DE112014006365T5

DE112014006365T5 - Elektrische Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112014006365T5
Application number: DE112014006365.7T
Authority: DE
Inventors: Akira Hashimoto; Takashi Umeda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2016-11-03
Also published as: JPWO2015121960A1; JP6173494B2; US10097058B2; US20160329767A1; CN106030993A; WO2015121960A1; CN106030993B

Abstract

Eine elektrische Rotationsmaschine, wobei, wenn N als natürliche Zahl gleich oder größer als 2 angenommen wird, die Anzahl von Schlitzen pro Pol q' die Beziehung N < q' < N + 1 erfüllt. Die Spulenenden von mehreren Basisspulen überspannen N + 1 Magnetpolzähne und die Spulenenden von Spulen der oberen Ebene und Spulen der unteren Ebene überspannen N Magnetpolzähne. Unter der Annahme eines Zustandes, in dem mehrere virtuelle Basisspulen an einem Ankerkern in einer Zweiebenen-Überlappungswicklungskonfiguration vorgesehen sind, und zwei virtuelle Basisspulen, die eine Beziehung aufweisen, wobei die Ströme, die in den zwei Spulenseiten in den oberen Öffnungen der zwei Schlitze fließen, die auf beiden Seiten von N Magnetpolzähnen liegen, Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzten Richtungen sind, als virtuelle spezielle Spulen definiert werden, und virtuelle Spulenpaare, die durch die zwei virtuellen speziellen Spulen konfiguriert sind, in gleichmäßigen Schlitzintervallen erzeugt sind, dann sind die Basisspulen so angeordnet, dass die Positionen der virtuellen speziellen Spulen von mindestens einem der virtuellen Spulenpaare vermieden sind, und die Spulenseiten der Spulen der oberen Ebene und der Spulen der unteren Ebene sind in den Positionen der Spulenseiten der virtuellen speziellen Spulen angeordnet, wo die Anordnung der Basisspulen vermieden wurde.

Description

[Technisches Gebiet]
Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Rotationsmaschine mit einem Anker und einem Rotor, der sich in Bezug auf den Anker dreht.
[Stand der Technik]
Herkömmlich ist eine elektrische Rotationsmaschine bekannt, in der mehrere Ankerspulen in einer Zweiebenen-Überlappungswicklungskonfiguration auf mehrere Magnetpolzähne eines Ankerkerns gewickelt sind. Ferner wurde herkömmlich ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers vorgeschlagen, in dem, um eine leichtere Wicklung der Ankerspulen auf den Ankerkern zu erreichen, die Drähte der Ankerspule nacheinander in jeweilige Schlitze des Ankerkerns für jede Phase eingefügt werden, ohne den Modus der Spulenenden in jeder Spule auszurichten (siehe beispielsweise PTL 1).
[Entgegenhaltungsliste]
[Patentliteratur]

[PTL 1] Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. H11-98743

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Da jedoch die Spulenenden der Ankerspulen in einer komplexen Weise angeordnet sind, bilden dann, wenn die Drähte einer Ankerspule in die Schlitze des Ankerkerns eingesetzt werden, die Spulenenden der benachbarten Ankerspulen ein Hindernis. Das Vermeiden einer Störung zwischen Spulenenden beinhaltet die Einstellung der Spulenlängen und Arbeit zum Formen der Spulenenden und so weiter, und folglich wird vorausgesehen, dass die Arbeit zum Wickeln der Ankerspulen auf den Ankerkern schwieriger gemacht wird.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehend beschriebenen Problems entwickelt, wobei eine Aufgabe davon darin besteht, eine elektrische Rotationsmaschine zu erhalten, die gute Betriebseigenschaften aufweist und die leicht hergestellt werden kann.
[Lösung für das Problem]
Die elektrische Rotationsmaschine gemäß dieser Erfindung ist eine elektrische Rotationsmaschine, die umfasst: einen Ankerkern mit mehreren Magnetpolzähnen, die in einer Umfangsrichtung in Intervallen beabstandet vorgesehen sind, wobei Schlitze zwischen den Magnetpolzähnen ausgebildet sind; eine Ankerspulengruppe mit mehreren Ankerspulen mit jeweils einem Paar von Spulenseiten, die in den Schlitzen angeordnet sind, die voneinander verschieden sind, und Spulenenden, die das Paar von Spulenseiten verbinden, wobei die Ankerspulen auf die Magnetpolzähne in einer Überlappungswicklungskonfiguration gewickelt sind, und ein Dreiphasenstrom in den Ankerspulen fließt; und einen Rotor mit mehreren Magnetpolen, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind, wobei der Rotor in Bezug auf den Ankerkern und die Ankerspulengruppe gedreht wird, wobei die Ankerspulengruppe als Ankerspulen mehrere Basisspulen, von denen eine Spulenseite in einer oberen Öffnung des Schlitzes angeordnet ist und die andere Spulenseite in einer unteren Öffnung des Schlitzes angeordnet ist, Spulen der oberen Ebene, von denen sowohl eine Spulenseite als auch die andere Spulenseite in der oberen Öffnung des Schlitzes angeordnet sind, und Spulen der unteren Ebene, von denen sowohl eine Spulenseite als auch die andere Spulenseite in der unteren Öffnung des Schlitzes angeordnet sind, aufweist, wenn N als natürliche Zahl gleich oder größer als 2 angenommen wird, die Anzahl von Schlitzen pro Pol q', die die Anzahl der Schlitze für jeden der Magnetpole ist, eine Beziehung N < q' < N + 1 erfüllt, die Spulenenden der Basisspulen N + 1 der Magnetpolzähne in einem geneigten Zustand in derselben Richtung in Bezug auf die Umfangsrichtung des Ankerkerns überspannen, die Spulenenden der Spulen der oberen Ebene und der Spulen der unteren Ebene N der Magnetpolzähne überspannen, wenn ein Installationszustand von virtuellen Basisspulen angenommen wird, in dem die Spulenseiten von mehreren virtuellen Basisspulen mit derselben Konfiguration wie die Basisspulen in allen oberen Öffnungen und unteren Öffnungen von jedem der Schlitze angeordnet sind, und zwei der virtuellen Basisspulen, die eine Beziehung aufweisen, durch die die Ströme, die in zwei der Spulenseiten fließen, die jeweils in den oberen Öffnungen der zwei Schlitze angeordnet sind, die auf beiden Seiten von N Magnetpolzähnen liegen, Ströme mit derselben Phase und mit entgegengesetzten Richtungen sind, als virtuelle spezielle Spulen definiert werden, und virtuelle Spulenpaare, die durch die zwei virtuellen speziellen Spulen konfiguriert sind, in gleichmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung des Ankerkerns erzeugt sind, mindestens irgendeines der virtuellen Spulenpaare als Objekt angenommen wird und die Basisspulen so angeordnet sind, dass die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen, die das virtuelle Spulenpaar bilden, das das Objekt ist, vermieden sind, und die Spulenseiten der Spulen der oberen Ebene und der Spulen der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten der virtuellen speziellen Spulen angeordnet sind, wo die Anordnung der Basisspulen vermieden wurde.
Gemäß der elektrischen Rotationsmaschine der vorliegenden Erfindung ist es möglich, gute Betriebseigenschaften zu erreichen und die Herstellung zu erleichtern.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker in 1 zeigt.
3 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zeigt.
4 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker der elektrischen Rotationsmaschine in 3 zeigt.
5 ist ein prinzipielles vergrößertes Diagramm, das den Anker der elektrischen Rotationsmaschine in 4 zeigt.
6 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt.
7 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
8 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
9 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker in 8 zeigt.
10 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine in 8 zeigt.
11 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
12 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
13 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker in 12 zeigt.
14 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine in 12 zeigt.
15 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
16 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt.
17 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker in 16 zeigt.
18 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt.
19 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
20 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer achten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
21 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker in 20 zeigt.
22 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine in 20 zeigt.
23 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer neunten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
24 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker in 23 zeigt.
25 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine in 23 zeigt.
[Beschreibung von Ausführungsformen]
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. In 1 weist eine elektrische Rotationsmaschine 1 einen zylindrischen Anker (Stator) 2, eine Drehwelle 3, die auf der Achsenlinie des Ankers 2 angeordnet ist, und einen Rotor 4, der an der Drehwelle 3 befestigt ist und sich in Bezug auf den Anker 2 in Übereinstimmung mit der Drehwelle 3 dreht, auf.
Der Rotor 4 ist im Inneren des Ankers 2 angeordnet. Ferner weist der Rotor 4 einen zylindrischen Rotorkern 5, der aus einem magnetischen Material (beispielsweise Eisen) besteht, und mehrere Magnete 6, die auf der äußeren Umfangsoberfläche des Rotorkerns 5 (der Oberfläche, die der inneren Umfangsoberfläche des Ankers 2 gegenüberliegt) vorgesehen sind, auf. Die Magnete 6 sind in Umfangsrichtung des Rotorkerns 5 in Intervallen beabstandet angeordnet. Mehrere Magnetpole, die in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 5 ausgerichtet sind, sind im Rotor 4 durch die Magnete 6 ausgebildet. In diesem Beispiel sind 14 Magnete 6 an der äußeren Umfangsoberfläche des Rotorkerns 5 vorgesehen und die Anzahl von Magnetpolen P des Rotors 4 ist 14.
Der Anker 2 weist einen Ankerkern 7, der aus einem magnetischen Material (beispielsweise Eisen) besteht, und eine Ankerspulengruppe 8, die am Ankerkern 7 vorgesehen ist, auf.
Der Ankerkern 7 weist ein zylindrisches hinteres Joch 9 und mehrere Magnetpolzähne 10, die in einer radialen Einwärtsrichtung (in Richtung des Rotors 4) vom inneren Umfangsabschnitt des hinteren Jochs 9 vorstehen, auf. Die Magnetpolzähne 10 sind in Umfangsrichtung des Ankerkerns 7 in Intervallen beabstandet vorgesehen. Daher ist ein Schlitz 11, der in der radialen Einwärtsrichtung des Ankerkerns 7 (in Richtung des Rotors 4) offen ist, zwischen jedem der Magnetpolzähne 10 ausgebildet. Im Ankerkern 7 sind die Anzahl von Magnetpolzähnen 10 und die Anzahl von Schlitzen 11 (Schlitzzahl) Q gleich. In diesem Beispiel sind die Anzahl von Magnetpolzähnen 10 und die Anzahl von Schlitzen Q beide 36.
Wegen der Zweckmäßigkeit wird hier der Schlitz 11, der horizontal auf der linken Seite von der Mitte der Drehwelle 3 in 1 angeordnet ist, als Referenzschlitz genommen und die Nummer dieses Referenzschlitzes 11 wird als ”Nr. 1” angenommen. Ferner sind die anderen Schlitze 11 sequentiell in der Reihenfolge gegen den Uhrzeigersinn, Nr. 2, Nr. 3, ... Nr. 36, vom Referenzschlitz Nr. 1 in 1 nummeriert. Überdies wird der Magnetpolzahn 10, der zwischen den Schlitzen 11 Nr. 1 und Nr. 2 in 1 angeordnet ist, als ”Nr. 1” angenommen und die anderen Magnetpolzähne 10 sind sequentiell in der Reihenfolge gegen den Uhrzeigersinn, Nr. 2, Nr. 3, ..., Nr. 36, vom Magnetpolzahn 10 Nr. 1 nummeriert.
Ferner wird die Anzahl von Schlitzen pro Pol (Anzahl von Schlitzen 11 für jeden Magnetpol des Rotors 4), q', die ein Koeffizient ist, der die Beziehung zwischen der Anzahl von Schlitzen Q und der Anzahl von Magnetpolen P angibt, durch die nachstehende Formel (1) ausgedrückt. q' = Q/P (1)
Folglich ist in diesem Beispiel der Wert der Anzahl von Schlitzen pro Pol q' 36/14 = 18/7 ≅ 2,57.
2 ist ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker 2 in 1 zeigt. Die Ankerspulengruppe 8 umfasst als Ankerspulen mehrere Basisspulen 12, mehrere Spulen 13 der oberen Ebene und mehrere Spulen 14 der unteren Ebene.
Die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene sind jeweils durch ein Bündel von Leitungsdrähten konfiguriert, die zusammen auf mehrere Magnetpolzähne 10 gewickelt sind. Insbesondere sind die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene jeweils in einer überlappten Weise auf die Magnetpolzähne 10 gewickelt. Ferner sind der Typ und die Anzahl von Windungen der Leitungsdrahtbündel, die jede der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene bilden, alle gleich.
Jede der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene weist ein Paar von Spulenseiten 21, die in voneinander verschiedenen Schlitzen 11 angeordnet sind, und ein Paar von Spulenenden 22, die das Paar von Spulenseiten 21 verbinden, indem sie mehrere Magnetpolzähne 10 überspannen, auf. Die Spulenseiten 21 sind im Wesentlichen geradlinige Abschnitte, die den Schlitzen 11 folgen. Die Spulenenden 22 verbinden zwischen den Endabschnitten der Spulenseiten 21 auf der Außenseite hinsichtlich der Achsenlinienrichtung des Ankerkerns 7.
Jeder der Schlitze 11 umfasst eine obere Öffnung (obere Ebene) und eine untere Öffnung (untere Ebene), die Räume zum Anordnen der Spulenseiten 21 in der Tiefenrichtung des Schlitzes 11 sind. Die obere Öffnung des Schlitzes 11 ist in Richtung der inneren radialen Seite des Ankerkerns 7 (in Richtung der offenen Seite des Schlitzes 11) in Bezug auf die untere Öffnung des Schlitzes 11 angeordnet.
Jede der Basisspulen 12 ist am Ankerkern 7 derart vorgesehen, dass eine Spulenseite 21 in der oberen Öffnung des Schlitzes 11 angeordnet ist und die andere Spulenseite 21 in der unteren Öffnung des Schlitzes 11 angeordnet ist. Ferner erstrecken sich die Spulenenden 22 jeder Basisspule 12 zwischen mehreren Magnetpolzähnen 10 in einem geneigten Zustand in derselben Richtung in Bezug auf die Umfangsrichtung des Ankerkerns 7.
Wenn die Anzahl von Magnetpolzähnen 10, die von den Spulenenden 22 überspannt sind (mit anderen Worten, die Anzahl von Magnetpolzähnen 10 zwischen einer Spulenseite 21 und der anderen Spulenseite 21 derselben Spule) als Spulenabstand angenommen wird, dann ist der Spulenabstand der Basisspulen 12 in jeder der Basisspulen 12 gleich. Die Basisspulen 12 sind lang gewickelte Spulen, die einen Spulenabstand größer als die Anzahl von Schlitzen pro Pol q' aufweisen.
Die Spulen 13 der oberen Ebene sind jeweils am Ankerkern 7 derart vorgesehen, dass die eine Spulenseite 21 und die andere Spulenseite 21 davon beide in der oberen Öffnung eines Schlitzes 11 angeordnet sind. Die Spulen 14 der unteren Ebene sind jeweils am Ankerkern 7 derart vorgesehen, dass die eine Spulenseite 21 und die andere Spulenseite 21 davon beide in der unteren Öffnung eines Schlitzes 11 angeordnet sind.
In 2 sind die Phasen des Stroms, der jeweils in den Basisspulen 12, den Spulen 13 der oberen Ebene und den Spulen 14 der unteren Ebene fließt, mit U, V und W angegeben. Ferner ist in 2 die Richtung des Stroms, der in jeder der Spulenseiten 21 fließt, durch einen Großbuchstaben oder Kleinbuchstaben U, V und W und schwarze Kreise und ein Kreuzsymbol innerhalb des weißen Kreises, das die Spulenseite 21 angibt, angegeben. Daher wird die Richtung der Wicklung der Spulen 12, 13, 14 als Richtung des Stroms in jeder Spulenseite 21 verstanden.
Um die Positionen von jeder der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform festzulegen, wird hier eine elektrische Rotationsmaschine gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel, die keine Spulen 13 der oberen Ebene und Spulen 14 der unteren Ebene umfasst, in Betracht gezogen.
3 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt. Ferner ist 4 ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das einen Anker 2 der elektrischen Rotationsmaschine 101 in 3 zeigt. Überdies ist 5 ein teilweises vergrößertes Diagramm, das einen Anker 2 der elektrischen Rotationsmaschine 101 in 4 zeigt. In 4 und 5 sind die Phase des in jeder Spule fließenden Stroms und die Richtung des in jeder Spulenseite fließenden Stroms durch dasselbe Verfahren wie in 2 angegeben.
Die Konfiguration der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ist dieselbe wie die Konfiguration der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform, abgesehen von der Konfiguration der Ankerspulengruppe 8. Die Ankerspulengruppe 8 umfasst nur mehrere virtuelle Basisspulen 12a mit derselben Konfiguration wie die Basisspulen 12. Die virtuellen Basisspulen 12a weisen jeweils ein Paar von Spulenseiten 21a, die dieselbe Konfiguration wie die Spulenseiten 21 der Basisspulen 12 aufweisen, und ein Paar von Spulenenden 22a, die dieselbe Konfiguration wie die Spulenenden 22 der Basisspulen 12 aufweisen, auf.
Jede der virtuellen Basisspulen 12a ist in regelmäßiger Weise am Ankerkern 7 vorgesehen, so dass eine Spulenseite 21a in der oberen Öffnung eines Schlitzes 11 angeordnet ist und die andere Spulenseite 21a in der unteren Öffnung eines Schlitzes 11 angeordnet ist. Die Spulenseiten 21a der virtuellen Basisspulen 12a sind alle in den oberen Öffnungen und unteren Öffnungen der Schlitze 11 angeordnet. Daher ist der Zustand des Ankers 2 der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ein Installationszustand von virtuellen Basisspulen, in dem die virtuellen Basisspulen 12a in regelmäßiger Weise am Ankerkern 7 in einer Zweiebenen-Überlappungswicklungskonfiguration angeordnet sind.
Der ideale Zustand einer elektrischen Rotationsmaschine ist einer, in dem der Betrag der kombinierten Vektoren der induzierten Spannungen, die durch jede der Ankerspulen in der U-Phase, V-Phase und W-Phase erzeugt werden, gleich sind, und die kombinierten Vektoren der induzierten Spannungen jeder Phase mit einer Phasendifferenz von 120° im elektrischen Winkel verteilt sind. In der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel sind folglich die Stromphase (U-Phase, V-Phase, W-Phase), die mit jeder virtuellen Basisspule 12a verbunden ist, und die Richtung der Wicklung jeder virtuellen Basisspule 12a so ausgewählt, dass der ideale Zustand der elektrischen Rotationsmaschine erreicht wird. In der elektrischen Rotationsmaschine 101 wird eine im Wesentlichen sinusförmige induzierte Spannung entsprechend dem Magnetfluss, der durch die Magnetpole des Rotors 4 erzeugt wird, durch jeweiliges Einstellen der Anordnungssequenz der virtuellen Basisspulen 12a jeder Phase und der Wicklungsrichtung jeder virtuellen Basisspule 12a erzeugt.
In 4 ist beim separaten Betrachten der Schlitze 11 Nr. 1 bis Nr. 18 und der Schlitze 11 Nr. 19 bis Nr. 36 zu sehen, dass die Anordnung der virtuellen Basisspulen 12a jeder Phase gleich ist, außer dass die Richtung des Stroms, der in den Spulenseiten 21a fließt, entgegengesetzt ist. Dies liegt daran, dass der Wert der Anzahl von Schlitzen pro Pol p' der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel 18/7 ist. Mit anderen Worten, da im Anker 2 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ein Satz durch 7 Magnetpole entsprechend 18 Schlitzen 11 gebildet ist, ist dann die Anordnung der virtuellen Basisspulen 12a der jeweiligen Phasen alle 18 Schlitze 11 wiederholt.
In dem Installationszustand der virtuellen Basisspulen, in dem die virtuellen Basisspulen 12a regelmäßig am Ankerkern 7 in einer Zweiebenen-Überlappungswicklungskonfiguration angeordnet sind, wenn N als natürliche Zahl gleich oder größer als 2 angenommen wird und wenn die Anzahl von Schlitzen pro Pol q' die nachstehende Formel (2) erfüllt, dann ist es durch Einstellen der Stromphasen, der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase, und der Wicklungsrichtung von jeder der virtuellen Basisspulen 12a möglich, in festen auseinander liegenden Intervallen virtuelle Spulenpaare 23 zu erzeugen, die jeweils durch zwei virtuelle Basisspulen 12a mit einer speziellen Beziehung hinsichtlich der Stromphase und Stromrichtung konfiguriert sind. Wenn die zwei virtuellen Basisspulen 12a, die virtuelle Spulenpaare 23 bilden, jeweils virtuelle spezielle Spulen 12A genannt werden, dann ist die Beziehung zwischen den zwei virtuellen speziellen Spulen 12A, die im gleichen virtuellen Spulenpaar 23 enthalten sind, derart, dass die in den zwei Spulenseiten 21a fließenden Ströme, die in den oberen Öffnungen (oder unteren Öffnungen) der zwei Schlitze 11 mit N Magnetpolzähnen 10 dazwischen angeordnet sind, Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzten Richtungen sind. N < q' < N + 1 (2)
Dies liegt daran, dass die Anordnung der virtuellen Basisspulen 12a bestimmt wird, um einen idealen Zustand zu erreichen, in dem diese Größen der kombinierten Vektoren der induzierten Spannungen, die durch die virtuellen Basisspulen 12a der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase erzeugt werden, für jede Phase gleich sind und die Phasendifferenz zwischen den kombinierten Vektoren auf 120° verteilt ist.
Der Wert der Anzahl von Schlitzen q' pro Pol ist ungefähr 2,57, wie vorstehend beschrieben, was größer als 2 und kleiner als 3 ist (2 < q' < 3). Daher ist aus Formel (2) zu sehen, dass die Konfiguration des Ankers 2 der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel eine Konfiguration eines Ankers 2 ist, wobei N = 2. Die virtuellen Basisspulen 12a sind Spulen, in denen die Spulenenden 22a N + 1 Magnetpolzähne 10 überspannen. Daher ist in diesem Beispiel der Spulenabstand der virtuellen Basisspulen 12a drei.
Beim Betrachten der V-Phase ist zu sehen, dass ein Satz von Spulenseiten 21a, in denen Ströme mit derselben Phase in entgegengesetzten Richtungen fließen, jeweils in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 1 und Nr. 3, den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 16 und Nr. 18, den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 19 und Nr. 21 und den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 34 und Nr. 36 angeordnet sind. Ferner ist zu sehen, dass der Abstand zwischen den Schlitzen 11 Nr. 1 und Nr. 3 und den Schlitzen 11 Nr. 19 und Nr. 21, in deren oberen Öffnungen die Sätze von Spulenseiten 21a, die Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzten Richtung leiten, liegen, zu 18 Schlitzen äquivalent ist, und der Abstand zwischen den Schlitzen 11 Nr. 16 und Nr. 18 und den Schlitzen 11 Nr. 34 und Nr. 36, in deren unteren Öffnungen die Sätze von Spulenseiten 21a, die Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzter Richtung leiten, liegen, auch zu 18 Schlitzen äquivalent ist. Überdies ist zu sehen, dass die Spulenseiten 21a jeweils in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 1 und Nr. 3 und in den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 34 und Nr. 36 Spulenseiten 21a derselben zwei virtuellen Basisspulen 12a sind und die Spulenseiten 21a jeweils in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 19 und Nr. 21 und den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 16 und Nr. 18 Spulenseiten 21a derselben zwei virtuellen Basisspulen 12a sind. Aus diesem Grund ist in 2 zu sehen, dass zwei virtuelle Basisspulen 12A, die eine Beziehung aufweisen, wobei Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzten Richtungen in den zwei Spulenseiten 21a in den oberen Öffnungen (oder unteren Öffnungen) der zwei Schlitze 11 mit zwei (N = 2) Magnetpolzähnen 10 dazwischen fließen, jeweils virtuelle spezielle Spulen 12A genannt werden und ein virtuelles V-Phasen-Spulenpaar 23, das durch zwei virtuelle spezielle Spulen 12A konfiguriert ist, in einem Intervall von 18 Schlitzen voneinander angeordnet ist. Im Fall der U-Phase und der W-Phase ist ähnlich zur V-Phase ferner zu sehen, dass ein virtuelles Spulenpaar 23 in einem Intervall von 18 Schlitzen voneinander angeordnet ist.
Die Sequenz der Stromphasen in jedem der virtuellen Spulenpaare 23, die in gleichmäßigen Intervallen voneinander vorhanden sind, wiederholt die Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) in derselben Reihenfolge. In der virtuellen Basisspule 12a in 2, wobei die Spulenseite 21a in der oberen Öffnung des Schlitzes 11 als Referenz genommen wird, befindet sich das virtuelle Spulenpaar 23 mit zwei Spulenseiten 21a in den oberen Öffnungen von Nr. 1 und Nr. 3 in der V-Phase, das virtuelle Spulenpaar 23 mit zwei Spulenseiten 21a in den oberen Öffnungen von Nr. 7 und Nr. 9 befindet sich in der U-Phase und das virtuelle Spulenpaar 23 mit zwei Spulenseiten 21a in den oberen Öffnungen von Nr. 13 und Nr. 15 befindet sich in der W-Phase, und daher sind die Phasen in der Sequenz V-Phase, U-Phase und W-Phase wiederholt.
6 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt. Der Wicklungsfaktor Kd ist ein Index, der die Eigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine ausdrückt, und je näher der Wert der Grundwellenkomponente an 1 liegt, desto besser sind die Drehmomenteigenschaften, und je kleiner der Wert der Komponenten hoher Ordnung, wie z. B. Komponenten fünfter und siebter Ordnung usw., ist, desto kleiner ist die Hochfrequenzvibration und desto besser sind die Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine. In der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ist zu sehen, dass der Wert des Wicklungsfaktors Kd hinsichtlich sowohl der Grundwellenkomponente als auch der Komponenten hoher Ordnung gewöhnlich gut ist.
Wenn in der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 2 mit 4 verglichen wird, sind die Basisspulen 12 so angeordnet, dass die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A vermieden sind, die die virtuellen V-Phasen-Spulenpaare 23 (in diesem Beispiel die vier virtuellen speziellen Spulen 12A mit Spulenseiten 21a, die jeweils in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 1, Nr. 3, Nr. 19 und Nr. 21 angeordnet sind) unter den virtuellen Spulenpaaren 23 bilden. In diesem Beispiel sind die Basisspulen 12 in allen Positionen der virtuellen Basisspulen 12a abgesehen von den Positionen dieser virtuellen speziellen Spulen 12A in den virtuellen V-Phasen-Spulenpaaren 23 angeordnet (insgesamt vier Positionen).
Die Spulenenden 22 der Basisspulen 12 überspannen N + 1 Magnetpolzähne 10. Mit anderen Worten, der Spulenabstand der Basisspulen 12 ist N + 1. Da in diesem Beispiel N = 2, ist dann der Spulenabstand der Basisspulen 12 drei.
Die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind in den Positionen der jeweiligen Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet, in denen die Anordnung der Basisspulen 12 vermieden ist. Daher sind die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene jeweils für jedes der virtuellen Spulenpaare 23 angeordnet, wo die Anordnung der Basisspulen 12 vermieden ist. Daher sind die Anzahl der Spulen 13 der oberen Ebene und die Anzahl der Spulen 14 der unteren Ebene, die in der Ankerspulengruppe 8 enthalten sind, gleich. Ferner überspannen die Spulenenden 22 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene N Magnetpolzähne 10. Mit anderen Worten, die Spulenabstände der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind beide N (in diesem Beispiel N = 2).
Die Stromphase der Spulen 13 der oberen Ebene ist auf dieselbe Phase wie die Stromphase des virtuellen Spulenpaars 23 mit Spulenseiten 21a entsprechend den Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene (in diesem Beispiel die V-Phase) gesetzt. Ferner ist die Wicklungsrichtung der Spulen 13 der oberen Ebene in einer solchen Weise bestimmt, dass die Richtung des in den Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene fließenden Stroms dieselbe wie die Richtung des in den Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A fließenden Stroms ist.
Die Stromphase der Spulen 14 der unteren Ebene ist auf dieselbe Phase wie die Stromphase des virtuellen Spulenpaars 23 mit Spulenseiten 21a entsprechend den Spulenseiten 21 der Spulen 14 der unteren Ebene (in diesem Beispiel die V-Phase) gesetzt. Ferner ist die Wicklungsrichtung der Spulen 14 der unteren Ebene in einer solchen Weise bestimmt, dass die Richtung des in den Spulenseiten 21 der Spulen 14 der unteren Ebene fließenden Stroms dieselbe wie die Richtung des in den Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A fließenden Stroms ist.
In diesem Beispiel sind jeweils zwei der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in der Ankerspulengruppe 8 enthalten. Ferner sind in diesem Beispiel die Spulenseiten 21 von einer Spule 13 der oberen Ebene in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 1 und Nr. 3 angeordnet und die Spulenseiten 21 der anderen Spule 13 der oberen Ebene sind in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 19 und Nr. 21 angeordnet. In diesem Beispiel sind überdies die Spulenseiten 21 von einer Spule 14 der unteren Ebene in den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 34 und Nr. 36 angeordnet und die Spulenseiten 21 der anderen Spule 14 der unteren Ebene sind in den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 16 und Nr. 18 angeordnet.
Mit anderen Worten, der Anker 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass unter der Annahme eines Installationszustandes von virtuellen Basisspulen (4), in dem alle der Spulenseiten 21a der virtuellen Basisspulen 12a regelmäßig in allen oberen Öffnungen und unteren Öffnungen der Schlitze 11 angeordnet sind, dann, wie in 2 gezeigt, die Basisspulen 12 in allen Positionen der virtuellen Basisspulen 12a angeordnet sind, abgesehen von den Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A, die im virtuellen V-Phasen-Spulenpaar 23 enthalten sind, und die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet sind, wo die Basisspulen 12 nicht angeordnet sind.
Beim Vergleich von 2 mit 4 ist zu sehen, dass der Anker 2 der vorliegenden Ausführungsform vom Anker 2 des ersten Vergleichsbeispiele insofern verschieden ist, als ein Abschnitt der Basisspulen 12 beseitigt ist und die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene hinzugefügt sind, aber die vorliegende Ausführungsform ist dieselbe wie das erste Vergleichsbeispiel in Bezug auf die Anordnung der Spulenseiten 21 in den oberen Öffnungen und den unteren Öffnungen der Schlitze 11. Folglich ist die durch den Anker 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erzeugte induzierte Spannung dieselbe wie die durch den Anker 2 des ersten Vergleichsbeispiels erzeugte induzierte Spannung.
Wenn die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene auf den Ankerkern 7 gewickelt werden, werden zuerst nach dem Wickeln der Spulen 14 der unteren Ebene auf den Ankerkern 7 die Basisspulen 12 sequentiell in der Umfangsrichtung des Ankerkerns 7 gewickelt. In diesem Fall wird die Basisspule 12 mit Spulenseiten 21, die zwischen den Spulenseiten 21 einer Spule 13 der oberen Ebene und zwischen den Spulenseiten 21 einer Spule 14 der unteren Ebene angeordnet ist (in diesem Beispiel die Basisspule 12 mit einer Spulenseite 21, die in der oberen Öffnung des Schlitzes 11 Nr. 20 angeordnet ist), als letztes auf den Ankerkern 7 gewickelt.
Wenn die letzte Basisspule 12 auf den Ankerkern 7 gewickelt wird, bedeckt ein Abschnitt der Basisspulen 12, die bereits auf den Ankerkern 7 gewickelt sind (in diesem Fall die Basisspulen 12 mit Spulenseiten 21, die beispielsweise jeweils in den Schlitzen Nr. 17 und Nr. 18 angeordnet sind), die geplanten Wicklungspositionen der letzten Basisspule 12 und daher wird die letzte Basisspule 12 auf den Ankerkern 7 gewickelt, nachdem zuerst eine Aufgabe zum Biegen dieses Abschnitts der Basisspulen 12 ausgeführt wird, um die Spulenseiten 21 davon von den oberen Öffnungen der Schlitze 11 zu entfernen (Spulenanhebeaufgabe). Wenn der gebogene Abschnitt der Basisspulen 12 in ihre ursprünglichen Positionen zurückgeführt wird, werden daraufhin die Spulen 13 der oberen Ebene schließlich auf den Ankerkern 7 gewickelt. In dieser Weise werden die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene auf den Ankerkern 7 gewickelt.
Da in der elektrischen Rotationsmaschine 1 dieser Art die Basisspulen 12 so angeordnet sind, dass die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A vermieden sind, die die virtuellen V-Phasen-Spulenpaare 23 unter den jeweiligen virtuellen Spulenpaaren 23 bilden, und da die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten 21 der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet sind, wo die Anordnung der Basisspulen 12 vermieden ist, dann kann die Anzahl von Spulenenden 22, die die Magnetpolzähne 10 überspannen, die zwischen den Spulen 13 der oberen Ebene und den Spulen 14 der unteren Ebene angeordnet sind, kleiner gemacht werden als die Anzahl von Spulenenden 22a, die die Magnetpolzähne 10 im ersten Vergleichsbeispiel überspannen. Wenn die Basisspulen 12 auf den Ankerkern 7 gewickelt werden, ist es folglich möglich, die Anzahl von Basisspulen 12 im Vergleich zum ersten Vergleichsbeispiel zu verringern, die gebogen werden, um die letzte Basisspule 12 auf den Ankerkern 7 zu wickeln. Ferner ist es auch möglich, die Komplikation der Anordnung der Spulenenden 22 der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene zu vermeiden. Daher können die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene leicht auf den Ankerkern 7 gewickelt werden, und die Herstellung der elektrischen Rotationsmaschine 1 kann vereinfacht werden. Durch Beseitigen der Basisspulen 12, um die Wicklung der Basisspulen 12 auf den Ankerkern 7 zu erleichtern, werden ferner die Drehmomenteigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine 1 verschlechtert, aber durch Einschließen der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in die Ankerspulengruppe 8 ist es möglich, zufriedenstellende Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine 1 zu erreichen. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Herstellung einer elektrischen Rotationsmaschine 1 zu erleichtern, die gute Betriebseigenschaften aufweist.
Zweite Ausführungsform
7 ist eine Zeichnung in auseinandergezogener Anordnung, die einen Anker 2 einer elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform sind, wenn 7 mit 4 verglichen wird, die Basisspulen 12 so angeordnet, dass die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A jedes virtuellen Spulenpaars 23 in 4 vermieden sind. Ferner sind die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der jeweiligen Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet, wo die Anordnung der Basisspulen 12 vermieden ist. Mit anderen Worten, die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene sind in den Positionen der oberen Öffnungen der Schlitze 11 unter den Positionen der Spulenseiten 21a jeder der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet und die Spulenseiten 21 der Spulen 14 der unteren Ebene sind in den Positionen der unteren Öffnung der Schlitze 11 angeordnet. Die restliche Konfiguration ist ähnlich zur ersten Ausführungsform.
Da in dieser Weise die Basisspulen 12 so angeordnet sind, dass die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A der virtuellen Spulenpaare 23 vermieden sind, und die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet sind, dann sind ähnlich zur ersten Ausführungsform die Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine 1 gut und die Herstellung der elektrischen Rotationsmaschine 1 kann erleichtert werden. Ferner ist es möglich, die Arbeit der Einstellung der Längen der Leitungsdrähte, die die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene bilden, zwischen jeder Phase zu beseitigen, und die elektrische Rotationsmaschine 1 kann noch leichter hergestellt werden. Mit anderen Worten, wenn die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene nicht in Positionen gewickelt werden, die den virtuellen Spulenpaaren 23 der U-Phase und der W-Phase entsprechen, und nur die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene, die dem virtuellen Spulenpaar 23 der V-Phase entsprechen, auf den Ankerkern 7 gewickelt werden, wie beispielsweise in der ersten Ausführungsform, dann variiert aufgrund der Differenz zwischen den Längen der Leitungsdrähte in den Spulen 13 der oberen Ebene und den Spulen 14 der unteren Ebene und den Längen der Leitungsdrähte in den Basisspulen 12 der Spulenwiderstand zwischen der V-Phase und der U-Phase und der W-Phase, und es besteht ein Risiko, dass das Gleichgewicht der induzierten Spannungen, die in der jeweiligen Phase erzeugt werden, leicht gestört wird. In der ersten Ausführungsform ist es, um dies zu vermeiden, erforderlich, die Längen der Leitungsdrähte der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene im Voraus einzustellen. Da andererseits in der vorliegenden Ausführungsform die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene in derselben Anzahl für jede Phase angeordnet sind, ist es dann nicht erforderlich, die Längen der Leitungsdrähte in jeder der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene einzustellen, und der Anker 2 kann noch leichter hergestellt werden.
Dritte Ausführungsform
Wenn die virtuellen Basisspulen 12a, die zwischen jeweiligen virtuellen speziellen Spulen 12A liegen, die in den virtuellen Spulenpaaren 23 in 4 enthalten sind, virtuelle Einstellungsspulen 12B genannt werden, dann sind im Anker 2 des ersten Vergleichsbeispiels, wie in 4 gezeigt, die Stromphase in den virtuellen Einstellungsspulen 12B und die Stromphase in dem virtuellen Spulenpaar 23, das durch zwei virtuelle spezielle Spulen 12A mit den virtuellen Einstellungsspulen 12A dazwischen gebildet ist, voneinander verschieden. In diesem Beispiel ist die Stromphase der virtuellen Einstellungsspulen 12B, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen V-Phasen-Spulenpaars 23 liegen, die W-Phase, die Stromphase der virtuellen Einstellungsspulen 12B, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen U-Phasen-Spulenpaars 23 liegen, ist die V-Phase und die Stromphase der virtuellen Einstellungsspulen 12B, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen W-Phasen-Spulenpaars 23 liegen, ist die U-Phase.
Die virtuellen Einstellungsspulen 12B der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase sind virtuelle Basisspulen 12a, die induzierte Spannungen mit einer Phasendifferenz von 120° dazwischen erzeugen. Ferner sind die virtuellen Einstellungsspulen 12B der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase in gleicher Anzahl (in dem Beispiel jeweils eine) im Rahmen des elektrischen Winkelbereichs α° vorhanden. Der elektrische Winkelbereich α° ist durch die Anzahl von Schlitzen Q und die Anzahl von Polen P, mit anderen Worten durch die Anzahl von Schlitzen pro Pol, q', bestimmt und wird durch die nachstehende Formel (3) ausgedrückt. α° = 180° × P/gcd(Q, P) = 1260° (3)
Hier ist gcd(Q, P) der größte gemeinsame Teiler der Schlitzanzahl Q und der Anzahl von Polen P im Rotor 4.
8 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Ferner ist 9 ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker 2 in 8 zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform sind, wenn 9 mit 4 verglichen wird, die Basisspulen 12 jeweils in den Positionen von jeder der virtuellen Basisspulen 12a angeordnet, während die Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen V-Phasen-Spulenpaars 23 und die Positionen der virtuellen Einstellungsspulen 12B jeder Phase, die im Rahmen des elektrischen Winkelbereichs α° liegen, vermieden sind.
In diesem Beispiel sind die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A auf beiden Seiten der virtuellen W-Phasen-Einstellungsspulen 12B der jeweiligen virtuellen Einstellungsspulen 12B angeordnet, wo die Anordnung der Basisspulen 12 innerhalb des Rahmens des elektrischen Winkelbereichs α° vermieden ist. Mit anderen Worten, die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen V-Phasen-Spulenpaars 23 ähnlich zur ersten Ausführungsform angeordnet.
Folglich ist der Zustand des Ankers 2 ein Zustand, in dem die Spulenenden 22 der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene nicht die Magnetpolzähne 10 überspannen, die zwischen den Spulen 13 der oberen Ebene und den Spulen 14 der unteren Ebene liegen (im vorliegenden Beispiel die Magnetpolzähne 10 bei Nr. 18 und Nr. 36).
Wenn 9 mit 4 verglichen wird, ist die Stromphase der virtuellen Einstellungsspulen 12B mit Spulenseiten 21a, die jeweils zwischen den Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und den Spulenseiten 21 der Spulen 14 der unteren Ebene liegen (in dem Beispiel die zwei virtuellen Basisspulen 12a mit Spulenseiten 21a, die in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 2 und Nr. 20 liegen), die W-Phase. Wenn nur die Basisspulen 12 in den Positionen der virtuellen W-Phasen-Einstellungsspulen 12B beseitigt werden, dann wird das Gleichgewicht zwischen den induzierten Spannungen, die in der U-Phase und der V-Phase erzeugt werden, und der induzierten Spannung, die in der W-Phase erzeugt wird, gestört und die Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine vermindern sich. Um dies zu vermeiden, sind daher die Basisspulen 12 so angeordnet, dass auch die Positionen der virtuellen V-Phasen-Einstellungsspulen 12B (in diesem Beispiel die zwei virtuellen Basisspulen 12a mit Spulenseiten 21a, die in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 8 und Nr. 26 angeordnet sind), und der virtuellen U-Phasen-Einstellungsspulen 12B (in diesem Beispiel die zwei virtuellen Basisspulen 12a mit Spulenseiten 21a, die in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 14 und Nr. 32 angeordnet sind), vermieden sind, die das Gleichgewicht der induzierten Spannungen der jeweiligen Phasen in Bezug auf die virtuellen W-Phasen-Einstellungsspulen 12B aufrechterhalten.
In 8 und 9 sind Schlitze 11 vorhanden, in denen eine Spulenseite 21 in nur einer der oberen Öffnung oder der unteren Öffnung angeordnet ist. In den Schlitzen 11 dieser Art kann ein Füllmaterial zum Füllen der oberen Öffnung oder der unteren Öffnung des Schlitzes 11 (beispielsweise ein Abstandhalterblock oder ein Harzformling usw.) vorgesehen sein, um die Bewegung der Spulenseite 21 zu verhindern.
Der Ankerkern 7 ist in mehrere geteilte Kerne 31 aufgeteilt (in diesem Beispiel zwei geteilte Kerne 31), die in der Umfangsrichtung des Ankerkerns 7 angeordnet sind. Die geteilten Kerne 31 werden durch Schweißen oder dergleichen miteinander verbunden. Die Positionen der Grenzen 32 zwischen den geteilten Kernen 31 sind die Positionen der Magnetpolzähne 10, die nicht von den Spulenenden 22 überspannt sind (in diesem Beispiel die Magnetpolzähne 10 bei Nr. 18 und Nr. 36). Ferner ist in diesem Beispiel die Grenze 32 der geteilten Kerne 31 entlang der Durchmesserrichtung des Ankerkerns 7 ausgebildet. Der Anker 2 ist aus mehreren geteilten Ankern 33 konfiguriert (in diesem Beispiel zwei geteilte Anker 33), die die Basisspulen 12, die in Positionen abgesehen von den Positionen der virtuellen Einstellungsspulen 12B gewickelt sind, und die Spulen 13 der oberen Ebene, die Spulen 14 der unteren Ebene und die geteilten Kerne 31 umfassen. Die restliche Konfiguration ist ähnlich zur ersten Ausführungsform.
10 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 1 in 8 zeigt. Es ist zu sehen, dass der Wert des Wicklungsfaktors Kd der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowohl hinsichtlich der Grundwellenkomponente als auch der Komponenten hoher Ordnung im Vergleich zum Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel gut ist.
Da in der elektrischen Rotationsmaschine 1 wie z. B. dieser die Basisspulen 12 angeordnet sind, um die Positionen der virtuellen Einstellungsspulen 12B jeder Phase, die innerhalb des Rahmens des elektrischen Winkelbereichs α° angeordnet sind, und die Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A, die auf beiden Seiten der virtuellen W-Phasen-Einstellungsspulen 12B liegen, zu vermeiden, und da die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet sind, die auf beiden Seiten der virtuellen W-Phasen-Einstellungsspulen 12B liegen, wo die Anordnung der Basisspulen 12 innerhalb des Rahmens des elektrischen Winkelbereichs α° vermieden ist, dann ist es möglich, das Überspannen der Magnetpolzähne 10, die zwischen den Spulen 13 der oberen Ebene und den Spulen 14 der unteren Ebene angeordnet sind, durch die Spulenenden 22 der Spulen 12, 13, 14 zu vermeiden. Folglich ist es möglich, den Ankerkern 7 in mehrere geteilte Kerne 31 in den Positionen der Magnetpolzähne 10 zu unterteilen, die zwischen den Spulen 13 der oberen Ebene und den Spulen 14 der unteren Ebene liegen. Daher ist es möglich, die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene individuell in jedem geteilten Kern 31 zu wickeln, und die Herstellung des Ankers 2 kann erleichtert werden. Da das Gleichgewicht der induzierten Spannungen jeder Phase aufrechterhalten wird, dann ist es ferner möglich, gute Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine 1 aufrechtzuerhalten, selbst wenn die Basisspulen 12 beseitigt sind, um den Ankerkern 7 zu unterteilen. Da es möglich ist, die Größe und das Gewicht der Komponenten, die den Anker 2 konfigurieren, zu verringern, dann kann überdies selbst nach der Vollendung der elektrischen Rotationsmaschine 1 der Anker 2 in Einheiten des geteilten Ankers 33 demontiert und erneut montiert werden, und daher können die Bearbeitbarkeit der Reparatur und der Wartung usw. der elektrischen Rotationsmaschine 1 verbessert werden. Selbst wenn der Anker 2 beschädigt wird, ist es daher nicht erforderlich, den ganzen Anker 2 zu reparieren oder auszutauschen, und daher können die Kosten und die Arbeitszeit, die erforderlich sind, um die elektrische Rotationsmaschine 1 zu reparieren und/oder auszutauschen, verringert werden.
Vierte Ausführungsform
11 ist eine Zeichnung in auseinandergezogener Anordnung, die einen Anker 2 einer elektrischen Rotationsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Wenn 11 mit 4 verglichen wird, sind die Basisspulen 12 so angeordnet, dass die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A der virtuellen Spulenpaare 23 in 4 vermieden sind. Ferner sind die Basisspulen 12 auch so angeordnet, dass alle Positionen der virtuellen Basisspulen (virtuellen Einstellungsspulen) 12B vermieden sind, die zwischen den jeweiligen virtuellen speziellen Spulen 12A liegen, die in den virtuellen Spulenpaaren 23 enthalten sind. Folglich sind die Basisspulen 12 in den Positionen von jeder der virtuellen Basisspulen 12a abgesehen von den Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A der virtuellen Spulenpaare 23 und den Positionen aller virtuellen Basisspulen (virtuellen Einstellungsspulen) 12B, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A der virtuellen Spulenpaare 23 liegen, angeordnet.
Die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind in den Positionen der jeweiligen Spulenseiten 21a aller virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet, wo die Anordnung der Basisspulen 12 vermieden ist. Mit anderen Worten, die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene sind in den Positionen der oberen Öffnungen der Schlitze 11 unter den Positionen der Spulenseiten 21a von jeder der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet und die Spulenseiten 21 der Spulen 14 der unteren Ebene sind in den Positionen der unteren Öffnungen der Schlitze 11 angeordnet. Keines der Spulenenden 22 der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene überspannt die Magnetpolzähne 10, die zwischen einer Spule 13 der oberen Ebene und einer Spule 14 der unteren Ebene liegen, die demselben virtuellen Spulenpaar 23 entsprechen.
In 11 sind Schlitze 11 vorhanden, in denen eine Spulenseite 21 in nur einer der oberen Öffnung oder der unteren Öffnung angeordnet ist. In Schlitzen 11 dieser Art kann ein Füllmaterial zum Füllen der oberen Öffnung oder der unteren Öffnung des Schlitzes 11 (beispielsweise ein Abstandhalterblock oder ein Harzformling usw.) vorgesehen sein, um die Bewegung der Spulenseite 21 zu verhindern.
Der Ankerkern 7 ist in mehrere geteilte Kerne 31 (in diesem Beispiel sechs geteilte Kerne 31) aufgeteilt, die in der Umfangsrichtung des Ankerkerns 7 angeordnet sind. Die geteilten Kerne 31 sind durch Schweißen oder dergleichen miteinander verbunden. Die Positionen der Grenzen 32 zwischen den geteilten Kernen 31 sind die Positionen der Magnetpolzähne 10, die nicht von den Spulenenden 22 überspannt sind (in diesem Beispiel die Magnetpolzähne 10 bei Nr. 6, Nr. 12, Nr. 18, Nr. 24, Nr. 30 und Nr. 36). Ferner sind in diesem Beispiel die Grenzen 32 der geteilten Kerne 31 entlang der Durchmesserrichtung des Ankerkerns 7 ausgebildet. Der Anker 2 ist aus mehreren geteilten Ankern 33 (in diesem Beispiel sechs geteilten Ankern 33) konfiguriert, die die Basisspulen 12, die in Positionen abseits von den Positionen der virtuellen Einstellungsspulen 12B gewickelt sind, und die Spulen 13 der oberen Ebene, die Spulen 14 der unteren Ebene und die geteilten Kerne 31 umfassen. Die restliche Konfiguration ist ähnlich zur zweiten Ausführungsform.
Da in der elektrischen Rotationsmaschine 1 dieser Art die Spulenenden 22 nicht die Magnetpolzähne 10 überspannen, die zwischen der Spule 13 der oberen Ebene und der Spule 14 der unteren Ebene entsprechend irgendeinem der virtuellen Spulenpaare 23 liegen, und die Grenzen 32 der geteilten Kerne 31 in den Positionen der Magnetpolzähne 10 ausgebildet sind, die nicht von irgendeinem der Spulenenden 22 überspannt sind, dann ist es möglich, den Anker 2 in mehrere geteilte Anker 33 aufzuteilen, und es ist möglich, den Anker 2 separat als jeweilige geteilte Anker 33 herzustellen. Daher ist es ähnlich zur dritten Ausführungsform möglich, die Herstellung des Ankers 2 zu erleichtern, die Bearbeitbarkeit der Reparatur und Wartung usw. der elektrischen Rotationsmaschine 1 zu verbessern und die Kosten und Arbeitszeit, die an der Reparatur und am Austausch der elektrischen Rotationsmaschine 1 beteiligt sind, zu verringern. Ferner ist es möglich, eine noch größere Verringerung der Größe und des Gewichts der Komponenten, die den Anker 2 bilden, im Vergleich zur dritten Ausführungsform zu erreichen, und daher können die Komponenten, die den Anker 2 bilden, noch leichter gehandhabt werden.
Fünfte Ausführungsform
12 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Ferner ist 13 ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker 2 in 12 zeigt. Die Ankerspulengruppe 8 umfasst ferner als Ankerspulen mehrere zusätzliche Spulen 41, die jeweils induzierte Spannungen erzeugen, die die Größe der kombinierten Vektoren der induzierten Spannungen erhöhen, die durch die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene für jede Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) erzeugt werden. In der Ankerspulengruppe 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform fließt ein Dreiphasenstrom in den Basisspulen 12, den Spulen 13 der oberen Ebene, den Spulen 14 der unteren Ebene und den zusätzlichen Spulen 41. In diesem Beispiel sind überdies zwei der zusätzlichen Spulen 41 im Ankerkern 7 für jede der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase vorgesehen.
Wenn 13 mit 4 verglichen wird, sind die Basisspulen 12 in den Positionen von jeder der virtuellen Basisspulen 12a angeordnet, während die Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A, die in dem virtuellen V-Phasen-Spulenpaar 23 enthalten sind, und der virtuellen Einstellungsspulen 12B, die jedem der virtuellen Spulenpaare 23 entsprechen (die virtuellen Basisspulen 12a, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A jedes virtuellen Spulenpaars 23 liegen), vermieden sind. Ferner sind die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der jeweiligen Spulenseiten 21a aller virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet, die im virtuellen V-Phasen-Spulenpaar 23 enthalten sind.
Der Ankerkern 7 ist in mehrere geteilte Kerne 31 (in diesem Beispiel zwei geteilte Kerne 31) aufgeteilt, die in der Umfangsrichtung des Ankerkerns 7 angeordnet sind. Die geteilten Kerne 31 sind durch Schweißen oder dergleichen miteinander verbunden. Die Positionen der Grenzen 32 zwischen den geteilten Kernen 31 sind die Positionen der Magnetpolzähne 10, die nicht von den Spulenenden 22 überspannt sind (in diesem Beispiel die Magnetpolzähne 10 bei Nr. 18 und Nr. 36). Ferner sind in diesem Beispiel die Grenzen 32 der geteilten Kerne 31 entlang der Durchmesserrichtung des Ankerkerns 7 ausgebildet. Der Anker 2 ist aus mehreren geteilten Ankern 33 (in diesem Beispiel zwei geteilten Ankern 33) konfiguriert, die die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene, die Spulen 14 der unteren Ebene, zusätzliche Spulen 41 und geteilte Kerne 31 umfassen. Mit anderen Worten, die Anordnung der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene und die Konfiguration des Ankerkerns 7 ist zu jener in 9 ähnlich.
Die zusätzlichen Spulen 41 sind in Überlappung gewickelte Spulen, die ein Paar von Spulenseiten 21, die in voneinander verschiedenen Schlitzen 11 angeordnet sind, und ein Paar von Spulenenden 22, die das Paar von Spulenseiten 21 miteinander verbinden, umfassen. Die Spulenseiten 21 der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind nicht in allen der oberen Öffnungen und unteren Öffnungen der Schlitze 11 angeordnet und die Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spulen 41 sind in den leeren Positionen (in dem Beispiel den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 2, Nr. 8, Nr. 14, Nr. 20, Nr. 26 und Nr. 32 und den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 5, Nr. 11, Nr. 17, Nr. 23, Nr. 29 und Nr. 35) angeordnet. Mit anderen Worten, die Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spulen 41 sind in den Positionen der jeweiligen Spulenseiten 21a der virtuellen Einstellungsspulen 12B angeordnet.
Die Spulenenden 22 der zusätzlichen Spulen 41 sind in einer geneigten Weise in der Rückwärtsrichtung zu den Spulenenden 22 der Basisspulen 12 in Bezug auf die Umfangsrichtung des Ankerkerns 7 angeordnet. Ferner sind die zusätzlichen Spulen 41 so angeordnet, dass die Magnetpolzähne 10 vermieden sind, die nicht von irgendeiner der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene überspannt sind (in diesem Beispiel die Magnetpolzähne 10 bei Nr. 18 und Nr. 36). Überdies ist die Anzahl von Magnetpolzähnen 10, die von den Spulenenden 22 der zusätzlichen Spulen 41 überspannt sind, in jeder der zusätzlichen Spulen 41 gleich. Mit anderen Worten, der Spulenabstand von jeder zusätzlichen Spule 41 ist gleich. In diesem Beispiel ist die Anzahl von Magnetpolzähnen 10, die von den Spulenenden 22 der zusätzlichen Spulen 41 überspannt sind, drei.
Wenn 13 mit 4 verglichen wird, sind die zusätzlichen Spulen 41 zwischen einem virtuellen Spulenpaar 23 und einem anderen virtuellen Spulenpaar 23 in einem Zustand angeordnet, in dem ein virtuelles Spulenpaar 23 und ein anderes virtuelles Spulenpaar 23, die in zueinander benachbarten Positionen erzeugt sind, sich in einem teilweise überlappten Zustand befinden. Die Stromphase der zusätzlichen Spule 41, die zwischen einem virtuellen Spulenpaar 23 und einem anderen virtuellen Spulenpaar 23 angeordnet ist, ist zu den Stromphasen der zwei virtuellen Spulenpaare 23 verschieden. Die Stromphase der zusätzlichen Spule 41, die Spulenseiten 21 aufweist, die jeweils in den Schlitzen 11 Nr. 2 und Nr. 5 angeordnet sind, ist beispielsweise die W-Phase, da die zusätzliche Spule 41 zwischen einem virtuellen V-Phasen-Spulenpaar 23 (dem virtuellen Spulenpaar 23 mit den Spulenseiten 21a, die in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 1 und Nr. 3 angeordnet sind) und einem virtuellen U-Phasen-Spulenpaar 23 (dem virtuellen Spulenpaar 23 mit Spulenseiten 21a, die in den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 4 und Nr. 6 angeordnet sind) angeordnet ist.
Ferner ist die Richtung des Stroms der Spulenseiten 21 in den zusätzlichen Spulen 41 dieselbe wie des Stroms, der in den Spulenseiten 21 fließt, die im gleichem Schlitz 11 wie die Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spule 41 angeordnet ist, unter den Spulenseiten 21 der Basisspulen 12 mit derselben Phase wie die zusätzlichen Spulen 41. Die restliche Konfiguration ist ähnlich zur dritten Ausführungsform.
14 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 1 in 12 zeigt. Es ist zu sehen, dass der Wert des Wicklungsfaktors Kd der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowohl hinsichtlich der Grundwellenkomponente als auch der Komponenten hoher Ordnung im Vergleich zum Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel gut ist.
Da in der elektrische Rotationsmaschine 1 dieser Art die Ankerspulengruppe 8 als Ankerspulen die mehreren zusätzlichen Spulen 41 umfasst, die jeweils induzierte Spannungen erzeugen, die die Größe der kombinierten Vektoren der induzierten Spannungen erhöhen, die durch die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene in jeder Phase erzeugt werden, und da die Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spulen 41 in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen Einstellungsspulen 12B angeordnet sind, dann ist es möglich, die Anzahl von Spulen im Vergleich zur dritten Ausführungsform zu erhöhen, und das durch die elektrische Rotationsmaschine 1 erzeugte Drehmoment kann erhöht werden. Da die zusätzlichen Spulen 41 so angeordnet sind, dass die Magnetpolzähne 10 vermieden sind, die nicht von den Spulenenden 22 überspannt sind, dann ist es ferner möglich, den Anker 2 in mehrere geteilte Anker 33 aufzuteilen. Folglich ist es ähnlich zur dritten und zur vierten Ausführungsform möglich, die Herstellung des Ankers 2 zu erleichtern, und ferner können die Kosten und die Arbeitszeit, die an der Reparatur und am Austausch der elektrischen Rotationsmaschine 1 usw. beteiligt sind, verringert werden.
Sechste Ausführungsform
15 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl von Schlitzen Q 108 und die Anzahl von Magnetpolen P des Rotors 4 ist 42. Die Anzahl von Schlitzen pro Pol q' ist 18/7. Mit anderen Worten, in der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist, obwohl die Anzahl von Schlitzen Q und die Anzahl von Magnetpolen P größer ist als in der elektrischen Rotationsmaschine 1 der ersten bis fünften Ausführungsform, der Wert der Anzahl von Schlitzen pro Pol q' dieselbe wie die erste bis fünfte Ausführungsform. Daher ist die Konfiguration des Ankers 2 in der vorliegenden Ausführungsform eine auf der Basis einer kontinuierlichen Anordnung von Sätzen mit jeweils achtzehn Schlitzen 11 und sieben Magnetpolen des Rotors 4 ähnlich zum Anker 2 gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Anker 2 aus sechs geteilten Ankern 33 konfiguriert, die in der Umfangsrichtung des Ankers 2 verbunden sind. Die Konfiguration jedes geteilten Ankers 33 ist dieselbe wie die Konfiguration der geteilten Anker 33 in der ersten Ausführungsform.
In dieser Weise ist es, selbst wenn die Anzahl von geteilten Ankern 33 mit derselben Konfiguration wie die fünfte Ausführungsform sechs ist, dennoch möglich, ähnliche vorteilhafte Effekte zur fünften Ausführungsform zu erhalten. In einer ähnlichen Weise ist es in der ersten bis vierten Ausführungsform auch, vorausgesetzt, dass der Wert der Anzahl von Schlitzen pro Pol q' gleich ist, dann möglich, die Spulen in einer ähnlichen Weise ungeachtet der Erhöhung oder Verringerung der Anzahl von Schlitzen Q und der Anzahl von Polen P anzuordnen, und ähnliche vorteilhafte Effekte können erreicht werden.
Siebte Ausführungsform
Vor dem Beschreiben der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der siebten Ausführungsform wird die Konfiguration der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel beschrieben.
16 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine 101 gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt. Ferner ist 17 ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker 2 in 16 zeigt. In der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel sind ähnlich zum ersten Vergleichsbeispiel die virtuellen Basisspulen 12a in einer Zweiebenen-Überlappungswicklungskonfiguration gewickelt und in regelmäßiger Weise im Ankerkern 7 angeordnet. Ferner ist in der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel die Anzahl Q von Schlitzen 11 54 und die Anzahl von Magnetpolen P im Rotor 4 ist 14. Daher ist der Wert der Anzahl von Schlitzen pro Pol q' im zweiten Vergleichsbeispiel 27/7 (≅3,85), was ein Wert größer als 3 und geringer als 4 ist (3 < q' < 4). Daher ist aus Formel (2) zu sehen, dass die Konfiguration des Ankers 2 der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel eine Konfiguration eines Ankers 2 ist, wobei N = 3. Folglich ist im zweiten Vergleichsbeispiel zu sehen, dass der Spulenabstand jeder virtuellen Basisspule 12a vier ist.
Beim Betrachten der U-Phase ist zu sehen, dass ein Satz von Spulenseiten 21a, in denen Ströme derselben Phase in entgegengesetzten Richtungen fließen, jeweils in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 1 und Nr. 4, den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 24 und Nr. 27, den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 28 und Nr. 31 und den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 51 und Nr. 54 angeordnet ist. Ferner ist zu sehen, dass der Abstand zwischen den Schlitzen 11 Nr. 1 und Nr. 4 und den Schlitzen 11 Nr. 28 und Nr. 31, in deren oberen Öffnungen die Sätze von Spulenseiten 21a, die Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzter Richtung leiten, liegen, zu 27 Schlitzen äquivalent ist, und der Abstand zwischen den Schlitzen 11 Nr. 24 und Nr. 27 und den Schlitzen 11 Nr. 51 und Nr. 54, in deren unteren Öffnungen die Sätze von Spulenseiten 21a, die Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzter Richtung leiten, liegen, auch zu 27 Schlitzen äquivalent ist. Überdies ist zu sehen, dass die Spulenseiten 21a jeweils in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 1 und Nr. 4 und in den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 51 und Nr. 54 Spulenseiten 21a derselben zwei virtuellen Basisspulen 12a sind und die Spulenseiten 21a jeweils in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 28 und Nr. 31 und den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 24 und Nr. 27 Spulenseiten 21a derselben zwei virtuellen Basisspulen 12a sind. Aus diesem Grund werden in 17 zwei virtuelle Basisspulen 12a, die eine Beziehung aufweisen, durch die Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzten Richtungen in den zwei Spulenseiten 21a in den oberen Öffnungen (oder unteren Öffnungen) von zwei Schlitzen 11 mit drei (N = 3) Magnetpolzähnen 10 dazwischen fließen, jeweils virtuelle spezielle Spulen 12A genannt und ein virtuelles Spulenpaar 23, das durch zwei virtuelle spezielle Spulen 12A konfiguriert ist, ist in einem Intervall von 27 Schlitzen voneinander angeordnet. Im Fall der V-Phase und der W-Phase ist ähnlich zur U-Phase ferner ein virtuelles Spulenpaar 23 in einem Intervall von 27 Schlitzen voneinander angeordnet.
Die Sequenz der Stromphase in jedem der virtuellen Spulenpaare 23, die in gleichmäßigen Schlitzintervallen voneinander vorhanden sind, wiederholt die Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) in derselben Reihenfolge. In der virtuellen Basisspule 12a in 17 ist, wenn die Spulenseite 21a in der oberen Öffnung des Schlitzes 11 als Referenz genommen wird, das virtuelle Spulenpaar 23 mit zwei Spulenseiten 21a in den oberen Öffnungen von Nr. 1 und Nr. 4 in der U-Phase, das virtuelle Spulenpaar 23 mit zwei Spulenseiten 21a in den oberen Öffnungen von Nr. 10 und Nr. 13 ist in der W-Phase und das virtuelle Spulenpaar 23 mit zwei Spulenseiten 21a in den oberen Öffnungen von Nr. 19 und Nr. 22 ist in der V-Phase und daher sind die Phasen in der Sequenz U-Phase, W-Phase und V-Phase wiederholt. Der Rest der Konfiguration des zweiten Vergleichsbeispiels ist ähnlich zum ersten Vergleichsbeispiel.
18 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt. In der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel ist zu sehen, dass der Wert des Wicklungsfaktors Kd hinsichtlich sowohl der Grundwellenkomponente als auch der Komponenten hoher Ordnung gewöhnlich gut ist.
19 ist eine Zeichnung in auseinandergezogener Anordnung, die einen Anker 2 einer elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß einer siebten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Wenn 19 mit 17 verglichen wird, sind die Basisspulen 12 in den Positionen von jeder der virtuellen Basisspulen 12a angeordnet, um die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A zu vermeiden, die in den virtuellen U-Phasen-Spulenpaaren 23 enthalten sind. Die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind in den Positionen der jeweiligen Spulenseiten 21a aller virtuellen speziellen U-Phasen-Spulen 12A angeordnet, wo die Anordnung der Basisspulen 12 vermieden ist. Ferner überspannen die Spulenenden 22 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene drei (N = 3) Magnetpolzähne 10. Mit anderen Worten, die Spulenabstände der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind beide N = 3.
Mit anderen Worten, der Anker 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass unter der Annahme eines Installationszustandes von virtuellen Basisspulen (17), in dem alle Spulenseiten 21a der virtuellen Basisspulen 12a regelmäßig in allen oberen Öffnungen und unteren Öffnungen der Schlitze 11 angeordnet sind, dann die Basisspulen 12 in allen Positionen der virtuellen Basisspulen 12a abgesehen von den Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A, die in dem virtuellen U-Phasen-Spulenpaar 23 enthalten sind, angeordnet sind, und die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet sind, wo die Basisspulen 12 nicht angeordnet sind. Die restliche Konfiguration ist ähnlich zur ersten Ausführungsform.
In dieser Weise ist es, selbst wenn die Anzahl von Schlitzen pro Pol q' größer als 3 und kleiner als 4 ist, immer noch möglich, den Spulenabstand von jeder der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene 14 (N = 3) kleiner zu machen als den Spulenabstand von jeder der Basisspulen 12 (N + 1 = 4), während gute Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine 1 aufrechterhalten werden. Folglich ist es möglich, die Menge an Arbeit zu verringern, die an einer Spulenanhebeaufgabe zum Biegen eines Abschnitts der Basisspulen 12 beteiligt ist, um die Spulenseiten 21 von den Schlitzen 11 zu entfernen, wenn die Basisspulen 12 auf den Ankerkern 7 gewickelt werden, und daher kann die Herstellung der elektrischen Rotationsmaschine 1 erleichtert werden.
Achte Ausführungsform
Wenn die virtuellen Basisspulen 12a, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A, die in den virtuellen Spulenpaaren 23 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel enthalten sind, liegen, virtuelle Einstellungsspulen 12B genannt werden, dann sind in 17 die Stromphasen der zwei virtuellen Einstellungsspulen 12B, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen U-Phasen-Spulenpaars 23 liegen, die V-Phase und die W-Phase, die Stromphasen der zwei virtuellen Einstellungsspulen 12B, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen W-Phasen-Spulenpaars 23 liegen, sind die V-Phase und U-Phase und die Stromphasen der zwei virtuellen Einstellungsspulen 12B, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen V-Phasen-Spulenpaars 23 liegen, sind die U-Phase und W-Phase.
Die virtuellen Einstellungsspulen 12B der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase sind virtuelle Basisspulen 12a, die induzierte Spannungen mit einer Phasendifferenz von 120° dazwischen erzeugen. Die virtuellen Einstellungsspulen 12B der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase sind ferner in gleicher Anzahl (in dem Beispiel jeweils zwei) im Rahmen des elektrischen Winkelbereichs α° vorhanden, der durch die Formel (3) ausgedrückt wird (α° = 1260°).
20 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß einer achten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Ferner ist 21 ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker 2 in 20 zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform sind, wenn 21 mit 17 verglichen wird, die Basisspulen 12 jeweils in den Positionen von jeder der virtuellen Basisspulen 12a angeordnet, wobei die Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen U-Phasen-Spulenpaars 23 und die Positionen der virtuellen Einstellungsspulen 12B jeder Phase, die im Rahmen des elektrischen Winkelbereichs α° (α° = 1260°) liegen, vermieden sind.
Die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen U-Phasen-Spulen 12A auf beiden Seiten der zwei virtuellen W-Phasen- und V-Phasen-Einstellungsspulen 12B, der jeweiligen virtuellen Einstellungsspulen 12B angeordnet, wo die Anordnung der Basisspulen 12 innerhalb des Rahmens des elektrischen Winkelbereichs α° vermieden ist. Mit anderen Worten, die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind in den Positionen der Spulenseiten 21a der virtuellen speziellen Spulen 12A des virtuellen U-Phasen-Spulenpaars 23 ähnlich zur siebten Ausführungsform angeordnet.
Folglich ist der Zustand des Ankers 2 ein Zustand, in dem die Spulenenden 22 der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene nicht die Magnetpolzähne 10 überspannen, die zwischen den Spulen 13 der oberen Ebene und den Spulen 14 der unteren Ebene liegen (im vorliegenden Beispiel die Magnetpolzähne 10 bei Nr. 27 und Nr. 54).
Wenn 21 mit 17 verglichen wird, sind die Stromphasen der zwei virtuellen Einstellungsspulen 12B mit den Spulenseiten 21a, die jeweils zwischen den Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und zwischen den Spulenseiten 21 der Spulen 14 der unteren Ebene liegen, die W-Phase und die V-Phase. Wenn die Basisspulen 12 nur in den Positionen der virtuellen Einstellungsspulen 12B der W-Phase und der V-Phase entfernt werden, dann wird das Gleichgewicht der induzierten Spannung in der ganzen Ankerspulengruppe 8 unterbrochen und die Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine vermindern sich. Um dies zu vermeiden, sind daher in diesem Beispiel die Basisspulen 12 so angeordnet, dass die jeweiligen Positionen der virtuellen V-Phasen- und U-Phasen-Einstellungsspulen 12B und der virtuellen U-Phasen- und W-Phasen-Einstellungsspulen 12B vermieden sind, die das Gleichgewicht der induzierten Spannungen jeder Phase in Bezug auf die virtuellen Einstellungsspulen 12B der W-Phase und V-Phase aufrechterhalten.
In 20 und 21 sind Schlitze 11 vorhanden, in denen eine Spulenseite 21 in nur einer der oberen Öffnung oder der unteren Öffnung angeordnet ist. In den Schlitzen 11 dieser Art kann ein Füllmaterial zum Füllen der oberen Öffnung oder der unteren Öffnung des Schlitzes 11 (beispielsweise ein Abstandhalterblock oder ein Harzformling usw.) vorgesehen sein, um die Bewegung der Spulenseite 21 zu verhindern.
Der Ankerkern 7 ist in mehrere geteilte Kerne 31 (in diesem Beispiel zwei geteilte Kerne 31) aufgeteilt, die in der Umfangsrichtung des Ankerkerns 7 angeordnet sind. Die geteilten Kerne 31 sind durch Schweißen oder dergleichen miteinander verbunden. Die Positionen der Grenzen 32 zwischen den geteilten Kernen 31 sind die Positionen der Magnetpolzähne 10, die nicht von den Spulenenden 22 überspannt sind (in diesem Beispiel die Magnetpolzähne 10 bei Nr. 27 und Nr. 54). Ferner sind in diesem Beispiel die Grenzen 32 der geteilten Kerne 31 entlang der Durchmesserrichtung des Ankerkerns 7 ausgebildet. Der Anker 2 ist aus mehreren geteilten Ankern 33 (in diesem Beispiel zwei geteilten Ankern 33) konfiguriert, die die Basisspulen 12, die in Position abgesehen von den Positionen der virtuellen Einstellungsspulen 12B gewickelt sind, und die Spulen 13 der oberen Ebene, die Spulen 14 der unteren Ebene und die geteilten Kerne 31 umfassen. Die restliche Konfiguration ist ähnlich zur siebten Ausführungsform.
22 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 1 in 20 zeigt. Es ist zu sehen, dass der Wert des Wicklungsfaktors Kd der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowohl hinsichtlich der Grundwellenkomponente als auch der Komponenten hoher Ordnung verglichen mit dem Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel (18) gut ist.
Selbst wenn die Anzahl von Schlitzen pro Pol q' größer als 3 und kleiner als 4 ist, ist es in dieser Weise dennoch möglich, den Ankerkern 7 ähnlich zur dritten Ausführungsform in mehrere geteilte Kerne 31 aufzuteilen. Folglich ist es möglich, die Herstellung des Ankers 2 zu erleichtern, und weiterhin können die Kosten und die Arbeitszeit, die an der Reparatur und am Austausch der elektrischen Rotationsmaschine 1 usw. beteiligt sind, verringert werden. Da das Gleichgewicht der induzierten Spannungen jeder Phase aufrechterhalten wird, sind dann ferner die Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine 1 gut, selbst wenn die Basisspulen 12 beseitigt sind, um den Ankerkern 7 aufzuteilen.
Neunte Ausführungsform
23 ist eine schematische Zeichnung, die eine elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß einer neunten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Ferner ist 24 ein Diagramm in auseinandergezogener Anordnung, das den Anker 2 in 23 zeigt. Ähnlich zur fünften Ausführungsform umfasst die Ankerspulengruppe 8 ferner als Ankerspulen mehrere zusätzliche Spulen 41, die jeweils induzierte Spannungen erzeugen, die die Größe der kombinierten Vektoren der induzierten Spannungen erhöhen, die durch die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene und die Spulen 14 der unteren Ebene für jede Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) erzeugt werden. In diesem Beispiel sind vier der zusätzlichen Spulen 41 im Ankerkern 7 für jede der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase vorgesehen. Mit anderen Worten, die Anordnung der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene und die Konfiguration des Ankerkerns 7 ist ähnlich zu jener in 20 und 21.
Ähnlich zur fünften Ausführungsform sind die zusätzlichen Spulen 41 in Überlappung gewickelte Spulen, die ein Paar von Spulenseiten 21, die in voneinander verschiedenen Schlitzen 11 angeordnet sind, und ein Paar von Spulenenden 22, die das Paar von Spulenseiten 21 miteinander verbinden, umfassen. Die Spulenseiten 21 der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene sind nicht in allen der oberen Öffnungen und unteren Öffnungen der Schlitze 11 angeordnet und die Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spulen 41 sind in den leeren Positionen angeordnet. Mit anderen Worten, die Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spulen 41 sind in den Positionen der jeweiligen Spulenseiten 21a der virtuellen Einstellungsspulen 12B angeordnet.
Ähnlich zur fünften Ausführungsform sind die Spulenenden 22 der zusätzlichen Spulen 41 in einer geneigten Weise in der Rückwärtsrichtung zu den Spulenenden 22 der Basisspulen 12 in Bezug auf die Umfangsrichtung des Ankerkerns 7 angeordnet. Ferner sind die zusätzlichen Spulen 41 so angeordnet, dass die Magnetpolzähne 10 vermieden sind, die nicht von irgendeiner der Basisspulen 12, der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene 14 überspannt sind (in diesem Beispiel die Magnetpolzähne 10 bei Nr. 27 und Nr. 54). Überdies ist die Anzahl von Magnetpolzähnen 10, die von den Spulenenden 22 der zusätzlichen Spulen 41 überspannt sind, dieselbe in jeder der zusätzlichen Spulen 41. Mit anderen Worten, der Spulenabstand jeder zusätzlichen Spule 41 ist gleich. In diesem Beispiel ist die Anzahl von Magnetpolzähnen 10, die von den Spulenenden 22 der zusätzlichen Spulen 41 überspannt sind, fünf.
Wenn 24 mit 17 verglichen wird, sind die zusätzlichen Spulen 41, jeweils zwei, zwischen einem virtuellen Spulenpaar 23 und einem anderen virtuellen Spulenpaar 23 in einem Zustand angeordnet, in dem ein virtuelles Spulenpaar 23 und ein anderes virtuelles Spulenpaar 23, die in zueinander benachbarten Positionen erzeugt sind, sich in einem teilweise überlappten Zustand befinden. In den Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spulen 41, die zwischen einem virtuellen Spulenpaar 23 und dem anderen virtuellen Spulenpaar 23 angeordnet sind, fließen Ströme derselben Phase in entgegengesetzten Richtungen in entweder den Spulenseiten 21, die in denselben Schlitzen 11 wie die Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spulen 41 angeordnet sind, oder den Spulenseiten 21, die in den benachbarten Schlitzen 11 angeordnet sind.
In diesem Beispiel ist die Stromphase der zusätzlichen Spule 41, die zwischen einem virtuellen Spulenpaar 23 und einem anderen virtuellen Spulenpaar 23 angeordnet ist, von den Stromphasen der zwei virtuellen Spulenpaaren 23 verschieden. Ferner sind in diesem Beispiel die Stromphasen der zwei zusätzlichen Spulen 41, die aufeinander ausgerichtet sind, gleich. Die Stromphase der zwei zusätzlichen Spulen 41, die zwischen dem virtuellen U-Phasen-Spulenpaar 23 (dem virtuellen Spulenpaar 23 mit Spulenseiten 21a, die in den oberen Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 1 und Nr. 4 angeordnet sind) und dem virtuellen W-Phasen-Spulenpaar 23 (dem virtuellen Spulenpaar 23 mit Spulenseiten 21a, die in den unteren Öffnungen der Schlitze 11 Nr. 6 und Nr. 9 angeordnet sind) angeordnet sind (mit anderen Worten, die zwei zusätzlichen Spulen 41 mit Spulenseiten 21, die jeweils in den Schlitzen 11 Nr. 2 und 3 und Nr. 7 und 8 angeordnet sind), beispielsweise die V-Phase. Ferner ist die Richtung des Stroms der Spulenseiten 21 in den zusätzlichen Spulen 41 dieselbe wie des Stroms, der in den Spulenseiten 21 fließt, die im gleichen Schlitz 11 wie die Spulenseiten 21 der zusätzlichen Spule 41 angeordnet sind, unter den Spulenseiten 21 der Basisspulen 12 mit derselben Phase wie die zusätzlichen Spulen 41. Die restliche Konfiguration ist ähnlich zur achten Ausführungsform.
25 ist eine Tabelle, die den Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 1 in 23 zeigt. Es ist zu sehen, dass der Wert des Wicklungsfaktors Kd der elektrischen Rotationsmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowohl hinsichtlich der Grundwellenkomponente als auch der Komponenten hoher Ordnung im Vergleich zum Wicklungsfaktor Kd der elektrischen Rotationsmaschine 101 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel (18) gut ist.
Selbst wenn die Anzahl von Schlitzen pro Pol q' größer als drei und geringer als vier ist, ist es in dieser Weise dennoch möglich, die Anzahl von Spulen im Vergleich zur achten Ausführungsform zu erhöhen, und das durch die elektrische Rotationsmaschine 1 erzeugte Drehmoment kann erhöht werden. Ähnlich zur achten Ausführungsform ist es ferner möglich, den Ankerkern 7 in mehrere geteilte Kerne 31 aufzuteilen und die Herstellung des Ankers 2 zu erleichtern, und weiterhin können die Kosten und Arbeitszeit, die an der Reparatur und dem Austausch der elektrischen Rotationsmaschine 1 usw. beteiligt sind, verringert werden.
Mit anderen Worten, wie in der siebten bis neunten Ausführungsform angegeben, ist es ungeachtet der Kombination der Anzahl von Schlitzen Q im Anker 2 der elektrischen Rotationsmaschine 1 und der Anzahl von Magnetpolen P im Rotor 4, vorausgesetzt, dass die Anzahl von Schlitzen pro Pol q' die Formel (2) erfüllt, möglich, Spulen 13 der oberen Ebene und Spulen 14 der unteren Ebene mit einem Spulenabstand N zu erhalten, der kleiner ist als der Spulenabstand N + 1 der Basisspulen 12, während die Anordnung der Spulenseiten 21 aufrechterhalten wird. Folglich ist es möglich, einen vorteilhaften Effekt zu erhalten, in dem die Herstellung der elektrischen Rotationsmaschine 1 erleichtert werden kann, während gute Betriebseigenschaften der elektrischen Rotationsmaschine 1 aufrechterhalten werden.
In der ersten, der zweiten und der vierten bis neunten Ausführungsform werden nur die virtuellen V-Phasen- oder U-Phasen-Spulenpaare 23 als Objekt genommen und die Basisspulen 12 sind durch Vermeiden nur der Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet, die die virtuellen Objekt-V-Phasen- oder U-Phasen-Spulenpaare 23 bilden, aber es reicht aus, mindestens eines der virtuellen Spulenpaare 23 als Objekt festzulegen und die Basisspulen 12 anzuordnen, um die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A zu vermeiden, die das virtuelle Objekt-Spulenpaar 23 bilden. Daher ist es beispielsweise möglich, die Basisspulen 12 so anzuordnen, dass die Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A vermieden werden, die die virtuellen Spulenpaare 23 von zwei Phasen unter der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase bilden, und es ist möglich, die Basisspulen 12 so anzuordnen, dass die Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A vermieden werden, die die virtuellen Spulenpaare 23 aller Phasen bilden. Ferner ist es auch möglich, die Basisspulen 12 so anzuordnen, dass nur die Positionen der virtuellen speziellen Spulen 12A vermieden werden, die irgendein virtuelles Spulenpaar 23 von mehreren virtuellen Spulenpaaren 23 derselben Phase bilden (beispielsweise der V-Phase). In diesem Fall sind die Spulenseiten 21 der Spulen 13 der oberen Ebene und der Spulen 14 der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten 21a aller virtuellen speziellen Spulen 12A angeordnet, wo die Anordnung der Basisspulen 12 vermieden ist.
In der sechsten Ausführungsform ist die Anordnung der Spulen der Ankerspulengruppe 8 gemäß der fünften Ausführungsform, die die Basisspulen 12, die Spulen 13 der oberen Ebene, die Spulen 14 der unteren Ebene und die zusätzlichen Spulen 41 umfassen, ferner auf einen Ankerkern 7 mit einer Anzahl von Schlitzen Q = 108 angewendet, aber die Anordnung von Spulen der Ankerspulengruppe 8 in der ersten bis neunten Ausführungsform kann auf einen Ankerkern 7 mit einer großen Anzahl von Schlitzen angewendet werden. Wenn die Ankerspulengruppe 8 gemäß der vierten Ausführungsform (eine Ankerspulengruppe 8 in einem Modus, in dem die Basisspulen 12 so angeordnet sind, dass die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen 12A und aller virtuellen Einstellungsspulen 12B vermieden sind) auf einen Ankerkern 7 mit einer großen Anzahl von Schlitzen angewendet wird, dann treten die Magnetpolzähne 10, die nicht von den Spulenenden 22 überspannt sind, entsprechend allen virtuellen Spulenpaaren 23 auf, und daher ist es möglich, den Ankerkern 7 mit einer großen Anzahl von Schlitzen in den Positionen aller Magnetpolzähne 10, die nicht von den Spulenenden 22 überspannt sind, ähnlich zur vierten Ausführungsform aufzuteilen, und die Anzahl von geteilten Kernen 31 kann erhöht werden.
Ferner wird diese Erfindung auf eine elektrische Rotationsmaschine 1 eines Typs mit innerem Rotor angewendet, in dem der Rotor 4 innerhalb des Ankers 2 angeordnet ist, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt und kann auch auf eine elektrische Rotationsmaschine eines Typs mit äußerem Rotor angewendet werden, in dem der Anker innerhalb eines zylindrischen Rotors angeordnet ist. Ferner kann die Erfindung auch auf eine elektrische Rotationsmaschine vom Typ mit axialem Spalt, wobei der Anker und der Rotor in der Achsenlinienrichtung einander gegenüberliegen, sowie eine elektrische Rotationsmaschine vom Typ mit radialem Spalt (Typ mit innerem Rotor oder äußerem Rotor), wobei der Anker und der Rotor in der radialen Richtung einander gegenüberliegen, angewendet werden.
Ferner kann die elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß jeder der Ausführungsformen beispielsweise auf irgendeinen eines Elektromotors, eines elektrischen Generators oder eines elektrischen Motor-Generators angewendet werden. Überdies kann die elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auch auf eine andere Maschine als eine synchrone Maschine wie z. B. eine Induktionsmaschine angewendet werden.

Claims

Elektrische Rotationsmaschine, die Folgendes umfasst: einen Ankerkern mit mehreren Magnetpolzähnen, die in einer Umfangsrichtung in Intervallen beabstandet vorgesehen sind, wobei Schlitze zwischen den Magnetpolzähnen ausgebildet sind; eine Ankerspulengruppe mit mehreren Ankerspulen mit jeweils einem Paar von Spulenseiten, die in den Schlitzen angeordnet sind, die voneinander verschieden sind, und Spulenenden, die das Paar von Spulenseiten verbinden, wobei die Ankerspulen auf die Magnetpolzähne in einer Überlappungswicklungskonfiguration gewickelt sind, und ein Dreiphasenstrom in den Ankerspulen fließt; und einen Rotor mit mehreren Magnetpolen, die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind, wobei der Rotor in Bezug auf den Ankerkern und die Ankerspulengruppe gedreht wird, wobei die Ankerspulengruppe als Ankerspulen mehrere Basisspulen, von denen eine Spulenseite in einer oberen Öffnung des Schlitzes angeordnet ist und die andere Spulenseite in einer unteren Öffnung des Schlitzes angeordnet ist, Spulen der oberen Ebene, von denen sowohl eine Spulenseite als auch die andere Spulenseite in einer oberen Öffnung des Schlitzes angeordnet sind, und Spulen der unteren Ebene, von denen sowohl eine Spulenseite als auch die andere Spulenseite in der unteren Öffnung des Schlitzes angeordnet sind, aufweist, wenn N als natürliche Zahl gleich oder größer als 2 angenommen wird, die Anzahl von Schlitzen pro Pol q', die die Anzahl der Schlitze für jeden der Magnetpole ist, eine Beziehung N < q' < N + 1 erfüllt, die Spulenenden der Basisspulen N + 1 der Magnetpolzähne in einem geneigten Zustand in derselben Richtung in Bezug auf die Umfangsrichtung des Ankerkerns überspannen, die Spulenenden der Spulen der oberen Ebene und der Spulen der unteren Ebene N der Magnetpolzähne überspannen, und unter der Annahme eines Installationszustandes von virtuellen Basisspulen, in dem die Spulenseiten von mehreren virtuellen Basisspulen mit derselben Konfiguration wie die Basisspulen in allen oberen Öffnungen und unteren Öffnungen der jeweiligen Schlitze angeordnet sind, zwei der virtuellen Basisspulen, die eine Beziehung aufweisen, wobei Ströme, die in zwei der Spulenseiten fließen, die jeweils in den oberen Öffnungen von zwei der Schlitze angeordnet sind, die auf beiden Seiten der N Magnetpolzähne liegen, Ströme mit derselben Phase und entgegengesetzten Richtungen sind, als virtuelle spezielle Spulen definiert werden und virtuelle Spulenpaare, die durch die zwei virtuellen speziellen Spulen konfiguriert sind, in gleichmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung des Ankerkerns erzeugt sind, mindestens irgendeines der virtuellen Spulenpaare als Objekt genommen wird, und die Basisspulen so angeordnet sind, dass Positionen aller virtuellen speziellen Spulen vermieden sind, die das virtuelle Spulenpaar bilden, das das Objekt ist, und die Spulenseiten der Spulen der oberen Ebene und der Spulen der unteren Ebene in Positionen der Spulenseiten der virtuellen speziellen Spulen angeordnet sind, wo die Anordnung der Basisspulen vermieden wurde.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Basisspulen so angeordnet sind, dass die Positionen aller virtuellen speziellen Spulen der virtuellen Spulenpaare vermieden sind; und die Spulenseiten der Spulen der oberen Ebene und der Spulen der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten aller virtuellen speziellen Spulen angeordnet sind, wo die Anordnung der Basisspulen vermieden wurde.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Fall, in dem der größte gemeinsame Teiler der Anzahl der Schlitze Q im Ankerkern und der Anzahl der Magnetpole P im Rotor als gcd(Q, P) ausgedrückt wird, ein elektrischer Winkelbereich α° ausgedrückt wird als α = 180° × P/gcd(Q, P); und die virtuellen Basisspulen, die zwischen den virtuellen speziellen Spulen liegen, die in den virtuellen Spulenpaaren enthalten sind, als virtuelle Einstellungsspulen definiert sind; wobei dann die Basisspulen so angeordnet sind, dass die virtuellen Einstellungsspulen jeder Phase, die innerhalb des Rahmens des elektrischen Winkelbereichs α° angeordnet sind, vermieden sind; und die Spulenseiten der Spule der oberen Ebene und der Spule der unteren Ebene in den Positionen der Spulenseiten der virtuellen speziellen Spulen angeordnet sind, die auf beiden Seiten von mindestens irgendeiner der virtuellen Einstellungsspulen liegen, wo die Anordnung der Basisspulen innerhalb des Rahmens des elektrischen Winkelbereichs α° vermieden wurde.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 3, wobei der Ankerkern in mehrere geteilte Kerne aufgeteilt ist, die in der Umfangsrichtung des Ankerkerns ausgerichtet sind; und eine Position der Grenze der geteilten Kerne eine Position eines Magnetpolzahns ist, der nicht von irgendeiner der Ankerspulen überspannt ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Ankerspulengruppe ferner als Ankerspulen mehrere zusätzliche Spulen umfasst, die jeweils induzierte Spannungen erzeugen, die in jeder Phase eine Größe von kombinierten Vektoren von induzierten Spannungen erhöhen, die durch die Basisspulen, die Spulen der oberen Ebene und die Spulen der unteren Ebene erzeugt werden; die Spulenseiten der zusätzlichen Spulen in den Positionen der Spulenseiten von jeder der virtuellen Einstellungsspulen angeordnet sind; die Spulenenden der zusätzlichen Spulen so angeordnet sind, dass die Magnetpolzähne vermieden sind, die nicht von irgendeiner der Spulen der oberen Ebene, der Spulen der unteren Ebene und der Basisspulen überspannt sind, in einem geneigten Zustand in der entgegengesetzten Richtung zu den Spulenenden der Basisspulen in Bezug auf die Umfangsrichtung des Ankerkerns; und die Anzahl der Magnetpolzähne, die durch die Spulenenden der zusätzlichen Spulen überspannt sind, dieselbe in jeder der zusätzlichen Spulen ist.