三相交流電動機的制作方法

本實用新型涉及一種電動機，特別涉及一種具有在定子的槽中配置有3層繞線的構造的電動機。

背景技術：

以往，為了降低轉矩波動(torque ripple)，對轉子的芯的形狀、定子的芯的形狀、轉子的芯的偏斜(skew)、定子的芯中的偏斜等進行了優化。

但是，這些電動機的改造需要更復雜的電動機的構造，這成為增加制造中的工時的主要原因。

另外，在電動機中，轉矩波動的大小受到極數、槽數以及繞組的繞線配置的影響。

可以列舉出作為能夠降低轉矩波動的極與槽的組合而槽數除以極數所得到的值為既約分數的分數槽的電動機(例如，日本特開2004-23950號公報以及日本特開昭62-250851號公報)。

在分數槽的電動機中，能夠以使極數與槽數的最小公倍數大的方式選定極數和槽數，從而能夠減少轉矩波動。但是，電動機的感應電壓中包含的高次諧波分量中的比較低次的分量沒有完全消失，這成為轉矩波動的產生原因。

另外，還存在以下問題：當想要降低轉矩波動時，一次的繞組系數(winding factor)的值降低，轉矩下降。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種具有以下繞線配置的電動機：能夠在保持電動機的轉矩足夠大的同時，進一步降低轉矩波動。

本實用新型的一個實施例所涉及的三相交流電動機具備：轉子，其具有 多對磁極；定子，其具有在轉子的旋轉軸方向上形成的、且沿周向進行排列的多個槽，該定子被配置成在徑向上與轉子相對；以及多個繞線，該多個繞線被插入到槽，卷繞安裝于定子，該三相交流電動機的特征在于，具有以下關系：將轉子的極數設為2P、將定子的用于插入繞線的槽數設為N，則槽數N除以極對數P所得到的值為既約分數，且該既約分數的分母的值為奇數，在定子的用于插入繞線的各槽中，U相、V相及W相這三個相以及相位與該三個相相反的相這總計六個相帶的任意相帶的繞線在每個槽中重疊三層地進行配置，配置于各槽的三層繞線中的第一層的繞線被配置成：U相、V相及W相這三個相的各繞線的配置彼此具有機械角度±120度的旋轉對稱性，作為剩余兩層中的其中一層的第二層的繞線被配置成：將第一層的繞線的配置相對于第一層的繞線的配置錯開L個槽，作為兩層中的剩余的層的第三層的繞線被配置成：將第一層的繞線的配置向與第二層的繞線的配置相反的方向相對于第一層錯開L個槽。

優選的是，在所述電動機的定子的槽中，關于U相、V相及W相這三個相的繞線的插入順序以及U相、V相及W相的繞線在槽內的位置，在第一層、第二層、第三層中不進行區分。

優選的是，在所述電動機中，所述極對數P＝5，所述槽數N＝36，槽錯開數L＝14。

附圖說明

本實用新型的目的、特征以及優點通過與附圖相關聯的以下的實施方式的說明會變得更明確。在該附圖中，

圖1是10極36槽的電動機的截面圖，

圖2是10極36槽雙層卷繞的電動機的繞線配置的展開截面圖，

圖3A和圖3B是本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線配置的展開截面圖，

圖4是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三 層卷繞的繞線中的第一層的-U相的繞線的配置的繞線配置圖，

圖5A和圖5B是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線中的第一層的+U相和-U相的繞線的配置的繞線配置的展開截面圖，

圖6是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線中的第一層和第二層的-U相的繞線的配置的繞線配置圖，

圖7A和圖7B是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線中的第一層和第二層的+U相和-U相的繞線的配置的繞線配置的展開截面圖，

圖8是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線的第一層～第三層的-U相的繞線的配置的繞線配置圖，以及

圖9A和圖9B是僅表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線的第一層～第三層中的僅+U相和-U相的繞線的繞線配置的展開截面圖。

具體實施方式

下面，參照附圖來說明本實用新型所涉及的三相交流電動機。圖1中示出了10極36槽的電動機的截面圖。在圖1中，6表示定子，10表示轉子。轉子10具備10個磁體11、轉子芯12以及轉子的軸13，轉子10以轉子的旋轉軸C為中心進行旋轉。磁極的數量P與磁體的數量相同，是10。定子6具備定子芯3以及在轉子的旋轉軸C的方向上形成的、沿周向進行排列的36個槽2，在槽2中配置后述的繞線。本實用新型涉及電動機的卷繞于定子芯3的繞線配置，因此在下面的說明中省略轉子的記載。圖2是10極36槽雙層卷繞即極數為10、槽數為36、各槽中配置有兩層繞線的電動機的繞線配置的展開截面圖。在圖2中，2表示槽，3表示定子芯，4表示繞線，6表示定子，B表示槽識別號。定子6原本是圓筒狀的，但是在此為了易于理解說明，以將圓筒狀的定子6直線地展開的展開截面圖來示出定子6。本實用新型是涉及如圖2那樣的電動機的 繞線配置的實用新型，涉及具有以下關系的電動機的繞線配置：將電動機的轉子的極數設為2P、將定子的用于插入繞線的槽數設為N，則槽數N除以極對數P所得到的值為既約分數，且既約分數的分母的值為奇數。

圖2的“U”、“V”、“W”表示三相交流的各相，“+”和“-”表示電流的方向。圖2表示雙層卷繞的例子，在各槽中，各配置有+U、-U、+V、-V、+W、-W相這總計六個相帶中的任兩個相帶。在各配置中，插入了相同數量的銅線等流通電流的線材。

以后，將流通電流的銅線等線材或者線材束稱為“繞線”，將使用該線材做出閉合的環的形狀、并以同一形狀連結來重疊成束所得之物稱為“線圈”。

以往的電動機的繞線配置是單層卷繞或者如圖2所示的雙層卷繞。本實用新型是涉及分數槽電動機(定子的槽數除以轉子的極數所得到的值為既約分數的電動機)中成為三層卷繞的電動機的實用新型。

對構成本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的定子的繞線配置進行說明。在此，以轉子的極數為10、槽數為36、每個槽的層數為3(10極36槽三層卷繞)的繞線配置為例來進行說明。即，極對數P＝5、槽數N＝36。圖3A和圖3B是本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線配置的展開截面圖。圖3A是槽識別號1～18的槽的第一層～第三層的六個相的繞線配置的展開截面圖。圖3B是槽識別號19～36的槽的第一層～第三層的六個相的繞線配置的展開截面圖。另外，在此，關于繞線配置圖中的槽內的層的識別，如圖3A所示，將中央的層設為“第一層”，將中央之上的層設為“第二層”，將中央之下的層設為“第三層”。

如圖3A和圖3B所示，本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機具備：轉子(參照圖1)，其具有多對磁極；定子6，其具有在轉子的旋轉軸方向上形成的、沿周向進行排列的多個槽2，該定子6被配置成在徑向上與轉子相對；以及多個繞線4，該多個繞線4被插入到槽，卷繞安裝于定子。

如圖3A和圖3B所示，在定子6的用于插入繞線4的各槽2中，U相、V相及W相這三個相以及相位與該三個相相反的相這總計六個相帶的任意相帶 的繞線4在每個槽中重疊三層地進行配置。

在分數槽電動機中，通過設為三層卷繞，能夠減小高次的繞組系數的值。另外，如果U相、V相及W相具有±120度的旋轉對稱性，則會存在很多三層卷繞的配置的采用方法，但是通過選擇特定的配置，能夠將一次的繞組系數取大的值。也就是說，能夠在保持大的電動機的轉矩的同時，減小轉矩波動。

在本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機中，配置于各槽的三層的各相繞線被配置成：U相、V相及W相這三個相的各繞線的配置彼此具有機械角度±120度的旋轉對稱性。

由于配置成U相、V相及W相具有±120度旋轉對稱性，因此V相和W相的繞線必然與使圖3A和圖3B的U相的繞線配置分別向左移動12個槽、向右移動12個槽后的繞線配置重疊。例如，關于第一層的繞線配置，槽識別號1的繞線為“+U”相，若將其向左方向移動12個槽則與槽識別號25的繞線的“+V”相重疊，若將其向右方向移動12個槽則與槽識別號13的繞線的“+W”相重疊。同樣地，在使作為+U相的繞線的位置的槽識別號8、15、22、29、36向左方向移動12個槽后的槽識別號32、3、10、17、24的位置處配置有+V相的繞線，在使作為+U相的繞線的位置的槽識別號8、15、22、29、36向右方向移動12個槽后的槽識別號20、27、34、5、12的位置處配置有+W相的繞線。該關系在-U相、-V相及-W相中也是同樣的。另外，以上的說明是以第一層為例來說明的，第二層和第三層也處于同樣的關系。

接著，說明本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線配置中第一層、第二層以及第三層的繞線配置的關系。以后，為了易于理解實用新型，僅示出U相這一個相(+U相、-U相)來進行說明。

首先，說明第一層的繞線的配置。圖4是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線中的第一層的-U相的繞線的配置的繞線配置圖。在圖4中，以白圓表示第一層的-U相的繞線7。在圖4中，為了易于理解而僅示出了-U相。在圖4所示的例子中，在槽識別號4、11、18、19、26、33的槽中配置有-U相的繞線7。

圖5A和圖5B是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線中的第一層的+U相和-U相的繞線的配置的繞線配置的展開截面圖。圖5A是槽識別號1～18的槽的第一層的+U相和-U相的繞線配置的展開截面圖。圖5B是槽識別號19～36的槽的第一層的+U相和-U相的繞線配置的展開截面圖。相對于-U相的繞線的配置錯開18個槽的配置即為+U相的繞線的配置。在圖5A和圖5B所示的例子中，與槽識別號4、11、18、19、26、33的槽中配置的-U相的繞線對應地，在槽識別號22、29、36、1、8、15的槽中配置有+U相的繞線。

只要U相、V相及W相的配置關系存在±120度的旋轉對稱性，就可以任意地選擇第一層的配置。另外，在槽數除以極數所得到的值的既約分數的分母為奇數的情況下，必然存在所有槽被U相、V相及W相中的任意相填充的單層卷繞的配置。

接著，說明第二層的繞線的配置。圖6是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線中的第一層和第二層的-U相的繞線的配置的繞線配置圖。在圖6中，以黑圓表示第二層的-U相的繞線8。

作為三層中的除第一層以外的剩余兩層中的其中一層的第二層的-U相的繞線8被配置于將第一層的-U相的繞線7的配置相對于第一層的-U相的繞線7的配置錯開L個槽后的位置。即，在第一層上重疊第二層的配置時，第二層配置于將第一層的配置向左錯開錯開數L＝14個槽(繞定子的旋轉軸C向逆時針方向錯開140度)后的位置。例如，在圖6所示的例子中，在將槽識別號4、11、18、19、26、33的第一層的-U相的繞線的位置向逆時針方向錯開14個槽后的槽識別號26、33、4、5、8、19的槽中，配置有第二層的-U相的繞線。

圖7A和圖7B是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞中的第一層和第二層的+U相和-U相的繞線的配置的繞線配置的展開截面圖。圖7A是槽識別號1～18的槽的第一層和第二層的+U相和-U相的繞線配置的展開截面圖。圖7B是槽識別號19～36的槽的第一層和第二層的+U相和-U相的繞線配置的展開截面圖。如圖7A和圖7B所示，在第一層上 重疊第二層的配置時，第二層配置于將第一層的配置向左錯開14個槽后的位置。

接著，說明第三層的繞線的配置。圖8是表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線的第一層、第二層以及第三層的-U相的繞線的配置的繞線配置圖。圖8在圖6的繞線的配置上追加了第三層。在圖8中，以施有陰影的圓印表示第三層的-U相的繞線9。

在本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機中，作為兩層中的剩余的層的第三層的繞線9被配置成：將具有旋轉對稱性的第一層的繞線7的配置向與第二層的繞線8的配置相反的方向相對于第一層錯開L個槽。例如，如圖8所示，第三層被配置于將第一層向與第二層相反的右方向錯開14個槽(140度)后的位置。例如，在圖8所示的例子中，在將槽識別號4、11、18、19、26、33的第一層的-U相的繞線的位置向順時針方向錯開14個槽后的槽識別號18、25、32、33、4、11的槽中，配置有第三層的-U相的繞線。

圖9A和圖9B是僅表示本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機的10極36槽三層卷繞的繞線的第一層～第三層中的僅+U相和-U相的繞線的繞線配置的展開截面圖。圖9A是槽識別號1～18的槽的第一層～第三層的+U相和-U相的繞線配置的展開截面圖。圖9B是槽識別號19～36的槽的第一層～第三層的+U相和-U相的繞線配置的展開截面圖。

此外，在電動機的定子的槽2中，關于U相、V相及W相這三個相的繞線的插入順序以及U相、V相及W相的繞線在槽內的位置，在第一層、第二層、第三層中不進行區分。

此外，在圖8中示出了錯開數L＝14的配置的例子，但是L可以取任意的值。但是，若以使單相的+、-中的某一個的繞線配置的形狀盡可能接近具有與電動機的極對數相同數量的頂點的正多邊形的方式選擇L，則后述的繞組系數的一次的值變大，能夠得到大的轉矩。在10極36槽的情況下，極對數為5，L＝7、8、14、15的情況與其相當。若選擇其它L的值，則會從正五邊形的形狀發生變形，從而無法增大轉矩。

對作為一般的電動機的極數與槽數的組合的10極12槽雙層卷繞、以往的10極36槽雙層卷繞(錯開數3)的配置、以及本實用新型的10極36槽三層卷繞(L＝1、7、8、14、15)的繞組系數的值進行了比較。表1中示出了各個繞組系數的計算結果。此外，關于除了上述的L以外的其它L的值的情況下的繞組系數，由于一次的繞組系數小，因此省略。

表1

各次數的繞組系數的值取0到1的值，一次的值影響轉矩的大小，剩余的繞組系數的高次的值影響轉矩波動的大小。

若從表1中列舉出在10極36槽三層卷繞中一次的繞組系數為0.9以上的繞線配置，則可以列舉出L＝7、L＝14。在L＝7時一次的值大，但是與以往的10極36槽雙層卷繞相比高次的值大，因此就轉矩波動的降低來說比以往例差。在L＝14的情況下，將本實用新型與以往例進行比較可知，繞組系數的一次的大小幾乎未發生變化，但是其它高次的值一律變小。因而可以說，錯開數L優選為7、8、14、15，更優選為7、14，最優選為14。

此外，能夠利用下述的式子來計算繞組系數。

$\frac{|N_{1}cos\left({\mathrm{n\θ}}_1\right)+N_{2}cos\left({\mathrm{n\θ}}_2\right)+...N_{m}cos\left({\mathrm{n\θ}}_m\right)|}{N_1+N_2+...+N_m}$

在此，n是繞組系數的次數，N_k是第k個槽內的匝數，θ_k是第k個槽相對于基準軸的槽角(電角度)。關于繞組系數，只要對三個相的各-、+的總計六個相帶中的一個配置進行計算就足夠了。例如，僅將-U相的配置使用于計算。在10極36槽的情況下，將圖8中穿過槽識別號18與19的槽之間的正中心以及 定子的正中心的線用作基準軸。

如以上所說明的那樣，根據本實用新型的實施例所涉及的三相交流電動機，能夠得到具有以下繞線配置的電動機：能夠在保持電動機的轉矩足夠大的同時，進一步降低轉矩波動。