旋轉電機和旋轉電機裝置制造方法

旋轉電機和旋轉電機裝置制造方法
【專利摘要】將多組多相線圈卷繞在定子的多個槽中時，線圈的電感在槽的入口側和底部側不同，可能使電流控制電路的無效電流增大，響應和效率變差，對旋轉電機的高速時的位置控制造成影響。本發明的目的在于提供抑制了多個線圈之間的電感的差的旋轉電機。旋轉電機的特征為在上述定子的同一區域內卷繞多個多組同相線圈，將各相的線圈分別分割為多個線圈邊，被分割的上述線圈邊配置在上述定子的周方向上的不同位置，且對于同相線圈整體使其在上述槽的內側和外側分散地配置，能夠抑制線圈的電感的差。
【專利說明】旋轉電機和旋轉電機裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及旋轉電機的定子結構和旋轉電機裝置。
【背景技術】
[0002]本【技術領域】的【背景技術】有專利文獻1，構成為用有限的電流容量的功率晶體管驅動，能夠用與該功率晶體管的電流容量相比充分大的輸出驅動。此外，以對兩組以上的電樞繞組分別供給電流的方式構成端子單元。
[0003]此外，本【技術領域】的【背景技術】有專利文獻2，構成作為在三相電動機的定子的槽中分布卷繞的電樞繞組，按外相、中相、內相的順序將電樞繞組插入各個槽中，使電樞繞組的截面積構成為外相比中相更大、且內相比中相更小的電動機。
[0004]近年來，在需要大輸出和大轉矩的注塑成型機的注射軸、沖壓機械的加壓滑動驅動等中，以控制性能的提高和高加速動作等為目的，使用伺服電動機的需求增多。在這些用途中，以通常的商用電源系統下的運轉為前提，作為對電動機供電的驅動控制電路的伺服放大器能夠輸出的電壓，限于逆變器按照所謂200V級和400V級的電壓系統能夠輸出的電壓范圍，所以要獲得大輸出(大電力)時，電流值成比例地增大。
[0005]這樣的要獲得大輸出(大電力)的情況下，在作為驅動電路的伺服放大器中用一個電力用半導體提供大電流是困難的，所以如專利文獻I所述，抑制使用的每一個電流控制電路(驅動電路)的電力用半導體的元件容量，從多個電流控制電路協同進行供電。與此對應，電動機是同一個定子槽中具備用多個各電流控制電路個別驅動的多組三相繞組的多繞組電動機。
[0006]該情況下的電動機的方式，是需要的多組繞組數量能夠作為并聯電路實現的槽組合。繞組是各繞組之間的均衡優良的重疊繞組，多組三相繞組的配置是將連續的數個線圈分配到各三相繞組的U相、V相或W相。即，將電動機在結構上用周方向上若干等分的范圍劃分的情況下，以其中的一個場所為中心配置各繞組的各相。
[0007]此外，專利文獻I中，還記載了為了不增加槽數而進一步增加繞組數量，在同一個槽中配置兩個線圈元素，在其中從兩個不同的電流控制電路流過相位錯開的電流。
[0008]另一方面，因為重疊繞組不適合自動化，所以有時通過等價變換求出同心繞組模式并采用。該情況下，繞線作業通過插入化而自動化。將所有繞組分為若干個插入次數后，將預先在夾具上卷繞的該插入次數的所有線圈一并繞線。該情況下插入次數較早的線圈配置在外側，所以連接部分變長，繞組總長增大。因此，與插入次數較晚的配置在內側的線圈相比，較早的線圈的電阻值增大，存在均衡惡化的狀況。對于這樣的情況，專利文獻2中公開了對電線配置上周長較長的線圈分配較大的截面積使電線直徑變粗，調整電阻值而實現均衡良好的三相繞組的技術內容。
[0009]但是這些技術中存在以下問題。首先，多個繞組構成的槽配合，一般而言槽數增大,繞組的作業成本變大。其次，同一個槽內同時存在若干個繞組的情況下,對其流過同相電流時，線圈之間共用同一磁通從而產生相互干涉，非常難以穩定地控制。因此，專利文獻I中對于同一個槽中配置的兩個線圈元素，從兩個不同的電流控制電路流過電流時，使其流過相位錯開的電流。這表示轉矩的總和值相對于原本的2倍下降。進而，使同一繞組中包括的線圈的線徑不同，會使繞組變得繁雜，增加作業成本。
[0010]現有技術文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本特開2000-175420號公報
[0013]專利文獻2:日本特開2002-313548號公報
[0014]專利文獻3:日本特開2010-130821號公報

【發明內容】

[0015]發明要解決的課題
[0016]此外，能夠列舉專利文獻3作為使流過同相電流時的線圈之間的相互干涉緩和的技術。專利文獻3與專利文獻I同樣不增加槽數而增加繞組數量，但是使設置在定子鐵心的相同位置的多個部分繞組為不同組的三相繞組的同相的部分繞組，抑制了不同的三相繞組之間的相互干涉。
[0017]專利文獻I和專利文獻3中，為了避免槽數的增加,有在同一個槽內卷繞多個繞組的傾向。卷繞多個繞組時，配置在槽的入口側(定子鐵芯的內周側)的繞組、和配置在槽的底部(定子鐵芯的外周側)的繞組的電線長度不同，且繞組與鐵芯的磁耦合不同，產生電感差。在槽的入口側卷繞的繞組電感減小。此外，因繞組的配置位置，磁耦合的定子的齒長度產生差，由繞組和齒形成的磁路的長度也產生差。從而，從這一點而言，配置在槽的入口側的繞組與配置在槽的底部側的繞組的電感也不同。
[0018]從電流控制電路對這些繞組供給電流時，因不同的電感使電流控制電路的功率因數產生差。電感的差在三相繞組的UVW各相之間和多組繞組的各組之間產生。
[0019]這樣，電流控制電路的功率因數不同時，功率因數較差的電流控制電路中無效電流增大，響應和效率變差，對控制的均衡造成影響，可能對于旋轉電機的高速時的位置控制造成影響。在需要大輸出和大轉矩的注塑成型機的注射軸的驅動、沖壓機械的加壓滑動的驅動等中，要求高加減速時的位置控制，不希望有繞組引起的電感的不同。
[0020]本發明鑒于上述現有的問題，提供一種旋轉電機，其在定子的多個槽中卷繞多組多相線圈時，抑制了多個線圈之間的電感的差。
[0021 ] 用于解決課題的技術方案
[0022]為了解決上述課題，本發明是在設置于定子的多個槽中卷繞有多組多相線圈的旋轉電機，其特征在于:
[0023]各相線圈分別由多個線圈邊連結而成，從多個不同的同相線圈各選擇一個該線圈邊卷繞在同一個槽中，
[0024]被分割的上述線圈邊，分散在用極對數將上述定子整周分割而成的范圍中的至少兩個以上且不是全部的范圍內配置，并且在上述槽的內側和外側分散配置。
[0025]此外，在上述旋轉電機中，其特征在于，被分割的多個線圈邊中，多組多相線圈的同一相的線圈邊卷繞在同一個槽中。
[0026]此外，在上述旋轉電機中，其特征在于，被分割的多個線圈邊由小線圈邊和大線圈邊構成，小線圈邊在夾著上述定子的規定個數的齒的兩個槽之間卷繞，上述大線圈邊在夾著上述小線圈邊的兩個槽之間卷繞。
[0027]此外，在上述旋轉電機中，其特征在于，上述定子具有54個槽，上述多相線圈由6組三相線圈構成。
[0028]此外，在上述旋轉電機中，其特征在于，被分割的上述多個線圈邊，在上述定子的周方向上相對的位置的槽中分散配置。
[0029]為了解決上述課題，本發明是具備以上任意一項所述的旋轉電機的旋轉電機裝置，其特征在于，上述旋轉電機的多組多相線圈被不同的伺服放大器獨立地驅動。
[0030]此外，在上述旋轉電機裝置中，其特征在于，上述多組多相線圈的同相線圈被不同的伺服放大器以同相電流獨立地驅動。
[0031]發明效果
[0032]根據本發明，即使為了避免槽數的增加，在同一個槽中卷繞多個線圈，也能夠抑制多個線圈之間的電感的差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發明實施例的旋轉電機裝置的結構圖。
[0034]圖2是表示同上的旋轉電機的三相線圈的定子內配置和連接的說明圖。
[0035]圖3是表示圖2中的UVW各相的線圈片的位置的說明圖。
[0036]圖4是同上的旋轉電機的線圈配置的說明圖。
【具體實施方式】
[0037]以下，用【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施例。首先，說明應用了本發明的旋轉電機的具體例。
[0038]圖1是本發明實施例的旋轉電機裝置的結構圖。IOA?IOF是伺服放大器，60是旋轉電機的定子，61A、6ID是三相線圈，UA、UD是U相線圈，VA、VD是V相線圈，WA、WD是W相線圈。其他三相線圈省略圖示，由從伺服放大器IOA?IOF供電的6組三相線圈6IA?61F構成。伺服放大器IOA的(UA) (VA) (WA)是供電端子，伺服放大器IOD的(UD) (VD)(WD)是供電端子。
[0039]三相線圈61A由在中性點(NA)星形(Y形)接線的三相線圈UA、VA、WA構成，61D由在中性點(ND)星形(Y形)接線的三相線圈UD、VD、WD構成。省略圖示的其他三相線圈(61B、61C、61E、61F)也與上述同樣在中性點由星形(Y形)接線構成。
[0040]圖1中，在旋轉電機的定子20中設置有6組由U相、V相、W相組成的三相線圈，各組用不同的伺服放大器個別地驅動。即，對三相線圈61A從伺服放大器IOA的端子(UA)(VA) (WA)供電，對三相線圈61D從伺服放大器IOD的端子(UD) (VD) (WD)供電，對其他未圖示的三相線圈也同樣個別地供電。
[0041]圖1中，三相線圈的各相線圈進一步被分割為3個線圈邊。三相線圈61A的U相線圈UA被分為線圈邊UAl?UA3，V相線圈UA被分為線圈邊VAl?VA3，W相線圈WA被分為線圈邊WAl?WA3。
[0042]此外，三相線圈61D的U相線圈UD被分為線圈邊UDl?UD3，V相線圈VD被分為線圈邊VDl?VD3，W相線圈WD被分為線圈邊WDl?WD3。省略圖示的其他三相線圈(61B、61C、61E、61F)也與上述同樣使各相線圈被分割為3個線圈邊。
[0043]以上表示了三相線圈的結構和與伺服放大器的連接關系，以下，說明三相線圈在旋轉電機的定子60內的配置和線圈間的連接。
[0044]圖2是表示旋轉電機的三相線圈的定子內配置和連接的說明圖。圖2表示將定子在與中心軸(省略圖示)垂直的平面上切斷的截面，表示與轉子(省略圖示)組合使用的具有54個槽的定子。60是旋轉電機的定子，I?54是槽編號，62是槽之間形成的齒，此外，對于圖1表不的對應部分用同一符號表不。
[0045]圖2中，定子60是圓筒狀的鐵芯，在其內周側排列向沿著其中心軸的方向延伸的54個槽I?54，形成54個槽之間的突出部作為齒62。在該齒62上卷繞UVW各相的線圈，此處，對三相線圈61A的各相線圈UA、VA、WA和三相線圈61D的各相線圈UD、VD、WD進行說明。
[0046]觀察三相線圈61A的U相線圈UA時，一端與伺服放大器IOA的輸出端子(UA)連接的線圈邊UAl位于槽36-33，其槽33側的端子通過連接線(未表示符號)與位于槽37-32的線圈邊UA2的槽37側的端子連接，該線圈邊UA2的槽32側的端子通過連接線與位于槽10-5的線圈邊UA3的槽10側的端子連接。線圈邊UA3的槽5側的端子與中性點(NA)連接。
[0047]即，U相線圈UA中，線圈邊UAl位于槽36_33，線圈邊UA2位于槽37_32，線圈邊UA3位于槽10-5，它們通過連接線連接。槽36-33與槽37-32位于同一區域，該區域與槽10_5處于夾著定子的中心軸相對的位置(對角的位置)。
[0048]觀察各線圈邊在槽內的位置時，線圈邊UAl在槽的入口側(內側)橫跨2個槽(34、35)配置，線圈邊UA2在槽的底部側(外側)橫跨4個槽(33?36)配置，UA3在槽的底部側(外側)橫跨4個槽(6?9)配置。此處，設橫跨2個槽的線圈邊UAl為小線圈，橫跨4個槽的線圈邊UA2和UA3為大線圈。
[0049]同樣，觀察三相線圈61A的V相線圈VA時，一端與伺服放大器IOA的輸出端子(VA)連接的線圈邊VAl位于槽24-21，其槽21側的端子通過連接線(未表示符號)與位于槽25-20的線圈邊VA2的槽25側的端子連接，該線圈邊VA2的槽20側的端子通過連接線與位于槽52-47的線圈邊VA3的槽52側的端子連接。線圈邊VA3的槽47側的端子與中性點(NA)連接。
[0050]g卩，V相線圈VA中，線圈邊VAl位于槽24-21，線圈邊VA2位于槽25-20，線圈邊VA3位于槽52-47，它們通過連接線連接。槽24-21和槽25-20位于同一區域，該區域與槽52-47處于對角的位置。
[0051]觀察各線圈邊在槽內的位置時，線圈邊VAl在槽的內側橫跨2個槽(22、23)配置，線圈邊VA2在槽的外側橫跨4個槽(21?24)配置，VA3在槽的外側橫跨4個槽(48?51)配置。與上述同樣，設橫跨2個槽的線圈邊VAl為小線圈，橫跨4個槽的線圈邊VA2和線圈邊VA3為大線圈。
[0052]同樣,觀察三相線圈6IA的W相線圈WA時,一端與伺服放大器IOA的輸出端子(WA)連接的線圈邊WAl位于槽30-27，其槽27側的端子通過連接線(未表示符號)與位于槽31-26的線圈邊WA2的槽31側的端子連接，該線圈邊WA2的槽26側的端子通過連接線與位于槽4-53的線圈邊WA3的槽4側的端子連接。線圈邊WA3的槽53側的端子與中性點(NA)連接。
[0053]即，W相線圈WA中，線圈邊WAl位于槽30-27，線圈邊WA2位于槽31-26，線圈邊WA3位于槽4-53，它們通過連接線連接。槽30-27與槽31-26位于同一區域，該區域與槽4_53處于對角的位置。
[0054]觀察各線圈邊在槽內的位置時，線圈邊WAl在槽的內側橫跨2個槽(28、29)配置，線圈邊WA2在槽的外側橫跨4個槽(27?30)配置，WA3在槽的外側橫跨4個槽(54?3)配置。與上述同樣，設橫跨2個槽的線圈邊WAl為小線圈，橫跨4個槽的線圈邊WA2和線圈邊WA3為大線圈。
[0055]此外，對于另一組三相線圈61D也同樣如圖2中虛線所示地配置。以U相線圈UD為代表說明。
[0056]一端與伺服放大器IOD的輸出端子(UD)連接的線圈邊UDl位于槽6_9，其槽6側的端子通過連接線(未圖示)與位于槽5-10的線圈邊UD2的槽10側的端子連接，該線圈邊UD2的槽5側的端子通過連接線與位于槽37-32的線圈邊UD3的槽37側的端子連接。線圈邊UD3的槽32側的端子與中性點(ND)連接。
[0057]即，U相線圈UD中，線圈邊UDl位于槽6_9，線圈邊UD2位于槽5_10，線圈邊UD3位于槽37-32，它們通過連接線連接。槽6-9與槽5-10位于同一區域，該區域與槽37-32處于對角的位置。
[0058]觀察各線圈邊在槽內的位置時，線圈邊UDl在槽的外側橫跨2個槽(7、8)配置，線圈邊UD2在槽的內側橫跨4個槽(6?9)配置，UD3在槽的內側橫跨4個槽(33?36)配置。與上述同樣設橫跨2個槽的線圈邊UDl為小線圈，設橫跨4個槽的線圈邊UD2和線圈邊Μ)3為大線圈。
[0059]圖3是表示圖2所示的多組的UVW各相的線圈片的位置的說明圖。橫軸表示被分割的3個線圈邊(線圈邊1、2、3)，縱軸表示各組三相線圈。三相線圈表示了 UA、VA、WA和UD、VD、WD兩組，其他省略圖示。此外，作為各線圈邊在槽內的配置位置，將槽的內側顯示為“內”，將槽的外側顯示為“外”。進而，用“大”和“小”表示線圈邊的大線圈和小線圈，顯示欄的實線、虛線表示圖2所示的表示各線圈的線的種類。
[0060]具體而言，觀察U相的線圈UA時，線圈邊UAl是小線圈，配置在槽36-33的內側，線圈邊UA2是大線圈，配置在槽37-32的外側，線圈邊UA3是大線圈，配置在槽10_5的外側。以下，同樣地表示三相線圈VA、WA的各線圈邊的配置位置。
[0061]此外，觀察U相的線圈UD時，線圈邊UDl是小線圈，配置在槽9-6的外側，線圈邊UD2是大線圈，配置在槽10-5的內側，線圈邊UD3是大線圈，配置在槽37-32的內側。以下，同樣地表示三相線圈VD、WD的各線圈邊的配置位置。
[0062]圖4是旋轉電機的線圈配置的說明圖，表示定子中的多組三相線圈的排列位置。從該圖中可知，各組三相線圈的各相線圈在定子的周方向上順次排列，同相的線圈(線圈邊)夾著定子的中心在對角的位置成對地配置。同相線圈在對角的位置成對地配置時，即使旋轉電機的熱條件改變，也能夠減小同相的線圈整體的熱影響。
[0063]例如，因來自外部的熱影響，旋轉電機的一部分溫度上升的情況下，配置在該部分的線圈邊受到熱影響，但是因為對與其處于對角位置的線圈邊的熱影響較少，所以同相的線圈整體能夠減少熱影響。此外，同相的線圈在某一個區域集中配置線圈邊時，該區域被加熱的情況下，該相的所有線圈被加熱，另一方面，與熱影響較少的其他相的線圈之間溫度差增大，線圈特性(電感、電阻值)可能產生差，在旋轉電機的控制中變得不均衡。
[0064]根據本實施例的線圈結構，在定子的同一區域卷繞配置多個多組同相線圈。S卩，設同相線圈為U相時，三相線圈61D的U相線圈的線圈邊UDUUD2 (均為虛線)、和另一組三相線圈61A的線圈邊UA3配置在同一區域的槽5-10中，線圈邊UA1、UA2、和線圈邊UD3(虛線)配置在槽37-32的同一區域的槽中。因此，能夠不增加槽數而在同一區域卷繞多個線圈。
[0065]此外，根據上述繞組結構，各相的線圈的多個線圈邊沿著定子60的周方向配置在不同的位置，且關于同相在定子的槽的內側和外側分散地配置，因此能夠減少各相之間的線圈的電感的差，也能夠抑制多組三相線圈之間的電感的差。
[0066]本實施例中，將3個線圈邊在槽的內側、外側分為2個和I個配置，與將3個線圈邊集中配置在槽的一處(僅在內側或僅在外側)的情況相比，均衡從3:0變為2:1，能夠更接近均等。線圈的電感和電阻值具有作為基礎的較大的值，對該值附加均衡的因素，所以從實際的電感和電阻值來看的均衡變得接近均等。此外，如果使各相線圈的線圈邊從2個增加至4個等，則能夠使線圈邊分散到槽內的更多的位置，所以更易于保持均衡。
[0067]進而，因為各相線圈在槽的內側和外側分散地配置線圈邊，包括作為大線圈和小線圈的線圈邊構成，所以能夠減少各相線圈的電線長度的差、和線圈的卷繞直徑的平均的差，抑制線圈的電感和電阻值的差。
[0068]從而，通過各伺服放大器對各組三相線圈和各相線圈進行動作控制時，能夠均衡良好地控制，所以能夠良好地進行旋轉電機的高速時的位置控制。
[0069]本實施例中為了簡化說明，在定子的各槽內的內側和外側配置2個線圈邊，但是不限于此，能夠增加線圈邊。此時，隨著線圈邊的增加，槽內的線圈邊的個數增加，所以通過與其相應地在槽的內側和外側分散地配置線圈邊，能夠減少各相的線圈的電感的差。
[0070]此外,本實施例記載了 54槽的電動機,一般在多相電動機能夠米用，不限于此。
[0071]符號說明
[0072]I?54......槽，IOA?IOF......伺服放大器，60......定子，62......齒，61A、61D......多
相線圈，UA、VA、WA、UD、VD、WD......各相線圈，UAl ?UA3、VA1 ?VA3、WA1 ?WA3、UD1 ?UD3、
VDl?VD3、WD1?WD3......線圈邊，NA、ND......中性點。
【權利要求】
1.一種旋轉電機，在設置于定子的多個槽中卷繞有多組多相線圈，其特征在于: 各相線圈分別由多個線圈邊連結而成，從多個不同的同相線圈各選擇一個該線圈邊卷繞在同一個槽中， 被分割的所述線圈邊，分散在用極對數將所述定子整周分割而成的范圍中的至少兩個以上且不是全部的范圍內配置，并且在所述槽的內側和外側分散配置。
2.如權利要求1所述的旋轉電機，其特征在于: 被分割的多個線圈邊中，多組多相線圈的同一相的線圈邊卷繞在同一個槽中。
3.如權利要求1或2所述的旋轉電機，其特征在于: 被分割的多個線圈邊由小線圈邊和大線圈邊構成，小線圈邊在夾著所述定子的規定個數的齒的兩個槽之間卷繞，所述大線圈邊在夾著所述小線圈邊的兩個槽之間卷繞。
4.如權利要求1?3中任一項所述的旋轉電機,其特征在于: 所述定子具有54個槽，所述多相線圈由6組三相線圈構成。
5.如權利要求1?4中任一項所述的旋轉電機,其特征在于: 被分割的所述多個線圈邊，在所述定子的周方向上相對的位置的槽中分散配置。
6.—種旋轉電機裝置,具備權利要求1?5中任一項所述的旋轉電機,其特征在于: 所述旋轉電機的多組多相線圈被不同的伺服放大器獨立地驅動。
7.如權利要求6所述的旋轉電機裝置，其特征在于: 所述多組多相線圈的同相線圈被不同的伺服放大器以同相電流獨立地驅動。
【文檔編號】H02K3/28GK103650297SQ201180072333
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2011年12月2日 優先權日:2011年12月2日
【發明者】酒井俊彥, 藤澤勸也 申請人:株式會社日立產機系統