确保高效运行的交流电机制造技术

提供一种交流电机，该交流电机包括多个环形绕组，每个环形绕组都沿定子的圆周方向延伸。该定子装配有由沿其圆周设置的磁极组成的Ｎ定子磁极组。该环形绕组沿定子的轴线方向彼此靠近设置。选择转子磁极数Ｐ和定子的磁极数Ｍ，以满足关系式Ｍ＜（Ｐ／２）×Ｎ。这种结构使得定子的磁极数减小，从而确保了在定子的磁极之间所希望的气隙，进而使定子的磁极之间的磁通泄漏最小以增加由电机输出的转矩。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大致涉及一种用于载客汽车或者载重汽车的交流电机，更具体而言，涉及一种被设计为确保高效运行并且使得尺寸减小以及可以低成本制造的这种电机。
技术介绍
日本专利首次公开文本No.6-261513公开了一种配备有多相绕组的无刷电机，其中每一相绕组都以集中绕组的形式缠绕定子磁极。这种结构的缺点在于，每个绕组都需要较深的设置在定子磁极之间的一个槽中，从而导致绕组匝数的数量受到限制，并且在使得电机尺寸减小、低成本制造电机以及改进转矩产生效率方面都存在困难。为了缓解这些问题，本申请的专利技术人已经在日本专利首次公开文本No.2005-160285中提出了交流电机的一种改进结构，该文本与2004年11月8日提交的US2005/0099082A1是等同的。这将在下面来描述。该交流电机包括转子、定子以及多个环形绕组。转子具有沿着其圆周交替设置的北极和南极。定子具有沿着其圆周设置的定子磁极。定子磁极被分成多个N相磁极组，这些N相磁极组在定子的圆周和轴线方向不对齐。环形绕组与N相磁极组磁性相关的沿定子的圆周方向延伸，并且被设置为沿定子的轴线方向彼此靠近。考虑到绕组缠绕相同组的定子磁极的例子，流过位于两个邻近的定子磁极之间的绕组部分的电流产生彼此抵消的磁通势。这与没有电流流过该绕组部分时的情况等同。因此，可以采用环形绕组来代替缠绕在定子磁极上的绕组。这就意味着位于邻近的两个定子磁极的绕组部分被省略，从而使得电机可以产生更大的转矩并且增加定子磁极。环形绕组的结构简单，从而提高了它的生产率。环形绕组相对于定子圆周对称的延伸，从而减少了由转子和定子之间产生的磁引力引起的定子的形变或者电机部分的应变，从而减小了电机的机械振动以及噪音。本申请的专利技术人已经研究出了上述类型的交流电机中的定子磁极的数量及其布局，以增加输出转矩，减小转矩脉动，和/或进一步简化电机的结构。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种交流电机的改进结构，该交流电机的改进结构被设计为确保高效运行，并且使得电机的尺寸减小，制造成本低。根据本专利技术的一个方面，提供一种交流电机，其包括(a)具有转子磁极的转子，这些转子磁极是沿其圆周交替设置的N极和S极；(b)具有N定子磁极组的定子，该N定子磁极组由沿其圆周设置的磁极组成，该N定子磁极组基于磁极从一个预先选定参考的转子磁极沿定子的圆周方向分别相对移动不同的角度；以及(c)多个环形绕组，它们均沿定子的圆周方向延伸。环形绕组分别相对于N定子磁极组沿定子的轴线方向彼此靠近设置。选择转子磁极的数量P和定子磁极的数量M，以满足M＜(P/2)×N的关系。这种结构与现有技术结构相比定子磁极的数量减小，这就确保了在定子磁极之间存在希望的气隙，从而使定子磁极之间的磁通的泄漏最少，以增加由电机输出的转矩。在本专利技术的优选模式中，可以选择转子磁极的数量P和定子磁极的数量M，以满足这样的条件，即单位电压的波形和幅值基本上相同，并且相角移动360°/N，其由电角度表示，其中单位电压是流过N定子磁极组的磁通的旋转角度变化的速率。定子磁极彼此之间设置有不规则的间隔，从而满足这样的条件，即单位电压的波形和幅值基本上相同，并且相角移动360°/N，其由电角度表示，其中单位电压是流过N定子磁极组的磁通的旋转角度变化的速率。至少一个定子磁极宽度可以被选择为与另一个或其它的定子磁极的宽度不同，从而满足这样的条件，即单位电压的波形和幅值基本上相同，并且相角移动360°/N，其由电角度表示，其中单位电压是流过N定子磁极组的磁通的旋转角度变化的速率。至少一个绕组的匝数的数量可以被选择为与另一个或其它的绕组不同，从而满足这样的条件，其中N定子磁极组中分别产生的电压也就是由单位电压的乘积所产生的电压，这些电压的波形和幅值基本上相同，并且相角移动360°/N，其由电角度表示，其中单位电压是流过N定子磁极组的磁通的旋转角度变化的速率。附图说明通过以下给出的详细描述以及本专利技术的优选实施例的附图，将能够更加全面地理解本专利技术，但是，这些并不能将本专利技术限制于特定的实施例，而是仅仅用于进行解释和便于理解的目的。在附图中图1是示出相关的无刷电机的纵向截面图；图2是图1的电机中构造的永久磁铁的展开图；图3(a)是沿着图1的线AA-AA截面的横切面图；图3(b)是沿着图1的线AB-AB截面的横切面图；图3(c)是沿着图1的线AC-AC截面的横切面图；图4是从图1的电机的转子观察的定子的内部圆周的展开图；图5(a)是示出图1的电机中构造的U相绕组的平面图；图5(b)是图5(a)的侧视图；图6是示出在定子的圆周上方延伸的三相绕组的展开图；图7是示出在定子的圆周上方延伸的三相绕组的变型形式的展开图；图8是从图1的电机的转子观察的、示出绕组和定子磁极的展开图；图9是示出图1的无刷电机的三相中的电流Iu，Iv和Iw、单位电压Eu，Ev和Ew，以及输出转矩Tu，Tv和Tw之间的关系的矢量图；图10是示出定子磁极的第二种变型形式的展开图；图11是示出定子磁极的第三种变型形式的展开图；图12是示出定子磁极的第四种变型形式的展开图；图13是示出定子磁极的第五种变型形式的展开图；图14、15、16、17、18和19是示出图1的电机的转子的变型的横切面图；图20是示出根据本专利技术的交流电机中的定子磁极的展开图；图21是示出由定子磁极感应的电压的矢量的矢量图；图22是示出由图21中的定子磁极感应的电压的矢量与其矢量总和之间的关系的矢量图；图23是示出根据本专利技术的交流电机中的定子磁极的第二种变型的布局的展开图；图24是示出由图23中的定子磁极感应的电压的矢量与其矢量总和之间的关系的矢量图；图25是示出根据本专利技术的交流电机中的定子磁极的第三种变型的布局的展开图；图26是示出由图25中的定子磁极感应的电压的矢量与其矢量总和之间的关系的矢量图；图27是示出根据本专利技术的交流电机中的定子磁极的第四种变型的布局的展开图；图28是示出由图27中的定子磁极感应的电压的矢量与其矢量总和之间的关系的矢量图；图29是示出由定子磁极感应的电压的矢量与其矢量总和之间的关系的矢量图；图30是示出传统的无刷电机的纵向截面图；图31是示出图30中的电机的定子磁极和绕组的展开图；图32是沿图30中的线AA-AA截面的横切面图；以及图33是示出图30的电机中安装的转子和定子的变型形式的横切面图。具体实施例方式与本申请转让的受让人相同的、与2004年11月8日提交的US2005/0099082A1等同的日本专利首次公开文本No.2005-160285公开了一种交流电机以及它的电机控制器，该电机控制器的结构与下面描述的类似，该申请的公开内容在这里完全被结合用作参考。在描述本专利技术的无刷电机的结构之前，下面将先论述相关的技术。图1示出了可以在载客汽车或载重汽车中使用的无刷电机150。无刷电机150是一种以三相交流电操作的8极无刷电机，并包括转子11和定子14。转子11具有围绕其外表面设置的多个永久磁铁12。永久磁铁12具有沿转子11的圆周交替排列的北极(N)和南极(S)。图2是转子11沿其圆周方向的的展开图。水平轴表示机械角度。360°的机械角度对应于1440°的电角度。定子14装配有磁极19、20和21，每一相都有四个磁极。磁极19在下面还将被称为U相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流电机，包括：具有转子磁极的转子，该转子磁极是沿其圆周交替设置的Ｎ极和Ｓ极；具有由沿其圆周设置的磁极组成的Ｎ定子磁极组的定子，基于磁极，该Ｎ定子磁极组分别从一个预先选定参考的转子磁极沿所述定子的圆周方向移动不同的角度； 以及多个环形绕组，每个环形绕组都沿所述转子的圆周方向延伸，该环形绕组分别相对于Ｎ定子磁极组沿所述定子的轴线方向彼此靠近设置，其中选择转子磁极数Ｐ和所述定子的磁极数Ｍ，以满足关系式Ｍ＜（Ｐ／２）×Ｎ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：牧田真治，梨木政行，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]