CN101128970A

CN101128970A - 旋转电机的绕组结构

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Publication number: CN101128970A
Application number: CNA2006800059352A
Authority: CN
Inventors: 服部宏之
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: US20080012444A1; US7692351B2; WO2006118297A1; CN101128970B; EP1875586B1; EP1875586A1; JP2006311716A; JP4617992B2

Abstract

定子绕组具有串联线圈(A、B)，并且串联线圈(A、B)并联连接。其中一个串联线圈(A)包括串联连接的U相线圈(111U、112U、115U、116U1)，另一个串联线圈(B)包括串联连接的U相线圈(113U1、114U、117U、118U)。连接该一个串联线圈(A)的U相线圈(112U、115U)的导线的一部分所缠绕的齿与另一个串联线圈(B)的U相线圈中的一个线圈(113U1)所缠绕的齿相同，以形成U相线圈(113U2)。连接另一个串联线圈(B)的U相线圈(114U、117U)的导线的一部分所缠绕的齿与该一个串联线圈(A)各相线圈中的一个线圈(116U1)所缠绕的齿相同，以形成U相线圈(116U2)。

Description

旋转电机的绕组结构

技术领域

本发明涉及旋转电机的绕组结构。尤其是，本发明涉及具有芯体和绕组部分的旋转电机的绕组结构。

背景技术

传统的旋转电机的绕组结构例如在日本专利公开No.2000-217290和03-178536中公开。

日本专利公开No.2000-217290公开了一种电动机，其中每相绕组的连接方式为径向上彼此相对的绕组并联连接，并且一组这样并联连接的绕组与另一组并联连接的绕组串联连接。

日本专利公开No.03-178536公开旋转电机绕组的连接方法，该方法将各由两个串联电路组成的并联电路连接起来。

在一些情况下，电机的转子和定子彼此相对偏心设置，即，转子和定子的各自中心不重合。此处，在其中串联连接的线圈与另一个串联连接的线圈并联连接的绕组结构中(像例如在日本专利公开No.03-178536中公开的绕组结构)，由于偏心而引起的电动势的不平衡性会在并联电路中产生循环电流，因而在驱动旋转电机时增大了旋转电机的振动和噪声。

然而，在如日本专利公开No.2000-217290所公开的针对每个线圈形成并联电路的情况下，提供线圈之间连接的线圈之间的导线太长。因而增大了线圈末端的尺寸。

发明内容

本发明目的是提供一种小型的旋转电机的绕组结构。

根据本发明，旋转电机的绕组结构包括具有齿的芯体和绕芯体的齿缠绕的绕组部分。绕组部分具有第一线圈组和第二线圈组。第一线圈组和第二线圈组并联连接。第一线圈组包括串联连接的多个第一线圈。第二线圈组包括串联连接的多个第二线圈。将多个第一线圈彼此连接的导线的一部分所缠绕的齿与第二线圈中一个线圈所缠绕的齿相同。

在上述的结构中，将包含在第一线圈组中的多个线圈进行连接的导线的一部分绕齿缠绕，以形成线圈的一部分。因而，将多个线圈彼此连接的线圈之间的导线变短，因而减小了线圈末端的尺寸。此处，由于该部分线圈和线圈之间的导线所缠绕的齿与第二线圈所缠绕的齿相同，该部分导线与第二线圈一起对电动势有帮助。

优选地，在旋转电机的绕组结构中，导线绕与所述第二线圈所缠绕的齿相同的齿缠绕的部分的匝数至多是绕该齿缠绕的第二线圈的匝数。

因而，在抑制绕组结构中的电磁平衡性恶化的同时，能够减小绕组结构的尺寸。

优选地，旋转电机的绕组结构包括多相绕组部分，该多相绕组部分之间沿着芯体的圆周方向形成有位移。

因而，能够提供一种具有多相的旋转电机的绕组结构。

根据上述本发明，能够减小旋转电机的绕组结构的尺寸。

附图说明

图1是轴向横截面视图，示出了具有根据本发明一个实施例的绕组结构的旋转电机。

图2示出了根据本发明实施例的绕组结构。

图3是顶视图，示出了具有根据本发明一个实施例的绕组结构的定子。

图4示意性示出了根据本发明一个实施例的绕组结构的细节。

图5是示出图4中的绕组结构的等效电路图。

图6示意性示出将要与图4所示的绕组结构进行比较的绕组结构的细节。

图7是示出图6中绕组结构的等效电路图。

图8示意性示出将要与图4所示的绕组结构进行比较的另一个绕组结构。

图9是示出图8中的绕组结构的等效电路图。

具体实施方式

以下，将给出根据本发明的旋转电机绕组结构的实施例。注意，相似或者相应的部件由相似参考标号表示，并且其描述将根据情况不再重复。

图1是轴向横截面视图，示出了具有根据本发明一个实施例的绕组结构的旋转电机。参考图1，旋转电机包括定子1和转子2。定子1包括与“芯体”相对应的定子芯100和缠绕定子芯100的定子绕组(图1中未示出)。

图2示出图1所示的旋转电机的定子绕组结构。参照图2，对应于“绕组部分”的定子绕组110包括U相线圈110U、V相线圈110V和W相线圈110W。各相线圈110U、110V和110W的一端分别是U相端子120U、V相端子120V和W相端子120W，这些端子连接到馈电电缆的相应的各相，馈电电缆是三相电缆。各相线圈110U、110V和110W的其它端连接在公共点(即，中性点N)。

图3是顶视图，示出了具有图2所示的绕组结构的定子1。参考图3，定子芯100是中空筒形，并且具有沿圆周方向布置在内周面上的48个齿(例如，齿100A-100E)。U相线圈110U(图2)由U相线圈111U至118U组成，V相线圈110V(图2)由V相线圈111V至118V组成，W相线圈110W(图2)由W相线圈111W至118W组成。各相线圈111U至118U、111V至118V和111W至118W大致呈圆弧形。U相线圈111U至118U布置成径向最外周的线圈。V相线圈111V至118V布置在U相线圈111U至118U的内侧，并且相对于U相线圈111U至118U沿圆周方向隔开一距离。W相线圈111W至118W布置在V相线圈111V至118V的内侧，并且相对于V相线圈111V至118V沿圆周方向隔开一距离。

各相线圈111U至118U、111V至118V和111W至118W绕多个相应的齿缠绕。例如，通过绕相应的齿100A至100E缠绕预定数目次数而形成U相线圈111U。

其它各线圈112U至118U、111V至118V和111W至118W也类似于U相线圈111U通过绕相应的齿缠绕而形成。

各相线圈缠绕方向与同相相邻线圈缠绕方向相反。例如，U相线圈111U的缠绕方向与U相线圈118U缠绕方向相反，U相线圈112U缠绕方向与U相线圈111U的缠绕方向相反(即，与U相线圈118U的缠绕方向相同)。此处，假定U相线圈111U的缠绕方向是“第一方向”，并且U相线圈112U的缠绕方向是“第二方向”。那么，U相线圈111U、113U、115U、117U的缠绕方向是“第一方向”，U相线圈112U、114U、116U、118U的缠绕方向是“第二方向”。

图4示意性示出包括U相线圈111U至118U的绕组结构。图5是示出图4中的绕组结构的等效电路图。相反，图6示意性示出与图4所示的绕组结构进行比较的绕组结构。图7是示出图6中的绕组结构的等效电路图。

参照图6和图7，U相线圈111U、112U、115U、116U是构成“第一线圈组(串联线圈A)”的多个“第一线圈”，并且串联连接，且一端表示为U相端子120U，而另一端表示为中性点N。U相线圈113U、114U、117U、118U是构成“第二线圈组(串联线圈B)”的多个“第二线圈”，并且串联连接，且一端表示为U相端子120U，另一端表示为中性点N。具体地，在图6和图7所示的绕组结构中，一组多个串联连接线圈即，U相线圈111U、112U、115U、116U(串联线圈A)和另一组多个串联连接线圈，即U相线圈113U、114U、117U、118U(串联线圈B)并联连接。

如图6所示，属于“串联线圈A”的U相线圈111U、112U、115U、116U布置方式是这些U相线圈中的一组线圈和另一组线圈沿着定子芯100的圆周方向彼此间隔开，同时沿定子芯100的径向方向彼此相对。更具体地，一组U相线圈111U、112U和另一组U相线圈115U、116U沿定子芯100的圆周方向彼此间隔180°而形成。

属于“串联线圈B”的U相线圈113U、114U、117U、118U布置的方式是这些U相线圈中的一组线圈和另一组线圈沿定子芯100的圆周方向彼此间隔开，同时沿定子芯100的径向方向彼此相对。更具体地，一组U相线圈113U、114U和另一组U相线圈117U、118U沿定子芯100的圆周方向彼此间隔180°而形成。

图8示意性示出了与图4所示的绕组结构进行比较的另一个绕组结构。图9是示出了图8中的绕组结构的等效电路图。参照图8和图9，本比较示例中的绕组结构基本类似于图6和图7所示的绕组结构，不同之处在于U相线圈111U至118U的连接状态。具体地，在本比较示例中，一组多个串联连接的U相线圈111U至114U(串联线圈A)和一组多个串联连接U相线圈115U至118U(串联线圈B)并联连接。

对于本比较示例中的绕组结构，在图8所示的转子2相对于定子1偏心设置的情况下，会出现U相线圈111U至114U(串联线圈A)的电动势200之和与U相线圈115U至118U(串联线圈B)的电动势200的之和不平衡的状态(如图9所示)。结果，产生了在并联电路中流动的循环电流300，其中该并联电路由两组串联线圈组成。因而，产生了三相电路之间电流差，并且在电动势中产生谐波分量2f(f：电频率)。结果，施加在定子1上的力发生变化，使得在驱动旋转电机的同时振动和噪声增大了。

例如，搭载有旋转电机的混合动力车辆具有在车辆行驶时使发动机停机的模式(例如，EV驱动模式和再生模式，在EV驱动模式中，低速行驶的车辆由旋转电机驱动，且电力从蓄电机构供应至旋转电机，在再生模式中，当车辆减速时车辆的动能转换成电能以蓄积在蓄电机构中)。在这样的模式中，背景噪声较低，因而诸如齿轮噪声和电动机噪声的噪声比较容易听到。因而，抑制驱动旋转电机时产生的噪声是重要的。进一步，在一些情况下，当旋转电机将要安装在车辆上时，空间和重量的制约限制采用用于解决传动和共振系统的噪声的措施。由于这个原因，抑制驱动旋转电机时的噪声，同时满足这样的制约条件是重要的。

为了高效获得高输出和高扭矩，优选地，定子1和转子2之间的间隙设定成尽可能小。然而，在间隙设定为较小的情况下，即使较小的偏心也会对定子和转子之间的间隙有很大的影响，这可能会造成较大的振动力。进一步，为了便于制造，难以将定子1和转子2之间的偏心度设定为在图8和图9所示的绕组结构中不产生循环电流300的程度。在使用控制系统试图抑制由于偏心而导致的偏心电流不平衡的情况下，这样的系统会是复杂的系统。

相反，如上所述，在图6和图7所示的绕组结构中，第一线圈组和第二线圈组各具有的一个线圈组和另一个线圈组设定成沿定子芯100的圆周方向间隔开，并且沿定子芯100的径向方向彼此相对。因而，即使定子1和转子2布置成彼此相对偏心，也保持电动势的平衡(图7)，并且抑制在并联电路中产生循环电流。以此方式，抑制了驱动旋转电机时会产生的振动和噪声。而且，驱动旋转电机时会产生的任何损失得到降低，因而提高了工作效率。

因而，利用图6和图7所示的绕组结构，驱动旋转电机时的振动和噪声能够得到降低。然而，与图8和图9所示的绕组结构相比，在图6和图7所示的绕组结构中，将多个线圈彼此连接的线圈之间的导线趋于变长。在一些情况下更长的线圈之间的导线不利于例如减小旋转电机的尺寸、确保绕组的电绝缘和提高旋转电机的生产率。

相反，根据图4和图5所示的本实施例，将U相线圈112U和115U连接在一起的导线(线圈之间的导线)的一部分绕与U相线圈U113U1所缠绕的齿相同的齿缠绕以形成U相线圈113U2，并且将U相线圈114U和117U连接在一起的导线一部分绕与U相线圈116U1所缠绕的齿相同的齿进行缠绕以形成U相线圈116U2。因而，U相线圈113U由U相线圈113U1和113U2组成，而U相线圈116U由U相线圈116U1和U相线圈116U2组成。

因而，线圈之间的导线用作线圈匝的一部分，并且通过槽。因而，减小了定子1的线圈末端的尺寸。进一步，抑制了由于长的线圈之间导线露出在定子芯的轴向方向上的端面上而引起的电绝缘性的恶化。而且，线圈之间导线变短提高了生产率。

表1示出了各U相线圈111U至118U的匝数的示例。

表1

	111U	112U	113U1	113U2	114U	115U	116U1	116U2	117U	118U
	111U	112U	113U1	113U2	114U	115U	116U1	116U2	117U	118U	匝数^*	N	N	N-M	M	N	N	N-M	M	N	N

^*缠绕数量

此处，U相线圈113U2、116U2的匝数能够适当地变化。通常，该匝数M＝1。即使匝数M＝1，也能够充分地实现上述优点即减小旋转电机的尺寸、确保电绝缘和提高生产率。

优选地，U相线圈113U2的匝数至多是线圈111U、112U、114U、115U、117U、118U的匝数一半(即，M≤N/2)。换言之，U相线圈113U2的匝数优选等于或者小于U相线圈113U1的匝数。

优选地，U相线圈116U2的匝数至多是线圈111U、112U、114U、115U、117U、118U的匝数一半(即，M≤N/2)。换言之，U相线圈116U2的匝数优选等于或者小于U相线圈116U1的匝数。

以此方式，能够获得以电磁的方式类似于图6和图7所示的绕组结构的绕组结构。在能够减小绕组结构尺寸的同时，能够抑制绕组结构的电磁平衡性的恶化。

上述内容概括如下。本实施例的绕组结构包括具有齿(例如，齿100A-100E)的定子芯100和绕定子芯100的齿缠绕的定子绕组110。定子绕组110具有串联线圈A和串联线圈B。串联线圈A和串联线圈B并联连接。串联线圈A包括串联连接的U相线圈111U、112U、115U、116U1，串联线圈B包括串联连接的U相线圈113U1、114U、117U、118U。将串联线圈A的U相线圈112U、115U彼此连接的导线一部分绕与U相线圈113U1所缠绕的齿相同的齿进行缠绕，以形成U相线圈113U2。连接串联线圈B的U相线圈114U、117U的导线一部分绕与U相线圈116U1所缠绕的齿相同的齿进行缠绕，以形成U相线圈116U2。

在上述结构中，连接多个线圈的线圈之间导线一部分绕齿缠绕，因而减小了线圈末端的尺寸。

尽管已经结合U相线圈描述了本实施例，但是可以明显可见，相同的想法和概念可以应用到V和W相线圈。

尽管已经详细描述和图示了本发明，但是可以清楚理解到本发明仅仅通过图示和示例的方式来理解，而不是以限制的方式来理解。本发明的精神和范围仅仅由所附的权利要求的条款限制。

工业应用性

从以上所述可见，本发明应用于旋转电机的绕组结构。

Claims

1.一种旋转电机的绕组结构，包括：

芯体(100)，具有齿(100A-100E)；以及

绕组部分(110)，所述绕组部分(110)绕所述芯体(100)的所述齿(100A-100E)缠绕，其中

所述绕组部分(110)具有第一线圈组(A)和第二线圈组(B)，

所述第一线圈组(A)和所述第二线圈组(B)并联连接，

所述第一线圈组(A)包括串联连接的多个第一线圈(111U、112U、115U、116U1)，

所述第二线圈组(B)包括串联连接的多个第二线圈(113U1、114U、117U、118U)，并且

将多个所述第一线圈(112U、115U)彼此连接的导线的一部分所缠绕的齿与所述第二线圈中的一个线圈(113U1)所缠绕的齿相同。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组结构，其中，

在所述第一线圈组(A)中的所述导线绕与所述第二线圈(113U1)所缠绕的齿相同的齿缠绕的部分的匝数为所述第二线圈(113U1)绕所述齿缠绕的匝数以下。

3.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组结构，包括多相所述绕组部分(110U、110V、110W)，且多相所述绕组部分之间沿所述芯体(100)的圆周方向形成有位移。