三相電磁電的製造方法

2023-06-12 17:16:06 3

三相電磁電的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種三相電磁電機，通過使線圈數最少化，消減線圈成本及接線成本，實現電機的高效率化。三相電磁電機(100)具備：定子(1)，其在形成於定子鐵芯(10)的槽口(11、11)間的磁極(13)上卷裝線圈(20)而形成；轉子(2)，其配置於定子(1)內，具有永磁體(50)。三相電磁電機(100)由8n極6n槽口(n為自然數)構成。在定子鐵芯(10)的多個磁極(13)中的每隔一個的磁極(13)上，卷裝有3n個線圈。
【專利說明】三相電磁電機

【技術領域】
[0001]本發明涉及對形成於定子鐵芯的槽口間的磁極的線圈構造進行了改良的三相電磁電機。

【背景技術】
[0002]作為電磁電機，例如，可舉出無刷電動機及PM型電動機(Permanent MagnetMotor)。電磁電機使用三相電源的情況下，通常，在定子鐵芯的磁極上依次配置u相、V相、w相線圈，因此線圈數必須為3的倍數。
[0003]為了使三相電磁電機的線圈成本及接線成本最小，使線圈數為最少的3。將線圈數設定為3並進行集中卷繞的情況下，2極3槽口和4極3槽口成為通常的極數和槽口數的組合。但是，當永磁體的極數少時，齒槽轉矩的增大會成為問題。
[0004]目前，已提出種種有關電磁電機的線圈構造的技術。例如，公開了一種在放入了線圈的磁極之間配置未放入線圈的輔助磁極的電動機(參照專利文獻I)。根據專利文獻I的技術，通過降低製造成本、增加磁體利用率而實現電動機的高效率化。
[0005]另外，公開了一種將線圈跳過I磁極而配置，且將放入了線圈的磁極寬度設定為比未放入線圈的磁極寬度大的電動機(參照專利文獻2)。根據專利文獻2的技術，能夠提高鄰接的異相的線圈間的絕緣性能，且降低線圈成本。
[0006]另外，公開了一種以2磁極連續的方式配置線圈，在第3磁極上配置未放入線圈的磁極的電動機(參照專利文獻3)。根據專利文獻3的技術，能夠實現線圈成本的降低和電動機的高效率化。
[0007]專利文獻1:(日本)實開昭59 - 90279號公報
[0008]專利文獻2:專利第4363132號公報
[0009]專利文獻3:(日本)特開2004 — 304928號公報
[0010]但是，因為專利文獻I的電動機為6極8槽口，所以與三相電源不對應。專利文獻2的電動機為10極12槽口，專利文獻3的電動機為8極9槽口，因此對應三相電源。
[0011]如上所述，在三相電磁電機中，若採用2極3槽口或4極3槽口通常的極數和槽口數的組合，齒槽轉矩的增大會成為問題。
[0012]因此，為了防止齒槽轉矩的增大，多選擇8極6槽口或8極9槽口、10極12槽口等組合。即，線圈數消減帶來的成本降低與齒槽轉矩的減小成相反的關係。
[0013]但是，還可考慮使極數比槽口數極端地增多的組合。例如，8極3槽口或10極3槽口等。但是，這種情況下，齒槽轉矩雖然減小，但是在極間產生永磁體的磁通的短路，伴隨轉矩降低，電動機效率明顯下降，因此幾乎不被採用。
[0014]於是，要求線圈數的最少化(3線圈)帶來的線圈成本及接線成本的消減和可以實現電動機的高效率化的技術的開發。


【發明內容】

[0015]本發明是鑑於上述情況而完成的，目的在於提供一種通過對於三相電源的線圈數的最少化，能夠消減線圈成本及接線成本，從而可以實現電動機的高效率化的三相電磁電機。
[0016]用於達成上述目的的本發明的三相電磁電機，具備定子，其在形成於定子鐵芯的槽口間的磁極上卷裝線圈而形成；轉子，其配置於該定子內，且具有永磁體。
[0017]上述三相電磁電機由8η極6η槽口(η為自然數)構成。在上述定子鐵芯的多個磁極中的每隔一個的磁極上卷裝有3η個線圈。
[0018]發明效果
[0019]本發明的三相電磁電機為8η極6η槽口(η為自然數)，在定子鐵芯的多個磁極中的每隔一個的磁極上卷裝有3η個線圈。因此，對於三相電源，線圈數最少。
[0020]因此，根據本發明的三相電磁電機，通過對於三相電源的線圈數的最少化，能夠消減線圈成本及接線成本，從而可以實現電動機的高效率化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是第I實施方式的三相電磁電機的概略圖；
[0022]圖2是第I實施方式的三相電磁電機的定子鐵芯的概略圖；
[0023]圖3是現有三相電磁電機的線圈構造的概略圖；
[0024]圖4是第2實施方式的三相電磁電機的概略圖；
[0025]圖5是第2實施方式的三相電磁電機的定子鐵芯的概略圖；
[0026]圖6是第3實施方式的三相電磁電機的概略圖；
[0027]圖7是第3實施方式的三相電磁電機的定子鐵芯的概略圖。
[0028]符號說明
[0029]1、201、301 定子
[0030]2 轉子
[0031]10,210,310 定子鐵芯
[0032]11 槽口
[0033]13、213、313 磁極
[0034]213a 磁極寬度小的磁極
[0035]213b 磁極寬度大的磁極
[0036]313a 內徑側擴寬的磁極
[0037]313b 內徑側縮窄的磁極
[0038]20 線圈
[0039]40 永磁體
[0040]100 三相電磁電機

【具體實施方式】
[0041]下面，參照附圖，對第I?第3實施方式的三相電磁電機進行說明。
[0042]第I?第3實施方式的三相電磁電機為8n極6n槽口(η為自然數)，在定子鐵芯的多個磁極中的每隔一個的磁極上卷裝有3η個線圈。
[0043]因此，根據第I?第3實施方式，通過對三相電源的線圈數的最少化，可以消減線圈成本及接線成本，從而可以實現高效率的三相電磁電機。
[0044]第I實施方式
[0045]三相電磁電機的結構
[0046]首先，參照圖1及圖2，對第I實施方式的三相電磁電機的結構進行說明。圖1是第I實施方式的三相電磁電機的概略圖。圖2是第I實施方式的三相電磁電機的定子鐵芯的概略圖。
[0047]本實施方式的三相電磁電機由8η極6η槽口(η為自然數)構成。圖1中例示的三相電磁電機100為SPM(Surface Permanent Magnet Motor)型的三相交流伺服電機，為η = I的8極6槽口的結構。
[0048]如圖1及圖2所示，本實施方式的三相電磁電機100具備定子I和配置於該定子I內的轉子2。
[0049]定子I具有定子鐵芯10及線圈20。
[0050]定子鐵芯10為厚壁筒體狀的金屬部件。定子鐵芯10的內周面呈圓形狀，外周面呈矩形狀。本實施方式的定子鐵芯10是將薄板層疊而成的堆棧結構，但也可以是單體結構或壓粉鐵心。
[0051]在定子鐵芯10的內周側，按照面對轉子2的方式以放射線狀劃分形成有作為用於收納線圈20的空間的多個槽口 11。
[0052]各槽口 11在齒12、12彼此之間劃分形成。各齒12的基端部成為線圈20卷繞的磁極13。
[0053]作為定子鐵芯10的構成材料，例如，可使用矽鋼片，但不限定於例示的材料。
[0054]如圖1及圖2所示,線圈20經由未圖示的電絕緣性能部件配置於槽口 11內。線圈20沿圓周方向均等配置，在排列成放射線狀的多個磁極13中，卷裝在每隔一個的磁極13上。即，為6槽口的情況下，磁極13的數為6磁極，但因為是在每隔一個的磁極13上卷裝線圈20，所以線圈數為3。因此，槽口 11的數和線圈20的數並不對應。
[0055]為三相電源的情況下，依次配置u相、V相、w相的線圈20。本實施方式的線圈數為3，因此相對於三相電源，線圈數最小化。
[0056]參照圖1時，轉子2設於軸3的周圍，具備轉子鐵芯30及永磁體40。軸3為轉子2的旋轉中心。
[0057]轉子鐵芯30是設於軸3的周圍的大致厚壁圓筒體狀的金屬部件。本實施方式的轉子鐵芯30是將薄板層疊而成的堆棧結構，但也可以是單體結構或壓粉鐵心。
[0058]作為轉子鐵芯30的構成材料，例如，使用矽鋼片，但不限定於例示的材料。
[0059]本實施方式的永磁體40在轉子鐵芯30的外周面配設有多個。因此，永磁體40的斷面形狀呈圓弧狀。本實施方式的三相電磁電機100為SPM型的8極結構，因此，8個永磁體40沿轉子鐵芯30的外周面的圓周方向均等配置。
[0060]作為永磁體，例如，可舉出釹磁鐵等稀土類磁鐵，但不限定於例示的材質。
[0061]三相電磁電機的作用
[0062]接著，參照圖1?圖3，對第I實施方式的三相電磁電機的作用進行說明。
[0063]在第I實施方式的三相電磁電機中，定子I按照包圍轉子2的方式設置。定子鐵芯10具有面對轉子2排列成放射線狀的多個線圈20。
[0064]本實施方式的線圈20沿定子鐵芯10的圓周方向均等配置，在排列成放射線狀的多個磁極13上，卷裝在每隔一個的磁極13上。具體地說，本實施方式的槽口數為6槽口，所以，磁極13的數為6磁極。由於是在這6個磁極13中的每隔一個的磁極13上卷裝線圈20，因此線圈數為3。
[0065]為三相電源的情況下，通常依次配置有u相、V相、w相線圈20。本實施方式的線圈數為3，所以，相對於三相電源，線圈數最小化。
[0066]在此，參照圖3進行與現有三相電磁電機的線圈構造的比較。圖3是現有三相電磁電機的線圈構造的概略圖。
[0067]如圖3所示，現有三相電磁電機是在6槽口的定子I中，在定子鐵芯10的各磁極13上卷裝有線圈20。因此，相對於6個磁極13，線圈數為6。在現有三相電磁電機的線圈構造中，由於線圈數為6，因此線圈成本及接線成本雙方都增大。
[0068]即，根據第I實施方式的三相電磁電機100，通過相對於三相電源的線圈數的最少化，能夠消減線圈成本及接線成本。
[0069]另外,第I實施方式的三相電磁電機100,由於轉子2具有8極的永磁體40,因此能夠防止齒槽轉矩的增大，可以實現電動機的高效率化。
[0070]第2實施方式
[0071]接著，參照圖4及圖5對第2實施方式的三相電磁電機進行說明。圖4是第2實施方式的三相電磁電機的概略圖。圖5是第2實施方式的三相電磁電機的定子鐵芯的概略圖。另外，對於與第I實施方式相同的構成部件附帶相同的符號，並適當省略說明。
[0072]圖4所例不的三相電磁電機200與第I實施方式同樣，為8極6槽口的三相交流伺服電機，具備定子201和轉子2。
[0073]如圖4及圖5所示，第2實施方式的三相電磁電機中，定子鐵芯210的磁極的構造與第I實施方式不同。
[0074]S卩，第2實施方式的三相電磁電機200沿定子鐵芯210的圓周方向均等配置，對於排列成放射線狀的6個磁極213，磁極寬度交替不同。
[0075]在第2實施方式的定子鐵芯210中，沿該定子鐵芯210的圓周方向交替排列有磁極寬度小的磁極213a和磁極寬度大的磁極213b。在磁極寬度小的磁極213a上卷裝有線圈20。因此，線圈數為3，相對於三相電源，線圈數最小化。通過對於三相電源的線圈數的最少化，能夠消減線圈成本及接線成本。
[0076]另外,第2實施方式的三相電磁電機200與第I實施方式同樣,轉子2具有8極永磁體40、因此能夠防止齒槽轉矩的增大，抑制轉矩降低。
[0077]此外，由於是在磁極寬度小的磁極213a上卷裝線圈20，所以能夠擴大線圈空間，提高電動機效率。
[0078]第2實施方式的三相電磁電機基本上具有與第I實施方式同樣的作用效果。尤其是第2實施方式的三相電磁電機,沿定子鐵芯210的圓周方向交替排列著磁極寬度小的磁極213a和磁極寬度大的磁極213b，在磁極寬度小的磁極213a上卷裝有線圈20。
[0079]因此，根據第2實施方式的三相電磁電機，可獲得如下有利的效果，S卩，能夠在線圈成本及接線成本減小的同時，抑制轉矩降低，並且擴大線圈空間，提高電動機效率。
[0080]第3實施方式
[0081]接著，參照圖6及圖7，對第3實施方式的三相電磁電機進行說明。圖6是第3實施方式的三相電磁電機的概略圖。圖7是第3實施方式的三相電磁電機的定子鐵芯的概略圖。另外，對於與第I實施方式相同的構成部件，附帶相同的符號，適當省略其說明。
[0082]圖6所例不的三相電磁電機200與第I實施方式及第2實施方式同樣，為8極6槽口的三相交流伺服電機，具備定子301和轉子2。
[0083]如圖6及圖7所示，第3實施方式的三相電磁電機中，定子鐵芯310的磁極的構造與第I實施方式及第2實施方式不同。
[0084]S卩，第3實施方式的三相電磁電機300中，關於沿定子鐵芯310的圓周方向均等配置且排列成放射線狀的6個磁極313，磁極形狀交替不同。
[0085]在第3實施方式的定子鐵芯310上，沿該定子鐵芯310的圓周方向交替排列有內徑側擴寬的磁極313a和內徑側縮窄的磁極303b。磁極313a按照呈大致梯形的方式，內徑側逐漸擴寬。磁極303b按照呈大致倒梯形的方式，內徑側逐漸縮窄。
[0086]在內徑側逐漸擴寬的磁極313a上卷裝線圈20。因此，線圈數為3，相對於三相電源，線圈數最小化。通過相對於三相電源的線圈數的最少化，能夠消減線圈成本及接線成本。
[0087]另外，第3實施方式的三相電磁電機200與第I實施方式及第2實施方式同樣，轉子2具有8極的永磁體40，因此，可以防止齒槽轉矩的增大，抑制轉矩降低。
[0088]另外，因為是在內徑側逐漸擴寬的磁極313a上卷裝有線圈20，所以可以有效地利用永磁體40的磁通，可以進一步實現電動機的高效率化。
[0089]第3實施方式的三相電磁電機可獲得基本上與第I實施方式同樣的作用效果。尤其是第3實施方式的三相電磁電機，沿定子鐵芯310的圓周方向交替排列有內徑側逐漸擴寬的磁極313a和內徑側逐漸縮窄的磁極303b，在內徑側逐漸擴寬的磁極313a上卷裝有線圈20。
[0090]因此，根據第3實施方式的三相電磁電機，可獲得如下有利的效果，S卩，在線圈成本及接線成本減少的同時，抑制了轉矩降低，並且可以有效地利用永磁體40的磁通，可以進一步實現電動機的聞效率化。
[0091]以上對本發明的最佳實施方式進行了說明，但這些實施方式是用於說明本發明的例示，不是將本發明的範圍僅限定於這些實施方式的意思。本發明在不脫離其要旨的範圍，能夠以與上述實施方式不同的各種方式實施。
[0092]例如，在上述實施方式中，以SPM型的三相電磁電機為例進行了說明，本發明還可以應用於IPM(Internal Permanent Magnet Motor)型的三相電磁電機。
[0093]另外，在上述實施方式中，對伺服電機進行了說明，但還可以應用於步進電機。
[0094]另外，在8n極6n槽口(η為自然數)的三相電磁電機中，在η = 2以上的情況下，為了使線圈數及接線數最小化，優選將各U相組、V相組、W相組的線圈20經由跨線連續卷繞。η = 2以上的情況下，線圈數為3η，通過將各u相組、V相組、w相組的線圈20經由跨線連續卷繞，可以使線圈數成為3，從而可以最小化。
【權利要求】
1.一種三相電磁電機，其特徵在於具備: 定子，在形成於定子鐵芯的槽口間的磁極上卷裝線圈而形成； 轉子，其配置於該定子內且具有永磁體， 所述三相電磁電機由8η極6η槽口構成，在所述定子鐵芯的多個磁極中的每隔一個磁極上卷裝有3η個線圈，其中η為自然數。
2.如權利要求1所述的三相電磁電機，其特徵在於，所述三相電磁電機為由所述η= 1的8極6槽口構成的電機，在所述定子鐵芯的所述磁極的每隔一個磁極上卷裝有3個線圈。
3.如權利要求1所述的三相電磁電機，其特徵在於，在η= 2以上的情況下，將各u相組、ν相組、w相組的線圈經由跨線進行連續卷繞。
4.如權利要求1?3中任一項所述的三相電磁電機，其特徵在於，所述定子鐵芯的多個磁極的磁極寬度交替不同，且在窄的磁極寬度的磁極上卷裝有線圈。
5.如權利要求1?3中任一項所述的三相電磁電機,其特徵在於,所述定子鐵芯的多個磁極是將所述定子鐵芯的內徑側擴寬的磁極和內徑側縮窄的磁極交替地配置，在所述內徑側擴寬的磁極上卷裝有線圈。
【文檔編號】H02K21/16GK104426315SQ201410443400
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2013年9月4日
【發明者】宮下利仁, 堀內學 申請人:山洋電氣株式會社