同步电动机

摘要

本发明提供一种同步电机，其是具有9个齿部(2b)的10极9槽的同步电动机，该9个齿部以每3个相邻的齿部为1相被划分为3相，在设从在形成于定子铁芯(2)的齿部(2b)的内径侧设置的齿前端部(2c)与齿部(2b)的连接根部(2b1)到齿前端部(2c)的周向端部(2c1)为止的齿前端部(2c)的宽度为a﹑设从连接根部(2b1)到齿前端部(2c)的内径侧面(2c2)为止的齿前端部(2c)的厚度为b时，定子铁芯(2)形成为b除以a后的值大于0.5。

权利要求

1.一种同步电动机，其是具有9个齿部的10极9槽的同步电动机，该9个齿部以每3个相邻的齿部为1相被划分为3相，其特征在于，所述同步电动机的定子具备：

环状的定子铁芯；

被设置在所述定子铁芯的内侧、并在周向上间隔开地配置的多个齿部；和被设置在所述齿部的径向的内侧、并从所述齿部的周向的端部沿周向伸出的形状的齿前端部，在设从所述齿前端部与所述齿部的连接根部到所述齿前端部的周向端部为止的所述齿前端部的宽度为a﹑设从所述连接根部到所述齿前端部的内径侧面为止的所述齿前端部的厚度为b时，所述定子铁芯形成为所述b除以所述a后的值大于0.5。

2.根据权利要求1所述的同步电动机，

转子的永久磁铁使用铁氧体磁铁。

3.根据权利要求1所述的同步电动机，

转子的永久磁铁使用稀土类磁铁，

所述定子铁芯形成为所述b除以所述a后的值大于0.6。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的同步电动机，在设所述齿部卷绕有绕组的部分的宽度为D、设相邻的两个槽开口部之间的槽部间距为P时，所述定子铁芯形成为所述D除以所述P后的值小于0.5。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的同步电动机，其特征在于：所述定子铁心构成为，所述a的值越大所述b的值也越大，并且所述b除以所述a后的值大于0.5，以抑制在从所述连接根部到所述周向端部为止的区域中的磁通密度的升高。

6.根据权利要求4所述的同步电动机，其特征在于：所述定子铁心构成为，所述a的值越大所述b的值也越大，并且所述b除以所述a后的值大于0.5，以抑制在从所述连接根部到所述周向端部为止的区域中的磁通密度的升高。

说明书

同步电动机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种同步电动机。

背景技术

[0002] 在使用永久磁铁的同步电动机中，尤其是在将定子的绕组集中卷绕于齿部的3相同步电动机中，转子所使用的永久磁铁的磁极数与定子的槽数(＝齿数)的比率大多数为2:3。

[0003] 在磁极数与定子的槽数的比率为2:3的同步电动机中，大多数在相邻的齿部之间设置开口部。这是为了便于从配置于转子的永久磁铁产生的磁通与定子的绕组交链，且防止因电流流过定子的绕组而产生的磁通不流向转子而是在定子间发生短路。但是，在该开口部附近，由于定子与转子之间的间隙的磁通密度分布混乱，所以产生定位转矩，而定位转矩是振动、噪音的主要原因。

[0004] 为了减少这种定位转矩，例如，在下述专利文献1所代表的现有同步电动机中，使用具有8极或10极的磁极的转子以及具有9个槽的定子，在定子中，3相的绕组彼此连续地集中配置。在此类同步电动机中，由于在定子配置有9个绕组，所以各绕组及齿部机械性地按40度角被配置，而各相的3个绕组是机械性地以40°的角度被连续配置。而且，由于转子为8极或10极，所以在8极的情况下，1个磁极的宽度为45°，10极的情况下，1个磁极的宽度为
36°。

[0005] 具体而言，在转子旋转一周的期间所产生的脉动由定子的槽数与转子的极数的最小公倍数决定。在以磁极数与定子的槽数的比率为2:3构成的同步电动机为8极12槽的情况下，脉动为24次。而相对于此，在8极9槽的同步电动机中，脉动为72次，在10极9槽的同步电动机中，脉动为90次。

[0006] 如此由于脉动数越多定位转矩的能量越分散，因此定位转矩的振幅越小。即，8极9槽或10极9槽的同步电动机相较于以磁极数与定子的槽数的比率为2:3构成的同步电动机，能够抑制定位转矩。

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：日本特开2004-153886号公报

发明内容

[0009] 但是，在上述专利文献1所代表的现有同步电动机中，构成1相的绕组连续集中地配置，因此向定子的绕组通电流所产生的旋转磁场会相对于转子的旋转轴不均等地产生。因此，在与转子的永久磁铁之间，吸引、排斥的力相对于旋转轴处于不均衡的状态，而在径向上产生大的激振力，该激振力成为产生振动、噪音的要因。

[0010] 本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于获得一种能够实现进一步低振动化及低噪音化的同步电动机。

[0011] 为了解决上述课题实现上述目的，本发明的一种同步电动机，其是具有9个齿部的10极9槽的同步电动机，该9个齿部以每3个相邻的齿部为1相被划分为3相，在设从在形成于定子铁芯的所述齿部的内径侧设置的齿前端部与上述齿部的连接根部到上述齿前端部的周向端部为止的上述齿前端部的宽度为a﹑设从上述连接根部到上述齿前端部的内径侧面为止的上述齿前端部的厚度为b时，上述定子铁芯形成为上述b除以上述a后的值大于0.5。

[0012] 根据本发明，具有能够实现进一步低振动化及低噪音化的效果。

附图说明

[0013] 图1是本发明的实施方式1所涉及的同步电动机的横截面图。

[0014] 图2是图1所示的同步电动机的主要部分放大图。

[0015] 图3是将具有8极或10极的磁极的转子与具有9个槽的定子相组合的同步电动机的横截面图。

[0016] 图4是表示向使用具有8极的磁极的转子的同步电动机通正弦电流时所产生的转子的激振力的图。

[0017] 图5是表示在图3所示的同步电动机的转子产生的激振力的轨迹的图。

[0018] 图6是表示在同步电动机产生的转矩与激振力的关系的图。

[0019] 图7是表示在10极9槽的同步电动机产生的转矩与激振力的关系的图。

[0020] 图8是表示10极9槽的同步电动机的定子铁芯的尺寸与激振力的关系的图。

[0021] 图9是表示8极9槽的同步电动机的定子铁芯的尺寸与激振力的关系的图。

[0022] 图10是表示本发明的实施方式2所涉及的同步电动机的激振力的图。

[0023] 图11是本发明的实施方式3所涉及的同步电动机的截面图，并且将主要部分扩大表示的图。

[0024] 图12是表示在b/a的值为0.3的情况下的D/P的值与激振力的关系的图。

[0025] 图13是表示在b/a的值为0.5的情况下的D/P的值与激振力的关系的图。

[0026] 图14是表示在b/a的值为0.7的情况下的D/P的值与激振力的关系的图。

[0027] 符号的说明

[0028] 1、定子

[0029] 2、定子铁芯

[0030] 2a、轭铁铁芯

[0031] 2b、齿部

[0032] 2b1、连接根部

[0033] 2c、齿前端部

[0034] 2c1、2c11、2c12、周向端部

[0035] 2c2、内径侧面

[0036] 2e、槽

[0037] 2f、2f1、2f2、槽开口部

[0038] 2f11、2f21、周向中心

[0039] 3、绕组

[0040] 4、转子

[0041] 5、轭铁铁芯

[0042] 6、永久磁铁

[0043] 7、旋转轴

[0044] 8、空隙

[0045] 10、同步电动机。

具体实施方式

[0046] 下面基于附图详细说明本发明所涉及的同步电动机的实施方式。此外，本发明并不局限于该实施方式。

[0047] 实施方式1

[0048] 图1是本发明的实施方式1所涉及的同步电动机10的横截面图。图2是图1所示的同步电动机10的主要部分放大图。

[0049] 图1示出了由定子1与转子4构成的同步电动机10。转子4隔着定子1的内径侧的空隙8被配置，在转子4的中心设置有旋转轴7。在构成转子4的轭铁铁芯5的外径面，彼此不同极性的永久磁铁6在周向上交替配置。在图中所示的转子4中，永久磁铁6的极数为10极。

[0050] 在永久磁铁6中，使用比较便宜且磁力低的材料，例如使用铁氧体磁铁。在同步电动机10被用于输出较小的鼓风机等的情况下，在永久磁铁6中使用瓦状的烧结磁铁。另外，还可以在永久磁铁6中使用将混合了树脂与磁粉的材料成形为环状的粘结磁铁。因为铁氧体磁铁与稀土类磁铁相比价格低，因此在作为永久磁铁6使用铁氧体磁铁的情况下，能够降低成本并降低后述的激振力。

[0051] 定子1由形成为环状的定子铁芯2与被供应有来自外部的电力的绕组3构成。

[0052] 在定子铁芯2的内周侧，形成有在周向上等间隔地配置的多个齿部2b。在图中所示的定子1中，设置了9个齿部2b。

[0053] 在定子1中，具有由构成定子铁芯2的轭铁铁芯2a、齿部2b与齿前端部2c包围而形成的槽2e。在图中所示的定子1中，设置有9个槽2e。

[0054] 在相邻的齿前端部2c的周向端部2c1相对置的部分，形成用于将绕组3插入槽2e的槽开口部2f。各槽开口部2f具有几乎相同的宽度。

[0055] 在构成U相的3个齿部2b、构成V相的3个齿部2b、以及构成W相的3个齿部2b集中配置构成各相的绕组3。

[0056] 在构成各相的3个齿部2b中，设置在中央的齿部2b上卷绕的绕组3的方向与设置在两侧的齿部2b上卷绕的绕组3的方向相反。

[0057] 另外，在本实施方式所涉及的同步电动机10中，定子1如下构成。例如，设定子1的中心位置为A，设连接齿部2b同齿前端部2c的连接根部2b1与中心位置A的线为B，设齿前端部2c的内径侧面2c2与线B的交点为C，设从交点C到周向端部2c1为止的宽度为a，设从连接根部2b1到交点C为止的厚度为b。此时，定子铁芯2构成为b相对于a的比率(b除以a后的值：b/a)大于0.5。下面说明如此构成的理由。

[0058] 图3是将具有8极或10极的磁极的转子与具有9个槽的定子相组合的同步电动机的横截面图。图4是表示向使用具有8极的磁极的转子的同步电动机通正弦电流时产生的转子的激振力的图。

[0059] 如前所述，在磁极数与槽数的组合为10极9槽或8极9槽的同步电动机中，构成1相的绕组3被集中配置。因此，电流流过定子1的绕组3时要产生的旋转磁场是相对于转子4的旋转轴7不均等地产生的。由此，相对于旋转轴7在径向上产生大的激振力(磁吸力)。

[0060] 如图3所示，转子4逆时针旋转。在同步电动机10中，根据磁极位置，电流流过定子1的各相的绕组3，由此产生转矩。设同步电动机10的横向为X轴，设同步电动机10的纵向为Y轴的情况下，若通过磁场解析求取在转子4旋转时产生的激振力，则如图4所示。

[0061] 图4所示的曲线表示正弦电流流过8极9槽的同步电动机的绕组3时产生的激振力。如图中所示，在转子4中产生的激振力随着转子4的旋转相对于X轴方向及Y轴方向，变化成近似正弦波状。因此，在8极9槽的同步电动机中，转子4旋转一周时，变为正弦波状的激振力产生8次。此外，在图1所示的10极9槽的同步电动机10中，转子4旋转一周时，变为正弦波状的激振力产生10次。

[0062] 图5是表示在图3所示的同步电动机的转子产生的激振力的轨迹的图。为了掌握激振力的大小与方向，在将图3的X轴方向的激振力取为x轴，将Y轴方向的激振力取为y轴的情况下，激振力如图中所示，描绘出近似圆形的轨迹，随着转子4的旋转以大致恒定的力在改变方向的同时产生。另外，径向的激振力的大小呈现出随着同步电动机10输出的转矩而增大的倾向。

[0063] 图6是表示在同步电动机产生的转矩与激振力的关系的图。图7是表示在10极9槽的同步电动机产生的转矩与激振力的关系的图。

[0064] 图6示出了表示8极9槽的同步电动机的转矩与激振力的关系的曲线A以及表示10极9槽的同步电动机的转矩与激振力的关系的曲线B。在这些同步电动机中，使用相同形状的定子(9槽)。此外，这些同步电动机的转子4使用磁力相等的永久磁铁6。

[0065] 由于激振力的绝对值因电动机的大小、输出转矩而异，因此在图6中，仅示出了在8极9槽的同步电动机与10极9槽的同步电动机产生的激振力的倾向，省略了具体数值。

[0066] 如图6所示，10极9槽的同步电动机的激振力与8极9槽的同步电动机的激振力都与产生转矩成比例地增加。但是，10极9槽的同步电动机的激振力相对于8极9槽的同步电动机的激振力非常小，仅为8极9槽的激振力的1/4以下。

[0067] 为了便于理解图6的曲线B的变化，图7的纵轴的刻度值被设定为与图6的纵轴的刻度值不同。如图7所示，10极9槽的同步电动机10的激振力相对于产生转矩表现为近似二次函数的特性。如此在10极9槽的同步电动机10中，有转子4的激振力相对于转矩的升高而急剧增大的倾向。这被推定为是定子铁芯2的磁通密度所影响的。

[0068] 图8是表示10极9槽的同步电动机的定子铁芯的尺寸与激振力的关系的图。横轴表示前述定子铁芯2的尺寸(b/a)，纵轴表示激振力。此时的产生转矩与同步电动机10的额定输出相当。

[0069] 图8所示的多个曲线是设齿前端部2c的厚度b为一定值、而将槽开口部2f的宽度(即齿前端部2c的宽度a)设为不同值时的同步电动机的电磁场解析的结果。

[0070] 3类曲线中，“model A”的曲线是齿前端部2c的宽度a为最大的同步电动机，“model C”的曲线是齿前端部2c的宽度a为最窄的同步电动机。即，按照“model A”、“model B”、“model C”的顺序，齿前端部2c的宽度a变窄。换言之，槽开口部2f的尺寸最窄的是“model A”，槽开口部2f的尺寸最宽的是“model C”。

[0071] 在b/a的值较大的区域(例如0.5以上的区域)，激振力呈现为大致恒定的值。另一方面，在比该区域的b/a的值小的区域，则呈现出b/a的值越小激振力越增加的倾向。因此，以b/a的值为0.5以上的方式构成定子铁芯2，由此能够减小激振力。

[0072] 图9是表示8极9槽的同步电动机的定子铁芯的尺寸与激振力的关系的图。与图8相同，横轴表示前述定子铁芯2的尺寸(b/a)，纵轴表示激振力。此时的产生转矩与同步电动机10的额定输出相当。而且，定子1的形状与图8的“model A”相同。

[0073] 可见在8极9槽的同步电动机的情况下，即使在改变b/a值的情况下，激振力的值也几乎不变，即使改变定子铁芯2的与转子4相对置的部分的形状，激振力也几乎不变。如图8与图9结果所示，能够通过将b/a的值调整为最佳值来抑制转子4的激振力的是10极9槽的同步电动机10。

[0074] 然而，在以磁极数与定子的槽数的比率为2:3构成的同步电动机中，在相同相的绕组3相对于旋转轴对称配置的情况下，磁吸力相对于旋转轴彼此抵消，因此不会产生上述那样的转子的激振力。因此，在这种结构的同步电动机中，即使在如上述那样设定定子铁芯2的尺寸的情况下，也没有激振力的变化，不会获得相同的效果。

[0075] 如上说明，本实施方式所涉及的同步电动机10，其是具有9个齿部2b的10极9槽的同步电动机10，该9个齿部以每3个相邻的齿部为1相被划分为3相，在设从在形成于定子铁芯2的齿部2b的内径侧设置的齿前端部2c与齿部2b的连接根部2b1到齿前端部2c的周向端部2c1为止的齿前端部2c的宽度为a、设从连接根部2b1到齿前端部2c的内径侧面2c2为止的齿前端部2c的厚度为b时，定子铁芯2形成为b除以a后的值大于0.5。将b/a的值设定得大，由此在10极9槽的同步电动机10中，能够不拘于槽开口部2f的尺寸，缩小激振力，其结果是，能够抑制振动与噪音的增大，实现高转矩化。

[0076] 实施方式2

[0077] 图10是表示本发明的实施方式2所涉及的同步电动机10的激振力的图。实施方式2所涉及的同步电动机10作为转子4的永久磁铁6使用稀土类磁铁且构成为定子铁芯2是b/a＞0.6。另外，同步电动机10的基本结构与图1及图2所示的结构相同，因此此处对同步电动机10的结构省略图示。

[0078] 在实施方式2的永久磁铁6中，使用例如将混合了稀土类磁铁的磁粉与树脂的粘结磁铁成形为环状的磁铁。另外，稀土类磁铁与铁氧体磁铁相比价格高，因此为了降低材料成本，优选将永久磁铁6形成为较薄的环状。

[0079] 此外，实施方式2的转子4构成为与相同形状的定子1交链的磁通量与使用铁氧体磁铁的情况相比约为1.5倍。因此，从转子4产生的流入定子1的磁通的量多于实施方式1。因此，在实施方式2所涉及的同步电动机10中，与实施方式1的同步电动机10相比，定子1的与转子4对置的部分的磁通密度增高。其结果是，产生于转子的激振力大于实施方式1。

[0080] 但是，实施方式2所涉及的同步电动机10构成为b/a的值大于0.6,因此，如图10所示，能够相对减少激振力。即，通过将b/a的值设定为大于0.6的值，能够将在实施方式2所涉及的同步电动机10的转子4产生的激振力抑制到与在实施方式1所涉及的同步电动机10的转子4产生的激振力相同的程度。如此，在转子4使用高磁力的永久磁铁6的情况下，能够通过设定与之相对应的b/a的值，来减小在转子4产生的激振力。

[0081] 如上说明，在实施方式2所涉及的同步电动机10中，通过使用高磁力的永久磁铁6并将b/a的值设定为大于0.6的值，能够抑制转子4的激振力，并且能够实现高输出化及高效率化。其结果是，能够实现实施方式1的效果(低振动化及低噪音化)还能够通过高磁力化提高效率。

[0082] 实施方式3

[0083] 图11是本发明的实施方式3所涉及的同步电动机10的截面图，并且将主要部分扩大表示的图。同步电动机10的基本结构与图1及图2所示的结构相同，此处省略图示。实施方式3涉及的同步电动机10的定子铁心2构成为，b/a的值为与实施方式1、2的同步电动机10同样大于0.5,并且定子1的卷绕有绕组3的部分(齿部2b)的宽度即齿部宽度D和槽部间距P为D/P＜0.5的关系。即、其构成为齿部宽度D除以槽部间距P后的值小于0.5。槽部间距P是指相邻的两个槽开口部2f的周向中心之间的长度。具体而言，是将从图11所示的齿部2b的齿前端部2c的一方周向端部2c11到一方槽开口部2f1的周向中心2f11为止的长度、从该齿前端部2c的另一方周向端部2c12到另一方槽开口部2f2的周向中心2f21为止的长度、以及齿前端部2c的内径侧面2c2的周向宽度相加所得到的值。此外，在下面说明中，除特别提及的情况以外，齿部宽度D除以槽部间距P后的值称为“D/P的值”。

[0084] 图12是表示在b/a的值为0.3的情况下的D/P的值与激振力的关系的图。图13是表示在b/a的值为0.5的情况下的D/P的值与激振力的关系的图。图14是表示在b/a的值为0.7的情况下的D/P的值与激振力的关系的图。图12至图14中，横轴表示D/P的值，纵轴表示激振力。此时的产生转矩相当于同步电动机的额定输出。

[0085] 各图所示的2种曲线是槽开口部2f的尺寸不同的同步电动机的曲线，例如“model D”的曲线的同步电动机中的槽开口部2f的尺寸大于“model E”的曲线的同步电动机中的槽开口部2f的尺寸。

[0086] 如图12所示，在b/a的值为0.3的情况下，在D/P的值较小的区域(小于0.5的区域)，激振力呈现为大致恒定的值。然而，在比该区域的D/P的值大的区域，则呈现出D/P的值越大激振力越下降的倾向。

[0087] 而相对于此，如图13、14所示，在b/a的值大于0.3的情况下，在D/P的值小于0.5的区域的激振力，以及在D/P的值大于或等于0.5的区域，不管D/P的值如何激振力都为大致恒定的值。

[0088] 根据图12至图14的数据，D/P的值越大、即齿部宽度D的值越接近槽部间距P的值，则不使b/a的值增大也能够减小激振力。

[0089] 然而，齿部宽度D的值越接近槽部间距P的值，槽2e的截面积就越小，因此必须对齿部2b卷绕较细的绕组3，于是绕组3的电阻变大，电流流过绕组3时产生的损耗(铜损)就增加。尤其是用于鼓风机的同步电动机的情况下，由于多在转速低、转矩高的负载条件下使用，所以损耗中铜损所占的比率大，为了提高同步电动机的效率，需要使槽2e的截面积增大，并且减小绕组3的电阻。由此，为了使槽2e的截面积增大，齿部宽度D的值就必然呈现减小的倾向，而在使齿部宽度D减小、例如使D/P的值为小于0.5的同步电动机中，如图12所示，在b/a的值被设定成小于0.5的值(图中示例为0.3)的情况下，激振力增大。

[0090] 因此，在以D/P的值小于0.5的方式构成的同步电动机中，通过使b/a的值为大于0.5的值，能够抑制激振力并实现高输出化及高效率化。尤其是在以D/P的值小于0.5的方式构成的10极9槽的同步电动机中，使b/a的值大于0.5而得的降低激振力的效果较大。

[0091] 此外，在实施方式1及实施方式2中所示的同步电动机10构成为，D/P的值为0.35，并且b/a的值为大于0.5或0.6。例如在用于鼓风机的情况下,能够实现效率良好、激振力小、低振动且低噪音的同步电动机。

[0092] 如上所述，在本实施方式涉及的10机9槽的同步电动机10中，定子铁芯2以如下方式形成：在设齿部2b卷绕有绕组3的部分的宽度为D、设相邻的两个槽开口部2f1、2f2之间的槽部间距为P时，b除以a后的值大于0.5、且D除以P后的值小于0.5。通过该结构，能够抑制激振力，并且能够使槽2e的截面积增大，因此在绕组3中的铜损的增加被抑制，能够实现高输出化及高效率化。

[0093] 此外，本实施方式1至3涉及的同步电动机10的定子铁心2以a的值越大b的值也越大、并且b除以a后的值大于0.5的方式形成，以抑制在从连接根部2b1到周向端部2c1为止的区域中的磁通密度的升高。以下具体地说明。在上述专利文献1的现有技术中，与以往相比减小H/P比和S/P比来积极地使磁极齿部的前端部的磁路磁饱和，由此来减少不经过齿基部内而向相邻前端部漏出的磁通。即、在专利文献1的现有技术中，相对减小从齿基部的连接根部到前端部的内周为止的尺寸，从而积极地使磁极齿部的前端部的磁路磁饱和，由此来减少不经过齿基部内而向相邻前端部漏出的磁通，从而提高转矩直线性。此处，如图2所示，虽然想使从齿前端部2c的连接根部2b1到周向端部2c1为止的宽度增大以对槽2e卷绕更多的绕组3，但是从交点C到周向端部2c1为止的宽度a(参照图1)越大，在从周向端部2c1到齿前端部2c的连接根部2b1之间的区域中流过的磁通相对就越多，因此该区域的磁通密度变高，磁通难以通过齿部2b。如上所述在10极9槽的同步电动机中，有转子4的激振力相对于转矩的升高而急剧增大的倾向。即、具有上述区域(从周向端部2c1到齿前端部2c的连接根部2b1之间的区域)的磁通密度越高激振力越高的倾向。这估计是定子铁心2的磁通密度的影响。上述专利文献1的现有技术，其目的在于提高转矩直线性，通过相对减小从齿基部的连接根部到前端部的内周为止的尺寸，来积极地使磁极齿部的前端部的磁路磁饱和，即、提高磁通密度。而相对于此，作为抑制由上述区域的磁通密度的上升引起的激振力的上升的对策，本发明的实施方式1至3涉及的10极9槽的同步电动机10以a的值越大b的值也越大、并且b除以a后的值大于0.5的方式形成，以抑制在从连接根部2b1到周向端部2c1为止的区域中的磁通密度的升高。

[0094] 另外，本发明的实施方式示出了本发明内容的一个示例，当然还可以进一步与其他公知技术组合，也可以在不脱离本发明的要旨的范围内，省略一部分等进行变更而构成。

[0095] 如上所述，本发明能够应用于同步电动机。