CN103650297A - 旋转电机和旋转电机装置 - Google Patents

Abstract

将多组多相线圈卷绕在定子的多个槽中时，线圈的电感在槽的入口侧和底部侧不同，可能使电流控制电路的无效电流增大，响应和效率变差，对旋转电机的高速时的位置控制造成影响。本发明的目的在于提供抑制了多个线圈之间的电感的差的旋转电机。旋转电机的特征为在上述定子的同一区域内卷绕多个多组同相线圈，将各相的线圈分别分割为多个线圈边，被分割的上述线圈边配置在上述定子的周方向上的不同位置，且对于同相线圈整体使其在上述槽的内侧和外侧分散地配置，能够抑制线圈的电感的差。

Description

旋转电机和旋转电机装置

技术领域

本发明涉及旋转电机的定子结构和旋转电机装置。

背景技术

本技术领域的背景技术有专利文献1，构成为用有限的电流容量的功率晶体管驱动，能够用与该功率晶体管的电流容量相比充分大的输出驱动。此外，以对两组以上的电枢绕组分别供给电流的方式构成端子单元。

此外，本技术领域的背景技术有专利文献2，构成作为在三相电动机的定子的槽中分布卷绕的电枢绕组，按外相、中相、内相的顺序将电枢绕组插入各个槽中，使电枢绕组的截面积构成为外相比中相更大、且内相比中相更小的电动机。

近年来，在需要大输出和大转矩的注塑成型机的注射轴、冲压机械的加压滑动驱动等中，以控制性能的提高和高加速动作等为目的，使用伺服电动机的需求增多。在这些用途中，以通常的商用电源系统下的运转为前提，作为对电动机供电的驱动控制电路的伺服放大器能够输出的电压，限于逆变器按照所谓200V级和400V级的电压系统能够输出的电压范围，所以要获得大输出（大电力）时，电流值成比例地增大。

这样的要获得大输出（大电力）的情况下，在作为驱动电路的伺服放大器中用一个电力用半导体提供大电流是困难的，所以如专利文献1所述，抑制使用的每一个电流控制电路（驱动电路）的电力用半导体的元件容量，从多个电流控制电路协同进行供电。与此对应，电动机是同一个定子槽中具备用多个各电流控制电路个别驱动的多组三相绕组的多绕组电动机。

该情况下的电动机的方式，是需要的多组绕组数量能够作为并联电路实现的槽组合。绕组是各绕组之间的均衡优良的重叠绕组，多组三相绕组的配置是将连续的数个线圈分配到各三相绕组的U相、V相或W相。即，将电动机在结构上用周方向上若干等分的范围划分的情况下，以其中的一个场所为中心配置各绕组的各相。

此外，专利文献1中，还记载了为了不增加槽数而进一步增加绕组数量，在同一个槽中配置两个线圈元素，在其中从两个不同的电流控制电路流过相位错开的电流。

另一方面，因为重叠绕组不适合自动化，所以有时通过等价变换求出同心绕组模式并采用。该情况下，绕线作业通过插入化而自动化。将所有绕组分为若干个插入次数后，将预先在夹具上卷绕的该插入次数的所有线圈一并绕线。该情况下插入次数较早的线圈配置在外侧，所以连接部分变长，绕组总长增大。因此，与插入次数较晚的配置在内侧的线圈相比，较早的线圈的电阻值增大，存在均衡恶化的状况。对于这样的情况，专利文献2中公开了对电线配置上周长较长的线圈分配较大的截面积使电线直径变粗，调整电阻值而实现均衡良好的三相绕组的技术内容。

但是这些技术中存在以下问题。首先，多个绕组构成的槽配合，一般而言槽数增大，绕组的作业成本变大。其次，同一个槽内同时存在若干个绕组的情况下，对其流过同相电流时，线圈之间共用同一磁通从而产生相互干涉，非常难以稳定地控制。因此，专利文献1中对于同一个槽中配置的两个线圈元素，从两个不同的电流控制电路流过电流时，使其流过相位错开的电流。这表示转矩的总和值相对于原本的2倍下降。进而，使同一绕组中包括的线圈的线径不同，会使绕组变得繁杂，增加作业成本。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-175420号公报

专利文献2：日本特开2002-313548号公报

专利文献3：日本特开2010-130821号公报

发明内容

发明要解决的课题

此外，能够列举专利文献3作为使流过同相电流时的线圈之间的相互干涉缓和的技术。专利文献3与专利文献1同样不增加槽数而增加绕组数量，但是使设置在定子铁心的相同位置的多个部分绕组为不同组的三相绕组的同相的部分绕组，抑制了不同的三相绕组之间的相互干涉。

专利文献1和专利文献3中，为了避免槽数的增加，有在同一个槽内卷绕多个绕组的倾向。卷绕多个绕组时，配置在槽的入口侧（定子铁芯的内周侧）的绕组、和配置在槽的底部（定子铁芯的外周侧）的绕组的电线长度不同，且绕组与铁芯的磁耦合不同，产生电感差。在槽的入口侧卷绕的绕组电感减小。此外，因绕组的配置位置，磁耦合的定子的齿长度产生差，由绕组和齿形成的磁路的长度也产生差。从而，从这一点而言，配置在槽的入口侧的绕组与配置在槽的底部侧的绕组的电感也不同。

从电流控制电路对这些绕组供给电流时，因不同的电感使电流控制电路的功率因数产生差。电感的差在三相绕组的UVW各相之间和多组绕组的各组之间产生。

这样，电流控制电路的功率因数不同时，功率因数较差的电流控制电路中无效电流增大，响应和效率变差，对控制的均衡造成影响，可能对于旋转电机的高速时的位置控制造成影响。在需要大输出和大转矩的注塑成型机的注射轴的驱动、冲压机械的加压滑动的驱动等中，要求高加减速时的位置控制，不希望有绕组引起的电感的不同。

本发明鉴于上述现有的问题，提供一种旋转电机，其在定子的多个槽中卷绕多组多相线圈时，抑制了多个线圈之间的电感的差。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明是在设置于定子的多个槽中卷绕有多组多相线圈的旋转电机，其特征在于：

各相线圈分别由多个线圈边连结而成，从多个不同的同相线圈各选择一个该线圈边卷绕在同一个槽中，

被分割的上述线圈边，分散在用极对数将上述定子整周分割而成的范围中的至少两个以上且不是全部的范围内配置，并且在上述槽的内侧和外侧分散配置。

此外，在上述旋转电机中，其特征在于，被分割的多个线圈边中，多组多相线圈的同一相的线圈边卷绕在同一个槽中。

此外，在上述旋转电机中，其特征在于，被分割的多个线圈边由小线圈边和大线圈边构成，小线圈边在夹着上述定子的规定个数的齿的两个槽之间卷绕，上述大线圈边在夹着上述小线圈边的两个槽之间卷绕。

此外，在上述旋转电机中，其特征在于，上述定子具有54个槽，上述多相线圈由6组三相线圈构成。

此外，在上述旋转电机中，其特征在于，被分割的上述多个线圈边，在上述定子的周方向上相对的位置的槽中分散配置。

为了解决上述课题，本发明是具备以上任意一项所述的旋转电机的旋转电机装置，其特征在于，上述旋转电机的多组多相线圈被不同的伺服放大器独立地驱动。

此外，在上述旋转电机装置中，其特征在于，上述多组多相线圈的同相线圈被不同的伺服放大器以同相电流独立地驱动。

发明效果

根据本发明，即使为了避免槽数的增加，在同一个槽中卷绕多个线圈，也能够抑制多个线圈之间的电感的差。

附图说明

图1是本发明实施例的旋转电机装置的结构图。

图2是表示同上的旋转电机的三相线圈的定子内配置和连接的说明图。

图3是表示图2中的UVW各相的线圈片的位置的说明图。

图4是同上的旋转电机的线圈配置的说明图。

具体实施方式

以下，用附图说明本发明的实施例。首先，说明应用了本发明的旋转电机的具体例。

图1是本发明实施例的旋转电机装置的结构图。10A～10F是伺服放大器，60是旋转电机的定子，61A、61D是三相线圈，UA、UD是U相线圈，VA、VD是V相线圈，WA、WD是W相线圈。其他三相线圈省略图示，由从伺服放大器10A～10F供电的6组三相线圈61A～61F构成。伺服放大器10A的（UA）（VA）（WA）是供电端子，伺服放大器10D的（UD）（VD）（WD）是供电端子。

三相线圈61A由在中性点（NA）星形（Y形）接线的三相线圈UA、VA、WA构成，61D由在中性点（ND）星形（Y形）接线的三相线圈UD、VD、WD构成。省略图示的其他三相线圈（61B、61C、61E、61F）也与上述同样在中性点由星形（Y形）接线构成。

图1中，在旋转电机的定子20中设置有6组由U相、V相、W相组成的三相线圈，各组用不同的伺服放大器个别地驱动。即，对三相线圈61A从伺服放大器10A的端子（UA）（VA）（WA）供电，对三相线圈61D从伺服放大器10D的端子（UD）（VD）（WD）供电，对其他未图示的三相线圈也同样个别地供电。

图1中，三相线圈的各相线圈进一步被分割为3个线圈边。三相线圈61A的U相线圈UA被分为线圈边UA1～UA3，V相线圈UA被分为线圈边VA1～VA3，W相线圈WA被分为线圈边WA1～WA3。

此外，三相线圈61D的U相线圈UD被分为线圈边UD1～UD3，V相线圈VD被分为线圈边VD1～VD3，W相线圈WD被分为线圈边WD1～WD3。省略图示的其他三相线圈（61B、61C、61E、61F）也与上述同样使各相线圈被分割为3个线圈边。

以上表示了三相线圈的结构和与伺服放大器的连接关系，以下，说明三相线圈在旋转电机的定子60内的配置和线圈间的连接。

图2是表示旋转电机的三相线圈的定子内配置和连接的说明图。图2表示将定子在与中心轴（省略图示）垂直的平面上切断的截面，表示与转子（省略图示）组合使用的具有54个槽的定子。60是旋转电机的定子，1～54是槽编号，62是槽之间形成的齿，此外，对于图1表示的对应部分用同一符号表示。

图2中，定子60是圆筒状的铁芯，在其内周侧排列向沿着其中心轴的方向延伸的54个槽1～54，形成54个槽之间的突出部作为齿62。在该齿62上卷绕UVW各相的线圈，此处，对三相线圈61A的各相线圈UA、VA、WA和三相线圈61D的各相线圈UD、VD、WD进行说明。

观察三相线圈61A的U相线圈UA时，一端与伺服放大器10A的输出端子（UA）连接的线圈边UA1位于槽36-33，其槽33侧的端子通过连接线（未表示符号）与位于槽37-32的线圈边UA2的槽37侧的端子连接，该线圈边UA2的槽32侧的端子通过连接线与位于槽10-5的线圈边UA3的槽10侧的端子连接。线圈边UA3的槽5侧的端子与中性点（NA）连接。

即，U相线圈UA中，线圈边UA1位于槽36-33，线圈边UA2位于槽37-32，线圈边UA3位于槽10-5，它们通过连接线连接。槽36-33与槽37-32位于同一区域，该区域与槽10-5处于夹着定子的中心轴相对的位置（对角的位置）。

观察各线圈边在槽内的位置时，线圈边UA1在槽的入口侧（内侧）横跨2个槽（34、35）配置，线圈边UA2在槽的底部侧（外侧）横跨4个槽（33～36）配置，UA3在槽的底部侧（外侧）横跨4个槽（6～9）配置。此处，设横跨2个槽的线圈边UA1为小线圈，横跨4个槽的线圈边UA2和UA3为大线圈。

同样，观察三相线圈61A的V相线圈VA时，一端与伺服放大器10A的输出端子（VA）连接的线圈边VA1位于槽24-21，其槽21侧的端子通过连接线（未表示符号）与位于槽25-20的线圈边VA2的槽25侧的端子连接，该线圈边VA2的槽20侧的端子通过连接线与位于槽52-47的线圈边VA3的槽52侧的端子连接。线圈边VA3的槽47侧的端子与中性点（NA）连接。

即，V相线圈VA中，线圈边VA1位于槽24-21，线圈边VA2位于槽25-20，线圈边VA3位于槽52-47，它们通过连接线连接。槽24-21和槽25-20位于同一区域，该区域与槽52-47处于对角的位置。

观察各线圈边在槽内的位置时，线圈边VA1在槽的内侧横跨2个槽（22、23）配置，线圈边VA2在槽的外侧横跨4个槽（21～24）配置，VA3在槽的外侧横跨4个槽（48～51）配置。与上述同样，设横跨2个槽的线圈边VA1为小线圈，横跨4个槽的线圈边VA2和线圈边VA3为大线圈。

同样，观察三相线圈61A的W相线圈WA时，一端与伺服放大器10A的输出端子（WA）连接的线圈边WA1位于槽30-27，其槽27侧的端子通过连接线（未表示符号）与位于槽31-26的线圈边WA2的槽31侧的端子连接，该线圈边WA2的槽26侧的端子通过连接线与位于槽4-53的线圈边WA3的槽4侧的端子连接。线圈边WA3的槽53侧的端子与中性点（NA）连接。

即，W相线圈WA中，线圈边WA1位于槽30-27，线圈边WA2位于槽31-26，线圈边WA3位于槽4-53，它们通过连接线连接。槽30-27与槽31-26位于同一区域，该区域与槽4-53处于对角的位置。

观察各线圈边在槽内的位置时，线圈边WA1在槽的内侧横跨2个槽（28、29）配置，线圈边WA2在槽的外侧横跨4个槽（27～30）配置，WA3在槽的外侧横跨4个槽（54～3）配置。与上述同样，设横跨2个槽的线圈边WA1为小线圈，横跨4个槽的线圈边WA2和线圈边WA3为大线圈。

此外，对于另一组三相线圈61D也同样如图2中虚线所示地配置。以U相线圈UD为代表说明。

一端与伺服放大器10D的输出端子（UD）连接的线圈边UD1位于槽6-9，其槽6侧的端子通过连接线（未图示）与位于槽5-10的线圈边UD2的槽10侧的端子连接，该线圈边UD2的槽5侧的端子通过连接线与位于槽37-32的线圈边UD3的槽37侧的端子连接。线圈边UD3的槽32侧的端子与中性点（ND）连接。

即，U相线圈UD中，线圈边UD1位于槽6-9，线圈边UD2位于槽5-10，线圈边UD3位于槽37-32，它们通过连接线连接。槽6-9与槽5-10位于同一区域，该区域与槽37-32处于对角的位置。

观察各线圈边在槽内的位置时，线圈边UD1在槽的外侧横跨2个槽（7、8）配置，线圈边UD2在槽的内侧横跨4个槽（6～9）配置，UD3在槽的内侧横跨4个槽（33～36）配置。与上述同样设横跨2个槽的线圈边UD1为小线圈，设横跨4个槽的线圈边UD2和线圈边UD3为大线圈。

图3是表示图2所示的多组的UVW各相的线圈片的位置的说明图。横轴表示被分割的3个线圈边（线圈边1、2、3），纵轴表示各组三相线圈。三相线圈表示了UA、VA、WA和UD、VD、WD两组，其他省略图示。此外，作为各线圈边在槽内的配置位置，将槽的内侧显示为“内”，将槽的外侧显示为“外”。进而，用“大”和“小”表示线圈边的大线圈和小线圈，显示栏的实线、虚线表示图2所示的表示各线圈的线的种类。

具体而言，观察U相的线圈UA时，线圈边UA1是小线圈，配置在槽36-33的内侧，线圈边UA2是大线圈，配置在槽37-32的外侧，线圈边UA3是大线圈，配置在槽10-5的外侧。以下，同样地表示三相线圈VA、WA的各线圈边的配置位置。

此外，观察U相的线圈UD时，线圈边UD1是小线圈，配置在槽9-6的外侧，线圈边UD2是大线圈，配置在槽10-5的内侧，线圈边UD3是大线圈，配置在槽37-32的内侧。以下，同样地表示三相线圈VD、WD的各线圈边的配置位置。

图4是旋转电机的线圈配置的说明图，表示定子中的多组三相线圈的排列位置。从该图中可知，各组三相线圈的各相线圈在定子的周方向上顺次排列，同相的线圈（线圈边）夹着定子的中心在对角的位置成对地配置。同相线圈在对角的位置成对地配置时，即使旋转电机的热条件改变，也能够减小同相的线圈整体的热影响。

例如，因来自外部的热影响，旋转电机的一部分温度上升的情况下，配置在该部分的线圈边受到热影响，但是因为对与其处于对角位置的线圈边的热影响较少，所以同相的线圈整体能够减少热影响。此外，同相的线圈在某一个区域集中配置线圈边时，该区域被加热的情况下，该相的所有线圈被加热，另一方面，与热影响较少的其他相的线圈之间温度差增大，线圈特性（电感、电阻值）可能产生差，在旋转电机的控制中变得不均衡。

根据本实施例的线圈结构，在定子的同一区域卷绕配置多个多组同相线圈。即，设同相线圈为U相时，三相线圈61D的U相线圈的线圈边UD1、UD2（均为虚线）、和另一组三相线圈61A的线圈边UA3配置在同一区域的槽5-10中，线圈边UA1、UA2、和线圈边UD3（虚线）配置在槽37-32的同一区域的槽中。因此，能够不增加槽数而在同一区域卷绕多个线圈。

此外，根据上述绕组结构，各相的线圈的多个线圈边沿着定子60的周方向配置在不同的位置，且关于同相在定子的槽的内侧和外侧分散地配置，因此能够减少各相之间的线圈的电感的差，也能够抑制多组三相线圈之间的电感的差。

本实施例中，将3个线圈边在槽的内侧、外侧分为2个和1个配置，与将3个线圈边集中配置在槽的一处（仅在内侧或仅在外侧）的情况相比，均衡从3：0变为2：1，能够更接近均等。线圈的电感和电阻值具有作为基础的较大的值，对该值附加均衡的因素，所以从实际的电感和电阻值来看的均衡变得接近均等。此外，如果使各相线圈的线圈边从2个增加至4个等，则能够使线圈边分散到槽内的更多的位置，所以更易于保持均衡。

进而，因为各相线圈在槽的内侧和外侧分散地配置线圈边，包括作为大线圈和小线圈的线圈边构成，所以能够减少各相线圈的电线长度的差、和线圈的卷绕直径的平均的差，抑制线圈的电感和电阻值的差。

从而，通过各伺服放大器对各组三相线圈和各相线圈进行动作控制时，能够均衡良好地控制，所以能够良好地进行旋转电机的高速时的位置控制。

本实施例中为了简化说明，在定子的各槽内的内侧和外侧配置2个线圈边，但是不限于此，能够增加线圈边。此时，随着线圈边的增加，槽内的线圈边的个数增加，所以通过与其相应地在槽的内侧和外侧分散地配置线圈边，能够减少各相的线圈的电感的差。

此外，本实施例记载了54槽的电动机，一般在多相电动机能够采用，不限于此。

符号说明

1～54……槽，10A～10F……伺服放大器，60……定子，62……齿，61A、61D……多相线圈，UA、VA、WA、UD、VD、WD……各相线圈，UA1～UA3、VA1～VA3、WA1～WA3、UD1～UD3、VD1～VD3、WD1～WD3……线圈边，NA、ND……中性点。

Claims (7)

1.一种旋转电机，在设置于定子的多个槽中卷绕有多组多相线圈，其特征在于：

各相线圈分别由多个线圈边连结而成，从多个不同的同相线圈各选择一个该线圈边卷绕在同一个槽中，

被分割的所述线圈边，分散在用极对数将所述定子整周分割而成的范围中的至少两个以上且不是全部的范围内配置，并且在所述槽的内侧和外侧分散配置。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

被分割的多个线圈边中，多组多相线圈的同一相的线圈边卷绕在同一个槽中。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于：

被分割的多个线圈边由小线圈边和大线圈边构成，小线圈边在夹着所述定子的规定个数的齿的两个槽之间卷绕，所述大线圈边在夹着所述小线圈边的两个槽之间卷绕。

4.如权利要求1～3中任一项所述的旋转电机，其特征在于：

所述定子具有54个槽，所述多相线圈由6组三相线圈构成。

5.如权利要求1～4中任一项所述的旋转电机，其特征在于：

被分割的所述多个线圈边，在所述定子的周方向上相对的位置的槽中分散配置。

6.一种旋转电机装置，具备权利要求1～5中任一项所述的旋转电机，其特征在于：

所述旋转电机的多组多相线圈被不同的伺服放大器独立地驱动。

7.如权利要求6所述的旋转电机装置，其特征在于：

所述多组多相线圈的同相线圈被不同的伺服放大器以同相电流独立地驱动。

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