CN100444503C

CN100444503C - 采用微调结构的无刷电动机

Info

Publication number: CN100444503C
Application number: CNB028151577A
Authority: CN
Inventors: 藤中广康
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: DE60204965T2; DE60204965D1; CN1537354A; EP1402617B1; WO2003028192A1; US20040245887A1; US7064468B2; JP2003061326A; JP4250878B2; EP1402617A1

Abstract

一种无刷电动机，包括：具有磁体的转子，所述磁体沿旋转方向交替磁化N极和S极；以及具有多个缠绕了线圈的凸极的芯体。所述芯体面对所述磁体以形成磁路。每个凸极形成齿状并在面对磁体的边缘设有小齿。所述小齿具有与磁体两个磁极相对应的齿距。响应于转子位置给线圈加电驱动转子。这种结构极大地增加了电动机的容积效率。

Description

采用微调结构的无刷电动机

技术领域

本发明涉及用作设备驱动源的电动机，尤其涉及采用微调(vernier)结构的无刷电动机。

背景技术

电动机被用作各种设备，如影音装置、办公自动化设备、家用器具、运输设备和工厂自动化设备的驱动源。这些装置和设备每年都配备更多的功能，因此这些装置和设备中所采用的电动机数量也相应地增加。当前，所述装置和设备体积变小并且以高速运转。因此市场要求电动机能够以较小的主体输出较大的功率。

各种类型的电动机被使用，例如感应电动机、有刷直流电动机、步进电动机和无刷电动机。本发明涉及无刷电动机。

图31A和图31B显示了第一实例，即传统无刷电动机。在图31A中，定子包括芯体103和缠绕在芯体103的凸极上的线圈104。转子包括磁体101和轴112，磁体101安装在轴112上。芯体103面对磁体101，其间具有预定间距。轴112的两端由轴承113支撑。

在图31B中，磁体101被磁化以形成8个磁极。面对磁体101的芯体103具有6个凸极，所述凸极统一间隔开并缠绕有线圈104。相邻凸极的电角度具有120度的相位差。具有相同相位的凸极105-1和105-4被指定为U相，具有相同相位的凸极105-2和105-5被指定为V相，具有相同相位的凸极105-3和105-6被指定为W相。缠绕在每个凸极上的线圈，即U相线圈、V相线圈和W相线圈，随检测转子位置而被加电并控制，从而转子受到驱动。

如传统无刷电动机第一实例所示，各个凸极的边缘通常是平的。

另一方面，还具有一种电动机被用作混合(HB式)步进电动机，其中每个凸极的边缘是锯齿状的，即多个小齿设置在凸极的边缘(微调结构)，并且这种HB式电动机已经商业化并提供给普通用户。

下面说明通常使用的HB式步进电动机。图32A和图32B说明了第二实例(即传统HB式步进电动机)的结构。在两幅图中，磁体201沿旋转轴磁化两个磁极(N极和S极)。转子铁芯211在整个上侧或者整个下侧磁化N极或S极。转子铁芯211的外壁以统一齿距制成锯齿状，从而在外壁上设置了小齿。上部转子铁芯的小齿的位置在角度上从下部转子铁芯的小齿变换，从而上部转子铁芯的齿的顶点与下部转子铁芯的齿的谷点相应。

定子包括定子芯203和缠绕在定子芯203的凸极上的线圈204。转子包括磁体201、上部和下部转子铁芯211和通过磁体201延伸的轴212。定子芯203以给定间距面对转子铁芯211。轴212的两端都通过轴承213支撑。

在图32B中，设置在定子芯203内壁上的多个凸极205也以与转子铁芯211相同的齿距制成锯齿状。这些凸极205相对于设置在每相转子铁芯211的外壁上的小齿移动给定的角度。给缠绕在各个凸极上的线圈加电将磁化被加电凸极上的小齿。因此凸极上的小齿吸引和排斥转子铁芯上被磁体201磁化的另外的小齿，从而产生转矩，用于将转子固定在预定位置。在这种状态下，给所述线圈的相位加电顺序进行，从而驱动转子。

齿状转子铁芯211和定子芯203的较小角距减小了每相位改变的转子旋转角度，从而能够以精确角距进行定位。这样，定子和转子分别以精确齿距制成齿状，从而增加了电动机输出轴的角分辨率。结果，可以实现在精确齿距的定位。

受上述相同类型的步进电动机的启发，一种方法是用圆柱形磁体磁化的多极替换齿状转子铁芯和沿轴的磁体磁化的两个极的组件。这种思想发展成为具有永磁体的步进电动机，这些电动机在日本专利公报NO.3140814、NO.3071064和NO.2740893中被披露。这种思想还在日本专利申请H10-80124中发展成为磁体回转机械，在日本专利公报NO.2733824中发展成为具有永磁体的两相电动机。三相步进电动机也是从这种思想中还发展出来的一种产品，在1995年出版的“Japanese Electric AcademyResearch Papers，section D，volume 115，second issue”中披露。

图33A和图33B显示了与上述三相步进电动机类似的电动机(传统电动机的第三实例)的转子结构。图34显示了上述科研论文中讨论的转子结构(传统电动机的第四实例)。

该论文称，图33A和图33B所示转子结构带来下列优点：(1)磁通量分布接近正弦波；(2)磁极的轴向长度可以扩充为两倍；(3)磁路变成二维磁路，从而产生较小的磁阻。这些优点使图33A和图33B所示电动机与图34所示电动机产生相同的输出，但当微步进被启动时能够产生比图34所示电动机更精确的角度中间定位。

另一方面，只在少数情况下微调结构用于无刷电动机。但是，各种技术都被用于增强无刷电动机的性能，例如改善磁体的性能，开发铁芯的低损耗材料，改善绕组的占空系数以降低铜耗。近来开发出了由钕-铁-硼(Nd-Fe-B)或Sm-Fe-N制成的面向磁体的高性能稀土。使用这种磁体使铁芯变得磁饱和，因为相对于具有更大和改善的磁通量密度的高性能磁体，这种磁芯的饱和磁通量密度较低。结果，电动机不能完全利用磁体改善的性能，因而电动机实际上只在某种程度上改善了其性能。

上面讨论的现有技术是为步进电动机开发的，所述微调结构主要有助于改善角分辨率。因此现有技术在输出密度或容积效率方面不是最优的，所述输出密度代表每单位容积的输出，所述容积效率代表电动机在保持其特性的情况下能多大程度地减小体积，从而现有技术不能应用在无刷电动机上。

另外，步进电动机由于其载流方法而总是需要恒定电流，而无刷电动机在不产生转矩的相线圈中不承载电流。因此，通常步进电动机的载流方法在运转过程中比无刷电动机的载流方法效率低。

而且，步进电动机擅长于定位控制，但是转矩控制很差。通常采用能够进行转矩控制的无刷电动机进行转矩控制。

发明内容

本发明着眼于上述问题，目的在于提供一种采用与上述步进电动机一样的微调结构的高效无刷电动机。微调结构对于无刷电动机是最优的，从而可以突破传统无刷电动机的容积效率限制，获得能够保持相同尺寸但产生更大输出的无刷电动机。

本发明的无刷电动机包括下列元件：

(a)转子，该转子具有沿旋转方向被交替磁化N极和S极的磁体；以及

(b)具有多个凸极的芯体，其上缠绕了线圈，沿径向面对所述磁体。

每个凸极的相对截面以与磁体的两个极大体相同的齿距制成为齿状，从而形成小齿。线圈相应于转子位置被选择性加电，从而驱动转子，其中所述芯体沿轴向的截面形状是通过结合“n”块基本芯体形状形成的，所述“n”块基本芯体形状沿旋转方向相互移动(60/n)±10％度的电角度，其中“n”表示每个凸极的小齿数量。

在每个凸极的边缘上设置的小齿能够将面对小齿的磁通量选择性地带入凸极。因此，增加小齿的数量而不是增加凸极的数量能够抑制有效磁通量数量的减小，并且磁极的数量可以任意增加，这改善了电动机的容积效率。结果，电动机可以在保持相同特性的条件下减小体积，或者电动机可以在保持相同体积的条件下增加输出。

优选地，所述小齿的开角左、右不同，并且以电角度表示的角度差为60度±10％。

另外，根据本发明提出一种三相无刷电动机，包括：具有磁体的转子，所述磁体沿旋转方向交替地被磁化N极和S极；以及具有多个缠绕了线圈的凸极的芯体，所述芯体沿径向面对所述磁体，其中小齿设置在凸极面对所述磁体的部分上，所述小齿具有与磁体的两个极相对应的齿距，其中所述转子通过响应于转子的位置给线圈加电而被驱动以便旋转，及其中所述芯体沿轴向的截面形状是通过结合“n”块基本芯体形状形成的，所述“n”块基本芯体形状沿旋转方向彼此移动(60/N)±10％度的电角度，其中“n”表示设置在每相凸极上的小齿数量。

进而，根据本发明，提出一种三相无刷电动机，包括：具有磁体的转子，所述磁体沿旋转方向交替地被磁化N极和S极；以及具有多个缠绕了线圈的凸极的芯体，所述芯体沿径向面对所述磁体，其中小齿设置在凸极面对所述磁体的部分上，所述小齿具有与磁体的两个极相对应的齿距，其中所述转子通过响应于转子位置给线圈加电而被驱动以便旋转，及其中小齿的开角处于145度至160度的电角度的范围内。

优选地，与所述磁体相对应的部分由具有两层的磁性主体形成，一层由永磁体部分构成，所述永磁体部分通过利用树脂将高渗透性永磁材料粉末凝固制成，另一层由背轭制成，所述背轭通过利用树脂将高渗透性软磁材料粉末凝固制成。

进而，与所述磁体和所述背轭相对应的部分由磁性主体形成，所述磁性主体通过将多个永磁体粘合在所述背轭面对所述芯体的侧面上制成。

优选地，所述磁性主体中的所述多个永磁体被预先磁化，并通过组装各个被分开的磁极而形成。

另外，与所述磁体相对应的部分由具有内部永磁体结构的磁性主体形成，所述内部永磁体结构通过将所述多个永磁体插入背轭而形成，所述背轭由沿轴向层压的高渗透性软磁性薄板制成。

附图说明

图1是说明根据本发明第一示意性实施例的无刷电动机的磁路结构的示意图；

图2是将第一实施例的无刷电动机与传统无刷电动机(传统无刷电动机的第五和第六实例)进行比较的对照表；

图3是说明根据第一实施例的无刷电动机中磁通量流动的示意图；

图4是说明根据第一实施例的磁体的最大能积与容积效率之间关系的曲线；

图5说明根据第一实施例的另一无刷电动机的磁路结构的示意图；

图6是说明根据第一实施例的电动机的纵横比与容积效率之间关系的曲线；

图7说明了根据第一实施例的磁体的分层结构；

图8说明了根据第一实施例的采用粘合磁体的结构；

图9说明了根据第一实施例的采用内部磁体的结构；

图10是说明了根据第一实施例的具有内转子结构的无刷电动机磁路结构的示意图；

图11说明了根据本发明第二实施例的无刷电动机的磁体的磁化分布；

图12A是说明了根据本发明第二实施例的磁化斜角与齿槽效应转矩之间关系的曲线；

图12B是说明了根据本发明第二实施例的电动机的磁化斜角与容积效率之间关系的曲线；

图13是说明根据本发明第三实施例的无刷电动机的芯体形状的示意图；

图14A说明了根据第三实施例当小齿的电角度具有120度开角时齿槽效应转矩的波形；

图14B说明了根据第三实施例当小齿的电角度具有150度开角时齿槽效应转矩的波形；

图14C说明了根据第三实施例当小齿的电角度具有180度开角时齿槽效应转矩的波形；

图15是说明了齿槽效应转矩如何在小齿上发生的示意图；

图16A说明了根据第三实施例在小齿边缘6-1发生的转矩波形；

图16B说明了根据第三实施例在小齿边缘6-2发生的转矩波形；

图16C说明了由图16A和图16B所示波形合成的波形；

图16D说明了根据第三实施例的全部电动机的合成波形；

图17A说明了根据第三实施例的另一无刷电动机中小齿边缘为圆形的芯体形状；

图17B说明了根据第三实施例另一无刷电动机中小齿边缘为倒角的芯体形状；

图18A至图18C说明了根据本发明第四实施例的无刷电动机的芯体形状的示意图；

图19A说明了根据第四实施例在芯体3-1中发生的齿槽效应转矩波形；

图19B说明了根据第四实施例在芯体3-2中发生的齿槽效应转矩波形；

图19C说明了根据第四实施例在芯体中发生的齿槽效应转矩波形；

图20A至图20C说明了根据第四实施例另一无刷电动机的芯体形状的示意图；

图21A至图21C说明了根据第四实施例另一无刷电动机的芯体形状的示意图；

图22A至图22C说明了根据第四实施例另一无刷电动机的芯体形状的示意图；

图23A至图23C说明了根据第四实施例另一无刷电动机的芯体形状的示意图；

图24A至图24C说明了根据第四实施例另一无刷电动机的芯体形状的示意图；

图25A说明了根据本发明第五实施例的无刷电动机的芯体形状；

图25B是沿图25A中线x-x’和z-z’的截面图；

图25C是沿图25A中线y-y’的截面图；

图25D至图25E说明了图25A所示无刷电动机基本芯体形状；

图26是根据本发明第五实施例的芯体凸极截面图；

图27A至图27E是根据本发明第六实施例的无刷电动机芯体形状的示意图；

图28A至图28D是根据本发明第七实施例的无刷电动机芯体形状的示意图；

图29A说明了根据第七实施例在芯体3-1中发生的齿槽效应转矩波形；

图29B说明了根据第七实施例在芯体3-2中发生的齿槽效应转矩波形；

图29C说明了根据第七实施例在芯体3-3中发生的齿槽效应转矩波形；

图29D说明了根据第七实施例在芯体中发生的齿槽效应转矩波形；

图30是根据本发明第八实施例的各种装置的示意图；

图31A是沿轴线获得的无刷电动机第一传统实例的截面图；

图31B是沿轴向的垂直线获得的图31A所示无刷电动机的截面图；

图32A是沿轴线获得的HB式步进电动机第二传统实例的截面图；

图32B是沿轴向的垂直线获得的HB式步进电动机的截面图；

图33A是根据第三传统实例的三相步进电动机的磁路结构的示意图；

图33B说明了图33A所示三相步进电动机的转子结构；

图34说明了根据第四传统实例的HB式步进电动机的转子结构；

图35是说明了根据第五传统实例的无刷电动机磁路结构的示意图；

图36是说明了根据第六传统实例的无刷电动机磁路结构的示意图；

图37说明了第七传统实例的芯体的凸极的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图说明说明本发明的实施例。

实施例1

图1是说明根据本发明第一实施例的无刷电动机的磁路结构的示意图。在图1中，圆柱形磁体1在其内壁交替并均匀地磁化N极和S极以总共形成20个磁极。背轭2固定在磁体1的外壁上。芯体3由硅钢板制成，所述硅钢板通过冲压冲孔并轴向层叠。芯体3包括6个彼此等间距的凸极5(凸极5-1至5-6)。线圈4缠绕在每个凸极5上。每个凸极5制成齿状并在其面对磁体1的边缘具有两个小齿6，从而总共12个小齿6形成有与磁体1的两个磁极(N极和S极，即电角度为360度)相应的齿距。

第一实施例的创新性特征在于两个小齿设置在每个凸极的边缘，齿距与磁体的两个磁极相对应。这些小齿使每个凸极选择性地接收从面对小齿的磁极发出的磁通量。

在上述结构中，凸极5-1和5-4(U相)、凸极5-2和5-5(V相)和凸极5-3和5-6(W相)分别处于相同相位。这三组的各个相的电角度彼此相差120度。每组如上所述被指定为一个相，并且三相电源响应于转子10的旋转位置供应至线圈4，磁体1固定在转子10上。结果，转矩产生并且转子10受到驱动。

根据第一实施例的无刷电动机与传统无刷电动机具有相同尺寸。图35说明了无刷电动机第五传统实例的磁路，图36说明了第六传统实例的磁路。

在图35中，圆柱形磁体501在其内壁交替并均匀地磁化N极和S极以总共形成8个磁极。背轭502固定在磁体501的外壁上。芯体503包括6个彼此等间距的凸极505，并且线圈504缠绕在凸极505上。因此第五传统实例的无刷电动机具有6个与图1所示第一实施例的凸极相同的凸极，但是磁体501磁化8个磁极，这与第一实施例的20个磁极不同。

在图35所示传统无刷电动机中，如果磁体在凸极保持形状的情况下磁化更多个磁极，每个凸极的边缘宽度比相应的磁极更宽。来自磁极的磁通量在凸极边缘形成环，从而降低了为产生转矩作出贡献的有效磁通量。结果，电动机输出较小功率。这证明磁极数量的增加应当伴随凸极数量的增加。

在图36所示第六传统实例中，图35所示无刷电动机的磁体在磁极数与凸极数的比率不变(4∶3)的情况下磁化更多个磁极。在图36中，圆柱形磁体601在其内壁交替并均匀地磁化N极和S极以总共形成20个磁极。背轭602固定在磁体601的外壁上。芯体603包括15个彼此等间距的凸极605，并且线圈604缠绕在凸极605上。因此第六传统实例的无刷电动机具有15个与图1所示第一实施例的凸极不相同的凸极，但是磁体501磁化20个磁极，这与第一实施例相同。

同样地，通过在凸极边缘上设置小齿可以增加凸极数量，如图1所示第一实施例所证明，即在无刷电动机中采用了微调结构。但是，关于图36所示的第六传统实例，代替增加凸极数量，通过增加小齿的数量可以增加磁极的数量。

下面将对图1所示第一实施例的无刷电动机和图35、图36所示的传统无刷电动机的特性进行相互比较。

首先考虑电动机的容积效率。电动机的变速比倒数通常用作容积效率。容积效率η由下列方程式表示：

μ＝1/μ∝(Φ×t×m×z)²/R

其中“μ”是变速比；

“R”是电动机相之间的相阻；

“Φ”是每个凸极的有效磁通量数量；

“t”是线圈数量；

“m”是转子磁极数量；

“z”是磁体凸极数量。

根据第一实施例的无刷电动机磁路和图35、图36所示传统无刷电动机磁路被采用上述方程式进行比较。图2显示了三个电动机(即一个是第一实施例，两个是传统实例)的对照表，并且在假设图35所示传统无刷电动机的参数为“1”的情况下计算各个参数。

首先，关于有效磁通量数量“Φ”，图35所示传统结构包括的每个凸极比第一实施例的凸极具有面对磁极的较大面积。因此传统结构具有较大有效磁通量数量。在第一实施例中，每个凸极比图35所示传统磁极具有面对磁极的较小面积，从而在忽略漏通量和无效磁通量的情况下，有效磁通量是图35所示传统凸极的0.8倍。在图35所示传统结构中，由于增加了凸极数量，每个凸极的有效磁通量数量降低至图35所示传统结构的0.4倍。

第二，关于线圈数量“t”，图2所示表格中的三种情况具有相同线圈数量。关于转子磁极数量“m”，图35所示传统结构具有8个磁极，图36所示传统结构以及第一实施例具有20个磁极。后两种情况的数量是图35所示结构的2.5倍。

第三，关于磁体凸极数量“z”，第一实施例的电动机具有6个凸极，与图35所示传统结构相同，图36所示另一传统结构具有15个凸极。

下面，关于相之间的相阻“R”，图1所示第一实施例的结构比图35所示传统结构具有更大的凸极边缘。因此用于绕组的空间变小，这就需要更小直径的电线以获得相同数量的线圈。结果，线圈电阻增加。在第一实施例中，线圈电阻被增加大约1.25倍。图36所示传统结构与其他结构相比具有更多数量的凸极，因此串联线圈数量增建并且相邻凸极之间的空间变小，而且用于缠绕线圈的空间减小并且每个线圈的电阻增加。结果，图36所示传统结构的线圈电阻被增加了图35所示传统结构的大约4倍。

将上述数字用在上述方程式中，可以证实第一实施例的无刷电动机的容积效率η理论上分别成为图35和图36所示传统电动机容积效率的3.2倍和2倍。实际上，增加传统无刷电动机的磁极数量“m”能够在某种程度上改善容积效率；但是，线圈电阻“R”大量增加，结果容积效率不能显著增加。

另一方面，在采用了微调结构的根据第一实施例的无刷电动机中，磁极数量“m”可以在适度增加线圈电阻“R”的情况下得到增加。结果，容积效率可以充分增加，虽然有效磁通量数量“Φ”略微降低。

迄今为止，采用微调结构的第一实施例的无刷电动机在理论上可以获得传统电动机两倍的容积效率。但是，充分利用采用微调结构的这种无刷电动机的容积效率包括一些条件。

首先，有效磁通量数量“Φ”不是算术地工作，更确切地讲，微调式无刷电动机的有效磁通量数量“Φ”在数学上是图35所示传统电动机的0.8倍；但是实际上小于0.8倍。

数量实际上较小的原因是：通常，磁体的平均磁通量密度在磁化极更多时减小。因为不同磁极之间的边界附近不能完全磁化。换言之，未磁化部分和磁化不足部分存在于附近。因此，微调式无刷电动机的平均磁通量密度小于图35所示传统电动机的平均磁通量密度。

图1所示微调式磁路产生对转矩产生没有贡献的非有效磁通量数量。

图3说明了根据本发明第一实施例的无刷电动机的磁通量流动。在图3中，箭头标记显示了磁通量流动。能够对转矩产生作出贡献的磁通量从凸极5进入磁体的磁极(例如S极)，并通过背轭2以及其他磁极(例如N极)，随后返回另一凸极5。但是，如图3所示，许多磁通量通过芯体3的部分(凸极5的拐角)，例如在相邻N极和S极之间循环的磁通量7-1和漏通量7-2。

平均磁通量密度的降低和上述非有效磁通量进一步将计算的因数(即有效磁通量数量“Φ”的0.8倍)降低至传统电动机的大约一半。从而在第一实施例中采用的结构的优点在容积效率方面被降低。

随后研究磁体性能的改善。图4说明了第一实施例微调式无刷电动机和传统电动机的磁体最大能积与容积效率之间的关系。

在图4中，横轴线代表指示磁体性能的最大能积(MGOe)。在传统无刷电动机中，具有低性能磁体的电动机能够与磁体的更好性能按照几乎先行的方式增加其容积效率。在MGOe＝10附近，增加变慢，并且在MGOe＝15以上不会再增加。这是因为在芯体中使用的硅钢板具有1.6-2.0(T)的饱和磁场强度，其不允许具有改善性能的磁体产生磁通量密度。因此磁体的厚度极大地减小，并且在运行点的通量密度应该被抑制。结果，即使磁体的性能得到提高，除了体积由于磁体变薄而略微变小之外，容积效率不能得到提高。在面向Nd-Fe-B的烧结磁体中目前得到的最大能积可以达到45-50MGOe；但是，传统无刷电动机不能充分利用该磁体。实际上，某些传统无刷电动机采用具有大约10MGOe的MGOe树脂磁体，这通常是因为成本是另一个需要严格考虑的因素。

另一方面，在采用微调结构的无刷电动机中，其有效磁通量数量减少为传统电动机的大约一半。因为平均通量密度通过增加磁化极数量而降低并且产生非有效通量。因而芯体在饱和前仍具有通量密度的足够空间。因此，通过改善磁体的性能而增加磁体的通量密度可以充分改善容积效率。

如图4所示，在MGOe＝10以上的区域，根据第一实施例的微调式无刷电动机比传统电动机有利地具有较高容积效率。

图5说明了根据本发明第一实施例另一无刷电动机的磁路结构。在图5中，与图1相同的元件具有相同的附图标记，并且省略相关说明。

在图1所示第一实施例中，两个小齿6设置在芯体3的每个凸极上，并且如果磁体的性能提高超过某个水平，芯体将磁饱和。在这种情况下，小齿的数量被增加到三个或超过三个，因而容积效率可以正比于磁体性能的改善而进一步增加。

充分利用微调式无刷电动机容积效率的另一个条件是充分设定凸极的数量和磁极的数量。在图1所示第一实施例中，使用了6个凸极和转子磁体的20个磁极。

在三相无刷电动机的情况下，设定下列参数从而满足下面的方程式：

P＝(2n-2/3)z

其中“P”表示磁体磁极的数量；

“z”表示芯体凸极的数量；

“n”表示小齿的数量。

则相邻凸极之间的空间被最小化，从而凸极边缘上的小齿与磁体之间的面对区域被最大化。这种状况使磁体的有效磁通量数量最大化，并充分利用磁体的容量。结果，电动机的容积效率得到提高。

图1所示第一实施例采用的电机的芯体具有6个凸极并且转子具有20个磁极；但是，也可以使用3个凸极和10个磁极、9个凸极和30个磁极或者12个凸极和40个磁极。

图6说明了具有不同凸极数量的无刷电动机中磁路的纵横比(长度/外径)与容积效率之间的关系。如图6所示，6个凸极的情况表现出了最高的容积效率；但是，在较小纵横比(即轴向较薄)的情况下，9个凸极或者12个凸极将表现出更好的容积效率。相反，在较大纵横比(即轴向较长)的情况下，3个凸极显示出较好容积效率。

这是因为从芯体伸出的线圈(线圈末端)的高度不能忽略，并且因而凸极的更多数量适于使电动机变薄。但是，在实际纵横比处于0.1至3的范围内时，6个或者9个凸极表现出最好的容积效率，因此6个或者9个凸极通常比较合适。

另外，为了充分利用微调式无刷电动机的容积效率，背轭2的性能是重要的因素。如图3所示，充分大的磁通量通过背轭2，并且通量的数量与根据地点极大地变化。这是因为通过背轭2的磁通量通过转子的旋转强烈变化。

特别是在第一实施例中，磁极数量从传统的8个磁极增加到20个磁极，因此磁通量的频率增加。结果，与通量频率的平方成比例增加的涡流损耗和与通量频率成比例增加的滞后损失变得比传统电动机的大。

因此，下列方法适于构建背轭：沿轴向层压硅钢板。随后利用例如树脂的绝缘材料使绝缘软磁材料凝固。另一种方法是：如图7所示，与图1所示磁体1和背轭2相对应的部分由具有两层(即永磁体层8和背轭层9)的磁体形成。永磁体层8通过利用树脂使高强制性磁粉凝固而制成，背轭层9通过使用树脂使高渗透性磁粉凝固而制成。这些方法背轭的高频磁性，从而背轭的损耗得到抑制并且特性改善。

当硅钢板用作背轭时，硅含量希望为2-6.5％质量比(优选为6.5％)。当硅含量为6.5％质量比时，硅钢板的铁损被最小化，使性能更有效。随着硅含量的增加，钢板变得易碎并不足以工作。考虑到易于工作，希望选择范围为2-6.5％的适当值，从而易于工作和提高效率能够兼顾

另外，在本实施例中，说明了圆柱形磁体；但是，如图8所示，多个磁体1可以设置并固定在背轭2内壁上。另一种方法示于图9中，即背轭2通过轴向层压硅钢板形成，并且磁体块插入预先冲制的孔中。这称为内部磁体结构。同样地，磁体被分为多个块，并且这些块在装配之前被磁化。这个方法可以容易地进行磁化并便于充分利用磁体容量。

磁体可以如图8所示模制成半圆柱形，因而相邻极之间的影响可以得到抑制并且可以增加有效磁通量密度。磁体块如图9所示埋入轭中，因此转子在机械上强度增大。

上述第一实施例说明了外部转子电动机，其中芯体设置在内部并且转子设置在芯体外部。但是，内部转子电动机也可以适用于第一实施例，内部转子电动机芯体设置在外部并且装置设置在芯体内部，如图10所示。通常，在转矩导向的电动机中，外部转子电动机是优选的，因为磁体和芯体之间的面对区域可以很大；另一方面，在快速反应导向的电动机中，内部转子电动机是优选的，因为转子的外径较小并且转子的惯性力矩也较小。根据应用可以进行适当选择。

电动机中包括的齿槽效应转矩通过在转子旋转时周期性地改变芯体与磁体之间的磁能而产生。在微调式无刷电动机中，可以产生较大齿槽效应转矩，这是因为较小旋转角度由于磁极数量增加而比传统无刷电动机产生磁能的较大变化。

下列实施例(第二至第七实施例)展示了造成根据第一实施例的微调式无刷电动机所的齿槽效应转矩问题的解决方案。

实施例2

图11说明了根据本发明第二实施例的无刷电动机的磁体的磁化分布。第二实施例中采用的无刷电动机的磁路结构与第一实施例中的相同。在图11中，磁体21沿预定斜角θ磁化，因此磁极位置在上端和下端不同，其中角度θ是从旋转中心观测的角度并称为圆心角。

在具有微调结构的无刷电动机中，“p”＝磁体磁极的数量，“z”＝芯体凸极的数量，则齿槽效应转矩的波形每旋转一圈重复“k”次，其中“k”是“p”和“z”的最小公倍数。

磁体的倾斜磁化沿层压方向均分齿槽效应转矩的波形，从而齿槽效应转矩的绝对值变小。

图12A说明了磁化斜角与齿槽效应转矩之间的关系。图12B说明了磁化斜角与电动机容积效率之间的关系。如图12A所示，随着斜角增加，齿槽效应转矩将变小，并且在斜角大约6和12度时获得最小值，而在其他角度时获得略高的值。因为倾斜磁化沿芯体的层压方向均分齿槽效应转矩的波形，斜角被设定得与齿槽效应转矩周期的整倍数相一致，从而齿槽效应转矩被最小化。

如图12B所示，随着斜角的增加电动机的容积效率将降低。这是因为当斜角变大时，磁极相位在磁体的上端和下端相互不同，因此，线圈按照与正确的供电相位偏离的供电相位供电。结果，电动机的容积效率降低。

上述讨论证明，斜角θ优选设置在6度，以与齿槽效应转矩的一个周期对应，从而齿槽效应转矩的减小可以与容积效率的增加相匹配。在磁体的轴向长度等于芯体的轴向长度的情况下，斜角θ被设定得与上述齿槽效应转矩的周期相一致；但是，当这两个轴向长度不同时，斜角的轻微变化经常减小齿槽效应转矩。

当满足下列方程式时，齿槽效应转矩减小和容积效率提高的兼容性变得有效：

θ＝(360/k)±10％

其中“k”＝“p”和“z”的最小公倍数；

“p”＝磁体的磁极的数量；

“z”＝芯体的凸极的数量。

实施例3

在上述第二实施例中，在磁化中采用了斜角。在本实施例中，设计出了一种芯体形状，从而可以减小齿槽效应转矩。图13说明了根据第三实施例的无刷电动机的芯体形状。该无刷电动机与第一实施例的电动机具有下列不同：与图1所示第一实施例中的相比，在图13中，芯体33在形状凸极35的边缘上的小齿36上具有不同开角α。其他结构保持与第一实施例中相同。

在小齿上的开角α的变化极大地改变了齿槽效应转矩。图14说明了根据小齿处开角α的变化的齿槽效应转矩波形。图14A说明了在电角度的开角α＝120度时的波形，图14B说明了150度时的波形，图14C说明了180度时的波形。

如图14A所示，在电角度旋转360度的过程中齿槽效应转矩重复波形6次(对于360度机械角为60次)。这个数字与凸极数量“6”和磁极数量“20”的最小公倍数“60”相一致。这不是第三实施例的特别现象，而是采用微调结构的无刷电动机中的一般现象。换言之，周期与凸极数量和磁极数量的最小公倍数相一致的齿槽效应转矩也发生在采用微调结构的无刷电动机中。该周期下面被称为基本齿槽效应转矩周期。

在图14C中，当小齿6的开角α增加时，齿槽效应转矩的周期和绝对值大致等于图14A所示情况；但是图14C中的波形具有图14A相位相反。另一方面，在如图14B所示开角α以电角度表示被设定为150度时，频率的周期是基本齿槽效应转矩周期两倍的齿槽效应转矩发生并且绝对值变得非常小。

图15和图16A至图16D说明了图14B所示现象的原因。为了简化说明，考虑了下列条件：图15所示磁体31的N极和S极的边界正好到达小齿36的边缘拐角6-1。

在图15所示状况下，磁体31与小齿36之间的磁能变化，并且如图16A所示转矩发生。当小齿36的边缘拐角6-1与N极和S极之间的边界相一致时该转矩的波形接近于0。

在这种情况下，在小齿的另一个边缘拐角6-2，转矩也按照相同的方式发生，并且其波形在边缘拐角6-2与N极和S极之间的边界相一致时接近于0。转矩在边缘拐角6-2和边缘拐角6-1处的波形相对于图16B所示的点对称。以电角度表示将开角α设定为150度使边缘拐角6-1和6-2的相位不同。这样各个转矩相互抵消，因此转矩在小齿36处的第三分量被完全除去，如图16C所示。

在整体的电动机中，第一、第二、第四和第五分量被发生在其他小齿上的转矩抵消，其相位的电角度彼此相差120度，并且具有第六和向前分量的转矩发生，如图16D所示。总之，具有基本齿槽效应转矩周期的半周期的齿槽效应转矩发生，并且齿槽效应转矩的绝对值变小。

第三实施例证明，齿槽效应转矩在以电角度表示的小齿6的开角为150度时最小化。按照这种方式，当以电角度表示的小齿的开角为90度或210度时，发生在两个边缘拐角处的齿槽效应转矩的第三分量被除去，随后发生相同的现象。

第三实施例证明，当以电角度表示的小齿的开角为150度时齿槽效应转矩最小化。考虑从150度略微偏移，例如以电角度表示的小齿的开角为140度或160度时，发生在小齿上的齿槽效应转矩第三分量的50％被除去。在以电角度表示的开角为145度或155度时，第三分量的74％被除去。为了获得实际的性能，因此优选将开角设定在145度至155度之间，此时第三分量减小至小于25％。齿槽效应转矩的基本分量被这样幅度地降低，从而齿槽效应转矩被抑制到较低水平。

在下列三种情况下，电动机变成几乎相等的条件，其中从磁特性方面来看小齿36的开角变小，并且当小齿36的开角α略大于(大约5度的电角度)上述优选范围145度至155度时，齿槽效应转矩被最小化：

1.小齿36的形状是与芯体相比具有较小“R”(半径)的圆形，如图17B所示；

2.小齿36的形状是如图17B所示的倒角形；或者

3.芯体种的磁饱和等影响被考虑到小齿36的形状中。

因此，将以电角度表示的小齿开角设定在145度与160度之间、85度与100度之间或者205度与220度之间可以产生具有基本齿槽效应转矩周期的半周期的齿槽效应转矩，并且齿槽效应转矩的绝对值被抑制到较低水平。

但是，当小齿的开角被设定在85度与100度之间时，小齿与磁体之间的面对区域变小，从而有效磁通量的数量减小。相反，当小齿的开角被设定在205度与220度之间时，开角变得大于磁极的宽度。因而非有效磁通量产生，这增加了铁损。由于这两个因素(即降低有效磁通量数量和增加铁损)都降低效率，希望将小齿的开角设定在145度与160度之间。

实施例4

上述第三实施例说明了通过改变小齿开角降低齿槽效应转矩的方法。在第四实施例中，着重考虑将小齿的齿距作为降低齿槽效应转矩的方法。

图18A至图18C说明了根据第四实施例的无刷电动机的芯体形状。图19A说明了第四实施例中在芯体3-1处发生的齿槽效应转矩的波形。图19B说明了在芯体3-2处发生的齿槽效应转矩的波形。图19C说明了在第四实施例中使用的芯体中发生的齿槽效应转矩的波形。

在图18A中，圆柱形磁体41在其内壁交替并均匀地磁化N极和S极，背轭42固定在磁体41的外壁上。芯体43由硅钢板制成，所述硅钢板通过冲压冲孔并轴向层叠。芯体43包括6个彼此等间距的凸极45。线圈(未示出)缠绕在每个凸极45上。每个凸极45制成齿状并在其面对磁体41的边缘具有两个小齿6，从而总共形成12个小齿36。

第四实施例与图1所示第一实施例有下列几点不同：图1(即第一实施例)所示每个凸极边缘上开齿的小齿36的齿距被设定未两个磁极的宽度，即电角度为360度。在图18A所示第四实施例中，以电角度表示的小齿46的齿距设定为330度，比第一实施例中小。下面将说明采用这种形状的原因。

图18A所示形状通过将图18B所示芯体3-1的阴影部分和图18C所示芯体3-2的阴影部分结合而形成。图18B所示芯体3-1的形状与图1所示第一实施例的相同，但是以电角度表示逆时针旋转15度(机械角度中为1.5度)。图18C所示芯体3-2的形状也与第一实施例的相同，但是与芯体3-1相反地以电角度表示顺时针旋转旋转15度(机械角度中为1.5度)。

下面将参照图19A至图19C说明齿槽效应转矩的减小。图19A所示实线显示了在芯体3-1处发生的齿槽效应转矩的波形。如在第一实施例所说明的那样，芯体3-1处的齿槽效应转矩每次旋转显示60次重复，即每周期以电角度表示为60度(机械角度为6度)，这是因为20个磁极和6个凸极的最小公倍数是60。芯体3-1的阴影部分与整个芯体的一半相对应，因此阴影部分的齿槽效应转矩变成一半并且以虚线画出图19A所示波形。

按照相同的方式，图18C所示芯体3-2的阴影部分处的齿槽效应转矩以虚线画出图19B所示波形。图19A和图19B所示齿槽效应转矩波形的比较显示相同的转矩大小、相同的周期和180度中的不同相位。

因此，在第四实施例中的芯体43处发生的齿槽效应转矩画出了波形，其中图18B所示芯体3-1的阴影部分处的齿槽效应转矩与图18C所示芯体3-2的阴影部分处的齿槽效应转矩结合。因此，图19A中虚线与图19B中虚线的结合转矩画出了图19C所示波形，其中两个转矩的第一、第三、第五和向前分离相互抵消。图19C中的振幅变得小于原始波形，并且周期变为原始周期的一半。结果，根据第四实施例的无刷电动机的齿槽效应转矩可以被抑制到较低水平。

在第四实施例中，根据下列方法选择来自两个芯体形状的阴影部分：从凸极中选择相同数量的阴影部分和非阴影部分，所述凸极的位置关系与磁极相互一致。

任何不遵从上述方法的结合导致不降低齿槽效应转矩的结果，并且失去各个相的平衡，这有时会使电动机的特性退化。

只要遵循上述方法，采用合适的结合可以得到除了图18A至图18C所示之外的其他芯体形状。根据第四实施例的不同无刷电动机的各种芯体形状示于图20A至图20C、图21A至图21C、图22A至图22C、图23A至图23C、图24A至图20D中。

如各图所示，可以得到各种形状：图20A至图20C说明了齿距以电角度表示大于360度的芯体形状，图21A至图21C说明了齿距大于360度和齿距小于360度交替设置的芯体形状。图22A至图22C说明了齿距为360度但凸极齿距变化的芯体形状。图23A至图23C说明了小齿的开角在左、右相差给定角度的芯体形状。也可以得到上述之外的其他形状

在上述实例中，以电角度表示相位相差30度的芯体形状可以结合，但是不必只具有30度的差异，而是可以调节±10度，从而基本齿槽效应转矩周期的分量被除去大约70％，这产生了足够的益处。

上述实例说明了两个不同形状的结合，所述形状的各个齿槽效应转矩彼此在相位上相差180度。但是，在如图24A所示每个凸极设置三个小齿的情况下，通过结合相位以电角度表示彼此相差20度的芯体形状可以减小齿槽效应转矩。

因此可以得出结论，三相无刷电动机通常可以采用下述结构减小其齿槽效应转矩：假设小齿数量＝每凸极“n”，彼此偏离(60/“n”度)±10％的基本芯体形状的“n”块被适当结合。希望小齿的齿距能够小于如图18A和图24A的360度，虽然这在前面没有详细说明。

更一般地，在三相电动机的情况下，假设一个凸极上设置的小齿数量是“n”，并且以电角度表示的小齿的齿距是β则满足下列方程式可以使相邻凸极间具有较大空间，抑制凸极间的磁干扰并改善线圈绕组的工作：

β＝360-(60/n±10％)

在左、右开角如图23A所示相差给定角度的情况下，芯体与磁体之间的磁引力在左、右不同，从而转子总是沿恒定方向被推动至轴承。因此，当使用允许轴与轴承之间具有间隔的浸油烧结轴承时，所述轴的颤动可以被抑制并且旋转精度可以得到提高。

上述第三和第四实施例说明了通过设计芯体形状减小齿槽效应转矩的方法。如果在第二实施例中说明的倾斜磁化与第三或第四实施例结合，还可以进一步减小齿槽效应转矩。

在上述第二实施例中，斜角θ被设定得与基本齿槽效应转矩周期大体一致。但是，在第三和第四实施例中，各个齿槽效应转矩的第一分量大体被除去，从而只用一半的斜角就可将齿槽效应转矩减小至满意的水平。

换言之，假设磁体磁极数量为“p”并且磁体凸极数量为“z”，则斜角θ被设定得满足下列方程式，从而减小齿槽效应转矩可以与改善电动机的容积效率相匹配：

θ＝180/k±10％

其中“k”是“p”和“z”的最小公倍数。

实施例5

图25A说明了根据本发明第五实施例的无刷电动机的芯体形状。图25B是沿图25A中线x-x’和z-z’的截面图。图25C是沿图25A中线y-y’的截面图。图25D至图25E说明了图25A所示无刷电动机基本芯体形状。图26是根据本发明第五实施例的芯体凸极截面图。

在上述第四实施例中，重点放在芯体的截面图上并设计出了减小齿槽效应转矩的方法。在第五实施例中，截面外向那个被沿轴向分开，从而减小齿槽效应转矩。

如图25A-25C所示，芯体3形成有上截面、中截面和下截面。上截面和下截面的芯体形状是相同的，并且如图25B所示，全部12个小齿的开角以电角度表示为150度。中截面的芯体形状在12个小齿具有以电角度表示210度的开角。

除了小齿的开角，根据第五实施例的芯体在凸极上的线圈缠绕部分在上截面和下截面具有宽度“w1”，宽度“w1”比线圈缠绕部分在中截面的宽度“w2”窄。

第五实施例基本按照与第四实施例的相同的结构建成。

图25B所示芯体53的上截面和下截面是通过结合图25D和图25E所示的芯体3-1和3-2的阴影部分构建而成。图25C所示芯体53的中截面通过结合图25D和图25E所示的芯体3-1和3-2的阴影部分之外的部分构建而成。

另外在芯体53中，关于凸极的线圈缠绕部分的宽度，上截面和下截面的宽度“w1”根据小齿的开角小于中截面的宽度“w2”。因为上截面和下截面具有较小的齿开角通过所述齿的少量磁通量，因此线圈缠绕部分的较窄宽度不会负面影响磁特性。

另一方面，这些较窄的线圈缠绕部分产生下列优点：图26说明了第五实施例中使用的凸极线圈缠绕部分的截面图。图37出于对比目的说明了无刷电动机第七传统实例的凸极线圈缠绕部分的截面图，其中线圈缠绕部分具有恒定宽度。在图26所示第五实施例中，芯体55设有绝缘膜50并且线圈54缠绕其上。另一方面，在图37所示第七传统实例中，芯体705设有绝缘膜710并且线圈704缠绕其上。

将图26的情况与图37的情况相比较可以证明，图26的情况比图37的情况每圈使用较短线圈长度。因此，当缠绕相同直径的线圈时，在图26所示情况中会出现较低线圈电阻，因此电动机的容积效率增加。另外，线圈54形成五边形，所述五边形将施加在芯体边缘的压力分配在6个地点，因此，比图37所示情况薄的绝缘膜可以保持相同的绝缘能力。较薄的绝缘膜可以使用较多线圈，从而进一步增加电动机的容积效率。

第六实施例

图27A至图27E是根据本发明第六实施例的无刷电动机芯体形状的示意图。

在上述第四和第五实施例中，芯体通过将基本芯体形状的相应数量与每凸极小齿数量“n”相结合构建而成。通过结合更多数量的基本形状可以进一步减小齿槽效应转矩，尽管其变得更加复杂。

如图图27A所示，在第六实施例的芯体中，在小齿处以电角度表示具有315度齿距的凸极与具有345度齿距的另外凸极交替设置。这种形状通过结合图27B至图27E所示四种基本形状而形成。这四种形状以电角度表示相位相差15度。

同样地，将结合的基本形状的数量增加，从而在第四或第五实施例中不能除去的第二分量和向前分量可以被取消，尽管结构变得有些复杂。结果，齿槽效应转矩可以被进一步减小。

一般地，在三相无刷电动机的情况下，假设每相凸极上设置的小齿总数量为“N”，并且芯体沿轴向的截面形状通过结合“N”块基本芯体形状而形成。这些形状彼此变换(电角度中为60/“N”度)±10％。这种结构可以提供具有很低齿槽效应转矩的电动机。

第七实施例

图28A至图28D是根据本发明第七实施例的无刷电动机芯体形状的示意图。在第七实施例中，将第三实施例中说明的设定小齿开角的方法与第四和第五实施例中说明的结合多个基本芯体形状的方法结合起来。这种结合的方法可以进一步降低齿槽效应转矩。

图28A说明了第七实施例的芯体形状。如图28A所示，第七实施例的芯体73具有各个凸极75形成齿状的形状并每极设有三个小齿。每个小齿76具有电角度中为350度的齿距，并且具有电角度中为150度的开角。

这种形状通过结合如图28B至28D所示三个芯体形状的阴影部分而形成，所述三个芯体形状的相位以电角度表示彼此变换10度。在三个芯体3-1、3-2和3-3的这些形状中，小齿的开角被设定为以电角度表示150度。

下面参照图29A至图29D说明第七实施例的芯体73中齿槽效应转矩的减小。三个芯体3-1、3-2和3-3的形状在凸极最初具有150度的开角。因此，如图29A至图29C中的实线所示，具有基本齿槽效应转矩周期的半周期(电角度中30度的周期)的齿槽效应转矩产生。所述齿槽效应转矩还具有较低绝对值。

这三个芯体形状以电角度表示相互变换10度相位，并且第七实施例的芯体形状通过结合1/3每个这些形状而形成。因此，通过这种芯体形状产生的齿槽效应转矩彼此抵消，从而齿槽效应转矩的振幅变得基本上与图29D所示一样小，并且周期变得小于原始波形的1/3。

在第三实施例中采用了最初具有小的齿槽效应转矩和所述齿槽效应转矩的短周期的芯体形状。第七实施例采用了这种芯体形状作为基本形状，并且在第四和第五实施例中采用的半角度变换芯体形状与之结合，从而所述齿槽效应转矩可以被极大地降低。

通常，三相无刷电动机优选如下构造：设置在一个凸极上的小齿数量＝“n”；

沿轴向的芯体截面形状在设置在每个凸极上的小齿处具有以电角度表示145-160度的开角，并且这种芯体形状用作基本形状；并且

“n”块基本芯体形状被结合并沿旋转方向相互变换(30/“n”)度±10％的电角度以形成芯体形状。

另外如图28A所示，小齿的齿距被设定为以电角度表示小于360度。通常，设置在一个凸极上的小齿数量＝“n”，小齿的齿距＝电角度中的β度，并且设定β满足下列方程式。则相邻凸极之间的空间可以较大，凸极之间的磁干扰可以得到抑制，并且绕组线圈的工作可以有效进行：

β＝360-(30/n±10％)

根据第一至第七实施例，电动机的容积效率可以超过两倍，并且能够提供保持相同特性的体积缩小的电动机。如果尺寸保持与传统电动机相同，则输出可以极大地增加，因此使用这种电动机的装置可以改善其性能。

第八实施例

图30是根据本发明第八实施例的各种装置的示意图。在图30中，装置801包括下列元件：

外壳802；

安装在外壳802上的电动机807；

用于驱动电动机807的驱动器805；

用于为驱动器805提供动力的电源808；和

将由电动机807驱动的负载809，例如机械部分。

电动机807和驱动器805形成电动机驱动装置803。在装置801中，电源808通过驱动器805驱动电动机807，并且旋转转矩通过电动机807的输出轴传输至负载809。根据第一至第七实施例的任何电动机都可以用作电动机807。

下面将说明根据第八实施例的数个装置。首先，本发明的无刷电动机用于信息终端、便携式微型光盘播放器等之中，从而这些装置体积缩小并且重量减轻。这是因为所述电动机变得更小更轻，而且保持与传统电动机一样的性能。

在办公自动化设备、家用器具等中采用本发明的无刷电动机作为驱动源能够使这些装置和器具以高速运转，同时在不增大体积的情况下执行更多功能。

更明确而言，在光学介质装置中，本发明的无刷电动机例如可以用作主轴电动机，所述主轴电动机旋转CD-ROM盘、DVD、光盘或者微型光盘等。采用这种无刷电动机可以使这些装置体积减小，重量降低。

本发明的无刷电动机可以用于办公自动化设备中，例如它可以用作鼓形电动机，所述鼓形电动机旋转复印机的光电导体鼓。本发明的复印机从而可以高速运转并执行更多功能。在激光束印刷机的情况下，本发明的无刷电动机可以用作激光扫描用的多角镜扫描器电机。这种使用方式使打印机更精确和高速地进行打印。在硬盘装置的情况下，本发明的无刷电动机例如可以用作旋转硬盘的主轴电动机。这种应用使这些硬盘装置以高速读/写数据。

在家用器具中采用本发明的无刷电动机，例如在空调器的室内单元或者室外单元中装备的送风机的风扇电机中，可以使空调器改善其性能。这是因为与传统电动机体积和重量相同的这种电动机可以输出更大功率。

在用于驱动机器人的旋转接头的执行器中采用本发明的无刷电动机可以改善工业机器人的反应，这是因为与传统电动机体积和重量相同的这种电动机可以输出更大功率。这种应用因而可以改善机器人(例如两足行走机器人)离接近人类的机器人的当前状态，并且这种机器人能够进行更复杂的行为，例如跑、跳或者投。

本发明的无刷电动机还可以用作驱动车辆轮子的电动机，所述车辆可以是燃料电池驱动的车辆或者电动车辆，因此具有相同特性的电动机可以减小体积和重量。结果，这些车辆本身的重量可以减轻，这使其活动性能或者燃油里程得到改善。由于所述电动机虽然具有紧凑的机体但可以输出足够能量，它适于用作轮内(in-wheel)电机(容纳在轮子内的电机)。

上述例证性实施例证明，本发明极大地改善了电动机的容积效率，并且在保持传统特性的条件下使电动机体积缩小，或者在保持传统体积的情况下提高电动机输出的效率。

在装置中采用这种电动机可以使这些装置体积缩小并执行更多功能。

工业适用性

本发明极大地改善了电动机的容积效率，并且在保持传统特性的条件下使电动机体积缩小，或者在保持传统体积的情况下提高电动机输出的效率。在装置中采用这种电动机可以使这些装置体积缩小并执行更多功能。

Claims

1.一种三相无刷电动机，包括：

具有磁体的转子，所述磁体沿旋转方向交替地被磁化N极和S极；以及

具有多个缠绕了线圈的凸极的芯体，所述芯体沿径向面对所述磁体，

其中小齿设置在凸极面对所述磁体的部分上，所述小齿具有与磁体的两个极相对应的齿距，

其中所述转子通过响应于转子的位置给线圈加电而被驱动以便旋转，及

其中所述芯体沿轴向的截面形状是通过结合n块基本芯体形状形成的，所述n块基本芯体形状沿旋转方向相互移动60/n±10％度的电角度，其中n表示每个凸极的小齿数量。

2.根据权利要求1所述的三相无刷电动机，其特征在于，方程式β＝360-(60/n±10％)度得到满足，

其中β表示以电角度表示的小齿的齿距。

3.根据权利要求1所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述小齿的开角左、右不同，并且以电角度表示的角度差为60±10％度。

4.根据权利要求1所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述电动机满足方程式P＝(2n-2/3)z，

其中P表示磁体的磁极的数量；

z表示芯体的凸极的数量。

5.一种三相无刷电动机，包括：

其中所述芯体沿轴向的截面形状是通过结合n块基本芯体形状形成的，所述n块基本芯体形状沿旋转方向彼此移动60/n±10％度的电角度，其中n表示设置在每相凸极上的小齿数量。

6.一种三相无刷电动机，包括：

其中所述转子通过响应于转子位置给线圈加电而被驱动以便旋转，及

其中小齿的开角处于145度至160度的电角度的范围内。

7.根据权利要求6所述的三相无刷电动机，其特征在于，方程式θ＝(180/k)±10％度得到满足，

其中θ表示旋转中心的斜角；

k是p和z的最小公倍数；

p表示磁体磁极的数量；

z表示芯体的凸极的数量。

8.根据权利要求6所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述芯体沿轴向的截面形状是通过结合n块基本芯体形状形成的，所述n块基本芯体形状沿旋转方向彼此移动30/n±10％度，其中每一个基本芯体形状在设置在每一个凸极上的小齿处具有145至160度的开角，其中n表示每个凸极的小齿数量，“度”以电角度表示。

9.根据权利要求8所述的三相无刷电动机，其特征在于，方程式β＝360-(30/n±10％)度得到满足，

其中β表示以电角度表示的小齿的齿距。

10.根据权利要求1，5和6中任一项所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述磁体具有不小于10MGOe的最大能积。

11.根据权利要求5和6中任一项所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述电动机满足方程式P＝(2n-2/3)z，

其中P表示磁体的磁极的数量；

z表示芯体的凸极的数量；

n表示设置在每个凸极上的小齿的数量。

12.根据权利要求1，5和6中任一项所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述芯体具有6个凸极或9个凸极。

13.根据权利要求1，5和6中任一项所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述磁体在其与所述芯体相对一侧具有背轭。

14.根据权利要求13所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述背轭通过沿轴向层压薄板形成，所述薄板由具有高导磁率的软磁材料制成。

15.根据权利要求14所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述薄板是钢板，所述钢板包括硅含量为2-6.5％质量比的磁性材料。

16.根据权利要求13所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述背轭通过利用绝缘材料使高渗透性磁性材料粉末凝固形成。

17.根据权利要求1，5和6中任一项所述的三相无刷电动机，其特征在于，与所述磁体相对应的部分由具有两层的磁性主体形成，一层由永磁体部分构成，所述永磁体部分通过利用树脂将高渗透性永磁材料粉末凝固制成，另一层由背轭制成，所述背轭通过利用树脂将高渗透性软磁材料粉末凝固制成。

18.根据权利要求13所述的三相无刷电动机，其特征在于，与所述磁体和所述背轭相对应的部分由磁性主体形成，所述磁性主体通过将多个永磁体粘合在所述背轭面对所述芯体的侧面上制成。

19.根据权利要求18所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述磁性主体中的所述多个永磁体被预先磁化，并通过组装各个被分开的磁极而形成。

20.根据权利要求1，5和6中任一项所述的三相无刷电动机，其特征在于，与所述磁体相对应的部分由具有内部永磁体结构的磁性主体形成，所述内部永磁体结构通过将所述多个永磁体插入背轭中的孔而形成，所述背轭由沿轴向层压的高渗透性软磁性薄板制成。

21.根据权利要求1，5和6中任一项所述的三相无刷电动机，其特征在于，所述磁体被以预定角度倾斜磁化。

22.根据权利要求21所述的三相无刷电动机，其特征在于，方程式θ＝(360/k)±10％度得到满足，

其中k是p和z的最小公倍数；

p表示磁体的磁极的数量；

z表示芯体的凸极的数量；

θ表示旋转中心的斜角。

23.一种包括如权利要求1至22中任一项所述的三相无刷电动机的装置，其中所述装置是便携式信息装置，或影音装置，或光学介质装置，或办公自动化装置，或家用器具，或机器人，或车辆。