TW201513535A - 三相電磁馬達 - Google Patents

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Manabu Horiuchi
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Abstract

本發明係通過將線圈數最少化以減少線圈成本及結線成本，並達到馬達的高效率化。本發明之三相電磁馬達(100)係包含：定子鐵芯(10)之凹槽(11)；於凹槽(11)之間形成的磁極(13)上捲繞線圈(20)而形成的定子(1)；以及配置於定子(1)內，具有永久磁鐵(50)的轉子(2)。三相電磁馬達(100)係以8n極6n凹槽(n係為自然數)所構成。定子鐵芯(10)的複數個磁極(13)中，以3n個線圈捲繞於每隔一個磁極(13)上。

Description

三相電磁馬達 【0001】
本發明係關於一種三相電磁馬達，其係改良了定子鐵芯的凹槽之間形成的磁極之線圈構造。
 【0002】
作為電磁馬達，可以舉出例如無刷馬達或永磁式馬達(PM型, Permanent Magnet Motor)。當電磁馬達使用三相電源時，通常定子鐵芯的磁極中係依序配置u相、v相、w相的線圈，因此線圈數必須為3的倍數。
【0003】
為了將三相電磁馬達中的線圈成本及結線成本最小化，會將線圈數設為最少的3個。當以3為線圈數作集中繞組時，通常的極數與凹槽數的組合為2極3槽以及4極3槽。但是，當永久磁鐵的極數較少時，則會形成頓轉轉矩增加的問題。
【0004】
過去以來，已有提出各種與電磁馬達的線圈構造相關的技術。例如，已有揭露在施加線圈的磁極之間，配置未施加線圈的輔助磁極的馬達(參考專利文獻1)。根據專利文獻1的技術，由於製造成本的降低與磁極利用率的增加，而達到馬達的高效率化。
【0005】
此外，已有揭露設置線圈於間隔一個磁極上，且設定施加線圈的磁極寬度比未施加線圈的磁極寬度大的馬達(參考專利文獻2)。根據專利文獻2的技術，可提升相鄰的異相線圈之間的絕緣性能，並且降低線圈成本。
【0006】
此外，已有揭露連續於兩個磁極上設置線圈，於第三個磁極上設置未施加線圈的磁極之馬達(參考專利文獻3)。根據專利文獻3的技術，可降低線圈成本與達到馬達的高效率化。
【0007】
〔先前技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕實開昭59－90279號公報
〔專利文獻2〕專利第4363132號公報
〔專利文獻3〕特開2004－304928號公報
 【0008】
〔發明所欲解決之課題〕
然而，由於專利文獻1之馬達為6極8凹槽，因此並不支援三相電源。而由於專利文獻2之馬達為10極12槽，專利文獻3之馬達為8極9槽，因此支援三相電源。
【0009】
如上所述，當採用2極3槽或4極3槽之三相電極馬達通常的極數與凹槽數組合時，會造成頓轉轉矩增加的問題。
【0010】
因此，為了防止頓轉轉矩增加，大多會選擇8極6槽、8極9槽、或10極12槽等組合。亦即，減少線圈數而降低成本與減少頓轉轉矩兩者會形成對立的關係。
【0011】
然而，亦可考慮磁極數遠多於凹槽數的組合。例如8極3槽或10極3槽等。但是在此情況下，雖然降低了頓轉轉矩，但由於磁極之間永久磁鐵的磁通量產生短路，且隨著力矩降低而顯著降低馬達效率，因而幾乎未被採用。
【0012】
因此，需要開發出通過將線圈數最少化(3個線圈)以降低線圈成本及結線成本，並且能實現馬達高效率化之技術。
【0013】
本發明係有鑑於上述情事而創作者，其目的在於提供一種三相電磁馬達，通過將對應於三相電源的線圈數最少化，可降低線圈成本及結線成本，並且可達到馬達的高效率化。
【0014】
〔解決課題之手段〕
為達成上述目的，本發明之三相電磁馬達係包含於定子鐵芯的凹槽之間形成的磁極上捲繞線圈而形成的定子，以及設置於定子內，具有永久磁鐵的轉子。
【0015】
上述三相電磁馬達係以8n極6n槽(n係為自然數)所構成。將3n個線圈捲繞於上述定子鐵芯之複數個磁極中的每隔一個磁極上。
【0016】
〔發明效果〕
本發明之三像電子馬達係為8n極6n槽(n係為自然數)，且以3n個線圈捲繞於定子鐵芯之複數個磁極中的每隔一個磁極上。藉此，將對應於三相電源之線圈數最少化。
【0017】
藉此，根據本發明之三相電磁馬達，由於對應於三相電源之線圈數的最少化，因而可降低線圈成本及結線成本，並且可達到馬達的高效率化。
 【0067】
1、201、301‧‧‧定子
2‧‧‧轉子
3‧‧‧旋轉軸
10、210、310‧‧‧定子鐵芯
11‧‧‧凹槽
12‧‧‧齒狀部
13、213、313‧‧‧磁極
213a‧‧‧磁極寬度較小的磁極
213b‧‧‧磁極寬度較大的磁極
313a‧‧‧內徑側擴大的磁極
313b‧‧‧內徑側縮小的磁極
20‧‧‧線圈
30‧‧‧轉子鐵芯
40‧‧‧永久磁鐵
100、200、300‧‧‧三相電磁馬達
【0018】
第1圖係為第一實施形態之三相電磁馬達的示意圖。
第2圖係為第一實施形態之三相電磁馬達的定子鐵芯的示意圖。
第3圖係為過去的三相電磁馬達之線圈構造的示意圖。
第4圖係為第二實施形態之三相電磁馬達的示意圖。
第5圖係為第二實施形態之三相電磁馬達的定子鐵芯的示意圖。
第6圖係為第三實施形態之三相電磁馬達的示意圖。
第7圖係為第三實施形態之三相電磁馬達的定子鐵芯的示意圖。
 【0019】
以下，茲參閱圖式對第一至第三實施形態之三相電磁馬達進行說明。
【0020】
第一至第三實施形態之三相電磁馬達係為8n極6n槽(n係為自然數)，且以3n個線圈捲繞於定子鐵芯之複數個磁極中的每隔一個磁極上。藉此，根據第一至第三實施形態，由於對應三相電源之線圈數的最少化，可減少線圈成本及結線成本，並且可實現高效率的三相電磁馬達。
【0021】
〔第一實施形態〕
[三相電磁馬達的構成]
首先，參照第1圖及第2圖，對第一實施形態之三相電磁馬達的構成進行說明。第1圖係為第一實施形態之三相電磁馬達的示意圖。第2圖係為第一實施形態之三相電磁馬達的定子鐵芯的示意圖。
【0022】
本實施形態之三相電磁馬達係為8n極6n槽(n係為自然數)所構成。於第1圖中例示之三相電磁馬達100係為表面式永磁馬達(SPM型, Surface Permanent Magnet Motor)的三相交流伺服馬達，以n=1的8極6槽所構成。
【0023】
如第1圖及第2圖所示，本實施形態所示之三相電磁馬達100包含定子1，以及設置於定子1內部的轉子2。
【0024】
定子1具有定子鐵芯10以及線圈20。
【0025】
定子鐵芯10係為厚壁筒體狀之金屬構件。定子鐵芯10之內緣表面呈現圓形，且外緣表面呈現矩形。雖然本實施形態之定子鐵芯10係以薄板層積而成之堆疊構造，但亦可為單體構造或壓粉鐵心。
【0026】
定子鐵芯10之內緣側上，係以面對轉子2呈放射狀的方式劃分形成複數個凹槽11，作為容納線圈20的空間。
【0027】
各凹槽11係劃分形成於齒狀部12, 12彼此之間。各齒狀部12之基端部係為線圈20捲繞之磁極13。
【0028】
就定子鐵芯10之構成材料而言，例如可使用矽鋼板，但並不以此材料為限。
【0029】
如第1圖及第2圖所示，線圈20係藉由未圖示之電絕緣構件配置於凹槽11內部。線圈20係以圓周方向平均設置，並捲繞於排列成放射線狀的複數個磁極13中的每隔一個磁極13上。亦即，在6個凹槽的情況下，磁極13的數目係為6個磁極，但是線圈20捲繞於每隔一個磁極13上，因此線圈數為3個。藉此，凹槽11之數目與線圈20之數目並未對應。
【0030】
在三相電源的情況下，u相、v相、w相的線圈20係依序設置。由於本實施形態之線圈數係為3，因此對應三相電源的線圈數形成最小化。
【0031】
參照第1圖，轉子2係設置於旋轉軸3之周圍，且包含轉子鐵芯30以及永久磁鐵40。旋轉軸3成為轉子2之旋轉中心。
【0032】
轉子鐵芯30係為設置於旋轉軸3周圍且接近厚壁圓筒體狀之金屬構件。本實施形態之轉子鐵芯30係以薄板層積而成之堆疊構造，但亦可為單體構造或壓粉鐵心。
【0033】
就轉子鐵芯30之構成材料而言，例如可使用矽鋼板，但並不以此材料為限。
【0034】
本實施形態之永久磁鐵40係為複數個設置於轉子鐵芯30之外緣表面。藉此，永久磁鐵40之橫切面形狀呈現圓弧形。由於本實施形態的三相電磁馬達100係為SPM型之8極構造，因此有8個永久磁鐵40平均設置於轉子鐵芯30外緣表面的圓周方向上。
【0035】
就永久磁鐵而言，可列舉出例如釹磁鐵等稀土類磁鐵，但並不以此材料為限。
【0036】
[三相電磁馬達的作用]
接著，參照第1圖至第3圖，對第一實施形態之三相電磁馬達的作用進行說明。
【0037】
第一實施形態之三相電磁馬達中，定子1設置為包圍轉子2。定子鐵芯10係具有面對轉子2呈放射狀排列的複數個線圈20。
【0038】
本實施形態的線圈20係平均設置於定子鐵芯10之圓周方向上，且捲繞於放射線狀排列的複數個磁極13中的每隔一個磁極13上。具體而言，本實施形態之凹槽數為6個，因此磁極13的數目係為6個磁極。線圈20係捲繞於這些6支磁極13之中的每隔一個磁極13上，因此線圈數為3個。
【0039】
在三相電源的情況下，通常u相、v相、w相的線圈20係依序設置。由於本實施形態之線圈數係為3個，因此對應三相電源的線圈數形成最小化。
【0040】
於此參照第3圖，與習知的三相電磁馬達的線圈構造進行比較。第3圖係為習知的三相電磁馬達之線圈構造的示意圖。
【0041】
如第3圖所示，習知的三相電磁馬達係在6個凹槽的定子1中，將線圈20捲繞於定子鐵芯10之各磁極13上。藉此，對應於6支磁極13的線圈數為6個。習知的三相電磁馬達的線圈構造的線圈數為6個，因此線圈成本以及結線成本兩者均會增加。
【0042】
亦即，根據第一實施形態之三相電磁馬達100，由於對應三相電源的線圈數的最少化，可減少線圈成本以及結線成本。
【0043】
此外，第一實施形態所示之三相電磁馬達100，其轉子2具有8極的永久磁鐵40，因此可防止頓轉轉矩增加，可達到馬達的高效率化。
【0044】
〔第二實施形態〕
接著，參照第4圖及第5圖，對第二實施形態之三相電磁馬達進行說明。第4圖係為第二實施形態之三相電磁馬達的示意圖。第5圖係為第二實施形態之三相電磁馬達的定子鐵芯的示意圖。此外，與第一實施形態相同的構成構件係附上相同的符號，且適當的省略其說明。
【0045】
於第4圖中所例示之三相電磁馬達200係與第一實施形態同樣為8極6槽之三相交流的伺服馬達，其包含定子201以及轉子2。
【0046】
如第4圖及第5圖所示，第二實施形態之三相電磁馬達，其定子鐵芯210之磁極構造係與第一實施形態不同。
【0047】
亦即，第二實施形態之三相電磁馬達200，其中平均設置於定子鐵芯210的圓周方向上呈放射狀排列的6支磁極213的磁極寬度係為交互不同。
【0048】
第二實施形態所示之定子鐵芯210中，其定子鐵芯210的圓周方向上，磁極寬度小的磁極213a與磁極寬度大的磁極213b係交互排列。線圈20係捲繞於磁極寬度小的磁極213a上。據此，線圈數為3個，使對應於三相電源之線圈數為最小化。由於對應於三相電源之線圈數的最少化，可減少線圈成本及結線成本。
【0049】
此外，第二實施形態之三相電磁馬達200與第一實施形態相同，其轉子2係具有8極的永久磁鐵40，以防止頓轉轉矩增加，且可抑制力矩減低。
【0050】
再者，由於線圈20係捲繞於磁極寬度較小的磁極213a上，因此可擴大線圈空間而使馬達效率提昇。
【0051】
第二實施形態之三相電磁馬達基本上與第一實施形態展現同樣的作用及效果。特別在第二實施形態之三相電磁馬達中，於定子鐵芯210之圓周方向上磁極寬度較小的磁極213a與磁極寬度較大的磁極213b係交互的排列，且線圈20係捲繞於磁極寬度較小的磁極213a上。
【0052】
藉此，根據第二實施形態之三相電磁馬達，能發揮降低線圈成本以及結線成本，同時抑制力矩低下，並且擴大線圈空間而提昇馬達效率的有益效果。
【0053】
〔第三實施形態〕
接著，參照第6圖及第7圖，對第三實施形態之三相電磁馬達進行說明。第6圖係為第三實施形態之三相電磁馬達的示意圖。第7圖係為第三實施形態之三相電磁馬達的定子鐵芯的示意圖。此外，與第一實施形態相同的構成構件係附上相同的符號，且適當的省略其說明。
【0054】
第6圖例示之三相電磁馬達200係與第一實施形態及第二實施形態同樣為8極6槽之三相交流的伺服馬達，其包含定子301以及轉子2。
【0055】
如第6圖及第7圖所示，第三實施形態之三相電磁馬達，其定子鐵芯310的磁極構造係與第一實施形態及第二實施形態不同。
【0056】
亦即，第三實施形態所示之三相電磁馬達300，其中平均設置於定子鐵芯310的圓周方向上呈放射狀排列的6支磁極313的磁極形狀係為交互不同。
【0057】
第三實施形態之定子鐵芯310中，於定子鐵芯310的圓周方向上，內徑側擴大的磁極313a與內徑側縮小的磁極303b係交互排列。磁極313a以近乎呈現梯形的方式，內徑側依序擴大。磁極303b以近乎呈現倒梯形的方式，內徑側依序縮小。
【0058】
線圈20係捲繞於內徑側依序擴大的磁極313a上。藉此，線圈數為3個，使對應於三相電源的線圈數最小化。由於對應於三相電源的線圈數的最小化，可達到減少線圈成本及結線成本。
【0059】
此外，第三實施形態之三相電磁馬達200與第一實施形態及第二實施形態相同，其轉子2具有8極的永久磁鐵40，以防止頓轉轉矩增加，且可抑制力矩減低。
【0060】
接著，由於線圈20係捲繞於內徑側依序擴大的磁極313a上，因此可有效利用永久磁鐵40的磁通量，進一步達到馬達的高效率化。
【0061】
第三實施形態之三相電磁馬達基本上係與第一實施形態發揮同樣的作用及效果。特別在第三實施形態之三相電磁馬達，於定子鐵芯310的圓周方向上內徑側依序擴大的磁極313a與內徑側依序縮小的磁極303b交互排列，且線圈20係捲繞於內徑側依序擴大的磁極313a上。
【0062】
藉此，根據第三實施形態之三相電磁馬達，能發揮降低線圈成本及結線成本，同時抑制力矩低下，並且永久磁鐵40的磁通量可有效地活用，進一步可達到馬達的高效率化的有益效果。
【0063】
以上，雖已對本發明之較佳實施形態進行說明，惟此等僅為用以說明本發明之例示，並非意在將本發明之範圍侷限於此等實施形態。本發明可於未脫離其要旨之範圍內，以與上述實施形態相異之各種態樣實施之。
【0064】
例如，上述實施形態係以所例示的SPM型的三相電磁馬達進行說明，但是本發明亦可適用於內藏式永磁馬達(IPM型, internal permanent magnet motor)的三相電磁馬達。
【0065】
此外，上述實施形態係以伺服馬達進行說明，但是亦可適用於步進馬達。
【0066】
接著，於8n極6n槽(n係為自然數)的三相電磁馬達中n=2以上的情況下，為了線圈數及結線數的最小化，各u相群、v相群、v相群的線圈20較佳係藉由跨接線連續捲繞。雖然n=2以上的情況下形成3n個線圈數，但由於各u相群、v相群、v相群的線圈20係藉由跨接線連續捲繞，可以將線圈數最小化為3個。
 
1‧‧‧定子
2‧‧‧轉子
3‧‧‧旋轉軸
10‧‧‧定子鐵芯
11‧‧‧凹槽
12‧‧‧齒狀部
13‧‧‧磁極
20‧‧‧線圈
30‧‧‧轉子鐵芯
40‧‧‧永久磁鐵
100‧‧‧三相電磁馬達

Claims (5)

  1. 【第1項】
    一種三相電磁馬達，其包含：
    一定子，其係於一定子鐵芯之凹槽之間形成的一磁極上捲繞線圈而形成；以及
    一轉子，其係設置於該定子內，並具有永久磁鐵；
    其中該三相電磁馬達係以8n極6n槽所構成，n係為自然數；於該定子鐵芯之複數個磁極中，係以3n個線圈捲繞於每隔一個該磁極上。
  2. 【第2項】
    如申請專利範圍第1項所述之三相電磁馬達，其中以n=1之8極6槽所構成之馬達中，係以3個線圈捲繞於該定子鐵芯之每隔一個該磁極上。
  3. 【第3項】
    如申請專利範圍第1項所述之三相電磁馬達，其中在n=2以上之情況下，各u相群、v相群、w相群之線圈係經由跨接線連續捲繞。
  4. 【第4項】
    如申請專利範圍第1至3項中之任1項所述之三相電磁馬達，其中該定子鐵芯之複數個磁極的磁極寬度係為交互不同，並且於磁極寬度窄的磁極上捲繞線圈。
  5. 【第5項】
    如申請專利範圍第1至3項中之任1項所述之三相電磁馬達，其中該定子鐵芯之複數個磁極，係為該定子鐵芯之內徑側擴大的磁極與內徑側縮小的磁極交互的設置，並於該內徑側擴大的磁極上捲繞線圈。
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