CN1194735A - 电动机 - Google Patents

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Abstract

在本发明的永磁电动机中,设P为1以上的整数,则转子(22)的磁极数设定为2P,定子磁场铁心(21)的凸极数设定为3P,在各定子磁场铁心(21)的凸极部分(21a)上分别设有2个辅助槽(24),设凸极磁极间角度为4θ,则各凸极部分(21a)上的2个辅助槽(24)分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽(27)中心的角度θ及3θ的位置上。采用这种结构,则能够去除齿槽效应转矩的基波分量,提供齿槽效应转矩低的永磁电动机。

Description

电动机
本发明涉及电动机磁路构造，特别涉及机床、缝纫机械及机器人等使用的永磁电动机。
电动机的一种类型、即永磁电动机同早已知道的，在这种永磁电动机中，为了减少齿槽效应转矩(Cogging torque)，日本特公昭58-42708号公报揭示了在定子磁场铁心上设置辅助槽的结构，日本特公平6-81463号公报进一步揭示了在定子磁场铁心上设置辅助凸极及辅助槽的结构。
图23A所示为具有减少齿槽效应转矩的辅助槽的以往的永磁电动机结构的一例，图24表示图23A所示的电动机主要部分的放大图。
如图23A所示，以往的这种永磁电动机实际上是由定子磁场铁心1及转子2构成。这里，在转子2的周围固定了6个永久磁铁磁极3。也就是说，转子2是永久磁铁转子。另外，在定子磁场铁心1的凸极部分1a上，沿转子圆周方向等间隔形成若干个辅助槽5。在相邻定子磁场铁心1(凸极部分1a)之间设有绕组槽7。
如图24所示，在这种永磁电动机中，一般若令P为1以上的整数，则转子2上固定的永久磁铁磁极3的个数(磁极数)设定为2P，而定子磁场铁心1的凸极部分1a的个数(凸极数)设定为3P。另外，若设定子磁场铁心1沿转子圆周方向的长度相对应的角度为3θ，则定子磁场铁心1的凸极部分1a的两个辅助槽5配置成沿转子圆周方向的间隔相应的角度为θ。在这种情况下，各永久磁铁磁极3在转子圆周方向的长度相对应的角度为4.5θ。这里，当不设置辅助槽时，永久磁铁磁极3的个数(磁极数)与定子磁场铁心1的凸极部分1a的个数(凸极数)的最小公倍数的次数为转子2每1转的齿槽效应转矩，这种情况的齿槽效应转矩为每1转6P(2P及3P的最小公倍数)。
与此相应，当设置辅助槽时，外表上成为凸极部分增加的形状，这种情况的齿槽效应转矩成为18P(2P与3×3P的最小公倍数)。但是，这种情况实际上是在基波(每1转6P的次数)上叠加了3倍的高次谐波(每1转18P的次数)的形状。
具体来说，当P＝3时，齿槽效应转矩的基波是每1转18个波形，(20度1个波形)。但如图23B所示，由于设置了辅助槽5，因此形成基波中含有3次谐波的波形，齿槽效应转矩波形6b不仅仅是每1转54个波形的高次谐波分量的齿槽效应转矩。
这样，在以往的定子磁场铁心中，通过等间隔设置辅助槽，使齿槽效应转矩的基波分量包含高次谐波分量，以减少视在的齿槽效应转矩，但没有获得能够充分去除基波分量的最佳辅助槽配置。
另外，在定子磁场铁心设置辅助凸极部分及辅助槽的以往的永磁电动机中，存在的问题是因定子磁场铁心形成辅助凸极部分而使得绕线困难。为了解决这一问题，可以考虑采用将定子磁场铁心分割成若干个分割型铁心的办法，但这种情况下产生的问题有，铁心数将增加，导致装配工时增加，同时定子磁场铁心的构造强度减弱。
另外，在以往的永磁电动机中还有这样的问题，即齿槽效应转矩即使较低的电机，由于控制方式的原因，转矩脉动也变得较大。
为解决上述以往的问题，本发明的目的在于提供，在最佳位置配置辅助槽，同时在即使将定子磁场铁的分割成分割型铁心的情况下也能保持与以往相同的结构上的强度，还能以与以往相同的装配工时进行装配，具有较低的齿槽效应转矩及较小的转矩脉动的脉磁电动机。
为解决上述问题而构成的本发明电动机，当不设置辅助槽时，若令N为3以上的奇数，则将定子磁场铁心凸极部分的槽角相对于永久磁铁转子的永久磁铁磁极的角度设定为1/N。
另外，当设置槽助槽时，若令P为1以上的整数，则设定转子永久磁铁磁极的个数(磁极数)为2P，而且设定定子磁场铁心的凸极部分的个数(凸极数)为3P，各定子磁铁铁心的凸极部分分别设置(至少)2个辅助槽，将各凸极部分的角度间隔设定为4θ，这时所构成的各辅助槽分别配置在距离绕组槽中心的角度θ及3θ的位置。这样能得到齿槽效应转矩较低的电动机。
另外，再进一步采用适应电动机控制的偏斜构造，这样可以得到齿槽效应转矩低的永磁电动机或转矩脉动小的永磁电动机。
更具体地说，采用本发明的实施例1，则能提供一种电动机，其特征在于，对于1以上的整数P，转子的永久磁铁磁极的个数(磁极数)设定为2P，另外，定子磁场铁心的凸极部分的个数(凸极数)设定为3P，而且相对于3以上的奇数N，定子磁场铁心的凸极部分的槽角设定为一个永久磁铁磁极角度的1/N。在该电动机中，任何一个凸极部分作用于定子磁极表面的圆周方向的力在旋转中的任何位置都是平衡的。这样，采用本发明的实施例1，则当定子磁场铁心为整体型铁心或分割型铁心的任一种铁心时，都能提供齿槽效应转矩低的永磁电动机。
采用本发明的实施例2，则能提供一种电动机，其特征在于，对于1以上的整数，转子的永久磁铁磁极的个数(磁极数)设定为2P，另外，定子磁场铁心的凸极部分的个数(凸极数)设定为3P，各定子磁场铁心的凸极部分分别设有2个辅助槽，各凸极部分的角度间隔设定为4θ时，上述2个辅助槽分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中的角度θ及角度3θ的位置。在该电动机中，由于设有辅助槽，因此能够扩大与磁极相对的面积。这样，采用本发明的实施例2，能够抑制齿槽效应转矩，同时能够提高转矩。
在实施例2的电动机中，上述2个辅助槽的中心最好分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及角度3θ的位置。这种情况下，辅助槽的位置更加合适，能够进一步减少齿槽效应转矩。采用这样的适当配置，能够有效地抑制齿槽效应转矩。
在实施例2的电动机中，上述2个辅助槽的凸极部分中心侧的端部也可以分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及角度3θ的位置。这种情况下，辅助槽的位置更加合适，能够进一步减少齿槽效应转矩。采用这样的适当配置，能够有效地抑制齿槽效应转矩。
另外，在实施例2的电动机中，上述2个辅助槽的绕组槽侧的端部也可以分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及角度3θ的位置。这种情况下，辅助槽的位置也更加合适，能够进一步减少齿槽效应转矩。采用这样的适当配置，能够有效地抑制齿槽效应转矩。
在上述各电动机中，永久磁铁转子相对于定子磁场铁心凸极部分的槽间距r，希望在0.4倍以上1倍以下的范围内偏斜。这种情况下，由于偏斜构造，能够减少转矩脉动。
这里，永久磁铁转子相对于定子磁场铁心凸极部分的槽间距r，最好有5/6倍的偏斜。这种情况下，能够使电动机的感应电压波形为梯形波。这样，由于电动机的感应电压波形为梯形波，就能够抑制通电时产生的转矩波动。
另外，永久磁铁转子相对于定子磁场铁心凸极部分的槽间距r，还希望有0.5倍的偏斜。这种情况下，能够使电动机的感应电压波形为正弦波。这样，由于电动机的感应电动波形为正弦波，就能够抑制通电时产生的转矩波动。
此外，永久磁铁转子相对于定子磁场铁心凸极部分的槽间距r，还希望有0.47倍的偏斜。这种情况下，能够使电动机的感应电压波形为正弦波。这样，由于电动机的感应电压波形为正弦波，就能够抑制通电时产生的转矩波动。
在上述各电动机中，与转子相对的定子磁场铁心绕组槽的宽度α及辅助槽的宽度β在0.5α＜β＜1.5α的范围。这种情况下，能够减少齿槽效应转矩，而且能够自由构成定子磁场铁心的形状。这样，能够抑制齿槽效应转矩，而且能够容易制造电动机。
另外，与永久磁铁转子相对的定子磁场铁心的绕组槽的宽度α及辅助槽的宽度β，也可以α＝β。这种情况下，绕组槽的宽度适当，更能够减少齿槽效应转矩。这样，能够抑制齿槽效应转矩，而且能够容易制造电动机。
在前述各电动机中，若设与永久磁铁转子相对的定子磁场铁心表面半径为r，则定子磁场铁心凸极部分的宽度Wt最好为Wt＞3·r·cosθ。这样情况下，能够增加电动机的转矩，能够减少齿槽效应转矩。这样，能够提供转矩大、齿槽效应降低的电动机。
另外，在前述各电动机中，永久磁铁定子磁场铁心的凸极部分之间的磁轭部分最小宽度Wy与凸极部分宽度Wt最好为2Wy≥Wt。这种情况下，铁心的磁通容易通过，电动机的转矩增加。
图1表示本发明实施例1的永磁电动机的结构图。
图2表示图1所示的永磁电动机主要部分放大图。
图3表示图1所示的永磁电动机中不产生齿槽效应转矩的原理说明图。
图4A表示本发明实施例2的永磁电动机的结构图。图4B表示图4A所示的永磁电动机的旋转角度与齿槽效应转矩的关系图。
图5表示图4A所示的永磁电动机主要部分放大图。
图6表示图4A所示的永磁电动机中不产生齿槽效应转矩的原理说明图。
图7是用于说明本发明的斜角的图。
图8表示在各种改变斜角的情况下，线间感应电压的变化特性图。
图9表示图3所示的永磁电动机中不产生齿槽效应转矩的原理说明图。
图10A表示与本发明实施例3相关的一种永磁电动机的结构图。图10B表示图10A所示的永磁电动机的旋转角度与齿槽效应转矩的关系图。
图11A表示与本发明实施例3相关的另一种永磁电动机的构造图。图11B表示图11A所示有永磁电动机的旋转角度与齿槽效应转矩的关系图。
图12A表示与本发明实施例3相关的另一种永磁电动机的结构图。图12B所示图12A所示的永磁电动机的旋转角度与齿槽效应转矩的关系图。
图13A表示与本发明实施例3相关的另一种永磁电动机的结构图。图13B表示图13A所示的永磁电动机的旋转角度与齿槽效应转矩的关系图。
图14A表示与本发明实施例3相关的另一种永磁电动机的结构图。图14B表示图14A所示的永磁电动机的旋转角度与齿槽效应转矩的关系图。
图15A表示与本发明实施例3相关的另一种永磁电动机的结构图。图15B表示图15A所示的永磁电动机的旋转角度与齿槽效应转矩的关系图。
图16表示与本发明实施例4相关的永磁电动机构造图。
图17表示图16所示的永磁电动机主要部分放大图。
图18表示图16所示的永磁电动机中不产生齿槽效应转矩的原理说明图。
图19是用于说明图16所示的磁电动机变形例的作用的图。
图20表示与本发明实施例5相关的永磁电动机的结构图。
图21表示图20所示的永磁电动机主要部分放大图。
图22是用于说明图20所示的永磁电动机变形例的作用的图。
图23A表示以往的永磁电动机的结构图，图23B表示为图23A所示的永磁电动机的旋转角度与齿槽效应转矩的关系图。
图24表示图23A所示的永磁电动机主要部分放大图。
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
实施例1
图1为6极9槽型永磁电动机的剖面图，图2为该电动机主要部分放大图。如图1所示，该电动机设有由9个定子磁场铁心11互相连接成圆弧状的定子。各定子磁场铁心11分别形成凸极部分11a，向着电动机的中心侧凸出。这里，在圆环形定子内侧空间部分配置有转子12(永久磁铁转子)，在该转子12的圆周部分固定有6个圆弧状永久磁铁磁极13。另外，在相邻两个定子磁场铁心11之间设置的绕组槽17中安装绕组。当电流流过该绕组时，转子12旋转，该电动机被驱动。
如图2所示，通过转子12的中心(旋转中心及相邻两个定子磁场铁心11的接触面的直线与通过转子中心及凸极部分11a的前端尖角部分的直线之间构成的角度θ叫做凸极部分11a的“槽角θ”。另外，下面单单叫做“角度”的是指转子12的中心角。另外，由图2可知，永久磁铁磁极13对应于转子圆周方向长度(外圆周的圆弧部分)的角度设定为6θ，定子磁场铁心11对应于转子圆周方向长度的角度设定为4θ，凸极部分11a的前端部分对应于转子圆周方向长度的角度设定为2θ。
图3所示为永久磁铁磁极13与定正磁场铁心11的凸极部分11a之间的相对位置关系。在图3中所示的槽函数图形中，对于绕组槽17，函数值定义为1，对于定子磁场铁心11，函数值定义为0。另外，在定子磁场铁心(A)～(C)的图形中，表示了作用于定子磁场铁心11的力。在定子磁场铁心11与永久磁铁磁极13之间有吸引力作用，由于该吸引力的作用，转子12旋转。齿槽效应转矩是由于该吸引力在圆周方向的分力不平衡而产生的。
下面参照图3，将转子圆周方向的力用Fx表示，说明作用于-对磁极上的力。在定子磁场铁心(A)，对于铁心11a与铁心11c，转子圆周方向的力-Fx1与Fx1平衡，而且，转子圆周方向的力Fx2与-Fx2平衡。另外，对于铁心11b，转子圆周方向的力-Fx3与Fx3平衡。因此，在定子磁场铁心(A)，不产生转子圆周方向的力，即不产生齿槽效应转矩。
另外，定子磁场铁心11与永久磁铁转子12相对应旋转，当处于定子磁场铁心(B)的状态时，对于铁心11d与铁心11e，转子圆周方向的力-Fx4与Fx4平衡。另外，对于铁心11d与铁心11f，转子圆周方向的力Fx5与-Fx5平衡，而且，铁心11e与铁心11f，圆周方向的力-Fx6与Fx6平衡。因此，不产生圆周方向的力，即不产生齿槽效应转矩。
若用槽函数来考虑，在槽函数值从1变为0的地方，在转子圆周方向有负力起作用，而在槽函数值从0变为1的地方，在转子圆周方向有正力起作用。因此，将N极侧的槽函数固定，将S极侧的槽函数的函数值从0换为1时，如果N极侧的槽函数与S极侧的槽函数相同，则在圆周方向不产生力。所以，为了产生这样的作用，在该电动机中，若设P为1以上的整数，则转子12的永久磁铁磁极13的个数(磁极数)设定为2P，定子磁场铁心11的凸极部分11a的个数(凸极数)设定为3P。而且，若设N为3以上的奇数，则定子磁场铁心11的凸极部分11a的槽角设定为永久磁铁磁铁13对应于转子圆周方向长度的角度的1/N。
另外，在该实施例1中所示的是6极9槽型电动机的构成，但本发明并不限于这样的电动机，当然同样也能够适用于例如4极6槽型、8极12槽型、10极15槽型等电动机。
另外，在该实施例1中，转子12的磁极采用永久磁铁磁极13，但该磁极也可以不是永久磁铁，例如也可以是表面复盖树脂或铁、而其内部具有永久磁铁的磁极，或者利用绕组流过电流形成磁极。
实施例2
图4A所示为凸极部分前端部、距离绕组槽中心在圆周方向相隔角度10度及30度的位置分别设有辅助槽的6极9槽型永磁电动机的剖面图。图5所示为该电动机主要部分的放大图。
如图4A所示，该电动机设有由9个定子磁场铁心21互相连接成圆弧状的定子。各定子磁场铁心21(定子)分别设有凸极部分21a，向着电动机中心侧(转子中心侧)凸出。在圆环状定子内侧空间部分配置有转子22(永久磁铁转子)，在该转子22的圆周部分固定有6个圆弧状永久磁铁磁极23。另外，在相邻两个定子磁场铁心21之间设置的绕组槽27中安装绕组。当电流流过该绕组时，转子22旋转，该电动机被驱动。另外，在各凸极部分21a的前端部、即与转子22(永久磁铁磁极23)相对的面上分别设有2个辅助槽24。
如图5所示，在该电动机中，凸极部分21a的槽角θ，由通过转子22的中心(转子中心)及辅助槽24的中心的直线与通过转子中心及定子磁场铁心21的绕组槽27中心的直线之间构成的角度来定义。然后，在该电动机中，转子22的各永久磁铁磁极23对应于转子圆周方向长度(外圆周的圆弧部分)的角度设定为6θ，定子磁场铁心21对应于转子圆周方向长度的角度设定为4θ，凸极部分21a的2个辅助槽24之间对应于转子圆周方向的间隔的角度设定为2θ。
图6所示为永久磁铁磁极23与具有辅助槽24的定子磁场铁心21凸极部分21a的相对位置关系。若将图6中所示的槽函数与该槽函数的基波相对照，则可以得到如图4B所示的几乎不产生齿槽效应转矩的槽函数。也就是说，通过在定子磁场铁心21的凸极部分21a设置辅助槽24，能够去掉齿槽效应转矩的基波分量，因此实际产生的齿槽效应转矩仅仅为槽函数的高次谐波分量。这样，在该实施例2的电动机中，通过设置辅助槽24，能够减少齿槽效应转矩。
另外，在该电动机中，若设P为1以上的整数，则转子22的永久磁铁磁极23的个数(磁极数)设定为2P，定子磁场铁心21的凸极部分21a的个数(凸极数)设定为3P。然后，如前所述，在各定子磁场铁心21的凸极部分21a分别形成2个辅助槽24，若设各磁极间的角度为4θ，则上述2个辅助槽24的中心分别配置在沿转子圆周方向距离绕组槽27中心的角度θ及3θ的位置处。
另外，在实施例2的电动机中，沿转子圆周方向的辅助槽24的宽度β，在与转子22相对的定子磁场铁心21的绕组槽27沿转子圆周方向的宽度α的0.5倍以上1.5倍以下的范围内设定，这样能够提高辅助槽24所产生的消除齿槽效应转矩基波的效果，能够进一步减少齿槽效应转矩。这种情况下，最好是使绕组槽27的宽度α与辅助槽24的宽度β相等，即最好令α＝β。
当正弦波驱动该永磁电动机时，通过使永久磁铁磁极23相对偏斜槽间距r的1/2，也就是说，通过使偏斜角为槽间距r的1/2，能够进一步减少转矩脉动。
图7为偏斜角的说明图。在图7中，φ表示偏斜度，r表示槽间距。
图8所示为该偏斜角变化时的线间感应电压波形。当永磁电动机的控制方式采用矩形波驱动时，在相当于矩形波平坦部分的控制位置，永磁电动机具有的转矩脉动特性(相当于线间感应电压波形)也平坦，不产生转矩脉动。即使因矩形波的驱动通电方式而发生变化，由图8可知，偏斜角若逐渐增大，则线间感应电压波形成为梯形波，产生的作用是能够减少转矩脉冲，同时能够减少齿槽效应转矩。如前所述，实施例2的电动机，转子22的磁极数设定为2P(P为1以上的整数)，定子磁场铁心21的凸极数设定为3P，这里当控制方式采用120度通电方式的矩形波驱动时，最好采用使永久磁铁转子22相对于定子磁场铁心21的槽间距在0.4倍以上1倍以下范围内偏斜的结构。另外，特别是上述偏斜最好为5/6倍。
对于利用辅助槽24减少齿槽效应转矩的永磁电动机，通过采用这种偏斜结构，能够进一步减少齿槽效应转矩。
另外，在该实施例2的电动机中，转子22的磁极采用永久磁铁磁极23，但该磁极不限于永久磁铁。例如也可以是表面复盖树脂或铁、而其内部具有永久磁铁的磁极，或者利用绕组流过电流形成磁极。
实施例3
在该实施例3的电动机中，例如图10所示，各凸极部分设有3个以上的辅助槽。
图9所示为永久磁铁磁极33及具有辅助槽34的定子磁场铁心31凸极部分31a的相对位置关系。而且，图9中的槽函数图形中，对于绕组槽，槽函数值定义为1，对于铁心，槽函数值字义为0。这样描述槽函数及描述该槽函数的基波，则形成如图6所示的不产生齿槽效应转矩的槽函数。
也就是说，通过在该定子磁场铁心31的凸极部分31a设置图9所示的辅助槽34及35，能够消除齿槽效应转矩的基波分量。这种情况下，实际产生的齿槽效应转矩为取决于辅助槽34及辅助槽35的槽函数的高次谐波分量，产生于减少齿槽效应转矩的作用，在该实施例3的电动机中，若设P为1以上的整数，则转子32(永久磁铁转子)的磁极数设定为2P，定子磁场铁心31的凸极数设定为3P。而且，在各定子磁场铁心31的凸极部分31a分别设有3个以上的辅助槽34及35。这里，当各定子磁场铁心31对应于转子圆周方向长度的角度设为4θ时，在该定子磁场铁心31的凸极部分31a所设置的辅助槽中的2个辅助槽的中心配置于距离绕组槽中心沿转子圆周方向相隔角度θ及3θ的位置处，其他的辅助槽可配置于任意位置。
在实施例3的电动机中，辅助槽34沿转子圆周方向的宽度β，在与转子32相对的定子磁场铁心31的绕组槽37沿转子圆周方向的宽度α的0.5倍以上1.5倍以下的范围内设定，这样能够提高辅助槽34所产生的消除齿槽效应转矩基波的效果，能够进一步减少齿槽效应转矩。这种情况下，最好是使绕组槽37的宽度α与辅助槽34的宽度β相等，即最好令α＝β。
另外，当正弦波驱动该永磁电动机时，通过使永久磁铁磁极33相对偏斜槽间距的1/2，也就是说，通过使偏斜角为槽间距的1/2，能够进一步减少转矩脉动。
该实施例3的电动机，其辅助槽最好的配置形态考虑了许多种，下面所示为代表性的辅助槽配置形态。
在图10A所示的6极9槽型电动机中，为了减少齿槽效应转矩，在各定子磁场铁心31的凸极部分31a分别设有3个辅助槽34、35a及34，该辅助槽分别配置在距离绕组槽中心10度、20度及30度的位置处。另外，位于各凸极部分31a的3个辅助槽34、35a及34中的当中位置的辅助槽35a，处于沿转子圆周方向的凸极部分31a的中心位置。图10B所示为图10A所示的电动机齿槽效应转矩相对于旋转角度的变化特性。
在图11A所示的6极9槽型电动机中，为了减少齿槽效应转矩，在各定子磁场铁心31的凸极部分31a分别设有4个辅助槽35c、34、34及35c，该辅助槽分别配置在距离绕组槽中心5度、10度、30度、35度的位置处。图11B所示为图11A所示的电动机齿槽效应转矩相对于旋转角度的变化特性。
在图12A所示的6极9槽型电动机中，为了减少齿槽效应转矩，在各定子磁场铁心31的凸极部分31a分别设有5个辅助槽34、35a、36b、35a及34，该辅助槽分别配置在距离绕组槽中心10度、15度、20度、25度及30度的位置处。图12B所示为图12A所示的电动机齿槽效应转矩相对于旋转角度的变化特性。
在图13A所示的6极9槽型电动机中，为了减少齿槽效应转矩，在各定子磁场铁心31的凸极部分31a分别设有5个辅助槽35c、34、35a、34及35c，该辅助槽分别配置在距离绕组槽中心5度、10度、20度、30度及35度的位置处。图13B所示为图13A所示的电动机齿槽效应转矩相对于旋转角度的变化特性。
在图14A所示的6极9槽型电动机中，为了减少齿槽效应转矩，在各定子磁场铁心31的凸极部分31a分别设有6个辅助槽35c、34、35b、35b、34及35c，该辅助槽分别配置在距离绕组槽中心5度、10度、15度、25度、30度及35度的位置处。图14B所示为图14A所示的电动机齿槽效应转矩相对于旋转角度的变化特性。
在图15A所示的6极9槽型电动机中，为了减少齿槽效应转矩，在各定子磁场铁心31的凸极部分31a分别设有7个辅助槽35c、34、35b、35a、35b、34及35c，该辅助槽分别配置在距离绕组槽中心5度、10度、15度、20度、25度、30度及35度的位置处。图15B所示为图15A所示的电动机齿槽效应转矩相对于旋转角度的变化关系。
实施例4
图16为本发明实施例4的8极12槽型永磁电动机剖面图，图17所示为图16所示的电动机主要部分放大图。
如图16及图17所示，在该电动机中，为了减少齿槽效应转矩，在各定子磁场铁心41的凸极部分41b分别设有2个辅助槽44a。该2个辅助槽44a分别这样配置，即其凸极磁极中心侧的端部位于沿转子圆周方向距离绕组槽中心7.5度及22.5度的位置处。
该电动机设有由12个定子磁场铁心41互相连接成圆弧状或半圆锥形的定子。而且，各定子磁场铁心41(定子)分别设有凸极部分41b，向着电动机的中心侧(转子中心侧)凸出。在圆环形定子内则空间部分配置在转子42(永久磁铁转子)，在该转子42的圆周部分固定有圆弧状8个永久磁铁磁极43。另外，在相邻两个定子磁场铁心41之间设置的绕组槽47中安装绕组。当电流流过该绕组时，转子42旋转，该电动机被驱动。另外，各凸极部分41b的前端部、即与转子42(永久磁铁磁极43)相对的表面(对极面)分别设有2个辅助槽44a。
在该电动机中，从图17可知，凸极部分41b的槽角θ，由通过转子42的中心(转子中心)及辅助槽44a的凸极部分中心侧的端部的直线与通过转子中心及定子磁场铁心41的绕组槽47中心的直线之间构成的角度来定义。而且，在该电动机中，转子42的各永久磁铁磁极43对应于转子圆周方向长度(外圆周的圆弧部分)的角度设定为6θ，定子磁场铁心41对应于转子圆周方向长度的角度设定为4θ，凸极部分41b的2个辅助槽44a的凸极部分中心侧端部之间对应于转子圆周方向的间隔(凸极磁极间)的角度设定为2θ。
图18所示为对齿槽效应转矩进行高次谐波分析时去除最大的基波分量的原理。另外，图18给出了，在永久磁铁极43与定子磁场铁心41的凸极部分41b与绕组槽47的相对角度关系为3θ∶θ∶θ配置的永磁电动机中作用于定子磁场铁心(A)、(B)及(C)的作用力F。
在图18所示的槽函数图形中，对于槽(绕组槽47)，函数值定义为1，对于铁心(定子磁场铁心41)，函数值定义为0。另外，在定子磁场铁心(A)～(C)的图形中，表示了作用于定子磁场铁心41的力。这里，在定子磁场铁心41与永久磁铁磁极43之间有吸引力作用。由于该吸引力的作用，转子42旋转。齿槽效应转矩是由于该吸引力在圆周方向的分力不平衡而产生的。
下面参照图18，将该圆周方向的力用Fx表示，说明作用于1对磁极上的力。在定子磁场的铁心(A)，对于铁心41a与铁心41c，转子圆周方向的力-Fx1与Fx1平衡，而且，转子圆周方向的力Fx2与-Fx2平衡。另外，对于铁心41b，转子圆周方向的力-Fx3与Fx3平衡。因此，在定子磁场铁心(A)，不产生转子圆周方向的力，即不产生齿槽效应转矩。
另外，在定子磁场铁心(B)，对于铁心41d与铁心41e，转子圆周方向的力-Fx4与Fx4平衡。另外，对于铁心41d与铁心41f，转子圆周方向的力Fx5与-Fx5平衡。再有，对于铁心41e与41f，转子圆周方向的力-Fx6与Fx6平衡。因此，不产生圆周方向的力，即不产生齿槽效应转矩。
进而，在定子磁场铁心(C)，对于铁心41g，转子圆周方向的力-Fx7与Fx7平衡。另外，对于铁心41h与铁心41i，转子圆周方向的力-Fx8与Fx8平衡，而且，转子圆周方向的力Fx9与-Fx9平衡。因此，不产生圆周方向的力，即不产生齿槽效应转矩。
若用槽函数来考虑，在该槽函数从1变为0的地方，在转子圆周方向有负力起作用，而在从0变为1的地方，在转子圆周方向有正力起作用。也就是说，将N极侧的槽函数固定，将S极侧的槽函数的0与1对调时，如果N极侧与S极侧的槽函数相同，则圆周方向的力不产生。采用这样的构成，能够去除齿槽效应转矩的基波分量，但由于与永久磁铁磁极43相对的定子磁场铁心41的凸极部分41b较少，因此作用于转子42的转矩较小。
图19所示，是在为了增加定子磁场铁心41的凸极部分41b与永久磁铁磁极43相对的面积而有效利用永久磁铁磁极43产生的磁场、并为了减少齿槽效应转矩而设有辅助槽的电动机中，永久磁铁磁极43与凸极部分41b之间的相对位置关系与力的关系。这里，若描述一下该槽函数G11，则该槽函数G11可以分解为图18所示的不产生齿槽效应转矩的基波分量G10及高次谐波分量-G11M。因此，当对齿槽效应转矩分量进行高次谐波分析时，能够去除最大的基波分量。这种情况下，实际产生的齿槽效应转矩为槽函数的高次谐波分量。采用这样的槽配置，能够减少齿槽效应转矩。
在该实施例4的电动机中，若设P为1以上的整数，则转子42的磁极数设定为2P，定子磁场铁心41的凸极数设定为3P。而且，如前所述，在各定子磁场铁心41的凸极部分41b分别设有2个辅助槽44a，当凸极磁极间的角度设为4θ时，该2个辅助槽44a分别这样配置，即其凸极磁极中心侧的端部位于沿转子圆周方向、距离绕组槽47中心的角度θ及3θ的位置处。
在实施例4的电动机中，辅助槽44a沿圆周方向的宽度β，最好设定在与转子42相对的定子磁场铁心41的绕组槽47沿转子圆周方向的宽度α的0.5倍以上1.5倍以下的范围内。这样做的话，能够提高辅助槽44a所产生的去除齿槽效应转矩基波的效果。能够进一步减少齿槽效应转矩。这种情况下，最好是使绕组槽47的宽度α与辅助槽44a的宽度β相等，即最好令α＝β。
在该电动机中，若设与永久磁铁转子42相对的定子磁场铁心41的表面半径为r，则定子磁场铁心41的凸极部分41b的宽度Wt最好设定为Wt＞3·r·cosθ。这样做的话，凸极部分41b的磁通容易通过，磁通的扭斜变小，能够进一步减少齿槽效应转矩。
进而，当正弦波驱动该永磁电动机时，若使永久磁铁磁极43相对偏斜槽间距的1/2，则能够进一步减少转矩脉动。
另外，当正弦波驱动该永磁电动机时，若永磁电动机具有的转矩脉动特性也是正弦波时，则不产生转矩脉动。这种情况下，最好使永久磁铁转子42相对偏斜定子磁场铁心41的槽间距的0.4倍以上1倍以下的范围内，特别是最好偏斜0.5倍或0.47倍。
实施例5
图20为本发明实施例5的8极12槽型永磁电动机剖面图，图21所示为图20所示的电动机主要部分放大图。
如图20及图21所示，在该电动机中，为了减少齿槽效应转矩，在各定子磁场铁心51的凸极部分51c分别设有2个辅助槽54b。该2个辅助槽54b分别这样配置，即使其绕组槽侧的端部位于沿转子圆周方向、距离绕组槽中心7.5度及22.5度的位置处。
该电动机设有由12个定子磁场铁心51互相连接成圆弧状或半圆锥形的定子。而且，各定子磁场铁心51(定子)分别设有凸极部分51C，向着电动机的中心侧(转子中心侧)凸出。在圆环形定子内侧空间部分配置有转子52(永久磁铁转子)，在该转子52的圆周部分固定有8个永久磁铁磁极53，呈圆弧状或半圆锥状。在相邻两个定子磁场铁心51之间设置的绕组槽57中安装绕组。当电流流过该绕组时，转子52旋转，该电动机被驱动。另外，各凸极部分51c的前端部、即与永久磁铁转子52(永久磁铁磁极53)相对的表面(对极面)分别设有2个辅助槽54b。
在该电动机中，从图21可知，凸极部分51c的槽角θ，由通过永久磁铁转子52的中心(转子中心)及辅助槽54b的绕组槽侧的端部的直线与通过转子中心及定子磁场铁心51的绕组槽57中心的直线之间构成的角度来定义。而且，在该电动机中，永久磁铁转子52的各永久磁铁磁极53对应于转子圆周方向长度(外圆周的圆弧部分)的角度设定为6θ，定子磁场铁心51对应于转子圆周方向长度的角度设定为4θ，凸极部分51c的2个辅助槽54b的绕组槽侧端部之间对应于转子圆周方向的间隔(凸极磁极间)的角度设定为2θ。
图22所示，是在为了增加定子磁场铁心51的凸极部分51c与永久磁铁磁极53相对的面积而有效利用永久磁铁磁极53产生的磁场、并为了减少齿槽效应转矩而设有辅助槽的电动机中，永久磁铁磁极53与凸极部分51c之间的相对位置关系与力的关系。这里，若描述一下该槽函数G12，则该槽函数G12可以分解为图18所示的不产生齿槽效应转矩的基波分量G10及高次谐波分量-G12M与G12p。因此，当对齿槽效应转矩分量进行高次谐波分析时，能够去除最大的基波分量。这种情况下，实际产生的齿槽效应转矩为槽函数的高次谐波分量。也就是说，当对齿槽效应转矩分量进行高次谐波分析时，能够去除最大的基波分量，因而实际产生的齿槽效应转矩为槽函数的高次谐波分量。采用这样的槽配置，能够减少齿槽效应转矩。
在该实施例5的电动机中，若设P为1以上的整数，则转子52的磁极数设定为2P，定子磁场铁心51的凸极数设定为3P。而且，如前所述，在各定子磁场铁心51的凸极部分51c分别设定2个辅助槽54b，当凸极磁极间的角度设为4θ时，该2个辅助槽54b分别这样配置，即其绕组槽侧的端部位于沿转子圆周方向、距离绕组槽57中心的角度θ及3θ的位置处。
在实施例5的电动机中，辅助槽54b沿转子圆周方向的宽度β，最好设定在与转子52相对的定子磁场铁心51的绕组槽57沿转子圆周方向的宽度α的0.5倍以上1.5倍以下的范围内。这样做的话，能够提高辅助槽54b所产生的去除齿槽效应转矩基波的效果，能够进一步减少齿槽效应转矩，这种情况下，最好是使绕组槽57的宽度α与辅助槽54b的宽度β相等，即最好令α＝β。
在该电动机中，若设与转子52相对的定子磁场铁心51的表面半径为r，则定子磁场铁心51的凸极部分51c的宽度Wt最好设定为Wt＞3·r·cosθ。这样做的话，凸极部分51c的磁通容易通过，磁通的扭斜变小，能够进一步减少齿槽效应转矩。
另外，在该电动机中，定子磁场铁心51的凸极部分之间的磁轭部分最小宽度Wy与凸极部分51c的宽度Wt最好为2Wy≥Wt。这样做的话，凸极部分51c的磁通容易通过，能够进一步减少齿槽效应转矩。
进而，当正弦波驱动该永磁电动机时，若使永久磁铁磁极53相对偏斜槽间距的1/2，则能够进一步减少转矩脉动。
另外，当正弦波驱动永磁电动机时，若永磁电动机具有的转矩脉动特性也是正弦波时，则不产生转矩脉动。这种情况下，最好使永久磁铁转子52相对偏斜定子磁场铁心51的槽间距的0.4倍以上1倍以下的范围内，特别是最好偏斜0.5倍或0.47倍。
产业上利用的可能性
如前所述，本发明的电动机，特别作为永磁电动机是有用的，适用于在机床、缝纫机及机器人等中使用。
根据条约第19条修改时的声明
1.根据本申请的原说明书记载，权利要求2限定为“将定子磁场 铁心分割成分割型铁心”。
2.权利要求3是在删除原权利要求3的基础上，将原权利要求4 内容不变地改写成新的独立权利要求3。
3.权利要求4是删除原权利要求4的基础上，将原权利要求5内 容不变的改写成新的独立权利要求4。
4.权利要求5是在删除原权利要求5的基础上，根据本申请的原 说明书记载，将新的权利要求3或权利要求4限定为“将定子磁场铁 心分割成分割型铁心”。
5.权利要求6至13对应于将权利要求3和权利要求4变更成独立 权利要求，将从属权利要求1或2变更成权利要求1至4任一项。
基于上述的修改和增加，对原权利要求书进行根据条约第19条的 修改。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1.一种电动机，其特征在于，对于1以上的整数，转子磁极数设定为2P，另外，定子磁场铁心的凸极数设定为3P，而且，对于3以上的奇数，定子磁场铁心的凸极部分的槽角设定为磁极角度的1/N。
2.(修改后)一种电动机，其特征在于，对于1以上的整数P，转子磁极数设定为2P，另外，具有将分割型铁心拼装而成的定子磁场铁心，定子磁场铁心的凸极数设定为3P，在各定子磁场铁心的凸极部分分别设有2个辅助槽，设凸极磁极间角度为4θ，则所述2个辅助槽分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及3θ的位置上。
3.(修改后)一种电动机，其特征在于，对于1以上的整数P，转子磁极数设定为2P，另外，定子磁场铁心的凸极数设定为3P，在各定子磁场铁心的凸极部分分别设有2个辅助槽，设凸极磁极间角度为4θ，则上述2个辅助槽的凸极磁极中心侧的端部分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及3θ的位置上。
4.(修改后)一种电动机，其特征在于，对于1以上的整数P，转子磁极数设定为2P，另外，定子磁场铁心的凸极数设定为3P，在各定子磁场铁心的凸极部分分别设有2个辅助槽，设凸极磁极间角度为4θ，则上述2个辅助槽的绕组槽侧的端部分配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及3θ的位置上。
5.(修改后)如权利要求3或4所述的电动机，其特征在于，具有将分割型铁心互相连接的定子磁场铁心。
6.(修改后)如权利要求1至4任一项所述的电动机，其特征在于，所述转子在定子磁场铁心的凸极槽间距的0.4倍以上1倍以下的范围内偏斜。
7.(修改后)如权利要求1至4任一项所述的电动机，其特征在于，所述转子相对定子磁场铁心的凸极槽间距仅偏斜5/6倍。
8.(修改后)如权利要求1至4任一项所述的电动机，其特征在于，所述转子相对定子磁场铁心的凸极槽间距仅偏斜0.5倍。
9.(修改后)如权利要求1至4任一项所述的电动机，其特征在于，所述转子相对定子磁场铁心的凸极槽间距仅偏斜0.47倍。
10.(修改后)如权利要求1至4任一项所述的电动机，其特征在于，与所述转子相对的定子磁场铁心绕组槽的宽度α与所述辅助槽的宽度β设定为0.5α＜β＜1.5α。
11.(修改后)如权利要求1至4任一项所述的电动机，其特征在于，与所述转子相对的定子磁场铁心绕组槽的宽度α与所述辅助槽的宽度β设定为α＝β。
12.(修改后)如权利要求1至4任一项所述的电动机，其特征在于，对于与所述转子相对的定子磁场铁心表面半径r与所述θ，所述定子磁场铁心的凸极部分宽度Wt设定为Wt＞3·r·cosθ。
13.(修改后)如权利要求1至4任一项所述的电动机，其特征在于，所述定子磁场铁心的凸极部分之间的铁轭部分的凸极部分最小宽度Wy与凸极部分的宽度Wt设定为2·Wy≥Wt。

Claims (13)

1.一种电动机，其特征在于，对于1以上的整数，转子磁极数设定为2P，另外，定子磁场铁心的凸极数设定为3P，而且，对于3以上的奇数，定子磁场铁心的凸极部分的槽角设定为磁极角度的1/N。
2.一种电动机，其特征在于，对于1以上的整数P，转子磁极数设定为2P，另外，定子磁场铁心的凸极部分设定为3P，在各定子磁场铁心的凸极部分分别设有2个辅助槽，设凸极磁极间角度为4θ，则所述2个辅助槽分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及3θ的位置上。
3.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，所述2个辅助槽的中心分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及3θ的位置上。
4.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，所述2个辅助槽的凸极磁极中心侧的端部分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及3θ的位置上。
5.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，所述2个辅助槽的绕组槽侧的端部分别配置在沿转子圆周方向、距离绕组槽中心的角度θ及3θ的位置上。
6.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，所述转子在定子磁场铁心的凸极槽间距的0.4倍以上1倍以下的范围内偏斜。
7.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，所述转子相对定子磁场铁心的凸极槽间距仅偏斜5/6倍。
8.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，所述转子相对定子磁场磁心的凸极槽间距仅偏斜0.5倍。
9.如权利要求1或2所述的电动机其特征在于，所述转子相对定子磁场铁心的凸极槽间距仅偏斜0.47倍。
10.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，与所述转子相对的定子磁场铁心绕组槽的宽度α与所述辅助槽的宽度β设定为0.5α＜β＜1.5α。
11.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，与所述转子相对的定子磁场铁心绕组槽的宽度α与所述辅助槽的宽度β设定为α＝β。
12.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，对于与所述转子相对的定子磁场铁心表面半径r与所述θ，所述定子磁场铁心的凸极部分宽度Wt设定为Wt＞3·r·cosθ。
13.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于，所述定子磁场铁心的凸极部分之间的铁轭部分的凸极部分量小宽度Wy与凸极部分的宽度Wt设定为2·Wy≥Wt。
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