專利名稱：具備具有主齒及副齒的鐵芯的電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備鐵芯的電動機，該鐵芯具有卷繞有線圈的主齒和未卷繞有線圈的 副齒。
背景技術(shù)：
已知有具備鐵芯的電動機，該鐵芯具有卷繞有線圈的主齒和未卷繞有線圈的副齒 (參照日本特表平10-511837號公報及日本特開2004-187488號公報)。
在具備具有主齒及副齒的鐵芯的電動機中，要求進一步增大推力。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本申請的第一發(fā)明，提供一種電動機，其具備:具有鐵芯及多個線圈的第一電 動機要素；以及具有形成多個磁極的多個永久磁鐵、并與上述第一電動機要素相對地配置 的第二電動機要素，上述第一電動機要素的上述多個線圈通過供給三相交流的電流，從而 與上述第二電動機要素的上述多個永久磁鐵相互作用而產(chǎn)生該電動機的推力，在上述鐵芯 上形成有朝向上述第二電動機要素突出的多個齒，該多個齒包括卷繞有上述線圈的主齒和 未卷繞有上述線圈的副齒，這些主齒及副齒交替地配置，由上述第二電動機要素的上述多 個永久磁鐵形成的極數(shù)與由上述第一電動機要素的上述多個線圈形成的相數(shù)的比是4m比 3n (m及η是任意的自然數(shù)。但是，除了 2比3的情況)。
根據(jù)本申請的第二發(fā)明，在第一發(fā)明中，上述極數(shù)與上述相數(shù)的比是4比3。
根據(jù)本申請的第三發(fā)明，在第一或第二發(fā)明中，推力產(chǎn)生的方向的上述副齒的齒 寬是上述主齒的齒寬的I/4以下。
根據(jù)本申請的第四發(fā)明，在第一至第三發(fā)明的任一發(fā)明中，上述第一電動機要素 及上述第二電動機要素中的至少任一方以能夠移動的方式形成。
根據(jù)本申請的第五發(fā)明，在第一至第四發(fā)明的任一發(fā)明中，上述主齒及上述副齒 在朝向上述第二電動機要素突出的方向上具有相同的齒寬。
根據(jù)本申請的第六發(fā)明，在第一至第五發(fā)明的任一發(fā)明中，上述主齒及上述副齒 形成為朝向上述第二電動機要素突出的方向的末端的位置對齊。
根據(jù)本申請的第七發(fā)明，在第一至第六發(fā)明的任一發(fā)明中，作為直線運動電動機 而構(gòu)成。
根據(jù)本申請的第八發(fā)明，在第一至第六發(fā)明的任一發(fā)明中，作為旋轉(zhuǎn)電動機而構(gòu) 成。
這些及其他本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點參照附圖所表示的本發(fā)明的例示的實施方 式的詳細說明將變得更加明確。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的直線運動電動機的可動件及定子的概略圖。
圖2是表示圖1的直線運動電動機的主齒及副齒的齒寬比與推力的關(guān)系的圖表。
圖3是表示本發(fā)明的另一實施方式的直線運動電動機的可動件及定子的概略圖。
圖4是表示本發(fā)明的另一實施方式的直線運動電動機的可動件及定子的概略圖。
圖5是表示本發(fā)明的一個實施方式的旋轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)子及定子的概略圖。
圖6是表示參考例的直線運動電動機的可動件及定子的概略圖。
具體實施方式
下面，參照

本發(fā)明的實施方式。在圖示的實施方式中，各結(jié)構(gòu)要素考慮附 圖的可視性或說明的方便，根據(jù)實用的尺寸適當(dāng)改變。
圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的直線運動電動機10的可動件12及定子14 的概略圖。另外，圖1示意性地表示在具有四極三相的形式的直線運動電動機10中、在某 電流相位產(chǎn)生的磁力線的方向、磁場的強度及推力的方向及其大小。
可動件12是具備鐵芯16及三個線圈18的第一電動機要素。定子14是具備形成 四個磁極的四個永久磁鐵20，并與可動件12相對地配置的第二電動機要素?？蓜蛹?2的 鐵芯16具有沿直線運動電動機10的長度方向延伸的大致矩形的鐵芯后部(二 W”、 22、形成為從該鐵芯后部22朝向定子14突出的多個齒。齒包括卷繞有線圈18的多個主齒 24和未卷繞有線圈18的多個副齒26。這些主齒24及副齒26交替地配置。
線圈18實際上是沿主齒24的高度部分(從鐵芯后部22突出的部分)在主齒的周 圍利用例如集中繞組卷繞，但在圖1中只示意地表示。線圈18為了提高磁性作用，形成為 卷數(shù)盡可能地多。線圈18優(yōu)選相對于主齒24隔有規(guī)定間隔地以具有充分的卷數(shù)直到與鄰 接的副齒26接觸的方式卷繞。當(dāng)線圈18與副齒26互相接觸時，在通電時在線圈18中產(chǎn) 生的熱通過副齒26傳遞，提高散熱作用。
可動件12的線圈18構(gòu)成為通過供給三相交流的電流，從而與定子14的多個永久 磁鐵20相互作用而產(chǎn)生直線運動電動機10的推力。線圈18作為在圓中描繪有小的黑點 或在圓中描繪有X字的符號而圖示。這些表示在線圈18中流過的電流的方向。具體地說， 在圓中描繪有小的黑點的線圈18表示電流相對于紙面向跟前方向流。另外，在圓中描繪有 X字的線圈18表示電流相對于紙面向進深方向流。
在各線圈18的周圍表示的涂黑的環(huán)狀箭頭的方向表示磁力線的方向。另外，各環(huán) 狀箭頭的寬度表示磁場的強度。更具體地說，由與寬度寬的環(huán)狀箭頭對應(yīng)的線圈18產(chǎn)生的 磁場的強度是由與寬度窄的環(huán)狀箭頭對應(yīng)的線圈18產(chǎn)生的磁場的強度的兩倍。該關(guān)系在 向線圈18供給三相交流的電流的場合成立。利用由線圈18產(chǎn)生的磁場，在各齒上產(chǎn)生磁通 量。在圖1中位于可動件12的中央的主齒24從與其兩側(cè)鄰接的線圈18、18受到相當(dāng)于兩 個寬度寬的環(huán)狀符號的磁場的作用。相對于此，在位于該中央的主齒24的兩側(cè)的副齒26、 26中，由與這些副齒26、26的兩側(cè)鄰接的線圈18、18產(chǎn)生的磁場互相抵消。因此，這些副齒 26,26受到相當(dāng)于一個寬度窄的環(huán)狀箭頭的磁場的作用。因此，在中央的主齒24產(chǎn)生的磁 通量為在副齒26、26產(chǎn)生的磁通量的四倍。
另外，在該實施方式中，主齒24及副齒26在從鐵芯后部22朝向定子14突出的方 向上具有相同的齒寬。換言之，在圖示的紙面上，主齒24及副齒26分別呈長方形的形狀。 通過主齒24及副齒26的磁通量根據(jù)與磁通的前進方向垂直的齒寬的尺寸而大致決定。因此，在該實施方式的主齒24及副齒26中，通過各齒的磁通整體上均勻化。因此，磁通密度 相對地減小，有助于鐵損的減少或定額輸出的增大。
另外，在該實施方式中，主齒24及副齒26形成為在朝向定子14突出的方向上末 端的位置對齊。通過使副齒26的末端的位置排列在主齒24的末端的位置，能夠使由主齒 24產(chǎn)生的推力與由副齒26產(chǎn)生的推力的平衡最佳化。另外，主齒24及副齒26的末端定位 在盡可能接近永久磁鐵20的位置。這是因為，主齒24及副齒26與永久磁鐵20間的間隙 越小，得到的推力越大。
定子14主要具備在直線運動電動機10的長度方向上延伸的磁場磁軛28、和沿磁 場磁軛28配置的多個永久磁鐵20。各永久磁鐵20以與可動件12相對的一側(cè)形成N極或 S極的方式被磁化。并且，這些永久磁鐵20以在與鄰接的其他永久磁鐵20的磁化方向互相 相反的方向上被磁化的方式互相不同地排列。
如上所述，在直線運動電動機10中，利用可動件12的線圈18與定子14的永久磁 鐵20間的相互作用得到可動件12的推力。在圖1中，如主齒24及副齒26的末端附近所 示施加了陰影的箭頭表示在各齒中產(chǎn)生的推力的方向及其大小。即，箭頭越寬的部位，越作 用有更大的力。另外，圖示的涂白的箭頭表示直線運動電動機10的前進方向。在直線運動 電動機10中產(chǎn)生的推力根據(jù)主齒24或副齒26與永久磁鐵20之間的相對的位置關(guān)系大概 地決定。即，在主齒24或副齒26與永久磁鐵20互相正對的狀態(tài)下，只在與前進方向呈直 角的方向上產(chǎn)生力(反作用力或吸引力)，在可動件12的前進方向上實質(zhì)上不產(chǎn)生推力。對 照地說，當(dāng)主齒24或副齒26位于與永久磁鐵20的磁極和磁極之間相對的位置時，由于磁 通朝向前進方向彎曲，因此產(chǎn)生較大的推力。在圖1所示的四極三相的直線運動電動機10 中，由于位于與磁極和磁極之間相對的位置的主齒24或副齒26的比例高，因此能夠更有效 地得到推力。
在除了主齒24外還具備副齒26的直線運動電動機10中，如果形成為由定子14 的永久磁鐵20形成的極數(shù)與由可動件12的線圈18形成的相數(shù)的比是4m比3n，則也能利 用副齒26得到直線運動電動機10的推力。換言之，在副齒26中產(chǎn)生的推力與主齒24的 推力朝向相同方向。但是，m及η是自然數(shù)，除了 2比3成立的場合。對極與相之間的比滿 足上述關(guān)系的其他實施例將于后述。
圖6是表示參考例的直線運動電動機100的可動件102及定子104的概略圖。如 圖所示，直線運動電動機100具有兩極三相的形式。即，在可動件102上形成三個主齒106， 并且在定子104上排列有形成兩個磁極的永久磁鐵108。在該圖中也與圖1相同地示意地 使用相同的箭頭表示磁場的強度及推力的方向及其大小。在該參考例中，根據(jù)極與相的位 置關(guān)系，在副齒110中與直線運動電動機100的前進方向相反的方向上產(chǎn)生推力。即，在妨 礙直線運動電動機100的前進的方向上產(chǎn)生力。因此，在該參考例中，從提高推力的目的來 看，期望不設(shè)置副齒110。
再次返回圖1，在直線運動電動機10中，副齒26也有助于可動件12的推力產(chǎn)生。 在這種結(jié)構(gòu)的直線運動電動機10中，磁通通過主齒24及副齒26雙方。但是，當(dāng)通過副齒 26的磁通量增大時，成為產(chǎn)生磁性飽和而使推力下降的主要原因。因此，優(yōu)選考慮副齒26 的磁性飽和的影響調(diào)整主齒24與副齒26的齒寬比。如上所述，在該實施方式中，主齒24 的磁通量相當(dāng)于副齒26的磁通量的四倍。因此，如果將副齒26的齒寬設(shè)定為主齒24的齒寬的I / 4以下，則能夠有效地抑制磁性飽和的影響。
圖2是表示在圖1的直線運動電動機10中主齒24及副齒26的齒寬比與推力的 關(guān)系的圖表。圖表的橫軸表示齒寬比(副齒26的齒寬/主齒24的齒寬)，縱軸表示在某相 位可動件12整體受到的推力的總合。從圖2可以看出，在齒寬比大約為0.25的場合(副齒 26的齒寬是主齒24的齒寬的I / 4的場合)，推力為極大值。并且，在齒寬比小于0.25的 范圍，推力大致一定。齒寬比的下限值在與推力增大的目的關(guān)系中未特別地限定，但考慮副 齒26的結(jié)構(gòu)的強度之外的設(shè)計要件，由本領(lǐng)域技術(shù)人員適當(dāng)選定。另一方面，如上所述，當(dāng) 副齒26形成為與線圈18接觸時，起到散熱作用。并且，隨著副齒26的齒寬變大，散熱作用 提高的關(guān)系成立。因此，為了滿足推力的增大及傳熱作用的提高雙方，副齒26形成為具有 主齒24的齒寬的I / 4的齒寬。尤其在充分大的電力施加到在鐵芯16上產(chǎn)生磁性飽和的 程度的場合，優(yōu)選將齒寬比設(shè)定為I / 4。
另外，圖2說明在某相位的齒寬比與推力的相關(guān)關(guān)系，該關(guān)系在其他任意的相位 的場合都同樣成立。以齒及狹縫的形狀之外的其他主要原因為起因，難以在各相位使推力 的大小其本身一定，但齒寬比與推力的相關(guān)關(guān)系為與圖2所示的結(jié)果大致相同的結(jié)果。
下面，說明本發(fā)明的其他實施方式。對與上述實施方式的結(jié)構(gòu)要素相同或?qū)?yīng)的 結(jié)構(gòu)要素使用相同的參照符號，并適當(dāng)省略重復(fù)的說明。
圖3是表示本發(fā)明的其他實施方式的直線運動電動機40的可動件12及定子14的 概略圖。在該實施方式中，直線運動電動機40具有四極九相的形式。即，在定子14上分別 排列有形成磁極的四個永久磁鐵20。另外，可動件12具有九個主齒24，在這些主齒24的 各個上卷繞有形成相的線圈18。另外，圖3示意性地利用相同的箭頭表示與圖1相同地在 某個電流相位上產(chǎn)生的磁力線的方向、磁場的強度及推力的方向及其大小。對于產(chǎn)生用于 直線運動電動機40的推力的最有效的位置、即與定子14的磁極與磁極間相對的位置的主 齒24或副齒26標(biāo)注實施了表示推力的方向及其大小的陰影的箭頭。從圖3可以看出，在 主齒24中得到的推力與在副齒26中得到的推力的方向一致。因此，即使在該實施方式中， 也與上述實施方式相同地，副齒26在前進方向上對可動件12施加推力。因此，作為整體增 大可動件12的推力。另外，即使在該實施方式中，如果將主齒24的齒寬與副齒26的齒寬 的比、即齒寬比設(shè)定為I / 4以下，則推力成為極大值。
圖4是表示本發(fā)明的其他實施方式的直線運動電動機50的可動件12及定子14的 概略圖。在該實施方式中，直線運動電動機50具有八極九相的形式。即，在定子14上排列 有分別形成磁極的八個永久磁鐵20。另外，可動件12具有九個主齒24，這些主齒24的各 個上卷繞有形成相的線圈。另外，圖3示意地性利用相同的箭頭表示與圖1相同地在某電 流相位產(chǎn)生的磁力線的方向、磁場的強度及推力的方向及其大小。對于產(chǎn)生用于直線運動 電動機50的推力的最有效的位置、即與定子14的磁極與磁極間相對的位置的主齒24或副 齒26標(biāo)注實施了表示推力的方向及其大小的陰影的箭頭。從圖4可以看出，在主齒24中 得到的推力與在副齒26中得到的推力的方向一致。因此，即使在該實施方式中，也與上述 實施方式相同地，副齒26在前進方向上對可動件12施加推力，因此，作為整體增大可動件 12的推力。另外，即使在該實施方式中，如果將主齒24的齒寬與副齒26的齒寬的比、即齒 寬比設(shè)定為I / 4以下，則推力成為極大值。
圖5是表示本發(fā)明的一個實施方式的旋轉(zhuǎn)電動機60的轉(zhuǎn)子62及定子64的概略圖。該實施方式將上述本發(fā)明的概念應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)電動機。在該實施方式中，旋轉(zhuǎn)電動機60 具有十二極九相的形式。定子64是具備鐵芯66及多個線圈68的第一電動機要素。轉(zhuǎn)子 62是具備形成多個磁極的多個永久磁鐵70，并與定子64相對地配置的第二電動機要素。
轉(zhuǎn)子62主要具備磁場磁軛72、以及在磁場磁軛72的外周面沿圓周方向大致等間 隔地排列的永久磁鐵70。磁場磁軛72 —體地組裝在旋轉(zhuǎn)電動機60的旋轉(zhuǎn)軸74上，能夠?qū)?旋轉(zhuǎn)動力傳遞到旋轉(zhuǎn)軸74上。圖中的涂白符號表示旋轉(zhuǎn)電動機60的旋轉(zhuǎn)方向。
定子64的鐵芯66具有大致沿轉(zhuǎn)子62的外周配置的環(huán)狀體的形式。在鐵芯66上 一體地形成有從鐵芯66的內(nèi)周面朝向轉(zhuǎn)子62向內(nèi)側(cè)突出的多個齒。多個齒包括在周圍卷 繞有線圈68的主齒76和未卷繞有線圈68的副齒78。在定子64的內(nèi)周方向，主齒76及副 齒78與上述實施方式相同地交替配置。
即使在圖5中，在線圈68的周圍表示的涂黑箭頭示意性地表示某電流相位的磁力 線的方向及磁場的強度。另外，施加了陰影的箭頭示意性地表示推力的方向及其大小。如 圖所示，即使在該實施方式中，在副齒78中產(chǎn)生的推力與在主齒76中產(chǎn)生的推力朝向相同 的方向。因此，副齒78以施加使轉(zhuǎn)子62在規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)的動力的方式進行作用。 這樣，即使在旋轉(zhuǎn)電動機60中，也與上述直線運動電動機10、40、50相同地，在由永久磁鐵 70形成的極數(shù)和由線圈68形成的相數(shù)的比是4m比3n的場合，由副齒78產(chǎn)生的推力的方 向與由主齒76產(chǎn)生的推力的方向一致。但是，m及η是自然數(shù)，除了 2比3成立的場合。
即使在該實施方式中，也對線圈68施加三相交流的電流。因此，與上述的直線運 動電動機10、40、50相同地，如果主齒76與副齒78的齒寬比(副齒78的齒寬/主齒76的 齒寬)是0.25以下，則作用在轉(zhuǎn)子62上的推力為極大值。
以上，在上述實施方式中，對將一方的電動機要素作為可動件、將另一方的電動機 要素作為定子進行了說明。但是，將任一個電動機要素作為可動件是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 適當(dāng)選擇的事項。因此，本發(fā)明未限定于上述或圖示的實施方式，例如可以形成為兩方的電 動機要素能互相相對移動。
另外，本發(fā)明能同樣地應(yīng)用于直線運動電動機及旋轉(zhuǎn)電動機的任一個。因此，與直 線運動電動機的實施方式相關(guān)地進行說明的事項即使在將本發(fā)明作為旋轉(zhuǎn)電動機實施的 場合也是相同的。例如，即使在旋轉(zhuǎn)電動機中實施本發(fā)明的場合，也可以形成為使主齒及副 齒的齒寬在寬度方向上具有相同的齒寬，也可以形成為使例如突出方向的主齒及副齒的末 端的位置對齊。
本發(fā)明的效果如下。
根據(jù)第一發(fā)明，在副齒中產(chǎn)生的推力與由主齒產(chǎn)生的推力朝向相同方向。因此，不 僅利用主齒，即使利用副齒也能得到電動機的推力，因此能夠提供推力大的電動機。
根據(jù)第二發(fā)明，位于最有效地產(chǎn)生推力的位置的、位于與永久磁鐵的磁極與磁極 之間相對的位置的齒的比例高。因此，能夠提供能夠更有效地增大推力的電動機。
根據(jù)第三發(fā)明，以適當(dāng)?shù)鼐S持主齒與副齒間的磁性飽和的平衡的方式規(guī)定齒寬 t匕。因此，能夠提供推力大的電動機。
根據(jù)第四發(fā)明，第一電動機要素及第二電動機要素的任一方或雙方形成為能移動 的部件。因此，能夠適應(yīng)電動機需要的用途。
根據(jù)第五發(fā)明，通過齒的磁通密度在整個齒的突出方向上均勻化。因此，能夠提供防止磁通的集中，能降低鐵損或增大定額輸出的電動機。
根據(jù)第六發(fā)明，能夠使副齒與永久磁鐵間的間隙最小化。因此，能夠使在副齒中產(chǎn) 生的推力最大化，能夠提供推力大的電動機。
根據(jù)第七發(fā)明，能夠提供具備上述第一至第六任一發(fā)明的優(yōu)點的直線運動電動 機。
根據(jù)第八發(fā)明，能夠提供具備上述第一至第六任一發(fā)明的優(yōu)點的旋轉(zhuǎn)電動機。
以上，與本發(fā)明的示例的實施方式相關(guān)地圖示了本發(fā)明并且進行了說明，但本領(lǐng) 域技術(shù)人員當(dāng)然能夠在不脫離本發(fā)明的精神及范圍地在上述實施方式之外進行多種變更、 省略、追加。
權(quán)利要求
1.一種電動機(10、40、50、60)，其具備:具有鐵芯(16、66)及多個線圈(18、68)的第一 電動機要素(12、64);以及具有形成多個磁極的多個永久磁鐵(20、70)、并與上述第一電動 機要素(12、64)相對地配置的第二電動機要素(14、62)，該電動機(10、40、50、60)的特征在 于，上述第一電動機要素(12、64)的上述多個線圈(18、68)通過供給三相交流的電流，從 而與上述第二電動機要素(14、62)的上述多個永久磁鐵(20、70)相互作用而產(chǎn)生該電動機 (10、40、50、60)的推力，在上述鐵芯(16、66)上形成有朝向上述第二電動機要素(14,62)突出的多個齒，該多 個齒包括卷繞有上述線圈(18、68)的主齒(24、76)和未卷繞有上述線圈(18、68)的副齒 (26、78)，這些主齒(24、76)及副齒(26、78)交替地配置，由上述第二電動機要素(14、62)的上述多個永久磁鐵(20、70)形成的極數(shù)與由上述第 一電動機要素(12、64)的上述多個線圈(18、68)形成的相數(shù)的比是4m比3n，其中，m及η是 任意的自然數(shù)，除了 2比3的情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(10、40、50、60)，其特征在于，上述極數(shù)與上述相數(shù)的比是4比3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(10、40、50、60)，其特征在于，推力產(chǎn)生的方向的上述副齒(26、78)的齒寬是上述主齒(24、76)的齒寬的I / 4以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項所述的電動機(10、40、50、60)，其特征在于，上述第一電動機要素(12、64)及上述第二電動機要素(14、62)中的至少任一方以能夠 移動的方式形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項所述的電動機(10、40、50、60),其特征在于，上述主齒(24、76)及上述副齒(26、78)在朝向上述第二電動機要素(14、62)突出的方 向上具有相同的齒寬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的電動機(10、40、50、60),其特征在于，上述主齒(24、76)及上述副齒(26、78)形成為朝向上述第二電動機要素(14、62)突出 的方向的末端的位置對齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的電動機(10、40、50)，其特征在于，作為直線運動電動機而構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述的電動機(60),其特征在于，作為旋轉(zhuǎn)電動機而構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動機，其具備具有鐵芯及多個線圈的可動件；以及具有形成多個磁極的多個永久磁鐵的定子。在鐵芯上交替地形成有卷繞有線圈的多個主齒和未卷繞有線圈的多個副齒。電動機由定子的永久磁鐵形成的極數(shù)與由可動件的線圈形成的相數(shù)的比是4m比3n(m及n是任意的自然數(shù)。但是，除了2比3的情況)。
文檔編號H02K41/02GK103208871SQ201310011509
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者西福元彰, 前田拓也, 志村孔史 申請人:發(fā)那科株式會社