[发明专利]同步电动机

说明书

相关申请的交叉参考

本专利申请要求于2011年7月13日提交的日本专利申请2011-154455的优先权，其全部内容在此通过参考引入。

技术领域

本发明涉及在机床或类似机床的伺服机构中使用的同步电动机，特别涉及定子插槽的数量及其绕组结构，以及转子磁极的数量及其绕组方法，以使产生高扭矩的、特别在低速运转时产生高扭矩的同步电动机的转矩脉动最小化，并具有更宽的工作频率范围。

背景技术

图9展示了使用传统集中绕组的同步电动机900主要部分的剖视图。同步电动机900包括定子90和转子93。所述定子90包括多个插槽S1 -S18和多个齿构件的T1 -T18，线圈元件91缠绕单个齿构件T1 -T18。几个线圈元件91分别连续地在旋转方向上排列在U、V和W相。如图9所示的实施例中，三个线圈元件91在圆周方向上各对应每一相位连续排列，以在旋转方向上形成多个绕组901-906（以下称为旋转方向绕组）。因此，如图9所示的实施例中，每个U、V 和W相的两个集中绕组线圈都在圆周方向上排列。另一方面，所述转子93包括装入环95中的磁性材料94，以及连接至其的永磁体96。在这种类型的同步电动机900中，所述线圈元件91在圆周方向上连续排列，以形成如图10A所示的旋转方向绕组901，这使得当电流流经所述旋转方向绕组901时，磁通量在圆周方向成梯形分布，如图10B所示。其结果是很容易产生转矩脉动。

为了避免这种情况，在制造定子或绕组方面已做出许多努力。例如，曾经提出，使定子的齿构件具有与定子相对的圆柱面，以使得齿构件的端面与转子表面之间的距离在齿构件的中心部分更短，而在齿构件的两端处距离更长，从而降低齿槽转矩（例如，见专利文献JP2- 30270U）。通常使用倾斜结构来设计定子的制造方法，而这将改变定子迭片磁心或转子磁极结构的旋转方向（例如，见专利文献JP11 - 308795A ）。然而，这可能减少扭矩常数，也可能成为增加成本的因素，因为是在制造过程中需要专用工具、例如夹具来提供倾斜结构。此外，插入插槽的绕组的性能和效率可能会降低。在这种绕组方法中，插槽数量通常不是磁极数量的整数倍，或者这种方法采用分布式绕组而不是集中绕组（例如，见专利文献JP5 - 161325A ）。这将增加线圈的数量和绕组线圈的处理步骤。

发明内容

如上所述，采用集中绕组的电动机一般存在高转矩脉动的问题。在定子插槽或转子磁极中使用倾斜结构，能够减少转矩脉动，减少转矩常数。

本发明的目的是提供一种减少集中绕组电动机的转矩脉动的简单方法。

本发明的同步电动机包括转子、定子以及多个线圈元件，转子表面或内部具有永磁体，定子由软磁材料制成并具有多个齿构件和多个插槽，多个线圈元件以集中绕组的方式绕在所述每个齿构件上，并在所述齿构件的延伸方向上排列成多层。预定数量的线圈元件对应每一相位在圆周方向上连续排列，以形成对应每一相位的旋转方向的绕组。每一相位的旋转方向绕组通过旋转方向上的插槽在相邻层之间相互替换。

在本发明的所述同步电动机中，假设N_cont代表在圆周方向上的、对应每个相位连续设置的线圈元件的数量，N_slot代表插槽的数量，N_pole代表转子的极数，N_phase代表电流的施加相数，则满足N_slot±N_pole=2n(n=1,2,…整数)，及N_slot=A/(A-1)?N_pole(注意A=N_phase?N_cont)。优选地，连续设置N_cont次的线圈元件缠绕成m(m>1并为整数)层，并通过旋转方向的一个插槽在相邻层之间相互替代。