CN104426315B - 三相电磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三相电磁电机，通过使线圈数最少化，消减线圈成本及接线成本，实现电机的高效率化。三相电磁电机(100)具备：定子(1)，其在形成于定子铁芯(10)的槽口(11、11)间的磁极(13)上卷装线圈(20)而形成；转子(2)，其配置于定子(1)内，具有永磁体(50)。三相电磁电机(100)由8n极6n槽口(n为自然数)构成。在定子铁芯(10)的多个磁极(13)中的每隔一个的磁极(13)上，卷装有3n个线圈。

Description

三相电磁电机
技术领域
本发明涉及对形成于定子铁芯的槽口间的磁极的线圈构造进行了改良的三相电磁电机。
背景技术
作为电磁电机，例如，可举出无刷电动机及PM型电动机(Permanent MagnetMotor)。电磁电机使用三相电源的情况下，通常，在定子铁芯的磁极上依次配置u相、v相、w相线圈，因此线圈数必须为3的倍数。
为了使三相电磁电机的线圈成本及接线成本最小，使线圈数为最少的3。将线圈数设定为3并进行集中卷绕的情况下，2极3槽口和4极3槽口成为通常的极数和槽口数的组合。但是，当永磁体的极数少时，齿槽转矩的增大会成为问题。
目前，已提出种种有关电磁电机的线圈构造的技术。例如，公开了一种在放入了线圈的磁极之间配置未放入线圈的辅助磁极的电动机(参照专利文献1)。根据专利文献1的技术，通过降低制造成本、增加磁体利用率而实现电动机的高效率化。
另外，公开了一种将线圈跳过1磁极而配置，且将放入了线圈的磁极宽度设定为比未放入线圈的磁极宽度大的电动机(参照专利文献2)。根据专利文献2的技术，能够提高邻接的异相的线圈间的绝缘性能，且降低线圈成本。
另外，公开了一种以2磁极连续的方式配置线圈，在第3磁极上配置未放入线圈的磁极的电动机(参照专利文献3)。根据专利文献3的技术，能够实现线圈成本的降低和电动机的高效率化。
专利文献1：(日本)实开昭59－90279号公报
专利文献2：专利第4363132号公报
专利文献3：(日本)特开2004－304928号公报
但是，因为专利文献1的电动机为6极8槽口，所以与三相电源不对应。专利文献2的电动机为10极12槽口，专利文献3的电动机为8极9槽口，因此对应三相电源。
如上所述，在三相电磁电机中，若采用2极3槽口或4极3槽口通常的极数和槽口数的组合，齿槽转矩的增大会成为问题。
因此，为了防止齿槽转矩的增大，多选择8极6槽口或8极9槽口、10极12槽口等组合。即，线圈数消减带来的成本降低与齿槽转矩的减小成相反的关系。
但是，还可考虑使极数比槽口数极端地增多的组合。例如，8极3槽口或10极3槽口等。但是，这种情况下，齿槽转矩虽然减小，但是在极间产生永磁体的磁通的短路，伴随转矩降低，电动机效率明显下降，因此几乎不被采用。
于是，要求线圈数的最少化(3线圈)带来的线圈成本及接线成本的消减和可以实现电动机的高效率化的技术的开发。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种通过对于三相电源的线圈数的最少化，能够消减线圈成本及接线成本，从而可以实现电动机的高效率化的三相电磁电机。
用于达成上述目的的本发明的三相电磁电机，具备定子，其在形成于定子铁芯的槽口间的磁极上卷装线圈而形成；转子，其配置于该定子内，且具有永磁体。
上述三相电磁电机由8n极6n槽口(n为自然数)构成。在上述定子铁芯的多个磁极中的每隔一个的磁极上卷装有3n个线圈。
发明效果
本发明的三相电磁电机为8n极6n槽口(n为自然数)，在定子铁芯的多个磁极中的每隔一个的磁极上卷装有3n个线圈。因此，对于三相电源，线圈数最少。
因此，根据本发明的三相电磁电机，通过对于三相电源的线圈数的最少化，能够消减线圈成本及接线成本，从而可以实现电动机的高效率化。
附图说明
图1是第1实施方式的三相电磁电机的概略图；
图2是第1实施方式的三相电磁电机的定子铁芯的概略图；
图3是现有三相电磁电机的线圈构造的概略图；
图4是第2实施方式的三相电磁电机的概略图；
图5是第2实施方式的三相电磁电机的定子铁芯的概略图；
图6是第3实施方式的三相电磁电机的概略图；
图7是第3实施方式的三相电磁电机的定子铁芯的概略图。
符号说明
1、201、301 定子
2 转子
10、210、310 定子铁芯
11 槽口
13、213、313 磁极
213a 磁极宽度小的磁极
213b 磁极宽度大的磁极
313a 内径侧扩宽的磁极
313b 内径侧缩窄的磁极
20 线圈
40 永磁体
100 三相电磁电机
具体实施方式
下面，参照附图，对第1～第3实施方式的三相电磁电机进行说明。
第1～第3实施方式的三相电磁电机为8n极6n槽口(n为自然数)，在定子铁芯的多个磁极中的每隔一个的磁极上卷装有3n个线圈。
因此，根据第1～第3实施方式，通过对三相电源的线圈数的最少化，可以消减线圈成本及接线成本，从而可以实现高效率的三相电磁电机。
第1实施方式
三相电磁电机的结构
首先，参照图1及图2，对第1实施方式的三相电磁电机的结构进行说明。图1是第1实施方式的三相电磁电机的概略图。图2是第1实施方式的三相电磁电机的定子铁芯的概略图。
本实施方式的三相电磁电机由8n极6n槽口(n为自然数)构成。图1中例示的三相电磁电机100为SPM(Surface Permanent Magnet Motor)型的三相交流伺服电机，为n＝1的8极6槽口的结构。
如图1及图2所示，本实施方式的三相电磁电机100具备定子1和配置于该定子1内的转子2。
定子1具有定子铁芯10及线圈20。
定子铁芯10为厚壁筒体状的金属部件。定子铁芯10的内周面呈圆形状，外周面呈矩形状。本实施方式的定子铁芯10是将薄板层叠而成的堆栈结构，但也可以是单体结构或压粉铁心。
在定子铁芯10的内周侧，按照面对转子2的方式以放射线状划分形成有作为用于收纳线圈20的空间的多个槽口11。
各槽口11在齿12、12彼此之间划分形成。各齿12的基端部成为线圈20卷绕的磁极13。
作为定子铁芯10的构成材料，例如，可使用硅钢片，但不限定于例示的材料。
如图1及图2所示，线圈20经由未图示的电绝缘性能部件配置于槽口11内。线圈20沿圆周方向均等配置，在排列成放射线状的多个磁极13中，卷装在每隔一个的磁极13上。即，为6槽口的情况下，磁极13的数为6磁极，但因为是在每隔一个的磁极13上卷装线圈20，所以线圈数为3。因此，槽口11的数和线圈20的数并不对应。
为三相电源的情况下，依次配置u相、v相、w相的线圈20。本实施方式的线圈数为3，因此相对于三相电源，线圈数最小化。
参照图1时，转子2设于轴3的周围，具备转子铁芯30及永磁体40。轴3为转子2的旋转中心。
转子铁芯30是设于轴3的周围的大致厚壁圆筒体状的金属部件。本实施方式的转子铁芯30是将薄板层叠而成的堆栈结构，但也可以是单体结构或压粉铁心。
作为转子铁芯30的构成材料，例如，使用硅钢片，但不限定于例示的材料。
本实施方式的永磁体40在转子铁芯30的外周面配设有多个。因此，永磁体40的断面形状呈圆弧状。本实施方式的三相电磁电机100为SPM型的8极结构，因此，8个永磁体40沿转子铁芯30的外周面的圆周方向均等配置。
作为永磁体，例如，可举出钕磁铁等稀土类磁铁，但不限定于例示的材质。
三相电磁电机的作用
接着，参照图1～图3，对第1实施方式的三相电磁电机的作用进行说明。
在第1实施方式的三相电磁电机中，定子1按照包围转子2的方式设置。定子铁芯10具有面对转子2排列成放射线状的多个线圈20。
本实施方式的线圈20沿定子铁芯10的圆周方向均等配置，在排列成放射线状的多个磁极13上，卷装在每隔一个的磁极13上。具体地说，本实施方式的槽口数为6槽口，所以，磁极13的数为6磁极。由于是在这6个磁极13中的每隔一个的磁极13上卷装线圈20，因此线圈数为3。
为三相电源的情况下，通常依次配置有u相、v相、w相线圈20。本实施方式的线圈数为3，所以，相对于三相电源，线圈数最小化。
在此，参照图3进行与现有三相电磁电机的线圈构造的比较。图3是现有三相电磁电机的线圈构造的概略图。
如图3所示，现有三相电磁电机是在6槽口的定子1中，在定子铁芯10的各磁极13上卷装有线圈20。因此，相对于6个磁极13，线圈数为6。在现有三相电磁电机的线圈构造中，由于线圈数为6，因此线圈成本及接线成本双方都增大。
即，根据第1实施方式的三相电磁电机100，通过相对于三相电源的线圈数的最少化，能够消减线圈成本及接线成本。
另外，第1实施方式的三相电磁电机100，由于转子2具有8极的永磁体40，因此能够防止齿槽转矩的增大，可以实现电动机的高效率化。
第2实施方式
接着，参照图4及图5对第2实施方式的三相电磁电机进行说明。图4是第2实施方式的三相电磁电机的概略图。图5是第2实施方式的三相电磁电机的定子铁芯的概略图。另外，对于与第1实施方式相同的构成部件附带相同的符号，并适当省略说明。
图4所例示的三相电磁电机200与第1实施方式同样，为8极6槽口的三相交流伺服电机，具备定子201和转子2。
如图4及图5所示，第2实施方式的三相电磁电机中，定子铁芯210的磁极的构造与第1实施方式不同。
即，第2实施方式的三相电磁电机200沿定子铁芯210的圆周方向均等配置，对于排列成放射线状的6个磁极213，磁极宽度交替不同。
在第2实施方式的定子铁芯210中，沿该定子铁芯210的圆周方向交替排列有磁极宽度小的磁极213a和磁极宽度大的磁极213b。在磁极宽度小的磁极213a上卷装有线圈20。因此，线圈数为3，相对于三相电源，线圈数最小化。通过对于三相电源的线圈数的最少化，能够消减线圈成本及接线成本。
另外，第2实施方式的三相电磁电机200与第1实施方式同样，转子2具有8极永磁体40、因此能够防止齿槽转矩的增大，抑制转矩降低。
此外，由于是在磁极宽度小的磁极213a上卷装线圈20，所以能够扩大线圈空间，提高电动机效率。
第2实施方式的三相电磁电机基本上具有与第1实施方式同样的作用效果。尤其是第2实施方式的三相电磁电机，沿定子铁芯210的圆周方向交替排列着磁极宽度小的磁极213a和磁极宽度大的磁极213b，在磁极宽度小的磁极213a上卷装有线圈20。
因此，根据第2实施方式的三相电磁电机，可获得如下有利的效果，即，能够在线圈成本及接线成本减小的同时，抑制转矩降低，并且扩大线圈空间，提高电动机效率。
第3实施方式
接着，参照图6及图7，对第3实施方式的三相电磁电机进行说明。图6是第3实施方式的三相电磁电机的概略图。图7是第3实施方式的三相电磁电机的定子铁芯的概略图。另外，对于与第1实施方式相同的构成部件，附带相同的符号，适当省略其说明。
图6所例示的三相电磁电机200与第1实施方式及第2实施方式同样，为8极6槽口的三相交流伺服电机，具备定子301和转子2。
如图6及图7所示，第3实施方式的三相电磁电机中，定子铁芯310的磁极的构造与第1实施方式及第2实施方式不同。
即，第3实施方式的三相电磁电机300中，关于沿定子铁芯310的圆周方向均等配置且排列成放射线状的6个磁极313，磁极形状交替不同。
在第3实施方式的定子铁芯310上，沿该定子铁芯310的圆周方向交替排列有内径侧扩宽的磁极313a和内径侧缩窄的磁极303b。磁极313a按照呈大致梯形的方式，内径侧逐渐扩宽。磁极303b按照呈大致倒梯形的方式，内径侧逐渐缩窄。
在内径侧逐渐扩宽的磁极313a上卷装线圈20。因此，线圈数为3，相对于三相电源，线圈数最小化。通过相对于三相电源的线圈数的最少化，能够消减线圈成本及接线成本。
另外，第3实施方式的三相电磁电机200与第1实施方式及第2实施方式同样，转子2具有8极的永磁体40，因此，可以防止齿槽转矩的增大，抑制转矩降低。
另外，因为是在内径侧逐渐扩宽的磁极313a上卷装有线圈20，所以可以有效地利用永磁体40的磁通，可以进一步实现电动机的高效率化。
第3实施方式的三相电磁电机可获得基本上与第1实施方式同样的作用效果。尤其是第3实施方式的三相电磁电机，沿定子铁芯310的圆周方向交替排列有内径侧逐渐扩宽的磁极313a和内径侧逐渐缩窄的磁极303b，在内径侧逐渐扩宽的磁极313a上卷装有线圈20。
因此，根据第3实施方式的三相电磁电机，可获得如下有利的效果，即，在线圈成本及接线成本减少的同时，抑制了转矩降低，并且可以有效地利用永磁体40的磁通，可以进一步实现电动机的高效率化。
以上对本发明的最佳实施方式进行了说明，但这些实施方式是用于说明本发明的例示，不是将本发明的范围仅限定于这些实施方式的意思。本发明在不脱离其要旨的范围，能够以与上述实施方式不同的各种方式实施。
例如，在上述实施方式中，以SPM型的三相电磁电机为例进行了说明，本发明还可以应用于IPM(Internal Permanent Magnet Motor)型的三相电磁电机。
另外，在上述实施方式中，对伺服电机进行了说明，但还可以应用于步进电机。
另外，在8n极6n槽口(n为自然数)的三相电磁电机中，在n＝2以上的情况下，为了使线圈数及接线数最小化，优选将各u相组、v相组、w相组的线圈20经由跨线连续卷绕。n＝2以上的情况下，线圈数为3n，通过将各u相组、v相组、w相组的线圈20经由跨线连续卷绕，可以使线圈数成为3，从而可以最小化。

Claims (3)

1.一种三相电磁电机，其特征在于具备：
定子，在形成于定子铁芯的槽口间的磁极上卷装线圈而形成；
转子，其配置于该定子内且具有永磁体，
所述三相电磁电机由8n极6n槽口构成，在所述定子铁芯的多个磁极中的每隔一个磁极上卷装有3n个线圈，其中n为自然数，
所述多个磁极各自具有从所述定子铁芯突出的磁极主体部，以及在所述磁极主体部前端形成的在圆周方向上扩宽的磁极前端部，
所述多个磁极包括所述磁极主体部按照呈大致梯形的方式朝向所述磁极前端部逐渐扩宽的第1磁极，以及所述磁极主体部按照呈大致倒梯形的方式朝向所述磁极前端部逐渐缩窄的第2磁极，
所述第1磁极与所述第2磁极交替地配置，在所述第1磁极的所述磁极主体部上卷装有线圈。
2.如权利要求1所述的三相电磁电机，其特征在于，所述三相电磁电机为由所述n＝1的8极6槽口构成的电机，在所述定子铁芯的所述磁极的每隔一个磁极上卷装有3个线圈。
3.如权利要求1所述的三相电磁电机，其特征在于，在n＝2以上的情况下，将各u相组、v相组、w相组的线圈经由跨线进行连续卷绕。
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