TWI678052B - 旋轉電機及直動電動機 - Google Patents

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TWI678052B
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池田紘子
Hiroko Ikeda
伊藤一将
Kazumasa Ito
中村雄一朗
Yuichiro Nakamura
山口信一
Shinichi Yamaguchi
一
Ryuichi Takiguchi
髙村優
Yu TAKAMURA
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日商三菱電機股份有限公司
Mitsubishi Electric Corporation
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Abstract

本發明的目的在於獲得能夠使轉矩漣波減小的旋轉電機。本發明的旋轉電機係在第一齒安裝的線圈的匝數不同於在第二齒安裝的複數相的線圈的匝數，且不同於在第三齒安裝的複數相的線圈的匝數；在第一齒安裝的線圈的匝數相對於在其他各齒安裝的線圈的匝數的各者為最大，且在第二齒及第三齒安裝的線圈的匝數中，至少一方相對於在其他各齒安裝的線圈的匝數的各者為最小。

Description

旋轉電機及直動電動機
本發明係有關在齒安裝線圈的旋轉電機及直動電動機。
習知技術中，已知有種旋轉電機，轉子的極數設為P、定子的槽數設為N、自然數設為n時，令P=2n、N=2n±1、或P=2n、N=2(n±1)，並且設定N不成為相數m的整數倍，藉此，使P與N的最小公倍數成為大的數值，以使所產生的齒槽效應轉矩(cogging torque)降低(參照例如專利文獻1)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特開平04-208039號公報
然而，由於各相的電感值相異，會在電樞反應上產生差異，而有產生轉矩漣波之課題。
本發明係為了解決上述課題而研創，目的在於提供能夠使轉矩漣波減小的旋轉電機及直動電動機。
本發明的旋轉電機係具備定子、及與定子相對向且旋轉自如地設置的轉子；轉子係具有沿旋轉方向亦即周方向排列的屬於2的自然數倍之數的P個磁極；定子係具有定子鐵芯、及線圈，定子鐵芯係含有芯背、及從芯背沿徑方向延伸且沿周方向排列的屬於整數的N個齒，線圈係安裝在齒；齒係安裝有三相的線圈；P及N的最大公因數設為C時，成為N/C=P/C±1且N/C不成為3的倍數之關係；N個齒之中係有安裝有僅一相的線圈之齒、及安裝有複數相的線圈之齒；將安裝有僅一相的線圈之齒且為相鄰的齒安裝有包含同相的線圈之複數相的線圈之齒設為第一齒，將相鄰於第一齒的周方向一方側且安裝有複數相的線圈之齒設為第二齒，將相鄰於第一齒的周方向另一方側且安裝有複數相的線圈之齒設為第三齒時，在第一齒安裝的線圈的匝數係不同於在第二齒安裝的複數個線圈的匝數之合計，且不同於在第三齒安裝的複數個線圈的匝數之合計；在第一齒安裝的線圈的匝數相對於在其他各齒安裝的線圈的匝數之合計的各者為最大，且在第二齒及第三齒安裝的線圈的匝數之合計中，至少一方相對於在其他各齒安裝的線圈的匝數之合計的各者為最小，或者，在第一齒安裝的線圈的匝數相對於在其他各齒安裝的線圈的匝數之合計的各者為最小，且在第二齒及第三齒安裝的線圈的匝 數之合計中，至少一方相對於在其他各齒安裝的線圈的匝數之合計的各者為最大。
依據本發明的旋轉電機，由於能夠縮小各相的電感值之差，因此能夠使轉矩漣波減小。
1‧‧‧定子
2‧‧‧轉子
3‧‧‧動子
1至7‧‧‧齒號
11‧‧‧定子鐵芯
12、32‧‧‧線圈
13‧‧‧絕緣物
14、23‧‧‧永久磁鐵
21‧‧‧軸
22‧‧‧轉子鐵芯
31‧‧‧動子鐵芯
111、311‧‧‧芯背
112、312‧‧‧齒
112a、312a‧‧‧第一齒
112b、312b‧‧‧第二齒
112c、312c‧‧‧第三齒
113‧‧‧槽
121‧‧‧搭接線
131‧‧‧肉薄部
132‧‧‧肉厚部
+U、-U、+V、-V、+W、-W‧‧‧相
A‧‧‧線圈剖面的重心
B‧‧‧定子的中心
C‧‧‧線
D‧‧‧線圈剖面的重心
第1圖係顯示本發明實施形態1的旋轉電機之剖面圖。
第2圖係顯示第1圖中在各齒安裝的線圈的匝數之圖。
第3圖係顯示第1圖中在各齒安裝的線圈的各相的匝數的平方和相較於平均值的偏差量之圖。
第4圖係顯示匝數的平方和相較於平均值的偏差量與電感值之關係的圖表。
第5圖係顯示用以與第1圖的定子比較的定子之剖面圖。
第6圖係顯示第1圖的旋轉電機產生的轉矩波形之圖表。
第7圖係顯示第1圖的旋轉電機的變形例之剖面圖。
第8圖係顯示第7圖中在各齒安裝的線圈的匝數之圖。
第9圖係顯示第7圖中在各齒安裝的線圈的各相的匝數的平方和相較於平均值的偏差量之圖。
第10圖係顯示本發明實施形態2的旋轉電機的定子的線圈的配置之圖。
第11圖係顯示第10圖中在各齒安裝的線圈的匝數之圖。
第12圖係顯示第10圖中在各齒安裝的線圈的各相的匝數的平方和相較於平均值的偏差量之圖。
第13圖係顯示匝數的平方和相較於平均值的偏差量與電感值之關係的圖表。
第14圖係顯示第10圖的旋轉電機產生的轉矩波形之圖表。
第15圖係顯示本發明實施形態3的旋轉電機的定子之剖面圖。
第16圖係顯示第15圖的定子的變形例之剖面圖。
第17圖係顯示本發明實施形態4的旋轉電機的定子之剖面圖。
第18圖係顯示第17圖的定子的變形例之剖面圖。
第19圖係顯示實施形態4的旋轉電機的定子的變形例之剖面圖。
第20圖係顯示第19圖的定子的變形例之剖面圖。
第21圖係顯示本發明實施形態5的旋轉電機的定子的重點之圖。
第22圖係顯示第21圖的定子的另一重點之圖。
第23圖係顯示第21圖的定子的變形例之立體圖。
第24圖係說明本發明實施形態6的旋轉電機的定子 中的線圈的連接之圖。
第25圖係說明第24圖的定子的線圈的連接的變形例之圖。
第26圖係顯示本發明實施形態7的直動電動機之剖面圖。
第27圖係顯示第26圖的直動電動機的變形例之剖面圖。
第28圖係顯示本發明實施形態8的直動電動機之剖面圖。
以下，根據圖式說明本發明各實施形態的旋轉電機。各實施形態中，針對同一或相當之構件、部位係標記同一元件符號來進行說明。另外，本發明不限於以下之記述，在不脫離本發明主旨的範圍內，當能夠適當變形。
實施形態1.
第1圖係顯示本發明實施形態1的旋轉電機之剖面圖。本發明實施形態1的旋轉電機係具備定子1、及相對於定子1沿徑方向相對向設置且旋轉自如的轉子2。本例中，轉子2係相對於定子1配置在徑方向內側。
轉子2係具備：軸21；轉子鐵芯22，係固定於軸21；及六個永久磁鐵23，係固定在轉子鐵芯22，沿旋轉方向亦即周方向排列。轉子鐵芯22係藉由積層複數 片電磁鋼板等的磁性體的芯片而構成。轉子鐵芯22係形成為圓筒形狀。永久磁鐵23係配置在轉子鐵芯22的外周面。六個永久磁鐵23係沿周方向排列配置。
定子1係具備定子鐵芯11、及安裝在定子鐵芯11的複數個線圈12。定子鐵芯11係藉由積層複數片電磁鋼板等的磁性體的芯片而構成。定子鐵芯11係具有圓環狀的芯背111、及從芯背111往徑方向內側延伸的七個齒112。七個齒112係沿周方向排列配置。周方向相鄰的齒112之間係形成有槽113。線圈12係配置於槽113。線圈12係藉由將導線集中捲繞於齒112而構成。
定子1係從未圖示的三相交流電源接受施加電壓。當轉子2的磁極的數目亦即極數設為2的自然數倍之數的P時，則極數P為6、定子1的槽數N為7，極數P及槽數N的最大公因數C為1。此時，成為槽數N/最大公因數C=極數P/最大公因數C±1，且N/C不成為相數3的倍數之關係。藉由如上述的構成，可獲得能夠使齒槽效應轉矩降低之效果。
如上述的旋轉電機中，與槽數N/最大公因數C為相數3的倍數之旋轉電機一樣地將各線圈12的匝數設計成均等時，會於電樞反作用產生失衡而產生轉矩漣波。
第1圖中，為了便於說明，係對各齒112分配齒號。具體而言，第1圖中係對各齒112順時針分配1至7之齒號。七個齒112各者，從1號的齒112起，順 時針依序安裝有+U相的線圈12、-U相及+V相的線圈12、-V相的線圈12、+V相的線圈12、+W相的線圈12、-W相的線圈12、-U相及+W相的線圈12。在此，安裝在各齒112的線圈12的各相的+及-的符號係表示電流流經線圈12時產生的磁通的方向。
1號的齒112係安裝有僅一相的線圈12，並且，與1號的齒112相鄰的2號的齒112及7號的齒112係安裝有包含與設在1號的齒112的線圈12同相的線圈12之複數相的線圈12。將安裝僅一相的線圈12之齒112且為與該齒112相鄰的齒112安裝有包含同相的線圈12之複數相的線圈12之齒112，設為第一齒112a。此外，將相鄰於第一齒112a的周方向一方側且安裝有複數相的線圈12之齒112設為第二齒112b，並且將相鄰於第一齒112a的周方向另一方側且安裝有複數相的線圈12之齒112設為第三齒112c。第1圖中，1號的齒112係第一齒112a，2號的齒112係第二齒112b，7號的齒112係第三齒112c。本發明實施形態1中，係僅第二齒112b及第三齒112c安裝有複數相的線圈12。
第2圖係顯示第1圖中在各齒112安裝的線圈12的匝數之圖。第2圖中，在各齒112安裝的線圈12的匝數係以在第一齒112a安裝的線圈12的匝數為基準進行正規化。如第2圖所示，在第一齒112a安裝的線圈12的匝數係不同於第二齒112b安裝的複數相的各相的線圈12的匝數之合計，且不同於第三齒112c安裝的複數相的 各相的線圈12的匝數之合計。
此外，在第一齒112a安裝的線圈12的匝數係相對於在第一齒112a以外的六個各齒112各者安裝的線圈12各者的匝數之合計為最大。此外，在第二齒112b及第三齒112c安裝的線圈12各者的匝數係相對於在第二齒112b及第三齒112c以外的五個各齒112各者安裝的線圈12各者的匝數之合計為最小。
藉由採用如第2圖所示的匝數，能夠縮小各相的電感值之差，從而能夠減小轉矩漣波，特別是能夠減小電角度180°週期亦即電角度二次的脈動成分。此外，由於能夠提高繞組因數，故感應電壓變大，能夠達成獲得高轉矩之效果。
此外，由於能夠使各相之間的線圈12的匝數之合計的差異降低，故能夠使諸相彼此間的相電阻的差異降低。此外，由於能夠使在各齒112安裝的線圈12的匝數的差異降低，故能夠抑制定子鐵芯11的局部的發熱。
本發明實施形態1中，全部的線圈12係以同一線徑的導線構成。因此，能夠縮短定子1的製造所花費的時間，能夠使定子1的製造性提升。
將i設為1至7的自然數，i號的齒112安裝的U相的線圈12的匝數設為Nui，i號的齒112安裝的V相的線圈12的匝數設為Nvi，i號的齒112安裝的W相的線圈12的匝數設為Nwi。此外，將U相的線圈12的匝數的平方和ΣNui 2、V相的線圈12的匝數的平方和ΣNvi 2 及W相的線圈12的匝數的平方和ΣNwi 2之平均值設為a。
第3圖係顯示第1圖中在各齒112安裝的線圈12的各相的匝數的平方和相較於平均值的偏差量之圖，第4圖係顯示匝數的平方和相較於平均值的偏差量與電感值之關係的圖表。第4圖中，橫軸表示匝數的平方和相較於平均值的偏差量的絕對值的最大值，縱軸表示三相的電感值的最大值與最小值之比，相較於1的偏差量。
通常來說，例如，極數P為10、槽數N為12、相數為3、極數P及槽數N的最大公因數C為2的旋轉電機中，槽數N/最大公因數C為6，為相數3的倍數。因此，各相的齒數係各有四個而彼此相等，故能夠在各齒112安裝相同匝數的線圈12，使各相的電感值相等。結果，電感值的最大值與最小值之比成為1，電感值的最大值與最小值之比，相較於1的偏差量成為0。
第5圖係顯示用以與第1圖的定子1比較的定子1之剖面圖。第5圖中，七個齒112各者安裝有僅一相的線圈12，且全部的線圈12的匝數均等。第4圖的虛線係顯示七個齒112各者安裝有僅一相的線圈12且全部的線圈12的匝數設為均等時的電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量。第4圖的一點鏈線係顯示七個齒112各者安裝有僅一相的線圈12且全部的線圈12的匝數設為均等時的電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量的一半。
當各相的線圈12的匝數的平方和相較於平 均值a的偏差量為24%以下時，電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量，成為各齒112僅安裝一相的線圈12時的電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量以下。此外，當各相的線圈12的匝數的平方和相較於平均值a的偏差量為12%以下時，相較於各齒112僅安裝一相的線圈12的情況，轉矩漣波係能夠減為一半以下。將在各齒112安裝的線圈12的匝數採用如第2圖所示的匝數時，電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量，成為全部的線圈12的匝數均等時的電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量的一半以下。
第6圖係顯示第1圖的旋轉電機產生的轉矩波形之圖表。第6圖的實線係顯示將在各齒112安裝的線圈12的匝數採用如第2圖所示的匝數時的轉矩波形。第6圖的虛線係顯示全部的線圈12的匝數設為均等時的轉矩波形。第6圖中，縱軸表示以平均轉矩進行正規化後的轉矩。如第6圖所示，藉由將線圈12的匝數採用如第2圖所示的匝數，使得電感值的最大值與最小值之比接近1，故能夠使驅動時的轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動成分減小。
另外，上述實施形態1中係針對將在各齒112安裝的線圈12的匝數採用如第2圖所示的匝數之構成進行說明，但只要為在第一齒112a安裝的線圈12的匝數相對於在其他齒112安裝的線圈12各者的匝數之合計為最大，且在第二齒112b及第三齒112c安裝的線圈12各者的 匝數相對於在其他齒112安裝的線圈12各者的匝數之合計為最小之構成，或為在第一齒112a安裝的線圈12的匝數相對於在其他齒112安裝的線圈12各者的匝數之合計為最小，且在第二齒112b及第三齒112c安裝的線圈12各者的匝數相對於在其他齒112安裝的線圈12各者的匝數之合計為最大之構成，則即使為不同的匝數組合仍能夠獲得同樣的效果。
此外，上述實施形態1中係針對將永久磁鐵23貼附在轉子鐵芯22表面之構成進行說明，但亦可為將永久磁鐵23埋設在轉子鐵芯22內部的構成。
此外，上述實施形態1中係針對極數P為6、槽數N為7、相數為3之構成進行說明，但不限於此，極數P、槽數N係亦可為其他數目。第7圖係顯示第1圖的旋轉電機的變形例之剖面圖，第8圖係顯示第7圖中在各齒112安裝的線圈12的匝數之圖，第9圖係顯示第7圖中在各齒112安裝的線圈12的各相的匝數的平方和相較於平均值的偏差量之圖。第8圖中，在各齒112安裝的線圈12的匝數係以在第一齒112a安裝的線圈12的匝數為基準進行正規化。如上述，採用其他槽數N時，亦能夠獲得同樣的效果。第8圖中顯示了在各齒112安裝的線圈12的匝數，但只要為在第一齒112a安裝的線圈12的匝數相對於在其他齒112安裝的線圈12各者的匝數之合計為最大，且在第二齒112b及第三齒112c安裝的線圈12的匝數之合計的各者相對於在其他齒112安裝的線圈12的匝數的各者為最小 之構成，或為在第一齒112a安裝的線圈12的匝數相對於在其他齒112安裝的線圈12的匝數之合計的各者為最小，且在第二齒112b及第三齒112c安裝的線圈12的匝數之合計的各者相對於在其他齒112安裝的線圈12的匝數之合計的各者為最大之構成，則即使為不同的匝數組合仍能夠獲得同樣的效果。
如上述說明，依據本發明實施形態1的旋轉電機，能夠使轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動成分減小。
此外，依據此旋轉電機，能夠使每一相的電感值的差異降低，故能夠使轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動成分減小。
此外，由於全部的線圈12的導線的線徑為同一線徑，因此，能夠縮短製造所花費的時間，能夠使製造性提升。
另外，上述實施形態1中係針對極數P為6、槽數N為7、極數P及槽數N的最大公因數C為1的旋轉電機進行說明，但即使是以上述單位為基本而最大公因數C為2、3等1以外的其他自然數的情形，仍能夠獲得同樣的效果。就最大公因數C為2的情形而言，例如P=12、N=14；就最大公因數C為3的情形而言，例如P=18、N=21。
此外，上述實施形態1中係針對極數P為6的旋轉電機進行說明，但不限於此，極數P若為2、4、6、8等的偶數即可，換言之，只要為2的自然數倍之數即可。 此外，槽數N亦同樣地，若為4、5、7、8、10等的自然數且槽數N/最大公因數C不成為相數3的倍數之數即可。即使是此種情況，仍能夠獲得同樣的效果。
實施形態2.
第10圖係顯示本發明實施形態2的旋轉電機的定子的線圈的配置之圖。第10圖中，為了便於說明，係對各齒112分配齒號。具體而言，第10圖中係對各齒112順時針分配1至7之齒號。七個齒112各者，從1號的齒112起，順時針依序安裝有+U相的線圈12、-U相及+V相的線圈12、+U相及-V相的線圈12、-W相及+V相的線圈12、-V相及+W相的線圈12、+U相及-W相的線圈12、-U相及+W相的線圈12。在此，安裝在各齒112的線圈12的各相之+及-的符號表示電流流經線圈12時產生的磁通的方向。
1號的齒112係安裝有僅一相的線圈12，並且，與1號的齒112相鄰的2號的齒112及7號的齒112係安裝有包含與設在1號的齒112的線圈12同相的線圈12之複數相的線圈12。將安裝僅一相的線圈12之齒112且為與該齒112相鄰的齒112安裝有包含同相的線圈12之複數相的線圈12之齒112，設為第一齒112a。此外，將相鄰於第一齒112a的周方向一方側且安裝有複數相的線圈12之齒112設為第二齒112b，並且將相鄰於第一齒112a的周方向另一方側相鄰且安裝有複數相的線圈12之齒112設為第三齒112c。第10圖中，1號的齒112係第一齒112a， 2號的齒112係第二齒112b，7號的齒112係第三齒112c。本發明實施形態2中係僅第一齒112a安裝有僅一相的線圈12，其他齒112係安裝有複數相的線圈12。
第11圖係顯示第10圖中在各齒112安裝的線圈12的匝數之圖。第11圖中，在各齒112安裝的線圈12的匝數係以在第一齒112a安裝的線圈12的匝數為基準進行正規化。如第11圖所示，在第一齒112a安裝的線圈12的匝數係不同於在第二齒112b安裝的複數個線圈12的匝數之合計，且不同於在第三齒112c安裝的複數個線圈12的匝數之合計。
此外，在第一齒112a安裝的線圈12的匝數相對於在第一齒112a以外的六個各齒112各者安裝的線圈12的匝數之合計的各者為最小。此外，在第二齒112b及第三齒112c安裝的線圈12的匝數之合計的各者相對於在第二齒112b及第三齒112c以外的五個各齒112各者安裝的線圈12的匝數之合計的各者為最大。
藉由採用如第11圖所示的匝數，能夠使各相的電感值彼此相等，從而能夠使轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動成分減小。
此外，由於能夠使各相之間的線圈12的匝數之合計的差異降低，故能夠使諸相彼此間的相電阻的差異降低。此外，由於能夠使在各齒112安裝的線圈12的匝數的差異降低，故能夠抑制定子鐵芯11的局部的發熱。
將i設為1至7的自然數，在i號的齒112 安裝的U相的線圈12的匝數設為Nui，在i號的齒112安裝的V相的線圈12的匝數設為Nvi，在i號的齒112安裝的W相的線圈12的匝數設為Nwi。此外，將U相的線圈12的匝數的平方和ΣNui 2、V相的線圈12的匝數的平方和ΣNvi 2及W相的線圈12的匝數的平方和ΣNwi 2之平均值設為a。
第12圖係顯示第10圖中在各齒112安裝的線圈12的各相的匝數的平方和相較於平均值的偏差量之圖，第13圖係顯示匝數的平方和相較於平均值的偏差量與電感值之關係的圖表。第13圖中，橫軸表示匝數的平方和相較於平均值的偏差量的絕對值的最大值，縱軸表示三相的電感值的最大值與最小值之比，相較於1的偏差量。
通常來說，例如，極數P為10、槽數N為12、極數P及槽數N的最大公因數C為2、相數為3的旋轉電機中，槽數N/最大公因數C為6，為相數3的倍數。因此，各相的齒數係各有四個而彼此相等，故能夠在各齒112安裝相同匝數的線圈12，使各相的電感值相等。結果，電感值的最大值與最小值之比成為1，電感值的最大值與最小值之比，相較於1的偏差量成為0。
第13圖的虛線係顯示七個齒112各者安裝有僅一相的線圈12且全部的線圈12的匝數設為均等時的電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量。第13圖的一點鏈線係顯示七個齒112各者安裝有僅一相的線圈12且全部的線圈12的匝數設為均等時的電感值的最大值 與最小值之比相較於1的偏差量的一半。
當各相的線圈12的匝數的平方和相較於平均值a的偏差量為15%以下時，電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量，成為各齒112僅安裝一相的線圈12時的電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量以下。此外，當各相的線圈12的匝數的平方和相較於平均值a的偏差量為7.5%以下時，相較於各齒112僅安裝一相的線圈12的情況，轉矩漣波係能夠減為一半以下。將在各齒112安裝的線圈12的匝數採用如第11圖所示的匝數時，電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量，成為全部的線圈12的匝數均等時的電感值的最大值與最小值之比相較於1的偏差量的一半以下。
第14圖係顯示第10圖的旋轉電機產生的轉矩波形之圖表。第14圖的實線係顯示將在各齒112安裝的線圈12的匝數採用如第11圖所示的匝數時的轉矩波形。第14圖的虛線係顯示全部的線圈12的匝數設為均等時的轉矩波形。第14圖中，縱軸表示以平均轉矩進行正規化後的轉矩。如第14圖所示，藉由將線圈12的匝數採用如第11圖所示的匝數，使得電感值的最大值與最小值之比接近1，故能夠使驅動時的轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動成分減小。
另外，上述實施形態2中係針對將在各齒112安裝的線圈12的匝數採用如第11圖所示的匝數之構成進行說明，但只要為在第一齒112a安裝的線圈12的匝 數相對於在其他齒112安裝的線圈12的匝數之合計的各者為最大，且在第二齒112b及第三齒112c安裝的線圈12的匝數之合計的各者相對於在其他齒112安裝的線圈12的匝數之合計的各者為最小之構成，或為在第一齒112a安裝的線圈12的匝數相對於在其他齒112安裝的線圈12的匝數之合計的各者為最小，且在第二齒112b及第三齒112c安裝的線圈12的匝數之合計的各者係相對於在其他齒112安裝的線圈12的匝數之合計的各者為最大之構成，則即使為不同的匝數組合仍能夠獲得同樣的效果。
此外，上述實施形態2中係針對槽數N為7、相數為3之構成進行說明，但不限於此，槽數N係亦可為其他數目。
如上述說明，依據本發明實施形態2的旋轉電機，能夠使轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動成分減小。
此外，依據此旋轉電機，能夠使每一相的電感值的差異降低，故能夠使轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動成分減小。
另外，上述實施形態2中係針對極數P為6、槽數N為7、極數P及槽數N的最大公因數C為1的旋轉電機進行說明，但即使是以上述單位為基本而最大公因數C為2、3等1以外的其他自然數的情形，仍能夠獲得同樣的效果。就最大公因數C為2的情形而言，例如P=12、N=14；就最大公因數C為3的情形而言，例如P=18、N=21。
此外，上述實施形態2中係針對極數P為6的旋轉電機進行說明，但不限於此，極數P若為2、4、6、8等的偶數即可，換言之，只要為2的自然數倍之數即可。此外，槽數N亦同樣地，若為4、5、7、8、10等的自然數且槽數N/最大公因數C不成為相數3的倍數之數即可。即使是此種情況，仍能夠獲得同樣的效果。
實施形態3.
第15圖係顯示本發明實施形態3的旋轉電機的定子之剖面圖，第16圖係顯示第15圖的定子的變形例之剖面圖。第15圖中係與實施形態1同樣地僅在第二齒112b及第三齒112c安裝有複數相的線圈12。此外，第16圖中係與實施形態2同樣地僅在第一齒112a安裝有一相的線圈12。
本發明實施形態3的旋轉電機中，構成線圈12的導線之線徑係相應於一個齒的匝數之合計而相異。具體而言，一個齒的匝數之合計較少的齒112係安裝有以線徑較大的導線構成的線圈12。另一方面，一個齒的匝數之合計較多的齒112係安裝有以線徑較小的導線構成的線圈12。其他構成係與實施形態1或實施形態2相同。
線圈12的電阻值係與導線之線徑的平方成反比。因此，導線之線徑愈小，線圈12的電阻值愈大；導線之線徑愈大，線圈12的電阻值愈小。此外，線圈12的電阻值係與線圈12的導線的長度亦即匝數成正比。因此， 匝數愈多，線圈12的電阻值愈大；匝數愈少，線圈12的電阻值愈小。如上述，藉由相應於匝數來選定構成線圈12的導線之線徑，能夠使一個齒112的電阻值的差異降低。藉此，能夠使線圈發熱量的差異降低，從而能夠使熱對策的可行性提高。此外，由於能夠使每一相的電阻值的差異降低，故能夠使轉矩漣波進一步減小。
如上述說明，依據本發明實施形態3的旋轉電機，各線圈12的導線的線徑係至少兩種以上，因此，能夠縮小安裝在齒112的線圈12的電阻值之差，從而能夠抑制線圈12發熱量的差異。結果，能夠使熱對策的可行性提高。
實施形態4.
第17圖係顯示本發明實施形態4的旋轉電機的定子之剖面圖，第18圖係顯示第17圖的定子的變形例之剖面圖。第17圖中係與實施形態1同樣地僅在第二齒112b及第三齒112c安裝有複數相的線圈12。此外，第18圖中係與實施形態2同樣地僅在第一齒112a安裝有一相的線圈12。
安裝在同一齒112的複數相的線圈12係以安裝複數相的線圈12之齒112為中心排列配置於周方向。安裝在同一齒112的複數相的線圈12之中，配置在齒112的近處的線圈12係匝數多，配置在齒112的遠處的線圈12係匝數少。藉此，安裝在同一齒112的複數相的線圈12 之中，能夠使匝數多的線圈12的導線的長度較短，匝數少的線圈12的導線的長度較長。線圈12的電阻值係與線圈12的導線的長度成正比。以垂直於線圈12軸方向的剖面中之重心作為線圈剖面的重心時，線圈12的導線的長度係相關於線圈剖面的重心與齒112的中央之間的距離，故能夠使起因於每一相的線圈12的匝數之合計的差異而造成的電阻值的差異降低。因此，能夠使施加電壓時流通於各相的電流值的差異降低，從而能夠使流通於閉迴路內的循環電流減少。結果，能夠使轉矩漣波減小。其他構成係與實施形態1至實施形態3相同。
第19圖係顯示實施形態4的旋轉電機的定子的變形例之剖面圖，第20圖係顯示第19圖的定子的變形例之剖面圖。第19圖中係與實施形態1同樣地僅在第二齒112b及第三齒112c安裝有複數相的線圈12。此外，第20圖中係與實施形態2同樣地僅在第一齒112a安裝有一相的線圈12。
安裝在同一齒112的複數相的線圈12，係以連結一方線圈12的線圈剖面的重心A與定子1的中心B之線C不會通過另一方線圈12的線圈剖面的重心D之方式分割。線圈12的導線的長度係相關於配置在槽113內的一相份的線圈剖面的重心與齒112的中央之間的距離，故線圈剖面的重心配置在齒112的近處的線圈12係匝數多，線圈剖面的重心配置在齒112的遠處的線圈12係匝數少。藉此，安裝在同一齒112的複數相的線圈12之中，係能夠 使匝數多的線圈12的導線的長度較短，匝數少的線圈12的導線的長度較長。線圈12的電阻值係與線圈12的導線的長度成正比。以垂直於線圈12軸方向的剖面中之重心作為線圈剖面的重心時，線圈12的導線的長度係相關於線圈剖面的重心與齒112的中央之間的距離，故能夠使起因於每一相的線圈12的匝數之合計的差異而造成的電阻值的差異降低。因此，能夠使施加電壓時流通於各相的電流值的差異降低，從而能夠使流通於閉迴路內的循環電流減少。結果，能夠使轉矩漣波減小。
如上述說明，依據本發明實施形態4的旋轉電機，各線圈12的導線的平均長度係至少兩種以上，因此，能夠縮小安裝在一個齒112的複數相的線圈的電阻值之差異量，從而能夠抑制電阻值的差異。結果，能夠使轉矩漣波減小。
實施形態5.
第21圖係顯示本發明實施形態5的旋轉電機的定子的重點之圖，第22圖係顯示第21圖的定子的另一重點之圖。第21圖中顯示從定子1的中心朝徑方向外側觀看在齒112安裝有匝數之合計大的線圈12之定子1的重點之圖，第22圖中顯示從定子1的中心朝徑方向外側觀看在齒112安裝有匝數之合計小的線圈12之定子1的重點之圖。定子1更具備安裝在齒112的絕緣物13。絕緣物13係以樹脂、絕緣紙等構成。線圈12係隔著絕緣物13安裝於齒112。 安裝有匝數之合計小的線圈12之齒112所安裝的絕緣物13係相較於安裝有匝數之合計大的線圈12之齒112所安裝的絕緣物13，定子1的軸方向的尺寸較大。安裝有匝數之合計小的線圈12之齒112所安裝的絕緣物13係相較於與安裝有匝數之合計大的線圈12之齒112所安裝的絕緣物13相同者，藉由安裝間隔材而構成。安裝有匝數之合計小的線圈12之齒112所安裝的絕緣物13亦可藉由與間隔材一體成型而構成。
相較於將安裝有匝數之合計大的線圈12之齒112所安裝的絕緣物13安裝到安裝有匝數之合計小的線圈12之齒112的情況，匝數之合計小的線圈12的導線的長度將變得更長。藉此，能夠使匝數之合計小的線圈12與匝數之合計大的線圈12之間的電阻值的差異降低。結果，能夠使一個齒112的發熱量的差異降低，從而能夠使熱對策的可行性提高。其他構成係與實施形態1至實施形態4相同。
第23圖係顯示第21圖的定子的變形例之立體圖。第23圖中並未顯示出線圈12。此外，第23圖中顯示安裝複數相的線圈12之齒112。絕緣物13係具備：肉薄部131，係設在徑方向內側部分；及肉厚部132，係設在徑方向外側部分。肉厚部132相較於肉薄部131，軸方向的尺寸較大。藉此，絕緣物13的軸方向的尺寸係徑方向外側部分比徑方向內側部分大。
肉厚部132係安裝有匝數之合計小的線圈 12。肉薄部131係安裝有匝數之合計大的線圈12。藉由如上述的構成，能夠使起因於每一相的匝數之合計的差異而造成的電阻值的差異降低。結果，能夠使轉矩漣波減小。
另外，上述實施形態中係針對將肉薄部131設在絕緣物之徑方向內側部分，將肉厚部132設在絕緣物徑方向外側部分之構成進行說明，但亦可為將肉薄部131設在絕緣物徑方向外側部分，將肉厚部132設在絕緣物徑方向內側部分之構成。
如上述說明，依據本發明實施形態5的旋轉電機，更具備設在齒112的軸方向端部的間隔材，因此，可降低線圈12的導線的長度的差異而抑制每一相的電阻值的差異。結果，能夠使轉矩漣波減小。
實施形態6.
第24圖係說明本發明實施形態6的旋轉電機的定子中的線圈的連接之圖。第24圖中係僅在第二齒112b及第三齒112c安裝有複數相的線圈12。第24圖中，關於安裝在一個齒112的複數相的線圈12，為了便於說明，係將複數個線圈沿周方向個別地排列且分配相同的齒號。
如第24圖所示，U相的線圈12係配置在7號的齒112、1號的齒112及2號的齒112，藉由設置在各個線圈12之間的搭接線121而連續地串聯連接。V相的線圈12係配置在2號的齒112、3號的齒112及4號的齒112，藉由設置在各個線圈12之間的搭接線121而連續地串聯連 接。W相的線圈12係配置在5號的齒112、6號的齒112及7號的齒112，藉由設置在各個線圈12之間的搭接線121而連續地串聯連接。其他構成係與實施形態1至實施形態5相同。
第25圖係說明第24圖的定子的線圈12的連接的變形例之圖。第25圖中係僅在第一齒112a安裝有一相的線圈12。U相的線圈12係配置在6號的齒112、7號的齒112、1號的齒112、2號的齒112及3號的齒112，藉由設置在各個線圈12之間的搭接線121而連續地串聯連接。V相的線圈12係配置在2號的齒112、3號的齒112、4號的齒112及5號的齒112，藉由設置在各個線圈12之間的搭接線121而連續地串聯連接。W相的線圈12係配置在4號的齒112、5號的齒112、6號的齒112及7號的齒112，藉由設置在各個線圈12之間的搭接線121而連續地串聯連接。
連接於同一個串聯迴路的同相的線圈12係在軸方向一方側連接。藉此，搭接線121未配置在接線側。結果，線圈12的接線作業變得容易，能夠使工作性提升。此外，由於能夠將連接在同一個串聯迴路上的線圈12之中的偶數個線圈12的匝數採用Nt±0.5(Nt為自然數)，故能夠使用以減少驅動時的轉矩漣波的2f成分的設計的自由度提升。
如上述說明，依據本發明實施形態6的旋轉電機，周方向相鄰的同相的線圈12係藉由設在線圈12 之間的搭接線121而連接，因此，線圈12的接線作業變得容易，能夠使工作性提升。
此外，搭接線121係配置在齒112的軸方向一方側，因此，安裝線圈12的作業變得容易，能夠使工作性提升，此外，能夠使設計的自由度提升。
實施形態7.
第26圖係顯示本發明實施形態7的直動電動機之剖面圖。本發明實施形態7的直動電動機係永久磁鐵式線性電動機。直動電動機係具備定子1、及相對於定子1相對向設置且能夠相對於定子1相對移動的動子3。本例中，定子1為場磁鐵、動子3為電樞。
定子1係沿動子3的行進方向延伸配置。動子3係構成為能夠沿定子1的長邊方向相對於定子1移動。定子1係具備定子鐵芯11、及設在定子鐵芯11的複數個永久磁鐵14。複數個永久磁鐵14係沿定子1的長邊方向排列配置。動子3係具備動子鐵芯31、及安裝在動子鐵芯31的複數個線圈32。實施形態7的直動電動機中係動子3具備線圈32，定子1具備永久磁鐵14，但動作原理係與實施形態1的旋轉電機相同。
動子鐵芯31係具有沿定子1的長邊方向延伸配置的芯背311、及從芯背311朝定子1延伸的七個齒312。七個齒312係沿定子1的長邊方向排列配置。
第26圖中，為了便於說明，係對各齒312 分配齒號。具體而言，第26圖中係對各齒312從左端往右端分配5、6、7、1、2、3、4之齒號。在此，1號的齒312為第一齒312a、2號的齒312為第二齒312b、7號的齒312為第三齒312c。藉由採用如上述的構成，動子3係於行進方向以第一齒312a為中心形成為磁對稱，故可獲得能夠使轉矩漣波減小之效果。安裝在各齒312的線圈32的匝數係參照第2圖，藉此，能夠使每一相的電感值的差異降低。因此，能夠使轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動減小。其他構成係與實施形態1至實施形態6相同。
另外，上述實施形態7中係針對齒312的數目為7之構成進行說明，但不限於此，齒312的數目係亦可為其他數目。第27圖係顯示第26圖的直動電動機的變形例之剖面圖。第27圖中，齒312的數目為5。第27圖中係對各齒312從左端往右端分配4、5、1、2、3之齒號。在此，1號的齒312為第一齒312a、2號的齒312為第二齒312b、5號的齒312為第三齒312c。藉由採用如上述的構成，動子3形成為磁對稱，故可獲得能夠使轉矩漣波減小之效果。安裝在各齒312的線圈32的匝數係參照第8圖，藉此，能夠使每一相的電感值的差異降低。因此，能夠使轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動減小。
此外，第26圖及第27圖所示的直動電動機中係針對動子3為電樞，定子1為場磁鐵的直動電動機 進行說明。相對於此，亦可為動子3為場磁鐵，定子1為電樞的直動電動機。
實施形態8.
第28圖係顯示本發明實施形態8的直動電動機之剖面圖。本發明實施形態8的直動電動機係永久磁鐵式線性電動機。直動電動機係具備定子1、及相對於定子1相對向設置且能夠相對於定子1移動的動子3。定子1係沿動子3的行進方向延伸配置。動子3係構成為能夠沿定子1的長邊方向相對於定子1相對移動。定子1係具備定子鐵芯11、及設在定子鐵芯11的複數個永久磁鐵14。複數個永久磁鐵14係沿定子1的長邊方向排列配置。動子3係具備動子鐵芯31、及安裝在動子鐵芯31的複數個線圈32。實施形態8的直動電動機中係動子3具備線圈32，定子1具備永久磁鐵14，但動作原理係與實施形態1的旋轉電機相同。
動子鐵芯31係具有沿定子1的長邊方向延伸配置的芯背311、及從芯背311朝定子1延伸的七個齒312。七個齒312係沿定子1的長邊方向排列配置。
第28圖中，為了便於說明，係對各齒312分配齒號。具體而言，第28圖中係對各齒312從左端往右端分配5、6、7、1、2、3、4之齒號。在此，1號的齒312為第一齒312a、2號的齒312為第二齒312b、7號的齒312為第三齒312c。藉由採用如上述的構成，動子3係於行進 方向以第一齒312a為中心形成為磁對稱，故可獲得能夠使轉矩漣波減小之效果。安裝在各齒312的線圈32的匝數係參照第11圖，藉此，能夠使每一相的電感值的差異降低。因此，能夠使轉矩漣波減小，特別是能夠使電角度180°週期亦即電角度二次的脈動減小。其他構成係與實施形態1至實施形態6相同。
另外，第28圖所示的直動電動機中係針對動子3為電樞，定子1為場磁鐵的直動電動機進行說明。相對於此，亦可為動子3為場磁鐵，定子1為電樞的直動電動機。

Claims (15)

  1. 一種旋轉電機，係具備定子、及與前述定子相對向且旋轉自地設置的轉子；前述轉子係具有沿旋轉方向亦即周方向排列的屬於2的自然數倍之數的P個磁極；前述定子係具有定子鐵芯、及線圈，前述定子鐵芯係含有芯背、及從前述芯背沿徑方向延伸且沿周方向排列的屬於整數的N個齒，前述線圈係安裝在前述齒；前述齒係安裝有三相的前述線圈；前述P及前述N的最大公因數設為C時，成為N/C=P/C±1且N/C不成為3的倍數之關係；前述N個前述齒之中係有安裝有僅一相的前述線圈之前述齒、及安裝有複數相的前述線圈之前述齒；將安裝有僅一相的前述線圈之前述齒且為相鄰的前述齒安裝有包含同相的前述線圈之複數相的前述線圈之前述齒設為第一齒，將相鄰於前述第一齒的周方向一方側且安裝有複數相的前述線圈之前述齒設為第二齒，將相鄰於前述第一齒的周方向另一方側且安裝有複數相的前述線圈之前述齒設為第三齒時，在前述第一齒安裝的前述線圈的匝數係不同於在前述第二齒安裝的複數個前述線圈的匝數之合計，且不同於在前述第三齒安裝的複數個前述線圈的匝數之合計；在前述第一齒安裝的前述線圈的匝數相對於在其他各前述齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者為最大，且於前述第二齒及前述第三齒安裝的前述線圈的匝數之合計中，至少一方相對於在其他各前述齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者為最小，或者，在前述第一齒安裝的前述線圈的匝數相對於在其他各前述齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者為最小，且在前述第二齒及前述第三齒安裝的前述線圈的匝數之合計中，至少一方相對於在其他各前述齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者為最大。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉電機，其中，僅在前述第二齒及前述第三齒安裝有複數相的前述線圈。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉電機，其中，僅在前述第一齒安裝有僅一相的前述線圈。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之旋轉電機，其中，對於前述N個前述齒，沿周方向依序分配1至前述N之號碼，將在屬於整數的i號的前述齒安裝的屬於1至3之整數的j相的前述線圈的匝數設為屬於整數的Wji時，將每一相的平方和之平均值a設為：將各相的匝數的平方和bj設為：則前述bj相較於前述a的偏差量的絕對值的最大值為24%以下。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之旋轉電機，其中，對於前述N個前述齒沿周方向依序分配1至前述N之號碼，將在屬於整數的i號的前述齒安裝的屬於1至3之整數的j相的前述線圈的匝數設為屬於整數的Wji時，將每一相的平方和之平均值a設為：將各相的匝數的平方和bj設為：則前述bj相較於前述a的偏差量的絕對值的最大值為15%以下。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之旋轉電機，其中，全部的前述線圈的導線的線徑為同一線徑。
  7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之旋轉電機，其中，各前述線圈的導線的線徑係至少兩種以上。
  8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之旋轉電機，其中，各前述線圈的導線的平均長度係至少兩種以上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之旋轉電機，更具備設在前述齒的軸方向端部的間隔材。
  10. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之旋轉電機，其中，在周方向相鄰的同相的前述線圈係藉由設在前述線圈之間的搭接線而連接。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之旋轉電機，其中，前述搭接線係配置在前述齒的軸方向一方側。
  12. 一種旋轉電機，係具備定子、及與前述定子相對向且旋轉自如地設置的轉子；前述定子係具有定子鐵芯、及線圈，前述定子鐵芯係含有芯背、及從前述芯背沿徑方向延伸且沿周方向排列的複數個齒，前述線圈係安裝在前述齒；複數個前述齒之中係有安裝有僅一相的前述線圈之前述齒、及安裝有複數相的前述線圈之前述齒；將安裝有僅一相的前述線圈之前述齒且為相鄰的前述齒安裝有包含同相的前述線圈之複數相的前述線圈之前述齒設為第一齒，將相鄰於前述第一齒的周方向一方側且安裝有複數相的前述線圈之前述齒設為第二齒，將相鄰於前述第一齒的周方向另一方側且安裝有複數相的前述線圈之前述齒設為第三齒時，在前述第一齒安裝的前述線圈的匝數相對於在其他各前述齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者為最大；在前述第二齒安裝的前述線圈的匝數之合計及在前述第三齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者相對於在其他各前述齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者為最小。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之旋轉電機，其中，前述在第一齒安裝的前述線圈的匝數係不同於在前述第二齒安裝的前述線圈的匝數之合計。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項所述之旋轉電機，其中，在前述第一齒安裝的前述線圈的匝數係不同於在前述第三齒安裝的前述線圈的匝數之合計。
  15. 一種直動電動機，係具備電樞、及相對於前述電樞相對向設置且相對於前述電樞沿行進方向相對地移動的場磁鐵；前述電樞係具有包含複數個齒的電樞鐵芯、及安裝在前述齒的線圈；複數個前述齒之中係有安裝有僅一相的前述線圈之前述齒、及安裝有複數相的前述線圈之前述齒；將安裝有僅一相的前述線圈之前述齒且為相鄰的前述齒安裝有包含同相的前述線圈之複數相的前述線圈之前述齒設為第一齒，將相鄰於前述第一齒的行進方向一方側且安裝有複數相的前述線圈之前述齒設為第二齒，將相鄰於前述第一齒的行進方向另一方側且安裝有複數相的前述線圈之前述齒設為第三齒時，在前述第一齒安裝的前述線圈的匝數相對於在其他各前述齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者為最大；在前述第二齒安裝的前述線圈的匝數之合計及在前述第三齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者相對於在其他各前述齒安裝的前述線圈的匝數之合計的各者為最小。
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