TW201424201A - 旋轉電動機 - Google Patents

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Koki Naka
Kazuaki Ando
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

本發明之旋轉電動機係具有分佈繞線形式的定子，該分佈繞線形式的定子具有：分別配置有複數個同相的繞組或一個相的繞組之複數個第一槽、以及分別配置有複數個不同相的繞組之複數個第二槽，且前述複數個第一槽各槽中的總匝數彼此相同，前述複數個第二槽各槽中的總匝數彼此相同，前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數互不相同。

Description

旋轉電動機
本發明係關於一種旋轉電動機。
為了機械裝置的高性能化，而對機械裝置中使用的旋轉電動機要求低轉矩脈動(torque ripple)及低振動化。永久磁鐵型旋轉電動機及感應型旋轉電動機的轉矩中，含有因感應電壓的高諧波成分(磁動勢高諧波成分)而產生之脈動成分。
在專利文獻1中記載有：在電樞繞組中，使各相的各槽(slot)的匝數變化為5,13,21,28,28,21,13,5而構成同心形狀的線圈(coil)之技術。因此，根據專利文獻1，就可使繞組的磁動勢分佈成為大致正弦波狀，而可大幅減低高諧波繞組係數(winding coefficient)。
在專利文獻2中記載有：在電樞繞組中，使各相的各槽的匝數變化為31,18,12,12,18,31而構成同心形狀的繞組之技術。因此，根據專利文獻2，就可使繞組的磁動勢分佈成為大致正弦波狀，而可大幅減低高諧波繞組係數。
[先前技術文獻] (專利文獻)
(專利文獻1)日本特開平6-261479號公報
(專利文獻2)日本特開平9-121491號公報
專利文獻1,2中記載的技術，係使各相的各槽的匝數變化為正弦波狀者，電樞(旋轉電動機)的繞組構成整體而言很複雜。因此，就專利文獻1,2中記載的技術而言，要提高旋轉電動機的生產性會有困難。
又，就專利文獻1,2中記載的技術而言，6n±1次之高諧波繞組係數為超過0.01之值，有實用上無法忽視之程度(level)的高諧波繞組係數殘存著。因此，要將因6n±1次之高諧波而產生之轉矩脈動及振動噪音減低到實用上可忽視之程度會有困難。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於獲致一種可用簡易的構成將高諧波的繞組係數減低到實用上可忽視的程度之旋轉電動機。
為了解決上述課題並達成上述目的，本發明的一個態樣之旋轉電動機，係具有分佈繞線(distributed winding)形式的定子，該分佈繞線形式的定子具有：分別配置有複數個同相的繞組或一個相的繞組之複數個第一槽、以及分別配置有複數個不同相的繞組之複數個第二槽，且前述複數個第一槽各槽中的總匝數彼此相同，前述複數個第二槽各槽中的總匝數彼此相同，前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數互不相同。
根據本發明，使用總共兩種類之匝數，所以與使各相的各槽的匝數變化為正弦波狀之情況相比，可簡易地形成旋轉電動機中的繞組構成。又，由於第一槽與第二槽其與相有關之構成互不相同，所以藉由使第一槽內的總匝數與第二槽內的總匝數互不相同，就可將6n±1次之高諧波的繞組係數中之例如5次、7次、17次、19次之高諧波的繞組係數減低到實用上可忽視之程度。亦即，可用簡易的構成將高諧波的繞組係數減低到實用上可忽視的程度。
1、1i、1j、1k、1n、1p、1q、1r、901‧‧‧旋轉電動機
20、20i、20k、20n、20p、20q、20r‧‧‧定子
21‧‧‧定子鐵心
22‧‧‧齒
23‧‧‧槽
23a‧‧‧第一槽
23b‧‧‧第二槽
25‧‧‧U相繞組
26‧‧‧V相繞組
27‧‧‧W相繞組
30、30j‧‧‧轉子
31、33j‧‧‧轉子鐵心
32、34j‧‧‧永久磁鐵
35j‧‧‧上段
36j‧‧‧下段
第1圖係顯示實施形態1之旋轉電動機的剖面圖之圖。
第2圖係顯示實施形態1中之各槽內部的線圈配置之圖。
第3圖係顯示實施形態1中之各槽內部的繞組的相的分配及匝數比之圖。
第4圖係顯示實施形態1中之1號至4號繞組之感應電壓的基本波成分的相位關係之向量圖。
第5圖(a)至(f)係顯示實施形態1中之1號至4號繞組之感應電壓的高諧波成分的相位關係之向量圖。
第6圖係顯示實施形態1之旋轉電動機的繞組係數之圖。
第7圖係顯示實施形態1之旋轉電動機之繞組的連接之圖。
第8圖係顯示實施形態1之旋轉電動機之繞組的連接之圖。
第9圖係顯示實施形態2之旋轉電動機的剖面圖之圖。
第10圖係顯示實施形態2中之各槽內部的線圈配置之圖。
第11圖係顯示實施形態2中之各槽內部的繞組之相的分配及 匝數比之圖。
第12圖係實施形態3之旋轉電動機的斜視圖。
第13圖係實施形態3之旋轉電動機的剖面圖。
第14圖係顯示實施形態4之旋轉電動機的剖面圖之圖。
第15圖係顯示實施形態4中之各槽內部的繞組之相的分配及匝數比之圖。
第16圖(a)至(f)係顯示實施形態4中之1號至8號繞組之感應電壓的高諧波成分的相位關係之向量圖。
第17圖(a)至(c)係顯示實施形態4之旋轉電動機的繞組係數之圖。
第18圖係顯示實施形態5之旋轉電動機的剖面圖之圖。
第19圖係顯示實施形態5之旋轉電動機的繞組的連接之圖。
第20圖係顯示實施形態6中之各槽內部的繞組之相的分配及匝數比之圖。
第21圖(a)至(f)係顯示實施形態6中之1號至6號繞組之感應電壓的高諧波成分的相位關係之向量圖。
第22圖(a)及(b)係顯示實施形態6之旋轉電動機的繞組係數之圖。
第23圖係顯示實施形態7中之各槽內部的繞組之相的分配及匝數比之圖。
第24圖(a)至(f)係顯示實施形態7中之1號至12號繞組之感應電壓的高諧波成分的相位關係之向量圖。
第25圖(a)及(b)係顯示實施形態7之旋轉電動機的繞組係數之圖。
第26圖係顯示實施形態8之旋轉電動機的剖面圖之圖。
第27圖係顯示實施形態8中之各槽內部的繞組之相的分配及匝數比之圖。
第28圖(a)至(f)係顯示實施形態8中之1號至12號繞組之感應電壓的高諧波成分的相位關係之向量圖。
第29圖係顯示實施形態8之旋轉電動機的繞組係數之圖。
第30圖係顯示實施形態9中之匝數比與5,7,17,19次的繞組係數之圖。
第31圖係顯示比較例(q=2之旋轉電動機)中之習知的各槽內部的繞組之相的分配及匝數比之圖。
第32圖係顯示比較例(q=2之旋轉電動機)之繞組的連接之圖。
第33圖係顯示在比較例(q=2之旋轉電動機)中如第32圖所示之連接時之旋轉電動機的繞組係數之圖。
第34圖係顯示比較例(q=2之旋轉電動機)之繞組的連接之圖。
第35圖係顯示在比較例(q=2之旋轉電動機)中如第34圖所示之連接時之旋轉電動機的繞組係數之圖。
以下，根據圖式來詳細說明本發明之旋轉電動機的實施形態。本發明並不受此實施形態所限定。
實施形態1.
針對實施形態1之旋轉電動機1進行說明。
旋轉電動機1具有定子及轉子，轉子相對於定子而旋轉，且透過固定至轉子之傳動軸(shaft)(未圖示)而將旋轉動力傳 遞至機械裝置(未圖示)，使機械裝置運轉。旋轉電動機1係為例如永久磁鐵型旋轉電動機或感應型旋轉電動機。旋轉電動機1係例如對定子20的繞組構造下工夫。
具體而言，旋轉電動機1係具有第1至3圖所示的構成。第1圖係顯示旋轉電動機1之與旋轉軸RA垂直之剖面的構成之圖。第2圖係示意性顯示各槽(slot)內部的線圈(coil)配置之圖。第3圖係顯示各槽內部的繞組之相的分配及匝數比(turn ratio)之圖。第1至3圖中，顯示例如旋轉電動機1為極數為8、槽數為48、相數為3、每極每相的槽數q為2之旋轉電動機的例子。
旋轉電動機1係如第1圖所示，具有轉子30及定子20。轉子30具有轉子鐵心31及複數個永久磁鐵32。轉子鐵心31係構成為與傳動軸(shaft)同心，且具有例如具有沿著傳動軸的旋轉軸RA之大致圓柱形狀。複數個永久磁鐵32係例如沿著轉子鐵心31的周面而配置。
定子20係構成為與轉子30相分離而收容轉子30。例如，定子20具有定子鐵心21、複數個齒(teeth)22、及複數個槽(slot)23。定子鐵心21係構成為與傳動軸(shaft)同心，且具有例如具有沿著傳動軸的旋轉軸RA之大致圓筒形狀。定子鐵心21係例如由堆疊的電磁鋼板等所形成。
複數個齒22係從定子鐵心21朝旋轉軸RA而沿著放射方向延伸。複數個齒22之根部側端部係以環狀連結至定子鐵心21。在鄰接的齒22之間分別形成有槽23。例如，在第1圖中，就在沿著定子鐵心21之以槽編號1至48表示的位置分別配置有槽23。
例如，如第2圖所示，在鄰接之齒22的鍔部221,221之間形成有槽23的槽入口231。各槽23內的空間，係從槽入口231朝放射方向延伸。而且，在各槽23內的空間中，沿著放射方向而以複數段的方式配置有各相的繞組25至27。例如，在第1圖中，沒有畫陰影線而顯示之繞組25係表示U相之繞組，以交叉的陰影線顯示之繞組26係表示V相之繞組，以斜線之陰影線顯示之繞組27係表示W相之繞組。
複數個槽23係具有例如複數個第一槽23a及複數個第二槽23b。在各第一槽23a配置有複數個同相之繞組。例如，在位於槽編號2之第一槽23a內，沿著放射方向以2段配置有兩個U相的繞組25。例如，在位於槽編號4之第一槽23a內，沿著放射方向以2段配置有兩個W相的繞組27。例如，在位於槽編號6之第一槽23a內，沿著放射方向以2段配置有兩個V相的繞組26。
在各第二槽23b配置複數個不同相之繞組。例如，在位於槽編號1之第二槽23b內，從旋轉軸RA側沿著放射方向以2段配置有U相的繞組25及V相的繞組26。例如，在位於槽編號3之第二槽23b內，從旋轉軸RA側沿著放射方向以2段配置有W相的繞組27及U相的繞組25。例如，在位於槽編號5之第二槽23b內，從旋轉軸RA側沿著放射方向以2段配置有V相的繞組26及W相的繞組27。
關於沿著定子鐵心21之槽編號1至48，在每極每相的槽數q為2i(i為1以上之整數)之情況，係i個第一槽23a與i個第二槽23b交互地配置。例如，在第1圖所示的情況為i=1，所以係第一槽23a與第二槽23b每隔1個交互地配置。亦即，第一 槽23a及第二槽23b係分別針對槽編號以兩個週期配置，且配置的節距(pitch)相錯開一個位置。例如，第一槽23a係配置在槽編號為奇數號的位置，第二槽23b係配置在槽編號為偶數號的位置。
在定子20中，繞組的繞線方式係採用分佈繞線(distributed winding)方式。所謂的分佈繞線方式，係如例如第2圖所示，各相的繞組25至27係以分佈在複數個槽23、亦即跨過複數個齒22之方式繞線。
例如，U相的繞組25-1(1號繞組)係捲繞成從位於槽編號1之槽23(第二槽23b)的旋轉軸RA側分佈到位於槽編號7之槽23(第二槽23b)的旋轉軸RA側。
例如，U相的繞組25-2(2號繞組)係捲繞成從位於槽編號2之槽23(第一槽23a)的旋轉軸RA側分佈到位於槽編號8之槽23(第一槽23a)的旋轉軸RA側。
例如，U相的繞組25-3(3號繞組)係捲繞成從位於槽編號2之槽23(第一槽23a)的定子鐵心21側分佈到位於槽編號8之槽23(第一槽23a)的定子鐵心21側。
例如，U相的繞組25-4(4號繞組)係捲繞成從位於槽編號3之槽23(第二槽23b)的定子鐵心21側分佈到位於槽編號9之槽23(第二槽23b)的定子鐵心21側。
例如，V相的繞組26-1係捲繞成從位於槽編號6之槽23(第一槽23a)的定子鐵心21側分佈到位於槽編號12之槽23(第一槽23a)的定子鐵心21側。
例如，V相的繞組26-2係捲繞成從位於槽編號7之槽23(第二槽23b)的定子鐵心21側分佈到位於槽編號13之槽 23(第二槽23b)的定子鐵心21側。
例如，W相的繞組27-1係捲繞成從位於槽編號3之槽23(第二槽23b)的旋轉軸RA側分佈到位於槽編號9之槽23(第二槽23b)的旋轉軸RA側。
例如，W相的繞組27-2係捲繞成從位於槽編號4之槽23(第一槽23a)的旋轉軸RA側分佈到位於槽編號10之槽23(第一槽23a)的旋轉軸RA側。
又，在旋轉電動機1的定子20中，關於繞組的匝數，係具有如例如第3圖所示之構成。在第3圖中，將槽23內的空間之定子鐵心21側表示為「上側」，將旋轉軸RA側表示為「下側」。
例如，位於槽編號為偶數號之各第一槽23a中的總匝數(總導體數)，係為上側的匝數+下側的匝數={√(3)/2}n+{√(3)/2}n=√(3)n，且互為相同。例如，位於槽編號2之第一槽23a中的總匝數，係為上側的U相的匝數+下側的U相的匝數={√(3)/2}n+{√(3)/2}n=√(3)n。例如，位於槽編號4之第一槽23a中的總匝數，係為上側的W相的匝數+下側的W相的匝數={√(3)/2}n+{√(3)/2}n=√(3)n。
例如，位於槽編號為奇數號之各第二槽23b中的總匝數(總導體數)，係為上側的匝數+下側的匝數=n+n=2n，且互為相同。例如，位於槽編號1之第二槽23b中的總匝數，係為上側的V相的匝數+下側的U相的匝數=n+n=2n。例如，位於槽編號3之第二槽23b中的總匝數，係為上側的U相的匝數+下側的W相的匝數=n+n=2n。
又，例如第一槽23a內的總匝數(總導體數)與第二槽 23b內的總匝數(總導體數)係互不相同。例如，第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數互不相同，係設為使感應電壓的高諧波成分為零(0)(參照第6圖)。亦即，配置於各槽23之各相的匝數，係在配置有同相的繞組之第一槽23a與配置有不同相的繞組之第二槽23b不相同，且採用總共兩種類的匝數。
例如，將極數設為P、槽數設為S、電源的相數設為m、每極每相的槽數設為q=S/P/m時，若每極每相的槽數q為2i(i為1以上之整數)，則最好構成為第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比，為例如0.85√(3)：2至1.15√(3)：2。
若第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比小於0.85√(3)：2(亦即將第二槽23b內的總匝數設為2時之第一槽23a內的總匝數小於0.85√(3))，則相對於同相之繞組的匝數，不同相之繞組的匝數會變得過大，所以會有感應電壓的高諧波成分(亦即，高諧波的繞組係數)大到超過實用上可忽視的程度之可能性。
或者，若第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比大於1.15√(3)：2(亦即將第二槽23b內的總匝數設為2時之第一槽23a內的總匝數大於1.15√(3))，則相對於不同相之繞組的匝數，同相之繞組的匝數會變得過大，所以會有感應電壓的高諧波成分(亦即，高諧波的繞組係數)大到超過實用上可忽視的程度之可能性。
例如，在實施形態1中，若將配置於1至3號槽之U相繞組的匝數(導體數)分別設為U1(1號槽的下側)、U2(2號槽的 上側)、U3(2號槽的下側)、U4(3號槽的上側)，則U1至U4之匝數比係設定成如以下的式(1)所示。而且，同相繞組的個數係為每極每相的槽的2倍，亦即2q個。
U1：U2：U3：U4=1：√(3)/2：√(3)/2：1...(1)
關於V相、W相，也設定成如第3圖所示之匝數比。
接著，針對本實施形態之轉矩脈動減低之效果，以旋轉電動機1為例如永久磁鐵型旋轉電動機之情形為例進行說明。旋轉電動機1(永久磁鐵型旋轉電動機)的轉矩，係大致與因永久磁鐵而產生的感應電壓和通電至繞組的電流之積成正比。因此，感應電壓及通電電流波形若為理想的正弦波形狀，則產生的轉矩會成為一定值。不過，若感應電壓中含有高諧波成分就會產生轉矩脈動。尤其，三相的旋轉電動機之轉矩脈動會產生電源頻率的6n倍(6f,12f,18f)之成分，此6n倍成分之轉矩脈動係因感應電壓的6n±1次之高諧波成分而產生。例如，6f成分之轉矩脈動係因5次、7次之高諧波成分而產生。12f成分之轉矩脈動係因11次、13次之高諧波成分而產生。18f成分之轉矩脈動係因17次、19次之高諧波成分而產生。
因此，為了將旋轉電動機1的轉矩脈動減低到實用上可忽視的程度，必須使感應電壓的高諧波成分小到實用上可忽視的程度。旋轉電動機1(永久磁鐵型旋轉電動機)的感應電壓的高諧波成分，雖然會因磁鐵形狀而產生，但可藉由極數及槽數之組合而將之減低到某一程度。此係因為可藉由極數及槽數之組合而減低與繞組交鏈(interlink)之磁通的高諧波成分之故。關於旋轉電動機1的效果，一般會利用稱為繞組係數之係數來進行探討。本 實施形態也利用繞組係數來說明本實施形態的效果。
在說明本實施形態之減低感應電壓的高諧波成分的效果之際，首先說明比較例之構造的繞組係數。考慮具有如第31圖所示之繞組的構成之旋轉電動機901，來作為與第1圖所示的極數為8、槽數為48、相數為3、每極每相的槽數q為2、且在1個槽內配置同相或異相之2個繞組之旋轉電動機1對應之比較例。旋轉電動機901係如第31圖所示，將其各槽內部的匝數設為相同。而且，其繞組之連接圖係如第32圖所示。
接著，說明如第31圖所示之q=2之旋轉電動機901的繞組係數。繞組係數係將短節距(short-pitch)繞組係數Kp與分佈繞組係數Kd相乘而算出。短節距繞組係數係表示感應電壓因為線圈節距(coil pitch)=線圈所跨的齒數×齒節距(teeth pitch)(定子內徑/齒數)與極節距(定子內徑/極數)不同而減少的情形。因此，短節距繞組係數Kp可從極數、槽數、線圈跨距(coil throw)(繞組所跨的齒數)而利用以下的式(2)算出。
Kp=sin(次數×180×極數/槽數×線圈跨距/2)...(2)
從第32圖所示之繞組的連接圖來看，由於線圈跨距(繞組所跨的齒數)為5，所以短節距繞組係數的各次數成分會如第33圖所示。
分佈繞組係數Kd係表示在將每一相的複數繞組予以串聯連接之際，感應電壓因為在繞組間(線圈間)產生相位差而減少的情形。因此，可從繞組間的相位差來算出。若將繞組的相位差設為α，則因為同相的繞組的數目有1號繞組及2號繞組這兩個，所以分佈繞組係數係如以下的式(3)所示。
Kd=cos(次數×α/2)...(3)繞組的相位差α則可用以下之式(4)求出。
α=180×極數/槽數...(4)在第32圖所示的旋轉電動機之情況時，α為30度。
將利用式(3)、(4)所算出之分佈繞組係數以及將分佈繞組係數Kd與短節距繞組係數Kp相乘所算出的繞組係數顯示於第33圖中。從第33圖得知，比較例之繞組構造中，其5次、7次、11次、13次、17次、19次之高諧波成分全部都具有超過實用上可忽視的程度(例如0.01)之過大的值。
上述之繞組係數的算出係如第32圖所示，針對將2號槽的上側與7號槽的下側之U相的繞組予以連接(1號繞組)、將3號槽的上側與8號槽的下側之U相的繞組予以連接(2號繞組)之情況(image)而算出。
另一方面，如第34圖所示，將1號槽的下側與7號槽的下側之U相的繞組予以連接(1號繞組)、將2號槽的下側與8號槽的下側之U相的繞組予以連接(2號繞組)、將2號槽的上側與8號槽的上側之U相的繞組予以連接(3號繞組)、將3號槽的上側與9號槽的上側之U相的繞組予以連接(4號繞組)，藉此亦可算出繞組係數。在此情況下，因為線圈跨距(繞組所跨的齒數)為6，所以根據式(2)可算出短節距繞組係數Kp為1.0。另一方面，分佈繞組係數Kd雖然係從同相的複數線圈間的相位差算出，但同相的線圈數目有1號繞組、2號繞組、3號繞組、4號繞組這四個，所以分佈繞組係數Kd係如以下的式(5)所示。
Kd=(2.0+2cos(次數×α/2))/4...(5)
將利用式(5)算出之分佈繞組係數Kd以及將分佈繞組係數Kd與短節距繞組係數Kp相乘所算出的繞組係數顯示於第35圖中。從第33圖與第35圖之比較得知，與繞組的連接方法無關，繞組係數皆相同。在本說明書中，為了使本實施形態之繞組係數的導出簡單地進行，係假想以線圈跨距為槽數/極數=6、亦即短節距繞組係數Kp為1.0之方式連接來進行繞組係數之算出。
接著，揭示根據實施形態1之繞組係數。為了使繞組係數簡單地導出，所以假想繞組係如上述之第34圖之方式連接，且考慮與第34圖所示之U相繞組的1號至4號繞組對應之第2圖所示的1號至4號繞組(繞組25-1至25-4)。因為如第2圖所示之方式連接時的線圈跨距為6，所以短節距繞組係數Kp係與比較例同樣地如以下之式(6)所示。
Kp=sin(次數×180×極數/槽數×線圈跨距/2)=sin(次數×180×8/48×6/2)=sin(次數×90)=1.0...(6)
接著，考慮分佈繞組係數Kd。為了算出各次數的分佈繞組係數Kd，係算出產生於1號至4號繞組中之感應電壓的相位差。根據式(4)，算出產生於1號繞組、2號繞組中之感應電壓的相位差為α=180×極數/槽數=30°。另外，從第2圖可看出2號繞組、3號繞組為同相位，且於3號繞組、4號繞組中產生30。的相位差。
以向量來表示1號至4號繞組的基本波成分的相位差者係如第4圖所示。另外，由於關於繞組係數的高諧波成分亦 加以探討，所以分別將以向量來表示感應電壓的5次、7次、11次、13次、17次、19次成分的相位差者顯示於第5圖(a)至(f)中。第5圖(a)至(f)中的相位差係將利用式(4)算出的相位差乘以高諧波次數成分而得者，在5次之情況可確認到30°×5=150°的相位差產生的情況。
本實施形態的特徵在於在配置有同相繞組之第一槽23a與配置有不同相繞組之第二槽23b變更匝數。因此，本實施形態之旋轉電動機1中的分佈繞組係數Kd，必須考慮同相的複數個繞組間的相位差，並且亦考慮1號至4號繞組的匝數之不同才能算出。假設1號繞組、4號繞組的匝數為A，2號繞組、3號繞組的匝數為B，則分佈繞組係數Kd係如以下的式(7)所示。
Kd=(2B+2A×cos(次數×α))/(2A+2B)=(2B+2A×cos(次數×30))/(2A+2B)...(7)
在此，若假設1號繞組、4號繞組的匝數為A=n，2號繞組、3號繞組的匝數為B={√(3)/2}n，則本實施形態之分佈繞組係數Kd係如以下的式(8)所示。
Kd=(√(3)+2cos(次數×30))/(√(3)+2)...(8)
因此，根據本實施形態之分佈繞組係數Kd的1次、5次、7次成分，係分別如以下的式(9)、(10)、(11)所示。
Kd(1次)=(√(3)+2cos(1×30))/(√(3)+2)=0.928...(9)
Kd(5次)=(√(3)+2cos(5×30))/(√(3)+2)=0...(10)
Kd(7次)=(√(3)+2cos(7×30))/(√(3)+2) =0...(11)17次、19次成分以同樣的方式計算也都為0。
將如此求出的繞組係數顯示於第6圖中。從第6圖得知，根據本實施形態，繞組係數的5次、7次、17次、19次成分都會大致為零。
比較例的構造係如第33、35圖所示，5次、7次、17次、19次成分的繞組係數都具有超過實用上可忽視的程度(例如0.01)之過大的值，因此難以將轉矩脈動減低到實用上可忽視的程度。
相對於此，本實施形態則可將6n±1次之高諧波的繞組係數中之例如5次、7次、17次、19次之高諧波的繞組係數減低到實用上可忽視的程度，例如減低至大致為零，因此可大幅減低轉矩脈動成分，且可將轉矩脈動及振動噪音減低到實用上可忽視的程度。
如以上所述，在實施形態1中，旋轉電動機1的定子20中，複數個第一槽23a之各槽中的總匝數互為相同，複數個第二槽23b之各槽中的總匝數也互為相同，第一槽23a內的總匝數(總導體數)與第二槽23b內的總匝數(總導體數)則互不相同。因此，因為只使用總共兩種類之匝數，所以與使各相的各槽的匝數變化為正弦波狀之情形相比較，可簡易地形成旋轉電動機1中的繞組構成。另外，因為第一槽23a與第二槽23b之與相有關之構成互不相同，所以可藉由使第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數互不相同，而將6n±1次之高諧波的繞組係數中之例如5次、7次、17次、19次之高諧波的繞組係數減低到實用上可忽 視的程度。亦即，可利用簡易的構成將高諧波的繞組係數減低到實用上可忽視的程度。
因而，可形成為簡易的構成，同時可將高諧波的繞組係數減低到實用上可忽視的程度，例如大致為零。結果，就不僅可提高旋轉電動機1的生產性，而且可大幅地減低轉矩脈動成分(例如轉矩脈動的6f成分、18f成分)，且可將轉矩脈動及振動噪音減低到實用上可忽視的程度。
又，在實施形態1中，旋轉電動機1的定子20中，第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數互為不同，係設為使感應電壓的高諧波成分為零。因此，可將6n±1次之高諧波的繞組係數中之例如5次、7次、17次、19次之高諧波的繞組係數減低到實用上可忽視的程度。
又，在實施形態1中，當將極數設為P、槽數設為S、電源的相數設為m、每極每相的槽數設為q=S/P/m時，每極每相的槽數q係為2i(i為1以上之整數)，第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比係在0.85√(3)：2至1.15√(3)：2之範圍內，且使i個第一槽23a與i個第二槽23b交互地配置。因此，可使第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數互為不同，俾使感應電壓的高諧波成分為零。
關於繞組之連接方法，亦可採用第7或第8圖所示之連接方法來取代第2圖所示之連接方法。在實施形態1中，雖說明了繞組之連接方法並不會影響繞組係數，但繞組之連接方法會影響線路的長度(亦即繞組的電阻值)及生產性。第7及8圖中顯示根據本發明之U相繞組的連接方法。第7圖係顯示重疊繞線 時之U相繞組的連接方法之例，第8圖係顯示同心式分佈繞線時之U相繞組的連接方法之例。實施形態1之思考方式同樣適用於第7或第8圖所示之連接方式。
換言之，亦可如第7或第8圖所示在第一槽23a配置一個相的繞組，以取代配置複數個同相的繞組。在此情況下，可使第一槽23a內的繞組的構成更加簡易化，且可更加提高旋轉電動機1的生產性。
實施形態2.
接著，針對實施形態2之旋轉電動機1i進行說明。以下，以與實施形態1不同的部分為中心進行說明。
實施形態1係對繞組的匝數等下工夫以謀求繞組構成之簡化。實施形態2則是對繞組的配置下工夫以謀求繞組構成之更加簡化。
具體而言，旋轉電動機1i係具有第9至11圖所示的構成。第9圖係顯示旋轉電動機1i中之與旋轉軸RA垂直的剖面的構成之圖。第10圖係示意性顯示各槽內部的線圈配置之圖。第11圖係顯示各槽內部的繞組的相的分配及匝數比之圖。第9至11圖係顯示例如旋轉電動機1i為極數為8、槽數為48、相數為3、每極每相的槽數q為2之旋轉電動機的例子。
如第9圖所示，旋轉電動機1i的定子20i係例如相對於實施形態1之定子20(參照第2圖)，將預定的槽23內的上下的繞組予以替換，以使同相的繞組相鄰接之槽23在橫方向並排。
例如，相對於實施形態1之定子20(參照第2圖)，將3號槽的U相的繞組與W相的繞組予以替換，就如第10圖所 示，會在1號至3號槽的下側形成U相的繞組U1,U3,U4在橫方向並排之形態，在3號至5號槽的上側形成W相的繞組-W1,-W2,-W3在橫方向並排之形態。
例如，相對於實施形態1之定子20(參照第2圖)，將7號槽的V相的繞組與U相的繞組予以替換，就如第10圖所示，會在5號至7號槽的下側形成V相的繞組V1,V2,V3在橫方向並排之形態，在7號至9號槽的上側形成U相的繞組-U1,-U2,-U3在橫方向並排之形態。
例如，相對於實施形態1之定子20(參照第2圖)，將11號槽的W相的繞組與V相的繞組予以替換，就如第10圖所示，會在9號至11號槽的下側形成W相的繞組W4,W5,W6在橫方向並排之形態，在11號至13號槽的上側形成V相的繞組-V1,-V2,-V3在橫方向並排之形態。
關於匝數比，則如第11圖所示，與實施形態1(參照第3圖)一樣。
如以上所述，在實施形態2中，以針對鄰接的槽23使同相的繞組在橫方向並排之方式，將各槽23內的上下的繞組予以替換。因此，可使繞組構成更加簡化，且可謀求更進一步之生產性的提升及繞組電阻之減低。
又，在實施形態2中，可增加在橫方向並排之同相的繞組的數目，所以可減低各繞組間之干涉，且可使得繞組的端部小型化，亦即可減低繞組的電阻值(例如使之最小化)。
實施形態3.
接著，針對實施形態3之旋轉電動機1j進行說明。以下，以 與實施形態1不同的部分為中心進行說明。
實施形態1係藉由使繞組係數的5次、7次、17次、19次大致為零，來謀求轉矩脈動的6f成分、18f成分的大幅減低，實施形態3則是希望更加減低轉矩脈動，亦謀求轉矩脈動的12f成分之減低。
具體而言，旋轉電動機1j係具有第12及13圖所示的構成。第12圖係顯示旋轉電動機1j中的轉子30j的外觀構成之斜視圖。第13圖係顯示旋轉電動機1j中之與旋轉軸RA垂直的剖面的構成之圖。
本實施形態係將轉子30j形成為將上段35j及下段36j在旋轉軸RA方向堆疊成兩段，且使上段35j相對於下段36j在圓周方向旋轉達θ 1角之段扭曲(skew)構成。
例如，將上段35j的轉子鐵心31及下段36j的轉子鐵心33j形成為在與旋轉軸RA垂直之剖面觀看時呈大致相同的形狀且沿著旋轉軸RA使兩者彼此連結。並且，沿著轉子鐵心31的周面配置複數個永久磁鐵32，且沿著轉子鐵心33j的周面配置複數個永久磁鐵34j。此時，在與旋轉軸RA垂直之剖面觀看時以旋轉軸RA為中心在圓周方向旋轉達θ 1之角度(段扭曲)，使永久磁鐵32的配置位置與永久磁鐵34j的配置位置相錯開。圓周方向的旋轉角度θ 1係利用例如以下之式(12)來決定。
θ 1=360/(12×極數/2)/2=360/(12×8/2)/2=3.75°...(12)
藉由此段扭曲就可將轉矩脈動的12f成分也予以大幅減低，而可減低轉矩脈動的幾乎所有成分。
在本實施形態中，雖然係針對轉子的段扭曲進行說明，但進行定子的段扭曲也可得到同樣的效果。
另外，在轉子及定子的直線扭曲方面，以利用以下的式(13)求出的角度θ 2施加扭曲(skew)，也可得到同樣的效果。
θ 2=360/(12×極數/2)...(13)
如以上所述，在實施形態3中，在轉子30j(或定子)設置段扭曲，所以除了與實施形態1同樣的效果之外，還可減低例如轉矩脈動的12f成分，且可更大幅減低轉矩脈動成分。
實施形態4.
接著，針對實施形態4之旋轉電動機1k進行說明。以下，以與實施形態1不同的部分為中心進行說明。
實施形態1係以每極每相的槽數q為2之情形為例進行說明，實施形態4則將以每極每相的槽數q為4之情形為例進行說明。
具體而言，旋轉電動機1k係具有第14及15圖所示的構成。第14圖係顯示旋轉電動機1k中之與旋轉軸RA垂直的剖面的構成之圖。第15圖係顯示各槽內部的繞組的相的分配及匝數比之圖。第14及15圖係顯示極數為4、槽數為48、相數為3、每極每相的槽數q為4之旋轉電動機的例子。
如第14圖所示，在本實施形態中，旋轉電動機1k中之配置於轉子30k的周面之複數個永久磁鐵32k的數目係比實施形態1少。換言之，與一個永久磁鐵32k相對向之槽23的數目係比實施形態1多。
又，如第14及15圖所示，在旋轉電動機1k的定子 20k中，係在一個槽23內配置不同相或同相的兩個繞組。
例如，在槽編號1之槽23(第二槽23b)配置V相的繞組及U相的繞組。在槽編號2至4之槽23(第一槽23a)分別配置兩個U相的繞組。在槽編號5之槽23(第二槽23b)配置W相的繞組及U相的繞組。在槽編號6至8之槽23(第一槽23a)分別配置兩個W相的繞組。在槽編號9之槽23(第二槽23b)配置V相的繞組及W相的繞組。
關於沿著定子鐵心21之槽編號1至48，在每極每相的槽數q為j(j為2以上之整數)之情況時，係j-1個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。例如，在第14圖所示的情況時j=4，所以係3個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。亦即，3個第一槽23a與1個第二槽23b係分別就槽編號而言為以四個週期配置，且配置的節距(pitch)相錯開兩個份量。
另外，配置於各槽23之各相的匝數，係在配置有同相的繞組之第一槽23a及配置有不同相的繞組之第二槽23b互不相同，且採用總共兩種類的匝數。
在本實施形態中，使配置於1至3號槽之U相繞組的匝數分別為U1(1號槽的下側)、U2至7(2至4號槽的上下側)、U8(5號槽的上側)，則匝數比係設定成如以下的式(14)所示。
U1：U2：U3：U4：U5：U6：U7：U8=1：0.9294：0.9294：0.9294：0.9294：0.9294：0.9294：1...(14)
式(14)中，0.9294可大略將之視為0.93。
為了考量藉由匝數變更所致的繞組係數減低，與實施形態1同樣地，使用產生於1號至8號繞組中之感應電壓的向 量圖。在第16圖(a)至(f)中，分別顯示產生於1號至8號繞組中之5次、7次、11次、13次、17次、19次的感應電壓高諧波成分的向量圖。
就本實施形態而言，首先係希望減低繞組係數的11次、13次。將焦點放在11次的向量圖(第16圖(c))，則1號繞組與2號繞組的相位差為180×4/48×11=165°，1號繞組與4號繞組的相位差為330°(=-30°)。假設1號繞組、8號繞組的匝數為A，2號至7號繞組的匝數為B，則11次、13次之分佈繞組係數係如以下的式(15)所示。
Kd=(2B+2A×cos30°-4B×cos15°)/(2A+6B)...(15)
因此，只要使B={cos30°/(2cos15°-1)}A=0.9294A，式(15)就會為零。
以上雖然針對使11次、13次之分佈繞組係數為零之情形進行說明，但亦可使5次及19次、7次及17次之分佈繞組係數為零。
例如，假設1號繞組、8號繞組的匝數為A，2號至7號繞組的匝數為B，則5次、19次之分佈繞組係數係如以下的式(16)所示。
Kd=(2A×cos30°-2B-4B×cos75°)/(2A+6B)...(16)
因此，只要使B={cos30°/(1+2cos75°)}A=0.5706A，式(16)就會為零。
另外，7次、17次之分佈繞組係數係如以下的式(17)所示。
Kd=(2A×cos30°+4B×cos75°-2B)/(2A+6B)...(17)
因此，只要使B={cos30°/(1-2cos75°)}A=1.795A， 式(17)就會為零。
將如上述求出之繞組係數顯示於第17圖(a)至(c)中。從第17圖(a)至(c)得知：可藉由變更匝數比來減低高諧波成分。至於要採用第17圖(a)至(c)中的哪一個繞組的構成，可依據例如轉子所具有的高諧波成分來決定。
如以上所述，在實施形態4中，旋轉電動機1k的定子20k中，每極每相的槽數q為j(j為2以上之整數)，且j-1個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。因此，就算是在q=2i以外的旋轉電動機也可使特定的高諧波成分大致為零。
例如，在實施形態4中，旋轉電動機1k的定子20k中，每極每相的槽數q為4，且第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為約0.93：1。因此，如第17圖(a)所示，可使例如11次、13次之高諧波成分大致為零。亦即，可在q=4的旋轉電動機1k中使轉矩脈動的第二高諧波成分(12f成分)大致為零。
或者，例如在實施形態4中，旋轉電動機1k的定子20k中，每極每相的槽數q為4，且第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為約0.57：1。因此，如第17圖(b)所示，可使5次、19次之高諧波成分大致為零。
或者，例如在實施形態4中，旋轉電動機1k的定子20k中，每極每相的槽數q為4，且第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為約1.80：1。因此，如第17圖(c)所示，可使7次、17次之高諧波成分大致為零。
實施形態5.
接著，針對實施形態5之旋轉電動機1n進行說明。以下，以與實施形態4不同的部分為中心進行說明。
實施形態4係對繞組的匝數等下工夫以謀求繞組構成之簡化，實施形態5則是對繞組的配置下工夫以謀求繞組構成之更加簡化。
具體而言，旋轉電動機1n係具有第18至20圖所示的構成。第18圖係顯示旋轉電動機1n中之與旋轉軸RA垂直的剖面的構成之圖。第19圖係示意性顯示各槽內部的線圈配置之圖。第20圖係顯示各槽內部的繞組的相的分配及匝數比之圖。第18至20圖係顯示例如旋轉電動機1n為極數為4、槽數為48、相數為3、每極每相的槽數q為4之旋轉電動機的例子。
如第18圖所示，旋轉電動機1n的定子20n，係例如相對於實施形態4之定子20k(參照第14圖)，將預定的槽23內的上下的繞組予以替換，以使同相的繞組相鄰接之槽23在橫方向並排。
例如，相對於實施形態4之定子20k(參照第14圖)，將5號槽的U相的繞組與W相的繞組予以替換，就如第19圖所示，會在1至5號槽的下側形成五個U相的繞組在橫方向並排之形態，並且在5至9號槽的上側形成五個W相的繞組在橫方向並排之形態。
例如，相對於實施形態4之定子20k(參照第14圖)，將13號槽的V相的繞組與U相的繞組予以替換，就如第19圖所示，會在9至13號槽的下側形成五個V相的繞組在橫方向並排之形態，在13號至17號槽的上側形成五個U相的繞組在橫方向並 排之形態。
關於匝數比，則與實施形態4(參照第15圖)相同。
如以上所述，在實施形態5中，以針對鄰接的槽23使同相的繞組在橫方向並排之方式，將各槽23內的上下的繞組予以替換。因此，可使繞組構成更加簡化，可謀求更進一步之生產性的提升及繞組電阻之減低。
又，在實施形態5中，可增加在橫方向並排之同相的繞組的數目，所以可減低各繞組間之干涉，可使得繞組的端部小型化，亦即可減低繞組的電阻值(例如使之最小化)。
實施形態6.
接著，針對實施形態6之旋轉電動機1p進行說明。以下，以與實施形態1不同的部分為中心進行說明。
實施形態1係以每極每相的槽數q為2之情形為例進行說明，實施形態6則將以每極每相的槽數q為3之情形為例進行說明。
具體而言，旋轉電動機1p的定子20p係具有第20圖所示的構成。第20圖係顯示各槽內部的繞組的相的分配及匝數比之圖。第20圖係顯示極數為4、槽數為36、相數為3、每極每相的槽數q為3之旋轉電動機的例子。
如第20圖所示，關於沿著定子鐵心21之槽編號1至48，在每極每相的槽數q為j(j為2以上之整數)之情形時，係j-1個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。例如，在第20圖所示的情形時j=3，所以係2個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。亦即，2個第一槽23a與1個第二槽23b係分別就槽編 號而言以三個週期配置，且配置的節距(pitch)相錯開1.5個份。
第20圖係考慮繞組的對稱性，而顯示槽編號1至18之槽23內部的繞組的相的分配及匝數比。如第20圖所示，第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為約0.67：1。第20圖中之0.6736係可視為大略0.67。
為了考量因匝數變更所致的繞組係數減低，與實施形態1一樣，使用產生於1號至6號繞組中之感應電壓的向量圖。在第21圖(a)至(f)中，分別顯示產生於1號至6號繞組中之5次、7次、11次、13次、17次、19次的感應電壓高諧波成分的向量圖。就本實施形態而言，首先係謀求繞組係數的5次、13次的成分減低。
將焦點放在5次的成分的向量圖(第21圖(a))，則1號繞組與2號繞組的相位差為180×4/36×5=100°，1號繞組與6號繞組的相位差為300°(=-60°)。假設將1號繞組、6號繞組的匝數設為A，2號至5號繞組的匝數設為B，則5次、13次之分佈繞組係數Kd係如以下的式(18)所示。
Kd=(2A×cos30°-4B×cos50°)/(2A+4B)...(18)
因此，只要使B={cos30°/(2cos50°)}A=0.6736A，式(18)就會為零。
同樣地，7次、11次之分佈繞組係數係如以下的式(19)所示。
Kd=(2A×cos30°-4B×cos70°)/(2A+4B)...(19)
因此，只要使B={cos30°/(2cos70°)}A=1.266A，式(19)就會為零。
將如上述求出之繞組係數顯示於第22圖(a)、(b)中。 從第22圖(a)、(b)得知：可藉由變更匝數比來減低高諧波成分。至於要採用第22圖(a)、(b)中的哪一個之繞組的構成，可依據例如轉子所具有的高諧波成分來決定。
如以上所述，在實施形態6中，旋轉電動機1p的定子20p中，每極每相的槽數q為j(j為2以上之整數)，且j-1個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。因此，就算是在q=2i以外的旋轉電動機也可使特定的高諧波成分大致為零。
例如，在實施形態6中，旋轉電動機1p的定子20p中，每極每相的槽數q為3，且第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為約0.67：1。因此，如第22圖(a)所示，可使5次、13次之高諧波成分大致為零。
或者，例如在實施形態6中，旋轉電動機1p的定子20p中，每極每相的槽數q為3，且第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為約1.27：1。因此，如第22圖(b)所示，可使7次、11次之高諧波成分大致為零。
實施形態7.
接著，針對實施形態7之旋轉電動機1q進行說明。以下，以與實施形態1不同的部分為中心進行說明。
實施形態1係以每極每相的槽數q為2之情形為例進行說明，實施形態7則將以每極每相的槽數q為6之情形為例進行說明。
具體而言，旋轉電動機1q的定子20q係具有第23圖所示的構成。第23圖係顯示各槽內部的繞組的相的分配及匝數比之圖。第23圖中，係顯示極數為4、槽數為72，相數為3、每 極每相的槽數q為6之旋轉電動機的例子。
如第23圖所示，關於沿著定子鐵心21之槽編號1至72，在每極每相的槽數q為j(j為2以上之整數)之情形時，係j-1個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。例如，在第23圖所示的情形時j=6，所以係5個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。亦即，5個第一槽23a與1個第二槽23b分別就槽編號而言為以六個週期配置，且配置的節距(pitch)相錯開3個位置。
第23圖係考慮繞組的對稱性，且顯示槽編號1至36之槽23內部的繞組的相的分配及匝數比。如第23圖所示，第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為例如約0.96：1。第23圖中之0.9519係可視為大略0.96。
為了考量因匝數變更所致的繞組係數減低，與實施形態1一樣，使用產生於1號至12號繞組中之感應電壓的向量圖。在第24圖(a)至(f)中，分別顯示產生於1號至12號繞組中之5次、7次、11次、13次、17次、19次的感應電壓高諧波成分的向量圖。就本實施形態而言，首先係謀求繞組係數的17次、19次的成分減低。
將焦點放在17次的向量圖(第24圖(e))，則1號繞組與2號繞組的相位差為180×4/72×17=170°，1號繞組與4號繞組的相位差為340°(=-20°)。假設1號繞組、12號繞組的匝數為A，2號至11號繞組的匝數為B，則17次、19次之分佈繞組係數Kd係如以下的式(20)所示。
Kd=(2A×cos30°+4B×cos10°-2B-4B×cos20°)/(2A+10B)...(20)
因此，只要使B={cos30°/(1+2cos20°-2cos10°)}A=0.9519A，式(20)就會為零。
同樣地，5次之分佈繞組係數係如以下的式(21)所示。
Kd=(2A×cos30°+4B×cos80°-2B-4B×cos50°)/(2A+10B)...(21)
因此，只要使B={cos30°/(1+2cos50°-2cos80°)}A=0.4468A，式(21)就會為零。
將如上述求出之繞組係數顯示於第25圖(a)、(b)中。關於7次、11次、13次也只要使用第24圖之向量圖就可同樣地算出使各繞組係數為零所需之匝數比。
如以上所述，在實施形態7中，旋轉電動機1q的定子20q中，每極每相的槽數q為j(j為2以上之整數)，且j-1個第一槽23a與1個第二槽23b交互地配置。因此，就算是在q=2i以外的旋轉電動機也可使特定的高諧波成分大致為零。
例如，在實施形態7中，旋轉電動機1q的定子20q中，每極每相的槽數q為6，且第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為約0.96：1。因此，如第25圖(a)所示，可使例如17次、19次之高諧波成分大致為零。
或者，例如在實施形態7中，旋轉電動機1q的定子20q中，每極每相的槽數q為6，且第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為約0.45：1。因此，如第25圖(b)所示，可使5次之高諧波成分大致為零。
實施形態8.
接著，針對實施形態8之旋轉電動機1r進行說明。以下，以 與實施形態4不同的部分為中心進行說明。
實施形態4係使交互配置的第一槽23a及第二槽23b的個數互不相同，實施形態8則使交互配置的第一槽23a及第二槽23b的個數互為相同。
具體而言，旋轉電動機1r係具有第26及27圖所示的構成。第26圖係顯示旋轉電動機1r中之與旋轉軸RA垂直的斷面的構成之圖。第27圖係顯示各槽內部的繞組的相的分配及匝數比之圖。第26及27圖中，係顯示極數為4、槽數為48、相數為3、每極每相的槽數q為4之旋轉電動機的例子。
如第27圖所示，本實施形態係在旋轉電動機1r的定子20r中，使配置有同相的兩個繞組之第一槽23a、與配置有不同相的兩個繞組之第二槽23b以相同的個數交互地配置。
例如，在槽編號1,2之槽23(第二槽23b)配置V相的繞組及U相的繞組。在槽編號3,4之槽23(第一槽23a)配置兩個U相的繞組。在槽編號5,6之槽23(第二槽23b)配置W相的繞組及U相的繞組。
另外，配置於各槽23之各相的匝數，係在配置有同相的繞組之第一槽23a的匝數與配置有不同相的繞組之第二槽23b不相同，且採用總共兩種類的匝數。
在本實施形態中，將配置於1至6號槽之U相繞組的匝數分別設為U1(1號槽的下側)、U2(2號槽的下側)、U3至6(3至4號槽的上下側)、U7(5號槽的上側)、U8(6號槽的上側)，則匝數比係設定成如以下的式(22)所示。
U1：U2：U3：U4：U5：U6：U7：U8=1：1：√(3)/2： √(3)/2：√(3)/2：√(3)/2：1：1...(22)
為了考量因匝數變更所致的繞組係數減低，與實施形態1同樣地，使用產生於1號至8號繞組中之感應電壓的向量圖。在第28圖(a)至(f)中，分別顯示產生於1號繞組至8號繞組中之5次、7次、11次、13次、17次、19次的感應電壓高諧波成分的向量圖。
從第28圖(a)之1號繞組-3號繞組與4號繞組-7號繞組之向量圖、以及2號繞組-5號繞組與6號繞組-8號繞組之向量圖，分別與第5圖(a)同樣地得知：藉由設定成如式(22)之匝數比(參照第27圖)，可使5次之繞組係數成為零。至於7次、17次、19次也與第5圖同樣地，可藉由設定成如式(22)之匝數比而使繞組係數成為零。
將如上述求出之繞組係數顯示於第29圖中。從第29圖得知：藉由採用本繞組配置，與實施形態1之q=2的情形同樣地，可使5次、7次、17次、19次之繞組係數成為零。
本實施形態係例示在q=4的情形時，使兩個配置有同相繞組之槽與兩個配置有不同相繞組之槽交互配置之例。在q=2i(i為整數)之情形時，可同理類推，只要將i個配置有同相繞組之槽與i個配置有不同相繞組之槽交互配置，就可如本實施形態使5次、7次、17次、19次成分之繞組係數成為零。
如以上所述，在實施形態8中，將極數設為P、槽數設為S、電源的相數設為m、每極每相的槽數設為q=S/P/m時，每極每相的槽數q係為2i(i為1以上之整數)，第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比係在0.85√(3)：2至1.15√(3)： 2之範圍內，且i個第一槽23a與i個第二槽23b交互地配置。因此，可將第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數設為不同，俾使感應電壓的高諧波成分成為零。
實施形態9.
接著，針對實施形態9之旋轉電動機進行說明。以下，以與實施形態1至8不同的部分為中心進行說明。
實施形態1至8係使配置有同相的繞組之第一槽23a與配置有不同相的繞組之第二槽23b內的匝數不相同，且採用總共兩種類之匝數，並使適於減低轉矩脈動之匝數比更明確。但是，匝數必須為整數。
因此，進行以實施形態1中說明過之第1至3圖的繞組來變更匝數比時的繞組係數之算出。將在實施形態1中說明過之將1號繞組與2號繞組的匝數比設為α(=「第一槽23a的總匝數」/「第二槽23b的總匝數」)時的繞組係數的算出結果顯示於第30圖中。
第30圖中，係將比較例之繞線方法、亦即1號繞組的匝數與2號繞組的匝數相同時的繞組係數(參照第33、35圖)設為100。從第30圖得知：藉由使α=√(3)/2就會使繞組係數成為零。
考慮到匝數必須為整數之條件的話，只要將匝數設定為整數且使α接近√(3)/2即可。具體而言，只要將α設為0.75至1.00(亦即(√(3)2±15%))，就會較比較例的繞組係數為小。換言之，只要使第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比成為0.85√(3)：2至1.15√(3)：2，就可使高諧波的繞組係數較比 較例為小。
而且，只要將α設在0.8至0.93(亦即(√(3)/2±8%))的範圍內，就會成為比較例的繞組係數的大約1/2以下。換言之，只要將第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比設在0.92√(3)：2至1.08√(3)：2的範圍內，就可使高諧波的繞組係數在比較例的繞組係數的大約1/2以下。
此原則係在實施形態2至8之情形也都一樣適用，若將繞組係數的高諧波成分成為零之最佳的匝數比設為α<1，則只要將匝數比設定在α2至α(2-α)之範圍內，就可使繞組係數的高諧波成分相較於比較例更為減低。在繞組係數的高諧波成分成為零之最佳的匝數比為α>1之情形時，只要將匝數比設定在1至(2α-1)之範圍內，就可使繞組係數的高諧波成分相較於比較例更為減低。
如以上所述，在實施形態9中，例如使第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比在0.85√(3)：2至1.15√(3)：2的範圍內。因此，可使高諧波的繞組係數較比較例的繞組係數(參照第33、35圖)為小。
又，在實施形態9中，例如使第一槽23a內的總匝數與第二槽23b內的總匝數之比為在0.92√(3)：2至1.08√(3)：2的範圍內。因此，可將高諧波的繞組係數設在比較例的繞組係數(參照第33、35圖)的大約1/2以下。
又，在上述實施形態1至9中，在配置有同相的繞組之第一槽23a及配置有不同相的繞組之第二槽23b，其匝數不同，且使用總共兩種類之匝數。因此，亦可使繞組的剖面積按照 匝數比而變化。
例如，將配置有同相的繞組之第一槽23a的總匝數及配置有不同相的繞組之第二槽23b的總匝數之比設為1：K，就可使剖面積的比成為例如1：1/K。
例如，若實施形態1之U1(1號槽的下側)、U2(2號槽的上側)、U3(2號槽的下側)、U4(3號槽的下側)之各繞組的剖面積為U1S,U2S,U3S,U4S，則繞組的剖面積之比係如以下之式(23)所示。
U1S：U2S：U3S：U4S=1：2/√(3)：2/√(3)：1...(23)
將電線徑設定為使繞組的剖面積之比成為如式(23)所示之比率，就可達成繞組之高佔槽率(wire slot fill factor)化，而可減低銅損。
又，在一個槽23內部配置繞組線徑不同之複數個繞組並將之予以串聯連接，或者在捲繞作業的途中變更繞組的線徑等也可達成繞組之高佔槽率化，而可減低銅損。此等作法可按照依旋轉電動機的容量及機體大小而決定之匝數及線徑並考慮到生產性而適當地選定以謀求繞組之高佔槽率化。
或者，雖然實施形態1至8係針對永久磁鐵型旋轉電動機而進行說明，但轉子不具有永久磁鐵之感應電動機或磁阻電動機(reluctance motor)也可得到同樣的效果。另外，直線狀地進行驅動之線性馬達(linear motor)也可得到同樣的效果。
又，本發明係藉由使匝數在配置有同相的繞組之槽及配置有不同相的繞組之槽23b不同，以謀求特定的繞組係數高 諧波成分。但如同在實施形態3中說明過的，還可期待併用扭曲(skew)等來更加減低轉矩脈動之效果。
(產業上的可利用性)
如以上所述，本發明之旋轉電動機係可利用於機械裝置之運轉。

Claims (11)

  1. 一種旋轉電動機，係具有分佈繞線形式的定子，該分佈繞線形式的定子具有：分別配置有複數個同相的繞組或一個相的繞組之複數個第一槽、以及分別配置有複數個不同相的繞組之複數個第二槽，且前述複數個第一槽各槽中的總匝數係彼此相同，前述複數個第二槽各槽中的總匝數係彼此相同，前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數互不相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉電動機，其中，將極數設為P，槽數設為S，電源的相數設為m，每極每相的槽數設為q=S/P/m時，每極每相的槽數q係為2i(i為1以上之整數)，前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數之比係在0.85√(3)：2至1.15√(3)：2之範圍內，且使前述第一槽與前述第二槽每隔i個交互配置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之旋轉電動機，其中，前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數之比係在0.92√(3)：2至1.08√(3)：2。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉電動機，其中，每極每相的槽數q係為j(j為2以上之整數)，且使j-1個前述第一槽與1個前述第二槽交互配置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉電動機，其中，前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數互不相同，且設為使感應電壓的高諧波成分為零。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉電動機，其中，每極每相的槽數q係為4，且前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數之比係為約0.93：1。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉電動機，其中，每極每相的槽數q係為4，且前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數之比係為約0.57：1。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉電動機，其中，每極每相的槽數q係為4，且前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數之比係為約1.80：1。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉電動機，其中，每極每相的槽數q係為3，且前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數之比係為約0.67：1。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉電動機，其中，每極每相的槽數q係為6，且前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數之比係為約0.96：1。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉電動機，其中，每極每相的槽數q係為6，且前述第一槽內的總匝數與前述第二槽內的總匝數之比係為約0.45：1。
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