專利名稱：電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機，并且特別地涉及一種電機中繞組的纏繞結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
電機包括定子和轉(zhuǎn)子。繞組纏繞在定子和轉(zhuǎn)子中的定子上，并且施加電流于繞組以生成扭矩和使電機旋轉(zhuǎn)。纏繞在定子上的繞組置于定子內(nèi)的槽中。經(jīng)過槽內(nèi)部的繞組數(shù)通常被設(shè)定成使得一定數(shù)量的繞組并聯(lián)設(shè)置，并且一定數(shù)量的繞組經(jīng)過同一個槽纏繞預定的次數(shù)。并聯(lián)設(shè)置的線路數(shù)被稱為并聯(lián)支路數(shù)(number of parallels)，繞組在同一槽內(nèi)纏繞多次的次數(shù)被稱為匝數(shù)。
現(xiàn)在將參照圖4和圖5描述匝數(shù)。圖4為示出電機的示意圖。在圖4中，以M示出的部分表示所述電機，從此部分延伸出的三條線表示從電機延伸出的三相導線。在電機 M內(nèi)形成螺旋形狀的線表示纏繞在電機上的繞組。在三相繞組中，將參照圖5描述在U和X 之間的作為一相繞組的繞組的纏繞方法。圖5為示出槽數(shù)=12和匝數(shù)=3的示例性繞組的纏繞方法的示意圖。在圖5中，由Sl和S2表示的部分是電機內(nèi)的槽。Cl和C2表示纏繞的繞組的線圈，它們形成塊(block)。由于圖5中所示的電機有12個槽，因此，用于一相的槽數(shù)為12的1/3也即4個槽。另外，因為繞組纏繞在兩個槽之間，所以線圈數(shù)為2。在每個線圈中，同一繞組在每個槽中經(jīng)過三次而纏繞，并且該繞組移到下一個槽并纏繞下一個線圈。 重復這些步驟從而纏繞3匝繞組。類似地，對V和Y之間的部分以及W和Z之間的部分進行纏繞，從而對電機M的繞組進行纏繞。
匝數(shù)是由諸如轉(zhuǎn)速的電機參數(shù)所確定的恒量。通常，已知在轉(zhuǎn)子的繞組中產(chǎn)生的電壓與繞組的匝數(shù)和穿過繞組的磁通量相對于時間的變化量成比例。為此，當施加到電機的電流不變時，產(chǎn)生的扭矩會隨著匝數(shù)的增加而增大。然而同時，當匝數(shù)增加時，繞組中產(chǎn)生的電壓也會增加。另外，當旋轉(zhuǎn)速度增加時，穿過繞組的磁通量的變化量也會與旋轉(zhuǎn)速度成比例的增加，因而當匝數(shù)增加時，在高旋轉(zhuǎn)速度期間繞組中產(chǎn)生的電壓增加。如果繞組中產(chǎn)生的電壓達到連接至電機的放大器的供電電壓，則將無法從放大器向電機供給電流，并且電機不能運行。因此，繞組的匝數(shù)被確定成使得電機滿足目標參數(shù)(specification)，并且同時通過在繞組中產(chǎn)生的電壓未變得大于預定允許值的范圍內(nèi)施加電流，能夠獲得期望的輸出功率。
基于如上所述確定的匝數(shù)來確定并聯(lián)路數(shù)。定子的槽中包括的繞組總數(shù)為匝數(shù)乘以并聯(lián)支路數(shù)。繞組的總橫截面面積與槽的橫截面面積的比值被稱為占積率(lamination factor) 0因為槽形狀是預先確定的，所以當繞組插入電機時，占積率被限制在特定值范圍內(nèi)。在電機中，為了減少熱量的產(chǎn)生，期望的是使繞組的電阻值最小化，從而使繞組的厚度最大化。然而，由于占積率被如上所述的限制在特定值范圍內(nèi)，所以存在的問題是在確定的占積率范圍內(nèi)如何插入繞組。在此過程中，調(diào)整繞組的線徑和并聯(lián)支路數(shù)以使得占積率盡量接近限制值。通過這種方式，電機中繞組的匝數(shù)和并聯(lián)支路數(shù)得以確定。
如所述，當設(shè)計繞組時，基于電機能夠?qū)崿F(xiàn)的輸出功率和繞組中產(chǎn)生的電壓大小來確定匝數(shù)。在此構(gòu)造中，例如，會出現(xiàn)如下的情況匝數(shù)為2時，繞組中產(chǎn)生的電壓在允許值范圍內(nèi)，但是由于匝數(shù)小，能夠產(chǎn)生的扭矩較小并且參數(shù)無法滿足；匝數(shù)為3時，雖然能夠滿足參數(shù)，但是在大約最大旋轉(zhuǎn)速度下繞組中產(chǎn)生的電壓超出了允許值。換句話說，在此示例情況下，如果滿足具有圖6中所示的輸出功率線形圖的參數(shù)其中基本旋轉(zhuǎn)速度為nb ； 最大旋轉(zhuǎn)速度為nt ；輸出功率為p0，則在繞組的匝數(shù)為2匝的情況下，盡管對于產(chǎn)生PO的輸出功率時的所有旋轉(zhuǎn)速度區(qū)域來說，繞組中產(chǎn)生的電壓能夠被設(shè)定在允許值范圍內(nèi)，但產(chǎn)生的扭矩因少數(shù)的匝數(shù)而是較小的，在旋轉(zhuǎn)速度為nb時無法產(chǎn)生輸出功率p0，并且在匝數(shù)為2時無法滿足參數(shù)。另一方面，如果匝數(shù)設(shè)定為3匝，則因為匝數(shù)是具有2匝的構(gòu)造的匝數(shù)的1. 5倍，因此產(chǎn)生的扭矩為具有2匝的構(gòu)造的扭矩的大約1. 5倍，并且在旋轉(zhuǎn)速度nb 下能夠產(chǎn)生輸出功率p0，但是，當要在大于旋轉(zhuǎn)速度nc的旋轉(zhuǎn)速度下產(chǎn)生輸出功率p0時， 繞組中產(chǎn)生的電壓會超出允許值。因此，如圖7所示，采用了這樣一種構(gòu)造在從nc到nt 的旋轉(zhuǎn)速度下輸出功率從PO開始下降，從而減少待施加的電流，并且使繞組中產(chǎn)生的電壓限制到允許值范圍內(nèi)的一個值。
通過這種方式，例如，在如下的情況下“為了在nb處產(chǎn)生輸出功率p0，2匝的構(gòu)造不能滿足需要而3匝的構(gòu)造會導致余裕；在旋轉(zhuǎn)速度超過nc時3匝的構(gòu)造會導致繞組中產(chǎn)生的電壓超出允許值，2匝的構(gòu)造時即使輸出功率p0是在最大旋轉(zhuǎn)速度nt處產(chǎn)生的也可導致繞組中產(chǎn)生的電壓相對于允許值有余?！?，通過計算能夠期望的是，在中間的旋轉(zhuǎn)數(shù)的條件下，例如在2匝和3匝之間的中點處的2. 5匝時，繞組中產(chǎn)生的電壓將在允許值范圍內(nèi)并且輸出功率將滿足參數(shù)。然而，對于匝數(shù)只能選擇整數(shù)，因而必須選擇2匝和3匝中的一個。因此，在許多情況下，選擇3匝的構(gòu)造并且在高旋轉(zhuǎn)速度下的電流施加量被減少，以有意地減少高旋轉(zhuǎn)速度下的輸出功率。
然而，在這種情況下，雖然電機有能力滿足參數(shù)，但是由于匝數(shù)必須為整數(shù)的限制而無法充分利用電機的能力。
[專利文獻 1] JP H9-74702 A發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)勢在于，解決如下的技術(shù)問題由于只能為匝數(shù)選擇整數(shù)，因此無法產(chǎn)生由電機產(chǎn)生的輸出功率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供了一種包括定子和轉(zhuǎn)子的電機，在定子中形成有多個槽。由三相形成的具有總并聯(lián)支路數(shù)P的整體并聯(lián)繞組纏繞在定子的多個槽中。當m為定子的多個槽中的一相槽數(shù)的一半并且η為m的約數(shù)時，總并聯(lián)支路數(shù)ρ的整體并聯(lián)繞組被η等分為并聯(lián)支路數(shù)Ρ/η的部分并聯(lián)繞組M，其中i為從1至η的整數(shù)，每個部分并聯(lián)繞組Ni包括m個子線圈，所述m個子線圈包括η種類型的匝數(shù)tj的m/n個子線圈，其中j為從1至η的整數(shù)，所述子線圈中的至少一個不同于其他子線圈，并且對于所述定子中的每對槽，每個部分并聯(lián)繞組M的一個子線圈纏繞在該對槽上，并且纏繞在該對槽上的η個子線圈包括η種類型中的每一種類型的匝數(shù)tj的子線圈。技術(shù)優(yōu)點
通過本發(fā)明的各種方案，能夠為電機的匝數(shù)選擇分數(shù)，因此，能夠充分利用電機的能力用于輸出功率。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的繞組的示例性纏繞方法的圖。
圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的繞組的示例性纏繞方法的圖。
圖3為示出本發(fā)明中繞組的示例性纏繞方法的圖。
圖4為示出相關(guān)技術(shù)的電機的示例性結(jié)構(gòu)的圖。
圖5為示出相關(guān)技術(shù)的繞組的示例性纏繞方法的圖。
圖6為示出相關(guān)技術(shù)的電機的示例性輸出功率的圖。
圖7為示出相關(guān)技術(shù)的電機的另一示例性輸出功率的圖。
具體實施方式
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于電機的繞組的纏繞方法的結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖1中，在由U示出的點和由X示出的點之間示出了一相的繞組。圖1示出了每槽匝數(shù)為t和并聯(lián)支路數(shù)為P的繞組。這組并聯(lián)總數(shù)為ρ的并聯(lián)繞組(下文中稱為“整體并聯(lián)繞組”)被分為η組并聯(lián)繞組(下文中稱為“部分并聯(lián)繞組”)，如由m、N2...Nn所示。 分成的各個部分并聯(lián)繞組m、N2...Nn包括相等數(shù)量的繞組(即，ρ/η個繞組)。換句話說， 所有部分并聯(lián)繞組m、N2. . . Nn都纏繞有ρ/η個并聯(lián)支路。這里，ρ/η是并聯(lián)支路數(shù)(繞組的并聯(lián)支路數(shù))，因而，ρ/η必須是整數(shù)。因此，從P的約數(shù)中選擇η或P必須被選擇為η的倍數(shù)。在此選擇中，考慮了繞組的線徑。在各個部分并聯(lián)繞組m、N2... Nn中，每相槽數(shù)的一半數(shù)(此數(shù)在下文中將稱為“m”)的線圈串聯(lián)。在下文中，通過將ρ/η并聯(lián)支路數(shù)的各部分并聯(lián)繞組m、N2... Nn纏繞在一對槽上而形成的線圈稱為“子線圈”。同時，纏繞在相同一對槽上的部分并聯(lián)繞組Ni、N2. ..Nn的子線圈組合將簡稱為“線圈”。在圖1中，“線圈”以 Cl、C2...Cm示出。當不需要區(qū)分各線圈C 1、C2... Cm時，這些線圈將被集體描述為線圈C。 在圖1中，以附圖標記tl、t2...tn示出的圓圈表示通過使每個部分并聯(lián)繞組Nl、N2...Nn 纏繞tl、t2...tn次所形成的子線圈。對于每個子線圈的匝數(shù)為tl匝、t2匝...tn匝。在分成的部分并聯(lián)繞組m、N2. . . Nn中，存在匝數(shù)為tl、t2. . . tn的子線圈，其中子線圈的數(shù)為 m/n (這是因為對于一個并聯(lián)繞組來說，所有類型的匝數(shù)tl tn的子線圈的總數(shù)為m)。因此，m/n必須為整數(shù)，并且分組數(shù)η是從m的約數(shù)中選擇的一個數(shù)。因而，η和ρ通過如下方式來確定從預先為電機確定的數(shù)值m(m=槽數(shù)/2)的約數(shù)中選擇n，并且選擇與繞組的線徑相關(guān)的P以使P為η的倍數(shù)。
關(guān)于同一線圈中的匝數(shù)，例如，在線圈Cl中，存在以匝數(shù)為tl、t2. . . tn的順序彼此并聯(lián)的η種類型的子線圈，而在線圈C2中，存在以匝數(shù)為t2、t3. . . tn、tl的順序的η種類型的子線圈。通過這種方式，在一個線圈中，存在并聯(lián)的從tl匝至tn匝的所有匝數(shù)的子線圈。因此，在圖1的示例性構(gòu)造中，以Ni、N2...的順序，匝數(shù)的配置錯位一個。這里，因為在線圈C內(nèi)存在彼此并聯(lián)的具有匝數(shù)為tl、t2. . . tn的η個繞組(子線圈)，因此如果計算一個線圈C中的總匝數(shù)t，則總匝數(shù)t為
t = (tl+t2+. . . tn)/n(公式 1)
這里，tl、t2...tn為整數(shù)。如果為每個部分并聯(lián)繞組m、N2. .. Nn計算匝數(shù)之和， 則所有的部分并聯(lián)繞組的總匝數(shù)為(tl+t2+. . . tn) X (m/n)，而所有的部分并聯(lián)繞組的并聯(lián)支路數(shù)為Ρ/η并且是相等的。因此，分成的部分并聯(lián)繞組Ni、Ν2. . . Nn具有相同的繞組電阻。因此，如果施加于整體繞組的電流為I，則每個部分并聯(lián)繞組Ni、Ν2... Nn施加有等分的電流Ι/η。每個槽中繞組的(安培X匝數(shù))之和AT為
AT = tlXI/n+t2XI/n+. . . tnXI/n
= (tl+t2+. . . tn) X I/n(公式 2)
由于從公式1中可推出(tl+t2+. . . tn) = tXn，所以公式2可簡化為
AT = t X I
因此，在每個槽中，AT等同于電流I施加于匝數(shù)為t的繞組的情況。如公式1所示，t為不限于整數(shù)的數(shù)，也可以是分數(shù)。因此，圖1所示的繞組允許匝數(shù)是分數(shù)，而不是整數(shù)。
在下文中，將描述使用實際數(shù)值的具體示例以幫助理解。例如，考慮如下的情況 其中t = 2. 5匝的繞組將纏繞在M個槽的定子上。用于每相的槽數(shù)的一半m = M槽/3 相/2 = 4。從4的約數(shù)中選擇2作為分組數(shù)η。因為!! = 2，所以由公式1可知{1+{2 = 5。tl和t2可以是相加等于5的任何整數(shù)；例如，tl設(shè)定為2，而t2設(shè)定為3。η為2，從η 的倍數(shù)中選擇并聯(lián)支路數(shù)P。這里，例如，選擇P = 10。在這種情況下，當上述值輸入到圖 1中的參數(shù)時，采用如圖2所示的纏繞方法，其中總并聯(lián)支路數(shù)ρ = 10被二分為部分并聯(lián)繞組m和N2，各具有5個并聯(lián)，可以交替放置2匝的子線圈和3匝的子線圈。在這種情況下，部分并聯(lián)繞組W和N2具有總匝數(shù)10和并聯(lián)支路數(shù)5。因此，施加于整體繞組的電流I 被分成W和N2中的1/2。另一方面，在每個槽中，因為施加了 2XI/2+3XI/2 = 5/2X1安培-匝的電流，因此該結(jié)構(gòu)等同于5/2 = 2. 5匝的繞組。當在定子的橫截面中示出采用此方法纏繞的繞組時，槽的位置是圖3中所示的位置。
上述方法是本實施例中電機的繞組的纏繞方法的示例。在上述示例性構(gòu)造中，2. 5 匝的繞組以η = 2纏繞。在如下的情況下例如，匝數(shù)略小于2. 5，η可以設(shè)定為4，以使整體并聯(lián)繞組分為4組，而且tl、t2、t3和t4可以設(shè)定為tl = l、t2 = 2、t3 = 3和t4 = 5，以實現(xiàn)t = 11/4 = 2. 75匝。通過這種方式，只要分組數(shù)η是m的約數(shù)，就能夠自由選擇tl、 t2. . . tn的數(shù)值，因此，能夠一定程度的自由選擇匝數(shù)，不僅包括整數(shù)，也包括分數(shù)。
在上述優(yōu)選的實施例中，如圖1所示，采用的構(gòu)造為在各部分并聯(lián)繞組Ni、 N2. . . Nn中以及也在各線圈C1、C2. . . Cn中，匝數(shù)tl、t2. . . tn依次錯位一個。然而，該構(gòu)造僅僅是示例性的，而且只要部分并聯(lián)繞組m、N2. . . Nn包括總共m/n組的tl、t2. . . tn,并且線圈C1、C2. · · Cn包括所有的匝數(shù)tl、t2. · · tn，那么匝數(shù)tl、t2. · · tn的配置順序可以是任何順序。此外，如前所述，tl、t2. . . tn可以是任何整數(shù)，并且同一數(shù)可以被包括兩次或更多次。tl、t2. . . tn中的至少一個不同于其他數(shù)，就能夠滿足要求。
權(quán)利要求
1.一種電機中的繞組的纏繞結(jié)構(gòu)，所述電機包括定子和轉(zhuǎn)子，在所述定子中形成有多個槽，其中由三相形成的具有總并聯(lián)支路數(shù)P的整體并聯(lián)繞組纏繞在所述定子的多個槽中，當m為所述定子的多個槽中的一相槽數(shù)的一半并且η為m的約數(shù)時，總并聯(lián)支路數(shù)ρ 的所述整體并聯(lián)繞組被η等分為并聯(lián)支路數(shù)ρ/η的部分并聯(lián)繞組Ni，其中i為從1至η的整數(shù)，每個部分并聯(lián)繞組Ni包括m個子線圈，所述m個子線圈包括η種類型的匝數(shù)t j的m/ η個子線圈，其中j為從1至η的整數(shù)，所述子線圈中的至少一個在匝數(shù)上不同于其他子線圈，并且對于所述定子中的每對槽，每個部分并聯(lián)繞組M的一個子線圈纏繞在該對槽上，并且纏繞在該對槽上的η個子線圈包括η種類型中的每一種類型的匝數(shù)t j的子線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纏繞結(jié)構(gòu)，其中在各部分并聯(lián)繞組Ni、N2.. . Nn中以及也在各線圈Cl、C2. . . Cn中，匝數(shù)tl、t2. . . tn依次錯位一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纏繞結(jié)構(gòu)，其中η種類型的匝數(shù)tj都具有不同的值。
4.一種電機，包括定子，其中形成有多個槽；轉(zhuǎn)子；以及整體并聯(lián)繞組，其纏繞在所述定子的多個槽中，由三相形成并具有總并聯(lián)支路數(shù)P，其中當m為所述定子的多個槽中的一相槽數(shù)的一半并且η為m的約數(shù)時，總并聯(lián)支路數(shù)ρ 的所述整體并聯(lián)繞組被η等分為并聯(lián)支路數(shù)ρ/η的部分并聯(lián)繞組Ni，其中i為從1至η的整數(shù)，每個部分并聯(lián)繞組Ni包括m個子線圈，所述m個子線圈包括η種類型的匝數(shù)t j的m/ η個子線圈，其中j為從1至η的整數(shù)，所述子線圈中的至少一個在匝數(shù)上不同于其他子線圈，而且對于所述定子中的每對槽，每個部分并聯(lián)繞組M的一個子線圈纏繞在該對槽上，并且纏繞在該對槽上的η個子線圈包括η種類型中的每一種類型的匝數(shù)t j的子線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機，其中在各部分并聯(lián)繞組Ni、N2.. . Nn中以及也在各線圈Cl、C2. . . Cn中，匝數(shù)tl、t2. . . tn依次錯位一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機，其中η種類型的匝數(shù)tj都具有不同的值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電機，其中由三相形成的具有總并聯(lián)支路數(shù)p的整體并聯(lián)繞組纏繞在定子的多個槽中。當m為一相槽數(shù)的一半并且n為m的約數(shù)時，總并聯(lián)支路數(shù)p的所述整體并聯(lián)繞組被n等分為并聯(lián)支路數(shù)p/n的部分并聯(lián)繞組Ni，其中i為從1至n的整數(shù)，每個部分并聯(lián)繞組Ni包括m個子線圈，所述m個子線圈包括n種類型的匝數(shù)tj的m/n個子線圈，其中j為從1至n的整數(shù)，所述子線圈中的至少一個在匝數(shù)上不同于其他子線圈，而且，對于所述定子中的每對槽，每個部分并聯(lián)繞組Ni的一個子線圈纏繞在該對槽上，并且纏繞在該對槽上的n個子線圈包括n種類型中的每一種類型的匝數(shù)tj的子線圈。
文檔編號H02K3/12GK102545443SQ20111046219
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者橫地孝典 申請人:大隈株式會社