專利名稱：電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動機磁路構造，特別涉及機床、縫紉機械及機器人等使用的永磁電動機。
電動機的一種類型、即永磁電動機同早已知道的，在這種永磁電動機中，為了減少齒槽效應轉矩(Cogging torque)，日本特公昭58-42708號公報揭示了在定子磁場鐵心上設置輔助槽的結構，日本特公平6-81463號公報進一步揭示了在定子磁場鐵心上設置輔助凸極及輔助槽的結構。
圖23A所示為具有減少齒槽效應轉矩的輔助槽的以往的永磁電動機結構的一例，圖24表示圖23A所示的電動機主要部分的放大圖。
如圖23A所示，以往的這種永磁電動機實際上是由定子磁場鐵心1及轉子2構成。這里，在轉子2的周圍固定了6個永久磁鐵磁極3。也就是說，轉子2是永久磁鐵轉子。另外，在定子磁場鐵心1的凸極部分1a上，沿轉子圓周方向等間隔形成若干個輔助槽5。在相鄰定子磁場鐵心1(凸極部分1a)之間設有繞組槽7。
如圖24所示，在這種永磁電動機中，一般若令P為1以上的整數，則轉子2上固定的永久磁鐵磁極3的個數(磁極數)設定為2P，而定子磁場鐵心1的凸極部分1a的個數(凸極數)設定為3P。另外，若設定子磁場鐵心1沿轉子圓周方向的長度相對應的角度為3θ，則定子磁場鐵心1的凸極部分1a的兩個輔助槽5配置成沿轉子圓周方向的間隔相應的角度為θ。在這種情況下，各永久磁鐵磁極3在轉子圓周方向的長度相對應的角度為4.5θ。這里，當不設置輔助槽時，永久磁鐵磁極3的個數(磁極數)與定子磁場鐵心1的凸極部分1a的個數(凸極數)的最小公倍數的次數為轉子2每1轉的齒槽效應轉矩，這種情況的齒槽效應轉矩為每1轉6P(2P及3P的最小公倍數)。
與此相應，當設置輔助槽時，外表上成為凸極部分增加的形狀，這種情況的齒槽效應轉矩成為18P(2P與3×3P的最小公倍數)。但是，這種情況實際上是在基波(每1轉6P的次數)上疊加了3倍的高次諧波(每1轉18P的次數)的形狀。
具體來說，當P＝3時，齒槽效應轉矩的基波是每1轉18個波形，(20度1個波形)。但如圖23B所示，由于設置了輔助槽5，因此形成基波中含有3次諧波的波形，齒槽效應轉矩波形6b不僅僅是每1轉54個波形的高次諧波分量的齒槽效應轉矩。
這樣，在以往的定子磁場鐵心中，通過等間隔設置輔助槽，使齒槽效應轉矩的基波分量包含高次諧波分量，以減少視在的齒槽效應轉矩，但沒有獲得能夠充分去除基波分量的最佳輔助槽配置。
另外，在定子磁場鐵心設置輔助凸極部分及輔助槽的以往的永磁電動機中，存在的問題是因定子磁場鐵心形成輔助凸極部分而使得繞線困難。為了解決這一問題，可以考慮采用將定子磁場鐵心分割成若干個分割型鐵心的辦法，但這種情況下產生的問題有，鐵心數將增加，導致裝配工時增加，同時定子磁場鐵心的構造強度減弱。
另外，在以往的永磁電動機中還有這樣的問題，即齒槽效應轉矩即使較低的電機，由于控制方式的原因，轉矩脈動也變得較大。
為解決上述以往的問題，本發(fā)明的目的在于提供，在最佳位置配置輔助槽，同時在即使將定子磁場鐵的分割成分割型鐵心的情況下也能保持與以往相同的結構上的強度，還能以與以往相同的裝配工時進行裝配，具有較低的齒槽效應轉矩及較小的轉矩脈動的脈磁電動機。
為解決上述問題而構成的本發(fā)明電動機，當不設置輔助槽時，若令N為3以上的奇數，則將定子磁場鐵心凸極部分的槽角相對于永久磁鐵轉子的永久磁鐵磁極的角度設定為1/N。
另外，當設置槽助槽時，若令P為1以上的整數，則設定轉子永久磁鐵磁極的個數(磁極數)為2P，而且設定定子磁場鐵心的凸極部分的個數(凸極數)為3P，各定子磁鐵鐵心的凸極部分分別設置(至少)2個輔助槽，將各凸極部分的角度間隔設定為4θ，這時所構成的各輔助槽分別配置在距離繞組槽中心的角度θ及3θ的位置。這樣能得到齒槽效應轉矩較低的電動機。
另外，再進一步采用適應電動機控制的偏斜構造，這樣可以得到齒槽效應轉矩低的永磁電動機或轉矩脈動小的永磁電動機。
更具體地說，采用本發(fā)明的實施例1，則能提供一種電動機，其特征在于，對于1以上的整數P，轉子的永久磁鐵磁極的個數(磁極數)設定為2P，另外，定子磁場鐵心的凸極部分的個數(凸極數)設定為3P，而且相對于3以上的奇數N，定子磁場鐵心的凸極部分的槽角設定為一個永久磁鐵磁極角度的1/N。在該電動機中，任何一個凸極部分作用于定子磁極表面的圓周方向的力在旋轉中的任何位置都是平衡的。這樣，采用本發(fā)明的實施例1，則當定子磁場鐵心為整體型鐵心或分割型鐵心的任一種鐵心時，都能提供齒槽效應轉矩低的永磁電動機。
采用本發(fā)明的實施例2，則能提供一種電動機，其特征在于，對于1以上的整數，轉子的永久磁鐵磁極的個數(磁極數)設定為2P，另外，定子磁場鐵心的凸極部分的個數(凸極數)設定為3P，各定子磁場鐵心的凸極部分分別設有2個輔助槽，各凸極部分的角度間隔設定為4θ時，上述2個輔助槽分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中的角度θ及角度3θ的位置。在該電動機中，由于設有輔助槽，因此能夠擴大與磁極相對的面積。這樣，采用本發(fā)明的實施例2，能夠抑制齒槽效應轉矩，同時能夠提高轉矩。
在實施例2的電動機中，上述2個輔助槽的中心最好分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及角度3θ的位置。這種情況下，輔助槽的位置更加合適，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。采用這樣的適當配置，能夠有效地抑制齒槽效應轉矩。
在實施例2的電動機中，上述2個輔助槽的凸極部分中心側的端部也可以分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及角度3θ的位置。這種情況下，輔助槽的位置更加合適，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。采用這樣的適當配置，能夠有效地抑制齒槽效應轉矩。
另外，在實施例2的電動機中，上述2個輔助槽的繞組槽側的端部也可以分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及角度3θ的位置。這種情況下，輔助槽的位置也更加合適，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。采用這樣的適當配置，能夠有效地抑制齒槽效應轉矩。
在上述各電動機中，永久磁鐵轉子相對于定子磁場鐵心凸極部分的槽間距r，希望在0.4倍以上1倍以下的范圍內偏斜。這種情況下，由于偏斜構造，能夠減少轉矩脈動。
這里，永久磁鐵轉子相對于定子磁場鐵心凸極部分的槽間距r，最好有5/6倍的偏斜。這種情況下，能夠使電動機的感應電壓波形為梯形波。這樣，由于電動機的感應電壓波形為梯形波，就能夠抑制通電時產生的轉矩波動。
另外，永久磁鐵轉子相對于定子磁場鐵心凸極部分的槽間距r，還希望有0.5倍的偏斜。這種情況下，能夠使電動機的感應電壓波形為正弦波。這樣，由于電動機的感應電動波形為正弦波，就能夠抑制通電時產生的轉矩波動。
此外，永久磁鐵轉子相對于定子磁場鐵心凸極部分的槽間距r，還希望有0.47倍的偏斜。這種情況下，能夠使電動機的感應電壓波形為正弦波。這樣，由于電動機的感應電壓波形為正弦波，就能夠抑制通電時產生的轉矩波動。
在上述各電動機中，與轉子相對的定子磁場鐵心繞組槽的寬度α及輔助槽的寬度β在0.5α＜β＜1.5α的范圍。這種情況下，能夠減少齒槽效應轉矩，而且能夠自由構成定子磁場鐵心的形狀。這樣，能夠抑制齒槽效應轉矩，而且能夠容易制造電動機。
另外，與永久磁鐵轉子相對的定子磁場鐵心的繞組槽的寬度α及輔助槽的寬度β，也可以α＝β。這種情況下，繞組槽的寬度適當，更能夠減少齒槽效應轉矩。這樣，能夠抑制齒槽效應轉矩，而且能夠容易制造電動機。
在前述各電動機中，若設與永久磁鐵轉子相對的定子磁場鐵心表面半徑為r，則定子磁場鐵心凸極部分的寬度Wt最好為Wt＞3·r·cosθ。這樣情況下，能夠增加電動機的轉矩，能夠減少齒槽效應轉矩。這樣，能夠提供轉矩大、齒槽效應降低的電動機。
另外，在前述各電動機中，永久磁鐵定子磁場鐵心的凸極部分之間的磁軛部分最小寬度Wy與凸極部分寬度Wt最好為2Wy≥Wt。這種情況下，鐵心的磁通容易通過，電動機的轉矩增加。


圖1表示本發(fā)明實施例1的永磁電動機的結構圖。
圖2表示圖1所示的永磁電動機主要部分放大圖。
圖3表示圖1所示的永磁電動機中不產生齒槽效應轉矩的原理說明圖。
圖4A表示本發(fā)明實施例2的永磁電動機的結構圖。圖4B表示圖4A所示的永磁電動機的旋轉角度與齒槽效應轉矩的關系圖。
圖5表示圖4A所示的永磁電動機主要部分放大圖。
圖6表示圖4A所示的永磁電動機中不產生齒槽效應轉矩的原理說明圖。
圖7是用于說明本發(fā)明的斜角的圖。
圖8表示在各種改變斜角的情況下，線間感應電壓的變化特性圖。
圖9表示圖3所示的永磁電動機中不產生齒槽效應轉矩的原理說明圖。
圖10A表示與本發(fā)明實施例3相關的一種永磁電動機的結構圖。圖10B表示圖10A所示的永磁電動機的旋轉角度與齒槽效應轉矩的關系圖。
圖11A表示與本發(fā)明實施例3相關的另一種永磁電動機的構造圖。圖11B表示圖11A所示有永磁電動機的旋轉角度與齒槽效應轉矩的關系圖。
圖12A表示與本發(fā)明實施例3相關的另一種永磁電動機的結構圖。圖12B所示圖12A所示的永磁電動機的旋轉角度與齒槽效應轉矩的關系圖。
圖13A表示與本發(fā)明實施例3相關的另一種永磁電動機的結構圖。圖13B表示圖13A所示的永磁電動機的旋轉角度與齒槽效應轉矩的關系圖。
圖14A表示與本發(fā)明實施例3相關的另一種永磁電動機的結構圖。圖14B表示圖14A所示的永磁電動機的旋轉角度與齒槽效應轉矩的關系圖。
圖15A表示與本發(fā)明實施例3相關的另一種永磁電動機的結構圖。圖15B表示圖15A所示的永磁電動機的旋轉角度與齒槽效應轉矩的關系圖。
圖16表示與本發(fā)明實施例4相關的永磁電動機構造圖。
圖17表示圖16所示的永磁電動機主要部分放大圖。
圖18表示圖16所示的永磁電動機中不產生齒槽效應轉矩的原理說明圖。
圖19是用于說明圖16所示的磁電動機變形例的作用的圖。
圖20表示與本發(fā)明實施例5相關的永磁電動機的結構圖。
圖21表示圖20所示的永磁電動機主要部分放大圖。
圖22是用于說明圖20所示的永磁電動機變形例的作用的圖。
圖23A表示以往的永磁電動機的結構圖，圖23B表示為圖23A所示的永磁電動機的旋轉角度與齒槽效應轉矩的關系圖。
圖24表示圖23A所示的永磁電動機主要部分放大圖。
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
實施例1圖1為6極9槽型永磁電動機的剖面圖，圖2為該電動機主要部分放大圖。如圖1所示，該電動機設有由9個定子磁場鐵心11互相連接成圓弧狀的定子。各定子磁場鐵心11分別形成凸極部分11a，向著電動機的中心側凸出。這里，在圓環(huán)形定子內側空間部分配置有轉子12(永久磁鐵轉子)，在該轉子12的圓周部分固定有6個圓弧狀永久磁鐵磁極13。另外，在相鄰兩個定子磁場鐵心11之間設置的繞組槽17中安裝繞組。當電流流過該繞組時，轉子12旋轉，該電動機被驅動。
如圖2所示，通過轉子12的中心(旋轉中心及相鄰兩個定子磁場鐵心11的接觸面的直線與通過轉子中心及凸極部分11a的前端尖角部分的直線之間構成的角度θ叫做凸極部分11a的“槽角θ”。另外，下面單單叫做“角度”的是指轉子12的中心角。另外，由圖2可知，永久磁鐵磁極13對應于轉子圓周方向長度(外圓周的圓弧部分)的角度設定為6θ，定子磁場鐵心11對應于轉子圓周方向長度的角度設定為4θ，凸極部分11a的前端部分對應于轉子圓周方向長度的角度設定為2θ。
圖3所示為永久磁鐵磁極13與定正磁場鐵心11的凸極部分11a之間的相對位置關系。在圖3中所示的槽函數圖形中，對于繞組槽17，函數值定義為1，對于定子磁場鐵心11，函數值定義為0。另外，在定子磁場鐵心(A)～(C)的圖形中，表示了作用于定子磁場鐵心11的力。在定子磁場鐵心11與永久磁鐵磁極13之間有吸引力作用，由于該吸引力的作用，轉子12旋轉。齒槽效應轉矩是由于該吸引力在圓周方向的分力不平衡而產生的。
下面參照圖3，將轉子圓周方向的力用Fx表示，說明作用于-對磁極上的力。在定子磁場鐵心(A)，對于鐵心11a與鐵心11c，轉子圓周方向的力-Fx1與Fx1平衡，而且，轉子圓周方向的力Fx2與-Fx2平衡。另外，對于鐵心11b，轉子圓周方向的力-Fx3與Fx3平衡。因此，在定子磁場鐵心(A)，不產生轉子圓周方向的力，即不產生齒槽效應轉矩。
另外，定子磁場鐵心11與永久磁鐵轉子12相對應旋轉，當處于定子磁場鐵心(B)的狀態(tài)時，對于鐵心11d與鐵心11e，轉子圓周方向的力-Fx4與Fx4平衡。另外，對于鐵心11d與鐵心11f，轉子圓周方向的力Fx5與-Fx5平衡，而且，鐵心11e與鐵心11f，圓周方向的力-Fx6與Fx6平衡。因此，不產生圓周方向的力，即不產生齒槽效應轉矩。
若用槽函數來考慮，在槽函數值從1變?yōu)?的地方，在轉子圓周方向有負力起作用，而在槽函數值從0變?yōu)?的地方，在轉子圓周方向有正力起作用。因此，將N極側的槽函數固定，將S極側的槽函數的函數值從0換為1時，如果N極側的槽函數與S極側的槽函數相同，則在圓周方向不產生力。所以，為了產生這樣的作用，在該電動機中，若設P為1以上的整數，則轉子12的永久磁鐵磁極13的個數(磁極數)設定為2P，定子磁場鐵心11的凸極部分11a的個數(凸極數)設定為3P。而且，若設N為3以上的奇數，則定子磁場鐵心11的凸極部分11a的槽角設定為永久磁鐵磁鐵13對應于轉子圓周方向長度的角度的1/N。
另外，在該實施例1中所示的是6極9槽型電動機的構成，但本發(fā)明并不限于這樣的電動機，當然同樣也能夠適用于例如4極6槽型、8極12槽型、10極15槽型等電動機。
另外，在該實施例1中，轉子12的磁極采用永久磁鐵磁極13，但該磁極也可以不是永久磁鐵，例如也可以是表面復蓋樹脂或鐵、而其內部具有永久磁鐵的磁極，或者利用繞組流過電流形成磁極。
實施例2圖4A所示為凸極部分前端部、距離繞組槽中心在圓周方向相隔角度10度及30度的位置分別設有輔助槽的6極9槽型永磁電動機的剖面圖。圖5所示為該電動機主要部分的放大圖。
如圖4A所示，該電動機設有由9個定子磁場鐵心21互相連接成圓弧狀的定子。各定子磁場鐵心21(定子)分別設有凸極部分21a，向著電動機中心側(轉子中心側)凸出。在圓環(huán)狀定子內側空間部分配置有轉子22(永久磁鐵轉子)，在該轉子22的圓周部分固定有6個圓弧狀永久磁鐵磁極23。另外，在相鄰兩個定子磁場鐵心21之間設置的繞組槽27中安裝繞組。當電流流過該繞組時，轉子22旋轉，該電動機被驅動。另外，在各凸極部分21a的前端部、即與轉子22(永久磁鐵磁極23)相對的面上分別設有2個輔助槽24。
如圖5所示，在該電動機中，凸極部分21a的槽角θ，由通過轉子22的中心(轉子中心)及輔助槽24的中心的直線與通過轉子中心及定子磁場鐵心21的繞組槽27中心的直線之間構成的角度來定義。然后，在該電動機中，轉子22的各永久磁鐵磁極23對應于轉子圓周方向長度(外圓周的圓弧部分)的角度設定為6θ，定子磁場鐵心21對應于轉子圓周方向長度的角度設定為4θ，凸極部分21a的2個輔助槽24之間對應于轉子圓周方向的間隔的角度設定為2θ。
圖6所示為永久磁鐵磁極23與具有輔助槽24的定子磁場鐵心21凸極部分21a的相對位置關系。若將圖6中所示的槽函數與該槽函數的基波相對照，則可以得到如圖4B所示的幾乎不產生齒槽效應轉矩的槽函數。也就是說，通過在定子磁場鐵心21的凸極部分21a設置輔助槽24，能夠去掉齒槽效應轉矩的基波分量，因此實際產生的齒槽效應轉矩僅僅為槽函數的高次諧波分量。這樣，在該實施例2的電動機中，通過設置輔助槽24，能夠減少齒槽效應轉矩。
另外，在該電動機中，若設P為1以上的整數，則轉子22的永久磁鐵磁極23的個數(磁極數)設定為2P，定子磁場鐵心21的凸極部分21a的個數(凸極數)設定為3P。然后，如前所述，在各定子磁場鐵心21的凸極部分21a分別形成2個輔助槽24，若設各磁極間的角度為4θ，則上述2個輔助槽24的中心分別配置在沿轉子圓周方向距離繞組槽27中心的角度θ及3θ的位置處。
另外，在實施例2的電動機中，沿轉子圓周方向的輔助槽24的寬度β，在與轉子22相對的定子磁場鐵心21的繞組槽27沿轉子圓周方向的寬度α的0.5倍以上1.5倍以下的范圍內設定，這樣能夠提高輔助槽24所產生的消除齒槽效應轉矩基波的效果，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。這種情況下，最好是使繞組槽27的寬度α與輔助槽24的寬度β相等，即最好令α＝β。
當正弦波驅動該永磁電動機時，通過使永久磁鐵磁極23相對偏斜槽間距r的1/2，也就是說，通過使偏斜角為槽間距r的1/2，能夠進一步減少轉矩脈動。
圖7為偏斜角的說明圖。在圖7中，φ表示偏斜度，r表示槽間距。
圖8所示為該偏斜角變化時的線間感應電壓波形。當永磁電動機的控制方式采用矩形波驅動時，在相當于矩形波平坦部分的控制位置，永磁電動機具有的轉矩脈動特性(相當于線間感應電壓波形)也平坦，不產生轉矩脈動。即使因矩形波的驅動通電方式而發(fā)生變化，由圖8可知，偏斜角若逐漸增大，則線間感應電壓波形成為梯形波，產生的作用是能夠減少轉矩脈沖，同時能夠減少齒槽效應轉矩。如前所述，實施例2的電動機，轉子22的磁極數設定為2P(P為1以上的整數)，定子磁場鐵心21的凸極數設定為3P，這里當控制方式采用120度通電方式的矩形波驅動時，最好采用使永久磁鐵轉子22相對于定子磁場鐵心21的槽間距在0.4倍以上1倍以下范圍內偏斜的結構。另外，特別是上述偏斜最好為5/6倍。
對于利用輔助槽24減少齒槽效應轉矩的永磁電動機，通過采用這種偏斜結構，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。
另外，在該實施例2的電動機中，轉子22的磁極采用永久磁鐵磁極23，但該磁極不限于永久磁鐵。例如也可以是表面復蓋樹脂或鐵、而其內部具有永久磁鐵的磁極，或者利用繞組流過電流形成磁極。
實施例3在該實施例3的電動機中，例如圖10所示，各凸極部分設有3個以上的輔助槽。
圖9所示為永久磁鐵磁極33及具有輔助槽34的定子磁場鐵心31凸極部分31a的相對位置關系。而且，圖9中的槽函數圖形中，對于繞組槽，槽函數值定義為1，對于鐵心，槽函數值字義為0。這樣描述槽函數及描述該槽函數的基波，則形成如圖6所示的不產生齒槽效應轉矩的槽函數。
也就是說，通過在該定子磁場鐵心31的凸極部分31a設置圖9所示的輔助槽34及35，能夠消除齒槽效應轉矩的基波分量。這種情況下，實際產生的齒槽效應轉矩為取決于輔助槽34及輔助槽35的槽函數的高次諧波分量，產生于減少齒槽效應轉矩的作用，在該實施例3的電動機中，若設P為1以上的整數，則轉子32(永久磁鐵轉子)的磁極數設定為2P，定子磁場鐵心31的凸極數設定為3P。而且，在各定子磁場鐵心31的凸極部分31a分別設有3個以上的輔助槽34及35。這里，當各定子磁場鐵心31對應于轉子圓周方向長度的角度設為4θ時，在該定子磁場鐵心31的凸極部分31a所設置的輔助槽中的2個輔助槽的中心配置于距離繞組槽中心沿轉子圓周方向相隔角度θ及3θ的位置處，其他的輔助槽可配置于任意位置。
在實施例3的電動機中，輔助槽34沿轉子圓周方向的寬度β，在與轉子32相對的定子磁場鐵心31的繞組槽37沿轉子圓周方向的寬度α的0.5倍以上1.5倍以下的范圍內設定，這樣能夠提高輔助槽34所產生的消除齒槽效應轉矩基波的效果，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。這種情況下，最好是使繞組槽37的寬度α與輔助槽34的寬度β相等，即最好令α＝β。
另外，當正弦波驅動該永磁電動機時，通過使永久磁鐵磁極33相對偏斜槽間距的1/2，也就是說，通過使偏斜角為槽間距的1/2，能夠進一步減少轉矩脈動。
該實施例3的電動機，其輔助槽最好的配置形態(tài)考慮了許多種，下面所示為代表性的輔助槽配置形態(tài)。
在圖10A所示的6極9槽型電動機中，為了減少齒槽效應轉矩，在各定子磁場鐵心31的凸極部分31a分別設有3個輔助槽34、35a及34，該輔助槽分別配置在距離繞組槽中心10度、20度及30度的位置處。另外，位于各凸極部分31a的3個輔助槽34、35a及34中的當中位置的輔助槽35a，處于沿轉子圓周方向的凸極部分31a的中心位置。圖10B所示為圖10A所示的電動機齒槽效應轉矩相對于旋轉角度的變化特性。
在圖11A所示的6極9槽型電動機中，為了減少齒槽效應轉矩，在各定子磁場鐵心31的凸極部分31a分別設有4個輔助槽35c、34、34及35c，該輔助槽分別配置在距離繞組槽中心5度、10度、30度、35度的位置處。圖11B所示為圖11A所示的電動機齒槽效應轉矩相對于旋轉角度的變化特性。
在圖12A所示的6極9槽型電動機中，為了減少齒槽效應轉矩，在各定子磁場鐵心31的凸極部分31a分別設有5個輔助槽34、35a、36b、35a及34，該輔助槽分別配置在距離繞組槽中心10度、15度、20度、25度及30度的位置處。圖12B所示為圖12A所示的電動機齒槽效應轉矩相對于旋轉角度的變化特性。
在圖13A所示的6極9槽型電動機中，為了減少齒槽效應轉矩，在各定子磁場鐵心31的凸極部分31a分別設有5個輔助槽35c、34、35a、34及35c，該輔助槽分別配置在距離繞組槽中心5度、10度、20度、30度及35度的位置處。圖13B所示為圖13A所示的電動機齒槽效應轉矩相對于旋轉角度的變化特性。
在圖14A所示的6極9槽型電動機中，為了減少齒槽效應轉矩，在各定子磁場鐵心31的凸極部分31a分別設有6個輔助槽35c、34、35b、35b、34及35c，該輔助槽分別配置在距離繞組槽中心5度、10度、15度、25度、30度及35度的位置處。圖14B所示為圖14A所示的電動機齒槽效應轉矩相對于旋轉角度的變化特性。
在圖15A所示的6極9槽型電動機中，為了減少齒槽效應轉矩，在各定子磁場鐵心31的凸極部分31a分別設有7個輔助槽35c、34、35b、35a、35b、34及35c，該輔助槽分別配置在距離繞組槽中心5度、10度、15度、20度、25度、30度及35度的位置處。圖15B所示為圖15A所示的電動機齒槽效應轉矩相對于旋轉角度的變化關系。
實施例4圖16為本發(fā)明實施例4的8極12槽型永磁電動機剖面圖，圖17所示為圖16所示的電動機主要部分放大圖。
如圖16及圖17所示，在該電動機中，為了減少齒槽效應轉矩，在各定子磁場鐵心41的凸極部分41b分別設有2個輔助槽44a。該2個輔助槽44a分別這樣配置，即其凸極磁極中心側的端部位于沿轉子圓周方向距離繞組槽中心7.5度及22.5度的位置處。
該電動機設有由12個定子磁場鐵心41互相連接成圓弧狀或半圓錐形的定子。而且，各定子磁場鐵心41(定子)分別設有凸極部分41b，向著電動機的中心側(轉子中心側)凸出。在圓環(huán)形定子內則空間部分配置在轉子42(永久磁鐵轉子)，在該轉子42的圓周部分固定有圓弧狀8個永久磁鐵磁極43。另外，在相鄰兩個定子磁場鐵心41之間設置的繞組槽47中安裝繞組。當電流流過該繞組時，轉子42旋轉，該電動機被驅動。另外，各凸極部分41b的前端部、即與轉子42(永久磁鐵磁極43)相對的表面(對極面)分別設有2個輔助槽44a。
在該電動機中，從圖17可知，凸極部分41b的槽角θ，由通過轉子42的中心(轉子中心)及輔助槽44a的凸極部分中心側的端部的直線與通過轉子中心及定子磁場鐵心41的繞組槽47中心的直線之間構成的角度來定義。而且，在該電動機中，轉子42的各永久磁鐵磁極43對應于轉子圓周方向長度(外圓周的圓弧部分)的角度設定為6θ，定子磁場鐵心41對應于轉子圓周方向長度的角度設定為4θ，凸極部分41b的2個輔助槽44a的凸極部分中心側端部之間對應于轉子圓周方向的間隔(凸極磁極間)的角度設定為2θ。
圖18所示為對齒槽效應轉矩進行高次諧波分析時去除最大的基波分量的原理。另外，圖18給出了，在永久磁鐵極43與定子磁場鐵心41的凸極部分41b與繞組槽47的相對角度關系為3θ∶θ∶θ配置的永磁電動機中作用于定子磁場鐵心(A)、(B)及(C)的作用力F。
在圖18所示的槽函數圖形中，對于槽(繞組槽47)，函數值定義為1，對于鐵心(定子磁場鐵心41)，函數值定義為0。另外，在定子磁場鐵心(A)～(C)的圖形中，表示了作用于定子磁場鐵心41的力。這里，在定子磁場鐵心41與永久磁鐵磁極43之間有吸引力作用。由于該吸引力的作用，轉子42旋轉。齒槽效應轉矩是由于該吸引力在圓周方向的分力不平衡而產生的。
下面參照圖18，將該圓周方向的力用Fx表示，說明作用于1對磁極上的力。在定子磁場的鐵心(A)，對于鐵心41a與鐵心41c，轉子圓周方向的力-Fx1與Fx1平衡，而且，轉子圓周方向的力Fx2與-Fx2平衡。另外，對于鐵心41b，轉子圓周方向的力-Fx3與Fx3平衡。因此，在定子磁場鐵心(A)，不產生轉子圓周方向的力，即不產生齒槽效應轉矩。
另外，在定子磁場鐵心(B)，對于鐵心41d與鐵心41e，轉子圓周方向的力-Fx4與Fx4平衡。另外，對于鐵心41d與鐵心41f，轉子圓周方向的力Fx5與-Fx5平衡。再有，對于鐵心41e與41f，轉子圓周方向的力-Fx6與Fx6平衡。因此，不產生圓周方向的力，即不產生齒槽效應轉矩。
進而，在定子磁場鐵心(C)，對于鐵心41g，轉子圓周方向的力-Fx7與Fx7平衡。另外，對于鐵心41h與鐵心41i，轉子圓周方向的力-Fx8與Fx8平衡，而且，轉子圓周方向的力Fx9與-Fx9平衡。因此，不產生圓周方向的力，即不產生齒槽效應轉矩。
若用槽函數來考慮，在該槽函數從1變?yōu)?的地方，在轉子圓周方向有負力起作用，而在從0變?yōu)?的地方，在轉子圓周方向有正力起作用。也就是說，將N極側的槽函數固定，將S極側的槽函數的0與1對調時，如果N極側與S極側的槽函數相同，則圓周方向的力不產生。采用這樣的構成，能夠去除齒槽效應轉矩的基波分量，但由于與永久磁鐵磁極43相對的定子磁場鐵心41的凸極部分41b較少，因此作用于轉子42的轉矩較小。
圖19所示，是在為了增加定子磁場鐵心41的凸極部分41b與永久磁鐵磁極43相對的面積而有效利用永久磁鐵磁極43產生的磁場、并為了減少齒槽效應轉矩而設有輔助槽的電動機中，永久磁鐵磁極43與凸極部分41b之間的相對位置關系與力的關系。這里，若描述一下該槽函數G11，則該槽函數G11可以分解為圖18所示的不產生齒槽效應轉矩的基波分量G10及高次諧波分量-G11M。因此，當對齒槽效應轉矩分量進行高次諧波分析時，能夠去除最大的基波分量。這種情況下，實際產生的齒槽效應轉矩為槽函數的高次諧波分量。采用這樣的槽配置，能夠減少齒槽效應轉矩。
在該實施例4的電動機中，若設P為1以上的整數，則轉子42的磁極數設定為2P，定子磁場鐵心41的凸極數設定為3P。而且，如前所述，在各定子磁場鐵心41的凸極部分41b分別設有2個輔助槽44a，當凸極磁極間的角度設為4θ時，該2個輔助槽44a分別這樣配置，即其凸極磁極中心側的端部位于沿轉子圓周方向、距離繞組槽47中心的角度θ及3θ的位置處。
在實施例4的電動機中，輔助槽44a沿圓周方向的寬度β，最好設定在與轉子42相對的定子磁場鐵心41的繞組槽47沿轉子圓周方向的寬度α的0.5倍以上1.5倍以下的范圍內。這樣做的話，能夠提高輔助槽44a所產生的去除齒槽效應轉矩基波的效果。能夠進一步減少齒槽效應轉矩。這種情況下，最好是使繞組槽47的寬度α與輔助槽44a的寬度β相等，即最好令α＝β。
在該電動機中，若設與永久磁鐵轉子42相對的定子磁場鐵心41的表面半徑為r，則定子磁場鐵心41的凸極部分41b的寬度Wt最好設定為Wt＞3·r·cosθ。這樣做的話，凸極部分41b的磁通容易通過，磁通的扭斜變小，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。
進而，當正弦波驅動該永磁電動機時，若使永久磁鐵磁極43相對偏斜槽間距的1/2，則能夠進一步減少轉矩脈動。
另外，當正弦波驅動該永磁電動機時，若永磁電動機具有的轉矩脈動特性也是正弦波時，則不產生轉矩脈動。這種情況下，最好使永久磁鐵轉子42相對偏斜定子磁場鐵心41的槽間距的0.4倍以上1倍以下的范圍內，特別是最好偏斜0.5倍或0.47倍。
實施例5圖20為本發(fā)明實施例5的8極12槽型永磁電動機剖面圖，圖21所示為圖20所示的電動機主要部分放大圖。
如圖20及圖21所示，在該電動機中，為了減少齒槽效應轉矩，在各定子磁場鐵心51的凸極部分51c分別設有2個輔助槽54b。該2個輔助槽54b分別這樣配置，即使其繞組槽側的端部位于沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心7.5度及22.5度的位置處。
該電動機設有由12個定子磁場鐵心51互相連接成圓弧狀或半圓錐形的定子。而且，各定子磁場鐵心51(定子)分別設有凸極部分51C，向著電動機的中心側(轉子中心側)凸出。在圓環(huán)形定子內側空間部分配置有轉子52(永久磁鐵轉子)，在該轉子52的圓周部分固定有8個永久磁鐵磁極53，呈圓弧狀或半圓錐狀。在相鄰兩個定子磁場鐵心51之間設置的繞組槽57中安裝繞組。當電流流過該繞組時，轉子52旋轉，該電動機被驅動。另外，各凸極部分51c的前端部、即與永久磁鐵轉子52(永久磁鐵磁極53)相對的表面(對極面)分別設有2個輔助槽54b。
在該電動機中，從圖21可知，凸極部分51c的槽角θ，由通過永久磁鐵轉子52的中心(轉子中心)及輔助槽54b的繞組槽側的端部的直線與通過轉子中心及定子磁場鐵心51的繞組槽57中心的直線之間構成的角度來定義。而且，在該電動機中，永久磁鐵轉子52的各永久磁鐵磁極53對應于轉子圓周方向長度(外圓周的圓弧部分)的角度設定為6θ，定子磁場鐵心51對應于轉子圓周方向長度的角度設定為4θ，凸極部分51c的2個輔助槽54b的繞組槽側端部之間對應于轉子圓周方向的間隔(凸極磁極間)的角度設定為2θ。
圖22所示，是在為了增加定子磁場鐵心51的凸極部分51c與永久磁鐵磁極53相對的面積而有效利用永久磁鐵磁極53產生的磁場、并為了減少齒槽效應轉矩而設有輔助槽的電動機中，永久磁鐵磁極53與凸極部分51c之間的相對位置關系與力的關系。這里，若描述一下該槽函數G12，則該槽函數G12可以分解為圖18所示的不產生齒槽效應轉矩的基波分量G10及高次諧波分量-G12M與G12p。因此，當對齒槽效應轉矩分量進行高次諧波分析時，能夠去除最大的基波分量。這種情況下，實際產生的齒槽效應轉矩為槽函數的高次諧波分量。也就是說，當對齒槽效應轉矩分量進行高次諧波分析時，能夠去除最大的基波分量，因而實際產生的齒槽效應轉矩為槽函數的高次諧波分量。采用這樣的槽配置，能夠減少齒槽效應轉矩。
在該實施例5的電動機中，若設P為1以上的整數，則轉子52的磁極數設定為2P，定子磁場鐵心51的凸極數設定為3P。而且，如前所述，在各定子磁場鐵心51的凸極部分51c分別設定2個輔助槽54b，當凸極磁極間的角度設為4θ時，該2個輔助槽54b分別這樣配置，即其繞組槽側的端部位于沿轉子圓周方向、距離繞組槽57中心的角度θ及3θ的位置處。
在實施例5的電動機中，輔助槽54b沿轉子圓周方向的寬度β，最好設定在與轉子52相對的定子磁場鐵心51的繞組槽57沿轉子圓周方向的寬度α的0.5倍以上1.5倍以下的范圍內。這樣做的話，能夠提高輔助槽54b所產生的去除齒槽效應轉矩基波的效果，能夠進一步減少齒槽效應轉矩，這種情況下，最好是使繞組槽57的寬度α與輔助槽54b的寬度β相等，即最好令α＝β。
在該電動機中，若設與轉子52相對的定子磁場鐵心51的表面半徑為r，則定子磁場鐵心51的凸極部分51c的寬度Wt最好設定為Wt＞3·r·cosθ。這樣做的話，凸極部分51c的磁通容易通過，磁通的扭斜變小，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。
另外，在該電動機中，定子磁場鐵心51的凸極部分之間的磁軛部分最小寬度Wy與凸極部分51c的寬度Wt最好為2Wy≥Wt。這樣做的話，凸極部分51c的磁通容易通過，能夠進一步減少齒槽效應轉矩。
進而，當正弦波驅動該永磁電動機時，若使永久磁鐵磁極53相對偏斜槽間距的1/2，則能夠進一步減少轉矩脈動。
另外，當正弦波驅動永磁電動機時，若永磁電動機具有的轉矩脈動特性也是正弦波時，則不產生轉矩脈動。這種情況下，最好使永久磁鐵轉子52相對偏斜定子磁場鐵心51的槽間距的0.4倍以上1倍以下的范圍內，特別是最好偏斜0.5倍或0.47倍。
產業(yè)上利用的可能性如前所述，本發(fā)明的電動機，特別作為永磁電動機是有用的，適用于在機床、縫紉機及機器人等中使用。
根據條約第19條修改時的聲明1.根據本申請的原說明書記載，權利要求2限定為“將定子磁場鐵心分割成分割型鐵心”。
2.權利要求3是在刪除原權利要求3的基礎上，將原權利要求4 內容不變地改寫成新的獨立權利要求3。
3.權利要求4是刪除原權利要求4的基礎上，將原權利要求5內容不變的改寫成新的獨立權利要求4。
4.權利要求5是在刪除原權利要求5的基礎上，根據本申請的原說明書記載，將新的權利要求3或權利要求4限定為“將定子磁場鐵心分割成分割型鐵心”。
5.權利要求6至13對應于將權利要求3和權利要求4變更成獨立權利要求，將從屬權利要求1或2變更成權利要求1至4任一項。
基于上述的修改和增加，對原權利要求書進行根據條約第19條的修改。
權利要求書按照條約第19條的修改1.一種電動機，其特征在于，對于1以上的整數，轉子磁極數設定為2P，另外，定子磁場鐵心的凸極數設定為3P，而且，對于3以上的奇數，定子磁場鐵心的凸極部分的槽角設定為磁極角度的1/N。
2.(修改后)一種電動機，其特征在于，對于1以上的整數P，轉子磁極數設定為2P，另外，具有將分割型鐵心拼裝而成的定子磁場鐵心，定子磁場鐵心的凸極數設定為3P，在各定子磁場鐵心的凸極部分分別設有2個輔助槽，設凸極磁極間角度為4θ，則所述2個輔助槽分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及3θ的位置上。
3.(修改后)一種電動機，其特征在于，對于1以上的整數P，轉子磁極數設定為2P，另外，定子磁場鐵心的凸極數設定為3P，在各定子磁場鐵心的凸極部分分別設有2個輔助槽，設凸極磁極間角度為4θ，則上述2個輔助槽的凸極磁極中心側的端部分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及3θ的位置上。
4.(修改后)一種電動機，其特征在于，對于1以上的整數P，轉子磁極數設定為2P，另外，定子磁場鐵心的凸極數設定為3P，在各定子磁場鐵心的凸極部分分別設有2個輔助槽，設凸極磁極間角度為4θ，則上述2個輔助槽的繞組槽側的端部分配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及3θ的位置上。
5.(修改后)如權利要求3或4所述的電動機，其特征在于，具有將分割型鐵心互相連接的定子磁場鐵心。
6.(修改后)如權利要求1至4任一項所述的電動機，其特征在于，所述轉子在定子磁場鐵心的凸極槽間距的0.4倍以上1倍以下的范圍內偏斜。
7.(修改后)如權利要求1至4任一項所述的電動機，其特征在于，所述轉子相對定子磁場鐵心的凸極槽間距僅偏斜5/6倍。
8.(修改后)如權利要求1至4任一項所述的電動機，其特征在于，所述轉子相對定子磁場鐵心的凸極槽間距僅偏斜0.5倍。
9.(修改后)如權利要求1至4任一項所述的電動機，其特征在于，所述轉子相對定子磁場鐵心的凸極槽間距僅偏斜0.47倍。
10.(修改后)如權利要求1至4任一項所述的電動機，其特征在于，與所述轉子相對的定子磁場鐵心繞組槽的寬度α與所述輔助槽的寬度β設定為0.5α＜β＜1.5α。
11.(修改后)如權利要求1至4任一項所述的電動機，其特征在于，與所述轉子相對的定子磁場鐵心繞組槽的寬度α與所述輔助槽的寬度β設定為α＝β。
12.(修改后)如權利要求1至4任一項所述的電動機，其特征在于，對于與所述轉子相對的定子磁場鐵心表面半徑r與所述θ，所述定子磁場鐵心的凸極部分寬度Wt設定為Wt＞3·r·cosθ。
13.(修改后)如權利要求1至4任一項所述的電動機，其特征在于，所述定子磁場鐵心的凸極部分之間的鐵軛部分的凸極部分最小寬度Wy與凸極部分的寬度Wt設定為2·Wy≥Wt。
權利要求
1.一種電動機，其特征在于，對于1以上的整數，轉子磁極數設定為2P，另外，定子磁場鐵心的凸極數設定為3P，而且，對于3以上的奇數，定子磁場鐵心的凸極部分的槽角設定為磁極角度的1/N。
2.一種電動機，其特征在于，對于1以上的整數P，轉子磁極數設定為2P，另外，定子磁場鐵心的凸極部分設定為3P，在各定子磁場鐵心的凸極部分分別設有2個輔助槽，設凸極磁極間角度為4θ，則所述2個輔助槽分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及3θ的位置上。
3.如權利要求2所述的電動機，其特征在于，所述2個輔助槽的中心分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及3θ的位置上。
4.如權利要求2所述的電動機，其特征在于，所述2個輔助槽的凸極磁極中心側的端部分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及3θ的位置上。
5.如權利要求2所述的電動機，其特征在于，所述2個輔助槽的繞組槽側的端部分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽中心的角度θ及3θ的位置上。
6.如權利要求1或2所述的電動機，其特征在于，所述轉子在定子磁場鐵心的凸極槽間距的0.4倍以上1倍以下的范圍內偏斜。
7.如權利要求1或2所述的電動機，其特征在于，所述轉子相對定子磁場鐵心的凸極槽間距僅偏斜5/6倍。
8.如權利要求1或2所述的電動機，其特征在于，所述轉子相對定子磁場磁心的凸極槽間距僅偏斜0.5倍。
9.如權利要求1或2所述的電動機其特征在于，所述轉子相對定子磁場鐵心的凸極槽間距僅偏斜0.47倍。
10.如權利要求2所述的電動機，其特征在于，與所述轉子相對的定子磁場鐵心繞組槽的寬度α與所述輔助槽的寬度β設定為0.5α＜β＜1.5α。
11.如權利要求2所述的電動機，其特征在于，與所述轉子相對的定子磁場鐵心繞組槽的寬度α與所述輔助槽的寬度β設定為α＝β。
12.如權利要求1或2所述的電動機，其特征在于，對于與所述轉子相對的定子磁場鐵心表面半徑r與所述θ，所述定子磁場鐵心的凸極部分寬度Wt設定為Wt＞3·r·cosθ。
13.如權利要求1或2所述的電動機，其特征在于，所述定子磁場鐵心的凸極部分之間的鐵軛部分的凸極部分量小寬度Wy與凸極部分的寬度Wt設定為2·Wy≥Wt。
全文摘要
在本發(fā)明的永磁電動機中,設P為1以上的整數,則轉子(22)的磁極數設定為2P,定子磁場鐵心(21)的凸極數設定為3P,在各定子磁場鐵心(21)的凸極部分(21a)上分別設有2個輔助槽(24),設凸極磁極間角度為4θ,則各凸極部分(21a)上的2個輔助槽(24)分別配置在沿轉子圓周方向、距離繞組槽(27)中心的角度θ及3θ的位置上。采用這種結構,則能夠去除齒槽效應轉矩的基波分量,提供齒槽效應轉矩低的永磁電動機。
文檔編號H02K21/16GK1194735SQ97190614
公開日1998年9月30日 申請日期1997年5月23日 優(yōu)先權日1996年5月24日
發(fā)明者中村友一, 真砂一朗, 內田浩一 申請人:松下電器產業(yè)株式會社