CN1799175A - 三相同步磁阻马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相同步磁阻马达，使定子的后磁轭部局部宽度变窄并小型化，同时防止在后磁轭部的磁通路中的磁阻抗变得过大。该三相同步磁阻马达具有：转子(200)和定子(100)，该定子具有沿内表面的圆周方向与转子(200)对置的多个齿部(103)，转子所具有的多个转子磁极的每一个分别与6个齿部相对，将6个齿部中的5个齿部作为线圈节距，缠绕定子线圈，至少设有一个窄幅部(101)，该窄幅部在三相驱动时，对于供给同相电流来形成相异的磁极的邻接的两个定子线圈之间的齿部，使与邻接于该齿部的邻接齿部(103)对应的定子的在后磁轭部(104)上的磁通路部的宽度，比与其他齿部对应的定子的在后磁轭部上的磁通路部的宽度更窄。

Description

三相同步磁阻马达

技术领域

本发明涉及一种三相同步磁阻马达。

背景技术

现在，为了达成各种各样的装置的小型化、高性能化等的目标，即使作为驱动装置的马达也被要求具有小型、高扭矩、低噪音振动的特性。马达有很多种，其中的磁阻马达将具有磁凸极性的转子，可旋转地支持在定子的内圆周侧，能够实现小型化。例如，图14例示了普通磁阻马达的定子310的剖面结构。为了使在磁阻马达中旋转的转子上产生的扭矩均等，要求在整个圆周范围内均等地设定定子齿部311的后磁轭部侧的磁通路宽度W。可是，为了固定该磁阻马达以及为了固定具有转子轴承部的托架(未图示)，即为了提高操作性而设有如图所示的螺栓孔312，所以在该部分不能在整个圆周范围内均等地设定后磁轭部侧的磁通路宽度W。

另外，也提案有如图15的局部剖面图所例示的结构的定子(例如，参照专利文献1)。在该专利文献1记载的磁阻马达中，为了达到降低材料成本以及提高操作性的目的，在定子410的外圆周部分形成有铁心切割部412。而且，在形成了铁心切割部412的同时，为了达到确保定子410的磁通路宽度W与铁心切割前相同的目的，在定子410内圆周侧的齿部411的侧部设有拱出部413。

专利文献1：JP特开2000-350390号公报(图10)。

可是，在该专利文献1记载的磁阻马达中，虽然能够在整个圆周范围内实质均等地设定磁通路宽度W，但本来应该缠绕定子线圈的齿部的侧部拱出，不能在该部位缠绕定子线圈。其结果，在该定子会产生定子线圈的线圈量减少，交链磁通减少且扭矩减小的问题。因此，为了输出足够的扭矩，不得不将马达大型化。

另外以往，在关于将专利文献1记载的铁心切割部的形状，设在定子的外圆周面上的哪个位置上最为理想(即，是否能够避免降低马达的性能)的问题上的对策还没有实施。

发明的公开

本发明鉴于以上的问题而提出的，提供一种三相同步磁阻马达，其目的在于，将后磁轭部局部宽度形成得窄，使该定子小型化，同时防止在后磁轭部的磁通路中磁阻抗变得过大。

为了达成该目的，本发明涉及的三相同步磁阻马达具有转子和定子，上述定子具有沿内表面的圆周方向与上述转子对置的多个齿部。上述转子所具有的多个转子磁极的每一个分别与6个上述齿部相对，将上述6个齿部中的5个齿部作为线圈节距，缠绕定子线圈。而且，该三相同步磁阻马达至少设有一个窄幅部，该窄幅部在三相驱动时，对于供给同相电流来形成相异的磁极的邻接的两个上述定子线圈之间的上述齿部，使与邻接于该齿部的邻接齿部对应的上述定子的后磁轭部的磁通路部的宽度，比与其他上述齿部对应的上述定子的后磁轭部的磁通路部的宽度更窄。

如上述特征结构，对于处于以供给同相电流来形成相异的磁极的方式邻接的定子线圈之间的齿部，由于在邻接于此齿部的邻接齿部的后磁轭部设有上述窄幅部，所以在进行三相驱动时，该窄幅部的位置是与磁通路部中磁通最集中的地方不同的位置。其结果，在三相驱动时，在设有窄幅部的位置，磁阻抗不会大幅度地增大。由此，交链磁通不会减少很多，从而能够充分确保该三相同步磁阻马达输出的扭矩。

本发明涉及的三相同步磁阻马达，具有转子和定子，上述定子具有沿内表面的圆周方向与上述转子对置的多个齿部，上述转子所具有的多个转子磁极的每一个分别与6个上述齿部相对，将上述6个齿部中的5个上述齿部作为线圈节距，缠绕定子线圈，该三相同步磁阻马达也可以至少设置一个窄幅部，该窄幅部在两相矩形波驱动时，使与供给同相电流来形成相异的磁极的邻接的两个上述定子线圈之间的上述齿部对应的上述定子的后磁轭部的磁通路部的宽度，比与其他上述齿部对应的上述定子的后磁轭部的磁通路部的宽度更窄。

根据上述特征结构，窄幅部设在，与供给同相电流而具有相异磁性的磁极的邻接的两个定子线圈之间的齿部对应的后磁轭部的磁通路部。此时，当进行两相矩形波驱动时，则磁通路部中设置了窄幅部的位置，是与磁通最集中的地方不同的地方。其结果，在两相矩形波驱动时，在后磁轭部的磁通路部中，在设有了窄幅部的位置上，磁阻抗不会大幅度地增大。由此，交链磁通不会减少很多，从而能够充分确保此三相同步磁阻马达的输出扭矩。

本发明涉及的三相同步磁阻马达，可有以下构成：沿上述定子的圆周方向，使上述窄幅部的中央位置与上述齿部的中央位置相同，沿上述定子的圆周方向的上述窄幅部的形成范围为上述齿部的两倍节距以下。

根据上述特征结构，由于上述窄幅部形成在上述齿部的两倍节距的范围内，所以能够限制磁阻抗增大的范围，避免原来磁通集中的位置的磁通路宽度变得更窄。因此，能够防止后磁轭部的磁阻抗过大。

本发明涉及的三相同步磁阻马达的其他的特征是，沿上述定子圆周方向的多个上述窄幅部的节距，为上述转子磁极的节距的n/3，所述n为自然数。

根据上述特征结构，在对每一个转子磁极形成6个定子磁极的此三相同步磁阻马达中，在两相矩形波驱动时以及三相驱动时，在后磁轭部磁通最集中的位置是以每个转子磁极的节距的1/3为节距而存在的。由此，如果以每个转子磁极的节距的n/3为节距设置窄幅部的话，就能够避免后磁轭部上磁通最集中的位置与窄幅部位置重叠。其结果，在磁通路中能够避免磁阻抗大幅度地增大，作为结果则交链磁通不会减少很多，从而能够充分确保此三相同步磁阻马达的输出扭矩。

附图说明

图1(a)是三相同步磁阻马达的定子的剖面图，图1(b)是三相同步磁阻马达的转子的剖面图。

图2是说明三相的定子线圈的状态的图。

图3是图2所示的定子线圈的状态的放大图。

图4(a)是表示三相矩形波的一个周期的波形的图表，图4(b)是表示三相正弦波的一个周期的波形的图表。

图5是说明本发明的实施例的窄幅部的形成位置的图。

图6是说明本发明的比较例的窄幅部的形成位置的图。

图7是表示通电电流与线圈交链磁通的关系的图表。

图8是三相同步磁阻马达的定子的剖面图

图9是表示两相矩形波的一个周期的波形的图表。

图10是说明本发明的实施例的窄幅部的形成位置的图。

图11是说明本发明的比较例的窄幅部的形成位置的图。

图12是表示通电电流与线圈交链磁通的关系的图表。

图13是定子以及转子的剖面图。

图14是以往的三相同步磁阻马达的剖面图。

图15是以往的三相同步磁阻马达的局部剖面图。

符号说明

1～48定子磁极

100定子

101窄幅部

102槽部

103齿部

200转子

201转子铁心

202旋转轴

203a磁铁

203b磁铁

204a狭缝

204b狭缝

310定子

311齿部

312螺栓孔

410定子

411齿部

412铁心切割部

413拱出部

具体实施方式

以下参照附图针对本发明涉及的三相同步磁阻马达进行说明。

图1(a)所例示的是构成本发明涉及的三相同步磁阻马达的定子100的剖面图，图1(b)所例示的是转子200的剖面图。定子100，具有沿后磁轭部104的内表面的圆周方向与转子200对置的多个齿部103，在齿部103上以后述的状态缠绕定子线圈(无图示)，形成定子磁极。转子200能够以旋转轴202为中心，沿定子100的内表面旋转。

转子200由高导磁率材料的转子铁心201构成。通常，作为该转子200，使用由硅钢板等构成的具有多个凸极的形状的转子。但是，在本实施方式中，表示了作为力求得到更小型化的结构，在转子铁心201里使用了永久磁铁的例子。如图1(b)所示，在转子铁心201上设有外圆周侧永久磁铁203a与内圆周侧永久磁铁203b。在外圆周侧永久磁铁203a邻接设有外圆周侧狭缝204a，在内圆周侧永久磁铁203b邻接设有内圆周侧狭缝204b，控制磁力线的通路。另外，外圆周侧永久磁铁203a以及内圆周侧永久磁铁203b，对同一径方向相对部位充以相异的极性，空出规定间隔排列，从而构成一组磁极(以下记为“转子磁极”)。此时，沿转子200的外圆周面邻接的转子磁极形成相异的极性，转子200具有8个转子磁极。

在定子100的外圆周形成有小槽部102，该槽部102起到从其外侧保持固定定子100时防旋转的作用，或者，被用于重叠多个定子100互相焊接的时候。而且，在定子100中后磁轭部104的外圆周面的至少一处(图中是四处)，在该定子100上切开大致长方形的缺口，设置使定子100的后磁轭部104的宽度变窄了的窄幅部101。由此，不增大定子100的直径，即得到提高同步磁阻马达的小型化、轻量化、操作简便性的效果。而且，在图1(a)以及图1(b)所例示的定子100以及转子200中，定子100的磁极数为48个，转子200的磁极数为8个。即，每一个转子磁极分别与6个齿部103(定子磁极)相对。而且，能够将形状相异的图示的窄幅部101以及槽部102两者，作为防旋转用或焊接用的槽，自由地利用。由于窄幅部101以及槽部102的作用实质上相同，所以以下虽只针对窄幅部101的设定位置进行说明，但其说明也能够适用于槽部102。

下面参照图2以及图3针对定子线圈的缠绕方式进行说明。并且，图2是定子线圈的缠绕方式的全体图，图3是将图2进行局部放大了的图。

第一相分别将定子磁极2～定子磁极6、同样的，8～12、14～18、20～24、26～30、32～36、38～42、44～48，作为线圈节距来缠绕定子线圈，从电源终端C、F接通规定相位的交流电流。

同样的，第二相分别将定子磁极6～定子磁极10、12～16、18～22、24～28、30～34、36～40、42～46、48～4，作为线圈节距来缠绕定子线圈，从电源终端B、E接通规定相位的交流电流。

另外同样的，第三相分别将定子磁极4～定子磁极8、10～14、16～20、22～26、28～32、34～38、40～44、46～2，作为线圈节距来缠绕定子线圈，从电源终端A、D接通规定相位的交流电流。并且，为将第一相线圈、第二相线圈、以及第三相线圈做成Y连接结构，可短接电源终端D、E、F构成中性点。

如上，例如在第一相中，通过连接电源终端C、F通上交流电流，在同相且形成相异磁极的邻接的两个定子线圈之间，存在没有缠绕定子线圈的定子磁极1、7、13、19、25、31、37、以及43。第二相以及第三相也同样存在没有缠绕定子线圈的定子磁极，省略其说明。

对于图1(a)以及图1(b)所例示的结构的同步磁阻马达，针对缠绕如图2以及图3所示的三相的定子线圈，使其三相驱动时的动作，进行以下说明。三相驱动时接通的交流电流波形为图4(a)所例示的三相矩形波、或者是图4(b)所例示的三相正弦波。

在图5以及图6中，表示在某时刻的转子200与定子100的位置关系，并且表示使定子线圈通有图4(a)以及图4(b)所示的三相矩形波或者三相正弦波的交流电流，来驱动转子200时的磁通的状态(磁力线的疏密)。以下，参照图5以及图6，针对设在定子100的后磁轭部104的窄幅部101的理想形成位置进行说明。并且，为了简化附图，只例示一个转子磁极的局部、和与这个转子磁极相对的6个齿部103(定子磁极)，也同时概略的表示定子线圈与电源终端的连接关系。

如图所示，由于磁通通过作为磁通路的定子100的后磁轭部104，所以根据此磁通路的宽度(起到磁通有效通路的作用并与该磁力线正交的宽度)，来确定磁阻抗的大小。因此，可以说在描画的磁力线疏的部分设置窄幅部101，比在磁力线密集的部分设置更为理想。

在图5的实施例所示的定子100中，窄幅部101设在对应定子磁极48的后磁轭部104的外圆周部。换言之，窄幅部101设在，与同相且形成相异的磁性的磁极的两个定子线圈间的齿部邻接的邻接齿部的后磁轭部104。例如，当参照图2、图3以及图5时，通过从电源终端C、F向缠绕在定子磁极2～定子磁极6的定子线圈通电，形成从定子100的内圆周侧指向外圆周侧的磁极。同样，通过从电源终端C、F向缠绕在定子磁极44～定子磁极48的定子线圈通电，形成从定子100的外圆周侧指向内圆周侧的磁极。而且，在与这两个邻接的定子线圈之间的齿部(定子磁极1)邻接的邻接齿部(定子磁极48)的后磁轭部104，设有窄幅部101。从图5可知该位置并非是磁通最集中的位置。

并且，在本实施方式中，虽然图示了在某特定相位的磁通的状态，但在其他的相位中同样的说明也成立。例如，在上述的说明中虽然针对将窄幅部101设在，对应与被由电源终端C、F通电的两个定子线圈夹着的齿部(定子磁极1)邻接的邻接齿部(定子磁极48)的、定子100的后磁轭部104的外圆周部的情况进行了说明，但即使相位发生变化，也能适用于说明，将窄幅部101设在，对应与由电源终端B、E通电的两个定子线圈夹着的齿部(定子磁极47)邻接的邻接齿部(定子磁极48)的、定子100的后磁轭部104的外圆周部的情况。

另一方面，在图6所示的比较例中，窄幅部101设在定子磁极1的后磁轭部104。换言之，窄幅部101设在，与同相且形成相异的磁性的磁极的两个定子线圈间的齿部对应的、后磁轭部104的外圆周部。例如，当参照图2、图3以及图6时，通过向缠绕在定子磁极2～定子磁极6的定子线圈通电，形成从定子100的内圆周侧指向外圆周侧的磁极。通过向缠绕在定子磁极44～定子磁极48的定子线圈通电，形成从定子100的外圆周侧指向内圆周侧的磁极。而且，在邻接的两个定子线圈之间的齿部(定子磁极1)的后磁轭部104，设有窄幅部101。从图6可知该位置是磁通最集中的位置之一。

下面，在图7中表示，使图5的实施例的定子100、和图6的比较例的定子100三相驱动，使三相同步磁阻马达动作时的、通电电流与线圈交链磁通的关系。图7的实线表示的是使用图5所例示的定子100时的实施例，虚线表示的是使用图6所例示的定子100时的比较例。

从图7可知，线圈交链磁通的最小值在实施例与比较例中是相同的(在图中表示实施例的结果的实线与表示比较例的结果的虚线是重叠描绘的)。对此，在使用定子100的实施例的情况下，线圈交链磁通的最大值变大。其结果，可知在使用定子100的实施例的情况下向转子200施加的扭矩变大。因此，可以发现在设置上述窄幅部101时，在定子100的后磁轭部104的何处设上述窄幅部101较好(即，能如何防止马达的性能低下)。

图8所例示的定子100，其定子磁极和窄幅部101的位置关系，与图1(a)所示的定子100的情况不同。对于定子100的定子磁极的定子线圈的缠绕状态，与图2以及图3所例示的相同。该定子线圈通有图9所例示的两相矩形波的交流电流。

图10表示在某时刻转子200与定子100的位置关系，并且表示向定子线圈供给图9所示的两相矩形波的交流电流，驱动转子200时磁通的状态。以下，参照图10，说明窄幅部101的形成位置。并且，为了简化附图，只例示一个转子磁极的局部、和与这一个转子磁极相对的6个齿部(定子磁极)，也同时概略的表示定子线圈与电源终端的连接关系。

在图10的实施例所示的定子100中，窄幅部101设在定子磁极1的后磁轭部104的外圆周部。换言之，窄幅部101设在，附在同相且形成相异的磁性的磁极的两个定子线圈间的齿部，与该齿部对应的后磁轭部104的外圆周部。例如，若参照图2、图3以及图10，则通过向缠绕在定子磁极2～定子磁极6的定子线圈通电，形成从定子100的内圆周侧指向外圆周侧的磁极。通过向缠绕在定子磁极44～定子磁极48的定子线圈通电，形成从定子100的外圆周侧指向内圆周侧的磁极。而且，在邻接的这两个定子线圈之间的齿部(定子磁极1)的后磁轭部104，设有窄幅部101。从图10可知该位置不是磁通最集中的位置。

另一方面，在图11所示的比较例中，窄幅部101设在定子磁极48的后磁轭部104的外圆周部。换言之，窄幅部101设在，与同相且形成相异的磁性的磁极的两个定子线圈间的齿部邻接的邻接齿部的后磁轭部104。例如，当参照图2、图3以及图11时，通过向缠绕在定子磁极2～定子磁极6的定子线圈通电，形成从定子100的内圆周侧指向外圆周侧的磁极。通过向缠绕在定子磁极44～定子磁极48的定子线圈通电，形成从定子100的外圆周侧指向内圆周侧的磁极。而且，在与邻接的两个定子线圈之间的齿部(定子磁极1)邻接的邻接齿部(定子磁极48)的后磁轭部104，设有窄幅部101。从图11可知该位置是磁通最集中的位置之一。

下面，在图12中表示，使用图10的实施例的定子100和图11的比较例的定子100，使三相同步磁阻马达动作时的、通电电流与线圈交链磁通的关系。图12的实线表示的是使用图10所例示的定子100时的实施例，虚线表示的是使用图11所例示的定子100时的比较例。

从图12可知，线圈交链磁通的最小值在实施例与比较例是相同的(在图中表示实施例的结果的实线与表示比较例的结果的虚线是重叠描绘的)。在使用定子100的实施例的情况下，线圈交链磁通的最大值变大。其结果，可知在使用定子100的实施例的情况下向转子200施加的扭矩变大。因此，可以发现在设置上述窄幅部101时，应该在定子100的后磁轭部104的何处设置上述窄幅部101(即，能如何防止电动机的性能低下)。

下面图13表示的是说明，转子磁极节距：WR、定子磁极节距：WS、窄幅部101的形成范围：WG1、窄幅部101的节距：WG2的关系的图。在本实施方式中，由于转子磁极设有8个，所以转子磁极节距：WR为45°(＝360°/8)。另外，由于定子磁极设有48个，所以定子磁极节距：WS为7.5°(＝360°/48)。

沿定子100的圆周方向的窄幅部101的形成范围：WG1，使沿其圆周方向的中央位置与齿部(定子磁极)的中央位置相同，并是以齿部(定子磁极)的两倍节距(15°)以下的形式来设置的。其结果，窄幅部101并不形成在所有的、与在后磁轭部104设有窄幅部101的齿部(例如，在图1中构成定子磁极48的齿部)邻接的齿部(例如，在图1中构成定子磁极1、47的齿部)的后磁轭部104上。

窄幅部101的节距：WG2设为转子磁极的节距：WR(在本实施方式中WR＝45°)的n/3(n为自然数)，在本实施方式中n＝6，则WG2＝45°×6/3＝90°。

在本实施方式中，由于是每一个转子磁极形成6个定子磁极的三相同步磁阻马达，所以在后磁轭部104磁通最集中的位置，是以每个转子磁极的节距的1/3为节距而存在的。因此，只要以每个转子磁极的节距的n/3为节距设置窄幅部101，就能够避免在后磁轭部104磁通最集中的位置与窄幅部101的位置重叠，避免在磁通路的磁阻抗大幅度地增大，能够充分确保产生的扭矩。

并且，虽然在图中将窄幅部101的形状描画为大致长方形，但其形状没有限制。例如，可以形成为如槽部102那样的形状、或图15所示的半圆形、或其他的半椭圆形或半菱形等各种各样的形状。

工业上的可利用性

本发明的三相同步磁阻马达，能够适用作为用于各种装置的小型、高性能的马达。

Claims (5)

1.一种三相同步磁阻马达，具有转子和定子，上述定子具有沿内表面的圆周方向与上述转子对置的多个齿部，上述转子所具有的多个转子磁极的每一个分别与6个上述齿部相对，将上述6个齿部中的5个上述齿部作为线圈节距，缠绕定子线圈，其特征在于，

该三相同步磁阻马达至少设有一个窄幅部，该窄幅部在三相驱动时，对于供给同相电流来形成相异的磁极的邻接的两个上述定子线圈之间的上述齿部，使与邻接于该齿部的邻接齿部对应的上述定子的后磁轭部的磁通路部的宽度，比与其他上述齿部对应的上述定子的后磁轭部的磁通路部的宽度更窄。

2.一种三相同步磁阻马达，具有转子和定子，上述定子具有沿内表面的圆周方向与上述转子对置的多个齿部，上述转子所具有的多个转子磁极的每一个分别与6个上述齿部相对，将上述6个齿部中的5个上述齿部作为线圈节距，缠绕定子线圈，其特征在于，

该三相同步磁阻马达至少设有一个窄幅部，该窄幅部在两相矩形波驱动时，使与供给同相电流来形成相异的磁极的邻接的两个上述定子线圈之间的上述齿部对应的上述定子的后磁轭部上的磁通路部的宽度，比与其他上述齿部对应的上述定子的后磁轭部上的磁通路部的宽度更窄。

3.如权利要求1或2所述的三相同步磁阻马达，其特征在于，

沿上述定子的圆周方向，使上述窄幅部的中央位置与上述齿部的中央位置相同，沿上述定子的圆周方向的上述窄幅部的形成范围为上述齿部的两倍节距以下。

4.如权利要求1或2所述的三相同步磁阻马达，其特征在于，

沿上述定子的圆周方向的多个上述窄幅部的节距为上述转子磁极的节距的n/3，所述n为自然数。

5.如权利要求3所述的三相同步磁阻马达，其特征在于，

沿上述定子的圆周方向的多个上述窄幅部的节距为上述转子磁极的节距的n/3，所述n为自然数。

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