DE112014005359T5

DE112014005359T5 - Motorspulen-vorrichtung

Info

Publication number: DE112014005359T5
Application number: DE112014005359.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Shiota; Ken Hirakida; Shinichi Okada; Shogo Okamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2016-08-04
Also published as: JP5837265B2; WO2015075953A1; JPWO2015075953A1

Abstract

Eine Motorspulen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Kern (1) sowie einen Spulen-Hauptkorpus (2), der so ausgebildet ist, dass eine elektrische Leitung (3) kontinuierlich auf einen äußeren Umfang des Kerns (1) gewickelt ist. Der Spulen-Hauptkorpus (2) weist eine Mehrzahl von segmentierten Spulenbereichen auf, die so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung aufgereiht sind, die parallel zu seiner Wellenachse liegt. Jeder der segmentierten Spulenbereiche ist so konfiguriert, dass die elektrische Leitung (3) in einem entsprechenden Bereich des Kerns (1) von einer innersten Schicht in Richtung zu einer äußersten Schicht gewickelt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorspulen-Vorrichtung, die zum Beispiel in einem wechselrichtergesteuerten Motor angeordnet ist.
STAND DER TECHNIK
Bei Wicklungs-Konstruktionen von herkömmlichen wechselrichtergesteuerten Motoren wird eine erste Schicht einer Spule kontinuierlich über einen gesamten Kern gewickelt, eine zweite Schicht wird zurück über eine Außenseite der ersten Schicht hinweg gewickelt, und eine dritte Schicht und nachfolgende Schichten werden ebenfalls in einer ähnlichen Weise gewickelt (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1 und 2).
LITERATURLISTE
PATENTLITERATUR

PTL 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP HEI 10-036 620 A
PTL 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2002-027 694 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Wenn jedoch bei herkömmlichen Wicklungs-Konstruktionen, wie beispielsweise den vorstehend beschriebenen, Überspannungen auftreten, wie beispielsweise Wechselrichter-Überspannungen, können diese aufgrund einer Beschädigung an den isolierenden Schichten innerhalb einer kurzen Zeitspanne, während der Motor läuft, zu einem dielektrischen Durchschlag führen, da Spannungen zwischen Positionen erhöht werden, an denen die elektrische Leitung in der ersten Schicht und die elektrische Leitung in der zweiten Schicht in Kontakt kommen.
Ein Problem bestand darin, dass auch dann, wenn keine Defekte einer elektrischen Isolation vorliegen, Teilentladungen auftreten können, wenn Spannungen zwischen Positionen, an denen die elektrische Leitung in Kontakt kommt, eine Teilentladungs-Einsetzspannung übersteigen, was aufgrund der Teilentladungen eine Verschlechterung der Isolation hervorruft und schließlich zu einem dielektrischen Durchschlag führt. Andererseits bestand ein weiteres Problem darin, dass ein Spulen-Leiter-Zwischenraum-Faktor reduziert wird, wenn die Dicke einer Beschichtung auf der elektrischen Leitung vergrößert wird, um dielektrische Durchschläge zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehenden Probleme zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motorspulen-Vorrichtung anzugeben, die dielektrische Durchschläge zuverlässiger verhindern kann, indem Spannungen zwischen Wicklungen der elektrischen Leitung reduziert werden, während Reduzierungen des Spulen-Leiter-Zwischenraum-Faktors verhindert werden.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Eine Motorspulen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Kern sowie einen Spulen-Hauptkorpus, der so ausgebildet ist, dass eine elektrische Leitung kontinuierlich auf einen äußeren Umfang des Kerns gewickelt ist, wobei der Spulen-Hauptkorpus eine Mehrzahl von segmentierten Spulenbereichen aufweist, die so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung aufgereiht sind, die parallel zu einer Wellenachse desselben ist; und wobei jeder der segmentierten Spulenbereiche so konfiguriert ist, dass die elektrische Leitung in einem entsprechenden Bereich des Kerns kontinuierlich von einer innersten Schicht in Richtung zu einer äußersten Schicht gewickelt ist.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Da der Spulen-Hauptkorpus der Motorspulen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in eine Mehrzahl von Segmenten unterteilt ist, wobei die elektrische Leitung sequentiell in jedem segmentierten Spulenbereich gewickelt ist, können Unterschiede bei der Wicklungsfolge zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung innerhalb des Spulen-Hauptkorpus reduziert werden, so dass Spannungen zwischen elektrischen Leitungen reduziert werden; dadurch wird es ermöglicht, dass dielektrische Durchschläge zuverlässiger verhindert werden, während außerdem Reduzierungen des Spulen-Leiter-Zwischenraum-Faktors verhindert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1A einen Teilquerschnitt einer Motorspulen-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 einen Querschnitt, der einen Fall zeigt, bei dem ein Spulen-Hauptkorpus gemäß 1 ohne eine Unterteilung in Segmente gewickelt wird;
3 einen Querschnitt, der eine Variation zeigt, bei welcher der Spulen-Hauptkorpus gemäß 1 in drei Segmente unterteilt ist;
4 eine graphische Darstellung, die eine Relation zwischen einer Anzahl von Segmenten in einem Spulen-Hauptkorpus, der einen Wicklungs-Aufbau mit drei Schichten aufweist, und einer maximalen Spannung zwischen benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung innerhalb des Spulen-Hauptkorpus zeigt;
5 einen Querschnitt, der einen Fall zeigt, bei dem ein Spulen-Hauptkorpus, der einen Wicklungs-Aufbau mit fünf Schichten aufweist, ohne eine Unterteilung in Segmente gewickelt ist;
6 ein Querschnitt, der einen Fall zeigt, bei dem der Spulen-Hauptkorpus gemäß 5 in zwei Segmente unterteilt ist;
7 einen Querschnitt, der eine Variation zeigt, bei welcher der Spulen-Hauptkorpus gemäß 5 in drei Segmente unterteilt ist;
8 einen Querschnitt, der eine Variation zeigt, bei welcher der Spulen-Hauptkorpus gemäß 5 in vier Segmente unterteilt ist;
9 eine graphische Darstellung, die eine Relation zwischen der Anzahl von Segmenten in einem Spulen-Hauptkorpus, der einen Wicklungs-Aufbau mit fünf Schichten aufweist, und einer maximalen Spannung zwischen benachbarten Wicklungen einer elektrischen Leitung innerhalb des Spulen-Hauptkorpus zeigt;
10 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von Segmenten in dem Spulen-Hauptkorpus gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
11 ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von Segmenten in dem Spulen-Hauptkorpus gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
12 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer Motorspulen-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
13 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer Motorspulen-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung; und
14 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer Motorspulen-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen für eine Realisierung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
1 ist ein Teilquerschnitt (ein Halbschnitt) einer Motorspulen-Vorrichtung eines wechselrichtergesteuerten Motors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Auf einem Kern 1 ist ein Spulen-Hauptkorpus 2 angeordnet. Der Spulen-Hauptkorpus 2 wird konfiguriert, indem eine elektrische Leitung 3 kontinuierlich auf einen äußeren Umfang eines Zahn-Bereichs des Kerns 1 gewickelt wird. Zwischen den Kern 1 und den Spulen-Hauptkorpus 2 ist ein isolierendes Element 4 eingefügt.
Der Spulen-Hauptkorpus 2 weist zwei segmentierte Spulenbereiche 5a und 5b auf (einen ersten und einen zweiten Bereich), die so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung aufgereiht sind, die parallel zu seiner Wellenachse liegt, d.h. einer Richtung des Wicklungs-Fortgangs der elektrischen Leitung 3 (einer vertikalen Richtung in 1). Mit anderen Worten, der Spulen-Hauptkorpus 2 gemäß Ausführungsform 1 ist in zwei Segmente unterteilt. Jeder der segmentierten Spulenbereiche 5a und 5b wird konfiguriert, indem die elektrische Leitung 3 in einem entsprechenden Bereich des Kerns 1 kontinuierlich von einer innersten Schicht bis zu einer äußersten Schicht gewickelt wird.
Im Einzelnen wird die elektrische Leitung 3 sequentiell von dem ersten segmentierten Spulenbereich 5a, der sich in der Nähe eines ersten axialen Endes des Spulen-Hauptkorpus 2 befindet, zu dem zweiten segmentierten Spulenbereich 5b gewickelt, der sich in der Nähe eines zweiten Endes befindet, und wird innerhalb von jedem der segmentierten Spulenbereiche 5a und 5b sequentiell in jede der jeweiligen Schichten von einer innersten Schicht in Richtung zu einer äußersten Schicht gewickelt. Zwischen den segmentierten Spulenbereichen 5a und 5b, die benachbart zueinander sind, wird der elektrische Draht 3 von der äußersten Schicht in Richtung zu der innersten Schicht gewickelt.
Der Spulen-Hauptkorpus 2 gemäß Ausführungsform 1 weist einen Wicklungs-Aufbau mit drei Schichten auf. Bei diesem Aufbau werden die erste bis dritte Schicht des ersten segmentierten Spulenbereichs 5a zuerst gewickelt, und dann wird ein Bereich zwischen dem ersten segmentierten Spulenbereich 5a und dem zweiten segmentierten Spulenbereich 5b gewickelt, und schließlich werden die erste bis dritte Schicht des zweiten segmentierten Spulenbereichs 5b gewickelt.
In 1 repräsentieren die Bezugszeichen, die in dem Querschnitt der elektrischen Leitung 3 dargestellt sind, die Wicklungsfolge der elektrischen Leitung 3. Um die Wicklungsfolge der elektrischen Leitung 3 im Detail zu erläutern, wird die erste Schicht des ersten segmentierten Spulenbereichs 5a, d.h. die erste Wicklung bis zur siebenten Wicklung, zuerst gewickelt, die zweite Schicht des ersten segmentierten Spulenbereichs 5a, d.h. die achte Wicklung bis zur dreizehnten Wicklung, wird als nächste gewickelt, und danach wird die dritte Schicht des ersten segmentierten Spulenbereichs 5a gewickelt, d.h. die vierzehnte Wicklung bis zur zwanzigsten Wicklung.
Als nächstes werden die einundzwanzigste Wicklung in die zweite Schicht und die zweiundzwanzigste Wicklung in die erste Schicht gewickelt, und dann werden die erste, die zweite und die dritte Schicht des zweiten segmentierten Spulenbereichs 5b sequentiell gewickelt.
Wenn die achte Wicklung nach der siebenten Wicklung gewickelt wird, kann berücksichtigt werden, dass die siebente Wicklung leicht in Richtung der zweiundzwanzigsten Wicklung verschoben ist, die noch nicht gewickelt worden ist. Die Lageveränderung der siebenten Wicklung kann jedoch verhindert werden, indem die siebente Wicklung nach einer Wicklung der siebenten Wicklung aus der Position der zweiundzwanzigsten Wicklung gedrückt wird.
Wenn die zwanzigste Wicklung und die einundzwanzigste Wicklung gewickelt werden, kann berücksichtigt werden, dass die elektrische Leitung 3 nicht auf der dritten Schicht und der zweiten Schicht gehalten werden kann, da auf einer Innenschicht-Seite keine elektrische Leitung 3 vorhanden ist. Eine Lageveränderung der elektrischen Leitung 3 kann jedoch reduziert werden, indem an den Positionen der einundzwanzigsten Wicklung und der zweiundzwanzigsten Wicklung vorübergehend Abstandshalter eingesetzt werden und diese während des Wickelns entfernt werden. Bei dem Prozess des Wickelns der zwanzigsten Wicklung und der einundzwanzigsten Wicklung kann alternativ verhindert werden, dass sich die zwanzigste Wicklung und die einundzwanzigste Wicklung nach innen bewegen, indem sie von außen gehalten werden.
Wenn eine Aufbauzeit für Ausgangsspannungsimpulse eines Wechselrichters allgemein kürzer als oder gleich einer Impulsumlauf-Ausbreitungszeit in den Kabeln wird, die einen Wechselrichter und einen Motor verbinden, dann können zwischen den Anschlüssen des Motors Überspannungen auftreten, die den doppelten Wert des Ausgangsspannungsimpulses des Wechselrichters erreichen.
Wenn die Frequenz der Impulsspannung der Wechselrichter-Ausgangsleistung eine Resonanzfrequenz der Motorspule übersteigt, dann kann ein Phänomen auftreten, bei dem sich in den Spulen in der Nähe der Anschlüsse eine hohe Spannung zeigt. Darüber hinaus ist bekannt, dass Spannungen relativ einheitlich zwischen benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung innerhalb der Spulen auftreten.
2 ist nun ein Querschnitt, der einen Fall zeigt, bei dem der Spulen-Hauptkorpus 2 gemäß 1 ohne eine Unterteilung in Segmente gewickelt ist. Spannungen, die Unterschieden in der Wicklungsfolge entsprechen, treten zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 innerhalb des Spulen-Hauptkorpus 2 auf.
Aufgrund dessen liegen bei dem Aufbau gemäß 2 die maximalen Spannungen, die zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 auftreten, bei zwei Positionen vor: zwischen der ersten Wicklung und der dreißigsten Wicklung; und zwischen der sechzehnten Wicklung und der fünfundvierzigsten Wicklung, wobei der Unterschied in der Wicklungsfolge zwischen diesen zwei Positionen bei neunundzwanzig liegt.
Wenn die Spannungen innerhalb des Spulen-Hauptkorpus 2 relativ einheitlich auftreten, beträgt die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 bei dem Aufbau in 2 dann: 100 × (29/45) = 64 %, wenn die Spannung zwischen der ersten Wicklung und der fünfundvierzigsten Wicklung bei einhundert Prozent (100 %) liegt. Wenn diese Spannung eine Teilentladungs-Einsetzspannung übersteigt, können dann Teilentladungen auftreten, was problematisch ist, da eine Verschlechterung der Isolation eintritt.
Im Gegensatz dazu liegt die maximale Spannung, die zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 auftritt, bei dem Aufbau gemäß 1 zwischen der zwanzigsten Wicklung und der achtunddreißigsten Wicklung, was einen großen Unterschied in der Wicklungsfolge aufweist. Da der Unterschied in der Wicklungsfolge zwischen der zwanzigsten Wicklung und der achtunddreißigsten Wicklung gleich achtzehn ist, beträgt die maximale Spannung: 100 × (18/45) = 40 %, wenn die Spannung zwischen der ersten Wicklung und der fünfundvierzigsten Wicklung bei 100 % liegt.
Wenn bei dem Aufbau gemäß Ausführungsform 1 ein Wickeln von der zweiten Schicht aus teilweise durch die Wicklung der ersten Schicht hindurch erfolgt, um den Spulen-Hauptkorpus 2 auf diese Weise zu unterteilen, wird der größte Unterschied in der Wicklungsfolge zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 innerhalb des Spulen-Hauptkorpus 2 im Vergleich zu dem Fall verkleinert, bei dem die elektrische Leitung 3 über die gesamte axiale Richtung des Spulen-Hauptkorpus 2 kontinuierlich von der innersten Schicht zu der äußersten Schicht gewickelt wird, wie in 2.
Die maximale Spannung, die zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 auftritt, kann dadurch im Vergleich zu dem Aufbau reduziert werden, der in 2 gezeigt ist, ohne die Dicke der Beschichtung auf der elektrischen Leitung 3 zu vergrößern. Demzufolge können Spannungen zwischen benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 reduziert werden, während Reduzierungen des Spulen-Leiter-Zwischenraum-Faktors verhindert werden, was es ermöglicht, dielektrische Durchschläge zuverlässiger zu verhindern.
Wenn darüber hinaus die Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 bei dem Aufbau, der in 1 gezeigt ist, ebenfalls die Teilentladungs-Einsetzspannung übersteigt, dann kann der Spulen-Hauptkorpus 2 in drei segmentierte Spulenbereiche 5c, 5d und 5e unterteilt werden, wie in 3 gezeigt. Die Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 kann dadurch weiter reduziert werden.
Bei der Variation, die in 3 gezeigt ist, wird die erste Schicht des ersten segmentierten Spulenbereichs 5c, d.h. die erste Wicklung bis zu der fünften Wicklung, zuerst gewickelt, die zweite Schicht des ersten segmentierten Spulenbereichs 5c, d.h. die sechste Wicklung bis zu der neunten Wicklung, wird als nächstes gewickelt, und dann wird die dritte Schicht des ersten segmentierten Spulenbereichs 5c gewickelt, d.h. die zehnte Wicklung bis zu der vierzehnten Wicklung.
Als nächstes wird die fünfzehnte Wicklung in die zweite Schicht und die sechzehnte Wicklung in die erste Schicht gewickelt, und dann werden die erste, die zweite und die dritte Schicht des zweiten segmentierten Spulenbereichs 5d sequentiell gewickelt. Als nächstes wird die dreißigste Wicklung in die zweite Schicht und die einunddreißigste Wicklung in die erste Schicht gewickelt, und dann werden die erste, die zweite und die dritte Schicht des dritten segmentierten Spulenbereichs 5d sequentiell gewickelt.
Bei dem Aufbau gemäß 3 tritt die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 zwischen der neunundzwanzigsten Wicklung und der einundvierzigsten Wicklung auf. Da der Unterschied in der Wicklungsfolge zwischen der neunundzwanzigsten Wicklung und der einundvierzigsten Wicklung zwölf beträgt, beträgt diese maximale Spannung 100 × (12/45) = 27 %, wenn die Spannung zwischen der ersten Wicklung und der fünfundvierzigsten Wicklung bei einhundert Prozent liegt.
4 ist eine graphische Darstellung, die eine maximale Spannung zwischen benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung innerhalb eines Spulen-Hauptkorpus zeigt, der einen Wicklungsaufbau mit drei Schichten aufweist, wenn eine Anzahl von Segmenten in dem Spulen-Hauptkorpus gleich Eins, Zwei und Drei ist. Darüber hinaus ist der Spulen-Hauptkorpus nicht in Segmente unterteilt, wenn die Anzahl von Segmenten gleich Eins ist.
Wenn die Überspannung, die zwischen den Anschlüssen des Spulen-Hauptkorpus auftritt, gleich Vs ist und der Prozentsatz der Spannung, die in den Spulen auftritt, die sich in der Nähe der Anschlüsse befinden, gleich α₁ ist, dann tritt zwischen dem Wicklungsanfang und dem Wicklungsende der Spulen, die sich in der Nähe der Anschlüsse befinden, eine Spannung α₁Vs auf.
Die vertikale Achse in 4 ist unter Verwendung von α₁Vs als einer Referenz dargestellt. Wie in 4 gezeigt, können die Spannungen zwischen benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung reduziert werden, wenn die Anzahl von Segmenten in dem Spulen-Hauptkorpus erhöht wird.
Als nächstes ist 5 ein Querschnitt, der einen Fall zeigt, bei dem ein Spulen-Hauptkorpus 2, der einen Wicklungsaufbau mit fünf Schichten aufweist, ohne eine Unterteilung gewickelt ist. Bei diesem Aufbau liegen die maximalen Spannungen, die zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 auftreten, an vier Positionen vor:
zwischen der ersten Wicklung und der dreißigsten Wicklung;
zwischen der sechzehnten Wicklung und der fünfundvierzigsten Wicklung;
zwischen der einunddreißigsten Wicklung und der sechzigsten Wicklung; und
zwischen der sechsundvierzigsten Wicklung und der fünfundsiebzigsten Wicklung.
Wenn die Spannung zwischen der ersten Wicklung und der fünfundsiebzigsten Wicklung bei einhundert Prozent liegt, beträgt die maximale Spannung: 100 × (29/75) = 39 %.
6 stellt einen Querschnitt dar, der einen Fall zeigt, bei dem der Spulen-Hauptkorpus 5 von 5 in zwei Segmente unterteilt ist. Bei diesem Aufbau liegt die maximale Spannung, die zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 auftritt, zwischen der fünfunddreißigsten Wicklung und der achtundsechzigsten Wicklung vor. Die maximale Spannung beträgt: 100 × (33/75) = 44 %. Mit anderen Worten, die Spannung reduzierende Effekte können in diesem Fall nicht erzielt werden.
7 stellt einen Querschnitt dar, der eine Variation zeigt, bei welcher der Spulen-Hauptkorpus 2 von 5 in drei Segmente unterteilt ist. Bei diesem Aufbau liegt die maximale Spannung, die zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 auftritt, zwischen der fünfundvierzigsten Wicklung und der siebzigsten Wicklung vor. Die maximale Spannung beträgt: 100 × (25/75) = 33 %.
8 ist ein Querschnitt, der eine Variation zeigt, bei welcher der Spulen-Hauptkorpus 2 von 5 in vier Segmente unterteilt ist. Bei diesem Beispiel ist der Spulen-Hauptkorpus 2 in vier segmentierte Spulenbereiche 5f, 5g, 5h und 5i (einen ersten bis vierten Bereich) unterteilt. Bei diesem Aufbau liegen die maximalen Spannungen, die zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung 3 auftreten, bei fünf Positionen vor:
zwischen der fünfzehnten Wicklung und der zweiunddreißigsten Wicklung;
zwischen der zweiundzwanzigsten Wicklung und der neununddreißigsten Wicklung;
zwischen der fünfunddreißigsten Wicklung und der zweiundfünfzigsten Wicklung;
zwischen der zweiundvierzigsten Wicklung und der neunundfünfzigsten Wicklung; sowie
zwischen der fünfundfünfzigsten Wicklung und der zweiundsiebzigsten Wicklung.
Die maximale Spannung derselben beträgt: 100 × (17/75) = 23 %.
9 ist eine graphische Darstellung, die eine maximale Spannung zwischen benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung innerhalb eines Spulen-Hauptkorpus zeigt, der einen Wicklungsaufbau mit fünf Schichten aufweist, wenn die Anzahl von Segmenten in dem Spulen-Hauptkorpus gleich Eins, Zwei, Drei und Vier ist. In diesem Fall können die Spannungen zwischen benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung reduziert werden, wenn die Anzahl von Segmenten größer als oder gleich drei gewählt wird.
Nachstehend wird unter Verwendung eines Flussdiagramms gemäß 10 ein Verfahren zur Ermittlung der Anzahl von Segmenten in einem Spulen-Hauptkorpus erläutert. Als erstes wird eine Überspannung Vs ermittelt, die in dem Motor auftritt (Schritt S1). Als nächstes wird der Prozentsatz α_n der Spannung ermittelt, der in jeder der Motorspulen auftritt, um die Spannung α_nVs aufzufinden, die in jeder der Motorspulen auftritt (Schritt S2). Da sich darüber hinaus der Prozentsatz der Spannung, die in jeder der Motorspulen auftritt, in der Nähe der Anschlüsse von denen in der Nähe von neutralen Punkten unterscheidet, wird dieser als α_n dargestellt, wobei n die Ziffer der Motorspule ist.
Als nächstes wird die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung ermittelt, wenn der Spulen-Hauptkorpus in N Segmente unterteilt ist (Schritt S3). Danach wird ermittelt, ob die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung kleiner als die Teilentladungs-Einsetzspannung zwischen den Wicklungen der elektrischen Leitung während eines Betriebs des Motors ist (Schritt S4) oder nicht.
Hierbei liegt der Grund dafür, dass die Teilentladungs-Einsetzspannung während eines Betriebs des Motors als eine Vergleichsreferenz festgelegt wird, darin, die Gegebenheit zu berücksichtigen, dass die Teilentladungs-Einsetzspannung während des Betriebs des Motors zum Beispiel unter dem Einfluss von Hochtemperatur-Zuständen und einer altersbedingten Verschlechterung kleiner wird.
Wenn die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen einer elektrischen Leitung kleiner als die Teilentladungs-Einsetzspannung zwischen den Wicklungen der elektrischen Leitung während eines Betriebs des Motors ist, wird diese Anzahl von Segmenten ausgewählt (Schritt S6). Wenn sie nicht kleiner ist, wird die Anzahl von Segmenten um Eins erhöht (Schritt S5), und es erfolgt ein Zurückspringen zum Schritt S3. Dies wird durchgeführt, bis die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung kleiner als die Teilentladungs-Einsetzspannung zwischen den Wicklungen der elektrischen Leitung während eines Betriebs des Motors ist.
In dem auf diese Weise die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung innerhalb des Spulen-Hauptkorpus so festgelegt wird, dass sie kleiner als die Teilentladungs-Einsetzspannung zwischen den Wicklungen der elektrischen Leitung während eines Betriebs des Motors ist, wird eine Verschlechterung der Isolation aufgrund von Teilentladungen während eines Betriebs des Motors zuverlässiger verhindert, was es ermöglicht, einen Motor zu erhalten, der eine erhöhte Zuverlässigkeit der Isolation aufweist.
Darüber hinaus ist das vorstehende Beispiel unter solchen Bedingungen erläutert, bei denen die Spannung innerhalb des Spulen-Hauptkorpus einheitlich ist, wenn jedoch die Frequenz der Überspannung hoch ist und die Spannung innerhalb des Spulen-Hauptkorpus nicht einheitlich ist, dann wird die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung im Schritt 3 des Flussdiagramms in 10 mittels einer Abschätzung unter Verwendung einer Schaltkreisanalyse oder mittels einer tatsächlichen Messung der Spannung erhalten.
Nun beträgt im Allgemeinen der minimale Wert einer Entladungsspannung in Luft 300 V, auch wenn der Abstand zwischen zwei Elektroden verkürzt ist. Wenn eine Beschädigung an der elektrischen Leitung vorliegt, besteht aufgrund dessen eine Möglichkeit, dass die Spannung, bei der ein Entladen auftritt, auf 300 V reduziert wird; wenn jedoch die Spannung zwischen den Wicklungen der elektrischen Leitung kleiner als 300 V ist, lässt sich sagen, dass ein Entladen nicht auftritt.
Infolgedessen wird die maximale Spannung zwischen benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung bei dem vorstehenden Beispiel mit der Teilentladungs-Einsetzspannung zwischen den Wicklungen der elektrischen Leitung während eines Betriebs des Motors verglichen; wenn jedoch eine Beschädigung an der elektrischen Leitung vorliegt, wird anstelle vom Schritt S4 in 10 gemäß dem Schritt S7 ermittelt, wie in 11 gezeigt, ob die maximale Spannung zwischen den benachbarten Wicklungen der elektrischen Leitung kleiner als die minimale Spannung von 300 V ist oder nicht.
Wird die Anzahl von Segmenten in dem Spulen-Hauptkorpus auf diese Weise ermittelt, können dielektrische Durchläge aufgrund von Defekten in der elektrischen Isolation in der elektrischen Leitung zuverlässiger verhindert werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Als nächstes zeigt 12 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer Motorspulen-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Beispiel ist zumindest ein Vorsprung 4a auf einem isolierenden Element 4 angeordnet, wobei der Vorsprung 4a eine Lageveränderung eines Bereichs eines ersten segmentierten Spulenbereichs 5a verhindert, der zuletzt in eine innerste Schicht gewickelt worden ist (Lageveränderung in Richtung zu einem zweiten segmentierten Spulenbereich 5b, der nachfolgend zu wickeln ist).
Der Vorsprung 4a ist zwischen einem Bereich, um den herum eine siebente Wicklung gewickelt wird, und einem Bereich angeordnet, um den herum eine zweiundzwanzigste Wicklung gewickelt wird. Der Vorsprung 4a kann kontinuierlich oder intermittierend in einer Wicklungsrichtung einer elektrischen Leitung 3 angeordnet sein.
Wird der Vorsprung 4a auf diese Weise zwischen der siebenten Wicklung und der zweiundzwanzigsten Wicklung angeordnet, so kann verhindert werden, dass die siebente Wicklung in Richtung zu der zweiundzwanzigsten Wicklung verschoben wird; dies ermöglicht es, den Arbeitsgang des Wickelns des Spulen-Hauptkorpus 2 problemlos durchzuführen, auch wenn der Spulen-Hauptkorpus 2 in Segmente unterteilt ist.
Wenn ferner der Wicklungsdruck der achten Wicklung groß ist, dann kann zuverlässiger verhindert werden, dass die siebente Wicklung verschoben wird, indem das Ausmaß des Vorspringens des Vorsprungs 4A vergrößert wird.
Des Weiteren sind die Vorsprünge bei dem in 3 gezeigten Aufbau, der in drei Segmente unterteilt ist, jeweils zwischen der fünften Wicklung und der sechzehnten Wicklung sowie zwischen der zwanzigsten Wicklung und der einunddreißigsten Wicklung anzuordnen. Bei dem in 8 gezeigten Aufbau, der in vier Segmente unterteilt ist, sind die Vorsprünge in einer ähnlichen Weise jeweils zwischen der vierten Wicklung und der neunzehnten Wicklung, zwischen der zweiundzwanzigsten Wicklung und der neununddreißigsten Wicklung sowie zwischen der zweiundvierzigsten Wicklung und der neunundfünfzigsten Wicklung anzuordnen.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Als nächstes zeigt 13 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer Motorspulen-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Beispiel ist eine Mehrzahl von Vorsprüngen 4b, die in einer innersten Schicht zwischen Wicklungen einer elektrischen Leitung 3 unterteilen, auf einem isolierenden Element 4 angeordnet. Dadurch ist eine Mehrzahl von Nuten 4c, die rechteckige Querschnitte aufweisen, auf dem isolierenden Element 4 ausgebildet.
Die Wicklungen der elektrischen Leitung 3, die in die innerste Schicht gewickelt werden, sind teilweise in den Nuten 4c aufgenommen. Dadurch wird eine Lageveränderung der Wicklungen der elektrischen Leitung 3 in der innersten Schicht verhindert (eine Lageveränderung in der Richtung des Wicklungsfortgangs). Der Rest der Konfiguration ist ähnlich wie jene oder identisch mit jener von Ausführungsform 1.
Gemäß einer Konfiguration dieser Art wird eine Stabilität der Wicklungen der elektrischen Leitung 3 in der innersten Schicht erhöht, was es ermöglicht, den Arbeitsgang des Wickelns des Spulen-Hauptkorpus 2 problemlos durchzuführen, auch wenn der Spulen-Hauptkorpus 2 in Segmente unterteilt ist.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Als nächstes zeigt 14 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer Motorspulen-Vorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Beispiel ist eine Mehrzahl von Nuten 4d, die Bodenbereiche mit Querschnitten in der Form eines Kreisbogens aufweisen, in dem isolierenden Element angeordnet. In den Nuten 4d sind Wicklungen einer elektrischen Leitung 3, die in eine innerste Schicht gewickelt werden, teilweise aufgenommen. Dadurch wird eine Lageveränderung der Wicklungen der elektrischen Leitung 3 in der innersten Schicht verhindert (eine Lageveränderung in der Richtung des Wicklungsfortgangs).
Des Weiteren ist ein Abstand L zwischen den Wicklungen der elektrischen Leitung 3 in der innersten Schicht und einem Kern 1 identisch mit jenem in 13. Der Rest der Konfiguration ist ähnlich wie die oder identisch mit der gemäß Ausführungsform 1.
Bei einer Konfiguration dieser Art wird eine Stabilität der Wicklungen der elektrischen Leitung 3 in der innersten Schicht ebenfalls erhöht, was es ermöglicht, den Arbeitsgang des Wickelns des Spulen-Hauptkorpus 2 problemlos durchzuführen, auch wenn der Spulen-Hauptkorpus 2 in Segmente unterteilt ist.
Darüber hinaus ist in den Ausführungsformen 1 bis 4 eine elektrische Leitung gezeigt, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweist; die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf Motorspulen-Vorrichtungen angewendet werden, die elektrische Leitungen verwenden, die einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Claims

Motorspulen-Vorrichtung, die Folgendes aufweist: – einen Kern; und – einen Spulen-Hauptkorpus, der so ausgebildet ist, dass eine elektrische Leitung kontinuierlich auf einen äußeren Umfang des Kerns gewickelt ist, wobei – der Spulen-Hauptkorpus eine Mehrzahl von segmentierten Spulenbereichen aufweist, die so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung aufgereiht sind, die parallel zu seiner Wellenachse liegt; und – jeder der segmentierten Spulenbereiche so konfiguriert ist, dass die elektrische Leitung in einem entsprechenden Bereich des Kerns kontinuierlich von einer innersten Schicht in Richtung zu einer äußersten Schicht gewickelt ist.
Motorspulen-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Leitung zwischen benachbarten segmentierten Spulenbereichen unter den segmentierten Spulenbereichen von der äußersten Schicht in Richtung zu der innersten Schicht gewickelt wird.
Motorspulen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Anzahl der segmentierten Spulenbereiche derart festgelegt ist, dass eine maximale Spannung, die zwischen Wicklungen der elektrischen Leitung, die benachbart sind, innerhalb des Spulen-Hauptkorpus auftritt, kleiner als eine Teilentladungs-Einsetzspannung zwischen den Wicklungen der elektrischen Leitung während eines Betriebs des Motors ist.
Motorspulen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Anzahl der segmentierten Spulenbereiche derart vorgegeben ist, dass eine Spannung, die zwischen Wicklungen der elektrischen Leitung, die benachbart sind, innerhalb des Spulen-Hauptkorpus auftritt, kleiner als 300 V ist.
Motorspulen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein isolierendes Element zwischen den Kern und den Spulen-Hauptkorpus eingefügt ist; und wobei auf dem isolierenden Element ein Vorsprung angeordnet ist, der eine Lageveränderung eines Bereichs der segmentierten Spulenbereiche verhindert, der als letztes in die innerste Schicht gewickelt ist.
Motorspulen-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein isolierendes Element zwischen den Kern und den Spulen-Hauptkorpus eingefügt ist; und wobei in dem isolierenden Element eine Mehrzahl von Nuten angeordnet ist, in denen die elektrische Leitung, die in die innerste Schicht gewickelt ist, teilweise aufgenommen ist.