同步电动机制造技术

同步电动机100，包括转子20、定子10和线圈元件11、12，所述转子20的表面或内部具有永磁体26，所述定子10由软磁材料制成，并具有齿构件T1至T18和插槽S1至S18，所述线圈元件11、12以集中绕组方式绕在所述每个齿构件T1-T18上，并沿着所述齿构件T1-T18的延伸方向排列成多层。所述线圈元件11和12具有三个线圈，每个线圈在圆周方向上用于每个相位，以为每个相位形成旋转方向绕组101至206。对于每个相位，所述旋转方向绕组101至206通过旋转方向上的一个插槽在相邻层之间相互替换。因此，使用集中绕组的电动机能够有效地减少转矩脉动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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SI -S18和多个齿构件的Tl -T18，线圈元件91缠绕单个齿构件Tl -TlS0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IOA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IOB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JPll - 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。
技术实现思路
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。本专利技术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。本专利技术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。在本专利技术的所述同步电动机中，假设N_t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，Nslot代表插槽的数量，Npole代表转子的极数，Nphase代表电流的施加相数，则满足 Nslot ±Npole=2n (η=I, 2，…整数)，及 Nslot=A/ (A-I) Npole (注意 A=Nphase Ncont)。优选地，连续设置N_t次的线圈元件缠绕成m(m>l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。在本专利技术的同步电动机中，当连续设置的所述线圈元件的数量为N_t、线圈元件的层数m为m = 2k( k为自然数)时，所述线圈元件以集中绕组的方式绕在位于一个相位的旋转方向绕组的中心部分的个齿构件上，还绕在位于所述旋转方向绕组中心的外部的(2k-l)个齿构件上，从而当所述线圈元件离所述旋转方向绕组的中心越近时，·所述线圈元件的数量越多，离得越远则越少。当m=2k-l (k是自然数)，所述线圈元件以集中绕组的方式绕在位于一个相位的旋转方向绕组的中心部分上的个齿构件上，并绕在位于所述旋转方向绕组中心外部的2 (k-Ι)个齿构件上，从而当所述线圈元件离所述旋转方向绕组中心越近时，所述线圈元件的数量越多，离得越远则越少。在本专利技术的所述同步电动机中，提供具有相同的电气特性的多套绕组。优选地，通过使用外部控制器的绕组切换装置来实现多套绕组之间的切换，从而使所述多套绕组在低速运行期间串联，而在高速运行器件并联。优选地，相邻齿构件间的所述绕组的缠绕方向是相反的。本专利技术的优点在于，通过简单的方法降低了集中绕组式电动机的转矩脉动。参考附图，通过下面本专利技术的优选实施例的描述，本专利技术的其它特征、要素、特点和优点将变得更加明显。附图说明图I是本专利技术实施例中同步电动机的剖视 图2是本专利技术实施例中同步电动机绕组的层和套的示意 图3是本专利技术实施例中同步电动机绕组的示意 图4A是本专利技术实施例的同步电动机中旋转方向绕组和电流引起的磁通量的示意图； 图4B是图4A所示旋转方向绕组的磁通分布的示意 图5是本专利技术另一个实施例中同步电动机的绕组方法的示意 图6展示了本专利技术另一个实施例中同步电动机的绕组方法； 图7是本专利技术另一个实施例中同步电动机绕组的层和套的示意 图8是本专利技术另一个实施例中同步电动机的绕组的示意 图9是现有技术的同步电动机的剖视 图IOA是现有技术的同步电动机的旋转方向绕组和电流引起的磁通量的示意 图IOB是图IOA所示旋转方向绕组的磁通量分布的示意图。具体实施方式以下将结合附图，说明本专利技术的实施例。如图I所示，本实施例的同步电动机包括定子10和转子20。所述定子10包括多个(18个)插槽SI- S18和多个(18个)齿构件Tl-T18，下层线圈元件11和上层线圈元件12绕每个齿构件Tl -T18缠绕。所述转子20包括嵌入环25中的磁性材料24和固定至其上的永磁体26。16个永磁体26在圆周方向上连接，因而所述转子20的极数为16。注意，附图标记61、62分别表示水平和竖直中心线。U相下层线圈元件11绕位于第一和第二插槽SI和S2之间的第二齿构件T2缠绕。在图I中，附图标记U表示U相绕组的输入端，附图标记X表示U相绕组的输出端。因此，绕所述第二齿构件T2缠绕的所述下层线圈元件11从所述插槽SI穿入所述定子10中，并朝着所述第二插槽S2缠绕，然后从所述第二插槽S2中穿出所述定子10，如图2所示。注意图2中圆圈中的X表示所述绕组从纸的正面穿到纸的背面，圆圈中的点表 示所述绕组从纸的背面穿到纸的正面。还要注意的是图2为以线性延伸的方式展示的、在所述定子10的内表面的、在圆周方向排列的插槽和齿构件的示意图。如图I所示，下层线圈元件11缠绕位于第二和第三插槽S2，S3之间的第三齿构件T3，并从标记为附图标记U的第三插槽S3进入定子10，并朝着第二插槽S2缠绕，最后经标记为附图标记X的第二插槽S2从定子10中出来。即缠绕所述第二齿构件T2的下层线圈元件11和缠绕所述第三齿构件T3的下层线圈元件11的绕线方向是彼此相反的。类似地，下层线圈元件11缠绕位于第三和第四插槽S3，S4之间的第四齿构件T4，并从标记为附图标记U的第三插槽S3进入定子10，并朝着第四插槽S4缠绕，最后经标记为附图标记X的第四插槽S4从定子10出来，从而缠绕所述第三齿构件T3的下层线圈元件11和所述的下层线圈元件11的缠本文档来自技高网...

【技术保护点】
同步电动机，包括：转子，其表面或内部具有永磁体；定子，所述定子由软磁材料制成，并具有多个齿构件和多个插槽；和多个线圈元件，所述多个线圈元件以集中绕组方式绕在每个所述齿构件上，并在所述齿构件的延伸方向上排列成多层，其特征在于，预定数量的所述线圈元件在圆周方向上对应每个相位连续排列，以形成对应于每个相位的旋转方向绕组，并且所述每个相位的旋转方向绕组通过旋转方向上的一个插槽在相邻层之间彼此替换。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：井上芳光，佐竹明喜，
申请(专利权)人：大隈株式会社，
类型：发明
国别省市：