[发明专利]三相交流电机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以申请日为2013年1月29日、申请号为2013-014578的日本专利申请，以及申请日为2013年12月18日、申请号为2013-260913的日本专利申请为优先权，这两个申请的全部内容在此以引用的方式并入本申请。

技术领域

本发明涉及三相交流电机，尤其涉及绕组的绕组配置。

背景技术

电机（electric motor,以下称“motor”）包括产生旋转磁场的定子，以及能围绕其旋转轴旋转、同时与所产生的旋转磁场交互的转子。当向围绕定子缠绕的线圈供应电能时，可产生旋转磁场。当向线圈供应的电能是三相交流电时，将电机称为三相交流电机。

三相交流电机传统地用于驱动机床的主轴或进给轴。特别地，三相交流同步电机优选地用作驱动源，因为其能精确地控制转子的角位置或旋转速度。以下将详细描述三相交流同步电机。

图1是展示传统电机900的基本部分的剖视图。该电机900包括定子90和转子93。定子90具有圆柱形主体，该主体具有圆柱形内表面，多个极齿T1到T8沿圆周方向排列在该内表面上。在图示的例子中，极齿T1到T8的数量是18个。两个相邻极齿之间的空间称为槽。如图所示，定子90具有18个槽S1到S18。绕组91沿着进入每一槽的绕组路径分布，并以形成磁极的方式卷绕每一极齿。电机900的所示绕组91具有集中式绕组，其特征是以集中方式将导线卷绕一个极齿。

结合图2和图3，详细描述绕组91的绕组配置。图2示意了电机。在图中，标注为M的部分是电机900。从M部分朝外延伸的三条线是电机900的三相引线。M部分中的每一螺旋线是设置在电机900中的绕组。结合图3，详细描述位于U和X绕组之间的U相绕组的绕组配置（即，三相绕组其中之一）。绕组91绕三个连续极齿T2、T3和T4一次卷绕三圈，以形成三个线圈C1、C2和C3。此外，绕组91绕与极齿T2、T3和T4间隔开来的三个连续极齿T11、T12和T13卷绕三圈，以在各极齿T11、T12和T13处形成三个线圈C4、C5和C6。绕组绕一个极齿卷绕的次数大致称为“匝数”。图3中展现的各线圈的匝数是3。V相和W相绕组与U相绕组的相似之处在于，绕组91是连续卷绕三个连续极齿，再连续卷绕另外三个连续极齿的，后三个连续极齿与前三个间隔开来，当然各相中的极齿是不同的。因此，可在三个极齿的增量上形成U相、V相和W相集中式绕组线圈。

另一方面，转子93包括与磁性元件94相连的环95，以及固定至磁性元件94的多个永磁体96（见图1）。上述电机900的特征在于，相同相的多个线圈在圆周方向上是连续分布的。因此，当向绕组91提供电能时，将要形成的磁通量具有梯形分布，据此，磁通量的大小在连续线圈的整个范围内多数是大致恒定的，而在连续线圈的端部则突然衰减。梯形分布不是理想的，因为倾向于产生转矩脉动。

为减少转矩脉动，对构成定子的每一极齿进行优化可能是有效的，如在日本实用新型公开实开平2-30270中有所讨论。具体地，面对转子的每一极齿的前端表面以这样一种方式进行弯曲，以使极齿与转子之间的距离沿圆周方向在中心处较短，在前端表面的各端部处较长。然而，增大极齿的前端与转子之间的距离不是理想的，这是因为作用在极齿与转子之间的磁力被不利地削弱了。此外，如日本专利公开实开平11-308795中讨论的，可采用歪斜的结构。具体地，歪斜结构包括在圆柱形转子核芯的外圆周表面上形成的槽，其相对于旋转轴倾斜。然而，歪斜机构并不是理想的，因为转矩常数趋于降低。此外，可采用分布式绕组（即，不同于集中式绕组的一种绕组）。

如上所述，图3中所示的线圈的匝数是三匝。确定电机的匝数时考虑到所需的性能表现。总体上，已知的是电机绕组两端要产生的电压是与线圈匝数和与绕组相交的磁通量的时间变化量成正比的。因此，当供应给电机的电流是恒定的时，要利用电机产生的转矩则根据匝数的增加而增加。另一方面，绕组两端将产生的电压根据匝数的增加而增大。绕组两端将产生的电压随电机的旋转速度成正比而变得更大。因此，当匝数增加时，当旋转速度高时，绕组两端将产生的电压也增大了。如果绕组两端将产生的电压达到向电机提供电能的放大器的电源电压，则电机将不能被驱动，因为从放大器向电机提供电压是不可行的。相应地，当提供的电流在这样使绕组两端将产生的电压不超出已预先确定的允许值的范围内时，绕组的数量确定了，从而可以获得理想电源（即，选注速度与转矩的乘积）。