薄的SUS的罩等對齒槽轉(zhuǎn)矩沒有影響的物體的形狀)。

另外，式(4)是以往以來用于轉(zhuǎn)子外形的函數(shù)，是一般的三角函數(shù)的使用方法。在式(2)中明確地指定了是與式(4)不同的形狀。為了進(jìn)一步優(yōu)化，如式(3)那樣通過各種參數(shù)來特意地使外周形狀脫離一般的三角函數(shù)。

為了使與以往形狀之差更顯著，只要如下所述那樣在右邊加入值即可。

在此，相比于式(9)，式(10)的r(θ)所描繪的(有助于轉(zhuǎn)矩的)形狀與以往形狀r₁更為不同。

圖7是本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)的磁體和磁體孔的放大截面圖。如圖7所示，磁體孔14的形狀也可以不是僅用于收納磁體12的孔，而包括如圖7中的A、A′那樣與磁體12本身的形狀不同的突起。

接著，說明轉(zhuǎn)子的外周形狀的例子和優(yōu)點。圖8是在本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)中改變參數(shù)時的轉(zhuǎn)子形狀的模擬結(jié)果。

在圖8中，曲線(i)是對以往以來經(jīng)常用于轉(zhuǎn)子形狀的下述的式(4)進(jìn)行繪制所得到的。

曲線(ii)～(iv)是分別如以下那樣設(shè)定式(3)的各種參數(shù)的情況下的轉(zhuǎn)子的外周形狀。

(ii)α＝1、γ＝1、β＝3.8、μ＝1

(iii)α＝1、γ＝1.7、β＝7.5、μ＝1

(iv)α＝1、γ＝1、β＝3.5、μ＝1

圖8中的長方形的虛線是磁體孔的配置例。

與(i)的情況下的轉(zhuǎn)子的外周形狀相比，可知(ii)～(iv)的情況下的轉(zhuǎn)子的外周形狀在磁體尺寸、磁體孔的位置上產(chǎn)生大的自由度。由此，在進(jìn)行轉(zhuǎn)子形狀的優(yōu)化時，能夠防止額定輸出的下降。另外，由于產(chǎn)生了磁體孔位置的自由度，易于進(jìn)行磁體孔位置、形狀的微調(diào)，有助于齒槽轉(zhuǎn)矩的最小化。

圖9是表示本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)的從轉(zhuǎn)子中心到磁體孔周邊部的距離的磁體孔的放大截面圖。在圖9中，r_m是從轉(zhuǎn)子中心C到磁體孔外周邊中心的距離，r_mm是從轉(zhuǎn)子中心到磁體孔外周邊的極間附近的距離的最大值，r_g是從轉(zhuǎn)子中心C到極間中心的距離。

在本實施例中，基本上設(shè)為r_mm>r_g，通過將磁體孔與轉(zhuǎn)子芯外周部的距離縮窄，來在圖9中的區(qū)域X、X′形成磁飽和，使磁體的交鏈磁通變大。與此同時，設(shè)想使用各種參數(shù)來優(yōu)化齒槽轉(zhuǎn)矩。另外，將r_g考慮為另一個參數(shù)并根據(jù)需要來進(jìn)行優(yōu)化也是有效的。此時，不拘泥于r_mm>r_g，也有時能夠增大r_g來在例如極間的直線部分和磁體孔中制造磁飽和部分從而進(jìn)行優(yōu)化。

接著，說明轉(zhuǎn)子形狀變化的連續(xù)性和齒槽轉(zhuǎn)矩波形的連續(xù)性。當(dāng)然，轉(zhuǎn)子形狀(外周形狀、磁體配置位置等)、定子齒形狀不管是什么樣的形狀，都可以在不同的形狀之間確保連續(xù)性。換言之，通過逐漸地改變形狀，能夠變?yōu)橥耆煌男螤睢?/p>

若逐漸地連續(xù)改變轉(zhuǎn)子的形狀，則此時的齒槽轉(zhuǎn)矩波形也逐漸地連續(xù)變化，這樣認(rèn)為是妥當(dāng)?shù)?，實際上也是如此。在合理的范圍內(nèi)的連續(xù)性形狀變化中不存在奇點。假如在不同的轉(zhuǎn)子形狀之間產(chǎn)生了齒槽轉(zhuǎn)矩的反轉(zhuǎn)，根據(jù)連續(xù)性，能夠推測為在該形狀之間存在使齒槽轉(zhuǎn)矩消失的形狀。

此外，在此所說的“合理的范圍內(nèi)”是指磁體與相鄰的磁體不會接觸、或轉(zhuǎn)子外周與定子不會接觸的范圍。換言之，是指以下的范圍：在構(gòu)成轉(zhuǎn)子的封閉曲面的形狀變化過程中不伴有接觸。

圖10是對在8極36槽(極數(shù)8、槽數(shù)36)的電動機(jī)中使轉(zhuǎn)子的形狀逐漸地從(1)連續(xù)變化至(6)時的齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行模擬所得到的圖。針對各個形狀，進(jìn)行了1/72轉(zhuǎn)(5度)的模擬。即，8極36槽所產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本頻率成分為72次，因此模擬了1個周期。

若將圖10中的(1)和(6)的情況下的模擬結(jié)果進(jìn)行比較，則可知相位偏離了半個周期(波形形狀反轉(zhuǎn))。另外，可知在位于(1)與(6)之間的(4)中，基本頻率成分的波大致為0。另外，(1)至(6)的波形形狀是逐漸地連續(xù)變化的。

接著，說明實際制作了電動機(jī)來對利用本實用新型的電動機(jī)與按照以往技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化的電動機(jī)進(jìn)行比較所得到的結(jié)果。圖11A和圖11B是對本實用新型的優(yōu)化以及以往的優(yōu)化各自的電動機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了測定來進(jìn)行比較的圖。圖12A和圖12B是對各自的頻率成分進(jìn)行比較的圖。

根據(jù)圖11A、圖11B以及圖12A、圖12B可知，與以往的優(yōu)化的電動機(jī)相比，通過本實用新型進(jìn)行優(yōu)化的電動機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分(該電動機(jī)為72/轉(zhuǎn))極低。

在此，應(yīng)該考慮以下的可能性：在使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1圈時的齒槽轉(zhuǎn)矩中，即使對轉(zhuǎn)子極數(shù)與定子齒數(shù)的最小公倍數(shù)次的頻率成分的齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅(通過形狀優(yōu)化)進(jìn)行了優(yōu)化，也會有最低也為額定轉(zhuǎn)矩的0.125％左右的殘留。在實際制造電動機(jī)時，需要設(shè)置磁體、定子、轉(zhuǎn)子各自的形狀的尺寸公差。另外，對于磁體的Br(磁通密度)也需要設(shè)置公差。因而，即使在模擬上使齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分完全消失，在實際的電動機(jī)中，各自的精度有限，從而也會殘存少許齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分。另外，在模擬中也是，考慮到未成為完全平坦的直線、模擬的計算誤差等，即使以為選定了理想的形狀，在實際的電動機(jī)中也會殘存極微少的基本成分，這樣認(rèn)為是妥當(dāng)?shù)摹?/p>

因而，設(shè)基本成分如以下那樣殘存。

形狀本身所包含的基本成分(包括模擬的誤差)：0.025％

磁體的位置和形狀公差帶來的影響：0.025％

轉(zhuǎn)子芯的形狀公差帶來的影響：0.025％

定子齒的形狀公差帶來的影響：0.025％

磁體的Br的公差帶來的影響：0.025％

將上述的基本成分相加后為0.125％。

上述是在比較高級的技術(shù)管理下的值，若是低成本、短交貨期等狀況下的加工、磁體選定，則根據(jù)情況也不能否定以下可能性：即使進(jìn)行了形狀優(yōu)化也殘存更大的基本成分(例如0.2％)。

圖13A和圖13B是沿周向?qū)⒛硞€轉(zhuǎn)子(IPM構(gòu)造)的磁體的位置錯開50μm之前和之后的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分波形的變化(模擬結(jié)果)?？芍ㄟ^50μm的變化，振幅((最大值-最小值)/2)從0.123％變大0.073％而成為0.196％。通過單純計算相當(dāng)于每10μm變大0.0146％。若考慮加工技術(shù)、成品率，則使用最低±10μm～20μm左右的公差是妥當(dāng)?shù)?，因此認(rèn)為應(yīng)該考慮0.0146～0.0292％左右，在上述的磁體的位置和形狀下預(yù)計為0.025％是妥當(dāng)?shù)?未大到必需以上)。

轉(zhuǎn)子形狀、定子齒形狀在公差內(nèi)的形狀自由度大，認(rèn)為與之前敘述的IPM中的磁體位置相比，轉(zhuǎn)子形狀、定子齒形狀對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響大。然而，站在最低需要0.025％的范圍這一立場，而使用了與磁體位置同等的0.025％這一值。

圖14是表示使磁體的磁通密度Br變化±2％時的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分波形的變化的圖。可知當(dāng)與指定值偏離+2％時齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅((最大值-最小值)/2)惡化約0.02％。作為工業(yè)用而售賣的Br的公差為±2～3％的情況多，據(jù)此可知上述預(yù)計的0.025％是妥當(dāng)?shù)摹?/p>

在以往的形狀優(yōu)化中，為了消除基本成分，有時在整個轉(zhuǎn)子軸向上改變轉(zhuǎn)子的形狀或者改變轉(zhuǎn)子的相位(偏斜、段偏斜等)。在這種情況下，存在構(gòu)造變得復(fù)雜而耗費成本、輸出下降等問題。

根據(jù)本實用新型，通過將轉(zhuǎn)子設(shè)為以往沒有的減小齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分波形的形狀，能夠減小齒槽轉(zhuǎn)矩。

在形狀的優(yōu)化不足的情況下，即使進(jìn)行了最佳的偏斜(特別是在不是連續(xù)偏斜而是段偏斜的情況下)，基本成分也無法完全消失的情況多。因而，通過優(yōu)化齒槽轉(zhuǎn)矩，即使在由于生產(chǎn)時的加工公差、組裝誤差等而產(chǎn)生少量基本成分的情況下，也能夠通過進(jìn)行偏斜來幾乎完全消除基本成分。

根據(jù)本實用新型的實施例所涉及的電動機(jī)，能夠通過優(yōu)化轉(zhuǎn)子形狀來消除因轉(zhuǎn)子極數(shù)和定子槽數(shù)引起的齒槽轉(zhuǎn)矩的基本成分，從而能夠?qū)崿F(xiàn)齒槽轉(zhuǎn)矩的大幅降低。