專利名稱:旋轉電機的制作方法
本發明涉及一種旋轉電機，特別是一種包括磁性材料制成的電樞鐵芯的旋轉電機，它有許多齒、許多多相繞組的重疊繞組線圈和勵磁永久磁鐵組件。勵磁永久磁鐵組件極化出許多交替的N和S極，這些N，S極與電樞鐵芯的上述齒相對，N和S極的數量是P，它是一個偶數，齒的數量是T，它不會小于2P。
旋轉電機包括磁性材料的電樞鐵芯，它有許多齒和勵磁永久磁鐵組件，這個組件有與齒相對的磁極，這種類型的電機，由于它的高效率而被廣泛應用。但在現有技術中，由于在永久磁鐵的磁極和電樞鐵芯的齒之間相互作用產生的強烈齒槽效應轉矩，從而存在產生有害振動的問題。這個齒槽效應轉矩妨礙了旋轉電機的平穩旋轉。為了減小這個齒槽效應轉矩，在某些情況下采用斜的電樞鐵芯。但制造斜的電樞鐵芯是困難的，并且齒槽效應轉矩不能充分地消減。為了得到平穩的旋轉使用設有齒的電樞鐵芯是不現實的，因為它的效率低并且要求電機的尺寸大。
減小齒槽效應轉矩的旋轉電機結構在美國專利4，280，072的說明書中或日本公開(沒有審查)專利55-71163的說明中已公開。在這些書中，刻成鋸齒狀部分用來減小齒槽效應轉矩。這個方法的效果是明顯的，在這種情況下，齒的數量T小于2倍的N和S極的數量P(即T＜2P)，如圖1、圖5所示的美國專利4，280，072的旋轉電機，因為每個齒的表面足夠寬，以便在上面提供許多刻成鋸齒狀的部分。但是，在美國專利4，280，072中如圖8中所示的T不小于2P的旋轉電機的齒槽效應轉矩是不可能由上述的方法完全消除(同樣的旋轉電機在日本公開專利55-71163中公開。
普通的旋轉電機將在下面詳細敘述。
圖1是T＝6P的普通旋電機的側視簡圖。在圖1中，一個圓筒形永久磁鐵3固定在由磁性材料制成的轉子2的外部圓周上，永久磁鐵3與轉子2一起繞旋轉軸1轉動。永久磁鐵3有四個交替的N和S極，并且它們之間均相隔90°，即，P＝4，電樞鐵芯4的齒6面對永久磁鐵3的磁極，每個齒在兩相鄰的繞組槽5之間形成。轉子2的旋轉軸1可旋轉地支撐在電樞鐵芯4上。因此，在電樞鐵芯4的齒6和永久磁鐵3的磁極之間的相對位置根據轉子2的旋轉而變化。
圖2表示了對圖1中普通電機的展開圖，它是沿X-X′和Y-Y′線進行展開的，這時這些線成一行。電樞鐵芯4有24個繞組槽，從a到X，它們以等同的15°角相隔并且24個齒設置在兩相鄰的繞組槽之間，即，T＝24，重疊繞組線圈A1，A2，A3，A4，B1B2，B3，B4，C1，C2，C3和C4被卷繞在從a到X的繞組槽內。從A1到C4中的每個繞組線圈圍繞電樞鐵芯4的五個齒。也就是說，A1繞在繞組槽a和f內，A2繞在繞組槽g和f內，A3繞在繞組槽m和r內，A4繞在繞組槽S和X內，B1圍繞在繞組槽e和j內，B2繞在繞組槽K和P內，B3繞在繞組槽q和v內，B4繞在繞組槽W和d內，C1繞在繞組槽i和n內，C2繞在繞組槽O和t內，C3繞在繞組槽u和b內，C4繞在繞組槽C和h內，繞組線圈A1，A2，A3和A4串聯連接，從而形成第一相的繞組組A。繞組線圈B1B2，B3和B4串聯連接，從而形成第二相繞組組B。繞組線圈C1C2、C3和C4串聯連接，從而形成第三相繞組組C，繞組組A、B和C之間的相位差等于120cl(電角度)這里180cl等于永久磁鐵3的360/P的1極距。在圖1中，P＝4，那么180cl等于90°(機械角度)。因此，提供三相電流給三相繞組組A、B和C便可獲得加速轉子2的扭矩。
圖3表示T＝3P的另一種普通旋轉電機的側視簡圖，除T和P的關系以及繞組間矩外圖3所示的普通電機的構造與圖1所示的普通電機的構造相同，園柱形永久磁鐵13固定在由磁性材料制成的轉子12的外部圓周上，永久磁鐵13和轉子12繞旋轉軸11一起旋轉。永久磁鐵13有四個交替的N和S極，它們相互以90°角隔開，即，P＝4，電樞鐵芯14的齒16面對永久磁鐵13的磁極，每個齒在兩相鄰的繞組槽15之間形成。轉子12的旋轉軸11可旋轉地支撐在電樞鐵芯14上。因此，在電樞鐵芯14的齒16和永久磁鐵13磁極之間的相對位置根據轉子12的旋轉而改變。
圖4表示圖3中的普通電機的展開圖，它是沿X-X′線和Y-Y′線展開的，這時這些線成一行電樞鐵芯14有從a到L12個以相等30°角相隔的繞組槽，12個齒設置在兩相鄰的繞組槽之間，也就是說，T＝12，重疊繞組成圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4圍繞在繞組槽a到L內。從A1到C4的每個繞組線圈圍繞電樞鐵芯14的3個齒。即，A1繞在繞組槽a和d內，A2繞在繞組槽d和g內，A3繞在繞組槽g和j，A4繞在繞組槽j和a內，B1繞在繞組槽C和f內，B2繞在繞組槽f和i內，B3繞在繞組槽i和l內，B4繞在繞組槽l和c，cl繞在繞組槽e和h內，C2繞在繞組槽h和k內，C3繞在繞組k和b內，c4繞在繞組槽b和c內。繞組線圈A1、A2、A3和A4串聯連接形成第一相繞組組A，繞組線圈B1、B2、B3和B4串聯連接形成第二相的繞組組B，繞組線圈C1、C2、C3和C4串聯連接形成第三相的繞組組C。在繞線組A、B、和C之間的相位差等于120el。在圖3中，P＝4，所以，180el等于90°(機械角度)，因此加速轉子2的轉矩依靠把三相電流輸送到三相繞線組A、B和C中獲得。
本發明的一個任務就是提供一臺極好的改進的并且減小了齒槽效應轉矩的高效旋轉電機。
本發明的另一個任務是提供這樣一臺旋轉電機，它具有帶有T齒的磁性材料的電樞鐵芯和帶有永久磁性的N和S極P的勵磁永久磁鐵組件，這里T不小于2P，和減小了相對于電樞鐵芯和磁鐵的幾何形狀的齒槽效應轉矩。
根據本發明，這些任務可由旋轉電機完成，它包括環形的勵磁永久磁鐵組件和磁性材料的電樞鐵芯，上述磁鐵組件具有永久磁化的N和S極并且交替圍繞在旋轉電機的旋轉軸上，上述N和S極的數量是P，它是一個偶數，上述電樞鐵芯有許多設置在兩相鄰繞組槽間的齒，在那里，多相繞組組的重疊繞組線圈纏繞在齒間，上述齒的數量是T，它不小于2P，上述多相繞組的相位數量是H，它不小于2，在那里上述電樞鐵芯至少有成對出現的一個短單元和一個長單元，它們交替設置在上述旋轉軸的園周上，每個上述短單元上至少有一個短齒，至少一個標準齒和沒有長齒，每個上述的長單元上至少有上述的長齒，至少一個上述標準齒和沒有上述短齒，這里，上述標準齒的有效節距等于D＝((360/T)度，每個上述短齒的有效節距小于D，每個上述長齒的有效節距大于D。
本發明的這些任務還可根據本發明提供的旋轉電機完成，它包括園形的勵磁永久磁鐵組件和磁性材料的電樞鐵芯，上述磁鐵組件具有被永久磁化的N和S極，它們交替設置在上述旋轉電機的旋轉軸和園周上，上述N和S極
數量是P，它是一個偶數，上述電樞鐵芯有許多在兩相鄰組槽之間形成的齒，那里許多多相繞組組的重疊繞組線圈繞在齒間，上述齒的數量是T，它不小于2P，上述多相繞組組的相位數是H，它不小于2，上述繞組槽以不相等的角度布置，因此具有上述磁鐵組件的1極距周期的上述繞組槽的相位數大于2H。
本發明的這些任務也可根據本發明提供的下面旋轉電機完成，它包括圓形的勵磁永久磁鐵組件和磁性材料的電樞鐵芯，上述磁鐵組件具有永久磁化的N和S極，并且它們交替設置在上述旋轉電機的旋轉軸的園周上，上述N和S極的數量是P，它是一個偶數，上述電樞鐵芯有許多在兩相鄰繞組槽之間形成的齒，許多多相繞組組的重疊繞組線圈繞在齒間，上述齒的數量是T，它不小于2P，上述多相繞線組的相位數是H，它不小于2，至少其中一個上述齒至少有一個與上述磁鐵組件的極相對的假縫隙部分，在兩個相鄰的上述繞組縫隙和上述假縫隙部分之間形成許多齒段，上述齒段的數量是Tt，Tt大于T，上述電樞鐵芯至少有成對出現的一個短單元和一個長單元，它們交替設置在上述旋轉軸的園周上，每個上述的短單元至少有一個短段，至少一個標準段和沒有長段，每個上述長單元至少有一個上述長段，至少一個上述標準段和沒有短段，這里上述標準段的有效節距等于D＝(360/Tt)度;每個上述短段的有效節距小于D，每個上述長段的有效節距大于D。
本發明的任務可根據本發明提供的下面的旋轉電機完成，它包括園形勵磁永久磁鐵組件和磁性材料的電樞鐵芯，上述磁鐵組件具有永久磁化的N和S極，它們交替設置在上述旋轉電機的旋轉軸的園周上，上述N和S極的數量是P，它是一個偶數，上述電樞鐵芯有許多在兩相鄰繞組槽之間形成的齒，這里纏繞著許多多相繞組組的重疊繞組線圈，上述齒的數量是T，它不小于2P，多相繞組組的相位數是H，它不小于2，這里至少其中的一個齒至少有一個與上述磁鐵組件的磁極相對的假槽部分，在兩相鄰的上述繞組槽和上述假槽部分之間形成許多齒段，上述齒段的數量是Tt，它大于T，上述繞組槽和上述假槽部分以不相等的角度布置，因此具有上述磁鐵的1極距周期的上述繞組槽和上述假槽部分的相位數大于2H(Tt/T)。
本發明的這些和其它任務以及特征通過下面的參照附圖的詳細敘述變得顯而易見。其中圖1表示T＝6P的普通旋轉電機的剖視圖;
圖2表示圖1中普通旋轉電機沿X-X′線和Y-Y′線的展開示圖;
圖3表示T＝3P的另一個普通旋轉電機的剖視圖;
圖4表示圖3中普通旋轉電機沿X-X′線和Y-Y′線的展開示圖;
圖5表示本發明的T＝6P旋轉電機的實施例的剖視圖;
圖6表示圖5中的永久磁鐵的磁通密度的分布;
圖7表示圖5中本發明的旋轉電機沿X-X′線和Y-Y′線的展開示圖;
圖8表示圖5中所示的旋轉電機的一個電子分配器;
圖9表示圖5中供到旋轉電機的三相繞組組中的三相電流I1、I2I3的波形圖;
圖10表示圖5和圖7中本發明的旋轉電機具有永久磁鐵的1極距周期的電樞鐵芯的繞組槽的相位;
圖11表示圖5和圖7中本發明的旋轉電機的組合磁性變化圖;
圖12表示圖1和圖2中普通旋轉電機的合成磁性變化圖;
圖13(a)到(d)表示根據本發明圖5中所示電樞鐵芯的繞組槽的其它排列形式;
圖14表示本發明T＝3P的旋轉電機的進一步的實施例的剖視圖;
圖15表示圖14中本發明的旋轉電機沿X-X′線和Y-Y′線的展開示圖;
圖16表示圖14和圖15中本發明的旋轉電機具有永久磁鐵的1極距周期的電樞鐵芯的繞組槽的相位;
圖17表示圖14和圖15中本發明的旋轉電機的合成磁性變化圖;
圖18表示圖3和圖4中普通旋轉電機的合成磁性變化圖;
圖19(a)到(d)是表示根據本發明圖14中電樞鐵芯的繞組槽的其它排列形式;
圖20是表示本發明T＝3P的旋轉電機的進一步的實施例的剖視圖;
圖21是表示圖20中本發明的旋轉電機沿X-X′線和Y-Y′線的展開示圖;
圖22是表示圖20和圖21中本發明的旋轉電機具有永久磁鐵的1極距周期的電樞鐵芯的繞組槽和假槽部分的相位;
圖23是表示圖20和圖21中本發明的旋轉電機的組合磁性變化圖;
圖24(a)到(d)表示根據本發明圖20中的電樞鐵芯的繞組槽和虛設槽部分的其它排列形式。
“T＝6P的本發明實施例”圖5、圖6、圖7、圖8和圖9表示本發明T＝6P的無刷直流電機，它與圖1和圖2中所示的普通旋轉電機相對應。圖5表示本發明的無刷直流電機的剖視圖。在圖5中，一個園筒形永久磁鐵23固定在由磁性材料制成的轉子22的外園周上，并且永久磁鐵23和轉子22繞旋轉軸21一起旋轉。永久磁鐵23有4個交替設置的N和S極并且以等同的90°角布置，即，P＝4，這里P是永久磁鐵23磁極的數量。圖6表示永久磁鐵23的磁通密度的分布。每個在兩相鄰繞組槽25之間形成的電樞鐵芯24的齒26與永久磁鐵23的磁極相對。電樞鐵芯24旋轉地支撐著轉子22的旋轉軸21。因此，在電樞鐵芯24齒26和永久磁鐵23的磁極之間的相對位置根據轉子22的旋轉而改變。
圖7表示圖5中本發明的無刷直流電機沿X-X′和Y-Y′線的展開示圖，這時這些線成一行。電樞鐵芯24有24個繞組槽a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p、q、r、s、t、u、v、w和x，和24個設置在兩相鄰繞組槽之間的齒、即，T＝24，這里T是電樞鐵芯24的齒的數量。重疊繞組線圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4被纏繞在繞組槽a到x內。從A1到C4的每個繞組線圈圍繞5個電樞鐵芯24的齒。即A1圍繞在繞組槽a和f內，A2圍繞在繞組槽g和l內，A3圍繞在繞組槽m和r內，A4圍繞在繞組槽S和x內，B1圍繞在繞組槽e和j內，B2圍繞在繞組槽k和p內，B3圍繞在繞組槽q和v內，B4圍繞在繞組槽w和d內，C1圍繞在繞組槽i和n內，C2圍繞在繞組槽o和t內，C3圍繞在繞組槽u和b內，C4圍繞在繞組槽c和h內。繞組線圈A1、A2、A3和A4串聯連接形成第一相的繞組組A，繞組線圈B1、B2、B3和B4串聯連接形成第二相的繞組組B，繞組線圈C1、C2、C3和C4串聯連接形成第三相的繞組組C。如下所述，繞組組A、B和C之間的相位差恰好等于120el(電角度)，這里180el等于360/P度的1極距。在圖5中，P＝4，那么，180el等于90度(機械角度)，它與圖1中所示的普通電機相同。因此，加速轉子22的轉矩可通過把三相電電流輸送到三相繞線組A、B和C中獲得。
圖8表示本發明的無刷直流電機的電子分配器30。電子分配器30有一個激勵器31和一個位置探測器32，它把三相電流I1、I2和I3分別輸送到星形連接的三相繞組組A，B和C中。位置探測器32檢測鐵芯24和永久磁鐵23之間的相對位置，它輸出三相正弦信號P1、P2和P3，通過檢測永久磁鐵23的磁通量使這些信號隨轉子22的旋轉一起變化。激勵器31輸出三相電流I1、I2和I3，這些電流與分別放大信號P1、P2、P3的指令信號F成正比。這樣，加速轉子22的轉矩可由永久磁鐵23的磁通量和輸送到繞組組A、B和C的三相電流I1、I2和I3之間的相互作用產生。關于對由三相電流產生電磁轉矩的詳細解釋在下面敘述。
在圖7中，因為從a到x的繞組槽以不等的角度布置，齒的有效節距是不相同的，這里一個齒的有效節距由形成齒的兩繞組槽中心之間的夾角表示，在T＝6P＝24(P＝4)的例子中，當所有的繞組槽由相等的角度布置時，標準的有效節距是D＝(360/T)＝15度。所以，有效節距等于D的一個齒稱為標準齒，有效節距比D小的齒被稱為短齒，有效節距比D大的齒稱為長齒。一個齒由形成齒的繞組槽表示。例如，齒a-b意味著這個齒是由繞組槽a和b形成的。在圖7中，齒a-b、c-d、d-e、e-f、f-g、g-h、h-j、j-k、k-l、l-m、m-n、o-p、p-q、r-s、s-t、u-v、v-w、w-x和x-a是標準齒，齒b-c、e-f、和h-i是長齒，齒n-o，q-r、和t-u是短齒。在圖7和其它圖中，標準齒，長齒和短齒分別由E、R和I表示。
順序設置至少一個短齒、至少一個標準齒并且沒有長齒的單元被稱為短單元，順序設置至少一個長齒，至少一個標準齒并且沒有短齒的單元被稱為長單元，單元由設置在單元兩側的繞組槽表示。例如，單元＜a、m＞意味著齒a-b、b-c、c-d、d-e、e-f、f-g、g-h、h-i、i-j、j-k、k-1、和l-m的單元。在圖7中，電樞鐵芯24僅有一對長單元＜a、m＞和短單元＜m、a＞，它們交替設置在旋轉軸21的周圍。長單元＜a、m＞有3個長齒b-c、e-f和h-i和9個標準齒a-b、c-d、d-e、f-g、g-h、i-j、j-k、k-l和l-m。短單元＜m、a＞有3個短齒n-o、q-r和t-u、和9個標準齒m-n、o-p、p-q、r-s、s-t、u-v、v-w、w-x和x-a。注意區分滑塊不是取決于齒的數量，而是齒所具有的特征。還應注意到，在相鄰長齒和短齒之間的標準齒可屬于長單元也可屬于短單元，在區別是長單元存在還是短單元存在中它并不是重要的。在圖7的實施例中，在長單元＜a、m＞中的齒數量選擇等于在短單元＜m、a＞中的齒數量。
長齒b-c、e-f和h-i的每個有效節距等于或接近等于D(1+1/P)＝18.75度，短齒n-o、q-r和t-u的每個有效節距等于或接近等于D(1-1/P)＝11.25度，因此，長齒＜a、m＞的整個有效節距是191.25度，短齒＜m、a＞的整個有效節距是168.75度。
下面將解釋圖5中所示本發明實施例的齒槽效應轉矩。齒槽效應轉矩是由永久磁鐵和電樞鐵芯之間的相互作用產生的，特別是通過改變永久磁鐵和電樞鐵芯之間的相對轉動氣隙貯存的磁能。它根據它的相對位置以360度為一個基本周期(1圈)作周期性的變化，因此，這對旋轉電機得到平穩的旋轉是有害的。齒槽效應轉矩受面對永久磁鐵的電樞鐵芯的形狀以及受永久磁鐵磁極上的磁荷分布的影響。電樞鐵芯的形狀是由具有360度為基本周期的傅里葉級數展開的成形諧波所表示的，成型諧波適合于電樞鐵芯的形狀。磁荷的分布由具有360度為基本周期的傅里葉級數展開的磁性分布諧波表示，磁性分布諧波適合永久磁鐵中磁荷的分布。
在數學上，齒槽效應轉矩是由成形諧波和磁性分布諧波之間的褶積決定的，同時也是由具有360度為基本周期的傅里葉級數展開的。齒槽效應轉矩的每個部分(周期/轉數)的值是分成形諧潑部分和作為齒槽效應轉矩的同樣度數的磁性分布諧波部分之乘積成正比。
因為氣隙的磁能是與永久磁鐵的磁通密度的平方值成正比。圖6中所示的磁通密度的分布是與極性對稱的。永久磁鐵23的磁性分布諧波是一個具有1極距(360/P)＝90度周期的周期函數。因此，當具有1極距周期的電樞鐵芯24的成形諧波的合成磁性變化變小時，齒槽效應轉矩也隨著變小。
圖10表示具有永久磁鐵23的1極距周期的電樞鐵芯24的a到x的繞組槽相位。繞組槽a、D、g、l、m、r、s和x是由(1極距)/24的相位差布置的，在上述繞組槽中纏繞著繞組組A的繞組線圈A1、A2、A3和A4。即;繞組槽a、f、g、l、m、r、s和x的相位相互相差(1極距)/24，繞組槽a、f、g、l、m、r、s和x的相位范圍在(1極距)/3內。類似地，繞組槽d、e、j、k、p、q、v和w同樣是由(1極距)/24的相位差布置的，在這些槽中纏繞著繞組組B的繞組線圈B1、B2、B3和B4，繞組槽d、e、j、k、p、q、v和w的助位范圍在(1極距)/3之內，類似地，繞組槽b、c、h、i、n、o、t和u是由同樣的(1極距)/24的相位差布置的，在這些槽中纏繞著繞組組c的繞組線圈C1、C2、C3和C4，繞組槽b、c、h、i、n、o、t和u的相位范圍是在(1極距)/3之內。進一步說，在繞組組A的繞組槽組(a、f、g、h、m、r、s、x)繞組組B的繞組槽組(d、e、j、k、p、q、v、w)和繞組組c的繞組槽組(b、c、h、i、n、o、t、n)之間的相位差恰好等于(1極距)/3。由于這個結果，在三相繞組組A、B和C之間的相位差恰好等于120el。
從a到x的所有繞組槽的相位相互相位差為(1極距)/24，具有1極距周期的合成磁性變化期待變小。圖11表示從a到x繞組槽的磁性變化波形和電樞鐵芯24的合成磁性變化TV的波形。每個繞組槽的磁性變化相對于每個開口寬度平穩變化、因為繞組槽的相位以(1極距)/24相隔所以合成磁性變化TV變得很小。
圖12表示圖1和圖2中所示的普通旋轉電機的電樞鐵芯4的合成磁性變化TV′的波形。在普通旋轉電機的例子中，繞組槽a、g、m、和s的相位是與1極距周期相同的，繞組槽b、h、n、和t的相位是相同的，繞組槽c、i、o和u的相位是相同的，繞組槽d、j、p和v的相位是相同的，繞組槽e、k、q、和w的相位是相同的，繞組槽f、l、r和x的相位是相同的，所以，合成磁性變化TV′是大的。把圖11中的組合成磁性變化差TV與圖12中的合成磁性變化TV′比較，本發明電機的TV比普通電機的TV′小得多。因此，圖5中所示的本發明的無刷直流電機的實施例有很小的齒槽效應轉矩。
在圖5、圖6、圖7、圖8和圖9中所示的本發明的無刷直流電機的電一磁轉矩在下面敘述。電-磁轉矩是由三相電流I1、I2和I3到三相繞組組A、B和C所產生轉矩的和，由每個電流I1、I2和I3進入三相繞組組A、B和C所產生的每個轉矩是電流和磁通密度的乘積。因此，電-磁轉矩Tor是Tor＝Gx(BaI1+BbI2+BcI3)……(1)式中Gx是一個常值。
Ba、Bb和Bc分別是三相繞組組A、B和C的等效磁通密度。這里假設永久磁鐵23的分布是正弦曲線，即B(x)＝Blsin(x)式中x是一個角度(電角度)。那么，等效的磁通密度Ba、BD和Bc也變為正弦曲線，
即Ba(Z)＝KB1Sin(Z) ……(3a)Bb(Z)＝KB1Sin(Z-120el) ……(3b)Bc(Z)＝KB1Sin(Z-240el) ……(3c)式中K是一個常值并且2是電樞鐵芯24的參照點和永久磁鐵23的參照點之間的相對角度(電角度)。由于三相電流I1、I2和I3是正弦曲線，I1(Z)＝IPSin(Z) ……(4a)I2(Z)＝IPSin(Z-120el) ……(4b)I3(Z)＝IPSin(Z-240el) ……(4c)式中IP是與指令信號F成正比的峰值電流。所以，產生的轉矩變為Tor＝(3/2)(Gxk)B1IP (5)實施例的電-磁轉矩Tor是平穩的并且沒有波動的轉矩。
但是，圖6中的永久磁鐵23的實際分布有第3、第5、第7等的較高部分，這些較高部分，特別是第3、第5、第7，產生波動轉矩，波動轉矩阻止電機的平穩運轉以及齒槽效應轉矩。由于每個繞組組A、B或C的繞組槽的相位相差(1極距)/3，所以，相等的有效磁通密度Ba、Bb、和Bc減小了第3、第5、第7的部分。假設永久磁鐵23的磁通密度分希是B(X)＝B1Sin(X)+B2Sin(3X)+B5Sin(5X)+B7Sin(7X) ……(6)
那么，等效的磁通密度Ba、Bb和Bc變為Ba(Z)＝K｛K1B1Sin(Z)+K3B3Sin(3Z)+K5B5Sin(5Z)+K7B7Sin(7Z)} ……(7a)Bb(Z)＝Ba(Z-120el) ……(7b)Bc(Z)＝Ba(Z-240el) ……(7c)式中K1＝0.956，K3＝0.641，K5＝0.194，K7＝-0.141，K1/K1＝1(標準)，K3/K1＝0.67，K5/K1＝0.20K7/K1＝-0.15。
由于K3/K1，K5/K1和K7/K1絕對值的比值是小于1的，那么，永久磁鐵23的較高部分B3、B5、B7的影響被減小并且上述實施例的無刷直流電機波動轉矩變小。因此，圖5到圖9中所示的本發明無刷直流電機的波動扭矩是小的，從而可得到平穩運轉。
上述實施例中電樞鐵芯24的繞組線圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4可由繞組機自動纏繞，因為這些繞組線圈的繞組節距幾乎等于永久磁鐵23的1極距的5/6，這里，一個繞組線圈的繞組節距是兩繞組槽之間中心的角度，槽內纏繞著繞組線圈。這些繞組線圈A1到C4的繞組節距是在135el和165el之間的，確切地說，繞組線圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4的繞組節距分別是165el、157.5el、135el、142.5el、165el、142.5el、135el、157.5el、150el、142.5el、150el和157.5el，在上述實施例中，使用一個為多相繞組組提供多相正弦電流的電子分配器，但分配器的構造并不涉及齒槽效應轉矩(它僅涉及波動轉矩)因此，圖8中所示的電子分配器可以代替機械刷轉換器。此外，雖然在圖5或其它圖中永久磁鐵23是連續的圓周形的，但是在本發明中，還可使用在其中間有間隙的分開段式的磁鐵。
如上所述，本發明旋轉電機的齒槽效應轉矩是小的。一般來說，包括園柱形的勵磁永久磁鐵組件和磁性材料電樞鐵芯的旋轉電機就能減小齒槽效應轉矩，上述磁鐵組件有被永久磁化的繞電機轉軸交替布置的N和S極，N和S極的數量是P，它是一個偶數，上述電樞鐵芯有許多在兩相鄰繞組槽之間形成的齒，在這些繞組槽中纏繞著許多多相繞組組的重疊繞組線圈，上述齒的數量是T，它不小于2P，上述多相繞組組的相位數是H，它不小于2，在上述電樞鐵芯上至少有一對繞轉軸交替布置的長單元和短單元，每個上述短單元至少有一個短齒，至少一個標準齒，沒有長齒，每個上述長單元至少有一個長齒，至少一個標準齒，沒有短齒，上述標準齒的有效節距等于D＝(360/T)度，每個上述短齒的有效節距不大于D，每個上述長齒的有效節距大于D。
可選擇一對上述相鄰短單元和長單元的整個有效節距等于或接近等于(360/P)Q度，這里Q是不小于2的整數，每個在上述相一對相鄰短單元和長單元中的短齒的有效節距等于或接近等于D(1-J/Q)度，每個在上述一對相鄰的短單元和長單元中長齒的有效節距等于或接近等于D(1+G/Q)度，這里J和G是不小于1但不大于Q/2的的態數，最好為J＝G＝1，還可選擇上述短單元中短齒的數量不小于2，在上述長單元中長齒的數量不小于2，也可選擇上述短單元中短齒的數量等于上述長單元長齒的數量，它不小于Q并且最好選它等于Q-1。還可選擇每個上述長齒的兩側是與兩個上述標準齒相鄰，每個上述短齒的兩側是與兩個上述標準齒相鄰的。
減小齒槽效應轉矩的本發明的旋轉電機的其它結構已在圖13(a)到13(d)中示出，圖13(a)表示了圖5和圖7中電樞鐵芯24的繞組槽a到x的其它排列形式。長齒、短齒和標準齒的位置與圖7中的電樞鐵芯24不同，即齒e-f、f-g和g-h是長齒，齒m-n、r-s和w-x是短齒，其它齒是標準齒，電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，如，長單元＜a、m＞和短單元＜m、a＞。長齒的有效節距等于D(1+1/p)＝18.75度，短齒的有效節距等于D(1-1/P)＝11.25度。所以，Q＝p＝4，G＝1和J＝1。
圖13b(b)表示圖5和圖7中電樞鐵芯24的繞組槽a到x的其它排列形式，長齒、短齒和標準齒的位置不同于圖7中的電樞鐵芯24。即齒b-c、c-d和h-i是長齒，齒n-o、o-p和t-u是短齒，其它齒是標準齒，電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a、m＞和短單元＜m、a＞。長齒的有效節距等于D(1+1/P)＝18.75度，短齒的有效節距等于D(1-1/P)＝11.25度。所以，Q＝P＝4，G＝1和J＝1。
圖13(c)表示圖5和圖7中電樞鐵芯24的繞組槽a到x的其它排列形式。長齒、短齒和標準齒的位置不同于圖7中電樞鐵芯24。即齒f-g和l-m是長齒，齒r-s和x-a是短齒，其它齒是標準齒。電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元。例如，長單元＜a、m＞和短單元＜m、a＞。長齒f-g的有效節距等于D(1+2/P)＝22.5度，長齒l-m的有效節距等于D(1+1/P)＝18.75度。短齒r-s的有效節距等于D(1-2/P)＝7.5度，短齒x-a的有效節距等于D(1-1/P)＝11.25度，所以，Q＝P＝4，G＝1或2，J＝1或2。
圖13(d)表示圖5和圖7中電樞鐵芯24的繞組槽a到x的其它排列形式。長齒、短齒和標準齒的位置不同于圖7中的電樞鐵芯24。即齒fg和h-i是長齒，齒n-o、r-s和x-a是短齒，其它齒是標準齒。電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元。例如、長單元＜a、m＞和短單元＜m、a＞。長齒f-g的有效節距等于D(1+2/P)＝22.5度。長齒h-i的有效節距等于D(1+1/P)＝18.75度，短齒n-o、r-s和x-a的有效節距等于D(1-1/P)＝11.25度。所以，Q＝p＝4，G＝1或2，J＝1。
在圖13(d)中，長齒的數量不等于短齒的數量。一般來說，包括園柱形勵磁永久磁鐵組件和磁性材料電樞鐵芯的旋轉電機能夠減小齒槽效應轉矩，上述磁性組件具有永久磁化的繞旋轉電機的轉軸交替設置的N和S極，上述N和S極的數量是P，它是一個偶數，上述電樞鐵芯有許多在兩相鄰繞組槽之間形成的齒，在這些槽內纏繞著許多多相繞組組的重疊繞組線圈。上述齒的數量是T，它不小于2P。上述多相繞組組的相位數是H，它不小于2，上述的繞組槽以不等角度設置，因此上述繞組槽的相位數和上述磁鐵組件的1極距的周期是大于2H的。
可選擇所有的繞組槽的相位和上述永久磁鐵組件的1極距的周期是相互不同的，選(1極距)/T相等的角度。
T＝3P的本發明實施例。
圖14和圖15表示T＝3P的本發明另外的無刷直流電機，它是與圖3和圖4中所示的普通旋轉電機相對應的。圖14是本發明無刷直流電機的刷視圖。在圖14中，一個圓筒形永久磁鐵43固定在磁性材料的轉子42的外園周上，永久磁鐵43和轉子42一起繞軸41轉動。永久磁鐵43有4個相互隔開90度且交替設置的N和S極，即P＝4，永久磁鐵43的磁通密度分布和圖6中所示的相同。電樞鐵芯44的齒46與永久磁鐵43的磁極相對，每個齒在兩相鄰繞組槽45之間形成。轉子42的轉軸41可旋轉地支撐在電樞鐵芯44上。因此，在它樞鐵芯44的齒46和永久磁鐵43的磁極之間的相對位置根據轉子42的旋轉而變化。
圖15表示圖14中本發明的無刷直流旋轉電機沿X-X′線和Y-Y′線的展開示圖。這時這些線成一行電樞鐵芯44有12個繞組槽a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k和l，和12個設置兩相鄰繞組槽之間的齒，即T＝12。重疊繞組線圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4。纏繞在從a到t的繞組槽內。從A1到CA的每個繞組線圈圍繞電樞鐵芯44的3個齒。即A1繞在繞組槽a和d內，A2繞在繞組槽d和g內，A3繞在繞組槽g和j內，A4繞在繞組槽j和a內，B1繞在繞組槽c和f內，B2繞在繞組槽f和i內，B3繞在繞組槽i和l內，B4繞在繞組槽l和c內，c1繞在繞組槽e和h內，C22繞在繞組槽h和k內，C3繞在繞組槽k和b內，C4繞在繞組槽b和e內，繞組線圈A1、A2、A3和A4串聯連接形成第一相的繞組組A，繞組線B1、B2、B3和B4串聯連接形成第二相繞組組R，繞組線圈C1、C2、C3、和C4串聯連接形成第三相繞組組C。如下所述，繞組組A、B、C之間的相位差恰好等于120el(電角度)，這里180el等于1極距(360/P)度。在圖14中，P＝4，那么180el等于90度(機械角度)，它與圖3中普通電機的相同。因此，借助于把三相電流供入三相繞組組A、B和C可獲得加速轉子42的轉矩。圖8所示的電子分配器30也可應用到圖14的本發明的無刷直流電機中。
在圖15中，因為從a到l的繞組槽以不同的角度布置，齒的有效節距是不相同的。在T＝3P＝12(P＝4)的例子中，當所有繞組槽以相等角度布置時，標準的有效節距是D＝(360/T)＝30度。所以，標準齒的有效節距等于D，短齒的有效節距小于D，長齒的有效節距大于D。在圖15中，齒a-b、b-c、d-e、g-h、h-i和j-k是標準齒，齒c-d，e-f和f-g是長齒，齒i-j、k-l和l-a是短齒。電樞鐵芯44僅有一對長單元＜a、g＞和短單元＜g、a＞并且繞轉軸41交替設置。長單元＜a、g＞有3個長齒c-d、e-f和f-g和3個標準齒a-b、b-c和d-e。短單元＜g、a＞有3個短齒i-j、k-l和l-a和3個標準齒g-h、h-i和j-k。
長齒c-d、e-f和f-g的每個有效節距等于或接近等于D(1+1/P)＝37.5度，短齒i-j、k-l和l-a的有效節距等于或接近等于D(1-1/P)＝22.5度。這樣，長單元＜g、a＞的整個有效節距是202.5度，短齒＜g、a＞的整個有效節距是157.5度。
圖14所示的本發明實施例的齒槽效應轉矩在下面敘述。圖16表示具有永久磁鐵43的1極距周期的電樞鐵芯44從a到l繞組槽的相位。繞組槽a、d、g和j以(1極距)/12的相位差設置，繞組槽內纏繞著繞組組A的繞組線圈A1、A2、A3和A4。即繞組槽a、d、g和j的相位相互相差(1極距)/12，繞組槽a、d、g和j的相位范圍在(1極距)/13之內。類似地繞組槽C、F、i和l以相通的相位差(1極距)/12布置，在繞組槽內纏繞著繞組組B的繞組線圈B1B2B3和B4。并且繞組槽c、f、i和l的相位范圍在(1極距)/3之內。類似地，繞組槽b、e、h和k以相同的相位差(1極距)/12布置，在繞組槽內纏繞著繞組組c的繞組線圈C1、C2、C3和C4。繞組槽b、e、h和k的相位范圍在(1極距)/3之內。進一步說，繞組組A的繞組槽組(a、d、g、j)，繞組組B的繞組槽組(C、f、i、l)和繞組組c的繞組槽組(b、e、h、k)的相位差恰好是(1極距)/3。由于這個結果，三相繞組A、B和C之間的相位差恰好等于120el度，使用圖8的分配器30可得到平穩轉距。
從a到l的繞組槽的所有相位相差(1極距)/12，期待著帶有1極距周期的合成磁性變化變小。圖17表示了從a到l繞組槽的磁性變化波形和電樞鐵芯44的合成磁性變化TV的波形。每個繞組槽的磁性變化相對于每個開口寬度平穩改變。因為繞組槽的相位相差(1極距)/12，所以，合成磁性變化變得很小。
圖18表示圖3和圖4中所示的普通旋轉電機電樞鐵芯14的合成磁性變化TV′的波形。在普通旋轉電機的例子中，繞組槽a、d、g和j的相位與1極距周期相同，繞組槽b、e、h和k的相位是相同的，繞組槽c、f、i和l的相位是相同的。所以，合成磁性變化TV′大。把圖17中的合成磁性變化TV與圖18的合成性變化TV′比較，本發明電機的TV比普通電機的TV′小得多。因此，圖14中所示的本發明的無刷直流電機的實施例具有很小的齒槽效應轉矩。
在上述實施例中的電樞鐵芯44的繞組線圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4可由繞組機自動纏繞，因為這些繞組線圈的繞組節距幾乎等于永久磁鐵43的1極距。這些繞組線圈A1到C4的繞組節距是在150el和210el之間。更確切地說，繞組線圈A1，A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4的繞組節距分別是195el、210el、165el、180el、210el、195el、150el、165el、210el、165el、150el、和195el。
具有減小齒槽效應轉矩的本發明旋轉電機的其他結構在圖19(a)到19(d)中示出，圖19(a)表示圖14和圖15中電樞鐵芯44的從a到l的繞組槽的其它排列形式，長齒、短齒和標準齒的位置不同于圖15的電樞鐵芯44，即齒a-b、b-c和c-d是長齒、齒f-g，h-i和j-k是短齒，其它齒是標準齒。電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a、f＞和短單元＜f、a＞。長齒的有效節距等于D(1+1/P)＝37.5度，短齒的有效節距等于D(1-1/P)＝22.5度。所以，Q＝P＝4，G＝1和J＝1。
圖19(b)表示圖14和圖15中所示的電樞鐵芯44上繞組槽a到l另外排列方式。長齒，短齒和
準齒的位置不同于圖15的電樞鐵芯44。即齒b-c、d-e和f-g是長齒，齒i-j、j-k和k-l是短齒，其它齒是標準齒。電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a、g＞和短單元＜g、a＞，長齒的有效節距等于D(1+1/P)＝37.5度;短齒的有效節距等于D(1-1/P)＝22.5度。所以，Q＝P＝4，G＝1和J＝1。
圖19(C)表示圖14和圖15中所示的電樞鐵芯44上繞組槽a到l的另外排列方式。長齒、短齒和標準齒的位置不同于圖15的電樞鐵芯44。即齒c-d和f-g是長齒，齒i-j和l-a是短齒，其它齒是標準齒。電樞鐵芯萬有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a、g＞和短單元＜g、a＞。長齒c-d的有效節距等于D(1+2/P)＝45度，長齒f-g的有效節距等于D(1+1/P)＝37.5度，短齒i-j的有效節距等于D(1-2/P)＝15度，短齒l-a的有效節距等于D(1-1/P)＝22.5度，所以，Q＝P＝4，G＝1或2，J＝1或2。
圖19(d)表示圖14和圖15中所示的電樞鐵芯44上繞組槽a到l的其它排列方式。長齒、短齒和標準齒的位置不同于圖15的電樞鐵芯44。即齒c-d和d-e是長齒，齒g-h，i-j和l-a是短齒，其它齒是標準齒。電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a，g＞和短單元＜g、a＞。長齒c-d的有效節距等于D(1+2/P)＝45度，長齒d-e的有效節距等于D(1+1/P)＝37.5度，短齒g-h，i-j和l-a的有效節距等于D(l-l/P)＝22.5度，所以，Q＝P＝4，G＝1和2，J＝1。
圖20和圖21表示T＝3P的本發明的另外無刷直流電機，它同樣與圖3和圖4所示的普通旋轉電機相對應。圖20是本發明無刷直流電機的簡單剖視圖。在圖20中，一個圓筒形永久磁鐵53固定到由磁性材料制成的轉子52的外圓周上，永似磁鐵與轉子52繞轉軸51轉動。永久磁鐵53有4個以相等的90度角相隔且交替設置的N和S極，即P＝4，永久磁鐵53的磁通密度的分布與圖6中所示的相同。電樞鐵芯54的齒56面對永久磁鐵53的磁極，每個齒在兩相鄰繞組槽55之間形成。轉子52的轉軸51可旋轉地支撐在電樞鐵芯54上。因此，在電樞鐵芯54的齒56和永久磁鐵53的磁極之間的相對位置根據轉子52的旋轉而改變。
圖21表示圖20中本發明的無刷直流電機沿X-X′線和Y-Y′線的展開示圖，這時這些線成一行。電樞鐵芯54有12個繞組槽a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k和l，和12個在兩相鄰繞組槽之間形成的齒，即T＝12。電樞鐵芯53還有12個在齒的表面與永久磁鐵53相對的虛設槽部分a′、b′、c′、d′、e′、f′、g′、h′、i′、j′、k′和l′，沒有線圈纏繞在虛設槽部分內。虛設槽部分的數量是Td＝12，重疊繞組線圈A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3和C4纏繞在從a到l的繞組槽內。從A1的到C4的每個繞組線圈圍繞3個電樞鐵芯54的齒，即A1繞在繞組槽a和d內，A2繞在繞組槽d和g內，A3繞在繞組槽g和j內，A4繞在繞組槽j和a內，B1繞在繞組槽C和f內，B2繞在繞組槽f和i內，B3繞在繞組槽i和l內，B4繞在在繞組槽l和c內，C1繞在繞組槽e和h內，C2繞在繞組槽h和k內，C3繞在繞組槽k和b內，C4繞在繞組槽b和e內。繞組線圈A1、A2、A3和A4串聯連接形成第一相的繞組組A、繞組線圈B1、B2、B3和B4串聯連接形成第二相的繞組組B，繞組線圈C1、C2、C3和C4串聯連接形成第三相的繞組組C，繞組組A、B和C之間的相位差恰好是120el(電角度)，這里180el等于1極距(360/P)度，在圖20中，P＝4，180el等于90度(機械角度)，它與圖3中普通電機的相同。因此，加速轉子52的轉矩可由把三相電流輸送到三相繞組組A、B和C中得到。圖8中所示的電子分配器30同樣可使用到圖20本發明的無刷直流電機中。
電樞鐵芯54有24個齒段，每個齒段都是在兩相鄰的從a到l的繞組槽和a′到l′的虛設槽部分中間形成的。在圖12中，因為繞組槽a到l和虛設槽部分a′到l′以不等的角度設置，所以，齒段的有效節距也不相同。在Tt＝T+Td＝24的例子中，當所有的繞組槽和虛設槽部分以相等的角度設置時，齒段的標準有效節距為D＝(360/Tt)＝15度。所以，有效節距等于D的齒段稱為標準齒段，有效節距小于D的齒段稱為短齒段，有效節距大于D的齒段稱為長齒段，齒段由兩個繞組槽和兩個假槽部分形成的齒極表示。例如，齒段a-a′意味著齒段是由繞組槽a和虛設槽部分a′形成的。在圖12中，齒段a-a′，b-b′、b′-c、c′-d、d-d′，e-e′，e′-f、f-f，f′-g、g-g′，h-h′，h′-i，i′-j，j-j′，k-k′，k′-l，l-l′和l′-a是標準齒段，齒段a′-b，c-c′和d′-e是長齒段，齒段g′-hi-i′和j′-k是短齒段。在圖12和其它圖中，標準齒段，長齒段和短齒段分別由E′、R′和Z′表示。
順序設置至少一個長齒段、至少一個標準齒段和沒有短齒段的單元稱為長單元，順序設置至少一個短齒段、至少一個標準齒段和沒有長齒段的單元稱為短單元。單元由設置在單元的兩側的繞組槽或設虛設槽部分表示。電樞鐵芯54僅有一對繞轉軸51交替設置的長單元和短單元例如，長單元＜a、f′＞和短單元＜f′、a＞。長單元＜a、f′＞有3個長齒段a′-b、c-c′和d′-e和8個標準齒段a-a′，b-b′，b′-c，c′-d、d-d′，e-e′、e′-f和f-f′。短單元＜f′、a＞有3個短齒段g′-h、i-i′和j-k和10個標準齒段f′-g、g-g′，h-h′，h′-i，i′-j，j-j′，k-k′，k′-l，l-l′和l′-a。長齒段a′-b，c-c′和d′-e的每個有效節距等于或接近等于D(1+1/P)＝18.75度，短齒段g′-h，i-i′和j′-k的每個有效節距等于或接近等于D(1-1/P)＝11.25度。在相鄰長齒段和短齒段之間設置的標準齒段可屬于長單元或短單元。區別是長單元或短單元的存在并不重要。
圖20中所示的本發明實施例的齒槽效應轉矩將在下面敘述。圖22表示電樞鐵芯54的從a到l繞組槽和虛設槽部分的相位和永久磁鐵53的1極距周期。纏繞著繞組組A的繞組線圈A1、A2、A3、和A4的繞組槽a、d、g和j和虛設槽部分a′、d′、g′和j′以(1極距)/24的相位差設置。即繞組槽a、d、g和j的相位和假槽部分a′、d′、g′和j互相相差(1極距)/24，繞組槽a、d、g和j的相位范圍小于(1極距)/3。類似地，纏繞著繞組組B的繞組線圈B1、B2、B3和B4的繞組槽c、f、i和l和虛設槽部分c′，f′、i′和l′以同樣的(1極距)/24的相位差設置。繞組槽c、f、i和l的相位范圍小于(1極距)/3。類似地，纏繞著繞組組C的繞組線圈C1、C2、C3和C4的繞組槽b、e、h和k和虛設槽部分b′、e′、h′和k′以同樣的(1極距)/24的相位差設置。繞組槽b、e、h和k的相位范圍小于(1極距)/3。進一步講，在繞組組A的繞組槽組(a、d、g、j、)、繞組組B的繞組槽組(c、f、i、l)和繞組組c的繞組槽組(b、e、h、k)之間的相位差恰好等于(1極距)/3。由于這個結果，在三相繞組組A、B和C之間的相位差恰好等于120el度，使用圖8中的分配器30可得到平穩的轉距。
繞組槽a到l和假槽部分a′到l′的整個相位相互相差(1極距)/24，希望具有1極距周期的合成磁性變化變小。圖23表示以a到l的繞組槽和從a′到l′的虛設槽部分的合成磁性變化的波形和電樞鐵芯54的合成磁性變化TV的波形。每個繞組槽和虛設槽部分的磁性變化相對于每個開口寬度平穩變化，每個假槽部分a′、b′、c′d′、e′、f′、g′、h′、i′、j′、k′和l有與每個a到l的繞組槽相同的磁性作用。因為繞組槽和虛設槽部分的相位相差(1極距)/24，組合磁性變化TV變得很小。把圖23中的合成磁性變化TV與圖18的合成磁性變化TV比較，本發明旋轉電機的TV比普通電機的TV′小很多。因此，圖20所示的本發明無刷直流電機的實施例有很小的齒槽效應轉距。
在圖20的上述實施例中，每個齒有虛設槽部分，但是具有減小齒槽效應轉矩的本發明旋轉電機的結構并沒有被限制到一種情況。一般來說，具有園筒形勵磁永久磁鐵組件和磁性材料的電樞鐵芯的旋轉電機能夠減小齒槽效應轉矩，上述磁鐵組件有繞電機的轉軸交替設置且被永久磁化的N和S極。N和S極的數量是P，它是一個偶數，上述電樞鐵芯有許多在兩相鄰繞組槽之間形成的齒，在繞組槽內纏繞著許多多相繞組組的重疊繞組線圈，齒的數量是T，它不小于2P，上述多相繞組組的相位數是H，它不小于2，在這里，至少其中的一個上述齒至少有一個與上述永久磁鐵的極相對的虛設槽部分，許多齒段設置在兩相鄰的兩個繞組槽和虛設槽部分之間，上述齒段的數量是Tt，它大于T，上述電樞鐵芯至少有一對短單元和長單元并且它們繞轉軸交替設置，每個上述短單元至少有一個短齒段、至少一個標準齒段和沒有長齒段，每一個上述長單元至少有一個長齒段、至少一個標準齒段和沒有短齒段，這里上述標準齒段的有效節距等于D＝(360/Tt)度，每個上述短齒段的有效節距小于D，每個上述長齒段的有效節距大于D。
一對相鄰上述短單元和長單元的整個有效節距等于或接近等于(360/P)Q度是可選擇的，這里，Q是一個不小于2的整數，在上述一對相鄰短單元和長單元中的每個短齒段的有效節距等于或接近等于D(1-J/Q)度，在上述一對相鄰短單元和長單元中的每個長齒段的有效節距等于或接近等于D(1+G/Q)度，這里J和G是不小于1并且不大于Q/2的整數，最好選J＝G＝1。在上述短單元中的短齒段的數量可選擇不小于2，在上述長單元中的長齒段的數量選擇不小于2。還可選擇上述短單元中的短齒段的數量等于上述長單元中的長齒段的數量，這個數是小于Q的，最好等于Q-1。還可選擇每個上述長齒段與兩個上述標準齒段在兩側相鄰，每個上述短齒段與兩個上述標準齒段在兩側相鄰。
圖24(a)到圖24(d)表示了具有減小齒槽效應轉矩的本發明的旋轉電機的其它結構。圖24(a)表示圖20和圖21中所示的電樞鐵芯54從a到l的繞組槽和從a′到l′的虛設槽部分的其它排列方式，長齒段，短齒段和標準齒段的位置不同于圖21中的電樞鐵芯54。即齒段c-c′、c′-d和d-d′是長齒段，齒段g-g′，i′-j和l-l′是短齒段，其它齒段是標準齒段。電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a、f＞和短單元＜f、a＞。長齒段的有效節距等于D(1+1/P)＝18.75度，短齒段的有效節距等于D(1-1/P)＝11.25度。所以，Q＝P＝4，G＝1，J＝1。
圖24(b)表示圖20和圖21中所示的電樞鐵芯54從a望l的繞組槽和從a′到l′的虛設槽部分的其它排列方式，長齒段、短齒段和標準齒段的位置不同于圖21中的電樞鐵芯54。即齒段a′-bb-b′和d′-e是長齒段。齒段g′-h、h-h′和j′-k是短齒段，其它齒段是標準齒段。電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a、g＞和短單元＜g、a＞。長齒段的有效節距等于D(1+1/P)＝18.75度，短齒段的有效節距等于D(1-1/P)＝11.5度。所以，Q＝P＝4、G＝1、J＝1。
圖24(C)表示圖20和圖21中所示的電樞鐵芯54從a到l的繞組槽和從a′到l′的虛設槽部分的其它排列方式，長齒段，短齒段和標準齒段的的位置不同于圖21中的電樞鐵芯54。即齒段C′-d和f′-g是長齒段，齒段i′-j和l′-a是短齒段，其它齒段是標準齒段。電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a、g＞和短單元＜g、a＞。長齒段C′-d的有效節距等于D(1+2/P)＝22.5度，長齒段f′-g的有效節距等于D(1+1/P)＝18.75度，短齒段i′-j的有效節距等于D(1-2/P)＝7.5度，短齒段l′-a的有效節距D(1-1/P)＝11.25度。所以，Q＝p＝4，G＝1或2、J＝1或2。
圖24(d)表示圖20和圖21中所示的電樞鐵芯54從a到l的繞組槽和從a′到l′的虛設槽部分的其它排列方式，長齒段，短齒段和標準齒段的位置不同于圖21中的電樞鐵芯54。即齒段C′-d和d′-e是長齒段，齒段g′-h，i′-j和l′-a是短齒段，其它齒段是標準齒段，電樞鐵芯僅有一對長單元和短單元，例如，長單元＜a、g＞和短單元＜g、a＞。長齒段c′-d的有效節距等于D(1+2/P)＝22.5度，長齒段d′-e的有效節距等于D(1+1/P)＝18.75度，短齒段g′-h，i′-j和l′-a的有效節距等于D(l-1/P)＝11.25度，所以，Q＝P＝4，G＝1或2、和J＝1。
如圖24(d)中所示，長齒段的數量不等于短齒段的數量。一般來說，具有圓筒形的勵磁永久磁鐵組件和磁性材料的電樞鐵芯的旋轉電機能夠減小齒槽效應轉距，上述磁鐵組件有永久磁化的并且繞電機的轉軸交替設置的N和S極，這些N和S極的數量是一個偶數P，上述電樞鐵芯有許多在兩相鄰繞組槽之間制成的齒，在這些槽內纏繞著許多多相繞組組的重疊繞組線圈，上述齒的數量是一個不小于2P的數T，上述多相繞組組的相位數是一個不小于2的數H，在這里至少其中的一個上述齒至少有一個與上述磁鐵組件的磁極相對的虛設槽部分，許多齒段設置在相鄰的兩個上述繞組槽和上述假槽部分之間，上述齒段的數量是一個大于T的數Tt，上述繞組槽和上述虛設槽部分以不等的角度設置，因此具有上述磁鐵組件的l極距周期的上述繞組槽和上述虛設槽部分的相位數大于2H(Tt/T)。
具有上述磁鐵組件的l極距周期的繞組槽和虛設槽部分的整個相位可選擇相互相差為相同的角度(1極距)/Tt。
勘誤表
勘誤表
勘誤表
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權利要求
1.一臺旋轉電機包括園柱形式的勵磁永久磁鐵組件和一個由磁性材料制成的電樞鐵芯。上述磁鐵組件具有永久磁化的N極和S極，N、S極沿上述旋轉電機的旋轉軸交替設置，所述N極、S極數是偶數P。上述電樞鐵芯具有許多制作于兩個相鄰繞組槽之間的齒，多相繞組組的許多重疊繞組線圈繞在繞組槽中，所述齒數是不小于2P的T，所述多相繞組組的相位數是不小于2的H；這里，上述電樞鐵芯至少有一對沿所述旋轉軸交替設置的短單元和長單元；上述每一個短單元至少有一個短齒，也至少有一個標準齒，但沒有長齒；上述每一個長單元至少有一個所述的長齒，也至少有一個所述的標準齒，而沒有所述的短齒。這里，所述標準齒的有效節距等于D=(360/T)度，所述短齒的每一個有效節距小于D，所述長齒的每一個有效節距大于D。
2.根據權利要求
1中所要求的旋轉電機，這里，每一所述短單元中的所述短齒數不小于2，而每一所述長單元中的所述長齒數也不小于2。
3.根據權利要求
1中所要求的旋轉電機，這里，每一所述短單元中的所述短齒數等于每一所述長單元中的所述長齒數，這個數小于P。
4.根據權利要求
3中所要求的旋轉電機，這里，所述電樞鐵芯僅有一對所述短單元和所述長單元，所述短單元中所述短齒數是P-1，而所述長單元中所述短齒數也是P-1。
5.根據權利要求
1中所要求的旋轉電機，這里，一對相鄰所述短單元和所述長單元的整個有效節距等于或幾乎等于(360/P)/Q度，這里Q是不小于2的整數。
6.根據權利要求
5中所要求的旋轉電機，這里，在所述一對相鄰短單元和長單元中短齒的每個有限節距等于或幾乎等于D(1-J/Q)度，在所述一對相鄰短單元和長單元中長齒的每個有效節距等于或幾乎等于D(1+G/Q)度，這里J和G是一個不小于2且不大于Q/2的整數。
7.根據權利要求
6所要求的旋轉電機，這里，J＝1和G＝1。
8.根據權利要求
5所要求的旋轉電機，這里，所述短單元中短齒的數量不小于2，所述長單元中長齒的數量也不小于2。
9.根據權利要求
5所要求的旋轉電機，這里，所述短單元中短齒的數量等于所述長單元中長齒的數量，它小于Q。
10.根據權利要求
9所要求的旋轉電機，這里，所述短單元中短齒的數量是Q-1，所述長單元中長齒的數量也是Q-1。
11.根據權利要求
1所要求的旋轉電機，這里，所述的每個長齒至少與其中一個標準點相鄰，所述的每個短齒至少與其中一個標準齒相鄰。
12.根據權利要求
11所要求的旋轉電機，這里，每個所述的長齒在其兩側與兩個標準點相鄰，每個所述的短齒在其兩側與兩個標準齒相鄰。
13.根據權利要求
1所要求的旋轉電機，這里，所述的繞組槽以不等的角度設置，因此具有所述磁鐵組件的1極距周期的繞組槽的相位數大于2H。
14.根據權利要求
13所要求的旋轉電機，這里，具有所述磁鐵組件的1極距周期的繞組槽的整個相位相互不同。
15.根據權利要求
14所要求的旋轉電機，這里，在兩個相鄰具有所述磁性組件的1極距周期的所述繞組槽的相位的相位差等于或接近等于(1極距)/T。
16.一個旋轉電機包括園筒形勵磁永久磁鐵組件和磁性材料制成的電樞鐵芯;上述磁鐵組件具有永久磁化的N和S極，這些極繞旋轉電機的轉軸交替設置，N和S極的數量是一個偶數P;上上述電樞鐵芯具有許多在兩相鄰繞組槽之間制成的齒，在這些繞組槽內嵌入許多多相繞組的重疊繞組繞圈;所述齒的數量是不小于2P的數T，所述多相繞組組的相位的數是不小于2的數H，在這里所述的繞組槽以不等的角度設置，因此，具有所述磁鐵組件的1極距周期的所述繞組槽的相位數大于2H。
17.根據權利要求
16所要求的旋轉電機，在這里，具有所述磁鐵組件的1極距周期的所述繞組槽的整個相位相互不同。
18.根據權利要求
17所要求的旋轉電機，在這里，在兩個相鄰具有所述磁鐵組件的1極距周期的繞組槽相位之間的相位差等于或幾乎等于(1極距)/T。
19.根據權利要求
16所要求的旋轉電機，在這里，所述電樞鐵芯至少有兩個短齒，至少有兩個長齒和兩個標準齒，所述標準齒的有效節距等于D＝(360/T)度，每個短齒的有效節距小于D，每個長齒的有效節距大于D。
20.根據權利要求
19所要求的旋轉電機，在這里，所述電樞鐵芯至少有一對短單元和長單元并且它的繞轉軸交替設置，這里，每個所述短單元至少有一個上述的短齒，至少一個上述的標準齒而沒有長齒，每個所述長單元至少有一個上述的長齒，至少一個上述的標準齒而沒有上述的短齒。
21.根據權利要求
20所要求的旋轉電機在這里，每個上述短單元中的短齒的數量不小于2，每個上述長單元中的長齒的數量不小于2。
22.根據權利要求
20所要求的旋轉電機，在這里，每個上述短單元中的短齒的數量等于每個上述長單元中的長齒的數量，它小于P。
23.根據權利要求
22所要求的旋轉電機，在這里，上述的電樞鐵芯僅有一對上述的短單元和長單元，在所述短單元中的短齒的數量是P-1，在所述長單元中的長齒的數量是P-1。
24.根據權利要求
20所要求的旋轉電機，在這里，一對相鄰所述短單元和長單元的整個有效節距等于或幾乎等于(360/P)Q度，這里Q一個不小于2的整數。
25.根據權利要求
24所要求的旋轉電機，在這里，在所述一對相鄰的短單元和長單元中的每個短齒的有效節距等于或幾乎等于D(1-J/Q)度，在所述一對相鄰的短單元和長單元中的每個長齒的有效節距等于或接近等于D(1+G/Q)度，這里J和Q是不小于1并且不大于Q/2的整數。
26.根據權利要求
25所要求的旋轉電機，是這里J＝1和G＝1。
27.根據權利要求
24所要求的旋轉電機，在這里，在所述短單元中的短齒的數量不小于2，在所述長單元中的長齒數量不小于2。
28.根據權利要求
24所要求的旋轉電機，在這里，在所述短單元中的短齒的數量等于在所述長單元中的長齒的數量，它小于Q。
29.根據權利要求
28所要求的旋轉電機，在這里，在所述短單元中的短齒的數量是Q-1，在所述長單元中的長齒的數量是Q-1。
30.根據權利要求
19所要求的旋轉電機，在這里，每個所述長齒至少與其中一個所述的標準齒相鄰，每個所述短齒至少與其中一個所述的標準齒相鄰。
31.根據權利要求
30所要求的旋轉電機，在這里，每個所述的長齒在其兩側與兩個標準齒相鄰，每個所述的短齒在其兩側與兩個標準齒相鄰。
32.一臺旋轉電機包括園柱形勵磁永久磁鐵組件和磁性材料制成的電樞鐵芯。上述磁鐵組件具有永久磁化的N極和S極，N，S極沿上述旋轉電機的旋轉軸交替布置，所述N極、S極數是偶數P，上述電樞鐵芯具有許多在兩個相鄰繞組槽之間制成的齒，多相繞組組的許多重疊繞組線圈嵌在繞組槽中，所述齒數是不小于2P的數T，所述多相繞組組的相位數是不小于2的數H，這里，至少其中的一個上述齒至少有一個與上述磁鐵組件的極相對的虛設槽部分，許多齒段在相鄰兩個上述繞組槽和上述虛設槽部分之間設置，上述齒段的數量是大于T的數Tt，上述電樞鐵芯至少有一對沿所述旋轉軸交替設置的短單元和長單元，每個上述的短單元至少有一個短齒段，至少一個標準齒段而沒有長齒段，每個上述的長單元至少有一個長齒段，至少一個標準齒段而沒有短齒段，這里，所述標準齒段的有效節距等于D＝(360/Tt)度，每個改進短齒段的有效節距小于D，每個所述長齒段的有效節距大于D。
33.根據權利要求
32所要求的旋轉電機，在這里，在每個上述短單元中的短齒段的數量不小于2，在每個上述長單元中的長齒段的數量不小于2。
34.根據權利要求
32所要求的旋轉電機，在這里，在每個上述短單元中的短齒段的數量等于在每個上述長單元中的短齒段的數量，
35.根據權利要求
34所要求的旋轉電機，在這里，上述電樞鐵芯僅有一對上述的長單元和上述短單元，在所述短單元中的短齒段的數量是P-1，在所述長單元中的長齒段的數量是P-1。
36.根據權利要求
32所要求的旋轉電機，在這里，一對相鄰短單元之和長單元的整個有效節距等于或接近等于(360/P)度，這里Q是不小于2的整數。
37.根據權利要求
36所要求的旋轉電機，在這里，在上述一對相鄰短單元和長單元中的短齒段的每個有效節距等于或接近等于D(1-J/Q)度，在上述一對相鄰短單元和長單元中的長齒段的每個有效節距等于或接近等于D(1+G/Q)度，這里J和Q是不小于1且不大于Q/2的整數。
38.根據權利要求
37所要求的旋轉電機，在這里，J＝1和G＝1。
39.根據權利要求
36所要求的旋轉電機，在這里，在上述短單元中的短齒段的數量不小于2，在上述長單元中的長齒段的數量不小于2。
40.根據權利要求
36所要求的旋轉電機，在這里，在上述短單元中的短齒段的數量等于在上述長單元中的長齒段的數量，它小于Q。
41.根據權利要求
40所要求的旋轉電機，在這里，在上述短單元中短齒段的數量是Q-1，在上述長單元中長齒段的數量是Q-1。
42.根據權利要求
32所要求的旋轉電機，在這里，每個所述的長齒段至少與其中一個上述的標準齒段相鄰，每個所述的短齒段至少與其中一個上述的標準齒段相鄰。
43.根據權利要求
42所要求的旋轉電機，在這里，每個上述的長齒段在兩側與兩個上述標準齒段相鄰，每個上述的短齒段在兩側與兩個上述標準齒段相鄰。
44.根據權利要求
32所要求的旋轉電機，在這里，上述的繞組槽和虛設槽部分以不等的角度設置，因此具有上述磁鐵組件的1極距周期的繞組槽和虛設槽部分的相位數大于2H(Tt/T)。
45.根據權利要求
44所要求的旋轉電機，%在這里，具有上述磁鐵組件的1極距周期的繞組槽和虛設槽部分的所有相位相互不同。
46.根據權利要求
45所要求的旋轉電機，在這里，在相鄰兩個上述具有上述磁鐵組件1極距周期的繞組槽和虛設槽部分之間的相位差等于或接近等于(1極距)/壓。
47.一臺旋轉電機包括園柱形勵磁永久磁鐵組件和磁性材料制成的電樞鐵芯，上述磁鐵組件具有許多永久磁化的N極和S極，這些N和S極沿上述旋轉電機的旋轉軸交替布置，上述N極和S極的數量是偶數P。上述電樞鐵芯有許多在兩相鄰繞組槽之間制成的齒，在繞組槽內嵌入許多多相繞組組的重疊繞組線圈，上述齒的數量是不小于2P的數T，上述多相繞組組的相位數量是不小于2的數H，在這里，至少其中一個上述齒至少有一個與上述磁鐵組件極的虛設槽部分，在相鄰兩上述繞組槽和上述虛設槽部分之間形成許多齒段，上述齒段的數量是大于T的Tt，上述繞組槽和上述虛設槽部分以不等的角度設置，因此，具有所述磁鐵組件的1極距周期的上述繞組槽和虛設槽部分的相位數大于2H(Tt/T)。
48.根據權利要求
47所要求的旋轉電機，在這里，具有所述磁鐵組件的1極距周期的上述繞組槽和虛設槽部分的所有相位相互不同。
49.根據權利要求
47所要求的旋轉電機，在這里，在具有上述磁鐵組件的1極距周期的相鄰兩個上述繞組槽和上述虛設槽部分之間相位差等于或接近等于(1極距)/Tt。
50.根據權利要求
47所要求的旋轉電機，在這里，電樞鐵芯至少有兩個短齒段，至少兩個標準齒段和至少兩個長齒段，這里標準齒段的有效節距等于D＝(360/Tt)度，每個上述短齒段的有效節距小于D，每個上述長齒段的有效節距大于D。
51.根據權利要求
50所要求的旋轉電機，在這里，上述電樞鐵芯至少有一對短單元和織單元并且沿上述轉軸交替設置，這里每個上述短單元至少有一個上述短齒段，至少一個上述標準齒而沒有上述的長齒段，每個上述長單元中至少有一個上述長齒段，至少一個上述標準齒段而沒有上述短齒段。
52.根據權利要求
51所要求的旋轉電機，在這里，在每個上述短單元中的上述短齒段的數量不小于2，在每個上述長單元中的上述長齒段的數量不小于2。
53.根據權利要求
51所要求的旋轉電機，在這里，在每個上述短單元中的上述短齒段的數量等于在每個上述長單元中的上述長齒段的數量，它不小于P。
54.根據權利要求
53所要求的旋轉電機，在這里，上述電樞鐵芯僅有一對上述的短單元和上述長單元，在上述短單元中的上述短齒段數量是P-1，在上述長單元中的上述長齒段數量是P-1。
55.根據權利要求
51所要求的旋轉電機，在這里，一對相鄰的上述短單元和上述長單元的整個有效節距等于或接近等于(360/P)Q度，這里Q是不小于2的整數。
56.根據權利要求
55所要求的旋轉電機，在這里，在上述一對相鄰短單元和長單元中的每個短齒段的有效節距等于或接近等于D(l-J/Q)度，在上述一對相鄰短單元和長單元中的每個長齒段的有效節距等于或接近等于D(1+G/Q)度，這里J和G是不小于1且不大于Q/2的整數。
57.根據權利要求
56所要求的旋轉電機，在這里J＝1和G＝1。
58.根據權利要求
55所要求的旋轉電機，在這里，在上述短單元中的短齒段的數量不小于2，在上述長單元中的長齒段的數量不小于2。
59.根據權利要求
55所要求的旋轉電機，在這里，在上述短單元中的短齒段的數量等于在上述長單元中的長齒段的數量。
60.根據權利要求
59所要求的旋轉電機，在這里，在上述短單元中的短齒段的數量是Q-1，在上述長單元中的長齒段的數量是Q-1。
61.根據權利要求
50所要求的旋轉電機，在這里，每個上述長齒段至少與其中一個上述標準齒段相鄰，每個上述短齒段至少與其中一個上述標準齒段相鄰。
62.根據權利要求
61所要求的旋轉電機，在這里，每個上述長齒段與兩個上述標準齒段在其兩側相鄰，每個上述短齒段與兩個上述標準齒段在其兩側相鄰。
專利摘要
旋轉電機有圓筒形的永久磁鐵組件和由磁性材料的電樞鐵芯組件，有許多沿電機軸交替布置的N極和S極，電極數目是偶數P。電樞鐵芯有許多置于其兩個相鄰繞組槽之間的齒，齒數是不小于2P的整數T。多相繞組組線圈嵌在電樞鐵芯的繞組槽中，多相繞組組相位數是不小于2的整數。電樞鐵芯至少有一對短單元和長單元，每個長或短單元是一組齒，這組齒至少有兩個依次布置的齒。短單元至少有一個短齒和一個標準齒，沒有長齒。長單元至少一個長齒和一個標準齒，沒有短齒。標準齒的有效節矩等于D＝(360/T)度，短齒比D小，而長齒比D大。
文檔編號H02K1/16GK85105975SQ85105975
公開日1987年2月25日 申請日期1985年8月6日
發明者俊藤誠 申請人:松下電器產業株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan