旋转电机的制作方法

1.本发明涉及旋转电机。


背景技术：

2.作为本技术领域的背景技术，例如有专利文献1。该专利文献1记载了一种无刷电动机，该无刷电动机由转子和定子构成，所述转子的外周沿周向配置有多对永磁体极，所述定子的内周沿周向配置有多个齿，该多个齿由向内径侧突出的脚部和该脚部的突出前端的爪部构成。该无刷电机的齿由卷绕线圈的主极齿和未卷绕线圈的辅助极齿构成，主极齿的脚部构成为铁损低于辅助极齿。
3.记载了通过上述结构解决了以下问题的情况，即：“当将线圈卷绕在圆周方向上的所有齿上时，卷绕在不同齿上的线圈分别相邻地配置在一个槽内，若考虑到这些线圈彼此间的绝缘性、绕组的卷绕作业等，则必须降低槽内的绕组的体积占有率，在形成高输出、高转矩的无刷电动机时，这样的结构存在问题。”现有技术文献专利文献
4.专利文献1：日本专利特开2006-340511号公报


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
5.低速且要求较大转矩的电动机往往会增大旋转半径。当要求更紧凑的尺寸时，由于电动机中通过抑制线圈端部的增大而变薄，因此容易选择集中绕组。此外，为了提高集中绕组电动机的绕组系数，减小齿槽转矩，采用每极每相槽数q为0.5以下分数的分数槽绕组结构。
6.集中绕组电动机的分数槽绕组结构与槽数与极数之比为3：2的一般组合结构相比，转矩容易变大，但槽数相对于极数变多，因此制造工时与线圈数量成正比地增加会成为问题。
7.当通过专利文献1的结构来解决该问题时，对于特定分数槽绕组结构的电动机，会发生以下问题。
8.例如，图4是将一般的三相6槽8极的电动机沿与轴向正交的方向切断的剖视图。图4中的字母和符号表示各相(u相、v相、w相)和绕组的卷绕方向，相邻的齿401都是不同的相，电枢绕组402都沿相同的方向卷绕。八个永磁体403配置在转子中。在图4所示的结构中，如专利文献1所记载的那样，无法将相邻的同相绕组中的任一个作为辅助极来交替地进行配置。
9.另外，图5是将一般的三相9槽8极的电动机沿与轴向正交的方向切断的剖视图。如图5所示，各相(u相、v相、w相)的绕组相邻并在三个齿401a、401b、401c上连续。在图5所示的结构中，如专利文献1所记载的那样，当主极和辅助极以同相交替配置时，由于两个辅助极
沿周向连续，因此在某一相的辅助极与另一相的辅助极之间会产生无用的空间。
10.本发明的目的是提供一种旋转电机，在将辅助极应用到分数槽绕组结构的状态下，能够在保持输出的同时减少主极齿的总数。用于解决技术问题的技术手段
11.为了达到上述目的，本发明的旋转电机包括定子、以及与所述定子相对的转子，所述旋转电机的特征在于，所述转子由筒状的转子芯体、以及沿所述转子芯体的圆周被配置成交替朝向的多个永磁体构成，所述定子由筒状的定子磁轭、从所述定子磁轭向所述转子延伸的多个齿、以及形成在多个所述齿之间的多个槽构成，在所述齿中，卷绕有线圈的主极齿和不卷绕有所述线圈的辅助极齿沿周向交替地进行配置，将所述槽的总数s和作为所述永磁体的总数的极数p的最大公约数设为g，相对于相数m成为s/m/g的相邻连续线圈数x为1，所有所述线圈沿相同方向进行卷绕。
12.另外，本发明的旋转电机包括定子、以及与所述定子相对的转子，所述旋转电机的特征在于，所述转子由筒状的转子芯体、以及沿所述转子芯体的圆周被配置成交替朝向的多个永磁体构成，所述定子由筒状的定子磁轭、从所述定子磁轭向所述转子延伸的多个齿、以及形成在多个所述齿之间的多个槽构成，在所述齿中，卷绕有线圈的主极齿和不卷绕有所述线圈的辅助极齿沿周向交替地进行配置，将所述槽的总数s和作为所述永磁体的总数的极数p的最大公约数设为g，相对于相数m成为s/m/g的相邻连续线圈数x是大于1的奇数并且是素数，在上述情况下，将所述槽的总数s除以所述相邻连续线圈数x后得到的n设为所述主极齿的总数(n＝s/x)，所有所述线圈沿相同方向进行卷绕。发明效果
13.根据本发明，能提供一种旋转电机，在将辅助极应用到分数槽绕组结构的状态下，能够在保持输出的同时减少主极齿的总数。
附图说明
14.图1是本发明的实施例1的旋转电机(电动机)的整体结构图。图2是示出了图1中的定子壳体5内侧的结构的图。图3是将本发明的实施例1的定子和转子在与旋转轴方向正交的方向上进行切断而得的剖视图。图4是将一般的三相6槽8极的电动机沿与轴向正交的方向进行切断而得的剖视图。图5是将一般的三相9槽8极的电动机沿与轴向正交的方向进行切断而得的剖视图。图6是对实施例1的电动机与9槽8极的电动机的磁动势分布进行比较的比较图。图7是本发明的实施例2的旋转电机(电动机)的整体结构图。图8是示出了图7中的定子壳体6内侧的结构的图。
具体实施方式
15.以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。对相同的构成要素标注相同的标号，并且不重复同样的说明。
16.本发明的各种构成要素不需要必须是单独独立存在的，而是允许一个构成要素由多个部件构成、多个构成要素由一个部件构成、某一构成要素是另一构成要素的一部分、或者某一构成要素的一部分与另一构成要素的一部分重复等。[实施例1]
[0017]
图1是本发明的实施例1的旋转电机(电动机)的整体结构图。本图1是沿旋转电机的旋转轴方向进行切断而得的剖视图。本实施例1的旋转电机是具有三个线圈和八个永磁体的三相交流电动机的构成示例。
[0018]
如图1所示，旋转电机100包括定子10、可旋转地支承在定子10的径向内侧的转子20、固定在转子20上的旋转轴4、以及覆盖定子10和转子20的定子壳体5。转子20通过间隙102(空隙)与定子10相对地进行配置。定子10具有电枢绕组112，该电枢绕组112卷绕在后述的主极齿上。转子20具有粘附在后述的转子芯体上的永磁体122。
[0019]
图2是示出了图1中的定子壳体5内侧的结构的图。本图2是沿与旋转轴方向正交的方向切断旋转电机而得的剖视图。
[0020]
在图2中，转子20以旋转轴4为中心进行旋转。另外，在以下说明中，除非另有说明，否则“内周侧”和“外周侧”这样的记载分别表示相对于旋转轴中心的距离较近的一侧和距离较远的一侧。另外，“径向”这一表述表示与旋转轴4垂直正交的直线方向，“周向”这一表述表示旋转轴4的旋转方向。
[0021]
如图2所示，转子20包括由磁性体构成的转子芯体120、以及贯穿转子芯体120并与转子芯体120一起旋转的旋转轴4。此外，转子20包括多个(图2中为8个)永磁体122。各永磁体122粘附在转子芯体120的表面上，磁化中心与间隙102相对，交替地形成n极和s极的磁极。在本实施例1中，永磁体122被粘接以收纳在转子芯体120的外周侧的槽中，但是关于本发明的通过配置永磁体来构成磁极的方法并不限于此。例如，可以通过在转子芯体120的内部设置磁体插入孔并将永磁体嵌入到磁体插入孔中的方法来构成磁极。
[0022]
定子10包括由磁性体构成的定子芯体110。定子芯体110由圆筒状定子磁轭114、位于该定子磁轭114的内周侧并与转子20相对的多个主极齿116和多个辅助极齿118构成。主极齿116和辅助极齿118沿着定子磁轭114的周向交替配置。多个槽104形成在多个齿(主极齿116、辅助极齿118)之间。
[0023]
电枢绕组112形成任意形状的线圈，并卷绕在主极齿116上。电枢绕组112不卷绕在辅助极齿118上。导体112a和导体112b配置在相邻的主极齿116和辅助极齿118之间的空间(槽104)中。该导体112a和导体112b是电枢绕组112的一部分。电枢绕组112例如使用以铜作为主要成分的电导体上涂覆绝缘被膜(例如漆皮、工程塑料等)的铜线。导体112a和导体112b由一根以上的铜线构成，并且当驱动旋转电机100时，在旋转轴方向上彼此相反地通电。在本实施例1中，为了加强绝缘，可以将间隔物(例如，不可燃材料的胶带或树脂性绕线管等)夹在电枢绕组112与主极齿116之间。此外，可以通过将定子10浸渍在清漆、树脂等中，从而将电枢绕组112固定于主极齿116。在本实施例1中，主极齿116是三个，辅助极齿118是三个。主极齿116和辅助极齿118沿定子磁轭114的周向交替配置，卷绕在主极齿116上的电枢绕组112都沿相同方向卷绕。
[0024]
永磁体122的磁铁材料可以是铁氧体、钕类、钐钴类等中的任一种。另外，本实施例1的永磁体122在图2的剖面中为瓦形状，但不限于此，也可以为平板形状。此外，每1个磁极
的永磁体可以在径向或周向上被分割成多个。
[0025]
对于构成转子芯体120的磁性体，为了减少在转子芯体120中产生的涡流损耗，应用层叠有磁性钢板和电绝缘体的层叠体。为了降低材料费和加工费，可以使用固体(块体)磁性体。转子芯体120通过粘接、焊接、压入和冷缩配合等方式固定到旋转轴4。
[0026]
对于构成定子芯体110的磁性体，为了减少在定子芯体110中产生的涡流损耗，应用层叠有磁性钢板和电绝缘体的层叠体。为了降低材料费和加工费，可以使用固体(块体)磁性体。
[0027]
图3是本发明的实施例1的定子和转子在与旋转轴方向正交的方向上被切断的剖视图。如图3所示，构成与主极齿116相邻的导体112a和导体112b的铜线的个根据电枢绕组112的匝数来决定。
[0028]
当向电枢绕组112提供三相交流电流时，由相邻导体112a和112b的励磁产生的磁场作用在卷绕u相电枢绕组112的主极齿116u上，在主极齿116u上形成由虚线箭头表示的磁路108u。同样地，在主极齿116v中形成由虚线箭头所示的磁路108v，在主极齿116w中形成由虚线箭头所示的磁路108w。
[0029]
在图3中，当电枢绕组112的匝数相对于各个主极齿116为一个时，构成导体112a和导体112b的铜线的个数分别为一个。当提供振幅1a(安培)的三相交流电流，并且u相达到峰值时，由于周围存在两个同相导体，u相主极齿116u中的磁路的磁动势变为2at(安培匝)的磁动势。
[0030]
此外，同样地，由u相导体112b的励磁产生的磁场也作用在与主极齿116u相邻的辅助极齿118上，在辅助极齿118中产生1at(＝2/2)的磁动势。
[0031]
另一方面，在辅助极齿118的磁动势中，0.5at(＝1/2)的磁动势在由有不同相(v相或w相)的电流通过的导体112b所产生的磁路108v或磁路108w的影响下沿相反方向作用。结果，由于来自u相的磁路108u和来自异相的磁路108v或磁路108w的方向彼此相反，所以辅助极齿118uv、118wu的磁动势变为0.5at(1-0.5)。因此，辅助极齿118uv、118wu的磁动势变为主极齿的磁动势的四分之一。
[0032]
同时，v相和w相之间的辅助极齿118(118vw)的磁动势相互增强，变为1at(0.5 0.5)，并且变为u相的主极齿的磁动势的二分之一。
[0033]
如本实施例1那样，在具有6槽8极的电动机中，通过在相同的方向上卷绕所有线圈，从而在辅助极齿118的内部难以发生磁饱和，因此能使辅助极齿118的周向宽度比主极齿116的周向宽度要窄，能通过扩大电枢绕组112进入的槽104来提高主极齿的磁动势。
[0034]
另外，在u相以外的主极齿的电枢绕组的卷绕方向被改变为相反方向的情况下，当u相的主极齿的磁动势同样为2at时，相邻的辅助极齿的磁动势与同相和异相的磁动势相互增强的方向匹配，因此变为1.5at(＝1 0.5)。这是主极齿的四分之三。因此，与本实施例1的结构相比，扩大槽104的效果较小。此外，v相和w相之间的辅助极齿118vw的磁动势几乎同样地作用在相互增强的方向上，但是由于磁路的方向相反，因此存在减小转矩的缺点。
[0035]
为了构成本实施例1的旋转电机100，条件是相邻连续线圈数x为1，并且所有线圈沿相同方向卷绕。邻接连续线圈数x用以下式子表示。
[0036]
x＝s/m/g(s：槽的总数，m：相数，p：极数，g：s和p的最大公约数)
在本实施例1的旋转电机100中，构成为槽的总数s和作为永磁体的总数的极数p的最大公约数为g，对于相数m(在本实施例1中为u相、v相、w相的三相)，作为s/m/g的相邻连续线圈数x为1，线圈全部沿相同方向卷绕。更具体地说，槽的总数s为6，极数为8，其最大公约数为2，因此相邻连续线圈数x为1(x＝s/m/g＝6/3/2)，并且线圈全部沿相同方向卷绕。由此，在本实施例1中，槽的总数s和作为永磁体的总数的极数p的最大公约数为g，相对于相数m成为s/m/g的相邻连续线圈数x为1，满足所有线圈沿相同方向卷绕的条件。
[0037]
此外，本实施例1的旋转电机100中，将6槽8极的电动机作为对象，但是本发明中，对于槽的总数为s且极数(永磁体总数)为p的集中绕组电动机，将在相数为3时，通过s/3/p求出的每极每相槽数q小于0.5的分数槽结构作为对象，也能获得同样的效果。另外，一般情况下，每极每相槽数q可以用以下式子计算。
[0038]
q＝s/(m
·
p)＝s/m/p(s：槽的总数，m：相数，p：极数)例如，在图5所示的9槽8极的电动机的情况下，当主极和辅助极在同相中交替配置时，由于两个辅助极沿周向连续，因此在某一相的辅助极和另一相的辅助极之间产生无用的空间。对于9槽8极的电动机，计算主极齿的总数n和辅助极齿的总数的方法如下所述。
[0039]
相数为3、9槽8极的电动机的每极每相槽数q为q＝s/m/p＝9/3/8＝0.375，每极每相槽数为小于0.5的值。
[0040]
槽的总数s(9)和极数p(8)的最大公约数g为1。相邻连续线圈数x为x＝s/m/g＝9/3/1＝3。相邻连续线圈数x是大于1的奇数并且是素数。
[0041]
然后，计算主极齿的总数n和辅助极齿的总数。主极齿的总数n为将槽总数s除以相邻连续线圈数x后得到的值，可通过以下式子计算。
[0042]
n＝s/x(s：槽的总数，x：相邻连续线圈数)若根据上述式子计算主极齿的总数n，则n＝s/x＝9/3＝3，主极齿的总数n为3。辅助极齿的总数为3，与主极齿的总数n数量相同。因此，示出了图5的9槽8极电动机能变形为图1和图2所示的6槽8极的电动机的结构的情况。
[0043]
图6是实施例1的电动机与9槽8极的电动机的磁动势分布的比较图。在图6中，电枢绕组的匝数和电流相等。
[0044]
这里，9槽8极电动机的各个齿中的电枢绕组的匝数设定为1个，并且在本实施例1的6槽8极电动机中，基于相邻的连续线圈数x，将主极齿的电枢绕组的匝数设为3个(将3个齿汇总后得到的数量)。虽然在实施例1的主极齿中产生的磁场单纯地变为3倍，但是基于磁动势的大小，例如辅助极齿的宽度可以减小到二分之一，因此通过扩大这部分主极齿的宽度来容易地改变设计以防止发生磁饱和。
[0045]
这里，当三相交流电流的振幅为1a时，u相峰值时的u相的磁动势分布如图6所示导出。对于该分布，若计算影响电动机转矩的基波有效值，则该基波有效值是以往的1.3倍，能获得减少线圈数量的同时增加转矩的效果。若转矩相等，则能用更小的电流驱动电动机，因而能节省电动机的电力。
[0046]
本实施例1的旋转电机100的特征在于，槽的总数s和作为永磁体的总数的极数p的最大公约数为g，相对于相数m成为s/m/g的相邻连续线圈数x为1，所有线圈沿相同方向卷
绕。此外，本实施例1的旋转电机100的特征在于，当相邻连续线圈数x是大于1的奇数且是素数时，通过将槽的总数s除以相邻连续线圈数x而得到的n设为主极齿的总数(n＝s/x)。
[0047]
根据本发明，能提供一种旋转电机，在将辅助极应用到分数槽绕组结构的状态下，能够在保持输出的同时减少主极齿的总数。[实施例2]
[0048]
接着，用图7和图8说明本发明的实施例2。实施例2与实施例1的不同之处在于，实施例2是在定子30的外周侧构成转子40的转子外置型电动机。
[0049]
例如，存在一种槽的总数s为36并且极数p为32的36槽32极的电动机。各相(u相、v相、w相)的绕组相邻并卷绕在3个齿上。在该电动机的情况下，根据实施例1所示的式子，每极每相槽数为q＝s/m/p＝36/3/32＝0.375。每极每相槽数为小于0.5的值。
[0050]
槽的总数s(36)和极数p(32)的最大公约数g为4。相邻连续线圈数x为x＝s/m/g＝36/3/4＝3。相邻连续线圈数x是大于1的奇数并且是素数。
[0051]
然后，计算主极齿的总数n和辅助极齿的总数。根据实施例1所示的式子，主极齿的总数n为n＝s/x＝36/3＝12，主极齿的总数n为12。辅助极齿的总数为12，与主极齿的总数n数量相同。因此，表示36槽32极的电动机可以变形为图7和图中所示的24槽32极的电动机的结构。
[0052]
本实施例2的旋转电机200是24槽32极的三相交流电动机的构成例。图7是本发明的实施例2的旋转电机(电动机)的整体结构图。对于与实施例1相同的结构赋予相同的标号，并且省略其详细说明。
[0053]
如图7所示，旋转电机200包括定子30、可旋转地支承在定子30的径向外侧的转子40、覆盖转子40的转子壳体6、以及固定在转子壳体6上的旋转轴4。在实施例2中，转子壳体6不必覆盖整个转子40，如果转子壳体6构成为用于固定连接旋转轴4和转子40的部件，则不限定转子40和转子壳体6的固定方法。
[0054]
转子40通过间隙202与定子30相对。定子30包括卷绕在主极齿上的电枢绕组212(导体212a、212b)。转子40包括粘附在转子芯体上的永磁体222。
[0055]
图8是示出了图7中的定子壳体6内侧的结构的图。本图8是在与旋转轴方向正交的方向上切断旋转电机的剖视图。
[0056]
如图8所示，转子40由磁性体构成的转子芯体220和粘附在转子芯体220的表面上的多个永磁体222构成。各永磁体222粘附在转子芯体220的内周侧表面上，磁化中心与间隙202相对，交替地形成n极和s极的磁极。
[0057]
定子30由定子芯体210、主极齿216和辅助极齿218构成。在辅助极齿218上设置有从外周侧的齿前端沿周向延伸的辅助极齿前端爪219。
[0058]
通过上述本实施例的结构，能获得实施例1中记载的效果的同时，通过设为转子外置型，齿形成为在径向开口的形状，因而能在不妨碍配置在槽内的线圈的区域的情况下构成辅助极齿前端爪。因此，辅助极齿前端爪使间隙表面上的磁导(磁阻的倒数)分布平滑，并且能抑制电动机旋转时由永磁体的磁通引起的转矩脉动。此外，由于产生了通过辅助极齿前端爪形成的磁路，因此能获得增加作用在转矩上的永磁体的磁通，并且改善电动机转矩的效果。
[0059]
此外，本发明并不限于上述实施例，还包含各种变形例。上述的实施例中为了易于
理解地说明本发明而进行了详细的说明，但并不一定局限于包括所说明的所有结构。标号说明
[0060]
100、200
…
旋转电机，2
…
定子壳体，4
…
旋转轴，6
…
转子壳体，10、30
…
定子，20、40
…
转子，102、202
…
间隙，104
…
槽，108
…
磁路，110、210
…
定子芯体，112、212
…
电枢绕组，112a、112b，212a、212b
…
导体，114、214
…
定子磁轭，116、116u、116v、216
…
主极齿，118、118uv、118vw、118wu、218
…
辅助极齿，120、220
…
转子芯体，122、222
…
永磁体，219
…
辅助极齿前端爪。