CN104247223B - 旋转电机的定子绕组 - Google Patents
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Abstract
在具有三相四极四并联电路的旋转电机的定子绕组(11)中，例如U相的2组输出端子U1、U2分别由两组并联电路(一个组中为第1绕组电路(1)及第2绕组电路(2)，另一个组中为第3绕组电路(3)及第4绕组电路(4))构成，该两组并联电路由具有相同间距的绕组构成，各绕组电路的绕组由串联连接的2个线圈相带(第1绕组电路(1)中为线圈相带a及b，第2绕组电路(2)中为线圈相带c及d，第3绕组电路(3)中为线圈相带e及f，第4绕组电路(4)中为线圈相带g及h)构成。由此，无需在绕组端部设置跳线，能够消除绕组电路(1)、(2)、(3)、(4)间的电压矢量相位差和电压差。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机的定子绕组，其适用于发电机等的旋转电机，具有三相四极四并联电路。
背景技术
旋转励磁型的旋转电机中的现有一般的定子线圈的卷绕方法中，在同相的并联电路中以尽可能靠近一个绕组电路的方式配置另一个绕组电路，从而减小绕组电路间的电压相位差。然而，即使将绕组电路相互靠近，最少也会产生一个定子槽宽度程度的偏差，因此绕组电路间存在不小的电压相位差，由此，在绕组电路间有循环电流流过，发生循环电流损耗，使得定子线圈的温度上升，旋转电机的效率变低，从而产生问题。
作为构成上述并联电路的绕组电路间的电压相位及大小的不均衡的消除方法的示例，在专利文献1所示出的多相发电机的电枢绕组图案中，用于每一极一相具有两个以上的电路的多相电机机械的重叠卷绕过程中，通过改变一个电路内的各个线圈间的间距，从而改变某个相位带的顶部层中的线圈边的电路顺序及同一相位带的底部层中的线圈边的电路顺序，将如上述那样电路顺序经过改变的双层重叠卷绕的绕组图案作为对象。由此，某个相位带的某一层(顶部层或底部层)中的所有线圈边的电路顺序相对于其相位带的层(底部层或顶部层)进行了交换，各相绕组的各并联电路中产生的合成电压的相位及大小的不均衡得到了实质的消除。
另外，专利文献2所示出的电枢中，电枢绕组包括具有72个槽的电枢铁芯、以及收容于槽内的三相两极四并联电路的电枢绕组，对于该电枢绕组，在以远离极中心的方向上计数的位置来表示相带中的一个相带内的上线圈片及下线圈片的相对位置的情况下，进行连接以使得第1及第3并联电路的所述上线圈片及所述下线圈片位于离开极中心的第1、4、6、7、10、12位置，第2及第4并联电路的所述上线圈片及所述下线圈片位于离开极中心的第2、3、5、8、9、11位置，从而降低该各并联电路间的不平衡电压，减少该并联电路间的循环电流损耗，同时，在构成电枢绕组时降低跳线连接部的操作性，易于确保绝缘性、固定强度。
另外，专利文献3所示的旋转电机的电枢绕组是2层卷绕电枢绕组，其适用于具有3相2极84槽的旋转电机，具有4并联电路，每极每相的线圈数为14，该绕组的各相带具有两个并联电路，收容于设置在层叠铁芯的槽13中，各并联电路具有串联线圈，各串联线圈具有分别在连接侧线圈端19a及反接侧线圈端19b相互连接的上线圈片15及下线圈片16这两个线圈片，在以从极中心计数而数出的位置来表示一个相带中的上下线圈片的相对位置的情况下，将各并联电路中的一半连接成上下线圈片的位置成为离开极中心的第1、4、6、7、9、12、14位置，并将各并联电路中的剩余一半连接成上下线圈片的位置成为离开极中心的第2、3、5、8、10、11、13位置，从而降低各并联电路间的不平衡电压，减少并联电路间的循环电流损耗。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特公昭54－6683号公报
专利文献2：日本专利特开2009－100549号公报
专利文献3：日本专利特开2009－183102号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在现有的专利文献1、2或3中，通过在构成并联电路的绕组电路内改变绕组间距，从而降低绕组电路间的发生电压差，然而卷绕方法变得复杂化，需要在绕组端部设置跳线，产生端部结构复杂化等问题。另外，具有各相具备两组输出端子的三相四极四并联电路的旋转励磁型的旋转电机的定子绕组中，存在未示出解决方案的问题。
本发明为了解决上述问题而得以完成，其目的在于，提供一种旋转电机的定子绕组，该旋转电机的定子绕组具有三相四极四并联电路，并且在该旋转电机的定子绕组中卷绕方法不会复杂化，且无需在绕组端部设置跳线，能够实现去除构成并联电路的绕组电路间的电压矢量相位差和电压差的绕组配置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述问题，本发明的第一旋转电机的定子绕组是具有三相四极四并联电路的旋转电机的定子绕组，所述定子绕组的各相配置于圆周上，并且所述定子绕组由两组并联电路构成，该并联电路中2个由具有相同间距的绕组组形成的绕组电路并联连接，所述并联电路的相同组内的两个所述绕组电路的绕组组的中心轴位置配置成成为电角360°的间隔，并且各所述绕组电路的绕组组由串联连接且卷绕方向互不相同的两个线圈相带构成，两个所述线圈相带配置于相对于该绕组电路的绕组组的中心轴呈镜面对称的位置上。
另外，本发明的第二旋转电机的定子绕组是具有三相四极四并联电路的旋转电机的定子绕组，所述定子绕组的各相配置于圆周上，并且所述定子绕组由两组并联电路构成，该并联电路中2个由具有相同间距的绕组组形成的绕组电路并联连接，所述并联电路的相同组内的两个所述绕组电路的绕组组的中心轴的位置配置成成为电角180°的间隔，并且各所述绕组电路的绕组组由一个线圈相带构成，所述并联电路的相同组内的两个所述绕组电路的所述线圈相带的卷绕方向不同。
另外，本发明的第三旋转电机的定子绕组是具有三相四极四并联电路的旋转电机的定子绕组，所述定子绕组的各相配置于圆周上，并且所述定子绕组由两组并联电路构成，该并联电路中2个由具有相同间距的绕组组形成的绕组电路并联连接，所述并联电路的相同组内的两个所述绕组电路的绕组组的中心轴的位置配置成成为电角360°的间隔，并且各所述绕组电路的绕组组由一个线圈相带构成，所述并联电路的相同组内的两个所述绕组电路的所述线圈相带的卷绕方向相同。
发明效果
根据本发明的旋转电机的定子线圈，通过配置线圈相带以使得构成并联电路的绕组电路间的电压矢量的相位差和电压差消失，从而具有如下效果：流入绕组电路间的循环电流消失，可避免绕组的温度上升、因发生损耗而使得效率变差。另外，由于没有改变线圈相带的绕组间距，因此无需在线圈相带的端部设置跳线，也具有能避免端部结构复杂化、实现操作性的提升的效果。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案的图。
图2是表示实施方式1中的U相的等效电路及电压矢量的图。
图3是表示实施方式1中的U相的线圈相带在圆周上的配置的示意图。
图4是表示实施方式2所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案的图。
图5是表示实施方式2中的U相的等效电路及电压矢量的图。
图6是表示实施方式2中的U相的线圈相带在圆周上的配置的示意图。
图7是表示实施方式3所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案的图。
图8是表示实施方式3中的U相的等效电路及电压矢量的图。
图9是表示实施方式3中的U相的线圈相带在圆周上的配置的示意图。
具体实施方式
本发明的旋转电机的定子绕组中，具有三相四极四并联电路的旋转励磁型的旋转电机的定子绕组的各相由两组并联电路构成，该并联电路中两个由具有相同间距的绕组组形成的绕组电路并联连接，配置绕组电路的线圈相带，以使得并联电路的相同组内的两个绕组电路的绕组组的中心轴位置成为电角180°或360°，由此，能消除绕组电路间的电压矢量相位差，且消除电压大小的差，从而绕组电路间流过的循环电流消失，能避免绕组的温度上升、以及因发生损耗而使得效率降低。以下，参照图1～图9对本发明的实施方式所涉及的旋转电机的定子绕组进行说明。
实施方式1
图1是表示实施方式1所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案的图。图2是表示实施方式1中的U相的等效电路及电压矢量的图。图3是表示实施方式1中的线圈相带在圆周上的配置的示意图。
如图1的绕组图案及图2(a)的等效电路所示，在实施方式1所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案中，2组输出端子U1、U2分别由两组并联电路(一个组中为第1绕组电路1及第2绕组电路2，另一个组中为第3绕组电路3及第4绕组电路4)构成，该两组并联电路由具有相同间距的绕组构成，各绕组电路的绕组由串联连接的2个线圈相带(第1绕组电路1中为线圈相带a及b，第2绕组电路2中为线圈相带c及d，第3绕组电路3中为线圈相带e及f，第4绕组电路4中为线圈相带g及h)构成。此处，线圈相带是指有相同电流流过的彼此相邻的多个槽中的线圈组。此外，实施方式1中，构成绕组的线圈相带a至h的绕组间距全部相同，线圈相带a及b、线圈相带c及d、线圈相带e及f、线圈相带g及h中的线圈的卷绕方向互相相反。另外，图1及图2中，仅示出了三相绕组的U相，由于V相、W相也相同，因此省略说明。
接下来，参照图1～图3对实施方式1所涉及的旋转电机的定子绕组的动作进行说明。如图3所示，具有四极磁场的转子10的周围配置有定子绕组11。定子绕组11沿着圆周分成24栏，其内侧及外侧的栏中收容有线圈边。该图的示例中，示出了绕组间距为0.833(＝5/6)的情况。圆周上的栏每个占据机械角15°，该15°内存在的槽组中收容有栏内记载的线圈相带的线圈边。例如，在槽数为72的情况下，72×15°/360°＝3槽/15°、槽数为48的情况下，48×15°/360°＝2槽/15°。
如图3(a)所示，与输出端子U1相连的第1绕组电路1的线圈相带a在栏1内及栏6外配置有线圈边，线圈相带b在栏8内及栏13外配置有线圈边，同样，第2绕组电路2的线圈相带c在栏13内及栏18外配置有线圈边，线圈相带d在栏20内及栏1外配置有线圈边。另外，与输出端子U2相连的第3绕组电路3的线圈相带e在栏2内及栏7外配置有线圈边，线圈相带f在栏7内及栏12外配置有线圈边，同样，第4绕组电路4的线圈相带g在栏14内及栏19外配置有线圈边，线圈相带h在栏19内及栏24外配置有线圈边。其它的V相及W相也以相同基准配置，将V相及W相配置在以电角120°(＝机械角60°)的间隔在转子10的旋转方向上与U相线圈的配置错开的位置上。图3(b)示出了三相整体的线圈相带的配置图。
如图3(a)所示，通过配置这些线圈相带，从而在构成第1线圈电路1的线圈相带a、b以及第3线圈电路3的线圈相带e、f中，线圈相带a的电压矢量相对于线圈相带e的电压矢量，产生与一个栏相对应的相位偏差(机械角15°、电角30°的相位偏差)，而线圈相带b的电压矢量相对于线圈相带f的电压矢量，在反方向产生相同的相位偏差(机械角－15°、电角－30°的相位偏差)，因此将这些电压矢量合成后的第1绕组电路1的电压矢量与第3绕组电路3的电压矢量同相位。该合成后的电压矢量成为1v及3v。 同样，在其它的绕组电路2及4中也相同，各个合成电压矢量成为2v及4v。此处，示出绕组图案的图1上，将一匝线圈所产生的电压矢量显示于该线圈的中心位置，该情况下的1v至4v的位置等于构成绕组电路的绕组组的中心轴位置。
另外，如图3(a)所示，由于配置有线圈相带，因此第1绕组电路1的线圈相带a及线圈相带b相对于第1绕组电路1的绕组组的中心轴1c位于镜面对称的位置上。另外，第3绕组电路3的线圈相带e及线圈相带f相对于第3绕组电路3的绕组组的中心轴3c位于镜面对称的位置上。线圈相带a及线圈相带b配置于线圈相带e及线圈相带f的外侧。同样，第2绕组电路2的线圈相带c及线圈相带d相对于第2绕组电路2的绕组组的中心轴2c位于镜面对称的位置上。另外，第4绕组电路4的线圈相带g及线圈相带h相对于第4绕组电路4的绕组组的中心轴4c位于镜面对称的位置上。线圈相带c及线圈相带d配置于线圈相带g及线圈相带h的外侧。合成电压矢量1v或3v与合成电压矢量2v或4v、即第1绕组电路1或第3绕组电路3的绕组组的中心轴1c、3c与第2绕组电路2或第4绕组电路4的绕组组的中心轴2c、4c以电角360°为间隔，各合成电压矢量的相位差为0°。根据图3所示的规则，通过配置具有相同绕组间距的线圈相带，从而能消除第1绕组电路1与第3绕组电路3之间的电压矢量相位差、第2绕组电路2与第4绕组电路4之间的电压矢量相位差，使第1绕组电路1(第3绕组电路3)与第2绕组电路2(第4绕组电路4)之间的电压矢量相位差为0°，能进一步使电压大小相一致。其它的V相及W相也相同。
由此，根据实施方式1所涉及的旋转电机的定子绕组，将构成绕组电路的绕组组的中心轴位置的间隔设为规定值，配置线圈相带以使得电压差消失，从而具有如下效果：流入绕组电路间的循环电路消失，并能避免绕组的温度上升、因发生损耗而使得效率变差。另外，由于没有改变线圈相带的绕组间距，因此无需在线圈相带的端部设置跳线，也具有能避免端部结构复杂化、实现操作性的提升的效果。
实施方式2
图4是表示实施方式2所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案的图。图5是表示实施方式2中的U相的等效电路及电压矢量的图。图6是表示实施方式2中的线圈相带在圆周上的配置的示意图。
如图4的绕组图案及图5(a)的等效电路所示，在实施方式2所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案中，2组输出端子U1、U2分别由两组并联电路(一个组中为第1绕组电路1及第2绕组电路2，另一个组中为第3绕组电路3及第4绕组电路4)构成，该两组并联电路由具有相同间距的绕组构成，各绕组电路的绕组分别由1个线圈相带(第1绕组电路1中为线圈相带p，第2绕组电路2中为线圈相带q，第3绕组电路3中为线圈相带r，第4绕组电路4中为线圈相带s)构成。此外，在实施方式2中，相带p至s绕组间距全部相同，线圈相带p与q、线圈相带r与s的线圈卷绕方向彼此相反。另外，图4及图5中，仅示出了三相绕组的U相，由于V相、W相也相同，因此省略说明。
接下来，参照图4～图6对实施方式2所涉及的旋转电机的定子绕组的动作进行说明。如图6所示，与实施方式1相同，具有四极磁场的转子10的周围配置有定子绕组11。定子绕组11沿着圆周分成24栏，其内侧及外侧的栏中收容有线圈边。该图的示例中，示出了绕组间距为0.833(＝5/6)的情况。圆周上的栏每个占据机械角15°，该15°内存在的槽组中收容有栏内记载的线圈相带的线圈边。例如，在槽数为72的情况下，72×15°/360°＝3槽/15°、槽数为48的情况下，48×15°/360°＝2槽/15°。
如图6(a)所示，与输出端子U1相连接的第1绕组电路1的线圈相带p在栏1内与栏6外、栏2内与栏7外配置有线圈边，同样，第2绕组电路2的线圈相带q在栏7内与栏12外、栏8内与栏13外配置有线圈边。另外， 与输出端子U2相连接的第3绕组电路3的线圈相带r在栏13内与栏18外、栏14内与栏19外配置有线圈边，同样，第4绕组电路4的线圈相带s在栏19内与栏24外、栏20内与栏1外配置有线圈边。其它的V相及W相也以相同基准配置，将V相及W相配置在以电角120°(＝机械角60°)的间隔在转子10的旋转方向上与U相线圈的配置错开的位置上。图6(b)示出了三相整体的线圈相带的配置图。
另外，如图6(a)所示，通过配置这些线圈相带，从而第1绕组电路1的线圈相带p与第2绕组电路2的线圈相带q位于以机械角90°、即电角180°为间隔的位置上。也就是说，第1绕组电路1的绕组组的中心轴1c与第2绕组电路2的绕组组的中心轴2c具有机械角为90°、即电角为180°的间隔，其结果是，第1绕组电路1的电压矢量1v与第2绕组电路2的电压矢量2v的相位差为0°。同样，第2绕组电路2的线圈相带q与第3绕组电路3的线圈相带r位于以机械角90°、即电角180°为间隔的位置上。也就是说，第2绕组电路2的绕组组的中心轴2c与第3绕组电路3的绕组组的中心轴3c具有机械角为90°、即电角为180°的间隔，其结果是，第2绕组电路2的电压矢量2v与第3绕组电路3的电压矢量3v的相位差为0°。另外，第3绕组电路3的线圈相带r与第4绕组电路4的线圈相带s位于以机械角90°、即电角180°为间隔的位置上。也就是说，第3绕组电路3的绕组组的中心轴3c与第4绕组电路4的绕组组的中心轴4c具有机械角为90°、即电角为180°的间隔，其结果是，第3绕组电路3的电压矢量3v与第4绕组电路4的电压矢量4v的相位差为0°。根据图6所示的规则，通过配置具有相同绕组间距的线圈相带，能够使绕组电路间的电压矢量相位差为0°，并能进一步使电压的大小相一致。其它的V相及W相也相同。
由此，根据实施方式2所涉及的旋转电机的定子绕组，与实施方式1相同，将构成绕组电路的绕组组的中心轴位置的间隔设为规定值，配置线圈相带以使得电压差消失，从而具有如下效果：流入绕组电路间的循环电路消失，并能避免绕组的温度上升、以及因发生损耗而使得效率变差。另外，由 于没有改变线圈相带的绕组间距，因此无需在线圈相带的端部设置跳线，也具有能避免端部结构复杂化、实现操作性的提升的效果。
实施方式3
图7是表示实施方式3所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案的图。图8是表示实施方式3中的U相的等效电路及电压矢量的图。图9是表示实施方式3中的线圈相带在圆周上的配置的示意图。
如图7的绕组图案及图8(a)的等效电路所示，在实施方式3所涉及的旋转电机的定子绕组的U相的绕组图案中，与实施方式2相同，2组输出端子U1、U2分别由两组并联电路(一个组中为第1绕组电路1及第2绕组电路2，另一个组中为第3绕组电路3及第4绕组电路4)构成，该两组并联电路分别由具有相同间距的绕组构成，各绕组电路的绕组分别由1个线圈相带(第1绕组电路1中为线圈相带p，第2绕组电路2中为线圈相带q，第3绕组电路3中为线圈相带r，第4绕组电路4中为线圈相带s)构成。此外，在实施方式3中，线圈相带p至s的绕组间距全部相同，线圈相带p与q、线圈相带r与s互相的线圈卷绕方向相同。另外，图7及图8中，仅示出了三相绕组的U相，由于V相、W相也相同，因此省略说明。如图9所示，实施方式3与实施方式2的不同点在于，绕组电路的线圈相带在圆周上的配置位置不同。
接下来，参照图7～图9对实施方式3所涉及的旋转电机的定子绕组的动作进行说明。如图9所示，与实施方式1及实施方式2相同，具有四极磁场的转子10的周围配置有定子绕组11。定子绕组11沿着圆周分成24栏，其内侧及外侧的栏中收容有线圈边。该图的示例中，示出了绕组间距为0.833(＝5/6)的情况。圆周上的栏每个占据机械角15，该15°内存在的槽组中收容有栏内记载的线圈相带的线圈边。例如，在槽数为72的情况下，72×15°/360°＝3槽/15°，在槽数为48的情况下，48×15°/360°＝2槽/15°。
如图9(a)所示，与输出端子U1相连接的第1绕组电路1的线圈相带p在栏1内与栏6外、栏2内与栏7外配置有线圈边，同样，第2绕组电路2的线圈相带q在栏13内与栏18外、栏14内与栏19外配置有线圈边。另外，与输出端子U2相连接的第3绕组电路3的线圈相带r在栏7内与栏12外、栏8内与栏13外配置有线圈边，同样，第4绕组电路4的线圈相带s在栏19内与栏24外、栏20内与栏1外配置有线圈边。其它的V相及W相也以相同基准配置，将V相及W相配置在以电角120°(＝机械角60°)的间隔在转子10的旋转方向上与U相线圈的配置错开的位置上。图9(b)示出了三相整体的线圈相带的配置图。
另外，如图9(a)所示，通过配置这些线圈相带，从而第1绕组电路1的线圈相带p与第2绕组电路2的线圈相带q位于以机械角180°、即电角360°为间隔的位置上。也就是说，第1绕组电路1的绕组组的中心轴1c与第2绕组电路2的绕组组的中心轴2c具有机械角为180°、即电角为360°的间隔，其结果是，第1绕组电路1的电压矢量1v与第2绕组电路2的电压矢量2v的相位差为0°。同样，第2绕组电路2的线圈相带q与第3绕组电路3的线圈相带r位于以机械角90°、即电角180°为间隔的位置上。也就是说，第2绕组电路2的绕组组的中心轴2c与第3绕组电路3的绕组组的中心轴3c具有机械角为90°、即电角为180°的间隔，其结果是，第2绕组电路2的电压矢量2v与第3绕组电路3的电压矢量3v的相位差以电角为0°。另外，第3绕组电路3的线圈相带r与第4绕组电路4的线圈相带s位于以机械角180°、即电角360°为间隔的位置上。也就是说，第3绕组电路3的绕组组的中心轴3c与第4绕组电路4的绕组中心轴4c具有机械角为180°、即电角为360°的间隔，其结果是，第3绕组电路3的电压矢量3v与第4绕组电路4的电压矢量4v的相位差为0°。根据图9所示的规则，通过配置具有相同绕组间距的线圈相带，从而能够使绕组电路间的电压矢量相位差为0°，并能进一步使电压的大小相一致。其它的V相及W相也相同。
由此，根据实施方式3所涉及的旋转电机的定子绕组，与实施方式1及实施方式2相同，将构成绕组电路的绕组组的中心轴位置的间隔设为规定值，配置线圈相带以使得电压差消失，从而具有如下效果：流入绕组电路间的循环电路消失，并能避免绕组的温度上升、因发生损耗而使得效率变差。另外，由于没有改变线圈相带的绕组间距，因此无需在线圈相带的端部设置跳线，也具有能避免端部结构复杂化、实现操作性的提升的效果。
另外，本发明可以在该发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。
另外，在图中，同一标号表示同一或相当部分。
标号说明
1,2,3,4 绕组电路
a,b,c,d,e,f,g,h,p,q,r,s 线圈相带
10 转子
11 定子绕组
1v,2v,3v,4v 电压矢量
1c,2c,3c,4c 绕组组的中心轴
Claims (1)
1.一种旋转电机的定子绕组，具有三相四极四并联电路，所述定子绕组的各相配置于圆周上，并且由两组并联电路构成，所述并联电路的一组由并联连接的两个绕组电路构成，且所述绕组电路由具有相同间距的绕组组构成，
所述并联电路的相同组内的两个所述绕组电路的绕组组的中心轴的位置配置成成为电角360°的间隔，
并且各所述绕组电路的绕组组由串联连接且卷绕方向互不相同的两个线圈相带构成，两个所述线圈相带配置于相对于该绕组电路的绕组组的中心轴呈镜面对称的位置上。
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