CN108886313B - 电动机 - Google Patents

Abstract

电动机具有永磁体式转子，定子的线圈绕组由2组多相绕组构成，线圈绕组以集中卷绕的方式卷绕于齿，1组多相绕组以隔开1个齿的方式进行卷绕，另一组多相绕组卷绕于1组多相绕组之间的齿，相邻的2组线圈绕组沿同方向进行卷绕，向线圈绕组供电的控制单元对于2组线圈绕组具有独立的控制电路，2组控制信号被控制为成150度的相位差。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及电动机。

背景技术

以往，在电动机中，尤其是在永磁体式同步电动机中，其绕组构造大致分为2种。卷绕方法之一为集中卷绕(例如参照专利文献1)，其他方法还包括有分布卷绕(例如参照专利文献2)。此外，还存在以下电动机：准备2组绕组，对该2组绕组进行相位差驱动，从而通过2组绕组的控制来抵消并抑制电动机驱动过程中的噪声、脉动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5106888号说明书

专利文献2：日本专利第5304427号说明书

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1所公开的电动机装置中，对于分布卷绕后得到的第1、第2三相绕组，对驱动信号设置π/6的相位差来进行控制。相对于集中绕组，分布绕组的绕组系数变得较高，因此适用于高输出。

然而，相对于集中绕组，分布绕组卷绕在隔开规定间距的槽间，因此绕线机较为复杂，此外，由于槽间的过渡线变长，因此存在线圈端部高度变高、轴长变长的倾向。

另一方面，在专利文献2所公开的旋转电机的驱动系统中，记载了如下情况，即：以π/6相位差来进行集中绕组、即第1、第2绕组间的控制。该装置也具有能减少转矩脉动的效果。

然而，若观察卷绕在槽内的线圈，则第1组的U相与相邻的第2组的X相为反方向。因此，难以同时对第1组的U、V、W相与第2组的X、Y、Z相进行线圈卷绕。并且，在存在第1组的U相与隔开6个槽的下一个第1组的U相的情况下，因卷绕方向而导致无法直接连接两者。因此，需要另外使用过渡线来进行接线。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其提供一种电动机，具有集中卷绕的2组多相绕组，能使线圈绕组简化并能提高可加工性。

解决技术问题所采用的技术方案

为了达到上述目的，本发明的电动机具有永磁体式转子，定子的线圈绕组由2组多相绕组构成，线圈绕组以集中卷绕的方式卷绕于齿，1组多相绕组以隔开1个齿的方式进行卷绕，另一组多相绕组卷绕于1组多相绕组之间的齿，相邻的2组线圈绕组沿同方向进行卷绕，向线圈绕组供电的控制单元对于2组线圈绕组具有独立的控制电路，2组控制信号被控制为成150度的相位差。

发明效果

根据本发明，在具有集中卷绕的2组多相绕组的电动机中，能使线圈绕组简化并能提高可加工性。

附图说明

图1是实施方式1中的电动机的示意图。

图2是示出实施方式1中的电动机的绕组电路图的图。

图3是实施方式1中的电动机的绕组电路图。

图4是实施方式1中的电动机的绕组电路图。

图5是实施方式1中的整体电路图。

图6是针对实施方式1中的电动机的供电波形。

图7是实施方式2中的电动机的绕组电路图。

图8是实施方式2中的电动机的绕组电路图。

图9是实施方式2中的电动机的绕组规格说明图。

图10是实施方式2中的电动机的绕组规格说明图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明本发明的实施方式。此外，图中，相同标号表示相同或对应部分。

实施方式1

下面，基于附图对本发明的实施方式1进行说明。作为电动机，以永磁体式内转子电动机为例来进行说明。图1是沿与输出轴24正交的方向示出电动机2的定子和转子的示意图。在位于中心的输出轴24的周围，设置有与输出轴24一起旋转的转子23。此外，在转子23的外周交替配置有永磁体25的N、S极，即、总计设置有10极。永磁体25以等角度间隔的方式配置。呈同轴状地配置定子20，并在定子20与上述永磁体25之间设置间隙。定子20设置有12个槽21及12个齿22，槽21收纳线圈绕组，槽21及齿22沿周向交替配置。

线圈绕组从一个槽卷绕至相邻的槽，以跨过1个齿22。图2中，示意性记载了2组三相线圈。线圈绕组的电路如图2所示，由△(三角形)接线的2组线圈、总计12个线圈构成，其中，第1组为U+、U-、V+、V-、W+、W-，第二组为X+、X-、Y+、Y-、Z+、Z-。本实施方式1的电动机具备图1所示的槽配置及图2的电路。

另外，使用图3及图4对绕组进行详细说明。图3及图4是呈直线状地将定子20展开后得到的图，示出了线圈卷绕于12个齿22的情况。此外，为了使说明便于理解，将2组线圈绕组按组进行划分并分别记载在图3及图4中。作为实际的电动机2，是将图3与图4相重合后来得到的。U、V、W的组与X、Y、Z的组采用同一绕组构造。关于图中左起的3个齿22(U+、V-、W+)，以从图中左起向右的右卷绕方式卷绕多次。此外，接下来3个(U-、V+、W-)是相反的左卷绕方式。此外，各齿都是从左侧起开始卷绕，并在右侧结束卷绕，为同一构造，在所有齿上线圈绕组用的引出线成为同一模式。并且，U+的绕组结束部(26U+e)与6个齿之后的U-绕组起始部(26U-s)通过连续线相连接，并未被切断。另外，过渡线27U、27V、27W是单独的线圈导线或电导体，通过例如焊接与线圈导线或电导体相连接，这样的部位用黑色圆形标记来示出。

同样地，X、Y、Z相的线圈绕组在位于图中左半部分的齿22上也为右卷绕，在右半部分为左卷绕，且同一相由连续线构成。如上所述，对于在左半部分相邻的各齿，卷绕方向相同。虽然右半部分为反向卷绕，但也同样连续地进行卷绕。如上所述，一半的线圈以同样的方式沿同一方向进行卷绕，并延伸至6个之后的齿，此外，剩余的线圈通过连续线与所述一半的线圈进行连接，虽然剩余的线圈为反向卷绕，但相邻的线圈也沿同一方向进行卷绕，因此，能同时卷绕1组三相线圈。并且，也能同时卷绕2组6根线圈绕组，能简化绕线机的构造，由于为同一卷绕规格，因此也能缩短加工时间。另外，绕组起始部、绕组结束部通过同一构造来引出，在定子的上方既可以进行△(三角形)接线，也可以进行Y接线。Y接线的情况下也能得到减少转矩脉动的效果。

本实施方式的电动机是5对10极的12槽电动机，构成为具有2组三相线圈绕组，且各组插入至相邻的槽，并沿同一方向进行卷绕。由此，相邻的线圈绕组适用

360(度)÷5(对)＝72(度)→360(度)，

机械角为72度，若转换成电气角则为360度。

此外，槽间距的条件适用

360(度)÷12(槽)＝30(度)→150(度)，

机械角为30度，若转换成电气角则为150度。

如上所述，图1～图4中所示的槽间距为150度电气角的相位偏移。

接着，关于控制电动机2的控制单元1，用图5的整体电路图来进行说明。图5是以电动助力转向装置为例的整体电路图，电动机及其控制装置(控制单元1)构成车辆用的电动助力转向装置。驱动电动机2的控制单元1向电动机2的2组线圈绕组供电。控制单元1的外部设置有搭载于车辆的电池6、点火开关7、以及对方向盘的转向转矩进行检测的转矩传感器、车速传感器等传感器类8。此外，在控制单元1内包含以下部分：向电动机2提供电流的所谓的逆变器电路3a、3b；包含电源电路13、输入电路12、CPU10及驱动电路11a、11b在内的小信号电路；滤波器17；以及起到电源继电器的作用的电源用开关元件5a、5b。

控制单元1内的上述各部位的连接与动作的概要如下：若驾驶员接通点火开关7，则由电源电路13向CPU10、输入电路12、驱动电路11a、11b提供恒定电压。此外，逆变器电路3a、3b用的电源经由滤波器17(电容和电感)来提供。来自车速传感器、转矩传感器等传感器类8的信息经由输入电路12被发送至CPU10，CPU10基于这些信息运算向电动机2进行供电的控制量，并经由作为输出的初级的驱动电路11来进行输出。此外，检测逆变器电路3a、3b内各部分的电压或电流、并检测电动机2的输出轴的旋转的旋转传感器9所得出的旋转角的各信息也经由输入电路12被传输至CPU10。具有开关继电器功能的电源用开关元件5a、5b插入至+B电源线。该开关元件例如是FET，作为寄生二极管，串联配置有与电流供给方向顺方向以及逆方向的元件。利用该开关元件能在逆变器电路3a、3b或电动机2产生故障等情况下强制切断供电。该开关元件5的驱动也由CPU10经由驱动电路11来控制。

为电动机2的2组三相绕组(U相、V相、W相、X相、Y相、Z相)内置了2组相同电路结构的逆变器电路3a、3b，逆变器电路3a、3b中各相具有相同的构成，包括3个开关元件的结构及电容器30等。分别具备：2个串联的构成上下臂的开关元件(图中，以U相为代表示出，标记为31U、32U)；以及具有在电动机绕组与所述开关元件间进行开闭的继电器功能的电动机继电器用开关元件(图中，以U相为代表示出，标记为34U)。基于CPU10的指令来对上下臂用开关元件进行PWM驱动，因此，出于抑制噪声的目的，在附近还连接有电容器(图中，以U相为代表示出，标记为30U)。此外，为了检测流过电动机2的电流，还连接有分流电阻(图中，以U相为代表示出，标记为33U)。上下臂的开关元件之间或电动机绕组(U相、V相、W相)的端子电压、以及分流电阻的电压被传输至CPU10，掌握CPU10的控制指令值(目标值)与实际的电流、电压值之间的差异，进行所谓的反馈控制，进而还进行各部分的故障判定。此外，利用旋转传感器9检测出旋转角，CPU10计算出电动机的旋转位置或速度，并将其用于控制定时。

接着，用图6来说明控制单元1的CPU10中的逆变器电路3a、3b的控制方法。图6是针对电动机线圈的供电波形，对于逆变器3a、3b进行独立控制，并利用正弦波PWM控制来导通大致呈正弦波状的电流。图6的实线U、V、W示出了向U相、V相、W相各自的电动机线圈提供电流的电流提供定时。由于是三相控制，因此，以120度的相位差来控制各相。同样地，点划线X、Y、Z示出X相、Y相、Z相的电流提供定时，各相具有120度相位差。示出了如下情况：第1组U、V、W与第2组X、Y、Z的相位差偏移了150度＝5/6π(电气角)。这里的150度，是因为图1～图4中的两组线圈绕组的相位差为150度，所以在控制方面也要进行150度相位差控制。关于该相位差，利用图5的旋转传感器9的旋转角信息，CPU10能够简单地实现任意的相位差输出。

如上所述，在具有2组多相线圈绕组的电动机中，2组相邻的线圈绕组的卷绕方向相同，用于向上述线圈绕组供电的控制电路为各个组独立地提供控制，并将其相位差设为150度，因此，线圈绕组的构造变得简单，其结果是能使用于进行卷绕的机械简单化，还能缩短加工时间。

实施方式2

接着，使用图7～图10对本发明的实施方式2进行说明。另外，本实施方式2中，除了以下所说明的内容，其他部分与上述实施方式1相同。

图7及图8是本发明实施方式2中的电路图。电路与图3及图4相同，但卷绕开始线与卷绕结束线的取出方法不同。图3及图4中，统一为从各齿的左侧起开始卷绕，并在右侧结束卷绕，但在图7及图8中，U+、V-、W+、X-、Y+、Z-的卷绕开始线与U-、V+、W-、X+、Y-、Z+的卷绕结束线从相同的方向被引出。与卷绕开始和卷绕结束无关地，通过在相同的方向上引出需要进行连接的引出线，从而能使引出线的处理变得容易，能缩短加工时间。此外，在采用该构造的情况下，如图9及图10那样，可以相对于电动机轴向将连续线28U、28V、28W配置在引出线的相反侧。由此，通过将连续线28U、28V、28W配置在过渡线的轴向相反侧，从而能增大过渡线27U、27V、27W的空间，处理将变得容易。

在中等输出以下、具有集中卷绕的2组多相绕组的电动机中，上述本实施方式2与实施方式1同样地也能简化线圈绕组并提高可加工性，并且能减少驱动时的转矩脉动、以及降低因转矩脉动而引起的噪声。

以上，参照优选实施方式对本发明的内容进行了具体说明，但基于本发明的基本技术思想以及教导能得到各种改变实施方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。

标号说明

20定子，21槽，22齿，23转子，25永磁体，27U、27V、27W过渡线，28U、28V、28W连续线。

Claims (7)

1.一种电动机，具有永磁体式转子，定子的线圈绕组由2组三相绕组构成，线圈绕组以集中卷绕的方式卷绕于齿，1组三相绕组以隔开1个齿的方式进行卷绕，另一组三相绕组卷绕于1组三相绕组之间的齿，所述电动机的特征在于，

1组的1个相的线圈绕组分别集中卷绕于2个齿，

在同一相的线圈绕组中，一个齿的绕组端部与另一个齿的绕组端部通过连续线相连接，

在各相的线圈绕组中，1个齿的卷绕方向与隔开规定齿的同一相的齿的卷绕方向为反向卷绕，上述1个齿与隔开规定齿的同一相的齿通过连续线进行连接，

1组的6个相邻的定子的线圈绕组的一半沿相同方向进行卷绕，并且该1组的6个相邻的定子的线圈绕组的另一半沿与所述1组的6个相邻的定子的线圈绕组的一半相反的方向进行卷绕，

另1组的6个相邻的定子的线圈绕组的一半沿相同方向进行卷绕，并且该另1组的6个相邻的定子的线圈绕组的另一半沿与所述另1组的6个相邻的定子的线圈绕组的一半相反的方向进行卷绕，

向线圈绕组供电的控制单元对于2组线圈绕组具有独立的控制电路，2组控制信号被控制为成150度的相位差。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

各相的线圈绕组进行集中卷绕，以使得从齿的一侧起开始卷绕，并在另一侧结束卷绕。

3.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

各相的线圈绕组中，从相邻的6个齿分别引出的需要利用过渡线来进行连接的卷绕开始线、以及从剩余的相邻的6个齿分别引出的需要利用过渡线来进行连接的卷绕结束线从齿的同一侧被引出。

4.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，

在各相的线圈绕组中，相对于需要利用过渡线来进行连接的引出线，连接隔开规定齿的同一相的绕组的连续线在轴向上的相反侧被取出。

5.如权利要求1至4的任一项所述的电动机，其特征在于，

构成车辆用的电动助力转向装置。

6.如权利要求1至4的任一项所述的电动机，其特征在于，

具备5对10极的永磁体以及12个槽。

7.如权利要求6所述的电动机，其特征在于，

构成车辆用的电动助力转向装置。

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