CN105827043B - 三相交流电动机 - Google Patents

Abstract

本发明的三相交流电动机的特征在于，具有以下关系：将转子的极数设为2P、将用于插入绕线的槽数设为N，则槽数N除以极对数P所得到的值为既约分数、且既约分数的分母的值为奇数，在各槽中，U、V及W这三个相以及相位与该三个相相反的相这总计六个相带的任意相带的绕线在每个槽中重叠三层地进行配置，三层绕线中的第一层的绕线被配置成U、V及W这三个相的各绕线的配置彼此具有机械角度±120度的旋转对称性，第二层的绕线被配置成将第一层的绕线的配置错开L个槽，第三层的绕线被配置成向与第二层的绕线的配置相反的方向将第一层的绕线的配置错开L个槽。

Description

三相交流电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机，特别涉及一种具有在定子的槽中配置有3层绕线的构造的电动机。

背景技术

以往，为了降低转矩波动(torque ripple)，对转子的芯的形状、定子的芯的形状、转子的芯的偏斜(skew)、定子的芯中的偏斜等进行了优化。

但是，这些电动机的改造需要更复杂的电动机的构造，这成为增加制造中的工时的主要原因。

另外，在电动机中，转矩波动的大小受到极数、槽数以及绕组的绕线配置的影响。

可以列举出作为能够降低转矩波动的极与槽的组合而槽数除以极数所得到的值为既约分数的分数槽的电动机(例如，日本特开2004-23950号公报以及日本特开昭62-250851号公报)。

在分数槽的电动机中，能够以使极数与槽数的最小公倍数大的方式选定极数和槽数，从而能够减少转矩波动。但是，电动机的感应电压中包含的高次谐波分量中的比较低次的分量没有完全消失，这成为转矩波动的产生原因。

另外，还存在以下问题：当想要降低转矩波动时，一次的绕组系数(windingfactor)的值降低，转矩下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有以下绕线配置的电动机：能够在保持电动机的转矩足够大的同时，进一步降低转矩波动。

本发明的一个实施例所涉及的三相交流电动机具备：转子，其具有多对磁极；定子，其具有在转子的旋转轴方向上形成的、且沿周向进行排列的多个槽，该定子被配置成在径向上与转子相对；以及多个绕线，该多个绕线被插入到槽，卷绕安装于定子，该三相交流电动机的特征在于，具有以下关系：将转子的极数设为2P、将定子的用于插入绕线的槽数设为N，则槽数N除以极对数P所得到的值为既约分数，且该既约分数的分母的值为奇数，在定子的用于插入绕线的各槽中，U相、V相及W相这三个相以及相位与该三个相相反的相这总计六个相带的任意相带的绕线在每个槽中重叠三层地进行配置，配置于各槽的三层绕线中的第一层的绕线被配置成：U相、V相及W相这三个相的各绕线的配置彼此具有机械角度±120度的旋转对称性，作为剩余两层中的其中一层的第二层的绕线被配置成：将第一层的绕线的配置相对于第一层的绕线的配置错开L个槽，作为两层中的剩余的层的第三层的绕线被配置成：将第一层的绕线的配置向与第二层的绕线的配置相反的方向相对于第一层错开L个槽。

附图说明

本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关联的以下的实施方式的说明会变得更明确。在该附图中，

图1是10极36槽的电动机的截面图，

图2是10极36槽双层卷绕的电动机的绕线配置的展开截面图，

图3A和图3B是本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线配置的展开截面图，

图4是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线中的第一层的-U相的绕线的配置的绕线配置图，

图5A和图5B是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线中的第一层的+U相和-U相的绕线的配置的绕线配置的展开截面图，

图6是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线中的第一层和第二层的-U相的绕线的配置的绕线配置图，

图7A和图7B是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线中的第一层和第二层的+U相和-U相的绕线的配置的绕线配置的展开截面图，

图8是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线的第一层～第三层的-U相的绕线的配置的绕线配置图，以及

图9A和图9B是仅表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线的第一层～第三层中的仅+U相和-U相的绕线的绕线配置的展开截面图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明所涉及的三相交流电动机。图1中示出了10极36槽的电动机的截面图。在图1中，6表示定子，10表示转子。转子10具备10个磁体11、转子芯12以及转子的轴13，转子10以转子的旋转轴C为中心进行旋转。磁极的数量P与磁体的数量相同，是10。定子6具备定子芯3以及在转子的旋转轴C的方向上形成的、沿周向进行排列的36个槽2，在槽2中配置后述的绕线。本发明涉及电动机的卷绕于定子芯3的绕线配置，因此在下面的说明中省略转子的记载。图2是10极36槽双层卷绕即极数为10、槽数为36、各槽中配置有两层绕线的电动机的绕线配置的展开截面图。在图2中，2表示槽，3表示定子芯，4表示绕线，6表示定子，B表示槽识别号。定子6原本是圆筒状的，但是在此为了易于理解说明，以将圆筒状的定子6直线地展开的展开截面图来示出定子6。本发明是涉及如图2那样的电动机的绕线配置的发明，涉及具有以下关系的电动机的绕线配置：将电动机的转子的极数设为2P、将定子的用于插入绕线的槽数设为N，则槽数N除以极对数P所得到的值为既约分数，且既约分数的分母的值为奇数。

图2的“U”、“V”、“W”表示三相交流的各相，“+”和“-”表示电流的方向。图2表示双层卷绕的例子，在各槽中，各配置有+U、-U、+V、-V、+W、-W相这总计六个相带中的任两个相带。在各配置中，插入了相同数量的铜线等流通电流的线材。

以后，将流通电流的铜线等线材或者线材束称为“绕线”，将使用该线材做出闭合的环的形状、并以同一形状连结来重叠成束所得之物称为“线圈”。

以往的电动机的绕线配置是单层卷绕或者如图2所示的双层卷绕。本发明是涉及分数槽电动机(定子的槽数除以转子的极数所得到的值为既约分数的电动机)中成为三层卷绕的电动机的发明。

对构成本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的定子的绕线配置进行说明。在此，以转子的极数为10、槽数为36、每个槽的层数为3(10极36槽三层卷绕)的绕线配置为例来进行说明。即，极对数P＝5、槽数N＝36。图3A和图3B是本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线配置的展开截面图。图3A是槽识别号1～18的槽的第一层～第三层的六个相的绕线配置的展开截面图。图3B是槽识别号19～36的槽的第一层～第三层的六个相的绕线配置的展开截面图。另外，在此，关于绕线配置图中的槽内的层的识别，如图3A所示，将中央的层设为“第一层”，将中央之上的层设为“第二层”，将中央之下的层设为“第三层”。

如图3A和图3B所示，本发明的实施例所涉及的三相交流电动机具备：转子(参照图1)，其具有多对磁极；定子6，其具有在转子的旋转轴方向上形成的、沿周向进行排列的多个槽2，该定子6被配置成在径向上与转子相对；以及多个绕线4，该多个绕线4被插入到槽，卷绕安装于定子。

如图3A和图3B所示，在定子6的用于插入绕线4的各槽2中，U相、V相及W相这三个相以及相位与该三个相相反的相这总计六个相带的任意相带的绕线4在每个槽中重叠三层地进行配置。

在分数槽电动机中，通过设为三层卷绕，能够减小高次的绕组系数的值。另外，如果U相、V相及W相具有±120度的旋转对称性，则会存在很多三层卷绕的配置的采用方法，但是通过选择特定的配置，能够将一次的绕组系数取大的值。也就是说，能够在保持大的电动机的转矩的同时，减小转矩波动。

在本发明的实施例所涉及的三相交流电动机中，配置于各槽的三层的各相绕线被配置成：U相、V相及W相这三个相的各绕线的配置彼此具有机械角度±120度的旋转对称性。

由于配置成U相、V相及W相具有±120度旋转对称性，因此V相和W相的绕线必然与使图3A和图3B的U相的绕线配置分别向左移动12个槽、向右移动12个槽后的绕线配置重叠。例如，关于第一层的绕线配置，槽识别号1的绕线为“+U”相，若将其向左方向移动12个槽则与槽识别号25的绕线的“+V”相重叠，若将其向右方向移动12个槽则与槽识别号13的绕线的“+W”相重叠。同样地，在使作为+U相的绕线的位置的槽识别号8、15、22、29、36向左方向移动12个槽后的槽识别号32、3、10、17、24的位置处配置有+V相的绕线，在使作为+U相的绕线的位置的槽识别号8、15、22、29、36向右方向移动12个槽后的槽识别号20、27、34、5、12的位置处配置有+W相的绕线。该关系在-U相、-V相及-W相中也是同样的。另外，以上的说明是以第一层为例来说明的，第二层和第三层也处于同样的关系。

接着，说明本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线配置中第一层、第二层以及第三层的绕线配置的关系。以后，为了易于理解发明，仅示出U相这一个相(+U相、-U相)来进行说明。

首先，说明第一层的绕线的配置。图4是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线中的第一层的-U相的绕线的配置的绕线配置图。在图4中，以白圆表示第一层的-U相的绕线7。在图4中，为了易于理解而仅示出了-U相。在图4所示的例子中，在槽识别号4、11、18、19、26、33的槽中配置有-U相的绕线7。

图5A和图5B是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线中的第一层的+U相和-U相的绕线的配置的绕线配置的展开截面图。图5A是槽识别号1～18的槽的第一层的+U相和-U相的绕线配置的展开截面图。图5B是槽识别号19～36的槽的第一层的+U相和-U相的绕线配置的展开截面图。相对于-U相的绕线的配置错开18个槽的配置即为+U相的绕线的配置。在图5A和图5B所示的例子中，与槽识别号4、11、18、19、26、33的槽中配置的-U相的绕线对应地，在槽识别号22、29、36、1、8、15的槽中配置有+U相的绕线。

只要U相、V相及W相的配置关系存在±120度的旋转对称性，就可以任意地选择第一层的配置。另外，在槽数除以极数所得到的值的既约分数的分母为奇数的情况下，必然存在所有槽被U相、V相及W相中的任意相填充的单层卷绕的配置。

接着，说明第二层的绕线的配置。图6是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线中的第一层和第二层的-U相的绕线的配置的绕线配置图。在图6中，以黑圆表示第二层的-U相的绕线8。

作为三层中的除第一层以外的剩余两层中的其中一层的第二层的-U相的绕线8被配置于将第一层的-U相的绕线7的配置相对于第一层的-U相的绕线7的配置错开L个槽后的位置。即，在第一层上重叠第二层的配置时，第二层配置于将第一层的配置向左错开错开数L＝14个槽(绕定子的旋转轴C向逆时针方向错开140度)后的位置。例如，在图6所示的例子中，在将槽识别号4、11、18、19、26、33的第一层的-U相的绕线的位置向逆时针方向错开14个槽后的槽识别号26、33、4、5、8、19的槽中，配置有第二层的-U相的绕线。

图7A和图7B是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕中的第一层和第二层的+U相和-U相的绕线的配置的绕线配置的展开截面图。图7A是槽识别号1～18的槽的第一层和第二层的+U相和-U相的绕线配置的展开截面图。图7B是槽识别号19～36的槽的第一层和第二层的+U相和-U相的绕线配置的展开截面图。如图7A和图7B所示，在第一层上重叠第二层的配置时，第二层配置于将第一层的配置向左错开14个槽后的位置。

接着，说明第三层的绕线的配置。图8是表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线的第一层、第二层以及第三层的-U相的绕线的配置的绕线配置图。图8在图6的绕线的配置上追加了第三层。在图8中，以施有阴影的圆印表示第三层的-U相的绕线9。

在本发明的实施例所涉及的三相交流电动机中，作为两层中的剩余的层的第三层的绕线9被配置成：将具有旋转对称性的第一层的绕线7的配置向与第二层的绕线8的配置相反的方向相对于第一层错开L个槽。例如，如图8所示，第三层被配置于将第一层向与第二层相反的右方向错开14个槽(140度)后的位置。例如，在图8所示的例子中，在将槽识别号4、11、18、19、26、33的第一层的-U相的绕线的位置向顺时针方向错开14个槽后的槽识别号18、25、32、33、4、11的槽中，配置有第三层的-U相的绕线。

图9A和图9B是仅表示本发明的实施例所涉及的三相交流电动机的10极36槽三层卷绕的绕线的第一层～第三层中的仅+U相和-U相的绕线的绕线配置的展开截面图。图9A是槽识别号1～18的槽的第一层～第三层的+U相和-U相的绕线配置的展开截面图。图9B是槽识别号19～36的槽的第一层～第三层的+U相和-U相的绕线配置的展开截面图。

此外，在电动机的定子的槽2中，关于U相、V相及W相这三个相的绕线的插入顺序以及U相、V相及W相的绕线在槽内的位置，在第一层、第二层、第三层中不进行区分。

此外，在图8中示出了错开数L＝14的配置的例子，但是L可以取任意的值。但是，若以使单相的+、-中的某一个的绕线配置的形状尽可能接近具有与电动机的极对数相同数量的顶点的正多边形的方式选择L，则后述的绕组系数的一次的值变大，能够得到大的转矩。在10极36槽的情况下，极对数为5，L＝7、8、14、15的情况与其相当。若选择其它L的值，则会从正五边形的形状发生变形，从而无法增大转矩。

对作为一般的电动机的极数与槽数的组合的10极12槽双层卷绕、以往的10极36槽双层卷绕(错开数3)的配置、以及本发明的10极36槽三层卷绕(L＝1、7、8、14、15)的绕组系数的值进行了比较。表1中示出了各个绕组系数的计算结果。此外，关于除了上述的L以外的其它L的值的情况下的绕组系数，由于一次的绕组系数小，因此省略。

表1

各次数的绕组系数的值取0到1的值，一次的值影响转矩的大小，剩余的绕组系数的高次的值影响转矩波动的大小。

若从表1中列举出在10极36槽三层卷绕中一次的绕组系数为0.9以上的绕线配置，则可以列举出L＝7、L＝14。在L＝7时一次的值大，但是与以往的10极36槽双层卷绕相比高次的值大，因此就转矩波动的降低来说比以往例差。在L＝14的情况下，将本发明与以往例进行比较可知，绕组系数的一次的大小几乎未发生变化，但是其它高次的值一律变小。因而可以说，错开数L优选为7、8、14、15，更优选为7、14，最优选为14。

此外，能够利用下述的式子来计算绕组系数。

在此，n是绕组系数的次数，N_k是第k个槽内的匝数，θ_k是第k个槽相对于基准轴的槽角(电角度)。关于绕组系数，只要对三个相的各-、+的总计六个相带中的一个配置进行计算就足够了。例如，仅将-U相的配置使用于计算。在10极36槽的情况下，将图8中穿过槽识别号18与19的槽之间的正中心以及定子的正中心的线用作基准轴。

如以上所说明的那样，根据本发明的实施例所涉及的三相交流电动机，能够得到具有以下绕线配置的电动机：能够在保持电动机的转矩足够大的同时，进一步降低转矩波动。

Claims (3)

1.一种三相交流电动机，具备：

转子，其具有多对磁极；

定子，其具有在所述转子的旋转轴方向上形成的、且沿周向进行排列的多个槽，该定子被配置成在径向上与所述转子相对；以及

多个绕线，该多个绕线被插入到所述槽，卷绕安装于所述定子，该三相交流电动机的特征在于，

具有以下关系：将转子的极数设为2P、将定子的用于插入绕线的槽数设为N，则槽数N除以极对数P所得到的值为最简分数，且该最简分数的分母的值为奇数，

在所述定子的用于插入所述绕线的各槽中，U相、V相及W相这三个相以及相位与该三个相相反的相这总计六个相带的任意相带的绕线在每个槽中重叠三层地进行配置，

配置于各槽的三层绕线中的第一层的绕线被配置成：U相、V相及W相这三个相的各绕线的配置彼此具有机械角度±120度的旋转对称性，

作为剩余两层中的其中一层的第二层的绕线被配置成：将所述第一层的绕线的配置相对于所述第一层的绕线的配置错开L个槽，

作为所述两层中的剩余的层的第三层的绕线被配置成：将所述第一层的绕线的配置向与所述第二层的绕线的配置相反的方向相对于所述第一层的绕线的配置错开L个槽。

2.根据权利要求1所述的三相交流电动机，其特征在于，

在所述电动机的定子的槽中，关于U相、V相及W相这三个相的绕线的插入顺序以及U相、V相及W相的绕线在槽内的位置，在第一层、第二层、第三层中不进行区分。

3.根据权利要求2所述的三相交流电动机，其特征在于，

在所述电动机中，所述极对数P＝5，所述槽数N＝36，槽错开数L＝14。