專利名稱：電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有采用了換向極型結構的轉(zhuǎn)子的電動機。
技術背景
以往，作為用于電動機的轉(zhuǎn)子，已知有例如在日本特開平9-327139號公報中記載 的所謂換向極(consequent-pole)型結構的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子具備轉(zhuǎn)子芯；沿該轉(zhuǎn)子芯的圓周 方向配置，作為第1磁極發(fā)揮作用的多個磁石；以及與轉(zhuǎn)子芯一體形成的凸極。該凸極配置 在相鄰的磁石之間，作為第2磁極發(fā)揮作用。
但是，在全部磁極均由磁石構成的通常結構的電動機中，磁石的極對數(shù)為奇數(shù)的 情況下，與一個磁極在圓周方向上相差180度的位置上的磁極為磁石。因此，轉(zhuǎn)子的磁平衡 良好。相對于此，在具備了上述公報中記載的換向極型結構的轉(zhuǎn)子的電動機中，凸極自身不 具備磁束的效力(感應)，所以磁石的磁束的大部分被誘導向磁阻小的凸極。所以，在具備 了換向極型結構的轉(zhuǎn)子的電動機中，在輻射方向上轉(zhuǎn)子的磁平衡差，這已成為導致振動增 加的原因。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種通過提高磁平衡來實現(xiàn)低振動化的電動機。
為了達到上述目的，本發(fā)明的一個實施方式提供一種包括定子、轉(zhuǎn)子、以及供電部 的電動機。所述定子包括具有多個齒的定子芯；以及纏繞在所述齒上的多個線圈。所述 轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子芯、多個磁石、以及凸極。所述轉(zhuǎn)子芯與所述定子對置。所述多個磁石沿著所 述轉(zhuǎn)子芯的圓周方向配置在該轉(zhuǎn)子芯上，作為第1磁極發(fā)揮作用。所述凸極與所述轉(zhuǎn)子芯 一體形成。所述凸極配置于彼此相鄰的磁石之間，并與該磁石隔著空隙配置。所述凸極作 為不同于所述第1磁極的第2磁極發(fā)揮作用。所述供電部向所述多個線圈供給三相勵磁電 流，從而使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。在將所述轉(zhuǎn)子的極數(shù)設為P，將所述線圈數(shù)設為S的情況下， 極數(shù)P與線圈數(shù)S之比P/S為Gn-2)/3m(其中，η和m為2以上的整數(shù))。所述多個線圈 具有多組包含三相線圈的線圈組。所述供電部對每個所述線圈組實施不同的電流控制。


本發(fā)明的具備新穎性的特征通過另外添附的權利要求書來明確。通過參照下面所 示的當前的優(yōu)選實施方式的說明以及添付的附圖，應該能夠理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點。
圖1是涉及本發(fā)明的第1實施方式的電動機的俯視圖。
圖2A和2B是用于說明圖1的電動機的電氣結構的圖。
圖3是用于說明換向極型電動機和現(xiàn)有電動機的表面磁束密度的圖。
圖4A和4B是用于說明各線圈組中的電流控制的圖。
圖5是涉及本發(fā)明的第2實施方式的電動機的俯視圖。
圖6是用于說明通電相位差與轉(zhuǎn)子不平衡力比之間的關系的圖。
圖7是表示涉及本發(fā)明的第3實施方式的電動機的概要結構的示意圖。
圖8是圖7的轉(zhuǎn)子的要部放大圖。
圖9是埋設有第1 第4永久磁石的圖7的轉(zhuǎn)子芯的整體立體圖。
圖10是用于說明第1 第4永久磁石的不等角度間隔配置的圖。
圖11是用于說明現(xiàn)有的第1 第4永久磁石的配置間隔的圖。
圖12是用于說明在涉及本發(fā)明的第4實施方式的電動機上設置的第1 第4永 久磁石的不等角度間隔配置的圖。
圖13是用于說明在涉及本發(fā)明的第5實施方式的電動機上設置的第1 第4永 久磁石的不等角度間隔配置的圖。
圖14是表示涉及本發(fā)明的第6實施方式的電動機的概要結構的示意圖。
圖15是用于說明在圖14的電動機上設置的第1 第4永久磁石的不等角度間隔 配置的圖。
圖16是用于說明在涉及本發(fā)明的第7實施方式的電動機上設置的第1 第4永 久磁石的不等角度間隔配置的圖。
圖17是用于說明在涉及本發(fā)明的第8實施方式的電動機上設置的第1 第4永 久磁石的不等角度間隔配置的圖。
圖18是表示本涉及發(fā)明的第9實施方式的電動機的概要結構的示意圖。
圖19是用于說明圖18的第1 第5永久磁石的不等角度間隔配置的圖。
圖20是用于說明現(xiàn)有的第1 第5永久磁石的配置間隔的圖。
圖21是用于說明在涉及本發(fā)明的第10實施方式的電動機上設置的第1 第5永 久磁石的不等角度間隔配置的圖。
圖22是用于說明在涉及本發(fā)明的第11實施方式的電動機上設置的第1 第5永 久磁石的不等角度間隔配置的圖。
具體實施方式
下面，依照附圖，說明將本發(fā)明具體化的第1實施方式。
如圖1所示，第1實施方式的內(nèi)轉(zhuǎn)子型電動機1具備大致圓環(huán)狀的定子2 ；以及 配置于該定子2內(nèi)側的轉(zhuǎn)子3。
定子2具備定子芯11，該定子芯11具有圓環(huán)狀部12和從該圓環(huán)狀部1向徑向內(nèi) 側延伸的12個齒13 (第1齒13a 第12齒131)。齒13在圓周方向上以等間隔形成，在各 齒13上纏繞有線圈14(14a 141)。
轉(zhuǎn)子3包括旋轉(zhuǎn)軸21、轉(zhuǎn)子芯22、7個磁石23、以及凸極對。上述轉(zhuǎn)子芯22由固 定在上述旋轉(zhuǎn)軸21的外周面上的磁性金屬材料構成，并形成為大致圓環(huán)狀。上述磁石在上 述轉(zhuǎn)子芯22的外周部的圓周方向上以等間隔配置。上述凸極M配置于各磁石23之間，一 體形成在上述轉(zhuǎn)子芯22的外周部上。即，各磁石23和凸極M以等角度間隔交錯配置，轉(zhuǎn) 子3是包括作為N極發(fā)揮作用的磁石23和作為S極發(fā)揮作用的凸極M的14個磁極的所 謂換向極型結構轉(zhuǎn)子。
接著，說明第1實施方式的定子2中的線圈14的連線結構以及電流控制。另外， 為了便于說明，在圖1中，對于各齒13，按照順時針方向分別定義為第1齒13a、第2齒13b、第3齒13c、…、第11齒13k、第12齒131進行說明。
在第1實施方式的第1齒13a上纏繞有導線30，從而形成V相線圈14a ；在圓周方 向上與第1齒13a相鄰的第2齒13b上，向與V相線圈14a的纏繞方向相反的方向纏繞有 上述導線30，從而形成P相線圈14b。而且，V相線圈1 和P相線圈14b通過導線30串聯(lián) 連接，從而構成在圓周方向上相鄰的同相線圈組、即第1線圈組VI。
并且，在圓周方向上相對于上述第1齒13a向順時針方向錯開120°的第5齒13e 上纏繞有導線31，從而形成W相線圈14e ；在圓周方向上與第5齒1 相鄰的第6齒13f上， 向與上述W相線圈14e的纏繞方向相反的方向纏繞有上述導線31，從而形成示相線圈Hf。 而且，W相線圈He和示相線圈14f通過導線31串聯(lián)連接，從而構成在圓周方向上相鄰的 同相線圈組、即第1線圈組W1。
此外，在圓周方向上相對于上述第5齒13e向順時針方向錯開120°的第9齒13i 上纏繞有導線32，從而形成U相線圈14i ；在圓周方向上與第9齒13i相鄰的第10齒13j 上，向與上述U相線圈14i的纏繞方向相反的方向纏繞有上述導線32，從而形成&相線圈 14j。而且，U相線圈14i和 7相線圈14j通過導線32串聯(lián)連接，從而構成在圓周方向上相 鄰的同相線圈組、即第1線圈組U1。
如圖2A所示，用于形成以上述方式構成的3個第1線圈組U1、V1、W1的各個導線 30 32的一端在一處連接，上述第1線圈組U1、V1、W1構成所謂的星形連線結構。各導線 30 32的另一端與作為三相逆變器電路的第1驅(qū)動電路33連接，該第1驅(qū)動電路33分別 向第1線圈組U1、VI、Wl供給相位相差120°的三相勵磁電流。
另一方面，在圓周方向上與第1線圈組Vl成180°相反的位置(徑向?qū)χ梦恢? 上設置有第2線圈組V2。具體地說，在圓周方向上相對于第1齒13a處于180°相反位置 上的第7齒13g上，向與上述第1齒13a的V相線圈14a的纏繞方向相反的方向纏繞有導 線35，從而形成F相線圈Hg。在圓周方向上與該第7齒13g相鄰的第8齒1 上，向與上 述F相線圈14g的纏繞方向相反的方向纏繞有上述導線35，從而形成V相線圈14h。而且， 這些F相線圈14g和V相線圈14h通過導線35串聯(lián)連接，從而構成在圓周方向上相鄰的同 相線圈組、即第2線圈組V2。
并且，在圓周方向上與線圈組Wl成180°相反的位置(徑向?qū)χ梦恢?上設置有 線圈組W2。具體地說，在圓周方向上相對于第5齒13e處于180°相反位置的第11齒13k 上，向與上述第5齒1 的W相線圈He的纏繞方向相反的方向纏繞有導線36，從而形成示 相線圈14k。在圓周方向與該第11齒13k相鄰的第12齒131上，向與上述示相線圈14k的 纏繞方向相反的方向纏繞有上述導線36，從而形成W相線圈141。而且，這些示相線圈14k 和W相線圈141通過導線36串聯(lián)連接，從而構成在圓周方向上相鄰的同相線圈組、即第2 線圈組W2。
并且，在圓周方向上與線圈組Ul成180°相反的位置(徑向?qū)χ梦恢?上設置有 線圈組U2。具體地說，在圓周方向上相對于第9齒13i處于180°相反位置上的第3齒13c 上，向與上述第9齒13i的U相線圈14i的纏繞方向相反的方向纏繞有導線37，從而形成& 相線圈14c。在圓周方向上與該第3齒13c相鄰的第4齒13d上，向與上述斤相線圈14c的 纏繞方向相反的方向纏繞有上述導線37，從而形成U相線圈14d。而且，這些 7相線圈14c 和U相線圈14d通過導線37串聯(lián)連接，從而構成在圓周方向上相鄰的同相線圈組、即第26線圈組U2。
如圖2B所示，用于形成以上述方式構成的3個第2線圈組U2、V2、W2的各個導線 35 37的一端在一處連接，上述第2線圈組U2、V2、W2構成所謂星形連線結構。各導線 35 37的另一端與作為三相逆變器電路的第2驅(qū)動電路38連接，該第2驅(qū)動電路38分別 向第2線圈組U2、V2、W2供給相位相差120°的三相勵磁電流。
在此，如圖4A所示，從第1驅(qū)動電路33供給到第1線圈組Ul、V1、W1的勵磁電流 被調(diào)整成，電流值的負成分的絕對值低于正成分的值。在此，如圖3所示，在具有換向極型 轉(zhuǎn)子的電動機中，轉(zhuǎn)子的表面磁束密度在1個電氣角周期中成非對稱。因此，通過使分別供 給到第1線圈組U1、V1、W1的勵磁電流的電流值的負成分和正成分不同，其結果，能夠在輻 射方向(徑向)上以良好的平衡性調(diào)整作用在齒上的磁束，能夠抑制在轉(zhuǎn)子3上產(chǎn)生的不 平衡力。并且，基于相同理由，如圖4B所示，從第2驅(qū)動電路38供給到第2線圈組U2、V2、 W2的勵磁電流也被調(diào)整成，電流值的負成分的絕對值低于正成分的值。另外，勵磁電流的正 成分與負成分之間的大小之差根據(jù)電動機而不同，可以通過實驗等進行計算來設定。
并且，在第1線圈組Ul、V1、W1和第2線圈組U2、V2、W2中，通過第1驅(qū)動電路33和 第2驅(qū)動電路38控制勵磁電流，使得第1線圈組與第2線圈組之間的通電相位差為180°。 因此，例如，當從第1驅(qū)動電路33供給的勵磁電流為正成分時，從第2驅(qū)動電路38供給的 勵磁電流為負成分，此時的電流值關系如下，即，從第1驅(qū)動電路33供給的勵磁電流的電流 值>從第2驅(qū)動電路38供給的勵磁電流的電流值。同樣地，當從第1驅(qū)動電路33供給的 勵磁電流為負成分時，從第2驅(qū)動電路38供給的勵磁電流為正成分，此時的電流值的關系 如下，即，從第1驅(qū)動電路33供給的勵磁電流的電流值<從第2驅(qū)動電路38供給的勵磁電 流的電流值。即，由于作用在與磁石對置的齒上的磁束和作用在與凸極對置的齒上的磁束 不同，所以將第1線圈組Ul、Vl、Wl和第2線圈組U2、V2、W2中的電流值的變化設為不同， 從而在輻射方向(徑向)上以良好的平衡性調(diào)整作用在與各線圈組對置的齒上的磁束。由 此，能夠抑制在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的徑向上的不平衡力，實現(xiàn)電動機1的低振動化。
接著，記載第1實施方式的特征性優(yōu)點。
(1)作為相鄰的同相線圈的V相線圈14a、14h和P相線圈14b、14g，U相線圈14d、 14i和 7相線圈14c、14j，W相線圈14e、141和示相線圈14f、14k，以互不相同的方向纏繞。 而且，在徑向上對置的V相線圈14a、14h和p相線圈14g、14b，U相線圈14d、14i和&相線圈 14j、14c，W相線圈He、141和示相線圈14f、14k，以互不相同的方向纏繞。多個線圈14a 141包括三相的第1線圈組U1、VI、Wl和三相的第2線圈組U2、V2、W2，各相的第1線圈組 UUVUffl包括纏繞方向互不相同且相鄰的同相線圈14a和14b、He和14f、14i和14j，各 相的第2線圈組U2、V2、W2包括纏繞方向互不相同且相鄰的同相線圈Hc和14d、14g和 14h、14k和141，并且以在徑向上對置的同相線圈14a和Hg、14b和14h、14e和14k、14f和 141、14i和14c、14j和14d的纏繞方向不同的方式，在徑向上與同相的第1線圈組Ul、VI、 Wl對置。作為供電部的第1驅(qū)動電路33和第2驅(qū)動電路38對第1線圈組U1、V1、W1和第 2線圈組U2、V2、W2實施不同的電流控制。在極對數(shù)為奇數(shù)的第1實施方式的轉(zhuǎn)子3中，在 凸極M的圓周方向上的180°相反側設置有磁石23，所以從進行了勵磁的各相線圈1 141作用到轉(zhuǎn)子3上的磁束在輻射方向(徑向)上不平衡。因此，第1驅(qū)動電路33和第2 驅(qū)動電路38對第1線圈組U1、VI、Wl和第2線圈組U2、V2、W2進行不同的電流控制，該第2線圈組U2、V2、W2分別與第1線圈組U1、VI、Wl成徑向?qū)χ?，即位于圓周方向上180°相 反側。由此，能夠抑制上述輻射方向上的不平衡，能夠?qū)崿F(xiàn)低振動化。
(2)第1驅(qū)動電路33和第2驅(qū)動電路38實施電流控制，使得第1線圈組U1、VI、 Wl和第2線圈組U2、V2、W2的電流值不同。在此，在具有換向極型轉(zhuǎn)子3的電動機1中，轉(zhuǎn) 子3的表面磁束密度在1個電氣角周期中為非對稱(參見圖3)。即，由于作用在與磁石23 對置的齒13上的磁束和作用在與凸極M對置的齒13上的磁束不同，所以將第1線圈組 UU VI、Wl和第2線圈組U2、V2、W2中的電流值的變化設為不同，從而在輻射方向(徑向) 上以良好的平衡性調(diào)整作用于齒13的磁束。由此，能夠抑制在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的不平衡力。
下面，依照附圖，說明將本發(fā)明具體化的第2實施方式。另外，對于與第1實施方 式相同的部件，賦予相同的符號，并省略附圖和說明的全部或一部分。
如圖5所示，在第4齒13d上纏繞有導線32，從而形成U相線圈14d ；在其圓周方 向180°相反側的第10齒13j上，向與上述U相線圈14d的纏繞方向相反的方向纏繞有上 述導線32，從而形成&相線圈14j。而且，由U相線圈14d和&相線圈14j構成第1線圈組 U1。
并且，在圓周方向上相對于上述第4齒13d向順時針方向錯開120°的第8齒13h 上纏繞有導線(省略圖示)，從而形成V相線圈14h。而且，該導線延伸到在圓周方向上相 對于第8齒1 位于180°相反側的第2齒13b，向與上述V相線圈14h的纏繞方向相反的 方向纏繞上述第2齒13b，從而形成P相線圈14b。而且，由V相線圈14h和P相線圈14b構 成第1線圈組VI。
此外，在圓周方向上相對于第8齒13h向順時針方向錯開120°的第12齒131上 纏繞有導線(省略圖示)，從而形成W相線圈141。而且，該導線延伸到在圓周方向上相對 于第12齒131位于180°相反側的第6齒13f，向與上述W相線圈141的纏繞方向相反的 方向纏繞上述第6齒13f，從而形成示相線圈Hf。而且，由W相線圈141和示相線圈14f構 成第1線圈組Wl。
如圖2A所示，用于形成以上述方式構成的3個第1線圈組U1、V1、W1的各個導線 30 32的一端在一處連接，上述第1線圈組U1、V1、W1構成所謂的星形連線結構。各導線 30 32的另一端與作為三相逆變器電路的第1驅(qū)動電路33連接，該第1驅(qū)動電路33分別 向第1線圈組U1、VI、Wl供給三相勵磁電流。
另一方面，在圓周方向上沿逆時針方向與上述第4齒13d相鄰的第3齒13c上，向 與第4齒13d的上述U相線圈14d的纏繞方向相反的方向纏繞有導線37，從而形成&相線 圈14c。而且，在圓周方向上相對于第3齒13c位于180°相反側的第9齒13i上，向與上 述相線圈14c的纏繞方向相反的方向纏繞有上述導線37，從而形成U相線圈14i。而且， 由P相線圈14c和U相線圈14i構成第2線圈組U2。
并且，在圓周方向上沿逆時針方向與上述第8齒13h相鄰的第7齒13g上，向與第 8齒13h的上述V相線圈14h的纏繞方向相反的方向纏繞有導線(省略圖示)，從而形成F 相線圈14g。而且，該導線延伸到在圓周方向上相對于第7齒13g位于180°相反側的第1 齒13a，向與上述W相線圈14g的纏繞方向相反的方向纏繞上述第1齒13a，從而形成V相 線圈14a。而且，由F相線圈14g和V相線圈1 構成第2線圈組V2。
并且，在圓周方向上沿逆時針方向與第12齒131相鄰的第11齒13k上，向與第12齒131的上述W相線圈141的纏繞方向相反的方向纏繞有導線(省略圖示)，從而形成示相 線圈14k。而且，該導線延伸到在圓周方向上相對于第11齒13k位于180°相反側的第5 齒13e，向與上述示相線圈14k的纏繞方向相反的方向纏繞第5齒13e，從而形成W相線圈 14e。而且，由示相線圈14k和W相線圈He構成第2線圈組W2。
如圖2B所示，用于形成以上述方式構成的3個第2線圈組U2、V2、W2的各個導線 35 37的一端在一處連接，上述第2線圈組U2、V2、W2構成所謂星形連線結構。各導線 35 37的另一端與作為三相逆變器電路的第2驅(qū)動電路38連接，該第2驅(qū)動電路38分別 向第2線圈組U2、V2、W2供給相位相差120°的三相勵磁電流。
并且，在第1線圈組U1、VI、Wl和第2線圈組U2、V2、W2中，通過第1驅(qū)動電路33 和第2驅(qū)動電路38進行控制，使得通電相位差θ為30°。在此，使用圖6，說明通電相位 差θ和轉(zhuǎn)子不平衡力比之間的關系。將通電相位差θ為0°時的轉(zhuǎn)子不平衡力設為1時， 隨著通電相位差θ從0°接近30°，轉(zhuǎn)子不平衡力減小，以30°為界，隨著通電相位差θ 加大，轉(zhuǎn)子不平衡力增大。即，若將通電相位差θ設為30°，則轉(zhuǎn)子不平衡力達到比0.1稍 微大的程度，轉(zhuǎn)子不平衡力的抑制效果最大。
像這樣，使從第1驅(qū)動電路33供給的勵磁電流與從第2驅(qū)動電路38供給的勵磁 電流之間的通電相位差為30°，如圖6所示，能夠充分抑制轉(zhuǎn)子不平衡力，實現(xiàn)低振動化。
接著，記載第2實施方式的特征性優(yōu)點。
(1)作為相鄰的同相線圈的V相線圈Ha、14h和歹相線圈14b、14g，U相線圈14d、 14i和&相線圈14c、14j，W相線圈14eU41和示相線圈14f、14k，以互不相同的方向纏繞。 而且，在徑向上對置的V相線圈14a、14h和F相線圈14g、14b，U相線圈14d、14i和&相線圈 14j、14c，W相線圈He、141和示相線圈14f、14k，以互不相同的方向纏繞。多個線圈14a 141包括三相的第1線圈組U1、VI、Wl和三相的第2線圈組U2、V2、W2，各相的第1線圈組 U1、V1、W1包括纏繞方向互不相同且在徑向上對置的同相線圈14b和14h、14d和14j、14f和 141，各相的第2線圈組U2、V2、W2包括纏繞方向互不相同且在徑向上對置的同相線圈1 和14g、14c和14i、14e和14k，并且以相鄰的同相線圈14a禾口 14b、14c和14d、14e和14f、 14g和14h、14i和14j、14k和141的纏繞方向不同的方式，在圓周方向上與同相的第1線 圈組U1、V1、W1相鄰。作為供電部的第1驅(qū)動電路33和第2驅(qū)動電路38對線圈組Ul、VI、 Wl和線圈組U2、V2、W2實施不同的電流控制。更具體地說，以定子2的線圈數(shù)C為12個、 轉(zhuǎn)子3的極數(shù)P為14個的方式構成。作為供電部的第1驅(qū)動電路33和第2驅(qū)動電路38 設定成使得第1線圈組U1、V1、W1與第2線圈組U2、V2、W2之間的通電相位差θ為30°。 通過這種結構，能夠進一步抑制轉(zhuǎn)子不平衡力(參見圖6)，進一步對低振動化作出貢獻。
另外，本發(fā)明的實施方式還可以進行如下變更。
在上述第1和第2實施方式的結構中，將極數(shù)設為14個(極對數(shù)7)，將線圈數(shù)設 為12，但不限于此。例如，可以采用極數(shù)P與線圈數(shù)C之比P/C為Gn-2)/3m(其中，η和m 為2以上的整數(shù)的組合)的結構，更具體地說，可以采用比P/C為(1 士 2)/1業(yè)(其中，k為 正整數(shù))的結構。尤其，即使在極數(shù)為10極(極對數(shù)5)、線圈數(shù)為12的結構中，與以極數(shù) 為14極(極對數(shù)7)、線圈數(shù)為12的方式構成的情況同樣，將通電相位差θ設為30°的情 況下，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子不平衡力減少到最小。
在上述第2實施方式中，將第1線圈組U1、V1、W1與第2線圈組U2、V2、W2之間的通電相位差θ設為30°。在上述第2實施方式的結構中，例如也可以通過將通電相位差 θ至少設定為0° < θ <60°的范圍來抑制不平衡力，還可以將通電相位差θ設定為更 窄的15° < θ <45°來進一步抑制不平衡力。
在上述第1和第2實施方式中，將本發(fā)明應用于內(nèi)轉(zhuǎn)子型電動機1，但也可以應用 于外轉(zhuǎn)子型電動機。
在上述第1和第2實施方式中，三相的第1線圈組Ul Wl以星形連線方式連接， 并且三相的第2線圈組U2 W2也以星形連線方式連接，但也可以將其分別以三角形連線 的方式連接。
下面，依照附圖，說明將本發(fā)明具體化的第3實施方式。
圖7是表示第3實施方式的無電刷電動機(IPM電動機)的概要結構的示意圖，圖 8是轉(zhuǎn)子的要部放大圖。并且，圖9是埋設有永久磁石的轉(zhuǎn)子芯的整體立體圖。
如圖7所示，作為旋轉(zhuǎn)電動機的無電刷電動機101具備沿著未圖示的電動機殼體 的內(nèi)周面配設的環(huán)狀的定子102 ；以及以可旋轉(zhuǎn)的方式配設于該定子102內(nèi)側的轉(zhuǎn)子103。
定子102具有12個齒104，12個齒104配設成圓環(huán)狀，從而在各齒104之間形成 12個槽。而且，在各齒104上以集中纏繞方式纏繞有線圈105，向該纏繞的線圈105供給三 相交流電流，以U相、V相、W相的順序沿旋轉(zhuǎn)方向配置。
另一方面，轉(zhuǎn)子103具有旋轉(zhuǎn)軸106和固定在該旋轉(zhuǎn)軸106上的圓柱狀的轉(zhuǎn)子 芯107。旋轉(zhuǎn)軸106以其中心軸線Lo與環(huán)狀的定子102的中心軸線一致的方式配設，旋轉(zhuǎn) 軸106的兩端部以可旋轉(zhuǎn)的方式支承在設置于電動機殼體的未圖示的軸承上。因此，轉(zhuǎn)子 103(轉(zhuǎn)子芯107)以能夠以中心軸線Lo為旋轉(zhuǎn)中心進行旋轉(zhuǎn)的方式支承在定子102的內(nèi) 側。
而且，在第3實施方式的無電刷電動機101中，如圖7所示，轉(zhuǎn)子3沿逆時針方向 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
如圖9所示，轉(zhuǎn)子芯107形成為圓柱狀，在上述轉(zhuǎn)子芯107上設置有多個
(第3實施方式中為4個)平板狀的第1 第4永久磁石Ml M4。第1 第4 永久磁石Ml M4埋設在轉(zhuǎn)子芯107的靠近外周面的部位，并且在圓周方向上沿轉(zhuǎn)子芯107 的旋轉(zhuǎn)方向依次相隔預定的角度間隔配置。即，第3實施方式的轉(zhuǎn)子103是埋入了第1 第4永久磁石Ml M4的所謂IPM結構的轉(zhuǎn)子。
而且，在轉(zhuǎn)子芯107的外周面，與埋設的這些第1 第4永久磁石Ml M4的磁極 面對置的區(qū)域的面成為第1磁極部108。因此，在第3實施方式中，埋設了 4個磁石、即第 1 第4永久磁石Ml M4，所以在轉(zhuǎn)子芯107的外周面上，通過這些第1 第4永久磁石 Ml M4形成4個第1磁極部108。
被埋設的第1 第4永久磁石Ml M4以徑向外側磁極面為同極(本實施方式中 為S極)的方式配置。由此，在第3實施方式的轉(zhuǎn)子103上，具有相同極性(S極)的4個 第1磁極部108沿轉(zhuǎn)子的圓周方向以不等角度間隔形成。
并且，在第1 第4永久磁石Ml M4各自的圓周方向兩側的轉(zhuǎn)子芯107的部位 上形成有空隙S(Sa、Sb)。而且，空隙S構成磁阻，從而在彼此相鄰的第1磁極部108(各永 久磁石Ml M4)之間的轉(zhuǎn)子芯107的部位上，沿其圓周方向形成第2磁極部109，該第2磁 極部109與各第1磁極部108被磁劃分。
即，各第1磁極部108的磁束以分別繞回形成于其圓周方向兩側的空隙S的方式， 經(jīng)由轉(zhuǎn)子芯107內(nèi)部，流入到各第2磁極部109。而且，該磁束朝向徑向外側通過各第2磁 極部109，從而在該各第2磁極部109上形成極性不同于相鄰的第1磁極部108的虛擬磁極 (N 極)。
即，第3實施方式的轉(zhuǎn)子103作為所謂換向極型轉(zhuǎn)子構成。
在此，在第3實施方式中，如圖8所示，設置于上述各第1磁極部108的圓周方向 兩側的空隙S(Sa，Sb)以非對稱方式形成，從而提高轉(zhuǎn)矩的同時，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩特性的提高。
第3實施方式的無電刷電動機101限于旋轉(zhuǎn)方向為單向(圖7和圖8中為逆時針 方向)，以根據(jù)其旋轉(zhuǎn)方向構成為最佳結構的方式，使兩側的空隙S(&i，Sb)的形狀不同。詳 細地說，如下進行設定，即，形成在該轉(zhuǎn)子103的旋轉(zhuǎn)方向上游側的空隙的圓周方向?qū)挾?大于形成在轉(zhuǎn)子103的旋轉(zhuǎn)方向下游側的空隙Sb的圓周方向?qū)挾取?br> 并且，平板狀的第1 第4永久磁石Ml M4的形狀相同，將中心軸線Lo方向設 為縱向時，縱向上的長度與轉(zhuǎn)子芯107在中心軸線方向的長度一致。而且，第1 第4永久 磁石Ml M4以如下方式埋設，即，從中心軸線Lo起的距離相等，其縱向與中心軸線Lo平 行，并且橫向?qū)挾冗叿謩e垂直于將橫向中心和中心軸線Lo連接的各線(第1 第4中心線 Ll L4)。S卩，第1 第4永久磁石Ml M4以從上述轉(zhuǎn)子103的旋轉(zhuǎn)中心觀看時磁極面 成垂直的方式埋設。
并且，埋入于轉(zhuǎn)子芯107的第1 第4永久磁石Ml M4以從中心軸線Lo觀看時 分別成不等角度間隔的方式配置。
在第3實施方式中，如圖10所示，將第1永久磁石Ml的第1中心線Ll與第2永 久磁石M2的第2中心線L2構成的第1角度θ 12設為81度，該第2永久磁石Μ2在旋轉(zhuǎn)方 向上與該第1永久磁石Ml相鄰。
并且，將第2永久磁石Μ2的第2中心線L2與第3永久磁石Μ3的第3中心線L3 構成的第2角度θ 23設為94. 5度，該第3永久磁石Μ3在旋轉(zhuǎn)方向上與該第2永久磁石Μ2 相鄰。
此外，將第3永久磁石Μ3的第3中心線L3與第4永久磁石Μ4的第4中心線L4 構成的第3角度θ 34設為86. 4度，該第4永久磁石Μ4在旋轉(zhuǎn)方向上與該第3永久磁石Μ3 相鄰。
另外，將第4永久磁石Μ4的第4中心線L4與第1永久磁石Ml的第1中心線Ll 構成的第4角度θ 41設為98. 1度，該第1永久磁石Ml在旋轉(zhuǎn)方向上與該第4永久磁石Μ4 相鄰。
接著，對以上述方式構成的無電刷電動機101和現(xiàn)有的無電刷電動機進行比較， 說明無電刷電動機101的作用。
在此，說明現(xiàn)有的無電刷電動機。現(xiàn)有的無電刷電動機與第3實施方式的無電刷 電動機101的不同之處僅在于，埋入于轉(zhuǎn)子芯107的第1 第4永久磁石Ml Μ4以從中 心軸線Lo觀看時分別成等角度間隔的方式配置，其他結構相同。S卩，如圖11所示，在現(xiàn)有 的無電刷電動機中，第1角度θ 12、第2角度θ 23、第3角度θ 34、第4角度θ 41均設為 90度。
另外，圖11所示的第1基準線La相當于第3實施方式的第1永久磁石Ml的第1中心線Li，第2基準線Lb相當于第3實施方式的第2永久磁石M2的第2中心線L2，第3 基準線Lc相當于第3實施方式的第3永久磁石M3的第3中心線L3，第4基準線Ld相當于 第3實施方式的第4永久磁石M4的第4中心線L4。
然后，使第3實施方式的無電刷電動機101和現(xiàn)有的無電刷電動機向逆時針方向 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，進行實驗，對它們的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動和齒槽轉(zhuǎn)矩(coggingtorque)進行比較驗 證。
將其結果示于下述的表1。
表1
權利要求
1.一種電動機，包括定子O)，其包括具有多個齒(1 的定子芯(11)、和纏繞在所述齒(1 上的多個線圈 (14)；以及轉(zhuǎn)子(3)，其包括與所述定子( 對置的轉(zhuǎn)子芯(7)、沿著該轉(zhuǎn)子芯(7)的圓周方向配 置在該轉(zhuǎn)子芯(7)上并作為第1磁極發(fā)揮作用的多個磁石03)、以及與所述轉(zhuǎn)子芯(7) — 體形成的凸極(M)，所述凸極04)配置在彼此相鄰的磁石之間，與該磁石隔著 空隙設置，所述凸極04)作為不同于所述第1磁極的第2磁極發(fā)揮作用；以及供電部(33、38)，其向所述多個線圈(14)供給三相的勵磁電流，從而使所述轉(zhuǎn)子(3)旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動，在將所述轉(zhuǎn)子C3)的極數(shù)設為P，將所述線圈(14)的個數(shù)設為S的情況下，極數(shù)P與線 圈數(shù)S之比P/S為^1-2)/3m，在此，η和m為2以上的整數(shù)，所述多個線圈(14)具有多個包括三相線圈的線圈組(Ul ；Vl ；ffl,U2 ；V2 ；W2),所述供電部(33,38)對各所述線圈組(Ul ；Vl ；ffl, U2 ；V2 ；W2)實施不同的電流控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的電動機，其中，極數(shù)P與線圈數(shù)S之比P/S為(1 士2)/1 ，在此，k為正整數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電動機，其中，所述多個線圈(14)包括三相的第1線圈組(U1、VI、Wl)和三相的第2線圈組(U2、 V2、W2)，各相的第1線圈組(UK VUffl)包括纏繞方向互不相同且相鄰的同相線圈(14a； 14b, 14e ；14f,14i ； 14j)，各相的第2線圈組(U2、V2、W2)包括纏繞方向互不相同且相鄰的 同相線圈(14c ;14d，14g;14h，14k;141)，并且以在徑向上對置的同相線圈彼此(14a;14g, 14b ；14h，14e ；14k，14f ；141，14i ； 14c, 14j ； 14d)纏繞方向不同的方式，與同相的第1線圈 組(Ul、VI、Wl)在徑向上對置，所述供電部(33、38)對所述第1線圈組(U1、VI、Wl)和第2線圈組(U2、V2、W2)實施 不同的電流控制。
4.根據(jù)權利要求3所述的電動機，其中，所述供電部(33、38)以使所述第1線圈組(U1、VI、Wl)和第2線圈組(U2、V2、W2)中 的電流值的變化不同的方式實施電流控制。
5.根據(jù)權利要求1所述的電動機，其中，所述多個線圈(14)包括三相的第1線圈組(U1、V1、W1)和三相的第2線圈組(U2、V2、 W2)，各相的第1線圈組(U1、V1、W1)包括纏繞方向互不相同且在徑向上對置的同相線圈 (14b ;1處，14(1;14」，14€;141)，各相的第2線圈組(U2、V2、W2)包括纏繞方向互不相同且在 徑向上對置的同相線圈(14a;14g,14c ；14i,14e ；14k)，并且以相鄰的同相線圈彼此(14a； 14b, 14c ；14d，14e ；14f，14g ；14h，14i ； 14j, 14k ；141)纏繞方向不同的方式，與同相的第 1 線圈組(U1、V1、W1)在圓周方向上相鄰，所述供電部(33、38)對所述第1線圈組(U1、VI、Wl)和第2線圈組(U2、V2、W2)實施 不同的電流控制。
6.根據(jù)權利要求5所述的電動機，其中，所述供電部設定成所述第1線圈組(U1、V1、W1)與第2線圈組(U2、V2、W2)之間的通 電相位差θ滿足0° < θ彡2Χ 1180° X (比P/S-1) I。
7.根據(jù)權利要求5所述的電動機，其中，所述供電部(33、38)設定成所述第1線圈組(U1、VI、Wl)與第2線圈組(U2、V2、W2) 之間的通電相位差θ滿足0. 5X 1180° X (比P/S-l) I彡θ彡1.5X |180° X (比P/ S-1) I。
8.根據(jù)權利要求5 7的任意一項所述的電動機，其中，所述定子⑵的線圈數(shù)S為12個，所述轉(zhuǎn)子(3)的極數(shù)P為10個或14個， 所述供電部(33、38)設定成所述第1線圈組(U1、VI、Wl)與第2線圈組(U2、V2、W2) 之間的通電相位差θ為30°。
全文摘要
一種包括定子(2)、轉(zhuǎn)子(3)、以及供電部(33、38)的電動機。定子(2)包括具有多個齒(13)的定子芯(11)和纏繞在齒(13)上的多個線圈(14)。轉(zhuǎn)子(3)包括作為第1磁極部發(fā)揮作用的多個磁石(23)和作為第2磁極部發(fā)揮作用的凸極(24)。凸極(24)配置在彼此相鄰的磁石(23)之間，與該磁石(23)隔著空隙配置。在將轉(zhuǎn)子(3)的極數(shù)設為P，將線圈(14)的個數(shù)設為S時，極數(shù)P與線圈數(shù)S之比P/S為(4n-2)/3m，在此，n和m為2以上的整數(shù)。多個線圈(14)具有多個包括三相線圈的線圈組(U1；V1；W1，U2；V2；W2)。供電部(33、38)對各線圈組(U1；V1；W1，U2；V2；W2)實施不同的電流控制。
文檔編號H02K3/04GK102035329SQ20101050373
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2009年10月2日
發(fā)明者三戶信二, 加藤茂昌, 山田洋次, 橫山誠也, 立石暢子, 竹本佳朗 申請人:阿斯莫有限公司