三相交流電動機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具備降低轉矩波動的構造的三相交流電動機，特別涉及一種將各相的繞線分散地卷繞在幾個槽中的分布繞組式三相交流電動機。
【背景技術】
[0002]在具備永磁體的電動機中存在被稱為齒槽轉矩(cogging torque)的脈動、被稱為轉矩波動(torque ripple)的轉矩變動。齒槽轉矩是在電動機中電樞與轉子的磁性吸引力依賴于旋轉角度而細微地振動的現象，在不向電動機流通電流而通過手等來使電動機的軸旋轉時能夠確認出齒槽轉矩。齒槽轉矩的大小根據轉子、定子的形狀等而變化。另一方面，轉矩波動是由于電動機中的感應電動勢波形偏離于理想波形而產生的，原因在于從轉子產生的磁通的高次諧波(或從該磁通產生的感應電壓的高次諧波)，該轉矩波動依賴于電流的大小(轉矩波動00感應電壓的高次諧波X電流)。在電動機中，特別是存在以下傾向:每當轉子轉1圈就振動極對數X6次的脈動分量大。
[0003]如以上那樣，前述的齒槽轉矩和轉矩波動這兩者作為脈動而加載于從電動機產生的轉矩。由于存在這種脈動，由電動機驅動的裝置中產生振動、噪音。關于脈動的大小，在電動機的負荷小的情況下齒槽轉矩占主導，在電動機的負荷大的情況下轉矩波動占主導。這是由于，在電動機的負荷小的情況下用于驅動電動機的電流小，在電動機的負荷大的情況下用于驅動電動機的電流大。
[0004]用于降低轉矩波動的以往對策如下:謀求轉子的芯的形狀、定子的芯的形狀、使轉子的芯的磁極邊界相對于軸向傾斜的偏斜(skew)、定子的芯中的偏斜等的優化。但是，用于謀求優化的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，關于轉矩波動，由于其依賴于電流的大小，因此即使實施如偏斜那樣的對策，在利用比較大的電流進行驅動時效果也小。
[0005]另外，在電動機中，齒槽轉矩和轉矩波動的大小還根據磁極的數量(極數)、收容繞線的槽數以及繞線在槽內的配置而受到影響。作為能夠降低齒槽轉矩和轉矩波動的極數與槽數的組合，存在槽數除以極數所得的值為既約分數的分數槽，存在采用了該分數槽的電動機(例如參照日本特開2004-23950號公報、日本特公平7-106046號公報)。
[0006]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，從而能夠減少齒槽轉矩和轉矩波動。但是，電動機的感應電壓中包含的高次諧波分量中的如5次、7次那樣的比較低次的分量沒有完全消失，依賴于感應電壓的高次諧波和電流而產生的轉矩波動沒有完全充分地降低。
[0007]另外，在槽數為極對數的3倍以上且為分數槽的電動機中，雖然存在齒槽轉矩和轉矩波動變小的傾向，但是插入到槽的繞線的線圈節距(coil pitch)大于1個槽，只能通過分布繞法來卷繞。特別是，在槽數除以極對數和相數以及2所得的值為既約分數且其分母的值為4以上的電動機中，由于繞線的配置變得復雜而一般是疊繞(lap winding)，從而不適于制造中的繞線的自動化。
【發明內容】
[0008]在一個方面，本發明的目的在于提供一種在分數槽的電動機中進一步降低轉矩波動且抑制電動機的制造所花費的工時的電動機。更詳細地說，本發明的目的在于提供一種在三相交流的電動機中通過極數、槽數、繞線配置來降低轉矩波動且抑制制造工時的電動機。
[0009]根據本發明的一個方式，提供如下的三相交流電動機:在將電動機的轉子的極對數設為P、將定子的用于插入繞線的槽數設為N時，N/(6P)是分母的值為4以上的既約分數，并且具有N>3P的關系，該三相交流電動機的特征在于，在用于插入繞線的各槽中，將三個相以及相位與該三個相相反的相這總計6個相帶的任一個的繞線配置成在每個槽中分成兩層，關于配置于各槽的兩層繞線中的其中一層的繞線配置，配置成U相、V相以及W相這三個相的繞線彼此具有機械角度±120度的旋轉對稱性，關于另一層的繞線配置，配置成對具有旋轉對稱性的第一層的繞線的各個相進行電角度180度的相位反轉、且與第一層的繞線錯開Μ個槽，將Τ設為某特定的奇數，極對數Ρ、槽數Ν以及槽錯開數Μ滿足以下的關系式:4/35 ( T-2PM/N ( 8/35。
[0010]優選的是，在上述電動機的定子的槽中，關于U相、V相以及W相這三個相的插入順序以及U相、V相以及W相在槽內的位置，在第一層與第二層中不進行區分。
[0011]優選的是，上述電動機的定子的槽內的U相、V相以及W相的繞線配置包括空層、空槽。
[0012]優選的是，在上述電動機中，將T設為某特定的奇數，上述極對數P、槽數N以及槽錯開數Μ滿足以下的關系式:
[0013]1/7 彡 Τ-2ΡΜ/Ν ( 1/5。
[0014]優選的是，在上述電動機中，上述極對數Ρ = 5，槽數Ν = 18，槽錯開數Μ = 5，并且Τ = 3。
[0015]優選的是，在上述電動機中，上述極對數Ρ = 4，槽數Ν = 30，槽錯開數Μ = 3，并且Τ = 1。
[0016]優選的是，在上述電動機中，上述極對數Ρ = 5，槽數Ν = 36，槽錯開數Μ = 3，并且Τ = 1。
[0017]根據本發明的三相交流電動機，能夠通過極數、槽數、繞線配置來實現轉矩波動的降低，另外，由于是能夠自動繞線的繞線構造，也不需要轉子、定子中的芯的偏斜等應對脈動的機械構造，因此還能夠在制造時抑制制造工時。
【附圖說明】
[0018]通過參照以下的附圖會更明確地理解本發明。
[0019]圖1是表不以往的電動機的6極36槽的繞線配置的一例的一部分的展開截面圖。
[0020]圖2是表示以往的電動機的6極36槽的繞線配置的其它例的一部分的展開截面圖。
[0021]圖3是以往的電動機的4極15槽的繞線配置的一例的展開截面圖。
[0022]圖4是本發明的電動機中的第一實施例的4極15槽的繞線配置的展開截面圖。
[0023]圖5是僅示出圖4所示的4極15槽的繞線配置的槽內的第一層中的U相、V相以及W相的繞線配置的展開截面圖。
[0024]圖6是表示在圖5所示的4極15槽的繞線配置的槽內的第二層配置了相位與第一層的U相、V相以及W相的繞線的相位相反的相的第一實施例的繞線配置的展開截面圖。
[0025]圖7是表示使圖6所示的4極15槽的繞線配置的槽內的第二層的繞線的配置向左錯開3個槽地進行配置的實施例的繞線配置的展開截面圖，是表示成為與圖4相同的配置的狀態的圖。
[0026]圖8是表示使圖7所示的4極15槽的繞線配置的槽內的第一層和第二層的繞線的配置重新排列成從定子外側起依次為U相繞線、V相繞線以及W相繞線這樣的順序的第二實施例的繞線配置的展開截面圖。
[0027]圖9是表示在具有8極30槽的IPM的轉子的電動機中將位于槽的第二層的繞線的槽的錯開數改換為3、4、5時的FEM磁分析的結果的波形圖。
[0028]圖10是本發明的電動機中的10極18槽的繞線配置的展開截面圖。
[0029]圖11是本發明的實施例1的電動機中的10極36槽的繞線配置的展開截面圖。
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