三相交流电动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具备降低转矩波动的构造的三相交流电动机，特别涉及一种将各相的绕线分散地卷绕在几个槽中的分布绕组式三相交流电动机。
【背景技术】
[0002]在具备永磁体的电动机中存在被称为齿槽转矩(cogging torque)的脉动、被称为转矩波动(torque ripple)的转矩变动。齿槽转矩是在电动机中电枢与转子的磁性吸引力依赖于旋转角度而细微地振动的现象，在不向电动机流通电流而通过手等来使电动机的轴旋转时能够确认出齿槽转矩。齿槽转矩的大小根据转子、定子的形状等而变化。另一方面，转矩波动是由于电动机中的感应电动势波形偏离于理想波形而产生的，原因在于从转子产生的磁通的高次谐波(或从该磁通产生的感应电压的高次谐波)，该转矩波动依赖于电流的大小(转矩波动00感应电压的高次谐波X电流)。在电动机中，特别是存在以下倾向:每当转子转1圈就振动极对数X6次的脉动分量大。
[0003]如以上那样，前述的齿槽转矩和转矩波动这两者作为脉动而加载于从电动机产生的转矩。由于存在这种脉动，由电动机驱动的装置中产生振动、噪音。关于脉动的大小，在电动机的负荷小的情况下齿槽转矩占主导，在电动机的负荷大的情况下转矩波动占主导。这是由于，在电动机的负荷小的情况下用于驱动电动机的电流小，在电动机的负荷大的情况下用于驱动电动机的电流大。
[0004]用于降低转矩波动的以往对策如下:谋求转子的芯的形状、定子的芯的形状、使转子的芯的磁极边界相对于轴向倾斜的偏斜(skew)、定子的芯中的偏斜等的优化。但是，用于谋求优化的电动机的改造需要更复杂的电动机的构造，这成为增加制造中的工时的主要原因。另外，关于转矩波动，由于其依赖于电流的大小，因此即使实施如偏斜那样的对策，在利用比较大的电流进行驱动时效果也小。
[0005]另外，在电动机中，齿槽转矩和转矩波动的大小还根据磁极的数量(极数)、收容绕线的槽数以及绕线在槽内的配置而受到影响。作为能够降低齿槽转矩和转矩波动的极数与槽数的组合，存在槽数除以极数所得的值为既约分数的分数槽，存在采用了该分数槽的电动机(例如参照日本特开2004-23950号公报、日本特公平7-106046号公报)。
[0006]在分数槽的电动机中，能够以使极数与槽数的最小公倍数大的方式选定极数和槽数，从而能够减少齿槽转矩和转矩波动。但是，电动机的感应电压中包含的高次谐波分量中的如5次、7次那样的比较低次的分量没有完全消失，依赖于感应电压的高次谐波和电流而产生的转矩波动没有完全充分地降低。
[0007]另外，在槽数为极对数的3倍以上且为分数槽的电动机中，虽然存在齿槽转矩和转矩波动变小的倾向，但是插入到槽的绕线的线圈节距(coil pitch)大于1个槽，只能通过分布绕法来卷绕。特别是，在槽数除以极对数和相数以及2所得的值为既约分数且其分母的值为4以上的电动机中，由于绕线的配置变得复杂而一般是叠绕(lap winding)，从而不适于制造中的绕线的自动化。
【发明内容】
[0008]在一个方面，本发明的目的在于提供一种在分数槽的电动机中进一步降低转矩波动且抑制电动机的制造所花费的工时的电动机。更详细地说，本发明的目的在于提供一种在三相交流的电动机中通过极数、槽数、绕线配置来降低转矩波动且抑制制造工时的电动机。
[0009]根据本发明的一个方式，提供如下的三相交流电动机:在将电动机的转子的极对数设为P、将定子的用于插入绕线的槽数设为N时，N/(6P)是分母的值为4以上的既约分数，并且具有N>3P的关系，该三相交流电动机的特征在于，在用于插入绕线的各槽中，将三个相以及相位与该三个相相反的相这总计6个相带的任一个的绕线配置成在每个槽中分成两层，关于配置于各槽的两层绕线中的其中一层的绕线配置，配置成U相、V相以及W相这三个相的绕线彼此具有机械角度±120度的旋转对称性，关于另一层的绕线配置，配置成对具有旋转对称性的第一层的绕线的各个相进行电角度180度的相位反转、且与第一层的绕线错开Μ个槽，将Τ设为某特定的奇数，极对数Ρ、槽数Ν以及槽错开数Μ满足以下的关系式:4/35 ( T-2PM/N ( 8/35。
[0010]优选的是，在上述电动机的定子的槽中，关于U相、V相以及W相这三个相的插入顺序以及U相、V相以及W相在槽内的位置，在第一层与第二层中不进行区分。
[0011]优选的是，上述电动机的定子的槽内的U相、V相以及W相的绕线配置包括空层、空槽。
[0012]优选的是，在上述电动机中，将T设为某特定的奇数，上述极对数P、槽数N以及槽错开数Μ满足以下的关系式:
[0013]1/7 彡 Τ-2ΡΜ/Ν ( 1/5。
[0014]优选的是，在上述电动机中，上述极对数Ρ = 5，槽数Ν = 18，槽错开数Μ = 5，并且Τ = 3。
[0015]优选的是，在上述电动机中，上述极对数Ρ = 4，槽数Ν = 30，槽错开数Μ = 3，并且Τ = 1。
[0016]优选的是，在上述电动机中，上述极对数Ρ = 5，槽数Ν = 36，槽错开数Μ = 3，并且Τ = 1。
[0017]根据本发明的三相交流电动机，能够通过极数、槽数、绕线配置来实现转矩波动的降低，另外，由于是能够自动绕线的绕线构造，也不需要转子、定子中的芯的偏斜等应对脉动的机械构造，因此还能够在制造时抑制制造工时。
【附图说明】
[0018]通过参照以下的附图会更明确地理解本发明。
[0019]图1是表不以往的电动机的6极36槽的绕线配置的一例的一部分的展开截面图。
[0020]图2是表示以往的电动机的6极36槽的绕线配置的其它例的一部分的展开截面图。
[0021]图3是以往的电动机的4极15槽的绕线配置的一例的展开截面图。
[0022]图4是本发明的电动机中的第一实施例的4极15槽的绕线配置的展开截面图。
[0023]图5是仅示出图4所示的4极15槽的绕线配置的槽内的第一层中的U相、V相以及W相的绕线配置的展开截面图。
[0024]图6是表示在图5所示的4极15槽的绕线配置的槽内的第二层配置了相位与第一层的U相、V相以及W相的绕线的相位相反的相的第一实施例的绕线配置的展开截面图。
[0025]图7是表示使图6所示的4极15槽的绕线配置的槽内的第二层的绕线的配置向左错开3个槽地进行配置的实施例的绕线配置的展开截面图，是表示成为与图4相同的配置的状态的图。
[0026]图8是表示使图7所示的4极15槽的绕线配置的槽内的第一层和第二层的绕线的配置重新排列成从定子外侧起依次为U相绕线、V相绕线以及W相绕线这样的顺序的第二实施例的绕线配置的展开截面图。
[0027]图9是表示在具有8极30槽的IPM的转子的电动机中将位于槽的第二层的绕线的槽的错开数改换为3、4、5时的FEM磁分析的结果的波形图。
[0028]图10是本发明的电动机中的10极18槽的绕线配置的展开截面图。
[0029]图11是本发明的实施例1的电动机中的10极36槽的绕线配置的展开截面图。
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