CN101171734B - 旋转电机的绕组结构 - Google Patents

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Abstract

在定子绕组中，串联线圈(A、B)并联连接。一个串联线圈(A)包括串联连接的U相线圈(111U、112U、115U、116U)，这些U相线圈按照线圈的串联连接顺序交替地沿相反方向缠绕，并布置成下述方式：一族U相线圈与另一族U相线圈沿定子铁心的圆周方向分隔开，并沿其径向彼此相对。另一个串联线圈(B)包括串联连接的U相线圈(113U、114U、117U、118U)，这些U相线圈按照线圈的串联连接顺序交替地沿相反方向缠绕，并布置成下述方式：一族U相线圈与另一族U相线圈沿定子铁心的圆周方向分隔开，并沿其径向彼此相对。

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。具体地说，本发明涉及具有铁心体和绕组部分的旋转电机绕组结构。
背景技术
传统的旋转电机绕组结构例如公开于日本专利公开No.2000-217290和No.10-313557中。
日本专利公开No.2000-217290公开了一种电机，该电动机中，各相的绕组以如下方式连接：在径向彼此相对的绕组并联连接，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.10-313557公开了一种旋转电机，用于该电机的彼此相对的绕组匝数受到调整，以调整不平衡的磁性引力。
在某些情况下，旋转电机的转子和定子彼此偏心布置，即，转子和定子各自的中心不重合。这里，在串联连接的线圈与其他串联连接的线圈并联的绕组结构中，由偏心引起的电动势不平衡可能在并联电路中产生回路电流(cyclic current)，从而在旋转电机受到驱动时造成其振动和噪音增大。
但是，如日本专利公开No.2000-217290中所公开的，在为每个线圈形成并联电路的情况下，增大连接点的数目会造成工作性能恶化以及尺寸增大。
对于日本专利公开No.2000-217290中公开的绕组结构，调节是对匝数进行的，而不是对绕组布置进行的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种旋转电机的绕组结构，该结构抑制了回路电流的产生。
根据本发明，一种旋转电机的绕组结构包括具有齿的铁心体以及围绕铁心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。第一线圈组与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。这些第一线圈按照第一线圈串联连接的顺序交替地沿相反方向缠绕，这些第一线圈布置成这样的方式：第一线圈中的一个线圈族与另一线圈族沿铁心体的圆周方向间隔开并沿铁心体的径向彼此相对。第二线圈组包括串联连接的多个第二线圈。这些第二线圈按照第二线圈串联连接的顺序交替地沿相反方向缠绕，这些第二线圈布置成这样的方式：第二线圈中的一个线圈族与另一线圈族沿铁心体的圆周方向间隔开并沿铁心体的径向彼此相对。
在上述结构中，一族串联连接的线圈与另一族串联连接的线圈沿铁心体的圆周方向彼此间隔开，这两族线圈布置成沿铁心体的径向彼此相对。由此，即使在转子与定子布置得相对于彼此偏心的情况下，也可以保持电磁平衡并抑制并联电路中产生回路电流。此外，由于串联连接的线圈按照线圈的连接顺序交替地沿相反方向缠绕，所以可以缠绕线圈并同时减轻线圈扭转。因此，可以容易地连续缠绕这些串联连接的线圈。
优选地，在旋转电机的绕组结构中，第一线圈组包括沿铁心体的圆周方向彼此相邻的多个第一线圈，同时第一线圈组沿铁心体的圆周方向分隔开，并且，第二线圈组包括沿铁心体的圆周方向彼此相邻的多个第二线圈，同时第二线圈组沿铁心体的圆周方向分隔开。
在分布绕组式绕组结构中，沿铁心体的圆周方向彼此相邻的线圈沿着彼此相反的各个方向缠绕。因此，即使在第一线圈组和第二线圈组包括了沿铁心体的圆周方向彼此相邻的多个线圈的情况下，也可以按照串联连接这些线圈的顺序交替地沿着相反方向缠绕这些线圈。因此，可以容易地连续缠绕这些串联连接的线圈。此外，通过使串联连接的线圈中的一些能够相邻布置，可以缩短将这些铁心相连的导线，以减小旋转电机的尺寸。
优选地，旋转电机的绕组结构包括多个相的绕组部分，这些绕组部分之间沿铁心体的圆周方向形成有间隙。
这样，可以提供具有多个相的旋转电机的绕组结构。
如上所述，根据本发明，可以抑制在旋转电机绕组结构的并联电路中流动的回路电流的产生。
附图说明
图1是示出旋转电机的轴向剖视图，该旋转电机具有根据本发明一种实施例的绕组结构。
图2示出了根据本发明实施例的绕组结构。
图3是示出具有根据本发明实施例的绕组结构的定子的俯视图。
图4示意性示出了根据本发明实施例的绕组结构的细节。
图5是示出图4中绕组结构的等效电路图。
图6示意性示出了与图4所示绕组结构相对比的绕组结构的细节。
图7是示出图6中绕组结构的等效电路图。
图8示意性示出了与图4所示绕组结构相对比的另一绕组结构的细节。
图9是示出图8中绕组结构的等效电路图。
图10示出了用于形成绕组的缠绕机。
具体实施方式
下面将对根据本发明的旋转电机绕组结构一种实施例进行说明。注意，相同或相应的部件由相同的标号表示，取决于情况可能不对其进行重复说明。
图1是示出旋转电机的轴向剖视图，该旋转电机具有根据本发明一种实施例的绕组结构。参考图1，该旋转电机包括定子1和转子2。定子1包括与“铁心体”对应的定子铁心100以及围绕定子铁心100缠绕的定子绕组(图1中未示出)。
图2示出了图1所示旋转电机的定子绕组结构。参考图2，定子绕组110对应于“绕组部分”，并包括U相线圈110U、V相线圈110V和W相线圈110W。各相线圈110U、110V和110W各自的一端分别是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各个对应相，馈电电缆是三相电缆。各相线圈110U、110V和110W各自的另一端连接在公共点，即中性点N。
图3是示出具有图2所示绕组结构的定子1的俯视图。参考图3，定子铁心100是中空圆筒形，并具有沿圆周方向布置在其内周表面上的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以及111W至118W各自大体上是圆弧形状。U相线圈111U至118U布置成径向最外侧的线圈。V相线圈111V至118V布置在U相线圈111U至118U的内侧，并在圆周方向上相对于U相线圈111U至118U有一定距离。W相线圈111W至118W布置在V相线圈111V至118V的内侧，并在圆周方向上相对于V相线圈111V至118V有一定距离。
各相线圈111U至118U、111V至118V、以及111W至118W围绕多个相应的齿缠绕。例如，U相线圈111U是通过围绕相应的齿100A至100E缠绕预定次数而形成。
与U相线圈111U类似，其他线圈112U至118U、111V至118V、以及111W至118W也各自围绕相应的齿缠绕并这样形成。
每相线圈沿着与同相相邻线圈缠绕方向相反的方向缠绕。例如，U相线圈111U沿着与U相线圈118U缠绕方向相反的方向缠绕，U相线圈112U沿着与U相线圈111U缠绕方向相反的方向(即沿着与U相线圈118缠绕方向相同的方向)缠绕。这里，假定U相线圈111U的缠绕方向是“第一方向”，U相线圈112U的缠绕方向是“第二方向”。这样，U相线圈111U、113U、115U、117U沿“第一方向”缠绕，而U相线圈112U、114U、116U和118U沿“第二方向”缠绕。
图4示意性示出了包括U相线圈111U至118U的绕组结构。图5是示出图4中绕组结构的等效电路图。参考图4和图5，“第一线圈组(串联线圈A)”由多个“第一线圈”组成，“第一线圈”是U相线圈111U、112U、115U和116U，它们串联连接，并且一端由U相端子120U表示，另一端由中性点N表示。“第二线圈组(串联线圈B)”由多个“第二线圈”组成，“第二线圈”是U相线圈113U、114U、117U和118U，它们串联连接，并且一端由U相端子120U表示，另一端由中性点N表示。具体地说，在本实施例的绕组结构中，一组多个串联连接的U相线圈111U、112U、115U、116U(串联线圈A)与一组多个串联连接的U相线圈113U、114U、117U、118U(串联线圈B)并联连接。
如图4所示，属于“串联线圈A”的U相线圈111U、112U、115U和116U以下述方式布置：这些U相线圈中的一族线圈与另一族线圈沿定子铁心100的圆周方向彼此隔开，并沿定子铁心100的径向彼此相对。更具体地说，一族U相线圈111U、112U与另一族U相线圈115U、116U形成为沿定子铁心100的圆周方向彼此隔开180°。
属于“串联线圈B”的U相线圈113U、114U、117U和118U以下述方式布置：这些U相线圈中的一族线圈与另一族线圈沿定子铁心100的圆周方向彼此隔开，并沿定子铁心100的径向彼此相对。更具体地说，一族U相线圈113U、114U与另一族U相线圈117U、118U形成为沿定子铁心100的圆周方向彼此隔开180°。
图6示意性示出了与图4所示绕组结构相对比的绕组结构。图7是示出图6中结构的等效电路图。参考图6和图7，这种对比示例中的绕组结构类似于图4和图5所示绕组结构，只是在U相线圈111U至118U的连接状态上有所差异。具体地说，在这种对比示例中，一组多个串联连接的U相线圈111U至114U(串联线圈A)与一组多个串联连接的U相线圈115U至118U(串联线圈B)并联连接。
对于这种对比示例中的绕组结构，在图6所示的、转子2设置成相对于定子1偏心的情况下，出现了如图7所示的下述状态：U相线圈111U至114U(串联线圈A)的电动势总和与U相线圈115U至118U(串联线圈B)的电动势总和不平衡。由此，产生了回路电流300，回路电流300在由两族串联线圈构成的并联电路中流动。因此，三相电路逐渐出现了电流差异，磁通势中产生了2f的谐波分量(f为电频率)。因此，施加在定子1上的力可能改变，造成旋转电机受到驱动时的振动和噪音增大。
例如，安装有旋转电机的混合动力车辆具有在车辆行驶的同时停止发动机这样的模式(例如EV驱动模式和再生模式，在EV驱动模式下，以低速行驶的车辆由旋转电机驱动，电能从储存机构供给旋转电机；在再生模式下，在车辆减速时，车辆的动能被转换成积累在储存机构中的电能)。在这样的模式下，背景噪音较低，因此例如齿轮噪音和电机噪音这样的噪音比较容易被听到。因此，重要的是在驱动旋转电机时抑制可能产生的噪音。此外，在某些情况下，当旋转电机要安装到车辆上时，对于空间和重量的任何限制都会限制应用解决变速器以及共振系统噪音问题的措施。由于这种原因，对驱动旋转电机时的噪音进行抑制并同时满足这种限制条件也很重要。
为有效地获得高输出和高扭矩，优选地将定子1与转子2之间的间隙设置得尽可能小。但是，在将该间隙设置得较小的情况下，即使小的偏心也可能给定子和转子之间的间隙造成很大影响，这可能造成较大的振动力。此外，为便于制造，很难将定子1与转子2之间的偏心度设置到图6和图7所示绕组结构中不产生回路电流300的程度。在使用控制系统来试图对由于偏心造成的电流不平衡进行抑制的情况下，这样的系统可能较为复杂。
相比之下，在本实施例中，第一线圈组和第二线圈组各具有一个线圈族和另一线圈族，如上所述，这两个线圈族沿定子铁心100的圆周方向间隔开并沿定子铁心100的径向彼此相对。这样，即使定子1与转子2布置得彼此相对偏心，也保持了电磁平衡(图5)并抑制了并联电路中产生回路电流。由此，抑制了驱动旋转电机时可能产生的振动和噪音。此外，还减小了驱动电机时可能产生的任何损耗并从而提高了工作效率。
图8示意性示出了与图4所示绕组结构相对比的另一绕组结构。图9是图8所示绕组结构的等效电路图。参考图8和图9，这种对比示例中的绕组结构基本上类似于图4和图5所示绕组结构，只是在U相线圈111U至118U的连接状态方面与图4和图5所示绕组结构有所不同。具体地说，一组多个串联连接的U相线圈111U、113U、115U、117U(串联线圈A)与另一组多个串联连接的U相线圈112U、114U、116U、118U(串联线圈B)并联连接。
在这种对比示例的绕组结构中，属于串联线圈A的U相线圈111U、113U、115U、117U的缠绕方向与属于串联线圈B的U相线圈112U、114U、116U、118U的缠绕方向相反。属于串联线圈A的U相线圈111U、113U、115U、117U沿相同方向缠绕，而属于串联线圈B的U相线圈112U、114U、116U、118U沿相同方向缠绕。
图10是示出用于形成绕组的缠绕机(例如飞轮缠绕机(flier windingmachine))的示意图。定子线圈由该缠绕机形成，然后通过插入器安装在定子铁心上。参考图10，绕组3围绕绕组框架4缠绕以形成线圈。此时，绕组3容易沿箭头DR1表示的方向扭转(twist)(该扭转也可以在此称为“线圈扭转”)。作为图8和图9所示绕组结构，如果串联连接的线圈都沿相同方向缠绕，则线圈扭转的程度逐渐增大，这可能造成难以连续缠绕串联连接的线圈。为了以不发生线圈扭转的方式形成线圈，需要特殊的器材，这可能造成处理步骤复杂以及成本增加。
相比之下，在本实施例中，如图5所示，属于串联线圈A的U相线圈111U、112U、115U、116U按照这些线圈被连接的顺序交替地沿相反方向缠绕。类似地，属于串联线圈B的U相线圈113U、114U、117U、118U按照这些线圈被连接的顺序交替地沿相反方向缠绕。由此可以缠绕线圈而减轻线圈扭转。具体地说，例如，在缠绕U相线圈111U时产生的线圈扭转可以在缠绕U相线圈112U时得到减轻。因此，可以连续、容易地缠绕串联线圈A和B。
此外，对于图8和图9所示绕组结构，连接到U相端子120U的输入线与连接到中性点N的GND线在圆周方向上彼此比较接近，这造成了绕组结构的电绝缘性能恶化。相比之下，对于本实施例的绕组结构，输入线与GND线在圆周方向上被隔开到确保了电绝缘的程度。
注意，在本实施例的绕组结构中，U相线圈111U、112U、115U、116U和U相线圈113U、114U、117U、118U沿定子铁心100的圆周方向包括彼此相邻并沿定子铁心100的圆周方向隔开的多个线圈。具体地说，例如，属于“第一线圈组”的U相线圈111U、112U、115U、116U包括沿定子铁心100的圆周方向隔开、沿定子铁心100的圆周方向彼此相邻的U相线圈111U和112U，并包括与这两个线圈沿定子铁心100的圆周方向隔开的、沿圆周方向彼此相邻的U相线圈115U、116U。
总的来说，在像本实施例这样的分布绕组式绕组结构中，沿定子铁心100的圆周方向彼此相邻的线圈沿着彼此相反的各个方向缠绕。如上所述，“串联线圈”中包括的一些线圈布置成彼此相邻，因此将多个线圈相连的线圈间导线可以缩短，以减小线圈端部的尺寸。
上述细节可以概括如下。本实施例中的绕组结构包括具有齿(例如100A-100E)的定子铁心100以及围绕定子铁心100的齿缠绕的定子绕组110。定子绕组110具有串联线圈A、B。串联线圈A、B并联连接。串联线圈A包括串联连接的U相线圈111U、112U、115U、116U。U相线圈111U、112U、115U、116U按照这些线圈串联连接的顺序交替地沿相反方向缠绕。U相线圈111U、112U、115U、116U以下述方式布置：一族线圈(U相线圈111U、112U)与另一族线圈(U相线圈115U、116U)沿定子铁心100的圆周方向隔开并沿定子铁心100的径向彼此相对。串联线圈B包括串联连接的U相线圈113U、114U、117U、118U。U相线圈113U、114U、117U、118U按照这些线圈串联连接的顺序交替地沿相反方向缠绕。U相线圈113U、114U、117U、118U以下述方式布置：一族线圈(U相线圈113U、114U)与另一族线圈(U相线圈117U、118U)沿定子铁心100的圆周方向隔开并沿定子铁心100的径向彼此相对。
尽管已经结合U相线圈对本实施例进行了说明，但是显然可以看到，同样的观点和概念也适用于V相和W相线圈。
尽管已经详细说明和图示了本发明，但是显然应当明白，这些只是图示和示例方式而不应以限制方式理解，本发明的精神和范围只由权利要求项来限定。
工业应用性
由上述说明可见，本发明可以应用于旋转电机的绕组结构。

Claims (6)

1.一种旋转电机的绕组结构，包括：
铁心体(100)，其具有齿(100A-100E)；和
绕组部分(110)，其围绕所述铁心体(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)与所述第二线圈组(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、116U)，
所述多个第一线圈(111U、112U、115U、116U)按照所述第一线圈串联连接的顺序交替地沿相反方向缠绕，所述多个第一线圈布置成这样的方式：所述多个第一线圈中的一个线圈族(111U、112U)与另一线圈族(115U、116U)沿所述铁心体(100)的圆周方向间隔开并沿所述铁心体(100)的径向彼此相对，并且，彼此间隔开的所述一个线圈族(111U、112U)与所述另一线圈族(115U、116U)中每个包括沿所述铁心体(100)的圆周方向彼此相邻布置的多个所述第一线圈，在所述多个第一线圈(111U、112U、115U、116U)中，设置为沿所述铁心体(100)的径向彼此相对的所述第一线圈交替地沿相同方向缠绕，
所述第二线圈组(B)包括串联连接的多个第二线圈(113U、114U、117U、118U)，
所述多个第二线圈(113U、114U、117U、118U)按照所述第二线圈串联连接的顺序交替地沿相反方向缠绕，所述多个第二线圈布置成这样的方式：所述多个第二线圈中的一个线圈族(113U、114U)与另一线圈族(117U、118U)沿所述铁心体(100)的圆周方向间隔开并沿所述铁心体(100)的径向彼此相对，并且，彼此间隔开的所述一个线圈族(113U、114U)与所述另一线圈族(117U、118U)中每个包括沿所述铁心体(100)的圆周方向彼此相邻布置的多个所述第二线圈，在所述多个第二线圈(113U、114U、117U、118U)中，设置为沿所述铁心体(100)的径向彼此相对的所述第二线圈交替地沿相同方向缠绕。
2.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组结构，其中
所述第一线圈(111U、112U、115U、116U)的一个线圈族(111U、112U)与另一线圈族(115U、116U)沿所述铁心体(100)的圆周方向彼此间隔开，并且都与所述第二线圈(113U、114U、117U、118U)的一个线圈族(113U、114U)和另一线圈族(117U、118U)相邻，所述第二线圈(113U、114U、117U、118U)的所述一个线圈族(113U、114U)和所述另一线圈族(117U、118U)沿所述铁心体(100)的圆周方向彼此间隔开。
3.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组结构，包括多个相的所述绕组部分(110U、110V、110W)，所述绕组部分(110U、110V、110W)之间沿所述铁心体(100)的圆周方向形成有位移。
4.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组结构，其中
所述铁心体(100)是中空圆筒形，并具有沿所述铁心体(100)的圆周方向布置在所述铁心体(100)的内周表面上的多个所述齿(100A-100E)，
所述绕组部分(110U、110V、110W)包括U相线圈(111U-118U)、V相线圈(111V-118V)和W相线圈(111W-118W)，
所述U相线圈(111U-118U)布置成沿径向最外侧的线圈，
所述V相线圈(111V-118V)布置在所述U相线圈(111U-118U)内侧，并相对于所述U相线圈(111U-118U)沿所述圆周方向有一定间隔，并且
所述W相线圈(111W-118W)布置在所述V相线圈(111V-118V)内侧，并相对于所述V相线圈(111V-118V)沿所述圆周方向有所述一定间隔。
5.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组结构，其中
所述多个第一线圈(111U、112U、115U、116U)和所述多个第二线圈(113U、114U、117U、118U)中每个围绕多个相应的所述齿(100A-100E)缠绕。
6.根据权利要求1所述的旋转电机的绕组结构，其中
所述铁心体(100)是中空圆筒形，并具有沿所述铁心体(100)的圆周方向布置在所述铁心体(100)的内周表面上的多个所述齿(100A-100E)，
所述绕组部分(110U、110V、110W)包括U相线圈(111U-118U)、V相线圈(111V-118V)和W相线圈(111W-118W)，
所述U相线圈(111U-118U)、所述V相线圈(111V-118V)以及所述W相线圈(111W-118W)中每个基本上成圆弧形，
所述U相线圈(111U-118U)布置成沿径向最外侧的线圈，
所述V相线圈(111V-118V)布置在所述U相线圈(111U-118U)内侧，并相对于所述U相线圈(111U-118U)沿所述圆周方向有一定间隔，并且
所述W相线圈(111W-118W)布置在所述V相线圈(111V-118V)内侧，并相对于所述V相线圈(111V-118V)沿所述圆周方向有所述一定间隔，
所述U相线圈(111U-118U)、所述V相线圈(111V-118V)以及所述W相线圈(111W-118W)中每个围绕多个所述齿缠绕预定次，并且
所述U相线圈(111U-118U)、所述V相线圈(111V-118V)以及所述W相线圈(111W-118W)中每个沿着与相邻的同相线圈缠绕方向相反的方向缠绕。
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