電的制造方法
電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠以集中繞線方式制成線圈的異步電機或同步磁阻電機。電機(100)包括能夠相對移動的、且隔著磁隙(S)進行對置設(shè)置的定子(20)和轉(zhuǎn)子(10)，其中，定子(20)具有：軛鐵(21)；從軛鐵(21)向磁隙(S)側(cè)突出設(shè)置的多個齒(22)；以及按每個齒(22)以集中繞線方式纏繞的多個線圈(23)，多個齒(22)的結(jié)構(gòu)為，沿軸向以2列的方式排列由沿圓周方向并列的多個齒(22)構(gòu)成的齒組(24、25)，將沿軸向相鄰的第一齒組(24)和第二齒組(25)配置成，沿圓周方向錯開1/2齒節(jié)距。
【專利說明】電機【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開的實施方式涉及交流電機。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)型電機的定子具有層疊鋼板而成的定子鐵芯，該定子鐵芯包括圓環(huán)狀的軛鐵、從軛鐵向徑向內(nèi)側(cè)突出的多個齒、以及在相鄰的齒之間形成的槽。將線圈插入定子鐵芯的槽內(nèi)的同時將其卷裝在齒上。線圈的卷裝方式有集中繞線方式和分布繞線方式。集中繞線方式是指按每個齒而卷裝線圈的方式，分布繞線方式是指跨過多個齒而卷裝線圈的方式。電機具有利用這些方式卷裝線圈而成的定子，該電機例如已被專利文獻I公開。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2001-128404號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]一般而言，根據(jù)集中繞線方式，由于按每個齒而卷裝線圈，所以能夠使從定子鐵芯端部開始的線圈端部(線圈末端)的突出長度短于分布繞線方式，具有容易實現(xiàn)電機的小型化這樣的優(yōu)點。另外，還具有由線圈截面相對于槽截面之比而構(gòu)成的占空系數(shù)容易變高、生產(chǎn)效率也高這樣的優(yōu)點。另一方面，根據(jù)分布繞線方式，具有能夠使線圈所產(chǎn)生的磁通密度分布更接近正弦波這樣的優(yōu)點。
[0007]然而，近年來，因稀土磁鐵的原料即Nd(釹)或Dy (鏑)的價格上漲，電機的無稀土化的勢頭越來越高。而且，作為適于無稀土化的電機可以列舉異步電機或同步磁阻電機。
[0008]對于異步電機或同步磁阻電機來說，優(yōu)選為，通過定子的勵磁產(chǎn)生的磁通密度分布接近正弦波。因此，一般采用分布繞線方式。但是，作為一般的技術(shù)課題，經(jīng)常會要求電機規(guī)格的小型化，從該觀點出發(fā)，更優(yōu)選集中繞線方式。因此，期望有能夠采用可實現(xiàn)小型化的集中繞線方式的異步電機或同步磁阻電機。
[0009]本發(fā)明是鑒于這樣的問題而完成的，其目的是，提供能夠以集中繞線方式制成線圈的異步電機或同步磁阻電機。
[0010]為解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的一個觀點，可以應(yīng)用一種如下的電機:所述電機包括能夠相對移動的、且隔著磁隙進行對置設(shè)置的定子和可動部件，所述定子和所述可動部件中的任意一方具有:軛鐵；從所述軛鐵向所述磁隙側(cè)突出設(shè)置的多個齒；以及按每個所述齒以集中繞線方式纏繞的多個線圈，所述多個齒的結(jié)構(gòu)為，沿著與相對移動方向垂直的方向以多列的方式排列由沿所述相對移動方向并列的多個齒構(gòu)成的齒組，將沿著與所述相對移動方向垂直的方向相鄰的第一齒組和第二齒組配置成，沿著所述相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。
[0011]發(fā)明的效果[0012]根據(jù)本發(fā)明，在異步電機或同步磁阻電機中，能夠以集中繞線方式制成線圈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是表示第一實施方式的電機的整體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0014]圖2是相當(dāng)于圖1中的I1-1I截面的橫剖視圖。
[0015]圖3是用于說明設(shè)置在齒前端的磁通交叉部件的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0016]圖4是用于說明齒、線圈以及磁通交叉部件的配置結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0017]圖5是用于說明對磁通密度分布進行解析的模型的說明圖。
[0018]圖6是用于說明磁通密度分布的解析結(jié)果的說明圖。
[0019]圖7是用于說明將磁通交叉部件制成板狀部件的變形例的說明圖。
[0020]圖8是用于說明板狀部件即磁通交叉部件的詳細結(jié)構(gòu)之一例的說明圖。
[0021]圖9是用于說明板狀部件即磁通交叉部件的層疊鋼板之一例的說明圖。
[0022]圖10是用于說明槽配合的變形的說明圖。
[0023]圖11是表示將第一實施方式應(yīng)用于直線電機時的整體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0024]圖12是表示第二實施方式的電機的整體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0025]圖13是相當(dāng)于圖12中的XII1-XIII截面的橫剖視圖。
[0026]圖14是用于說明齒、線圈的配置結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0027]圖15是用于說明在圓筒導(dǎo)體上所設(shè)的狹縫的功能的說明圖。
[0028]圖16是用于說明對相對于可動部速度的推力進行解析的模型的說明圖。
[0029]圖17是用于說明相對于可動部速度的推力的解析結(jié)果的說明圖。
[0030]圖18是表示將第二實施方式應(yīng)用于直線電機時的整體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
【具體實施方式】
[0031]<第一實施方式>
[0032]首先，參照【專利附圖】
【附圖說明】第一實施方式。
[0033]< 1-1.電機的結(jié)構(gòu)>
[0034]首先，對本實施方式的電機100的整體結(jié)構(gòu)進行說明。在本實施方式中，電機100是使用了三相交流的旋轉(zhuǎn)型的異步電機，將截面的槽配合對永磁同步電機而言是2極3槽(2P3S)的情況，作為一個例子進行說明。如圖1及圖2所示，電機100包括旋轉(zhuǎn)軸1、框架
2、在框架2的一側(cè)(圖1中的右側(cè))端部所設(shè)置的托架3、外圈嵌合于托架3的軸承4、在框架2的另一側(cè)(圖1中的左側(cè))端部所設(shè)置的托架5、外圈嵌合于托架5的軸承6。旋轉(zhuǎn)軸I以自由旋轉(zhuǎn)的方式被軸承4和軸承6支承。
[0035]在旋轉(zhuǎn)軸I上，以與該旋轉(zhuǎn)軸I為同一軸心的方式設(shè)置有轉(zhuǎn)子10 (相當(dāng)于可動部件的一個例子)。轉(zhuǎn)子10具有:沿軸向?qū)盈B有圓環(huán)狀的鋼板而形成的層疊鐵芯體11 ;以及固定在該層疊鐵芯體11的外周上的銅或鋁制的圓筒導(dǎo)體12。另外，在框架2的內(nèi)周上設(shè)置有定子20。將轉(zhuǎn)子10和定子20隔著磁隙S而沿半徑方向進行對置設(shè)置，通過旋轉(zhuǎn)軸I的旋轉(zhuǎn)能夠使轉(zhuǎn)子10和定子20沿圓周方向相對移動。
[0036]此外，轉(zhuǎn)子10的結(jié)構(gòu)并不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以采用將貫穿了層疊鐵芯體11的外周的多個棒狀的導(dǎo)體的兩端固定在端環(huán)上的結(jié)構(gòu)(所謂的“籠型結(jié)構(gòu)”)。[0037]定子20具有:圓筒狀的軛鐵21 ；從軛鐵21向磁隙S側(cè)(半徑方向的內(nèi)側(cè))突出設(shè)置的多個(在該例子中是12個)齒22 ;以及按各齒22以集中繞線方式纏繞的多個(在該例子中是12個)線圈23。軛鐵21和齒22是沿軸向?qū)盈B鋼板而形成的。多個齒22的結(jié)構(gòu)為，沿軸向以多列(在該例子中是2列)的方式排列由沿圓周方向并列的多個(在該例子中是6個)齒22構(gòu)成的齒組24、25。以下，將軸向一側(cè)(圖1中的右側(cè))的齒組稱為第一齒組24，將軸向另一側(cè)(圖1中的左側(cè))的齒組稱為第二齒組25。如圖4所示，將沿著與相對移動方向垂直的方向(旋轉(zhuǎn)軸I的軸向、圖4中的上下方向)相鄰的第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向(圓周方向、圖4中的左右方向)錯開1/2齒節(jié)距。此外，為便于說明，圖4示出了在平面上配置了各齒22等的狀態(tài)，所述各齒22沿圓周方向配置。
[0038]電機100所具備的多個線圈23具有:纏繞在第一齒組24上的第一線圈組27 ;以及纏繞在第二齒組25上的第二線圈組28。以根據(jù)電機100的槽配合而決定線圈23的纏繞方向、并且同相彼此的電角大體一致的方式，來配置這些第一線圈組27和第二線圈組28。具體而言，由于電機100的槽配合為上述截面的槽配合對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)，因此如圖4所示，第一線圈組27與第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反。此外，圖4所示的U、V、W表示與U相、V相、W相對應(yīng)的各線圈23，分別用U、V、W表示纏繞方向與它們相反的線圈23(其他的附圖也同樣)。另外，如圖4所示，第一齒組24和第二齒組25的同相的齒節(jié)距，相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。像這樣，纏繞方向相反的同相的線圈23以電角錯開大致180度、且第一齒組24和第二齒組25的同相的齒節(jié)距相互以電角錯開大致180度的方式，來配置第一線圈組27和第二線圈組28，其結(jié)果是，成為180度(纏繞方向的錯位)一 180度(齒節(jié)距的錯位)=O度，并且被配置成同相彼此的電角大體一致。
[0039]在各齒22的磁隙S側(cè)的前端，分別設(shè)置有磁通交叉部件26。磁通交叉部件26是用于使與構(gòu)成第一線圈組27的線圈23 (以下適合稱為“第一線圈23”)交鏈的磁通(以下適合稱為“第一磁通”)、和與構(gòu)成第二線圈組28的線圈23 (以下適合稱為“第二線圈23”)交鏈的磁通(以下適合稱為“第二磁通”)進行交叉的部件。圖3表示該磁通交叉部件26的結(jié)構(gòu)。此外，為便于說明，圖3示出了:從構(gòu)成各線圈組27、28的沿圓周方向并列的6個線圈23等中抽出與U相、V相、W相對應(yīng)的3個線圈23等，并且將沿圓周方向配置的各線圈23等設(shè)置在平面上的狀態(tài)。另外，與第一線圈組27對應(yīng)的磁通交叉部件26以及與第二線圈組28對應(yīng)的磁通交叉部件26，雖然以圖4所示的相互嚙合的方式進行配置，但在圖3中，為了容易理解磁通交叉部件26的結(jié)構(gòu)而被分開表示。并且，如圖2所示，實際上在各線圈23之間存在間隙，但在圖3中省略了該間隙的圖示。
[0040]如圖3所示，磁通交叉部件26是具有多個(在該例子中是3個)梳齒261的梳齒狀部件，所述梳齒261是從與第一線圈23和第二線圈23的一方對應(yīng)的齒22的前端朝向與另一方對應(yīng)的齒22的前端從而沿軸向延伸。各梳齒261形成如下形狀:即從圓周方向觀察的形狀為對置的齒22這一側(cè)的前端尖銳的大致三角形，在各齒22上沿圓周方向以大致相等的間隔配置有各梳齒261。如圖4所示，各磁通交叉部件26的位于中心的梳齒261位于對置的2個磁通交叉部件26、26之間，通過在由3個梳齒261形成的2個凹部262中分別插入了對置的2個磁通交叉部件26、26的梳齒261，由此，將各磁通交叉部件26配置成隔開規(guī)定的間隙進行嚙合。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠使第一磁通與第二磁通有效地進行交叉。
[0041]此外，在本實施方式中，將各磁通交叉部件26的梳齒261的數(shù)量設(shè)為3個，但并不僅限于此，只要是2個以上即可。但是，與偶數(shù)相比更優(yōu)選奇數(shù)。這是因為在梳齒261為奇數(shù)的情況下，所形成的凹部262的數(shù)量為偶數(shù)，因此在位于中心的梳齒261的兩側(cè)能夠嚙合相同數(shù)量的梳齒261，并且能夠沒有浪費(換言之即沒有剩余的凹部262)且均勻地使各磁通交叉部件26進行嚙合配置。
[0042]另外，在本實施方式中，雖然從圓周方向觀察梳齒261的形狀為大致三角形，但并不僅限于此，也可以采用梯形或矩形等其他的形狀。
[0043]通過以上結(jié)構(gòu)，在電機100的定子20和層疊鐵芯體11之間構(gòu)成了磁回路，通過使磁通通過圓筒導(dǎo)體12，而使圓筒導(dǎo)體12產(chǎn)生渦流，從通過該圓筒導(dǎo)體12的磁通以及因渦流產(chǎn)生的磁通而生成的電磁力，作為轉(zhuǎn)子10的扭矩(旋轉(zhuǎn)力)發(fā)揮作用。
[0044]< 1-2.磁通密度分布的解析結(jié)果>
[0045]本申請的發(fā)明人等針對不同齒形狀等的2個模型A、B，進行了關(guān)于磁隙S的磁通密度分布的解析。關(guān)于該解析結(jié)果，使用圖5和圖6進行說明。此外，在圖5中，為了容易觀察齒形狀，而分開表示了軛鐵以及齒與線圈。
[0046]圖5(a)所示的模型A是，將槽配合為例如對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)即齒和線圈的一般 形狀進行模型化而成的，并且是作為比較例的模型。即、在模型A中，3個齒22'從軛鐵21'向磁隙S側(cè)(圖5中的下側(cè))突出設(shè)置，3個線圈23'以集中繞線方式纏繞在各齒22 ^上。
[0047]另一方面，圖5 (b)所示的模型B是與模型A相同的槽配合，并且是將與本實施方式對應(yīng)的齒和線圈的形狀進行模型化而成的。即、在模型B中，將第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。另外，第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，同相的線圈23 (纏繞方向相反)相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。而且，在各齒22的前端，分別設(shè)置具有3條梳齒261的磁通交叉部件26。
[0048]圖6 (a)表示:在模型A及模型B的鋼板層疊方向(旋轉(zhuǎn)軸I的軸向)的中心截面上的磁隙S的磁通密度分布。如圖6(a)所示，可知:與模型A相比，模型B中的磁通密度分布更接近正弦波。另外，在圖6(b)和圖6(c)中，分別表示了關(guān)于模型A和模型B的磁通密度分布的傅里葉解析結(jié)果。如圖6(b)所示，在模型A中，磁通密度分布不是僅為一次分量(基波)的正弦波分布，而包含高次諧波分量。還可知:高次諧波分量中的二次分量就成為一次分量的大約60%，且二次分量特別大。
[0049]另一方面，如圖6 (C)所示，在模型B中，二次分量大致為O，除了一次分量以外的所有的高次諧波分量的總計就成為一次分量的13%以下。這是因為與第一線圈23交鏈的第一磁通以及與第二線圈23交鏈的第二磁通的、一次分量的電角的相位相同并成為相同的大小，但二次分量在相同的電角下成為相同的大小且方向相反，所以通過磁通交叉部件26使第一磁通與第二磁通交叉，由此能夠使二次分量相互抵消。因此，從傅里葉解析結(jié)果可知:在模型B中，磁通密度分布接近正弦波。
[0050]< 1-3.第一實施方式的效果>
[0051]在本實施方式的電機100中，定子20具有:沿圓周方向錯開1/2齒節(jié)距而配置的第一齒組24和第二齒組25，并采用以集中繞線方式將線圈23纏繞在各齒22上的結(jié)構(gòu)。而且，根據(jù)槽配合而決定分別纏繞在第一齒組24和第二齒組25上的第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向，并且以同相彼此的電角大體一致的方式進行配置。通過這樣的配置，如上所述能夠使第一磁通與第二磁通進行交叉，并使影響特別大的二次分量相互抵消。因此，能夠使磁通密度分布主要僅為一次分量，在線圈23采用集中繞線的同時，能夠做出接近正弦波的磁通密度分布。其結(jié)果是，能夠?qū)⒓欣@線應(yīng)用于適合無稀土化的電機即異步電機或同步磁阻電機中，在使電機小型化的同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)無稀土化。
[0052]另外，在本實施方式中，尤其在多個齒22的前端分別設(shè)置磁通交叉部件26，通過該磁通交叉部件26，而使與第一線圈23交鏈的第一磁通和與第二線圈23交鏈的第二磁通進行交叉。由此，能夠?qū)⒌谝痪€圈23和第二線圈23配置在磁隙S的一側(cè)(在本實施方式中是外周側(cè))。其結(jié)果是，能夠得到如下的效果。即、為了抵消磁通密度分布的二次分量，而考慮到如下的結(jié)構(gòu)，例如使2個定子對置設(shè)置在轉(zhuǎn)子的軸向兩側(cè)或徑向兩側(cè)，在這2個定子之間，使線圈的纏繞方向相互相反，并且同相的線圈以電角錯開大致180度的方式進行配置。在該情況下，只能適合用于在轉(zhuǎn)子的兩側(cè)配置定子的特殊結(jié)構(gòu)的電機，并存在通用性低的問題。而在本實施方式中，通過設(shè)置磁通交叉部件26，在轉(zhuǎn)子10的一側(cè)(在該例子中是半徑方向外側(cè))配置I個定子20，在該定子20中，能夠使第一和第二線圈23的纏繞方向相互相反，并且同相的第一和第二線圈23相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。因此，能夠適合用于在轉(zhuǎn)子10的外側(cè)配置定子20的已被廣泛使用的結(jié)構(gòu)的電機，并具有通用性高的優(yōu)點。
[0053]另外，在本實施方式中，尤其是通過將磁通交叉部件26制成具有多個梳齒261的梳齒狀部件，由此，使第一磁通與第二磁通有效地進行交叉，能夠提高磁通密度分布的二次分量的抵消效果。尤其是通過將梳齒261的數(shù)量設(shè)成奇數(shù)，由此，I個梳齒261位于中心，并且在其兩側(cè)對稱地配置了相同數(shù)量的凹部262，并能夠制成對稱性好的磁通交叉部件26。其結(jié)果是，能夠沒有浪費(沒有剩余的凹部262)、具有規(guī)則性且均勻地使各磁通交叉部件26進行嚙合配置，并能夠提高磁通密度分布的二次分量的抵消效果。
[0054]< 1-4.變形例 >
[0055]此外，并不限于上述第一實施方式，在不脫離其主旨和技術(shù)思想的范圍內(nèi)能夠進行各種變形。以下，按順序說明這樣的變形例。
[0056](I)將磁通交叉部件制成板狀部件的情況
[0057]在上述第一實施方式中，雖然將磁通交叉部件26制成具有多個梳齒261的梳齒狀部件，但磁通交叉部件的形狀并不僅限于此。例如，也可以將磁通交叉部件制成板狀的部件。使用圖7至圖9，對本變形例進行說明。此外，為了便于說明，圖7以及圖8與上述的圖3等相同，均示出了抽出一部分的沿圓周方向配置的各齒22等、并將其配置在平面上的狀態(tài)。
[0058]如圖7所示，在本變形例中，由對與第一線圈23對應(yīng)的齒22的前端和與第二線圈23對應(yīng)的齒22的前端進行連接的板狀部件(沿圓周方向?qū)盈B了鋼板的結(jié)果為，整體形成為板狀)而構(gòu)成磁通交叉部件29。此外，與上述實施方式相同，將第一齒組24和第二齒組25配置成沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距，第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，同相的線圈23(纏繞方向相反)相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。[0059]圖8和圖9表示:磁通交叉部件29的詳細結(jié)構(gòu)的一個例子。此外，在這些圖8和圖9中，省略了軛鐵21的圖示。如圖8和圖9所示，隔著粘接層294而沿圓周方向?qū)盈B三種形狀的鋼板291、292、293從而形成齒22和磁通交叉部件29。即使在本變形例中，也能夠得到與上述實施方式相同的效果。并且，在上述實施方式中，由于磁通交叉部件26的形狀復(fù)雜，因此層疊結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但根據(jù)本變形例，能夠?qū)盈B幾種簡單形狀的鋼板而成，因此能夠簡化定子20的結(jié)構(gòu)。
[0060](2)槽配合的變形
[0061]在上述第一實施方式中，將電機100的槽配合是對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)的情況，作為一個例子進行了說明，但并不僅限于此，還能夠應(yīng)用于各種槽配合的電機。圖10表示:能夠應(yīng)用的槽配合的例子。
[0062]如圖10(a)所示，可以應(yīng)用于槽配合為2極3槽(2P3S)的電機。在該情況下，由于與上述實施方式相同，齒節(jié)距成為電角120度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開1.5齒節(jié)距，電角錯開180度(120度X 1.5齒節(jié)距)。并且，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，電角錯開大致180度的方式進行配置，由此成為180度(齒節(jié)距的錯位)一 180度(纏繞方向的錯位)=O度，并能夠使同相彼此的電角大體一致。
[0063]另外，如圖10(b)所示，可以應(yīng)用于槽配合為4極3槽(4P3S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角240度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開1.5齒節(jié)距，電角錯開360度(240度X 1.5齒節(jié)距)。并且，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相同，電角為大致O度的方式進行配置，由此成為360度(齒節(jié)距的錯位)一 O度(纏繞方向的錯位)=360度=O度(電角)，并能夠使同相彼此的電角大體一致。
[0064]另外，如圖10(c)所示，可以應(yīng)用于槽配合為8極9槽(8P9S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角160度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開4.5齒節(jié)距，電角錯開720度(160度X4.5齒節(jié)距)。并且，如圖10(c)所示，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相同，電角為大致O度的方式進行配置，由此成為720度(齒節(jié)距的錯位)一 O度(纏繞方向的錯位)=720度=O度(電角)，并能夠使同相彼此的電角大體一致。
[0065]另外，如圖10(d)所示，可以應(yīng)用于槽配合為10極9槽(10P9S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角200度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開4.5齒節(jié)距，電角錯開900度(200度X4.5齒節(jié)距)。并且，如圖10(d)所示，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，電角錯開大致180度的方式進行配置，由此成為900度(齒節(jié)距的錯位)一 180度(纏繞方向的錯位)=720度=O度(電角)，并能夠使同相彼此的電角大體一致。
[0066]另外，如圖10(e)所示，可以應(yīng)用于槽配合為10極12槽(10P12S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角150度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開2.5齒節(jié)距，電角錯開375度(150度X 2.5齒節(jié)距)。并且，如圖10(e)所示，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相同，電角為大致O度的方式進行配置，由此成為375度(齒節(jié)距的錯位)一 O度(纏繞方向的錯位)=375度(N O度)，并能夠使同相彼此的電角位于附近范圍內(nèi)。
[0067]另外，如圖10(f)所示，可以應(yīng)用于槽配合為14極12槽(14P12S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角210度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開2.5齒節(jié)距，電角錯開525度(210度X 2.5齒節(jié)距)。并且，如圖10(f)所示，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，電角錯開大致180度的方式進行配置，由此成為525度(齒節(jié)距的錯位)一 180度(纏繞方向的錯位)=345度(N O度)，并能夠使同相彼此的電角位于附近范圍內(nèi)。
[0068]即使應(yīng)用于以上的槽配合的電機，也能夠獲得與上述第一實施方式相同的效果。
[0069](3)應(yīng)用于直線電機的情況
[0070]上述第一實施方式和變形例的結(jié)構(gòu)，還能夠應(yīng)用于直線電機。使用圖11對本變形例進行說明。
[0071]在本變形例中，將電機200是直線異步電機的情況作為一個例子進行說明。如圖11所示，電機200包括:能夠沿圖11中的左右方向相對移動的、且隔著磁隙S進行對置設(shè)置的定子220和可動部件210。
[0072]定子220具有:平板狀的軛鐵221 ;從軛鐵221向磁隙S側(cè)突出設(shè)置的多個齒222 ；以及按各齒222以集中繞線方式纏繞的多個線圈223。多個齒222的結(jié)構(gòu)為，沿著與相對移動方向垂直的方向(圖11中的與紙面垂直的方向)以多列的方式排列由沿著相對移動方向(圖11中的左右方向)并列的多個齒222構(gòu)成的齒組224、225(在圖11中僅圖示了齒組224)，將沿著與相對移動方向垂直的方向相鄰的第一齒組224和第二齒組225配置成，沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。另外，以根據(jù)電機200的槽配合而決定線圈223的纏繞方向、并且同相彼此的電角大體一致的方式，來配置纏繞在第一齒組224上的第一線圈組227、以及纏繞在第二齒組225上的第二線圈組228 (省略圖示)。并且，與上述實施方式相同，在各齒222的靠磁隙S這一側(cè)的前端，分別設(shè)置有未圖示的磁通交叉部件226。
[0073]另一方面，可動部件210具有:銅或鋁制的二次側(cè)導(dǎo)體211 ;以及固定在該二次側(cè)導(dǎo)體211的與磁隙S相反一側(cè)的鐵板212。在定子220和鐵板212之間構(gòu)成了磁回路,使磁通通過二次側(cè)導(dǎo)體211，由此使二次側(cè)導(dǎo)體211產(chǎn)生渦流，從通過該二次側(cè)導(dǎo)體211的磁通以及因渦流產(chǎn)生的磁通而生成的電磁力，作為可動部件210的推力而發(fā)揮作用。
[0074]即使在應(yīng)用于直線電機的本變形例中，也能夠獲得與上述第一實施方式相同的效果O
[0075]<第二實施方式>
[0076]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】第二實施方式。在上述第一實施方式中，采用了如下結(jié)構(gòu):在齒22的前端設(shè)置磁通交叉部件26，并使與第一線圈23交鏈的第一磁通和與第二線圈23交鏈的第二磁通進行交叉，從而抵消磁通密度分布的二次分量，但并不僅限于此。第二實施方式通過在二次側(cè)導(dǎo)體上設(shè)置多個狹縫，從而抵消由磁通密度分布的二次分量所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。
[0077]< 2-1.電機的結(jié)構(gòu)>
[0078]對本實施方式的電機100A的整體結(jié)構(gòu)進行說明。本實施方式也與上述第一實施方式相同，電機100A是使用了三相交流的旋轉(zhuǎn)型的異步電機，將截面的槽配合為對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)的情況，作為一個例子進行說明。[0079]如圖12和圖13所示，定子20具有:圓筒狀的軛鐵21 ;從軛鐵21向磁隙S側(cè)(半徑方向的內(nèi)側(cè))突出設(shè)置的多個(在該例子中是12個)齒22A;以及按各齒22A以集中繞線方式纏繞的多個(在該例子中是12個)線圈23。軛鐵21和齒22A是沿軸向?qū)盈B鋼板而形成的。多個齒22A的結(jié)構(gòu)為，沿軸向以多列(在該例子中是2列)的方式排列由沿圓周方向并列的多個(在該例子中是6個)齒22A構(gòu)成的齒組24、25。在本實施方式中，在各齒22A的靠磁隙S這一側(cè)的前端沒有設(shè)置磁通交叉部件，各齒22A形成為棱柱狀。
[0080]以下，將軸向一側(cè)(圖12中的右側(cè))的齒組稱為第一齒組24，將軸向另一側(cè)(圖12中的左側(cè))的齒組稱為第二齒組25。如圖14所示，將沿著與相對移動方向垂直的方向(旋轉(zhuǎn)軸I的軸向、圖14中的上下方向)相鄰的第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向(圓周方向、圖14中的左右方向)錯開1/2齒節(jié)距。此外，為了便于說明，圖14示出了在平面上配置了各齒22等的狀態(tài)，所述各齒22沿圓周方向配置。
[0081]電機100A所具備的多個線圈23具有:纏繞在第一齒組24上的第一線圈組27 ;以及纏繞在第二齒組25上的第二線圈組28。以根據(jù)電機100的槽配合而決定線圈23的纏繞方向、并且同相彼此的電角大體一致的方式，來配置這些第一線圈組27和第二線圈組28。具體而言，由于電機100的槽配合為上述截面的槽配合對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)，因此如圖14所示，第一線圈組27與第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反。另外，如圖14所示，第一齒組24和第二齒組25的同相的齒節(jié)距，相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。像這樣，纏繞方向相反的同相的線圈23以電角錯開大致180度、且第一齒組24和第二齒組25的同相的齒節(jié)距相互以電角錯開大致180度的方式，來配置第一線圈組27和第二線圈組28，其結(jié)果是，成為180度(纏繞方向的錯位)一 180度(齒節(jié)距的錯位)=O度，并且以同相彼此的電角大體一致的方式進行配置。
[0082]轉(zhuǎn)子10具有:沿軸向?qū)盈B有圓環(huán)狀的鋼板而形成的層疊鐵芯體11 ;以及固定在該層疊鐵芯體11的外周上的銅或鋁制的圓筒導(dǎo)體12A(相當(dāng)于二次側(cè)導(dǎo)體的一個例子)。如圖13所示，圓筒導(dǎo)體12A具有:沿著與相對移動方向垂直的方向(旋轉(zhuǎn)軸I的軸向、圖13中的與紙面垂直的方向)的多個狹縫31。各狹縫31是沿半徑方向貫穿圓筒導(dǎo)體12A而形成的，在圓筒導(dǎo)體12A的整個圓周方向上以大致相等的間隔配置各狹縫31。
[0083]可以使用圓鋸等并對圓筒狀的導(dǎo)體進行切削，從而形成具有狹縫31的圓筒導(dǎo)體12A，也可以沿圓周方向排列具有與狹縫31對應(yīng)的凹部的棒狀導(dǎo)體，從而形成該具有狹縫31的圓筒導(dǎo)體12A。在這些情況下，各狹縫31均成為空隙。另外，通過沿圓周方向?qū)盈B有棒狀導(dǎo)體和絕緣體，由此將絕緣體部分制成狹縫31。在該情況下，則成為在各狹縫31中填充了絕緣體的狀態(tài)。電機100A的除了上述以外的結(jié)構(gòu)，都與上述電機100相同。
[0084]< 2-2.由圓筒導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電壓>
[0085]以下，使用圖15，對狹縫31的功能進行說明。此外，為了便于說明，圖15示出了圓筒導(dǎo)體12A為板狀的狀態(tài)。另外，圖15中的箭頭的長度表示感應(yīng)電壓的大小。
[0086]在圖15(a)中，圖中近前側(cè)的區(qū)域12A1與纏繞在第一齒組24上的第一線圈組27對應(yīng)，圖中里側(cè)的區(qū)域12A2與纏繞在第二齒組25上的第二線圈組28對應(yīng)。通過將第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向(圖15中的左右方向)錯開1/2齒節(jié)距，由此，在圓筒導(dǎo)體12A的各區(qū)域12A1U2A2中所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，就成為圖15(a)所示的分布。而且，通過設(shè)置狹縫31，在各狹縫31之間的圓筒導(dǎo)體12A的各電流路徑中，能夠抵消由二次分量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，并能夠僅取出由一次分量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。其結(jié)果如圖15(b)所示，在圓筒導(dǎo)體12A中所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的分布，就成為接近正弦波的形狀。
[0087]< 2-3.相對于轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)的扭矩(推力)的解析結(jié)果>
[0088]本申請發(fā)明人等針對2個模型A、C，進行了相對于轉(zhuǎn)子速度的扭矩的研究。但是，為了便于解析，本申請發(fā)明人等采用直線電機進行解析，并對相對于可動部速度的推力進行解析。使用圖16和圖17，對該解析結(jié)果進行說明。此外，為了便于說明，圖16示出了圓筒導(dǎo)體為板狀。
[0089]圖16(a)所示的模型A與圖5(a)所示的模型相同。而且，在圓筒導(dǎo)體12上沒有設(shè)置狹縫。另一方面，圖16(b)所示的模型C是與模型A相同的槽配合，并且是將與本實施方式對應(yīng)的齒和線圈的形狀進行模型化而成的。即、在模型C中，將第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。另外，還以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，同相的線圈23 (纏繞方向相反)相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。而且，各齒22是棱柱狀，在圓筒導(dǎo)體12A上，設(shè)置有沿著與相對移動方向垂直的方向的多個狹縫31。
[0090]圖17(a)表示:模型A的相對于可動部速度的推力的解析結(jié)果。如圖17(a)所示，在模型A中，可動部速度是2.4m/s時的推力為，可動部速度是Om/s時的推力的大約20%以下，并且推力大幅度下降。即、由此可知:在采用了集中繞線的異步電機中，隨著轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)變大，而使扭矩(推力)下降。如上述圖6(b)所示，在模型A中，磁通密度分布不是僅為一次分量，而包含高次諧波分量。因此，可以推測出上述推力下降的原因為，與主要有助于推力的一次分量的次數(shù)不同的高次諧波分量。也就是說，由于一次分量與二次分量的行進方向是相反的方向，所以在使轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)變化的情況下，相對于一次分量的轉(zhuǎn)差頻率以及相對于二次分量的轉(zhuǎn)差頻率中的任意一方只能是恒定的。因此，可以認為在將相對于一次分量的轉(zhuǎn)差頻率設(shè)為恒定而使轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)變化的情況下，隨著轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)的變化，關(guān)于二次分量的轉(zhuǎn)差頻率也發(fā)生變化，二次分量對推力的影響發(fā)生變化，并使扭矩(推力)下降。
[0091]另一方面，如圖17(b)所示，在模型C中，即使使可動部速度從Om/s變化至2.4m/s，推力的下降也幾乎不會發(fā)生。這被認為在模型C中，僅一次分量有助于推力，并排除了二次分量對推力的影響。由此可知:通過在圓筒導(dǎo)體12A上設(shè)置狹縫31，由此，能夠抵消因磁通密度的二次分量所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。
[0092]< 2-4.第二實施方式的效果>
[0093]在本實施方式的電機IOOA中，圓筒導(dǎo)體12A具有:沿著與相對移動方向垂直的方向的多個狹縫31。由此，可以抵消因磁通密度的二次分量所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，在圓筒導(dǎo)體12A中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的分布能夠成為接近正弦波的形狀。也就是說，根據(jù)本實施方式，在齒22的前端不設(shè)置如第一實施方式那樣的磁通交叉部件，而在圓筒導(dǎo)體12A上設(shè)置狹縫31，由此，能夠獲得與做出接近正弦波的磁通密度分布的情況相同的效果。其結(jié)果為，在適合無稀土化的電機即異步電機或同步磁阻電機中，能夠應(yīng)用集中繞線，在使電機小型化的同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)無稀土化。另外，由于能夠?qū)崿F(xiàn)集中繞線的直線異步電機，所以與分布繞線的直線異步電機相比，還有能夠減少I次側(cè)的銅損、削減組裝工時的效果。
[0094]< 2-5.變形例 >[0095]此外，并不限于上述第二實施方式，在不脫離其主旨和技術(shù)思想的范圍內(nèi)能夠進行各種變形。例如如圖18所示，上述第二實施方式的結(jié)構(gòu)還能夠應(yīng)用于直線電機。在該電機200A中，可動部件210的二次側(cè)導(dǎo)體21IA具有:沿著與相對移動方向垂直的方向(圖18中的與紙面垂直的方向)的多個狹縫231。各狹縫231是貫穿二次側(cè)導(dǎo)體211A而形成的，在二次側(cè)導(dǎo)體211A的整個相對移動方向上以大致相等的間隔配置各狹縫231。電機200A的其他結(jié)構(gòu)與圖11所示的電機200相同。即使在應(yīng)用于直線電機的本變形例中，也能夠獲得與上述第二實施方式相同的效果。
[0096]另外，上述第二實施方式的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同，均能夠應(yīng)用于圖10所示的各種槽配合的電機。
[0097]此外，在以上的第一實施方式和第二實施方式中，將電機為異步電機的情況，作為一個例子進行了說明，但并不僅限于此，還能夠應(yīng)用于磁阻電機。另外，以上，雖然將沿著與相對移動方向垂直的方向相鄰的第一齒組和第二齒組配置成沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距、并將該結(jié)構(gòu)設(shè)置于定子側(cè)的情況，作為一個例子進行了說明，但并不僅限于此，也可以將該結(jié)構(gòu)設(shè)置在可動部件側(cè)。
[0098]另外，在上述第一實施方式和第二實施方式中，將電機是在定子20的內(nèi)側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)子10的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的情況作為一個例子進行了說明，但還能夠應(yīng)用在定子20的外側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)子10的外轉(zhuǎn)子型的電機。
[0099]另外，除了上述以外，還可以適當(dāng)組合并利用上述實施方式或各變形例的方法。
[0100]除此以外，不再一一例示，但在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，還可以增加并實施各種變更。
[0101]附圖標記的說明
[0102]S:磁隙
[0103]10:轉(zhuǎn)子(可動部件)
[0104]12A:圓筒導(dǎo)體(二次側(cè)導(dǎo)體)
[0105]20:定子
[0106]21:軛鐵
[0107]22:齒
[0108]22A:齒
[0109]23:線圈、第一線圈、第二線圈
[0110]24:第一齒組
[0111]25:第二齒組
[0112]26:磁通交叉部件
[0113]27:第一線圈組
[0114]28:第二線圈組
[0115]29:磁通交叉部件
[0116]31:狹縫
[0117]100:電機
[0118]100A:電機
[0119]200:電機[0120]200A:電機
[0121]210:可動部件
[0122]21IA:二次側(cè)導(dǎo)體
[0123]220:定子
[0124]221:軛鐵
[0125]222:齒
[0126]223:線圈
[0127]224:第一齒組
[0128]227:第一線圈組
[0129]231:狹縫
[0130]261:梳齒
【權(quán)利要求】
1.一種電機，包括能夠相對移動的、且隔著磁隙進行對置設(shè)置的定子和可動部件，其特征在于， 所述定子和所述可動部件中的任意一方具有:軛鐵；從所述軛鐵向所述磁隙側(cè)突出設(shè)置的多個齒；以及按每個所述齒以集中繞線方式纏繞的多個線圈， 所述多個齒的結(jié)構(gòu)為，沿著與相對移動方向垂直的方向以多列的方式排列由沿所述相對移動方向并列的多個齒構(gòu)成的齒組，將沿著與所述相對移動方向垂直的方向相鄰的第一齒組和第二齒組配置成，沿著所述相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。
2.如權(quán)利要求1所述的電機，其特征在于，所述多個線圈具有:纏繞在所述第一齒組上的第一線圈組；以及纏繞在所述第二齒組上的第二線圈組，根據(jù)電機的槽配合而決定所述第一線圈組和所述第二線圈組的線圈的纏繞方向，以同相彼此的電角大體一致或者位于附近范圍內(nèi)的方式進行配置。
3.如權(quán)利要求2所述的電機，其特征在于，還具有磁通交叉部件，所述磁通交叉部件分別設(shè)置在所述多個齒的前端，并用于使與構(gòu)成所述第一線圈組的第一線圈交鏈的第一磁通、和與構(gòu)成所述第二線圈組的第二線圈交鏈的第二磁通進行交叉。
4.如權(quán)利要求3所述的電機，其特征在于，所述磁通交叉部件是具有多個梳齒的梳齒狀部件，所述梳齒是從與所述第一線圈和所述第二線圈的一方對應(yīng)的所述齒的前端、朝向與另一方對應(yīng)的所述齒的前端而形成的。
5.如權(quán)利要求4所述的電機，其特征在于，所述梳齒的數(shù)量是奇數(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的電機，其特征在于，所述磁通交叉部件是對與所述第一線圈對應(yīng)的所述齒的前端和與所述第二線圈對應(yīng)的所述齒的前端進行連接的板狀部件。
7.如權(quán)利要求1或2所述的電機，其特征在于，所述定子和所述可動部件中的任意的另一方具有二次側(cè)導(dǎo)體，所述二次側(cè)導(dǎo)體包括:沿著與所述相對移動方向垂直的方向的多個狹縫。
【文檔編號】H02K17/16GK103959617SQ201280058084
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月5日
【發(fā)明者】吉村憲昭 申請人:株式會社安川電機
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠以集中繞線方式制成線圈的異步電機或同步磁阻電機。電機(100)包括能夠相對移動的、且隔著磁隙(S)進行對置設(shè)置的定子(20)和轉(zhuǎn)子(10)，其中，定子(20)具有：軛鐵(21)；從軛鐵(21)向磁隙(S)側(cè)突出設(shè)置的多個齒(22)；以及按每個齒(22)以集中繞線方式纏繞的多個線圈(23)，多個齒(22)的結(jié)構(gòu)為，沿軸向以2列的方式排列由沿圓周方向并列的多個齒(22)構(gòu)成的齒組(24、25)，將沿軸向相鄰的第一齒組(24)和第二齒組(25)配置成，沿圓周方向錯開1/2齒節(jié)距。
【專利說明】電機【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開的實施方式涉及交流電機。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)型電機的定子具有層疊鋼板而成的定子鐵芯，該定子鐵芯包括圓環(huán)狀的軛鐵、從軛鐵向徑向內(nèi)側(cè)突出的多個齒、以及在相鄰的齒之間形成的槽。將線圈插入定子鐵芯的槽內(nèi)的同時將其卷裝在齒上。線圈的卷裝方式有集中繞線方式和分布繞線方式。集中繞線方式是指按每個齒而卷裝線圈的方式，分布繞線方式是指跨過多個齒而卷裝線圈的方式。電機具有利用這些方式卷裝線圈而成的定子，該電機例如已被專利文獻I公開。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2001-128404號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]一般而言，根據(jù)集中繞線方式，由于按每個齒而卷裝線圈，所以能夠使從定子鐵芯端部開始的線圈端部(線圈末端)的突出長度短于分布繞線方式，具有容易實現(xiàn)電機的小型化這樣的優(yōu)點。另外，還具有由線圈截面相對于槽截面之比而構(gòu)成的占空系數(shù)容易變高、生產(chǎn)效率也高這樣的優(yōu)點。另一方面，根據(jù)分布繞線方式，具有能夠使線圈所產(chǎn)生的磁通密度分布更接近正弦波這樣的優(yōu)點。
[0007]然而，近年來，因稀土磁鐵的原料即Nd(釹)或Dy (鏑)的價格上漲，電機的無稀土化的勢頭越來越高。而且，作為適于無稀土化的電機可以列舉異步電機或同步磁阻電機。
[0008]對于異步電機或同步磁阻電機來說，優(yōu)選為，通過定子的勵磁產(chǎn)生的磁通密度分布接近正弦波。因此，一般采用分布繞線方式。但是，作為一般的技術(shù)課題，經(jīng)常會要求電機規(guī)格的小型化，從該觀點出發(fā)，更優(yōu)選集中繞線方式。因此，期望有能夠采用可實現(xiàn)小型化的集中繞線方式的異步電機或同步磁阻電機。
[0009]本發(fā)明是鑒于這樣的問題而完成的，其目的是，提供能夠以集中繞線方式制成線圈的異步電機或同步磁阻電機。
[0010]為解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的一個觀點，可以應(yīng)用一種如下的電機:所述電機包括能夠相對移動的、且隔著磁隙進行對置設(shè)置的定子和可動部件，所述定子和所述可動部件中的任意一方具有:軛鐵；從所述軛鐵向所述磁隙側(cè)突出設(shè)置的多個齒；以及按每個所述齒以集中繞線方式纏繞的多個線圈，所述多個齒的結(jié)構(gòu)為，沿著與相對移動方向垂直的方向以多列的方式排列由沿所述相對移動方向并列的多個齒構(gòu)成的齒組，將沿著與所述相對移動方向垂直的方向相鄰的第一齒組和第二齒組配置成，沿著所述相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。
[0011]發(fā)明的效果[0012]根據(jù)本發(fā)明，在異步電機或同步磁阻電機中，能夠以集中繞線方式制成線圈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是表示第一實施方式的電機的整體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0014]圖2是相當(dāng)于圖1中的I1-1I截面的橫剖視圖。
[0015]圖3是用于說明設(shè)置在齒前端的磁通交叉部件的結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0016]圖4是用于說明齒、線圈以及磁通交叉部件的配置結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0017]圖5是用于說明對磁通密度分布進行解析的模型的說明圖。
[0018]圖6是用于說明磁通密度分布的解析結(jié)果的說明圖。
[0019]圖7是用于說明將磁通交叉部件制成板狀部件的變形例的說明圖。
[0020]圖8是用于說明板狀部件即磁通交叉部件的詳細結(jié)構(gòu)之一例的說明圖。
[0021]圖9是用于說明板狀部件即磁通交叉部件的層疊鋼板之一例的說明圖。
[0022]圖10是用于說明槽配合的變形的說明圖。
[0023]圖11是表示將第一實施方式應(yīng)用于直線電機時的整體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0024]圖12是表示第二實施方式的電機的整體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0025]圖13是相當(dāng)于圖12中的XII1-XIII截面的橫剖視圖。
[0026]圖14是用于說明齒、線圈的配置結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0027]圖15是用于說明在圓筒導(dǎo)體上所設(shè)的狹縫的功能的說明圖。
[0028]圖16是用于說明對相對于可動部速度的推力進行解析的模型的說明圖。
[0029]圖17是用于說明相對于可動部速度的推力的解析結(jié)果的說明圖。
[0030]圖18是表示將第二實施方式應(yīng)用于直線電機時的整體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
【具體實施方式】
[0031]<第一實施方式>
[0032]首先，參照【專利附圖】
【附圖說明】第一實施方式。
[0033]< 1-1.電機的結(jié)構(gòu)>
[0034]首先，對本實施方式的電機100的整體結(jié)構(gòu)進行說明。在本實施方式中，電機100是使用了三相交流的旋轉(zhuǎn)型的異步電機，將截面的槽配合對永磁同步電機而言是2極3槽(2P3S)的情況，作為一個例子進行說明。如圖1及圖2所示，電機100包括旋轉(zhuǎn)軸1、框架
2、在框架2的一側(cè)(圖1中的右側(cè))端部所設(shè)置的托架3、外圈嵌合于托架3的軸承4、在框架2的另一側(cè)(圖1中的左側(cè))端部所設(shè)置的托架5、外圈嵌合于托架5的軸承6。旋轉(zhuǎn)軸I以自由旋轉(zhuǎn)的方式被軸承4和軸承6支承。
[0035]在旋轉(zhuǎn)軸I上，以與該旋轉(zhuǎn)軸I為同一軸心的方式設(shè)置有轉(zhuǎn)子10 (相當(dāng)于可動部件的一個例子)。轉(zhuǎn)子10具有:沿軸向?qū)盈B有圓環(huán)狀的鋼板而形成的層疊鐵芯體11 ;以及固定在該層疊鐵芯體11的外周上的銅或鋁制的圓筒導(dǎo)體12。另外，在框架2的內(nèi)周上設(shè)置有定子20。將轉(zhuǎn)子10和定子20隔著磁隙S而沿半徑方向進行對置設(shè)置，通過旋轉(zhuǎn)軸I的旋轉(zhuǎn)能夠使轉(zhuǎn)子10和定子20沿圓周方向相對移動。
[0036]此外，轉(zhuǎn)子10的結(jié)構(gòu)并不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以采用將貫穿了層疊鐵芯體11的外周的多個棒狀的導(dǎo)體的兩端固定在端環(huán)上的結(jié)構(gòu)(所謂的“籠型結(jié)構(gòu)”)。[0037]定子20具有:圓筒狀的軛鐵21 ；從軛鐵21向磁隙S側(cè)(半徑方向的內(nèi)側(cè))突出設(shè)置的多個(在該例子中是12個)齒22 ;以及按各齒22以集中繞線方式纏繞的多個(在該例子中是12個)線圈23。軛鐵21和齒22是沿軸向?qū)盈B鋼板而形成的。多個齒22的結(jié)構(gòu)為，沿軸向以多列(在該例子中是2列)的方式排列由沿圓周方向并列的多個(在該例子中是6個)齒22構(gòu)成的齒組24、25。以下，將軸向一側(cè)(圖1中的右側(cè))的齒組稱為第一齒組24，將軸向另一側(cè)(圖1中的左側(cè))的齒組稱為第二齒組25。如圖4所示，將沿著與相對移動方向垂直的方向(旋轉(zhuǎn)軸I的軸向、圖4中的上下方向)相鄰的第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向(圓周方向、圖4中的左右方向)錯開1/2齒節(jié)距。此外，為便于說明，圖4示出了在平面上配置了各齒22等的狀態(tài)，所述各齒22沿圓周方向配置。
[0038]電機100所具備的多個線圈23具有:纏繞在第一齒組24上的第一線圈組27 ;以及纏繞在第二齒組25上的第二線圈組28。以根據(jù)電機100的槽配合而決定線圈23的纏繞方向、并且同相彼此的電角大體一致的方式，來配置這些第一線圈組27和第二線圈組28。具體而言，由于電機100的槽配合為上述截面的槽配合對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)，因此如圖4所示，第一線圈組27與第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反。此外，圖4所示的U、V、W表示與U相、V相、W相對應(yīng)的各線圈23，分別用U、V、W表示纏繞方向與它們相反的線圈23(其他的附圖也同樣)。另外，如圖4所示，第一齒組24和第二齒組25的同相的齒節(jié)距，相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。像這樣，纏繞方向相反的同相的線圈23以電角錯開大致180度、且第一齒組24和第二齒組25的同相的齒節(jié)距相互以電角錯開大致180度的方式，來配置第一線圈組27和第二線圈組28，其結(jié)果是，成為180度(纏繞方向的錯位)一 180度(齒節(jié)距的錯位)=O度，并且被配置成同相彼此的電角大體一致。
[0039]在各齒22的磁隙S側(cè)的前端，分別設(shè)置有磁通交叉部件26。磁通交叉部件26是用于使與構(gòu)成第一線圈組27的線圈23 (以下適合稱為“第一線圈23”)交鏈的磁通(以下適合稱為“第一磁通”)、和與構(gòu)成第二線圈組28的線圈23 (以下適合稱為“第二線圈23”)交鏈的磁通(以下適合稱為“第二磁通”)進行交叉的部件。圖3表示該磁通交叉部件26的結(jié)構(gòu)。此外，為便于說明，圖3示出了:從構(gòu)成各線圈組27、28的沿圓周方向并列的6個線圈23等中抽出與U相、V相、W相對應(yīng)的3個線圈23等，并且將沿圓周方向配置的各線圈23等設(shè)置在平面上的狀態(tài)。另外，與第一線圈組27對應(yīng)的磁通交叉部件26以及與第二線圈組28對應(yīng)的磁通交叉部件26，雖然以圖4所示的相互嚙合的方式進行配置，但在圖3中，為了容易理解磁通交叉部件26的結(jié)構(gòu)而被分開表示。并且，如圖2所示，實際上在各線圈23之間存在間隙，但在圖3中省略了該間隙的圖示。
[0040]如圖3所示，磁通交叉部件26是具有多個(在該例子中是3個)梳齒261的梳齒狀部件，所述梳齒261是從與第一線圈23和第二線圈23的一方對應(yīng)的齒22的前端朝向與另一方對應(yīng)的齒22的前端從而沿軸向延伸。各梳齒261形成如下形狀:即從圓周方向觀察的形狀為對置的齒22這一側(cè)的前端尖銳的大致三角形，在各齒22上沿圓周方向以大致相等的間隔配置有各梳齒261。如圖4所示，各磁通交叉部件26的位于中心的梳齒261位于對置的2個磁通交叉部件26、26之間，通過在由3個梳齒261形成的2個凹部262中分別插入了對置的2個磁通交叉部件26、26的梳齒261，由此，將各磁通交叉部件26配置成隔開規(guī)定的間隙進行嚙合。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠使第一磁通與第二磁通有效地進行交叉。
[0041]此外，在本實施方式中，將各磁通交叉部件26的梳齒261的數(shù)量設(shè)為3個，但并不僅限于此，只要是2個以上即可。但是，與偶數(shù)相比更優(yōu)選奇數(shù)。這是因為在梳齒261為奇數(shù)的情況下，所形成的凹部262的數(shù)量為偶數(shù)，因此在位于中心的梳齒261的兩側(cè)能夠嚙合相同數(shù)量的梳齒261，并且能夠沒有浪費(換言之即沒有剩余的凹部262)且均勻地使各磁通交叉部件26進行嚙合配置。
[0042]另外，在本實施方式中，雖然從圓周方向觀察梳齒261的形狀為大致三角形，但并不僅限于此，也可以采用梯形或矩形等其他的形狀。
[0043]通過以上結(jié)構(gòu)，在電機100的定子20和層疊鐵芯體11之間構(gòu)成了磁回路，通過使磁通通過圓筒導(dǎo)體12，而使圓筒導(dǎo)體12產(chǎn)生渦流，從通過該圓筒導(dǎo)體12的磁通以及因渦流產(chǎn)生的磁通而生成的電磁力，作為轉(zhuǎn)子10的扭矩(旋轉(zhuǎn)力)發(fā)揮作用。
[0044]< 1-2.磁通密度分布的解析結(jié)果>
[0045]本申請的發(fā)明人等針對不同齒形狀等的2個模型A、B，進行了關(guān)于磁隙S的磁通密度分布的解析。關(guān)于該解析結(jié)果，使用圖5和圖6進行說明。此外，在圖5中，為了容易觀察齒形狀，而分開表示了軛鐵以及齒與線圈。
[0046]圖5(a)所示的模型A是，將槽配合為例如對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)即齒和線圈的一般 形狀進行模型化而成的，并且是作為比較例的模型。即、在模型A中，3個齒22'從軛鐵21'向磁隙S側(cè)(圖5中的下側(cè))突出設(shè)置，3個線圈23'以集中繞線方式纏繞在各齒22 ^上。
[0047]另一方面，圖5 (b)所示的模型B是與模型A相同的槽配合，并且是將與本實施方式對應(yīng)的齒和線圈的形狀進行模型化而成的。即、在模型B中，將第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。另外，第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，同相的線圈23 (纏繞方向相反)相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。而且，在各齒22的前端，分別設(shè)置具有3條梳齒261的磁通交叉部件26。
[0048]圖6 (a)表示:在模型A及模型B的鋼板層疊方向(旋轉(zhuǎn)軸I的軸向)的中心截面上的磁隙S的磁通密度分布。如圖6(a)所示，可知:與模型A相比，模型B中的磁通密度分布更接近正弦波。另外，在圖6(b)和圖6(c)中，分別表示了關(guān)于模型A和模型B的磁通密度分布的傅里葉解析結(jié)果。如圖6(b)所示，在模型A中，磁通密度分布不是僅為一次分量(基波)的正弦波分布，而包含高次諧波分量。還可知:高次諧波分量中的二次分量就成為一次分量的大約60%，且二次分量特別大。
[0049]另一方面，如圖6 (C)所示，在模型B中，二次分量大致為O，除了一次分量以外的所有的高次諧波分量的總計就成為一次分量的13%以下。這是因為與第一線圈23交鏈的第一磁通以及與第二線圈23交鏈的第二磁通的、一次分量的電角的相位相同并成為相同的大小，但二次分量在相同的電角下成為相同的大小且方向相反，所以通過磁通交叉部件26使第一磁通與第二磁通交叉，由此能夠使二次分量相互抵消。因此，從傅里葉解析結(jié)果可知:在模型B中，磁通密度分布接近正弦波。
[0050]< 1-3.第一實施方式的效果>
[0051]在本實施方式的電機100中，定子20具有:沿圓周方向錯開1/2齒節(jié)距而配置的第一齒組24和第二齒組25，并采用以集中繞線方式將線圈23纏繞在各齒22上的結(jié)構(gòu)。而且，根據(jù)槽配合而決定分別纏繞在第一齒組24和第二齒組25上的第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向，并且以同相彼此的電角大體一致的方式進行配置。通過這樣的配置，如上所述能夠使第一磁通與第二磁通進行交叉，并使影響特別大的二次分量相互抵消。因此，能夠使磁通密度分布主要僅為一次分量，在線圈23采用集中繞線的同時，能夠做出接近正弦波的磁通密度分布。其結(jié)果是，能夠?qū)⒓欣@線應(yīng)用于適合無稀土化的電機即異步電機或同步磁阻電機中，在使電機小型化的同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)無稀土化。
[0052]另外，在本實施方式中，尤其在多個齒22的前端分別設(shè)置磁通交叉部件26，通過該磁通交叉部件26，而使與第一線圈23交鏈的第一磁通和與第二線圈23交鏈的第二磁通進行交叉。由此，能夠?qū)⒌谝痪€圈23和第二線圈23配置在磁隙S的一側(cè)(在本實施方式中是外周側(cè))。其結(jié)果是，能夠得到如下的效果。即、為了抵消磁通密度分布的二次分量，而考慮到如下的結(jié)構(gòu)，例如使2個定子對置設(shè)置在轉(zhuǎn)子的軸向兩側(cè)或徑向兩側(cè)，在這2個定子之間，使線圈的纏繞方向相互相反，并且同相的線圈以電角錯開大致180度的方式進行配置。在該情況下，只能適合用于在轉(zhuǎn)子的兩側(cè)配置定子的特殊結(jié)構(gòu)的電機，并存在通用性低的問題。而在本實施方式中，通過設(shè)置磁通交叉部件26，在轉(zhuǎn)子10的一側(cè)(在該例子中是半徑方向外側(cè))配置I個定子20，在該定子20中，能夠使第一和第二線圈23的纏繞方向相互相反，并且同相的第一和第二線圈23相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。因此，能夠適合用于在轉(zhuǎn)子10的外側(cè)配置定子20的已被廣泛使用的結(jié)構(gòu)的電機，并具有通用性高的優(yōu)點。
[0053]另外，在本實施方式中，尤其是通過將磁通交叉部件26制成具有多個梳齒261的梳齒狀部件，由此，使第一磁通與第二磁通有效地進行交叉，能夠提高磁通密度分布的二次分量的抵消效果。尤其是通過將梳齒261的數(shù)量設(shè)成奇數(shù)，由此，I個梳齒261位于中心，并且在其兩側(cè)對稱地配置了相同數(shù)量的凹部262，并能夠制成對稱性好的磁通交叉部件26。其結(jié)果是，能夠沒有浪費(沒有剩余的凹部262)、具有規(guī)則性且均勻地使各磁通交叉部件26進行嚙合配置，并能夠提高磁通密度分布的二次分量的抵消效果。
[0054]< 1-4.變形例 >
[0055]此外，并不限于上述第一實施方式，在不脫離其主旨和技術(shù)思想的范圍內(nèi)能夠進行各種變形。以下，按順序說明這樣的變形例。
[0056](I)將磁通交叉部件制成板狀部件的情況
[0057]在上述第一實施方式中，雖然將磁通交叉部件26制成具有多個梳齒261的梳齒狀部件，但磁通交叉部件的形狀并不僅限于此。例如，也可以將磁通交叉部件制成板狀的部件。使用圖7至圖9，對本變形例進行說明。此外，為了便于說明，圖7以及圖8與上述的圖3等相同，均示出了抽出一部分的沿圓周方向配置的各齒22等、并將其配置在平面上的狀態(tài)。
[0058]如圖7所示，在本變形例中，由對與第一線圈23對應(yīng)的齒22的前端和與第二線圈23對應(yīng)的齒22的前端進行連接的板狀部件(沿圓周方向?qū)盈B了鋼板的結(jié)果為，整體形成為板狀)而構(gòu)成磁通交叉部件29。此外，與上述實施方式相同，將第一齒組24和第二齒組25配置成沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距，第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，同相的線圈23(纏繞方向相反)相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。[0059]圖8和圖9表示:磁通交叉部件29的詳細結(jié)構(gòu)的一個例子。此外，在這些圖8和圖9中，省略了軛鐵21的圖示。如圖8和圖9所示，隔著粘接層294而沿圓周方向?qū)盈B三種形狀的鋼板291、292、293從而形成齒22和磁通交叉部件29。即使在本變形例中，也能夠得到與上述實施方式相同的效果。并且，在上述實施方式中，由于磁通交叉部件26的形狀復(fù)雜，因此層疊結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但根據(jù)本變形例，能夠?qū)盈B幾種簡單形狀的鋼板而成，因此能夠簡化定子20的結(jié)構(gòu)。
[0060](2)槽配合的變形
[0061]在上述第一實施方式中，將電機100的槽配合是對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)的情況，作為一個例子進行了說明，但并不僅限于此，還能夠應(yīng)用于各種槽配合的電機。圖10表示:能夠應(yīng)用的槽配合的例子。
[0062]如圖10(a)所示，可以應(yīng)用于槽配合為2極3槽(2P3S)的電機。在該情況下，由于與上述實施方式相同，齒節(jié)距成為電角120度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開1.5齒節(jié)距，電角錯開180度(120度X 1.5齒節(jié)距)。并且，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，電角錯開大致180度的方式進行配置，由此成為180度(齒節(jié)距的錯位)一 180度(纏繞方向的錯位)=O度，并能夠使同相彼此的電角大體一致。
[0063]另外，如圖10(b)所示，可以應(yīng)用于槽配合為4極3槽(4P3S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角240度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開1.5齒節(jié)距，電角錯開360度(240度X 1.5齒節(jié)距)。并且，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相同，電角為大致O度的方式進行配置，由此成為360度(齒節(jié)距的錯位)一 O度(纏繞方向的錯位)=360度=O度(電角)，并能夠使同相彼此的電角大體一致。
[0064]另外，如圖10(c)所示，可以應(yīng)用于槽配合為8極9槽(8P9S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角160度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開4.5齒節(jié)距，電角錯開720度(160度X4.5齒節(jié)距)。并且，如圖10(c)所示，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相同，電角為大致O度的方式進行配置，由此成為720度(齒節(jié)距的錯位)一 O度(纏繞方向的錯位)=720度=O度(電角)，并能夠使同相彼此的電角大體一致。
[0065]另外，如圖10(d)所示，可以應(yīng)用于槽配合為10極9槽(10P9S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角200度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開4.5齒節(jié)距，電角錯開900度(200度X4.5齒節(jié)距)。并且，如圖10(d)所示，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，電角錯開大致180度的方式進行配置，由此成為900度(齒節(jié)距的錯位)一 180度(纏繞方向的錯位)=720度=O度(電角)，并能夠使同相彼此的電角大體一致。
[0066]另外，如圖10(e)所示，可以應(yīng)用于槽配合為10極12槽(10P12S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角150度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開2.5齒節(jié)距，電角錯開375度(150度X 2.5齒節(jié)距)。并且，如圖10(e)所示，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相同，電角為大致O度的方式進行配置，由此成為375度(齒節(jié)距的錯位)一 O度(纏繞方向的錯位)=375度(N O度)，并能夠使同相彼此的電角位于附近范圍內(nèi)。
[0067]另外，如圖10(f)所示，可以應(yīng)用于槽配合為14極12槽(14P12S)的電機。在該情況下，由于齒節(jié)距成為電角210度，所以將第一齒組24和第二齒組25中的同相的節(jié)距間隔錯開2.5齒節(jié)距，電角錯開525度(210度X 2.5齒節(jié)距)。并且，如圖10(f)所示，以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，電角錯開大致180度的方式進行配置，由此成為525度(齒節(jié)距的錯位)一 180度(纏繞方向的錯位)=345度(N O度)，并能夠使同相彼此的電角位于附近范圍內(nèi)。
[0068]即使應(yīng)用于以上的槽配合的電機，也能夠獲得與上述第一實施方式相同的效果。
[0069](3)應(yīng)用于直線電機的情況
[0070]上述第一實施方式和變形例的結(jié)構(gòu)，還能夠應(yīng)用于直線電機。使用圖11對本變形例進行說明。
[0071]在本變形例中，將電機200是直線異步電機的情況作為一個例子進行說明。如圖11所示，電機200包括:能夠沿圖11中的左右方向相對移動的、且隔著磁隙S進行對置設(shè)置的定子220和可動部件210。
[0072]定子220具有:平板狀的軛鐵221 ;從軛鐵221向磁隙S側(cè)突出設(shè)置的多個齒222 ；以及按各齒222以集中繞線方式纏繞的多個線圈223。多個齒222的結(jié)構(gòu)為，沿著與相對移動方向垂直的方向(圖11中的與紙面垂直的方向)以多列的方式排列由沿著相對移動方向(圖11中的左右方向)并列的多個齒222構(gòu)成的齒組224、225(在圖11中僅圖示了齒組224)，將沿著與相對移動方向垂直的方向相鄰的第一齒組224和第二齒組225配置成，沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。另外，以根據(jù)電機200的槽配合而決定線圈223的纏繞方向、并且同相彼此的電角大體一致的方式，來配置纏繞在第一齒組224上的第一線圈組227、以及纏繞在第二齒組225上的第二線圈組228 (省略圖示)。并且，與上述實施方式相同，在各齒222的靠磁隙S這一側(cè)的前端，分別設(shè)置有未圖示的磁通交叉部件226。
[0073]另一方面，可動部件210具有:銅或鋁制的二次側(cè)導(dǎo)體211 ;以及固定在該二次側(cè)導(dǎo)體211的與磁隙S相反一側(cè)的鐵板212。在定子220和鐵板212之間構(gòu)成了磁回路,使磁通通過二次側(cè)導(dǎo)體211，由此使二次側(cè)導(dǎo)體211產(chǎn)生渦流，從通過該二次側(cè)導(dǎo)體211的磁通以及因渦流產(chǎn)生的磁通而生成的電磁力，作為可動部件210的推力而發(fā)揮作用。
[0074]即使在應(yīng)用于直線電機的本變形例中，也能夠獲得與上述第一實施方式相同的效果O
[0075]<第二實施方式>
[0076]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】第二實施方式。在上述第一實施方式中，采用了如下結(jié)構(gòu):在齒22的前端設(shè)置磁通交叉部件26，并使與第一線圈23交鏈的第一磁通和與第二線圈23交鏈的第二磁通進行交叉，從而抵消磁通密度分布的二次分量，但并不僅限于此。第二實施方式通過在二次側(cè)導(dǎo)體上設(shè)置多個狹縫，從而抵消由磁通密度分布的二次分量所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。
[0077]< 2-1.電機的結(jié)構(gòu)>
[0078]對本實施方式的電機100A的整體結(jié)構(gòu)進行說明。本實施方式也與上述第一實施方式相同，電機100A是使用了三相交流的旋轉(zhuǎn)型的異步電機，將截面的槽配合為對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)的情況，作為一個例子進行說明。[0079]如圖12和圖13所示，定子20具有:圓筒狀的軛鐵21 ;從軛鐵21向磁隙S側(cè)(半徑方向的內(nèi)側(cè))突出設(shè)置的多個(在該例子中是12個)齒22A;以及按各齒22A以集中繞線方式纏繞的多個(在該例子中是12個)線圈23。軛鐵21和齒22A是沿軸向?qū)盈B鋼板而形成的。多個齒22A的結(jié)構(gòu)為，沿軸向以多列(在該例子中是2列)的方式排列由沿圓周方向并列的多個(在該例子中是6個)齒22A構(gòu)成的齒組24、25。在本實施方式中，在各齒22A的靠磁隙S這一側(cè)的前端沒有設(shè)置磁通交叉部件，各齒22A形成為棱柱狀。
[0080]以下，將軸向一側(cè)(圖12中的右側(cè))的齒組稱為第一齒組24，將軸向另一側(cè)(圖12中的左側(cè))的齒組稱為第二齒組25。如圖14所示，將沿著與相對移動方向垂直的方向(旋轉(zhuǎn)軸I的軸向、圖14中的上下方向)相鄰的第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向(圓周方向、圖14中的左右方向)錯開1/2齒節(jié)距。此外，為了便于說明，圖14示出了在平面上配置了各齒22等的狀態(tài)，所述各齒22沿圓周方向配置。
[0081]電機100A所具備的多個線圈23具有:纏繞在第一齒組24上的第一線圈組27 ;以及纏繞在第二齒組25上的第二線圈組28。以根據(jù)電機100的槽配合而決定線圈23的纏繞方向、并且同相彼此的電角大體一致的方式，來配置這些第一線圈組27和第二線圈組28。具體而言，由于電機100的槽配合為上述截面的槽配合對永磁同步電機而言的2極3槽(2P3S)，因此如圖14所示，第一線圈組27與第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反。另外，如圖14所示，第一齒組24和第二齒組25的同相的齒節(jié)距，相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。像這樣，纏繞方向相反的同相的線圈23以電角錯開大致180度、且第一齒組24和第二齒組25的同相的齒節(jié)距相互以電角錯開大致180度的方式，來配置第一線圈組27和第二線圈組28，其結(jié)果是，成為180度(纏繞方向的錯位)一 180度(齒節(jié)距的錯位)=O度，并且以同相彼此的電角大體一致的方式進行配置。
[0082]轉(zhuǎn)子10具有:沿軸向?qū)盈B有圓環(huán)狀的鋼板而形成的層疊鐵芯體11 ;以及固定在該層疊鐵芯體11的外周上的銅或鋁制的圓筒導(dǎo)體12A(相當(dāng)于二次側(cè)導(dǎo)體的一個例子)。如圖13所示，圓筒導(dǎo)體12A具有:沿著與相對移動方向垂直的方向(旋轉(zhuǎn)軸I的軸向、圖13中的與紙面垂直的方向)的多個狹縫31。各狹縫31是沿半徑方向貫穿圓筒導(dǎo)體12A而形成的，在圓筒導(dǎo)體12A的整個圓周方向上以大致相等的間隔配置各狹縫31。
[0083]可以使用圓鋸等并對圓筒狀的導(dǎo)體進行切削，從而形成具有狹縫31的圓筒導(dǎo)體12A，也可以沿圓周方向排列具有與狹縫31對應(yīng)的凹部的棒狀導(dǎo)體，從而形成該具有狹縫31的圓筒導(dǎo)體12A。在這些情況下，各狹縫31均成為空隙。另外，通過沿圓周方向?qū)盈B有棒狀導(dǎo)體和絕緣體，由此將絕緣體部分制成狹縫31。在該情況下，則成為在各狹縫31中填充了絕緣體的狀態(tài)。電機100A的除了上述以外的結(jié)構(gòu)，都與上述電機100相同。
[0084]< 2-2.由圓筒導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電壓>
[0085]以下，使用圖15，對狹縫31的功能進行說明。此外，為了便于說明，圖15示出了圓筒導(dǎo)體12A為板狀的狀態(tài)。另外，圖15中的箭頭的長度表示感應(yīng)電壓的大小。
[0086]在圖15(a)中，圖中近前側(cè)的區(qū)域12A1與纏繞在第一齒組24上的第一線圈組27對應(yīng)，圖中里側(cè)的區(qū)域12A2與纏繞在第二齒組25上的第二線圈組28對應(yīng)。通過將第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向(圖15中的左右方向)錯開1/2齒節(jié)距，由此，在圓筒導(dǎo)體12A的各區(qū)域12A1U2A2中所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，就成為圖15(a)所示的分布。而且，通過設(shè)置狹縫31，在各狹縫31之間的圓筒導(dǎo)體12A的各電流路徑中，能夠抵消由二次分量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，并能夠僅取出由一次分量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。其結(jié)果如圖15(b)所示，在圓筒導(dǎo)體12A中所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的分布，就成為接近正弦波的形狀。
[0087]< 2-3.相對于轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)的扭矩(推力)的解析結(jié)果>
[0088]本申請發(fā)明人等針對2個模型A、C，進行了相對于轉(zhuǎn)子速度的扭矩的研究。但是，為了便于解析，本申請發(fā)明人等采用直線電機進行解析，并對相對于可動部速度的推力進行解析。使用圖16和圖17，對該解析結(jié)果進行說明。此外，為了便于說明，圖16示出了圓筒導(dǎo)體為板狀。
[0089]圖16(a)所示的模型A與圖5(a)所示的模型相同。而且，在圓筒導(dǎo)體12上沒有設(shè)置狹縫。另一方面，圖16(b)所示的模型C是與模型A相同的槽配合，并且是將與本實施方式對應(yīng)的齒和線圈的形狀進行模型化而成的。即、在模型C中，將第一齒組24和第二齒組25配置成，沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。另外，還以第一線圈組27和第二線圈組28的線圈23的纏繞方向相互相反，同相的線圈23 (纏繞方向相反)相互以電角錯開大致180度的方式進行配置。而且，各齒22是棱柱狀，在圓筒導(dǎo)體12A上，設(shè)置有沿著與相對移動方向垂直的方向的多個狹縫31。
[0090]圖17(a)表示:模型A的相對于可動部速度的推力的解析結(jié)果。如圖17(a)所示，在模型A中，可動部速度是2.4m/s時的推力為，可動部速度是Om/s時的推力的大約20%以下，并且推力大幅度下降。即、由此可知:在采用了集中繞線的異步電機中，隨著轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)變大，而使扭矩(推力)下降。如上述圖6(b)所示，在模型A中，磁通密度分布不是僅為一次分量，而包含高次諧波分量。因此，可以推測出上述推力下降的原因為，與主要有助于推力的一次分量的次數(shù)不同的高次諧波分量。也就是說，由于一次分量與二次分量的行進方向是相反的方向，所以在使轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)變化的情況下，相對于一次分量的轉(zhuǎn)差頻率以及相對于二次分量的轉(zhuǎn)差頻率中的任意一方只能是恒定的。因此，可以認為在將相對于一次分量的轉(zhuǎn)差頻率設(shè)為恒定而使轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)變化的情況下，隨著轉(zhuǎn)子速度(可動部速度)的變化，關(guān)于二次分量的轉(zhuǎn)差頻率也發(fā)生變化，二次分量對推力的影響發(fā)生變化，并使扭矩(推力)下降。
[0091]另一方面，如圖17(b)所示，在模型C中，即使使可動部速度從Om/s變化至2.4m/s，推力的下降也幾乎不會發(fā)生。這被認為在模型C中，僅一次分量有助于推力，并排除了二次分量對推力的影響。由此可知:通過在圓筒導(dǎo)體12A上設(shè)置狹縫31，由此，能夠抵消因磁通密度的二次分量所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。
[0092]< 2-4.第二實施方式的效果>
[0093]在本實施方式的電機IOOA中，圓筒導(dǎo)體12A具有:沿著與相對移動方向垂直的方向的多個狹縫31。由此，可以抵消因磁通密度的二次分量所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，在圓筒導(dǎo)體12A中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的分布能夠成為接近正弦波的形狀。也就是說，根據(jù)本實施方式，在齒22的前端不設(shè)置如第一實施方式那樣的磁通交叉部件，而在圓筒導(dǎo)體12A上設(shè)置狹縫31，由此，能夠獲得與做出接近正弦波的磁通密度分布的情況相同的效果。其結(jié)果為，在適合無稀土化的電機即異步電機或同步磁阻電機中，能夠應(yīng)用集中繞線，在使電機小型化的同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)無稀土化。另外，由于能夠?qū)崿F(xiàn)集中繞線的直線異步電機，所以與分布繞線的直線異步電機相比，還有能夠減少I次側(cè)的銅損、削減組裝工時的效果。
[0094]< 2-5.變形例 >[0095]此外，并不限于上述第二實施方式，在不脫離其主旨和技術(shù)思想的范圍內(nèi)能夠進行各種變形。例如如圖18所示，上述第二實施方式的結(jié)構(gòu)還能夠應(yīng)用于直線電機。在該電機200A中，可動部件210的二次側(cè)導(dǎo)體21IA具有:沿著與相對移動方向垂直的方向(圖18中的與紙面垂直的方向)的多個狹縫231。各狹縫231是貫穿二次側(cè)導(dǎo)體211A而形成的，在二次側(cè)導(dǎo)體211A的整個相對移動方向上以大致相等的間隔配置各狹縫231。電機200A的其他結(jié)構(gòu)與圖11所示的電機200相同。即使在應(yīng)用于直線電機的本變形例中，也能夠獲得與上述第二實施方式相同的效果。
[0096]另外，上述第二實施方式的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同，均能夠應(yīng)用于圖10所示的各種槽配合的電機。
[0097]此外，在以上的第一實施方式和第二實施方式中，將電機為異步電機的情況，作為一個例子進行了說明，但并不僅限于此，還能夠應(yīng)用于磁阻電機。另外，以上，雖然將沿著與相對移動方向垂直的方向相鄰的第一齒組和第二齒組配置成沿相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距、并將該結(jié)構(gòu)設(shè)置于定子側(cè)的情況，作為一個例子進行了說明，但并不僅限于此，也可以將該結(jié)構(gòu)設(shè)置在可動部件側(cè)。
[0098]另外，在上述第一實施方式和第二實施方式中，將電機是在定子20的內(nèi)側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)子10的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的情況作為一個例子進行了說明，但還能夠應(yīng)用在定子20的外側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)子10的外轉(zhuǎn)子型的電機。
[0099]另外，除了上述以外，還可以適當(dāng)組合并利用上述實施方式或各變形例的方法。
[0100]除此以外，不再一一例示，但在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，還可以增加并實施各種變更。
[0101]附圖標記的說明
[0102]S:磁隙
[0103]10:轉(zhuǎn)子(可動部件)
[0104]12A:圓筒導(dǎo)體(二次側(cè)導(dǎo)體)
[0105]20:定子
[0106]21:軛鐵
[0107]22:齒
[0108]22A:齒
[0109]23:線圈、第一線圈、第二線圈
[0110]24:第一齒組
[0111]25:第二齒組
[0112]26:磁通交叉部件
[0113]27:第一線圈組
[0114]28:第二線圈組
[0115]29:磁通交叉部件
[0116]31:狹縫
[0117]100:電機
[0118]100A:電機
[0119]200:電機[0120]200A:電機
[0121]210:可動部件
[0122]21IA:二次側(cè)導(dǎo)體
[0123]220:定子
[0124]221:軛鐵
[0125]222:齒
[0126]223:線圈
[0127]224:第一齒組
[0128]227:第一線圈組
[0129]231:狹縫
[0130]261:梳齒
【權(quán)利要求】
1.一種電機，包括能夠相對移動的、且隔著磁隙進行對置設(shè)置的定子和可動部件，其特征在于， 所述定子和所述可動部件中的任意一方具有:軛鐵；從所述軛鐵向所述磁隙側(cè)突出設(shè)置的多個齒；以及按每個所述齒以集中繞線方式纏繞的多個線圈， 所述多個齒的結(jié)構(gòu)為，沿著與相對移動方向垂直的方向以多列的方式排列由沿所述相對移動方向并列的多個齒構(gòu)成的齒組，將沿著與所述相對移動方向垂直的方向相鄰的第一齒組和第二齒組配置成，沿著所述相對移動方向錯開1/2齒節(jié)距。
2.如權(quán)利要求1所述的電機，其特征在于，所述多個線圈具有:纏繞在所述第一齒組上的第一線圈組；以及纏繞在所述第二齒組上的第二線圈組，根據(jù)電機的槽配合而決定所述第一線圈組和所述第二線圈組的線圈的纏繞方向，以同相彼此的電角大體一致或者位于附近范圍內(nèi)的方式進行配置。
3.如權(quán)利要求2所述的電機，其特征在于，還具有磁通交叉部件，所述磁通交叉部件分別設(shè)置在所述多個齒的前端，并用于使與構(gòu)成所述第一線圈組的第一線圈交鏈的第一磁通、和與構(gòu)成所述第二線圈組的第二線圈交鏈的第二磁通進行交叉。
4.如權(quán)利要求3所述的電機，其特征在于，所述磁通交叉部件是具有多個梳齒的梳齒狀部件，所述梳齒是從與所述第一線圈和所述第二線圈的一方對應(yīng)的所述齒的前端、朝向與另一方對應(yīng)的所述齒的前端而形成的。
5.如權(quán)利要求4所述的電機，其特征在于，所述梳齒的數(shù)量是奇數(shù)。
6.如權(quán)利要求3所述的電機，其特征在于，所述磁通交叉部件是對與所述第一線圈對應(yīng)的所述齒的前端和與所述第二線圈對應(yīng)的所述齒的前端進行連接的板狀部件。
7.如權(quán)利要求1或2所述的電機，其特征在于，所述定子和所述可動部件中的任意的另一方具有二次側(cè)導(dǎo)體，所述二次側(cè)導(dǎo)體包括:沿著與所述相對移動方向垂直的方向的多個狹縫。
【文檔編號】H02K17/16GK103959617SQ201280058084
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月5日
【發(fā)明者】吉村憲昭 申請人:株式會社安川電機
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