CN104011976B - 马达 - Google Patents

Abstract

一种马达(100)，设置有以经由夹在其中的磁性空隙(S)相互面对且能够相对移动的方式配置的定子(110)和针状部件(120)，其中，针状部件(120)包括磁轭(123)、从磁轭(123)向磁性空隙(S)突出地设置的齿(124)、以及围绕齿(124)卷绕的多个线圈(127)，针对各相，多个线圈(127)包括线圈组，所述线圈组包括沿着相对移动方向连续地配置、彼此同相并且线径相同的两个线圈(127)，与U相、V相以及W相相对应的线圈组(127U，127V，127W)分别包括在相对移动方向上的线圈宽度(L1)大于在相对移动方向上的齿距(TP)的第一线圈(127U1，127V1，127W1)。

Description

马达

技术领域

本发明的实施方式涉及一种AC马达。

背景技术

在专利文献1中，描述了涉及具有三个连续的同相线圈的三相电枢绕组的技术，更具体地，通过使用具有两种线径的线圈进行卷绕，在不降低占空系数的情况下使线圈的匝数具有自由度。在该马达中，如果将在电枢绕组相对于场磁铁相对移动的方向上依次配置的三个同相线圈分别设为第一线圈、第二线圈、第三线圈，将第一线圈和第三线圈的线径和匝数分别设为D1和N1，将第二线圈的线径和匝数分别设为D2和N2，则设D1＞D2且N1＜N2、或者D1＜D2且N1＞N2。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP，B，4304999(第4页、图1和图3)

发明内容

本发明所要解决的问题

在上述现有技术中，能够增大线圈的匝数的自由度，但是由于对于每个线圈，线径不同，因而无法一次卷绕连续的同相线圈。因此，存在生产率下降的问题。

本发明是鉴于这样的问题而做出的，其目的是提供一种能够增大线圈的匝数的自由度的同时提高生产率的马达。

用于解决问题的手段

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种马达，包括定子和可动部件，所述定子和可动部件以经由磁性空隙能够相对移动的方式相互面对配置，其特征在于，所述定子和所述可动部件中的任一者包括磁轭、从所述磁轭向所述磁性空隙侧突出地设置的多个齿、以及围绕所述多个齿卷绕的多个线圈，针对各相，所述多个线圈包括线圈组，各所述线圈组包括沿着相对移动方向连续地配置的、彼此同相并且具有彼此相同的线径的多个所述线圈，所述线圈组包括在所述相对移动方向上的线圈宽度比在所述相对移动方向上的齿距大的至少一个所述线圈。

发明效果

根据本发明的马达，能够增大线圈的匝数的自由度的同时提高生产率。

附图说明

图1是示出根据本实施方式的马达的结构的纵向剖视图。

图2是用于说明马达中的可动部件的线圈配置结构的说明图。

图3是用于说明现有技术的线圈结构的实例的说明图。

图4是用于说明现有技术的线圈结构的实例的说明图。

图5是用于说明现有技术的线圈结构的实例的说明图。

图6是用于说明比较例的线圈结构的实例的说明图。

图7是用于说明比较例的线圈结构的实例的说明图。

图8是用于说明实施方式的线圈结构的实例的说明图。

图9是用于说明实施方式的线圈结构的实例的说明图。

图10是示出通过现有技术和实施方式的马达获得的推力－速度特性的图。

图11是用于说明变型例的马达中的可动部件的线圈配置结构的说明图。

图12是用于说明变型例的马达中的可动部件的线圈配置结构的说明图。

具体实施方式

下面参照附图对实施方式进行说明。

＜马达的结构＞

本实施方式的马达100是利用三相交流电的线性同步马达。图1示出马达100的极槽配合是5极6槽(5P6S)的情况作为实例。如图1所示，马达100具有定子110和可动部件120，定子110和可动部件120以经由磁性空隙S能够相对移动的方式相互面对配置。

定子110具有板状磁轭111、以及在相对移动方向上以固定间隔(磁铁间距MP)配置在磁轭111上的多个永久磁铁112。可动部件120具有铁芯121以及以覆盖该铁芯121的方式设置的例如由树脂制成的可动部件基部122。铁芯121被构造为：分割铁芯125分别包括磁轭123以及从该磁轭123向磁性空隙S侧突出地设置的齿124，分割铁芯125在相对移动方向上以固定间隔(齿距TP)并排设置，并且在分割铁芯125的两端部配置有副齿126。在本实施方式中，铁芯121形成为分割结构，但是也可以形成为一体结构。

在形成在铁芯121的各齿124之间的各槽周围，卷绕多个线圈127。如图2所示，在极槽配合是5极6槽(5P6S)的马达100中，两个同相线圈127在相对移动方向(图2中的横向方向)上连续地配置。图2中示出的附图标记U、V、W表示与U相、V相、W相相对应的各线圈127，具有与它们相反的卷绕方向的线圈127分别由－U、－V、－W示出。

可动部件120具有针对各相(U相、V相、W相)包括连续配置的两个同相线圈127的线圈组。与U相相对应的线圈组127U具有第一线圈127U1和第二线圈127U2，第一线圈127U1和第二线圈127U2为在相对移动方向上连续地配置的同相(U相)的两个线圈。第一线圈127U1被构造成为线圈宽度L1大于槽距SP(＝齿距TP)，第二线圈127U2被构造成为线圈宽度L2小于槽距SP。另外，第一线圈127U1和第二线圈127U2的线径相同。槽距SP与各分割铁芯125的磁轭123在相对移动方向上的长度相同。

同样地，与V相相对应的线圈组127V具有第一线圈127V1和第二线圈127V2，第一线圈127V1和第二线圈127V2在相对移动方向上连续地配置、同相(V相)并且具有相同的线径。第一线圈127V1被构造成为线圈宽度L1大于槽距SP，第二线圈127V2被构造成为线圈宽度L2小于槽距SP。另外，同样地，与W相相对应的线圈组127W具有第一线圈127W1和第二线圈127W2，第一线圈127W1和第二线圈127W2在相对移动方向上连续地配置、同相(W相)并且具有相同的线径。第一线圈127W1被构造成为线圈宽度L1大于槽距SP，第二线圈127W2被构造成为线圈宽度L2小于槽距SP。

各相中第一线圈的线圈宽度L1和第二线圈的线圈宽度L2之和与槽距SP的2倍大致一致。根据上述的结构，在各相的线圈组127U、127V、127W在相对移动方向上并排设置的情况下的线圈宽度的配置关系如图2所示，为“大、小”、“大、小”、“大、小”，并且能够将线圈127无间隙地配置在各相中。因此，由于能够防止线圈的占空系数下降，因此能够防止马达常数下降。

如图1所示，马达100在相对移动方向上具有3组图2所示的线圈组127U、127V、127W，但组的数量不限于此。另外，该例被构造成，可动部件120具有线圈组127U、127V、127W，但可动部件和定子也可以被构造成为，通过使可动部件和定子之间的对应关系相反，使定子具有线圈组127U、127V、127W。

＜实施方式的效果＞

具有上述结构的马达的最大特征在于，马达100具有线圈宽度L1大于槽距SP(＝齿距TP)的第一线圈127U1、127V1、127W1。下面使用比较例对通过这些特征获得的效果进行说明。

在利用三相交流电的多相AC马达中，为了获得与用户的要求一致的输出特性(推力－速度特性)，需要将各相的线圈的匝数设定为适当的值。然而，现有技术的马达具有线圈的匝数大幅增大的问题。例如，如图3所示，在具有两个同相线圈连续地配置的极槽配合(5P6S)的马达中，例如，如果槽的高度设为30mm、槽的宽度(相邻的齿之间的间隙)设为6mm，则线径φD＝3mm时各线圈的匝数为10层×1列(10匝)，1个相组的总匝数N＝10匝×2个线圈＝20匝。

当在占空系数大致固定的条件下增加匝数的情况下，例如，如图4所示，当线径φD＝1.5mm时，各线圈中的匝数为20层×2列(40匝)，1个相组的总匝数N＝40匝×2个线圈＝80匝。另外，例如，如图5所示，当线径φD＝1mm时，各线圈的匝数为30层×3列(90匝)，1个相组的总匝数N＝90匝×2个线圈＝180匝。如上所述，随着线径φD变小，匝数N变成4倍、9倍，增大量变大，因此，难以设定成与用户的要求一致的匝数。

因此，可以考虑通过改变两个同相线圈的线径和匝数来获得中间的匝数的情况。将这种情况的结构在图6和图7中作为比较例示出。例如，如图6所示，如果第一线圈(图6中左侧的线圈)的线径φD1＝3mm、第二线圈(图6中右侧的线圈)的线径φD2＝1.5mm，第一线圈的匝数N1是10层×1列(10匝)，第二线圈的匝数N2是20层×2列(40匝)，总的匝数N＝10匝+40匝＝50匝。另外，例如，如图7所示，如果第一线圈(图7中左侧的线圈)的线径φD1＝1.5mm、第二线圈(图7中右侧的线圈)的线径φD2＝1mm，则第一线圈的匝数N1为20层×2列(40匝)，第二线圈的匝数N2为30层×3列(90匝)，总的匝数N＝40匝+90匝＝130匝。如上所述，能够获得中间的匝数。然而，由于每个线圈的线径不同，因此无法一次卷绕连续的同相线圈，存在生产率下降的问题。

因此，鉴于线圈的线径受限并且选项少(例如，在上述的例子中，在1mm≤φD≤3mm的范围内，仅能够选择线径φD＝3mm、1.5mm、1mm)，本申请的发明人进行潜心研究和开发。因此，本申请的发明人构想到，颠覆线圈设定为各线圈的线圈宽度L在槽距SP以内这样的技术常识，首次构想到根据本实施方式的结构。换言之，本实施方式如上所述被构造成为：同相线圈组127U、127V、127W分别包括连续配置的、且线径相同的多个(在本实施方式中，两个)线圈，线圈组127U、127V、127W分别具有线圈宽度L1比槽距SP大的线圈127U1、127V1、127W1。换言之，不存在线圈宽度L在槽距SP以内的限制。

由此，例如，在上述的实例中，可以进一步选择线径φD＝2mm或φD＝1.2mm的线圈，并且可以增加线圈的线径的选择项。因此，如图8所示，当线径φD＝2mm时，例如，第一线圈(图8中左侧的线圈)的匝数N1为15层×2列(30匝)，第二线圈(图8中右侧的线圈)的匝数N2为15层×1列(15匝)，总的匝数N＝30匝+15匝＝45匝。另外，如图9所示，当线径φD＝1.2mm时，例如，第一线圈(图9中左侧的线圈)的匝数N1为25层×3列(75匝)，第二线圈(图9中右侧的线圈)的匝数N2为25层×2列(50匝)，总的匝数N＝75匝+50匝＝125匝。由于如上所述能够获得中间的匝数，因此能够增大线圈的匝数的自由度。另外，由于能够使第一线圈和第二线圈的线径φD相同，因此能够一次卷绕连续的同相线圈，并且能够提高生产率。

上述的结果是，根据本实施方式，由于能够获得如图10所示的中间的输出特性(推力－速度特性)，因此能够获得与用户的要求相符的输出特性。

另外，在本实施方式中，特别地，与应用于三个同相线圈连续地配置的下述的马达的情况相比，通过应用于两个同相线圈连续地配置的极槽配合的马达100，具有能够防止线圈的占空系数下降并且能够防止马达常数下降的效果。

图6和图7中所记载的第一线圈和第二线圈不对应于权利要求书中记载的第一线圈和第二线圈，但是图2、图8及图9中所记载的第一线圈和第二线圈对应于权利要求书中记载的第一线圈和第二线圈。

＜变型例＞

在上述实施方式中，以极槽配合是5极6槽(5P6S)的情况作为实例进行说明，但不限于此。作为配置两个同相线圈的极槽配合，除此之外，例如，具有7极6槽(7P6S)、10极12槽(10P12S)、14极12槽(14P12S)等的极槽配合，这样的马达也可以应用本发明。

另外，也可以应用于具有连续地配置有三个同相线圈的极槽配合的马达，而不限于连续地配置有两个同相线圈的马达。作为连续地配置有三个同相线圈的极槽配合，例如，具有8极9槽(8P9S)、10极9槽(10P9S)等的极槽配合。参照图11和图12对本变型例进行说明。

如图11所示，在根据本变型例的马达100中，三个同相线圈127在相对移动方向(图11中横向方向)上连续地配置。可动部件120针对各相(U相、V相、W相)，具有包括三个连续配置的同相线圈127的线圈组。与U相相对应的线圈组127U具有第一线圈127U1和两个第二线圈127U2，第一线圈127U1和两个第二线圈127U2为在相对移动方向上连续地配置的三个同相(U相)线圈。第一线圈127U1的线圈宽度L1大于槽距SP(＝齿距TP)，第二线圈127U2分别位于第一线圈127U1在相对移动方向上的两侧，第二线圈127U2的线圈宽度L2小于槽距SP。另外，第一线圈127U1和两个第二线圈127U2具有相同的线径，并且能够一次卷绕。

与V相相对应的线圈组127V和与W相相对应的线圈组127W也具有与线圈组127U的构造相同的构造。

在如本变型例的连续地配置三个同相线圈的马达中，例如，在将线圈宽度L1大于槽距SP的第一线圈127U1、127V1、127W1分别配置在线圈宽度L2小于槽距SP的第二线圈127U2、127V2、127W2的在相对移动方向上的两侧的情况下，将各相的线圈组127U、127V、127W在相对移动方向上排列时的线圈宽度的配置关系为“大、小、大”、“大、小、大”和“大、小、大”，由于尺寸上的限制，这种配置不能实现。

相对于此，如图11所示，通过将线圈宽度L2小于槽距SP的两个第二线圈127U2、127V2、127W2分别配置在线圈宽度L1大于槽距SP的第一线圈127U1、127V1、127W1的在相对移动方向上的两侧，将各相的线圈组127U、127V、127W在相对移动方向上排列时的线圈宽度的配置关系为“小、大、小”、“小、大、小”、“小、大、小”，这种配置在尺寸上能够实现。因此，在具有连续设置三个同相线圈的极槽配合的马达中，能够实现在增大线圈的匝数的自由度的同时提高生产率的马达。

另外，在图12所示的马达100中，与U相相对应的线圈组127U具有：线圈宽度L1大于槽距SP的第一线圈127U1；以及配置在第一线圈127U1的在相对移动方向上的一侧(在该例中图12中右侧，也可以是图12中的左侧)的、线圈宽度L2小于槽距SP的两个第二线圈127U2。第一线圈127U1和两个第二线圈127U2具有相同的线径，并且能够一次卷绕。另外，与V相相对应的线圈组127V和与W相相对应的线圈组127W也具有与线圈组127U相同的构造。

根据本变型例，将各相的线圈组127U、127V、127W在相对移动方向上排列时的线圈宽度的配置关系为“大、小、小”、“大、小、小”、“大、小、小”或者“小、小、大”、“小、小、大”、“小、小、大”，这种配置在尺寸上能够实现。因此，在具有连续地配置三个同相线圈的极槽配合的马达中，能够实现增大线圈的匝数的自由度的同时提高生产率的马达。

上面将马达100是线性同步马达的情况作为实例进行了说明，但不限于此，本发明也能够应用于线性感应马达。另外，本发明也可以应用于旋转式马达，而不限于线性马达。

另外，除了上面描述的结构以外，也可以适当地组合并利用根据上述实施方式和各变型例的方法。

另外，虽然没有示例每种变型，但是本发明在不偏离其主旨的范围内能够进行各种变型来实施。

Claims (5)

1.一种马达，包括定子和可动部件，所述定子和所述可动部件以经由磁性空隙能够相对移动的方式相互面对配置，其特征在于，

所述定子和所述可动部件中的任一者包括：

磁轭；

从所述磁轭向所述磁性空隙侧突出地设置的多个齿；以及

围绕所述多个齿卷绕绕组而构成的多个线圈，

针对各相，所述多个线圈包括线圈组，各所述线圈组包括沿着所述相对移动方向连续地配置的、彼此同相并且具有彼此相同的线径的多个所述线圈，

所述线圈组包括至少一个所述线圈，该至少一个所述线圈在所述相对移动方向上的线圈宽度比在所述相对移动方向上的齿距大，并且通过将所述绕组沿所述相对移动方向卷绕m列且沿与所述相对移动方向正交的正交方向卷绕n层从而形成为m×n的匝数，其中m、n均为整数。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，

所述线圈组的结构为将一个第一线圈和一个或两个第二线圈设为一组且沿所述相对移动方向配设k组，其中k为整数，

该一个所述第一线圈的所述线圈宽度比所述齿距大且为所述m×n的匝数，该一个或两个所述第二线圈的所述线圈宽度比所述齿距小，并且通过将所述绕组沿所述相对移动方向卷绕p列且沿所述正交方向卷绕n层从而形成为p×n的匝数，其中p为比m小的整数。

3.根据权利要求2所述的马达，其中，

所述第一线圈的所述线圈宽度和所述第二线圈的所述线圈宽度之和与所述齿距的2倍一致。

4.根据权利要求2所述的马达，其中，

所述第二线圈在所述第一线圈的在所述相对移动方向上的两侧设有两个。

5.根据权利要求2所述的马达，其中，

所述第二线圈在所述第一线圈的在所述相对移动方向上的一侧设有两个。