[发明专利]减小齿槽效应转矩的旋转电机

说明书

本发明涉及一种旋转电机，特别是一种包括磁性材料制成的电枢铁芯的旋转电机，它有许多齿、许多多相绕组的重叠绕组线圈和励磁永久磁铁组件。励磁永久磁铁组件极化出许多交替的N和S极，这些N，S极与电枢铁芯的所述齿相对。N和S极的极数为P，它是一个偶数，齿数为T，它不会小于2P。

旋转电机包括磁性材料的电枢铁芯，它有许多齿和励磁永久磁铁组件，这个组件有与齿相对的磁极，这种类型的电机，由于它的高效率而被广泛应用。但在现有技术中，由于在永久磁铁的磁极和电枢铁芯的齿之间相互作用产生的强烈齿槽效应转矩，从而存在产生有害振动的问题。这个齿槽效应转矩妨碍了旋转电机的平稳旋转。为了减小这个齿槽效应转矩，在某些情况下采用斜的电枢铁芯。但制造斜的电枢铁芯是困难的，并且不能充分地消减齿槽效应转矩。为了得到平稳的旋转使用没有齿的电枢铁芯是不现实的，因为它的效率低并且要求电机的尺寸大。

减小齿槽效应转矩的旋转电机结构在美国专利4，280，072或日本公开（没有审查）专利申请55-71163的说明书中已公开。在这些专利说明书中，刻成锯齿状部分用来减小齿槽效应转矩。这个方法的效果是明显的，在齿数T小于2倍的N和S极的数量P₁（即T＜2P）的情况下，如：美国专利4，280，072中的图1、图5、图6所示的旋转电机，因为每个齿的表面足够宽，以便在上面提供许多刻成锯齿状的部分。但是，在美国专利4，280，072中如图8中所示的T不小于2P的旋转电机的齿槽效应转 矩是不可能由所述方法有效消除的（同样的旋转电机在日本公开专利55-71163中公开）。

普通的旋转电机将在下面详细叙述。

图1是T＝6P的普通旋转电机的剖视简图。在图1中，一个圆筒形永久磁铁3固定在由磁性材料制成的转子2的外部圆周上，永久磁铁3与转子2一起绕旋转轴1转动。永久磁铁3有四个交替的N和S极，并且它们之间均相隔90°，即，P＝4，电枢铁芯4的齿6面对永久磁铁3的磁极，每个齿在两相邻的绕组槽5之间形成。转子2的旋转轴1可旋转地支撑在电枢铁芯4上。因此，在电枢铁芯4的齿6和永久磁铁3的磁极之间的相对位置根据转子2的旋转而变化。

图2表示了对图1中普通电机的展开图，它是沿X-X′和Y-Y′线进行展开的，这时这些线成一行。电枢铁芯4有24个绕组槽，从a到X，它们以等同的15°角相隔并且24个齿设置在两相邻的绕组槽之间，即，T＝24，重叠绕组线圈A1，A2，A3，A4，B1，B2，B3，B4，C1，C2，C3和C4被卷绕在从a到X的绕组槽内。从A1到C4中的每个绕组线圈围绕电枢铁芯4的五个齿。也就是说，A1绕在绕组槽a和f内，A2绕在绕组槽g和l内，A3绕在绕组槽m和r内，A4绕在绕组槽S和X内，B1绕在绕组槽e和j内，B2绕在绕组槽K和P内，B3绕在绕组槽q和v内，B4绕在绕组槽W和d内，C1绕在绕组槽i和n内，C2绕在绕组槽O和t内，C3绕在绕组槽u和b内，C4绕在绕组槽C和h内，绕组线圈A1，A2，A3和A4串联连接，从而形成第一相的绕组组A。绕组线圈B1，B2，B3和B4串联连接，从而形成第二相绕组组B。绕组线圈C1，C2，C3和C4串联连接，从而形成第三相绕组组C。绕组组A、B和C之间的相位差等于120el（电角度）这里180el等于永久磁铁3的360/P的1极距。在图1中，P＝4，那么180el等于90°（机械角度）。因此，提供三相电流给三相绕组组A、B和C便可获得加速转子2的扭矩。

图3表示T＝3P的另一种普通旋转电机的剖视简图，除T和P的关系以及绕组间距外，图3所示的普通电机的构造与图1所示的普通电机的构造相同，圆柱形永久磁铁13固定在由磁性材料制成的转子12的外部圆周上，永久磁铁13和转子12绕旋转轴11一起旋转。永久磁铁13有四个交替的N和S极，它们相互以90°角隔开，即，P＝4，电枢铁芯14的齿16面对永久磁铁13的磁极，每个齿在两相邻的绕组槽15之间形成。转子12的旋转轴11可旋转地支撑在电枢铁芯14上。因此，在电枢铁芯14的齿16和永久磁铁13磁极之间的相对位置根据转子12的旋转而改变。