CN115428304A - 具有波形卷绕的线圈构造的定子、具备定子的三相交流电动机及定子的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在槽数除以极数所得的值为既约分数的三相交流电动机中,实现能够容易地进行自动绕线的分布卷绕的线圈构造。在周向配置的槽的槽数6N(N为正整数)比极数2P(P为正整数)的1.5倍大且槽数6N除以极数2P所得的值为既约分数的分数槽型三相交流电动机的定子(1)中,在将槽数6N除以极数2P所得的值的商设为X(X为正整数)时,具备六个由以X或X+1的任一槽间距呈波形卷绕地配置在槽内的线圈构成的线圈组,六个线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置。

Description

具有波形卷绕的线圈构造的定子、具备定子的三相交流电动 机及定子的制造方法
技术领域
本发明涉及具有波形卷绕的线圈构造的定子、具备该定子的三相交流电动机以及定子的制造方法。
背景技术
现今,作为能够降低三相交流电动机的齿槽转矩以及转矩脉动的极与槽的组合,已知具有将槽数除以极数所得的值为既约分数的分数槽的三相交流电动机。这样的三相交流电动机也被称为“分数槽三相交流电动机”。
在具有分数槽的三相交流电动机中,能够以增大极数和槽数的最小公倍数的方式选定极数和槽数,并且能够减小高次的分布卷绕系数的值,因此能够减少转矩脉动。
并且,在具有槽数比极数的1.5倍大的分数槽的三相交流电动机中,虽然存在转矩脉动变小的倾向,但由于向槽插入的绕线的槽间距比一个槽(相邻的槽间的距离)大,所以需要分布卷绕的线圈构造。
分布卷绕的绕线方法大致分为重叠卷绕、同心卷绕以及波形卷绕这三种。其中,波形卷绕是将遍及360度的环状的线圈弯曲成波形状并卷装于定子的槽的方法。波形卷绕因线圈间的搭接线较少,因此具有线圈端部(未被收纳于定子的线圈端部)也能够较小的优点。
并且,在具有分数槽的三相交流电动机中,能够从任意的值选择由偶数预定的极数、由3的倍数预定的槽数。因此,相对于所选择的极数,也能够选择较小的值的槽数。通过以减小槽间距的方式选择极数和槽数,从而能够缩短各线圈的线圈端部的周长,能够减小线圈端部。其结果,能够实现电动机的小型化,还具有减少线圈的铜损的效果。
另一方面,在具有分数槽的三相交流电动机中,通常在特定的槽的每一个槽中,成为混合存在二相的绕组的双层卷绕构造的重叠卷绕。重叠卷绕的任意相邻的两个线圈的线圈端部平行地排列。因此,在从定子中心朝向定子的外周的任意径向上,两个以上的环的形状的线圈重合,成为整周卷绕。因此,在将线圈插入到定子时,需要用一部分线圈进行替换作业。即,在制造电动机时,难以使用插入方式的自动绕线机等将线圈自动地插入到定子。在具有分数槽的三相交流电动机中,期望确立能够容易地进行自动绕线的制造方法。
并且,在具有分数槽的三相交流电动机中,将槽数除以极数所得的值不是整数,从而和一个磁极对应的定子的槽的数量与磁极的周期不一致。因此,若不是重叠卷绕而欲仅通过波形卷绕来卷装所有槽,则因周期性的不一致,每一相需要三个以上的多个环状线圈,或者仅通过环状线圈无法占有所有槽而需要多个环形状的小线圈,或者需要多个将线圈与线圈连接的搭接线,或者需要将波形卷绕的环状线圈的一部分扭转成形的工序。
例如,已知一种三相交流电动机,具备:转子,其具有多对磁极;定子,其具有沿上述转子的旋转轴方向形成且在周向上排列的多个槽,并与上述转子在径向上对置配置;以及多个绕组,其插入到上述槽而卷装于上述定子,其特征在于,在将上述转子的极数设为2P、将插入上述定子的绕组的槽数设为N、因将槽数N除以极对数P所得的值不是整数而是将上述定子的槽数N除以极数2P所得的商设为X时,利用各相的绕组在上述定子具有:第一环状卷装部,其以波形卷绕且以X或X+1的任一槽间距卷绕比定子的内径大且卷绕预定的圈数的一个线圈,在周向上在槽卷装360度;第二环状卷装部,其与上述第一环状卷装部相同,以波形卷绕且以X或X+1的任一槽间距卷绕一个线圈,在与上述第一环状卷装部完全不重叠的位置在周向上错开地在槽卷装360度;以及多个第三卷装部,其遍及两个槽地由绕组卷绕而卷装形成,上述第一环状卷装部、上述第二环状卷装部以及上述多个第三卷装部的各相分别串联连接(例如,参照专利文献1)。
例如,已知一种三相电枢绕组,是双层重叠卷绕的分数槽卷绕三相电枢绕组,每一极一相的槽数q由q=A+B/C(其中,A为≥1的整数,B为正整数,C=4、5、7、8,B/C为既约分数)表示,其特征在于,将全相带分成连续的相带数各为C个的绕组群,将属于各个绕组群的线圈中的一个线圈分割成导体数为其它线圈的约1/2的两个线圈,分配到相邻的两个相带,并将该分割线圈分配到并联电路(例如,参照专利文献2)。
例如,已知一种车辆用交流发电机,其特征在于,具有:定子,其具有形成有多个槽的定子铁芯,并且由被收纳于上述多个槽的每一个槽的多个导体构成定子绕组;以及转子,其具有以极性在旋转方向上交替不同的方式配置的多个磁极,并且经由空隙而设于上述定子,电连接跨越相邻的三个上述槽配置且以与上述多个磁极对应的方式跨越多个上述槽配置的多个上述导体,构成一个相的相绕组,该相绕组构成几个而构成一个多相绕组,该多相绕组的圈数分别具有相同的圈数,将该多相绕组相互并联地电连接而构成,上述相绕组在上述磁极的每一极中由五根上述导体构成(例如,参照专利文献3)。
例如,已知一种马达定子,其特征在于,具备:绕组引导机构,其设于定子铁芯的轴向侧面、即定子的线圈端部;以及定子绕组,在三相马达的情况下,使U、V、W相中的U相绕组通过定子的槽,在线圈端部被上述绕组引导机构引导,由此卷绕在V、W相的槽的线圈端面的入口未被填埋的位置,将V相的绕组与U相绕组相同地卷绕在还未卷绕的W相的槽的线圈端面的入口未被填埋的位置,W相的绕组的线圈端部与U相和V相的绕组的线圈端部重叠,以使W相的线圈端部的电线的长度尽可能短的方式卷绕(例如,参照专利文献4)。
例如,已知一种三相旋转电机的波形卷绕绕组,在薄板厚度方向上层叠并电连接有多片螺旋卷绕片状线圈,该螺旋卷绕片状线圈以使线圈导体呈螺旋状地连接并成为波形卷绕结构而卷装形成,上述线圈导体具有交替地插通到定子铁芯的各槽的线圈边部和与上述线圈边部形成为一体且将上述线圈边部的同一侧端部连接的线圈端部,其特征在于,在上述薄板厚度方向上相邻的上述螺旋卷绕片状线圈在可动件磁极的移动方向上错开地配置,在各上述螺旋卷绕片状线圈间串联连接有同相的相线圈(例如,参照专利文献5)。
例如,已知一种旋转电机,具备:电枢铁芯,其具有沿周向排列的多个齿;以及电枢绕组,其由以分布卷绕方式配置于上述齿间的槽内的m相绕组(m为正整数)形成,其特征在于,上述m相绕组分为第一m相绕组群和第二m相绕组群这两个组,构成上述第一m相绕组群的各相的导线的卷绕始端分别配置于第一个~第m个槽,构成上述第二m相绕组群的各相的导线的卷绕始端分别配置于第(m+1)个~第二m个槽,在每个上述m相绕组群中,从各个卷绕始端沿上述电枢铁芯的周向呈波状地卷绕,在上述电枢铁芯的径向上,将上述槽沿径向开口的一侧设为槽前端侧,将其相反侧设为槽根部侧,在上述槽内的绕组位置,在将槽根部侧定义为第一层、将槽前端侧定义为第二层时,上述第一m相绕组群和上述第二m相绕组群卷绕为从第一层伸出的m相绕组群进入第二层、从第二层伸出的m相绕组群进入第一层,在上述槽内,在径向上交替地配置有上述第一m相绕组群和上述第二m相绕组群(例如,参照专利文献6)。
例如,已知一种三相旋转电机的波形卷绕绕组,以使线圈导体成为全节波状卷绕结构的方式卷装形成,上述线圈导体具有交替地插通到定子铁芯的各槽的线圈边部和与上述线圈边部形成为一体且将上述线圈边部的同一侧端部连接的线圈端部,其特征在于,上述槽是每极每相槽数为整数的整数槽,具有在一个槽内收纳三相中的单一相的线圈边部的单相槽、以及在一个槽内收纳三相中的多相的线圈边部的多相槽,上述波形卷绕绕组串联连接有多个周向长度为上述定子铁芯的周向长度的自然数倍且定子周长倍数的线圈边部数相等的等价结构的部分线圈,在上述定子铁芯的径向上相邻的上述部分线圈配置为,一方的上述部分线圈相对于另一方的上述部分线圈在可动件磁极的移动方向上错开预定槽数,上述串联连接的上述部分线圈的个数亦即部分线圈数设定为上述每极每相槽数以下的自然数,相邻的上述部分线圈间的上述预定槽数的错开量设定为从上述每极每相槽数减1后的自然数以下的自然数(例如,参照专利文献7)。
例如,已知一种旋转电机的多相波形卷绕绕组,具备:槽导体部,其将由扁线构成的各相的线圈导体波形卷绕为交替地插通到沿圆筒状的铁芯的轴线方向延伸的各槽,并层叠在上述槽内;以及过渡导体部,其将上述槽导体部彼此连接并从上述铁芯的两端面沿上述轴线方向突出而构成线圈端部,其特征在于,上述过渡导体部由从上述槽导体部沿上述轴线方向延伸的一对延伸部和将上述一对延伸部的前端相连的连结部形成为“コ”形状,并且上述过渡导体部以上述铁芯的径向相对于上述轴线方向的弯曲角度互不相同的状态依次层叠(例如,参照专利文献8)。
例如,已知一种旋转电机的定子的制造方法,是卷装有线圈的旋转电机的定子的制造方法,其特征在于,包括如下各工序:在沿长度方向具有多个沟槽的线圈成形夹具的上述沟槽内周期性地卷装线圈,并且在成为线圈的卷绕方向端的上述沟槽折回而进一步卷绕的工序;在由沿周向具有多个在外周侧开口的槽的磁性体构成的内铁芯的上述槽内,将卷绕于上述线圈成形夹具的上述线圈以卷绕方向两端成为同一上述槽的方式转印的工序;以及在上述槽外周侧开口部固定由磁性体构成的外铁芯的工序(例如,参照专利文献9)。
例如,已知一种旋转电机,其特征在于,具有:三相的定子绕组,其构成为以在各相具有两个以上的并联电路的方式并联连接多个线圈而成为波形卷绕方式;以及定子铁芯,其具备分别收纳构成同相的上述并联电路的两个以上的上述线圈的多个槽(例如,参照专利文献10)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-152730号公报
专利文献2:日本特开昭59-222066号公报
专利文献3:日本专利第4292877号公报
专利文献4:日本特开2002-034191号公报
专利文献5:日本特开2014-090614号公报
专利文献6:日本特开2012-152006号公报
专利文献7:日本专利第6191450号公报
专利文献8:日本特开2010-142019号公报
专利文献9:日本专利第4734159号公报
专利文献10:日本特开2018-157709号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在槽数除以极数所得的值为既约分数的三相交流电动机中,由于分布卷绕所形成的绕组的配置变得复杂,所以插入到槽的绕组的线圈数增多,不适于制造中的绕线工序的自动化。并且,与重叠卷绕、同心卷绕相比,波形卷绕比较适于绕线工序的自动化,但例如需要在准备多个环状线圈以及小线圈的基础上配置于槽,从而存在线圈的数量较多、制造方法复杂的问题。因此,在槽数除以极数所得的值为既约分数的三相交流电动机中,期望实现能够容易地进行自动绕线的分布卷绕的线圈构造。
用于解决课题的方案
根据本公开的一个方案,一种周向配置的槽的槽数6N(N为正整数)比极数2P(P为正整数)的1.5倍大且槽数6N除以极数2P所得的值为既约分数的分数槽型三相交流电动机的定子,在将槽数6N除以极数2P所得的值的商设为X(X为正整数)时,具备六个由以X或X+1的任一槽间距呈波形卷绕地配置在槽内的线圈构成的线圈组,六个线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置。
并且,根据本公开的一个方案,三相交流电动机具备上述定子和与定子在径向上对置配置的转子。
并且,根据本公开的一个方案,一种周向配置的槽的槽数6N(N为正整数)比极数2P(P为正整数)的1.5倍大且槽数6N除以极数2P所得的值为既约分数的分数槽型三相交流电动机的定子的制造方法,具备如下步骤:第一绝缘步骤,在形成有在外周侧开口的槽的内铁芯中,在槽内配置第一绝缘材料;线圈组形成步骤,以在将槽数6N除以极数2P所得的值的商设为X(X为正整数)时的X或X+1的任一槽间距,将成形为波形卷绕形状的线圈插入到配置有第一绝缘材料的槽内,从而形成波形卷绕的线圈组;第二绝缘步骤,在槽内的线圈的外周侧配置第二绝缘材料;以及外铁芯配置步骤,在具有配置有第一绝缘材料、线圈组以及第二绝缘材料的槽的内铁芯的外周侧配置外铁芯。
发明的效果如下。
根据本公开的一个方案,在槽数除以极数所得的值为既约分数的三相交流电动机中,可实现具有能够在容易的工艺中进行自动绕线的分布卷绕的线圈构造的定子。
附图说明
图1是示出本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的线圈配置的展开剖视图。
图2是本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的外观图。
图3A是示出本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的槽间距与线圈端部的关系的图,且是定子的外观图。
图3B是示出本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的槽间距与线圈端部的关系的图,且是定子的剖视图。
图4A是说明本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的第一线圈组的配置的展开剖视图。
图4B是说明本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的第一线圈组的配置的剖视图。
图5是示出说明图4A及图4B所示的定子的第一线圈组的配置的示意圆的图。
图6A是说明本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的第一线圈组的配置的展开剖视图。
图6B是说明本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的第一线圈组的配置的剖视图。
图7是示出表示图1~图6B所示的定子的线圈组的卷绕始端以及卷绕始端的位置的示意圆的图。
图8是示出表示图1~图6B所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图。
图9是说明图1~图8所示的定子的线圈组的三相绕组的结构的展开剖视图(其1)。
图10是说明图1~图8所示的定子的线圈组的三相绕组的结构的展开剖视图(其2)。
图11是示出表示在本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子中由按照一笔画出的要领配置的绕组构成的线圈组的示意圆的图。
图12是说明在本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子中由按照一笔画出的要领配置的绕组构成的线圈组的展开剖视图。
图13A是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出-U相绕组。
图13B是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出+V相绕组。
图13C是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出-W相绕组。
图13D是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出+U相绕组。
图13E是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出-V相绕组。
图13F是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出+W相绕组。
图14是示出本公开的实施方式的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子的线圈配置的展开剖视图。
图15是示出表示图14所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图。
图16是示出表示图14及图15所示的定子的线圈组的卷绕始端以及卷绕始端的位置的示意圆的图。
图17是示出表示在本公开的实施方式的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子中由按照一笔画出的要领配置的绕组构成的线圈组的示意圆的图。
图18是说明在本公开的实施方式的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子中由按照一笔画出的要领配置的绕组构成的线圈组的展开剖视图。
图19是示出本公开的实施方式的八极三十槽的三相交流电动机中的定子的线圈配置的展开剖视图。
图20A是示出表示图19所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图,示出第一线圈组的配置。
图20B是示出表示图19所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图,示出表示定子中的线圈组的卷绕始端以及卷绕始端的位置的示意圆。
图21是说明本公开的实施方式的八极三十槽的三相交流电动机中的绕组配置的旋转对称性的剖视图。
图22是示出本公开的实施方式的八极三十六槽的三相交流电动机中的定子的线圈配置的展开剖视图。
图23A是示出表示图22所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图,示出第一线圈组的配置。
图23B是示出表示图22所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图,示出表示定子中的线圈组的卷绕始端以及卷绕始端的位置的示意圆。
图24是说明本公开的实施方式的八极三十六槽的三相交流电动机中的绕组配置的旋转对称性的剖视图。
图25是示出能够应用本公开的实施方式的槽配置的三相交流电动机的极数与槽数的关系的图。
图26A是示出本公开的实施方式的三相交流电动机的定子所使用的内铁芯的立体图。
图26B是示出本公开的实施方式的三相交流电动机的定子所使用的内铁芯的俯视图。
图27A是示出在图26A及图26B所示的内铁芯配置有第一绝缘材料的状态的立体图。
图27B是示出在图26A及图26B所示的内铁芯配置有第一绝缘材料的状态的俯视图。
图28A是示出本公开的实施方式的三相交流电动机的定子所使用的扁线的立体图,示出由扁线构成的线材。
图28B是示出本公开的实施方式的三相交流电动机的定子所使用的扁线的立体图,示出波形卷绕的绕组。
图29A是说明在图27A及图27B所示的配置有第一绝缘材料的内铁芯配置图28B所示的波形卷绕的绕组的处理的立体图,示出配置绕组的处理中的内铁芯。
图29B是说明在图27A及图27B所示的配置有第一绝缘材料的内铁芯配置图28B所示的波形卷绕的绕组的处理的立体图,示出配置绕组后的内铁芯。
图30是示出在图29A及图29B所示的内铁芯配置有第二绝缘材料的状态的立体图。
图31是示出在图30所示的内铁芯的外周侧配置有外铁芯的状态的立体图。
图32是示出在预定的部位将按照一笔画出的要领配置于图31所示的内铁芯的槽的绕组切断并利用搭接线进行接线而得到的定子的立体图。
图33A是示出具有三相交流电动机的波形卷绕的线圈的定子中的现有的绕线工序的一例的图。
图33B是示出具有三相交流电动机的波形卷绕的线圈的定子中的现有的绕线工序的一例的图。
图33C是示出具有三相交流电动机的波形卷绕的线圈的定子中的现有的绕线工序的一例的图。
图34是举例示出具备本公开的实施方式的定子的三相交流电动机的外观的图。
图35是说明本公开的一个实施方式中的线圈的定义的图。
图36A是说明本公开的一个实施方式中的线圈组的定义的图,示出在说明线圈配置时使用的示意圆。
图36B是说明本公开的一个实施方式中的线圈组的定义的图,示出圆柱状的铁芯的外观例。
具体实施方式
以下,参照附图,对具有波形卷绕的线圈构造的定子以及具备该定子的三相交流电动机进行说明。各附图中,对相同的部件标注相同的符号。并且,为了使理解变得容易,在这些附图中适当地变更了比例尺。并且,附图所示的方式是用于实施的一例,并不限定于图示的方式。
在以下的说明中,将由一根供电流流动的铜线等线材构成的线称为“绕组”。并且,将使用线材制作闭合的圈的形状、以相同形状连结并以成束的方式重叠的部件称为“线圈”。线圈分为被收纳于定子的槽的部分和未被收纳于定子的槽的部分,但在明确地区分各个部分时,将前者称为“绕组”,将后者称为“线圈端部”。并且,将被收纳于定子的槽的线圈所跨越的槽的数量称为“槽间距”。线圈分为被收纳于定子的槽的部分和未被收纳于定子的槽的部分,但在明确地区分各个部分时,将前者称为“绕组”,将后者称为“线圈端部”。并且,将相对于定子的轴向的两端面一边交替地形成线圈端部一边将线圈卷装于槽的绕线方法称为“波形卷绕”。
并且,在与本公开的一个实施方式的定子对置的转子中,配置有2P个(P为正整数)磁极,将2P的值称为极数。并且,将极数除以2所得的值亦即P称为极对数。
图35是说明本公开的一个实施方式中的线圈的定义的图。如图35所示,线圈4由被收纳于槽的正绕组(+绕组)41P及负绕组(-绕组)41N和未被收纳于槽的线圈端部42构成。在被收纳于槽的线圈的两个绕组(正绕组及负绕组)中,分别流动相位相差180度的电流,因此槽间距需要为在每一极中电角度为180度左右、用机械角度换算为“180度÷极数”左右的槽间距。在本公开的实施方式中,槽间距由“通过槽数÷极数而得到的值中的商亦即十进制表述上的整数部分”、或者“通过槽数÷极数而得到的值中的商亦即十进制表述上的整数部分+1”的任一值规定。
图36A是说明本公开的一个实施方式中的线圈组的定义的图,示出在说明线圈配置时使用的示意圆。图36B是说明本公开的一个实施方式中的线圈组的定义的图,示出圆柱状的铁芯的外观例。
如图36B所示,在定子1中,铁芯3由内铁芯3-1和配置于内铁芯3-1的外周侧的外铁芯3-2构成。在内铁芯3-1设有在外周侧开口的槽2。铁芯3具有圆柱形状,但在以下说明的实施方式中,将铁芯3所具有的两个底面中的一方面侧称为“定子表面侧”,将另一方面侧称为“定子背面侧”。在本公开的实施方式中,在定子1中,未被收纳于槽2的线圈端部在定子表面侧及定子背面侧露出。
在以下说明的实施方式中,为了简化说明,使用图36A所示的示意圆来示出内铁芯3-1中的线圈4的配置。在示意圆中,用呈圆状地排列成的梯形示出内铁芯3-1。在图36A所示的示意圆中,相邻的梯形之间相当于槽2,但上述梯形之间并非示出图36B所示的槽2的“开口方向”本身。对各槽标记“槽识别编号”。图36B所示的铁芯3的定子背面侧在图36A所示的示意圆中与梯形的圆状排列的内周侧对应,图36B所示的铁芯3的定子表面侧在图36A所示的示意圆中与梯形的圆状排列的外周侧对应。并且,在示意圆中,用粗实线表示线圈,用从示意圆的外周侧朝向内周侧的箭头表示一个线圈组中的线圈的卷绕始端,用从示意圆的内周侧朝向外周侧的箭头表示该线圈组的线圈的卷绕末端。例如,图36A中示出如下一个线圈组:线圈的卷绕始端位于槽识别编号1所示的槽,以使线圈端部交替地露出于定子背面侧和定子表面侧的方式对线圈进行波形卷绕,线圈的卷绕末端位于槽识别编号3所示的槽。
并且,在本公开的实施方式中,将线圈组的卷绕始端、卷绕末端以及槽配置相同的线圈的集合称为“线圈组”。将波形卷绕的一个连接(连接成一个)的线圈的从卷绕始端到卷绕末端的集合称为“组合”。因此,即使是相同的线圈组(即,线圈组的卷绕始端、卷绕末端以及槽配置相同的线圈的集合),在存在多个未成为一个连接的线圈的集合的情况下,上述集合分别作为不同的“组合”来处理。例如,图36B中示出两个线圈组的卷绕始端、卷绕末端以及槽配置相同的线圈的集合,但它们作为一个“线圈组”来处理,但在这两个线圈的集合未成为一个连接的情况下,线圈的集合分别作为不同的“组合”来处理。也就是说,在一个线圈组中可能存在不同的线圈的组合。当然,也可能在一个线圈组中仅存在一个组合。
以下,使用在图35、图36A及图36B中说明的凡例,对本公开的实施方式的定子以及具备该定子的三相交流电动机进行说明。
本公开的实施方式的三相交流电动机是周向配置的槽的槽数6N(N为正整数)比极数2P(P为正整数)的1.5倍大、槽数6N除以极数2P所得的值为既约分数的分数槽型三相交流电动机,具备定子和与定子在径向上对置配置的转子。槽数6N除以极数2P所得的值表示线圈的槽间距。在槽数6N除以极数2P所得的值比1.5大的三相交流电动机中,线圈的槽间距为2以上,成为分布卷绕(重叠卷绕)的线圈构造。在将槽数6N除以极数2P所得的值的十进制表述上的整数部分亦即商设为X(X为正整数)时,本公开的实施方式的定子具备六个由以X或X+1的任一槽间距呈波形卷绕地配置在槽内的线圈构成的线圈组。六个线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置。
例如在十极三十六槽的三相交流电动机中,槽数36除以极数10所得的值为3.6,因此满足“槽数比极数的1.5倍大”这一必要条件。并且,槽数36除以极数10所得的值亦即18/5是既约分数,因此可以说是分数槽型。
图1是示出本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的线圈配置的展开剖视图。定子1本来呈圆柱状,但为了容易理解说明,也使用将圆柱状的定子1直线地展开的展开剖视图进行说明。图1中,为了简化明确附图,将36个槽的线圈配置分为两段(即槽识别编号1~18和槽识别编号19~36)来示出。并且,图2是本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的外观图。此外,图2中,记载为能够透视铁芯3内的线圈4。
图1以及在下文中示出的各图中,U、V、W表示三相交流的各相,电角度分别具有±120度的相位差。并且,“+”和“-”示出电流的方向,其相位差的电角度为180度。在设于定子1的铁芯3的各槽2,分别各配置+U、-U、+V、-V、+W、-W的合计六相带的任意两个。在各配置中,插入有相同数量的铜线等供电流流动的线材。并且,在下文中示出的展开剖视图中,用实线表示在定子表面侧露出的线圈端部(即未被收纳于槽2的线圈),用虚线表示在定子背面侧露出的线圈端部。并且,用黑色圆点“●”表示被收纳于槽2的绕组(即配置为在同一槽中从定子表面侧向定子背面侧或从定子背面侧向定子表面侧贯穿的绕组)。并且,在下文中示出的展开剖视图中,用朝下的箭头表示一个线圈组中的线圈的卷绕始端,用朝上的箭头表示该线圈组的线圈的卷绕末端。
图3A是示出本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的槽间距与线圈端部的关系的图,且是定子的外观图。图3B是示出本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的槽间距与线圈端部的关系的图,且是定子的剖视图。此外,图3A中,记载为能够透视铁芯3内的线圈4。
在十极三十六槽的三相交流电动机中,由于槽数36除以极数10所得的值的十进制表述上的整数部分亦即商为3,所以在定子1设置六个由以3或4(=3+1)的任一槽间距呈波形卷绕地配置在槽2内的线圈4构成的线圈组。六个线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置。
尤其是在十极三十六槽的三相交流电动机中,能够设置由以交替重复3槽间距和4槽间距的方式配置于槽2的波形卷绕的线圈构成的线圈组。例如,如图3A及图3B所示,4槽间距量的线圈端部在定子表面侧露出,3槽间距量的线圈端部在定子背面侧露出。并且,3槽间距及4槽间距的各槽间距数合计后的值亦即7约为每两极(一个极对)的槽间距。该值7乘以极对数5(10极除以2所得的值)所得的值为35,与全槽数的36不一致,因此具有如下特征:即使以3槽间距和4槽间距交替地呈波形卷绕地卷装于定子的槽并绕定子的周向旋转一周,也不会返回到原先的位置(卷绕始端的位置)。这是因为:3槽间距及4槽间距的各槽间距数合计后的值亦即7与槽数36为互质的关系。
图4A是说明本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的第一线圈组的配置的展开剖视图。图4B是说明本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的第一线圈组的配置的剖视图。并且,图5是示出说明图4A及图4B所示的定子的第一线圈组的配置的示意圆的图。
如图1、图4A、图4B及图5所示,在第一线圈组中,线圈从槽识别编号1的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号1错开3槽间距的槽识别编号4的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号4错开4槽间距的槽识别编号8的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号8错开3槽间距的槽识别编号11的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号11错开4槽间距的槽识别编号15的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号15错开3槽间距的槽识别编号18的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号18错开4槽间距的槽识别编号22的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号22错开3槽间距的槽识别编号25的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号25错开4槽间距的槽识别编号29的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号29错开3槽间距的槽识别编号32的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号32错开4槽间距的槽识别编号36的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号36错开3槽间距的槽识别编号3的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第一线圈组将槽识别编号1的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号3的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第一线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的一半绕组。
关于第二线圈组~第六线圈组,也由以交替重复3槽间距和4槽间距的方式配置于槽2的波形卷绕的线圈构成。
图6A是说明本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的第一线圈组的配置的展开剖视图。图6B是说明本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的第一线圈组的配置的剖视图。
如图1、图6A及图6B所示,第二线圈组配置于从第一线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第二线圈组中,从第一线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号1的槽错开6槽间距(60度)后的槽识别编号7的槽成为卷绕始端的位置。更详细而言,在第二线圈组中,线圈从槽识别编号7的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号7错开3槽间距的槽识别编号10的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号10错开4槽间距的槽识别编号14的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号14错开3槽间距的槽识别编号17的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号17错开4槽间距的槽识别编号21的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号21错开3槽间距的槽识别编号24的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号24错开4槽间距的槽识别编号28的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号28错开3槽间距的槽识别编号31的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号31错开4槽间距的槽识别编号35的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号35错开3槽间距的槽识别编号38的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号2错开4槽间距的槽识别编号6的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号6错开3槽间距的槽识别编号9的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第二线圈组将槽识别编号7的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号9的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第二线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的一半绕组。
第三线圈组配置于从第二线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置,第四线圈组配置于从第三线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。并且,第五线圈组配置于从第四线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置,第六线圈组配置于从第五线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。
即,如图1所示,第三线圈组配置于从第二线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第三线圈组中,从第二线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号7的槽错开6槽间距后的槽识别编号13的槽成为卷绕始端的位置。更详细而言,在第三线圈组中,线圈从槽识别编号13的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号13错开3槽间距的槽识别编号16的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号16错开4槽间距的槽识别编号20的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号20错开3槽间距的槽识别编号23的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号23错开4槽间距的槽识别编号27的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号27错开3槽间距的槽识别编号30的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号30错开4槽间距的槽识别编号34的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号34错开3槽间距的槽识别编号1的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号1错开4槽间距的槽识别编号5的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号5错开3槽间距的槽识别编号8的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号8错开4槽间距的槽识别编号12的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号12错开3槽间距的槽识别编号15的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第三线圈组将槽识别编号13的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号15的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第三线圈组能够作为第三相绕组(例如W相绕组)中的一半绕组来使用。
如图1所示,第四线圈组配置于从第三线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第四线圈组中,从第三线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号13的槽错开6槽间距后的槽识别编号19的槽成为卷绕始端的位置。更详细而言,在第四线圈组中,线圈从槽识别编号19的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号19错开3槽间距的槽识别编号22的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号22错开4槽间距的槽识别编号26的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号26错开3槽间距的槽识别编号29的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号29错开4槽间距的槽识别编号33的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号33错开3槽间距的槽识别编号36的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号36错开4槽间距的槽识别编号4的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号4错开3槽间距的槽识别编号7的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号7错开4槽间距的槽识别编号11的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号11错开3槽间距的槽识别编号14的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号14错开4槽间距的槽识别编号18的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号18错开3槽间距的槽识别编号21的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第四线圈组将槽识别编号19的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号21的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第四线圈组能够作为第一相绕组(例如U相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
如图1所示,第五线圈组配置于从第四线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第五线圈组中,从第四线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号19的槽错开6槽间距后的槽识别编号25的槽成为卷绕始端的位置。更详细而言,在第五线圈组中,线圈从槽识别编号25的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号25错开3槽间距的槽识别编号28的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号28错开4槽间距的槽识别编号32的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号32错开3槽间距的槽识别编号35的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号35错开4槽间距的槽识别编号3的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号3错开3槽间距的槽识别编号6的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号6错开4槽间距的槽识别编号10的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号10错开3槽间距的槽识别编号13的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号13错开4槽间距的槽识别编号17的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号17错开3槽间距的槽识别编号20的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号20错开4槽间距的槽识别编号24的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号24错开3槽间距的槽识别编号27的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第五线圈组将槽识别编号25的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号27的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第五线圈组能够作为第二相绕组(例如V相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
如图1所示,第六线圈组配置于从第五线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第六线圈组中,从第五线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号25的槽错开6槽间距后的槽识别编号31的槽成为卷绕始端的位置。更详细而言,在第六线圈组中,线圈从槽识别编号31的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号31错开3槽间距的槽识别编号34的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号34错开4槽间距的槽识别编号2的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号2错开3槽间距的槽识别编号5的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号5错开4槽间距的槽识别编号9的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号9错开3槽间距的槽识别编号12的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号12错开4槽间距的槽识别编号16的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号16错开3槽间距的槽识别编号19的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号19错开4槽间距的槽识别编号23的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号23错开3槽间距的槽识别编号26的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号26错开4槽间距的槽识别编号30的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号30错开3槽间距的槽识别编号33的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第六线圈组将槽识别编号31的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号33的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第六线圈组能够作为第三相绕组(例如W相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
图7是示出表示图1~图6B所示的定子的线圈组的卷绕始端以及卷绕始端的位置的示意圆的图。图8是示出表示图1~图6B所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图。
在图1~图6B所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子1中,第一线圈组将槽识别编号1的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号3的槽作为卷绕末端的位置。第二线圈组将槽识别编号7的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号9的槽作为卷绕末端的位置。第三线圈组将槽识别编号13的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号15的槽作为卷绕末端的位置。第四线圈组将槽识别编号19的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号21的槽作为卷绕末端的位置。第五线圈组将槽识别编号25的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号27的槽作为卷绕末端的位置。第六线圈组将槽识别编号31的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(20度)的槽识别编号33的槽作为卷绕末端的位置。
例如,第一线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的一半绕组,第四线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第一线圈组与第四线圈组连结,能够构成为定子1中的第一相绕组(例如U相绕组)。并且,第二线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的一半绕组,第五线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第二线圈组与第五线圈组连结,能够构成为定子1中的第二相绕组(例如V相绕组)。另外,第三线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的一半绕组,第六线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第三线圈组与第六线圈组连结,能够构成为定子1中的第三相绕组(例如W相绕组)。这样,通过将第一线圈组~第六线圈组分别配置于槽,并利用搭接线如上所述地将各线圈组连接,能够构成三相绕组。
也可以分别构成多个第一线圈组~第六线圈组来构成三相绕组。以下列举其中两个例子。
图9是说明图1~图8所示的定子的线圈组的三相绕组的结构的展开剖视图(其1)。图9中,为了简化明确附图,将36个槽的线圈配置分为两段(即槽识别编号1~18和槽识别编号19~36)来示出。在将图1~图8所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子1的各线圈组分别配置为绕两周的情况下,第一线圈组~第六线圈组分别各构成两个。例如,关于两个第一线圈组,利用搭接线将以槽识别编号1的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号3的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于两个第二线圈组,利用搭接线将以槽识别编号7的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号9的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于两个第三线圈组,利用搭接线将以槽识别编号13的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号15的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于两个第四线圈组,利用搭接线将以槽识别编号19的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号21的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于两个第五线圈组,利用搭接线将以槽识别编号25的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号27的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于两个第六线圈组,利用搭接线将以槽识别编号31的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号33的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。通过利用搭接线将上述的两个第一线圈组与两个第四线圈组连结,能够构成为定子1中的第一相绕组(例如U相绕组)。通过利用搭接线将上述的两个第二线圈组与两个第五线圈组连结,能够构成为定子1中的第二相绕组(例如V相绕组)。通过利用搭接线将上述的两个第三线圈组与两个第六线圈组连结,能够构成为定子1中的第三相绕组(例如W相绕组)。
图10是说明图1~图8所示的定子的线圈组的三相绕组的结构的展开剖视图(其2)。图10中,为了简化明确附图,将36个槽的线圈配置分为两段(即槽识别编号1~18和槽识别编号19~36)来示出。在将图1~图8所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子1的各线圈组分别配置为绕三周的情况下,第一线圈组~第六线圈组分别各构成三个。例如,关于三个第一线圈组,利用搭接线将以槽识别编号1的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号3的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于三个第二线圈组,利用搭接线将以槽识别编号7的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号9的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于三个第三线圈组,利用搭接线将以槽识别编号13的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号15的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于三个第四线圈组,利用搭接线将以槽识别编号19的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号21的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于三个第五线圈组,利用搭接线将以槽识别编号25的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号27的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。关于三个第六线圈组,利用搭接线将以槽识别编号31的槽为卷绕始端的位置的线圈彼此连结,利用搭接线将以槽识别编号33的槽为卷绕末端的位置的线圈彼此连结。通过利用搭接线将上述的三个第一线圈组与三个第四线圈组连结,能够构成为定子1中的第一相绕组(例如U相绕组)。通过利用搭接线将上述的三个第二线圈组与三个第五线圈组连结,能够构成为定子1中的第二相绕组(例如V相绕组)。通过利用搭接线将上述的三个第三线圈组与三个第六线圈组连结,能够构成为定子1中的第三相绕组(例如W相绕组)。
在上述的十极三十六槽的三相交流电动机的实施方式中,将第一线圈组~第六线圈组分别配置于槽,并利用搭接线将各线圈组连接,从而构成了三相绕组。作为其变形例,也可以按照一笔画出的要领将一个绕组配置于槽,在此基础上,在分别划分第一线圈组~第六线圈组的位置切断绕组,从而形成第一线圈组~第六线圈组,之后利用搭接线将各线圈组连接,从而构成三相绕组。以下说明其中一例。
图11是示出表示在本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子中由按照一笔画出的要领配置的绕组构成的线圈组的示意圆的图。并且,图12是说明在本公开的实施方式的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子中由按照一笔画出的要领配置的绕组构成的线圈组的展开剖视图。
将线圈从槽识别编号1的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复3槽间距和4槽间距的方式将线圈沿顺时针方向绕一周地配置于槽,并将线圈从槽识别编号3的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第一线圈组的部分。将从槽识别编号3的槽的定子表面侧引出的线圈(图11的虚线箭头、图12的粗虚线)进一步从槽识别编号7的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复3槽间距和4槽间距的方式将线圈沿顺时针方向绕一周地配置于槽,并将线圈从槽识别编号9的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第二线圈组的部分。将从槽识别编号9的槽的定子表面侧引出的线圈(图11的虚线箭头、图12的粗虚线)进一步从槽识别编号13的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复3槽间距和4槽间距的方式将线圈沿顺时针方向绕一周地配置于槽,并将线圈从槽识别编号15的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第三线圈组的部分。将从槽识别编号15的槽的定子表面侧引出的线圈(图11的虚线箭头、图12的粗虚线)进一步从槽识别编号19的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复3槽间距和4槽间距的方式将线圈沿顺时针方向绕一周地配置于槽,并将线圈从槽识别编号21的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第四线圈组的部分。将从槽识别编号21的槽的定子表面侧引出的线圈(图11的虚线箭头、图12的粗虚线)进一步从槽识别编号25的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复3槽间距和4槽间距的方式将线圈沿顺时针方向绕一周地配置于槽,并将线圈从槽识别编号27的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第五线圈组的部分。将从槽识别编号27的槽的定子表面侧引出的线圈(图11的虚线箭头、图12的粗虚线)进一步从槽识别编号31的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复3槽间距和4槽间距的方式将线圈沿顺时针方向绕一周地配置于槽,并将线圈从槽识别编号33的定子背面侧朝向定子表面侧插入。
这样,将一个绕组从槽识别编号1的槽的定子表面侧插入,按照上述的顺序以一笔画出的要领进行配置,最终从槽识别编号33的槽且从定子表面侧引出,由此能够得到连续的一个绕组。接着,关于以该要领配置的绕组,分别将如下部分切断:从槽识别编号3的槽(相当于第一线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号7的槽(相当于第二线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分;从槽识别编号9的槽(相当于第二线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号13的槽(相当于第三线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分;从槽识别编号15的槽(相当于第三线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号19的槽(相当于第四线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分;从槽识别编号21的槽(相当于第四线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号25的槽(相当于第五线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分;从槽识别编号27的槽(相当于第五线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号31的槽(相当于第六线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分。由此,分别划分第一线圈组~第六线圈组而形成第一线圈组~第六线圈组。
之后,分别如在下文中说明那样经由搭接线将如上所述地划分出的第一线圈组~第六线圈组连结,从而构成三相绕组。即,通过利用搭接线将第一线圈组与第四线圈组连结,来构成定子1中的第一相绕组(例如U相绕组)。通过利用搭接线将第二线圈组与第五线圈组连结,来构成定子1中的第二相绕组(例如V相绕组)。通过利用搭接线将第三线圈组与第六线圈组连结,来构成定子1中的第三相绕组(例如W相绕组)。
十极三十六槽的三相交流电动机具备上述的定子1和与定子1在径向上对置配置的转子。
接下来,对在极数2P为2的奇数倍(即极对数P为奇数)的分数槽型三相交流电动机的定子中成立的线圈组的配置的线对称性进行说明。
在转子的极数为2的奇数倍(即极对数为奇数)的情况下,在六个线圈组的配置中,线对称性成立。在六个线圈组的配置中,线对称性成立。在图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机的情况下,极数10为2的5倍(即2的奇数倍),因此线对称性成立。
图13A是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出-U相绕组。图13B是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出+V相绕组。图13C是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出-W相绕组。图13D是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出+U相绕组。图13E是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出-V相绕组。图13F是说明图1~图12所示的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的绕组配置的线对称性的剖视图,示出+W相绕组。
如图13A所示,-U相绕组配置于槽识别编号1、7、8、14、15、21、22、29及36。-U相绕组相对于周平面上的第一对称轴100U呈线对称地配置。
如图13B所示,+V相绕组配置于槽识别编号6、7、13、14、20、21、27、28及35。+V相绕组相对于周平面上的第二对称轴100V呈线对称地配置。
如图13C所示,-W相绕组配置于槽识别编号5、12、13、19、20、26、27、33及34。-W相绕组相对于周平面上的第三对称轴100W呈线对称地配置。
如图13D所示,+U相绕组配置于槽识别编号3、4、11、18、19、25、26、32及33。+U相绕组相对于周平面上的第一对称轴100U呈线对称地配置。
如图13E所示,-V相绕组配置于槽识别编号2、3、9、10、17、24、25、31及32。-V相绕组相对于周平面上的第二对称轴100V呈线对称地配置。
如图13F所示,+相绕组配置于槽识别编号1、2、8、9、15、16、23、30及31。+W相绕组相对于周平面上的第三对称轴100W呈线对称地配置。
如图13A~图13F所示,在十极三十六槽的三相交流电动机的定子1中,关于同一相带的绕组,到相邻的绕组为止的槽间距为50度的情况存在五处,10度的情况存在三处。也就是说,在槽数除以极数所得的值为既约分数的分数槽型三相交流电动机的定子中,绕组配置并非以均等的角度分布,即没有旋转对称性。另一方面,在极对数P为5以上的奇数的情况下,必然存在线对称轴。这基于以下的理由。
关于±U、±V、±W的六相带的每一个,当以使定子的线圈所产生的感应电压的波形接近正弦波的方式使绕组的配置最佳化时,各个相带的绕组以成为等分布的方式且以接近360÷极对数P的值的槽间距配置,因此绕组以接近正P边形(其中,P是极对数)的方式配置。
一般而言,在极对数P为奇数的情况下,正P边形除了具有P次旋转对称性以外,还具有以垂直地通过各顶点以及该顶点的对边的中心的线为轴的线对称性。
若将±U、±V、±W的六相带中的一相的绕组配置于分数槽型定子的槽,则以接近具有奇数P个顶点的正P边形的方式配置绕组。绕组的配置无法具有旋转对称性,但由于“P-1”一定是偶数,所以在P个顶点中,除了某一个顶点以外,连续的(P-1)/2个顶点和与其相邻的(P-1)/2个顶点以线对称的方式配置。另外,该线对称线通过剩余的一个顶点。
例如,使用图13A以十极三十六槽的三相交流电动机为例进行说明。-U绕组配置于槽识别编号1、7、8、14、15、21、22、29及36的合计九个槽。当将相邻的槽识别编号1和36、7和8、14和15、21和22分别考虑为一块时,九个-U相的绕组配置呈接近正五边形的形状。
由于-U相的绕组转子的极对数为5,所以电角度为360度的一个极对的周期以机械角换算时为360÷5=72度。另一方面,由于槽数为36槽,所以一个槽间距为360÷36=10度。从某-U相的绕组到相邻的-U的绕组为止的槽间距优选为电角度一个周期大小的机械角72度。然而,槽识别编号1和36、槽识别编号7和8、槽识别编号14和15、槽识别编号21和22的槽间距只能取一个槽的大小的10度。并且,槽识别编号1和7、槽识别编号8和14、槽识别编号15和21的槽间距只能取五个槽的大小的50度。因此,-U的绕组配置没有旋转对称性。另外,根据绕组的等分布性,使九个-U相的绕组中的配置于槽识别编号1和36的槽的两个绕组与配置于槽识别编号21和22的槽的两个绕组以100U为线对称轴而呈线对称地配置。另外,线对称轴100U也是配置于槽识别编号7和8的槽的两个绕组与配置于槽识别编号14和15的槽的两个绕组的线对称轴,因此作为结果,可以说100U是将九个-U相的绕组二等分的线对称轴。基于相同的理由,剩余的各五相带的绕组配置也不具有旋转对称性,但具有线对称轴。并且,在十极三十六槽的三相交流电动机的情况下,-U相和+U相的线对称轴100U、-V相和+V相的线对称轴100V、-W相和+W相的线对称轴100W与分割线圈组的线一致。
以上,总结绕组的线对称性时,U相绕组配置为具有一个线对称的轴,V相绕组配置为具有一个线对称的轴,W相绕组配置为具有一个线对称的轴。即,U相绕组相对于线对称轴100U呈线对称地配置,V相绕组相对于线对称轴100V呈线对称地配置,W相绕组相对于线对称轴100W呈线对称地配置。第一对称轴100U、第二对称轴100V以及第三对称轴100W相互错开60度地配置。这是极对数P为奇数且槽数除以极数所得的值为既约分数的三相交流电动机的特征。由于-U、+U、-V、+V、-W、+W这六相带全部为线对称,所以上述六相带除了线对称轴上的绕组以外,还必须分别具有偶数个绕组。并且,线对称轴上的绕组在各相的正绕组(+绕组)和负绕组(-绕组)中位于180度相反侧,成为对称的位置关系。因此,通过对各相适当地采用负绕组(-绕组)与正绕组(+绕组)的组合,能够在各相的负绕组(-绕组)与正绕组(+绕组)具有线对称性的状态下分解成两个线圈组。例如在十极三十六槽的三相交流电动机中,能够由图13A的-U相绕组和图13D的+U相绕组形成图8的第一线圈组以及第四线圈组,由图13B的-V相绕组和图13E的+V相绕组形成图8的第二线圈组以及第五线圈组,由图13C的-W相绕组和图13F的+W相绕组形成图8的第三线圈组以及第六线圈组。
接下来,对十极二十四槽的三相交流电动机中的定子进行说明。
图14是示出本公开的实施方式的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子的线圈配置的展开剖视图。图15是示出表示图14所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图。
在十极二十四槽的三相交流电动机中,槽数24除以极数10所得的值为2.4,因此满足“槽数比极数的1.5倍大”这一必要条件。并且,槽数24除以极数10所得的值亦即12/5是既约分数,因此可以说是分数槽型。
在十极二十四槽的三相交流电动机中,由于槽数24除以极数10所得的值的十进制表述上的整数部分亦即商为2,所以在定子1设置六个由以2或3(=2+1)的任一槽间距呈波形卷绕地配置在槽2内的线圈4构成的线圈组。六个线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置。
尤其是在十极二十四槽的三相交流电动机中,能够设置由以交替重复2槽间距和3槽间距的方式配置于槽2的波形卷绕的线圈构成的线圈组。例如,3槽间距量的线圈端部在定子表面侧露出,2槽间距量的线圈端部在定子背面侧露出。并且,2槽间距和3槽间距的各槽间距数合计后的值亦即5约为每两极(一个极对)的槽间距。该值5乘以极对数5(除以10极后的值)所得的值为25,与全槽数的24不一致,因此具有如下特征:即使以2槽间距和3槽间距交替地呈波形卷绕地卷装于定子的槽并绕一周,也不会返回到原先的位置(卷绕始端的位置)。这是因为:2槽间距及3槽间距的各槽间距合计后的值亦即5与槽数24为互质的关系。
如图14及图15所示,在第一线圈组中,线圈从槽识别编号1的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号1沿逆时针方向错开2槽间距的槽识别编号23的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号23沿逆时针方向错开3槽间距的槽识别编号20的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号20沿逆时针方向错开2槽间距的槽识别编号18的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号18沿逆时针方向错开3槽间距的槽识别编号15的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号15沿逆时针方向错开2槽间距的槽识别编号13的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号13沿逆时针方向错开3槽间距的槽识别编号10的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号10沿逆时针方向错开2槽间距的槽识别编号8的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第一线圈组将槽识别编号1的槽作为卷绕始端的位置,沿逆时针方向约绕一周而将槽识别编号8的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第一线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的一半绕组。
关于第二线圈组~第六线圈组,也由以交替重复2槽间距和3槽间距的方式配置于槽2的波形卷绕的线圈构成。
如图14及图15所示,第二线圈组配置于从第一线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第二线圈组中,从第一线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号1的槽沿顺时针方向错开4槽间距(60度)后的槽识别编号5的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起,沿逆时针方向交替重复2槽间距和3槽间距地在各个槽内进行卷装,则从第一线圈组的卷绕末端亦即识别编号8沿顺时针方向错开4槽间距后的识别编号12的槽成为第二线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第二线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的一半绕组。
如图14及图15所示,第三线圈组配置于从第二线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第三线圈组中,从第二线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号12的槽沿顺时针方向错开4槽间距(60度)后的槽识别编号16的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起,沿逆时针方向交替重复2槽间距和3槽间距地在各个槽内进行卷装,则从第二线圈组的卷绕末端亦即识别编号12沿顺时针方向错开4槽间距后的识别编号16的槽成为第三线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第三线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的一半绕组。
如图14及图15所示,第四线圈组配置于从第三线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第四线圈组中,从第三线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号16的槽沿顺时针方向错开4槽间距(60度)后的槽识别编号20的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起,沿逆时针方向交替重复2槽间距和3槽间距地在各个槽内进行卷装,则从第三线圈组的卷绕末端亦即识别编号16沿顺时针方向错开4槽间距后的识别编号20的槽成为第四线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第四线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的剩余一半绕组。
如图14及图15所示,第五线圈组配置于从第四线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第五线圈组中,从第四线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号20的槽沿顺时针方向错开4槽间距(60度)后的槽识别编号24的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起,沿逆时针方向交替重复2槽间距和3槽间距地在各个槽内进行卷装,则从第四线圈组的卷绕末端亦即识别编号20沿顺时针方向错开4槽间距后的识别编号24的槽成为第五线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第五线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的剩余一半绕组。
如图14及图15所示,第六线圈组配置于从第五线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第六线圈组中,从第五线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号24的槽沿顺时针方向错开4槽间距(60度)后的槽识别编号4的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起,沿逆时针方向交替重复2槽间距和3槽间距地在各个槽内进行卷装,则从第五线圈组的卷绕末端亦即识别编号24沿顺时针方向错开4槽间距后的识别编号4的槽成为第六线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第六线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的剩余一半绕组。
图16是示出表示图14及图15所示的定子的线圈组的卷绕始端以及卷绕始端的位置的示意圆的图。
在图14及图15所示的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子1中,第一线圈组将槽识别编号1的槽作为卷绕始端的位置,沿逆时针方向约绕一周而将槽识别编号8的槽作为卷绕末端的位置。第二线圈组将槽识别编号5的槽作为卷绕始端的位置,沿逆时针方向约绕一周而将槽识别编号12的槽作为卷绕末端的位置。第三线圈组将槽识别编号9的槽作为卷绕始端的位置,沿逆时针方向约绕一周而将槽识别编号16的槽作为卷绕末端的位置。第四线圈组将槽识别编号13的槽作为卷绕始端的位置,沿逆时针方向约绕一周而将槽识别编号20的槽作为卷绕末端的位置。第五线圈组将槽识别编号17的槽作为卷绕始端的位置,沿逆时针方向约绕一周而将槽识别编号24的槽作为卷绕末端的位置。第六线圈组将槽识别编号21的槽作为卷绕始端的位置,沿逆时针方向约绕一周而将槽识别编号4的槽作为卷绕末端的位置。
例如,第一线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的一半绕组,第四线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第一线圈组与第四线圈组连结,能够构成为定子1中的第一相绕组(例如U相绕组)。并且,第二线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的一半绕组,第五线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第二线圈组与第五线圈组连结,能够构成为定子1中的第二相绕组(例如V相绕组)。并且,第三线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的一半绕组,第六线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第三线圈组与第六线圈组连结,能够构成为定子1中的第三相绕组(例如W相绕组)。这样,通过将第一线圈组~第六线圈组分别配置于槽,并利用搭接线如上所述地将各线圈组连接,能够构成三相绕组。此外,在十极二十四槽的三相交流电动机中,也可以与十极三十六槽的三相交流电动机相同,分别构成多个第一线圈组~第六线圈组来构成三相绕组。
在上述的十极二十四槽的三相交流电动机的实施方式中,将第一线圈组~第六线圈组分别配置于槽,并利用搭接线将各线圈组连接,从而构成了三相绕组。作为其变形例,也可以按照一笔画出的要领将一个绕组配置于槽,在此基础上,在分别划分第一线圈组~第六线圈组的位置切断绕组,从而形成第一线圈组~第六线圈组,之后利用搭接线将各线圈组连接,从而构成三相绕组。以下说明其中一例。
图17是示出表示在本公开的实施方式的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子中由按照一笔画出的要领配置的绕组构成的线圈组的示意圆的图。并且,图18是说明在本公开的实施方式的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子中由按照一笔画出的要领配置的绕组构成的线圈组的展开剖视图。
在参照图14~图16说明的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子中,沿顺时针方向在槽内配置绕组,但在参照图17及图18说明的十极二十四槽的三相交流电动机中的定子中,沿逆时针方向按照一笔画出的要领配置槽绕组。此处,对将十极二十四槽的三相交流电动机中的定子1的各线圈组分别绕两周且按照一笔画出的要领配置的例子进行说明。第一线圈组~第六线圈组分别各构成两个。
首先,相当于第一个第一线圈组~第六线圈组的部分按照一笔画出的要领形成。
将线圈从槽识别编号1的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复2槽间距和3槽间距的方式沿逆时针方向将线圈配置于槽,并将线圈从槽识别编号8的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第一线圈组的部分。将从槽识别编号8的槽的定子表面侧引出的线圈进一步从槽识别编号5的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复2槽间距和3槽间距的方式沿逆时针方向将线圈配置于槽,并将线圈从槽识别编号12的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第二线圈组的部分。将从槽识别编号12的槽的定子表面侧引出的线圈进一步从槽识别编号9的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复2槽间距和3槽间距的方式沿逆时针方向将线圈配置于槽,并将线圈从槽识别编号16的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第三线圈组的部分。将从槽识别编号16的槽的定子表面侧引出的线圈进一步从槽识别编号13的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复2槽间距和3槽间距的方式沿逆时针方向将线圈配置于槽,并将线圈从槽识别编号20的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第四线圈组的部分。将从槽识别编号20的槽的定子表面侧引出的线圈进一步从槽识别编号17的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复2槽间距和3槽间距的方式沿逆时针方向将线圈配置于槽,并将线圈从槽识别编号24的定子背面侧朝向定子表面侧插入。由此形成相当于第五线圈组的部分。将从槽识别编号24的槽的定子表面侧引出的线圈进一步从槽识别编号21的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,如上所述地以交替重复2槽间距和3槽间距的方式沿逆时针方向将线圈配置于槽,并将线圈从槽识别编号4的定子背面侧朝向定子表面侧插入。
这样,将一个绕组从槽识别编号1的槽的定子表面侧插入,按照上述的顺序以一笔画出的要领沿逆时针方向进行配置,最终从槽识别编号21的槽且从定子表面侧引出,由此能够得到连续的一个绕组。接着,关于以该要领配置的绕组,分别将如下部分切断:从槽识别编号8的槽(相当于第一线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号5的槽(相当于第二线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分;从槽识别编号12的槽(相当于第二线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号9的槽(相当于第三线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分;从槽识别编号16的槽(相当于第三线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号13的槽(相当于第四线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分;从槽识别编号20的槽(相当于第四线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号17的槽(相当于第五线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分;以及从槽识别编号24的槽(相当于第五线圈组的卷绕末端的位置)的定子表面侧引出并从槽识别编号21的槽(相当于第六线圈组的卷绕始端的位置)的定子表面侧插入的线圈部分。由此,分别划分第一线圈组~第六线圈组而形成第一线圈组~第六线圈组。
之后,分别如在下文中说明那样经由搭接线将如上所述地划分出的第一线圈组~第六线圈组连结,从而构成三相绕组。即,通过利用搭接线将第一线圈组与第四线圈组连结,来构成定子1中的第一相绕组(例如U相绕组)。通过利用搭接线将第二线圈组与第五线圈组连结,来构成定子1中的第二相绕组(例如V相绕组)。通过利用搭接线将第三线圈组与第六线圈组连结,来构成定子1中的第三相绕组(例如W相绕组)。
十极二十四槽的三相交流电动机具备上述的定子1和与定子1在径向上对置配置的转子。
接下来,对八极三十槽的三相交流电动机中的定子进行说明。
图19是示出本公开的实施方式的八极三十槽的三相交流电动机中的定子的线圈配置的展开剖视图。图19中,为了简化明确附图,将30个槽的线圈配置分为两段(即槽识别编号1~15和槽识别编号16~30)来示出。并且,图20A是示出表示图19所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图,示出第一线圈组的配置。并且,图20B是示出表示图19所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图,示出定子中的线圈组的卷绕始端以及卷绕始端的位置的示意圆。
在八极三十槽的三相交流电动机中,槽数30除以极数8所得的值为3.75,因此满足“槽数比极数的1.5倍大”这一必要条件。并且,将槽数30除以极数8所得的值亦即15/4是既约分数,因此可以说是分数槽型。
在八极三十槽的三相交流电动机中,由于槽数30除以极数8所得的值的十进制表述上的整数部分亦即商为3,所以在定子1设置六个由以3或4(=3+1)的任一槽间距呈波形卷绕地配置在槽2内的线圈4构成的线圈组。六个线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置。
在八极三十槽的三相交流电动机中,能够设置由以3槽间距或4槽间距的任一槽间距配置于槽2的波形卷绕的线圈构成的线圈组。例如,3槽间距量或4槽间距量的线圈端部在定子表面侧露出,3槽间距量或4槽间距量的线圈端部在定子背面侧露出。
如图19、图20A及图20B所示,在第一线圈组中,线圈从槽识别编号1的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号2错开3槽间距的槽识别编号4的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号4错开3槽间距的槽识别编号7的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号7错开4槽间距的槽识别编号11的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号11错开4槽间距的槽识别编号15的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号15错开4槽间距的槽识别编号19的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号19错开4槽间距的槽识别编号23的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号23错开4槽间距的槽识别编号27的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号27错开3槽间距的槽识别编号30的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号30错开3槽间距的槽识别编号3的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第一线圈组将槽识别编号1的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了两个槽(24度)的槽识别编号3的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第一线圈组能够作为第一相绕组(例如U相绕组)中的一半绕组来使用。
如上所述,关于第一线圈组,以“3、3、4、4、4、4、4、3、3”的槽间距配置波形卷绕的线圈。第二线圈组~第六线圈组也由具有相同的槽间距的波形卷绕的线圈构成。
如图19、图20A及图20B所示,第二线圈组配置于从第一线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第二线圈组中,从第一线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号1的槽错开5槽间距(60度)后的槽识别编号6的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“3、3、4、4、4、4、4、3、3”的槽间距在槽内进行卷装,则从第一线圈组的卷绕末端亦即识别编号3错开5槽间距后的识别编号8的槽成为第二线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第二线圈组能够作为第二相绕组(例如V相绕组)中的一半绕组来使用。
如图19、图20A及图20B所示,第三线圈组配置于从第二线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第三线圈组中,从第二线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号6的槽错开5槽间距(60度)后的槽识别编号11的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“3、3、4、4、4、4、4、3、3”的槽间距在槽内进行卷装,则从第二线圈组的卷绕末端亦即识别编号8错开5槽间距后的识别编号13的槽成为第三线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第三线圈组能够作为第三相绕组(例如W相绕组)中的一半绕组来使用。
如图19、图20A及图20B所示,第四线圈组配置于从第三线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第四线圈组中,从第三线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号11的槽错开5槽间距(60度)后的槽识别编号16的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“3、3、4、4、4、4、4、3、3”的槽间距在槽内进行卷装,则从第三线圈组的卷绕末端亦即识别编号13错开5槽间距后的识别编号18的槽成为第四线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第四线圈组能够作为第一相绕组(例如U相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
如图19、图20A及图20B所示,第五线圈组配置于从第四线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第五线圈组中,从第四线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号16的槽错开5槽间距(60度)后的槽识别编号21的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“3、3、4、4、4、4、4、3、3”的槽间距在槽内进行卷装,则从第四线圈组的卷绕末端亦即识别编号18错开5槽间距后的识别编号23的槽成为第五线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第五线圈组能够作为第二相绕组(例如V相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
如图19、图20A及图20B所示,第六线圈组配置于从第五线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第六线圈组中,从第五线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号21的槽错开5槽间距(60度)后的槽识别编号26的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“3、3、4、4、4、4、4、3、3”的槽间距在槽内进行卷装,则从第五线圈组的卷绕末端亦即识别编号23错开5槽间距后的识别编号28的槽成为第六线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第六线圈组能够作为第三相绕组(例如W相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
例如,第一线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的一半绕组,第四线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第一线圈组与第四线圈组连结,能够构成为定子1中的第一相绕组(例如U相绕组)。并且,第二线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的一半绕组,第五线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第二线圈组与第五线圈组连结,能够构成为定子1中的第二相绕组(例如V相绕组)。并且,第三线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的一半绕组,第六线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第三线圈组与第六线圈组连结,能够构成为定子1中的第三相绕组(例如W相绕组)。这样,通过将第一线圈组~第六线圈组分别配置于槽,并利用搭接线如上所述地将各线圈组连接,能够构成三相绕组。
八极三十槽的三相交流电动机具备上述的定子1和与定子1在径向上对置配置的转子。
接下来,对在极数2P为2的偶数倍(即极对数P为偶数)的分数槽型三相交流电动机的定子中成立的线圈组的配置的旋转对称性进行说明。
在转子的极数为2的偶数倍(即极对数为偶数)的情况下,六个线圈组的配置的旋转对称性成立。在图19~图24所示的八极三十槽的三相交流电动机的情况下,极数8为2的4倍(即2的偶数倍),因此旋转对称性成立。
图21是说明本公开的实施方式的八极三十槽的三相交流电动机中的绕组配置的旋转对称性的剖视图。此处,对-U相绕组及+U相绕组的配置的旋转对称性进行说明,而对于-V相绕组及+V相绕组、-W相绕组及+W绕组,也成立相同的说明。图21中,空心圆圈“○”表示-U相绕组,黑色圆圈“●”表示+U相绕组。
例如在八极三十槽的三相交流电动机中,-U相的绕组在每一极一相中分别各配置1.25个(=30÷8÷3)槽。由于在每一极一相中为1.25个槽,所以一层的槽被绕组填埋的部位有六处,两层的槽被绕组填埋的部位有两处。也就是说,-U相的绕组以八个极对填埋15个槽。+U相的绕组也相同,由于在每一极一相中为1.25个槽,所以一层的槽被绕组填埋的部位有六处,两层的槽被绕组填埋的部位有两处。如图21所示,能够以轴200U为界,将-U相及+U相的线圈的组合二等分。这也是因为八极三十槽的三相交流电动机为四极十五槽的两个周期(槽识别编号1~15的槽与槽识别编号16~30的槽为相同的绕组配置)。这样,在八极三十槽的三相交流电动机中,具有两次旋转对称性。由于-U、+U、-V、+V、-W、+W这六相带全部具有两次旋转对称性,所以上述六相带必须分别具有偶数个绕组。因此,通过对各相适当地采用负绕组(-绕组)与正绕组(+绕组)的组合,能够在各相的负绕组(-绕组)与正绕组(+绕组)具有旋转对称性的状态下分解成两个线圈组。例如在八极三十槽的三相交流电动机中,由图21B的-U相绕组和+U相绕组形成图20A及图20B的第一线圈组以及第四线圈组。同样,能够由-V相绕组和+V相绕组形成第二线圈组以及第五线圈组,由-W相绕组和+W相绕组形成第三线圈组以及第六线圈组。
接下来,对八极三十六槽的三相交流电动机中的定子进行说明。
图22是示出本公开的实施方式的八极三十六槽的三相交流电动机中的定子的线圈配置的展开剖视图。图22中,为了简化明确附图,将36个槽的线圈配置分为两段(即槽识别编号1~18和槽识别编号19~36)来示出。并且,图23A是示出表示图22所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图,示出第一线圈组的配置。另外,图23B是示出表示图22所示的定子的线圈组的线圈配置的示意圆的图,示出定子中的线圈组的卷绕始端以及卷绕始端的位置的示意圆。
八极三十六槽的三相交流电动机中,槽数36除以极数8所得的值为4.5,因此满足“槽数比极数的1.5倍大”这一必要条件。并且,槽数36除以极数8所得的值亦即9/2是既约分数,因此可以说是分数槽型。
在八极三十六槽的三相交流电动机中,由于槽数36除以极数8所得的值的十进制表述上的整数部分亦即商为4,所以在定子1设置六个由以4或5(=4+1)的任一槽间距呈波形卷绕地配置在槽2内的线圈4构成的线圈组。六个线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置。
在八极三十六槽的三相交流电动机中,能够设置由以4槽间距或5槽间距的任一槽间距配置于槽2的波形卷绕的线圈构成的线圈组。例如,4槽间距量或5槽间距量的线圈端部在定子表面侧露出,4槽间距量或5槽间距量的线圈端部在定子背面侧露出。
如图22、图23A及图23B所示,在第一线圈组中,线圈从槽识别编号1的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号2错开5槽间距的槽识别编号6的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号6错开4槽间距的槽识别编号10的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号10错开5槽间距的槽识别编号15的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号15错开4槽间距的槽识别编号19的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号19错开4槽间距的槽识别编号23的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号23错开4槽间距的槽识别编号27的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号27错开5槽间距的槽识别编号32的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号32错开4槽间距的槽识别编号36的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号36错开5槽间距的槽识别编号5的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。另外,线圈从与槽识别编号5错开5槽间距的槽识别编号10的槽的定子表面侧朝向定子背面侧插入,并从与槽识别编号10错开4槽间距的槽识别编号14的槽的定子背面侧朝向定子表面侧插入。这样,第一线圈组将槽识别编号1的槽作为卷绕始端的位置,将沿顺时针方向绕一周且进一步前进了13个槽(130度)的槽识别编号14的槽作为卷绕末端的位置。像这样配置的第一线圈组能够作为第一相绕组(例如U相绕组)中的一半绕组来使用。
如上所述,关于第一线圈组,以“5、4、5、4、4、4、5、4、5、5、4”的槽间距配置波形卷绕的线圈。第二线圈组~第六线圈组也由具有相同的槽间距的波形卷绕的线圈构成。
如图22、图23A及图23B所示,第二线圈组配置于从第一线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第二线圈组中,从第一线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号1的槽错开6槽间距(60度)后的槽识别编号7的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“5、4、5、4、4、4、5、4、5、5、4”的槽间距在槽内进行卷装,则从第一线圈组的卷绕末端亦即识别编号14错开6槽间距后的识别编号20的槽成为第二线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第二线圈组能够作为第二相绕组(例如V相绕组)中的一半绕组来使用。
如图22、图23A及图23B所示,第三线圈组配置于从第二线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第三线圈组中,从第二线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号7的槽错开6槽间距(60度)后的槽识别编号13的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“5、4、5、4、4、4、5、4、5、5、4”的槽间距在槽内进行卷装,则从第二线圈组的卷绕末端亦即识别编号20错开6槽间距后的识别编号26的槽成为第三线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第三线圈组能够作为第三相绕组(例如W相绕组)中的一半绕组来使用。
如图22、图23A及图23B所示,第四线圈组配置于从第三线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第四线圈组中,从第三线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号13的槽错开6槽间距(60度)后的槽识别编号19的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“5、4、5、4、4、4、5、4、5、5、4”的槽间距在槽内进行卷装,则从第三线圈组的卷绕末端亦即识别编号26错开6槽间距后的识别编号32的槽成为第四线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第四线圈组能够作为第一相绕组(例如U相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
如图22、图23A及图23B所示,第五线圈组配置于从第四线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第五线圈组中,从第四线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号19的槽错开6槽间距(60度)后的槽识别编号25的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“5、4、5、4、4、4、5、4、5、5、4”的槽间距在槽内进行卷装,则从第四线圈组的卷绕末端亦即识别编号32错开6槽间距后的识别编号2的槽成为第五线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第五线圈组能够作为第二相绕组(例如V相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
如图22、图23A及图23B所示,第六线圈组配置于从第五线圈组沿周向(在图示例子中为顺时针方向)错开60度的位置。即,在第六线圈组中,从第五线圈组的卷绕始端亦即槽识别编号25的槽错开6槽间距(60度)后的槽识别编号31的槽成为卷绕始端的位置。若从该卷绕始端的位置起以“5、4、5、4、4、4、5、4、5、5、4”的槽间距在槽内进行卷装,则从第五线圈组的卷绕末端亦即识别编号2错开6槽间距后的识别编号8的槽成为第六线圈组的卷绕末端的位置。像这样配置的第六线圈组能够作为第三相绕组(例如W相绕组)中的剩余一半绕组来使用。
例如,第一线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的一半绕组,第四线圈组构成第一相绕组(例如U相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第一线圈组与第四线圈组连结,能够构成为定子1中的第一相绕组(例如U相绕组)。并且,第二线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的一半绕组,第五线圈组构成第二相绕组(例如V相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第二线圈组与第五线圈组连结,能够构成为定子1中的第二相绕组(例如V相绕组)。并且,第三线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的一半绕组,第六线圈组构成第三相绕组(例如W相绕组)中的剩余一半绕组。通过利用搭接线将第三线圈组与第六线圈组连结,能够构成为定子1中的第三相绕组(例如W相绕组)。这样,通过将第一线圈组~第六线圈组分别配置于槽,并利用搭接线如上所述地将各线圈组连接,能够构成三相绕组。
此外,在八极三十六槽的三相交流电动机中,也可以分别构成多个第一线圈组~第六线圈组来构成三相绕组。并且,也可以按照一笔画出的要领将一个绕组配置于槽,在此基础上,在分别划分第一线圈组~第六线圈组的位置切断绕组,由此形成第一线圈组~第六线圈组,之后利用搭接线将各线圈组连接,从而构成三相绕组。
八极三十六槽的三相交流电动机具备上述的定子1和与定子1在径向上对置配置的转子。
在八极三十六槽的三相交流电动机的情况下,由于极数8为2的4倍(即2的偶数倍),所以旋转对称性成立。
图24是说明本公开的实施方式的八极三十六槽的三相交流电动机中的绕组配置的旋转对称性的剖视图。此处,对-U相绕组及+U相绕组的配置的旋转对称性进行说明,而对于-V相绕组及+V相绕组、-W相绕组及+W绕组,也成立相同的说明。图24中,空心圆圈“○”表示-U相绕组,黑色圆圈“●”表示+U相绕组。
例如在八极三十六槽的三相交流电动机中,-U相的绕组在每一极一相中分别各配置1.5个(=36÷8÷3)槽。由于在每一极一相中为1.5个槽,所以一层的槽被绕组填埋的部位有四处,两层的槽被绕组填埋的部位有四处。+U相的绕组也相同,由于在每一极一相中为1.5个槽,所以一层的槽被绕组填埋的位置有四处,两层的槽被绕组填埋的位置有四处。如图24所示,能够以两个轴200U-1及200U-2为界,将-U相及+U相的线圈的组合四等分。这也是因为八极三十六槽的三相交流电动机为两极九槽的两个周期(槽识别号1~9的槽、槽识别号10~18的槽、槽识别号19~27的槽以及槽识别号27~36的槽为相同的绕组配置)。这样,在八极三十六槽的三相交流电动机中,具有四次旋转对称性。由于-U、+U、-V、+V、-W、+W这六相带全部具有四次旋转对称性,所以上述六相带必须分别具有偶数个绕组。因此,通过对各相适当地采用负绕组(-绕组)与正绕组(+绕组)的组合,能够在各相的负绕组(-绕组)与正绕组(+绕组)具有旋转对称性的状态下分解成两个线圈组。例如在八极三十六槽的三相交流电动机中,由图24的-U相绕组和+U相绕组形成图23B的第一线圈组以及第四线圈组。同样,能够由-V相绕组和+V相绕组形成第二线圈组以及第五线圈组,由-W相绕组和+W相绕组形成第三线圈组以及第六线圈组。
接下来,更详细地对按照一笔画出的要领以交替重复X槽间距和X+1槽间距的方式将波形卷绕的线圈配置于槽的实施方式进行说明。将槽数6N除以极数2P所得的值的十进制表述上的整数部分亦即商设为X(X为正整数)。
如上所述,例如在十极三十六槽的三相交流电动机以及十极二十四槽的三相交流电动机等中,能够按照一笔画出的要领以交替重复X槽间距和X+1槽间距的方式将波形卷绕的线圈配置于槽。按照一笔画出的要领,进行整数次的交替重复X槽间距和X+1槽间距的步骤地将波形卷绕的线圈配置于槽,从而形成六个线圈组,在三相的所有绕组的配置能够完成的情况下,以2X+1(=X+X+1)的槽间距的周期连续地持续相同形状的波形卷绕,因此定子的制造变得容易。
在本发明的特征的“具备六个线圈组,六个线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置”这一条件下,用于能够按照一笔画出的要领以X和X+1交替的槽间距配置波形卷绕的线圈的极数与槽数的关系如下。
将槽数设为6N(N为正整数),将极数设为2P(P为正整数),在槽数6N除以极数2P所得的值不为整数时,将该“槽数6N除以极数2P所得的值”的十进制表述上的整数部分亦即商设为X(X为正整数)。按照一笔画出的要领,进行整数次的交替重复X槽间距和X+1槽间距的步骤地将波形卷绕的线圈配置于槽,从而形成六个线圈组,其必要充分条件为下述(I)。
条件(I)2X+1与3N互质。即,2X+1和3N除了1以外不具有公约数。
由于2X+1为奇数,所以在条件(I)成立时,2X+1与6N互质。因此,2X+1与6N的最小公倍数为“(2X+1)×6N”,从而在以2X+1的槽间距配置线圈时绕组返回到原先的位置,这在2X+1重复6N次之后实现。通过该6N次的周期,2X+1槽间距的周期能够分割成六个。并且,为了使槽数6N为(2X+1)×6N,需要使6N乘以(2X+1),因此波形卷绕在所有槽中环绕2X+1周。并且,在以2X+1的槽间距环绕Z次(Z为正整数)槽时,其位置等于“(2X+1)×Z”除以6N所得的余数。“(2X+1)×Z”的值除以6N所得的余数为0至6N-1的任一值,当Z取0至6N-1的各值时,该余数分别每一次取0至6N-1的任一值。因此,在2X+1槽间距的线圈环绕6N次槽时,在各槽分别各配置一次。
能够基于极数2P以及槽数6N来判别是否满足条件(I)。
作为第一例,对八极十八槽的三相交流电动机进行说明。由于P=4、N=3、6N÷(2P)=18÷8=2.25,所以X=2。因而,2X+1=2×2+1=5,3N=9。由于5与9互质,所以满足条件(I)。并且,在以2槽间距和3槽间距交替地卷绕时,波形卷绕以5槽间距的周期配置于各槽。
此处,在第一项为1且公差为5(=2X+1)的等差数列中,考虑每当超过18(=6N)时减去18(=6N)所得的数列。当依次排列各项时,成为“1、6、11、16、3、8、13、18、5、10、15、2、7、12、17、4、9、14、1、…”,由于在数列的第十九项中返回到第一项的1的值,所以此后重复相同的数列。此时,从数列的第一项到第十八项,必须循环一次从1到18的不同的数字。将该第一项到第十八项为止的数列设为数列1。并且,对数列1的各项加上2(=X),每当超过18(=6N)时减去18(=6N)所得的数列为“3、8、13、18、5、10、15、2、7、12、17、4、9、14、1、6、11、16、3”。将该数列设为数列2。数列2的项数也有18项,但与数列1相同,分别包含1到18的不同值的各一个。另外,当在上述数列1的各奇数项与各偶数项之间分别各夹有一个上述数列2的各项并排列时,成为“1、3、6、8、11、13、16、18、3、5、8、10、13、15、18、2、5、7、10、12、15、17、2、4、7、9、12、14、17、1、4、6、9、11、14、16”。将其设为数列3。在数列3中,各奇数项与其次项的差为2(=X),各偶数项与其次项的差为3(=X+1)。并且,数列3的项数为36项(=6N×2),但必须分别包含1到18的值的各两个。另外,当将数列3分别各分割成3项时,成为“1、3、6”、“8、11、13”、“16、18、3”、“5、8、10”、“13、15、18”、“2、5、7”、“10、12、15”、“17、2、4”、“7、9、12”、“14、17、1”、“4、6、9”、“11、14、16”。也就是说,数列3能够分解成六个数列。
在将数列3的各值当作八极十八槽的三相交流电动机的定子的槽识别编号的基础上,若将它们视为配置波形卷绕的槽,则将数列3分解成六个所得的数列能够视为波形卷绕的六个线圈组的波形卷绕所卷绕的槽的识别编号。
作为第二例,对图19、图20A及图20B所示的八极三十槽的三相交流电动机进行说明。在该情况下,由于P=4、N=5、X=3,所以2X+1=2×3+1=7,3N=15。由于7与15互质,所以满足条件(I)。并且,在以3槽间距和4槽间距交替地交替卷绕时,波形卷绕以7槽间距的周期配置于各槽。
此处,在第一项为1且公差为7(=2X+1)的等差数列中,考虑每当超过30(=6N)时减去30(=6N)所得的数列。若依次排列各项,则成为“1、8、15、22、29、6、13、20、27、4、11、18、25、2、9、16、23、30、7、14、21、28、5、12、19、26、3、10、17、24、1、…”。由于在数列的第三十一项中返回到第一项的1的值,所以此后重复相同的数列。此时,在数列的第一项至第三十项,必须循环一次从1到30的不同的数字。将该第一项到第三十项为止的数列设为数列4。并且,对数列4的各项加上3(=X),每当超过30(=6N)减去30(=6N)所得的数列为“4、11、18、25、2、9、16、23、30、7、14、21、28、5、12、19、26、3、10、17、24、1、8、15、22、29、6、13、20、27”。将该数列设为数列5。数列5的项数也有30项,但与数列4相同,分别包含1到30的不同值的各一个。另外,当在上述数列4的各奇数项与各偶数项之间分别各夹有一个上述数列5的各项并排列时,成为“1、4、8、11、15、18、22、25、29、2、6、9、13、16、20、23、27、30、4、7、11、14、18、21、25、28、2、5、9、12、16、19、23、26、30、3、7、10、14、17、21、24、28、1、5、8、12、15、19、22、26、29、3、6、10、13、17、20、24、27”。将其设为数列6。在数列6中,各奇数项与其下一个偶数项的差为3(=X),各偶数项与其下一个奇数项之差为4(=X+1)。并且,数列6的项数为60项(=6N×2),但必须分别包含1到30的值的各两个。并且,当将数列6的各项分别各分割成12项,成为“1、4、8、11、15、18、22、25、29、2、6、9”、“13、16、20、23、27、30、4、7、11、14、18、21”、“25、28、2、5、9、12、16、19、23、26、30、3”、“7、10、14、17、21、24、28、1、5、8、12、15”、“19、22、26、29、3、6、10、13、17、20、24、27”。也就是说,数列6能够分解成六个数列。
在将数列6的各值当作八极三十槽的三相交流电动机的定子的槽识别编号的基础上,若将它们视为配置波形卷绕的槽,则将数列6分解成六个所得的数列能够视为波形卷绕的六个线圈组的波形卷绕所通过的槽。
以上说明的槽配置能够通过八极三十槽的三相交流电动机满足条件(I)来实现。与这样的槽配置不同,在八极三十槽的三相交流电动机中,如图19、图20A及图20B所示,还说明了从线圈组的卷绕始端的位置起以“3、3、4、4、4、4、4、4、3、3”的槽间距在槽内呈波形卷绕地卷装的事例。图19、图20A及图20B所示的槽配置可以是八极三十槽的三相交流电动机相对于绕组配置具有旋转对称性。例如在八极三十槽的三相交流电动机的定子中,根据三相交流电动机的设计内容来适当决定是采用上述第二例的槽配置还是采用图19、图20A及图20B所示的槽配置即可。
作为第三例,对不满足条件(I)的三相交流电动机的定子的槽配置进行说明。例如图22、图23A及图23B所示的八极三十六槽的三相交流电动机不满足条件(I)。更详细而言,由于P=4、N=6、6N÷(2P)=36÷8=4.5,所以X=4。2X+1=2×4+1=9,3N=18。由于9与18具有9的最大公约数,所以不满足条件(I)。另外,在以4槽间距和5槽间距交替地进行波形卷绕时,以9槽间距的周期在各槽循环。
此处,在第一项为1且公差为9(=2X+1)的等差数列中,考虑每当超过36(=6N)时减去36(=6N)所得的数列。当依次排列各项时,成为“1、10、19、28、1、10、19、28、1、10、19、28、1、10、19、28、1、10、19、28、1、10、19、28、1、…”。将该数列的第一至第三十六项设为数列7。数列7在第五项、第九项、第十三项、第十七项、第二十一项、第二十五项、第二十九项、第三十三项的各项中为1,因此可以说是将“1、10、19、28”的值重复九次的数列。另外,对数列7的各项加上4(=X),每当超过36(=6N)减去36(=6N)所得的数列为“5、14、23、32、5、14、23、32、5、14、23、32、5、14、23、32、5、14、23、32、5、14、23、32、5、14、23、32、5、14、23、32、5、14、23、32”。将该数列设为数列8。数列8在第五项、第九项、第十三项、第十七项、第二十一项、第二十五项、第二十九项、第三十三项的各项中为5,因此可以说是将“5、14、23、32”重复九次的数列。另外,当在上述数列7的各奇数项与各偶数项之间分别各夹有一个上述数列8的各项并排列时,成为“1、5、10、14、19、23、28、32、1、5、10、14、19、23、28、32、1、5、10、14、19、23、28、32、1、5、10、14、19、23、28、32、1、5、10、14、19、23、28、32、1、5、10、14、19、23、28、32、1、5、10、14、19、23、28、32、1、5、10、14、19、23、28、32、1、5、10、14、19、23、28、32”。将其设为数列9。在数列9中,各奇数项与其下一个偶数项之差为4,各偶数项与其下一个奇数项之差为5,重复九次“1、5、10、14、19、23、28、32”,仅循环1到36的整数中的1、5、10、14、19、23、28、32这八个整数。
在将数列9的各值当作八极三十六槽的三相交流电动机的定子的槽识别编号的基础上,若将它们视为配置波形卷绕的槽,则以4槽间距和5槽间距交替配置的波形卷绕的线圈并不是配置于所有槽,而是仅环绕特定的槽。这样,关于极数以及槽数,在不满足条件(I)的情况下,若想要以X槽间距和X+1槽间距交替地进行波形卷绕,则波形卷绕会在特定的槽中反复环绕,即使执行一个连接的波形卷绕,也无法卷绕所有槽。在这样的情况下,如参照图22、图23A及图23B所说明的那样,若以使X槽间距或者X+1槽间距的任一槽间距成为一次以上的连续的槽间距的方式形成线圈组,则能够将所有槽分解成能够卷绕的六个线圈组。能够分解成这样的六个线圈组的性质起因于具有偶数次旋转对称性的性质。
如作为上述的第三例所说明的那样,在不满足条件(I)的情况下,通过以X槽间距和X+1槽间距的任一槽间距且不一定以使上述槽间距交替的方式构成线圈组,能够分为六个线圈组。这起因于上述的六相带的绕组配置具有成为线对称的性质或偶数次的旋转对称性的性质。
图25是示出能够应用本公开的实施方式的槽配置的三相交流电动机的极数与槽数的关系的图。图25所示的表的第一列表示三相交流电动机的极数,第一行表示三相交流电动机的定子的槽数(6的倍数)。
在图25所示的表的各单元中,“-”表示对应的槽数除以极数所得的值为整数。“--”表示对应的槽数除以极数所得的值比1.5小。
在图25所示的表的各单元中,“C”表示虽然能够构成具有X槽间距以及X+1槽间距的波形卷绕的六个线圈组但不满足条件(I)的情况。即,“C”表示在各线圈组的波形卷绕中,X槽间距和X+1槽间距不一定交替。例如,上述第三例的八极三十六槽的三相交流电动机的定子相当于此。
在图25所示的表的各单元中,“A”表示满足条件(I)的情况。即,“A”表示能够构成具有X槽间距或X+1槽间距的任一槽间距的波形卷绕的六个线圈组,另一方面,也能够构成为以X槽间距和X+1槽间距交替地配置波形卷绕的线圈。例如,上述的第一例的八极十八槽的三相交流电动机的定子以及第二例的八极三十槽的三相交流电动机的定子相当于此。
接下来,参照图26A~图32对本公开的实施方式的三相交流电动机的定子的制造方法进行说明。以下的说明对于具有上述的各极数以及各槽数的三相交流电动机同样成立。
图26A是示出本公开的实施方式的三相交流电动机的定子所使用的内铁芯的立体图。并且,图26B是示出本公开的实施方式的三相交流电动机的定子所使用的内铁芯的俯视图。首先,通过在圆十形状的磁性材料的外周侧挖出沟槽,来制作设有在外周侧开口的槽2的内铁芯3-1。
图27A是示出在图26A及图26B所示的内铁芯配置有第一绝缘材料的状态的立体图。并且,图27B是示出在图26A及图26B所示的内铁芯配置有第一绝缘材料的状态的俯视图。在内铁芯3-1的槽2内配置用于使定子与绕组绝缘的第一绝缘材料11-1。第一绝缘材料11-1例如可以通过在槽2内配置绝缘纸来实现,也可以通过由绝缘树脂密封槽2的内侧表面来实现,还可以通过在槽2的内侧表面涂布绝缘涂料来实现。图27A及图27B中,作为一例,示出通过树脂密封来配置第一绝缘材料11-1的例子。
图28A是示出本公开的实施方式的三相交流电动机的定子所使用的扁线的立体图,示出由扁线构成的线材。图28B是示出本公开的实施方式的三相交流电动机的定子所使用的扁线的立体图,示出波形卷绕的绕组。作为绕组的原材料,以能够将图28A所示的由扁线构成的线材4-1以预定的槽间距配置在槽2内的方式,成形为图28B所示的波形卷绕的线圈4。此处,在将槽数6N除以极数2P所得的值的十进制表述上的整数部分亦即商设为X(X为正整数)时,成形为能够以X或X+1的任一槽间距配置在槽2内。例如,在上述的十极三十六槽的三相交流电动机中的定子的情况下,以配置于槽2的间隔交替重复3槽间距和4槽间距的方式成形线圈4。
图29A是说明在图27A及图27B所示的配置有第一绝缘材料的内铁芯配置图28B所示的波形卷绕的绕组的处理的立体图,示出配置绕组的处理中的内铁芯。图29B是说明在图27A及图27B所示的配置有第一绝缘材料的内铁芯配置图28B所示的波形卷绕的绕组的处理的立体图,示出配置绕组后的内铁芯。如图29A所示,一边使配置有第一绝缘材料11-1的内铁芯3-1旋转(在图示例子中为沿逆时针方向)一边按照一笔画出的要领在槽2内配置波形卷绕的线圈4,从而得到图29B所示的配置绕组后的内铁芯3-1。
图30是示出在图29A及图29B所示的内铁芯配置有第二绝缘材料的状态的立体图。如图30所示,在配置有图29A及图29B所示的线圈4的内铁芯3-1的槽2的更外周侧配置第二绝缘材料11-2。第二绝缘材料11-2例如可以通过在槽2内配置绝缘纸来实现,也可以通过由绝缘树脂密封槽2的内侧表面来实现,还可以通过在槽2的内侧表面涂布绝缘涂料来实现。
图31是示出在图30所示的内铁芯的外周侧配置有外铁芯的状态的立体图。在图30所示的内铁芯3-1的外周侧配置外铁芯3-2。
图32是示出在预定的部位将按照一笔画出的要领配置于图31所示的内铁芯的槽的绕组切断并利用搭接线进行连接而得到的定子的立体图。如参照图11及图12所说明的那样,按照一笔画出的要领配置于内铁芯的槽的线圈4能够通过在分别划分第一线圈组~第六线圈组的位置切断绕组来形成第一线圈组~第六线圈组。之后,通过利用搭接线将各线圈组连接来构成三相绕组,从而完成定子1。
图33A~图33C是示出具有三相交流电动机的波形卷绕的线圈的定子中的现有的绕线工序的一例的图。在现有的绕线工序中,如图33A所示,准备多个由扁线构成的发夹线圈,将各发夹线圈成形为“コ”形状(符号114所示),并插入到槽112。符号113表示铁芯。接着,如图33B所示,将线圈114的两前端折弯,通过焊接将上述线圈114彼此连结。这样,现有的绕线工序需要准备多个线圈并分别进行焊接,因此存在通过机械实现的自动化处理变得比较烦杂的缺点。并且,如图33C所示,经过这样的绕线工序而得到的现有的定子501中的波形卷绕的线圈配置为层在槽112内沿径向依次错开。因此,需要事先准备发夹线圈之类的三维成形的线圈。
另一方面,在本公开的实施方式的三相交流电动机的定子的制造方法中,绕线工序由参照图28A及图28B说明的扁线的线圈的成形以及参照图29A及图29B说明的线圈配置构成,该绕线工序容易通过机械实现自动化。尤其是也能够按照一笔画出的要领将线圈配置于槽,因此制造更容易。并且,槽2内的波形卷绕线圈的配置在径向上的偏离仅在一层即可,因此不需要如现有技术那样准备发夹线圈之类的三维成形的线圈,制造工艺容易。
以上,以十极三十六槽、十极二十四槽、八极三十槽、八极三十六槽以及八极十八槽的三相交流电动机为例进行了说明。不限定于这些例子,具有槽数6N(N为正整数)比极数2P(P为正整数)的1.5倍大、槽数6N除以极数2P所得的值为既约分数之类的其它槽数6N以及极数2P的三相交流电动机也能够应用本发明。图25的“A”及“C”所示的极数与槽数的组合相当于此。并且,在各图中,槽识别编号的标注顺序只不过是一例。
图34是举例示出具备本公开的实施方式的定子的三相交流电动机的外观的图。
本公开的实施方式的三相交流电动机1000具备上述的定子1和与定子1在径向上对置配置的转子10。图34中,符号3表示定子的铁芯,符号4表示线圈。线圈4由被收纳于槽的正绕组(+绕组)41P和负绕组(-绕组)41N以及未被收纳于槽的线圈端部42构成。符号5表示设于转子10的磁铁,符号6表示转子10的旋转轴。
符号的说明
1—定子,2—槽,3—定子的铁芯,4—线圈,5—磁铁,6—旋转轴,10—转子,11-1—第一绝缘材料,11-2—第二绝缘材料,21—磁极,41P—+(正)绕组,41N—-(负)绕组,42—线圈端部,100U—将定子的所有槽分割成两个的线且为U相绕组的线对称轴,100V—将定子的所有槽分割成两个的线且为V相绕组的线对称轴,100W—将定子的所有槽分割成两个的线且为W相绕组的线对称轴,1000—三相交流电动机。

Claims (13)

1.一种定子,是周向配置的槽的槽数6N比极数2P的1.5倍大且上述槽数6N除以上述极数2P所得的值为既约分数的分数槽型三相交流电动机的定子,其中,N为正整数,P为正整数,
上述定子的特征在于,
在将上述槽数6N除以上述极数2P所得的值的商设为X时,
具备六个由以X或X+1的任一槽间距呈波形卷绕地配置在上述槽内的线圈构成的线圈组,
六个上述线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置,
其中,X为正整数。
2.根据权利要求1所述的定子,其特征在于,
上述六个线圈组由第一线圈组至第六线圈组构成,
在从上述第一线圈组沿周向错开60度的位置配置上述第二线圈组,
在从上述第二线圈组沿与上述周向相同的方向错开60度的位置配置上述第三线圈组,
在从上述第三线圈组沿与上述周向相同的方向错开60度的位置配置上述第四线圈组,
在从上述第四线圈组沿与上述周向相同的方向错开60度的位置配置上述第五线圈组,
在从上述第五线圈组沿与上述周向相同的方向错开60度的位置配置上述第六线圈组。
3.根据权利要求2所述的定子,其特征在于,
由利用搭接线相互连结的上述第一线圈组和上述第四线圈组构成三相交流绕组中的第一相绕组,
由利用搭接线相互连结的上述第二线圈组和上述第五线圈组构成三相交流绕组中的第二相绕组,
由利用搭接线相互连结的上述第三线圈组和上述第六线圈组构成三相交流绕组中的第三相绕组。
4.根据权利要求3所述的定子,其特征在于,
由上述极数2P规定的极对数P的值为奇数。
5.根据权利要求4所述的定子,其特征在于,
上述第一线圈组至第六线圈组中的各上述第一相绕组相对于第一线对称轴呈线对称地配置,上述第一线圈组至第六线圈组中的各上述第二相绕组相对于第二线对称轴呈线对称地配置,上述第一线圈组至第六线圈组中的各上述第三相绕组相对于第三线对称轴呈线对称地配置。
6.根据权利要求3所述的定子,其特征在于,
由上述极数2P规定的极对数P的值为偶数。
7.根据权利要求6所述的定子,其特征在于,
上述第一线圈组至第六线圈组中的上述第一相绕组配置为具有偶数次的旋转对称性,上述第一线圈组至第六线圈组中的上述第二相绕组配置为具有偶数次的旋转对称性,上述第一线圈组至第六线圈组中的上述第三相绕组配置为具有偶数次的旋转对称性。
8.根据权利要求5或7所述的定子,其特征在于,
在将上述槽数6N除以上述极数2P所得的值的商设为X时,2X+1与3N具有互质的关系,
其中,N为整数,P为整数,X为正整数。
9.根据权利要求5或7所述的定子,其特征在于,
在将上述槽数6N除以上述极数2P所得的值的商设为X时,2X+1与3N具有比1大的公约数,
其中,N为整数,P为整数,X为正整数。
10.一种三相交流电动机,其特征在于,具备:
权利要求1~9中任一项所述的定子;以及
与上述定子在径向上对置配置的转子。
11.一种定子的制造方法,是周向配置的槽的槽数6N比极数2P的1.5倍大且上述槽数6N除以上述极数2P所得的值为既约分数的分数槽型三相交流电动机的定子的制造方法,其中,N为正整数,P为正整数,
上述定子的制造方法的特征在于,具备如下步骤:
第一绝缘步骤,在形成有在外周侧开口的上述槽的内铁芯中,在上述槽内配置第一绝缘材料;
线圈组形成步骤,以在将上述槽数6N除以上述极数2P所得的值的商设为X时的X或X+1的任一槽间距,将成形为波形卷绕形状的线圈插入到配置有上述第一绝缘材料的上述槽内,从而形成波形卷绕的线圈组,其中,X为正整数;
第二绝缘步骤,在上述槽内的上述线圈的外周侧配置第二绝缘材料;以及
外铁芯配置步骤,在具有配置有上述第一绝缘材料、上述线圈组以及上述第二绝缘材料的上述槽的上述内铁芯的外周侧配置外铁芯。
12.根据权利要求11所述的定子的制造方法,其特征在于,
在上述槽内设有六个上述线圈组,
六个上述线圈组分别配置于在周向上相互错开60度的位置。
13.根据权利要求12所述的定子的制造方法,其特征在于,
在将上述槽数6N除以上述极数2P所得的值的商设为X时,成形为上述波形卷绕形状并插入到上述定子的槽的绕组的各槽间距以X槽间距和X+1槽间距交替地波形卷绕,
其中,X为正整数。
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