同步电动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及同步电动机。
【背景技术】
[0002]在使用永久磁铁的3相同步电动机的将定子绕组集中卷绕于齿部的电动机中，通常多采用转子中使用的永久磁铁的磁极数与定子的槽数(=齿数)的比率为2:3的结构。与此相对，还存在有使用能够使永久磁铁产生的磁通更有效地交链于定子绕组的永久磁铁磁极数和槽数的组合的同步电动机(例如专利文献1、2)。
[0003]而且，作为用于使转子的永久磁铁产生的磁通更有效地交链于定子绕组的技术，不使卷绕定子绕组的齿部的配置均匀，根据极数和槽数的组合使其不均匀的技术也已为人所知(例如专利文献3?5)。
[0004]专利文献1:日本特开昭62-110468号公报
[0005]专利文献2:日本特开平9-172762号公报
[0006]专利文献3:日本特开2000-253602号公报
[0007]专利文献4:日本特开2005-102475号公报
[0008]专利文献5:日本特开平2-84043号公报
【发明内容】
[0009]然而，在上述专利文献3?5所示的技术中，由于齿部的卷绕绕组的部分的配置也是不均匀的，所以收纳绕组的槽部的截面积变得不均匀，由于绕组的可卷绕的最大量被限制在截面积较窄的槽部，因此不能有效地利用电动机的定子的截面积。
[0010]例如在专利文献3中所示的8极9槽的3相直流电动机的情况下，通过增大各相的相邻的3个齿部中的中央的齿部的宽度且根据情况增加卷绕于中央齿部的绕组的匝数，能够使同步电动机高性能化，因此能够有效地利用槽部的截面积的不均匀性；但是在专利文献4所示的10极9槽的同步电动机中，采用使两端的齿部的卷绕绕组的部分向中央靠近的结构，由于无法增加中央的齿部的绕组，所以不能有效地利用定子的截面积。此外，在专利文献4中，没有示出通过使齿部的配置不均匀而得到的效果的根据和具体的范围。
[0011]此外，例如在专利文献5所示的8极9槽的电动机中，虽然提出了与专利文献3中所示的技术不同的、通过增大构成I相的齿部中的、3个齿部中的2个齿部的宽度，能够有效地利用转子的永久磁铁的磁通的方案，但是例如在增大构成I相的齿部中的两端的齿部的宽度的情况下，由于无法增加中央齿部的绕组，所以还是不能有效地得到转子的磁通。
[0012]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种同步电动机，其在10极9槽的同步电动机中能够实现高输出化以及高效率化，从而能够实现高性能化。
[0013]为了解决上述课题而实现发明目的，本发明涉及的同步电动机，其包括:定子，其在以轴心为中心的圆环状的铁芯上朝向轴心且沿着周向等角度间隔地形成有9个齿部；以及转子，其以轴心为中心，在外周面上配置有不同极性的磁极交替地沿着周向等角度间隔地形成的10极的极取向的永久磁铁，并且与上述定子相向配置，上述各齿部按相邻的3个齿部为I相而被划分为3相，在I相的上述各齿部上，以在相邻的上述各齿部之间各相的定子绕组的卷绕方向为从轴心观察呈互为相反方向的方式连续地以集中绕组方式卷绕，且各相的上述各齿部中的、中央的齿部的与上述转子相向的前端部的宽度构成为大于32°、小于 40。ο
[0014]根据本发明，在10极9槽的同步电动机中能够实现高输出化以及高效率化，从而能够实现高性能化。
【附图说明】
[0015]图1是实施方式涉及的同步电动机的横截面图。
[0016]图2是表示实施方式涉及的同步电动机的I相的各齿部与磁极的位置关系的图。
[0017]图3是表示齿部的中心与磁极的中心一致的示例的图。
[0018]图4是表示卷绕于I相的各齿部的定子绕组的感应电压的图。
[0019]图5是表示以各相的各齿部的前端宽度Θ1、Θ 2为参数所求出的绕组短距系数Kp、绕组分布系数Kd、绕组系数Kw的计算结果的图。
[0020]图6是表示以各相中央的齿部的前端宽度ΘI为40°的情况为基准的绕组系数比率和感应电压比率的图。
[0021]符号说明
[0022]I 定子
[0023]2a、2b、2c 齿部
[0024]3定子绕组
[0025]4 转子
[0026]5 背轭
[0027]6永久磁铁
【具体实施方式】
[0028]下面，参照附图来说明本发明的实施方式涉及的同步电动机。此外，本发明不局限于以下所述的实施方式。
[0029]实施方式
[0030]图1是实施方式涉及的同步电动机的横截面图。如图1所示，在本实施方式中，以使用了与定子I的内周面相向地配置有永久磁铁的转子4的同步电动机的情况下的示例进行说明。
[0031]定子I构成为，在以轴心为中心的圆环状的铁芯上朝向轴心且沿着周向等角度间隔(机械角度40° )地形成9个突起状的铁芯(以下称为“齿部”)2a、2b、2c。各齿部2a、2b、2c按相邻的3个齿部为I相而被划分为3相(U相、V相、W相)。此外，以下将各齿部2a、2b、2c的与转子4相向的部分的宽度称为“前端宽度”。
[0032]转子4构成为，在以轴心为中心的圆柱状的背轭5的外周面上，沿着周向等角度间隔(机械角度36° )且不同极性的磁极交替地配置10极的永久磁铁6，转子4相对于定子I能够旋转地配置于各齿部2a、2b、2c的内侧。
[0033]图2是表示实施方式涉及的同步电动机的I相的各齿部与磁极的位置关系的图。各相的定子绕组3连续地以集中绕组方式分别卷绕于I相的各齿部2a、2b、2c，各相中卷绕于相邻的各齿部的定子绕组3的卷绕方向为从轴心观察呈互为相反方向。
[0034]如图2所示，如果使各相中央的齿部2a的中心为相向的永久磁铁6的中心、即磁极的中心，则各相两端的齿部2b、2c的中心处于从相向的永久磁铁6的中心、即磁极的中心偏离电气角度9d = 20° (机械角度4° )的位置。此外，在本实施方式中，如图1、图2所示，设各相中位于中央的齿部2a的前端宽度为Θ 1、位于两端的齿部2b、2c的前端宽度为Θ 2。
[0035]这里，参照图2?图4来说明本实施方式的结构概念。图3是表示齿部的中心与磁极的中心一致的示例的图。此外，图4是表示卷绕于I相的各齿部的定子绕组的感应电压的图。
[0036]作为表示从转子的永久磁铁产生的磁通以何种程度有效地交链于定子绕组的指标，通常有被称为“绕组系数Kw”的系数。该绕组系数Kw由绕组短距系数Kp与绕组分布系数Kd之积来求取。
[0037]绕组短距系数Kp基于转子的磁极的宽度和定子的齿部的前端宽度来计算。该绕组短距系数Kp是表示在从转子的I个磁极呈正弦波状地产生磁通的情况下，这些磁通有多少穿过定子绕组所卷绕的齿部的系数，基于转子的I个磁极的宽度(角度)和齿部的前端宽度(角度)，使用下式(I)计算。
[0038]Kp = sinO/2X (极数)/(槽数))
[0039]= sin (Ji /2 X (齿部的前端宽度)/ (磁极的宽度))…(I)
[0040]基于上式(I)，该绕组短距系数Kp在齿部的前端宽度与磁极的宽度相等的情况下为最大值I。如图3所示，在齿部的前端宽度较大的情况下，同样穿过齿部的磁通的一部分不交链于定子绕组，而是穿过齿部的前端部分，与相邻的磁极形成短路，因此该绕组短距系数Kp变小，相反地在齿部的前端宽度小于磁极的宽度的情况下，从磁极产生的磁通也不能全部交链于定子绕组，因此该绕组短距系数Kp也变小。
[0041]另一方面，绕组分布系数Kd是用于在卷绕于同一相的各齿部的各定子绕组上产生的感应电压的相位发生偏移的情况下对感应电压的振幅并非简单地成为各定子绕组的感应电压之和来进行修正的系数，通常使用下式(2)计算。
[0042]Kd = sin (Ji /6) / (qX sin ( π /6q))...(2)
[0043](q=(槽数)/(极数)/3)
[0044]在极数与槽数之比为同步电动机中通常使用的2:3或4:3的组合的情况下，即使极数、槽数变大，各相的定子绕组与磁极的位置关系为只是相同配置的重复增加，是不会使得在构成各相的各定子绕组上产生的感应电压的相位偏离的，因此该绕组分布系数Kd为
1
[0045]这里，由上式(2)得到的绕组分布系数Kd是以定子的齿部呈等间隔地配置且全部齿部的前端宽度相同的情况为前提计算的系数，因此在齿部的配置并非等间隔的情况或者具有前端宽度不同的齿部的情况下，不能使用上式(2)计算绕组系数Kw。
[0046]因此，在本实施方式中，对于绕组系数Kw，着眼于在卷绕于各齿部的定子绕组上产生的感应电压的大小(=绕组短距系数Kp)、以及在各相的卷绕于各齿部的各定子绕组上产生的感应电压之间的相位差(?绕组分布系数Kd)，求出齿部的前端宽度并非等间隔的情况下的同步电动机的绕组系数Kw。
[0047]在本实施方式涉及的10极9槽的同步电动机的情况下，在图2所示的示例中，如果假设转子4的各磁极从右向左移动，则分别在卷绕于各齿部2a、2b、2c的定子绕组上产生的感应电压如图4所示，以在各相中央的齿部2a的定子绕组3上产生的感应电压为基准，在各相两端的齿部2b、2c的绕组上产生的感应电压的相位分别偏离电气角度40°。在卷绕于上述各齿部2a、2b、2c的定子绕组3上产生的感应电压的总和，由于受到在卷绕于各齿部2a、2b、2c的定子绕组3上产生的感应电压的相位偏离的影响，因此比在中央的齿部2a产生的感应电压的3倍的值小。作为表示由于相对于在卷绕于各相中央的齿部2a的定子绕组3上产生的感应电压，作为在卷绕于各相两端的各齿部2b、2c的定子绕组3上产生的感应电压的相位发生偏移而导致的各相的感应电压减少所带来的影响的系数，假设其为与上式
(2)相当的各齿部2a、2b、2c的绕组分布系数Kd，为了便于说明，该绕组分布系数Kd能够使用下式⑶计算。
[0048]Kd = cos(3i X Θ d/180° )…(3)
[0049]在上式(3)中，Θ d表示在各相两端的齿部2b、2c的定子绕组3上产生的感应电压与在各相中央的齿部2a的定子绕组3上产生的感应电压的相位的相位差。如上式(3)所示，在各相中央的齿部2a的定子绕组3上产生的感应电压与在各相两端的各齿部2b、2c的定子绕组3上产生的感应电压的相位差越接近180°，在各相两端的各齿部2b、2c的定子绕组3上产生的感应电压越小，将在各齿部2a、2b、2c的定子绕组3上产生的感应电压的合成而得到的值也越小。