КОНСТРУКЦИЯ ОБМОТКИ, ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2014 года по МПК H02K3/28 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к конструкции обмотки и вращающейся электрической машине. В частности, настоящее изобретение относится к уменьшению размера торца катушки вращающейся электрической машины (двигателя или генератора), имеющей конструкцию обмотки в форме распределенной обмотки.

Уровень техники

[0002] В качестве похожей технологии JP4234749B раскрывает конструкцию обмотки в форме распределенной обмотки для вращающейся электрической машины. Конструкция обмотки включает в себя обмотки в форме обычной обмотки, на которые наматывается электрический провод, в то время как обе боковых поверхности пересекаются. Обмотка в каждой фазе имеет коленообразно изогнутые участки на торцевых участках катушки, и коленообразно изогнутые участки выполнены по близости друг с другом в направлении ширины. Кроме того, обмотка в каждой фазе наматывается по множеству пазов железного сердечника статора вращающейся электрической машины.

Краткое изложение существа изобретения

[0003] Тем не менее определенная обмотка проходит над и под соседней обмоткой в очень узкой области, включающей в себя форму коленообразного изгиба. Как результат, обмотка принудительно подвержена значительной деформации. Когда размер формы коленообразного изгиба увеличивается, чтобы уменьшать величину деформации, в конечном счете затрудняется уменьшение торцевого размера катушки.

[0004] С учетом вышеуказанной проблемы это изобретение имеет задачу уменьшать торцевой размер катушки вращающейся электрической машины, включающей в себя конструкцию обмотки в форме распределенной обмотки.

[0005] Согласно аспекту этого изобретения конструкция обмотки для вращающейся электрической машины включает в себя: сердечник, включающий в себя пазы; и катушку, включающую в себя первую обмотку и вторую обмотку, комбинированные посредством пересечения первой обмотки и второй обмотки друг с другом. Каждый прямой участок катушки вставляется в любой из двух пазов, выполненных с заданным интервалом, так что катушка собирается на сердечнике.

Краткое описание чертежей

[0006] В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых

[0007] Фиг.1 является видом в поперечном сечении вдоль осевого направления вращающейся электрической машины,

Фиг.2 является видом в перспективе статора вращающейся электрической машины,

Фиг.3A является видом в перспективе, изображающим пример катушки,

Фиг.3B является видом в перспективе, изображающим другой пример катушки,

Фиг.4 является развернутым видом в поперечном сечении, изображающим часть статора, развернутым вдоль направления окружности,

Фиг.5A является видом в перспективе первой обмотки или второй обмотки,

Фиг.5B является видом сбоку первой обмотки или второй обмотки,

Фиг.5C является видом в поперечном сечении первой обмотки или второй обмотки.

Фиг.6 является частичным видом в поперечном сечении статора,

Фиг.7 является принципиальной схемой обмоток вращающейся электрической машины,

Фиг.8A является схемой, изображающей первый этап способа изготовления для статора,

Фиг.8B является схемой, изображающей второй этап способа изготовления для статора,

Фиг.8C является схемой, изображающей третий этап способа изготовления для статора,

Фиг.8D является схемой, изображающей статор, на котором размещается обмотка,

Фиг.9A является видом с торца, изображающим состояние, в котором прямые участки на одной стороне множества катушек одновременно вставляются в пазы,

Фиг.9B является видом с торца статора после завершения монтажа, и

Фиг.10 является схемой, изображающей конструкцию обмотки, в которой обычная обмотка применяется к обмотке в форме традиционной и общей распределенной обмотки.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

[0008] Далее приводится более подробное описание варианта осуществления этого изобретения со ссылкой на чертежи.

[0009] Фиг.1 является схематичным видом в поперечном сечении вдоль осевого направления вращающейся электрической машины, имеющей конструкцию обмотки согласно варианту осуществления. Вращающаяся электрическая машина выступает в качестве двигателя, генератора или и того, и другого.

[0010] Вращающаяся электрическая машина 1 включает в себя статор 2, ротор 3, выполняемый коаксиально со статором 2, и кожух 4, вмещающий статор 2 и ротор 3. Статор 2 и ротор 3 имеют по существу круглые формы, и статор 2 предоставляется так, что он вмещает в себе внешнюю границу ротора 3. Вращающийся вал 5 крепится к центральному участку ротора 3, и вращающийся вал 5 поддерживается с возможностью вращения через подшипники 6 посредством кожуха 4. При такой конструкции ротор 3 может вращаться относительно статора 2, крепящегося к кожуху 4.

[0011] Ротор 3 включает в себя множество постоянных магнитов 7, выполненных через равные интервалы в направлении вдоль окружности. Ротор 3 поворачивается вокруг вращающегося вала 5 посредством силы реакции постоянных магнитов, сформированной посредством вращающегося магнитного потока, предоставляемого посредством тела обмотки 11 статора 2.

[0012] Фиг.2 является видом в перспективе статора 2. Статор 2 включает в себя железный сердечник 10 статора, имеющий по существу круглую форму, и тело 11 обмотки, зафиксированное на внутреннем периферийном участке железного сердечника 10 статора (сердечника статора). Железный сердечник 10 статора включает в себя участок 10a основного элемента тела, имеющий по существу круглую форму, и множество участков (10b зубца (зубцов), радиально выступающих из участка 10a основного элемента тела. Паз 12 для размещения тела 11 обмотки формируется между соседними участками 10b. Множество участков 10b зубцов выполняется в периферийном направлении через предварительно определенные угловые интервалы. Множество пазов 12 также выполняется в периферийном направлении через предварительно определенные угловые интервалы.

[0013] Тело 11 обмотки включает в себя множество катушек 14, наматываемых распределенным образом на пазы 12. Множество катушек 14 включает в себя катушки 14 в соответствующих фазах.

[0014] Фиг.3A и фиг.3B являются видами в перспективе, изображающими каждую катушку 14. Фиг.4 является частичным развернутым видом в поперечном сечении, изображающим статор 2, имеющий по существу круглую форму, который разворачивается в направлении окружности.

[0015] Как изображено на фиг.3A и фиг.3B, катушка 14 включает в себя первую обмотку 15 и вторую обмотку 16. Первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 составляют одну катушку 14 в результате соединения между собой соответствующих электрических проводов 30 в соединительном участке 35. Соединительный провод 30 является металлическим проводом, к примеру медным проводом. Торцевые участки 15a и 15b катушки на верхней стороне и нижней стороне первой обмотки 15 соответственно включают в себя первые коленообразно изогнутые участки 15aA и 15bA, изгибающиеся в направлении оси вращения вращающейся электрической машины 1. Кроме того, торцевые участки 15a и 15b катушки на верхней стороне и нижней стороне первой обмотки 15 соответственно включают в себя вторые коленообразно изогнутые участки 15aB и 15bB, изгибающиеся в радиальном направлении вращающейся электрической машины 1. Следует отметить, что торцевые участки катушки являются участками обмотки, расположенными на торцевых поверхностях в осевом направлении железного сердечника 10 статора (участком 10b зубца).

[0016] Кроме того, торцевые участки 16a и 16b катушки на верхней стороне и нижней стороне второй обмотки 16 соответственно включают в себя первые коленообразно изогнутые участки 16aA и 16bA, изгибающиеся в направлении оси вращения вращающейся электрической машины 1. Торцевые участки 16a и 16b катушки на верхней стороне и нижней стороне второй обмотки 16 соответственно включают в себя вторые коленообразно изогнутые участки 16aB и 16bB, изгибающиеся в радиальном направлении вращающейся электрической машины 1.

[0017] Как указано посредством кругов пунктирной линии по фиг.3A и фиг.3B, первые коленообразно изогнутые участки 15aA и 15bA и вторые коленообразно изогнутые участки 15aB и 15bB первой обмотки 15 соответственно входят в и пересекаются со вторыми коленообразно изогнутыми участками 16aB и 16bB и первыми коленообразно изогнутыми участками 16aA и 16bA второй обмотки 16. Другими словами, первые коленообразно изогнутые участки 15aA и 15bA первой обмотки 15, изгибающиеся в направлении оси вращения, и вторые коленообразно изогнутые участки 16aB и 16bB второй обмотки 16, изгибающиеся в радиальном направлении, расположены напротив друг друга и пересекаются друг с другом. Вторые коленообразно изогнутые участки 15aB и 15bB первой обмотки 15, изгибающиеся в радиальном направлении, и первые коленообразно изогнутые участки 16aA и 16bA второй обмотки 16, изгибающиеся в направлении оси вращения, расположены напротив друг друга и пересекаются друг с другом.

[0018] Эта конфигурация исключает такую ситуацию, что определенная обмотка проходит над и под обмоткой, собранной на соседнем пазу в очень узкой области (см. фиг.4 и фиг.9B). Как результат обмотка не подвержена значительной деформации и по сравнению с подобной технологией могут уменьшаться торцевые размеры катушки. Кроме того, необязательно значительно отделять торцевые участки катушки от пазов, и, соответственно, по сравнению с подобной технологией и общей распределенной обмоткой, могут значительно уменьшаться торцевые размеры катушки.

[0019] Как изображено на фиг.4, вследствие присутствия первого и второго коленообразно изогнутых участков, первая обмотка 15 определенной катушки 14 (первой катушки) вставляется в паз при прохождении под торцевым участком катушки первой обмотки 15' другой соседней катушки 14' (второй катушки). Наоборот, вторая обмотка 16' соседней катушки 14' вставляется в паз при прохождении под торцевым участком катушки второй обмотки 16 катушки 14.

[0020] Дополнительно, первая обмотка 15 определенной катушки 14 на участке 10b зубца проходит параллельно и перекрывает вторую обмотку 16' соседней катушки 14' со сдвинутой позицией между ними (также см. фиг.9B). Другими словами, первая обмотка 15 катушки 14 проходит на участке 10b зубца в контакте со второй обмоткой 16' соседней катушки 14' в направлении, перпендикулярном осевому направлению вращающейся электрической машины 1 (а именно, в радиальном направлении). Вторая обмотка 16 определенной катушки 14 на участке 10b зубца проходит параллельно и перекрывает первую обмотку 15' соседней катушки 14' со сдвинутой позицией между ними. Другими словами, вторая обмотка 16 катушки 14 проходит на участке 10b зубца в контакте с первой обмоткой 15' соседней катушки 14' в направлении, перпендикулярном осевому направлению вращающейся электрической машины 1 (а именно, в радиальном направлении). Как результат, увеличивается коэффициент заполнения обмоток и увеличивается выходной крутящий момент вращающейся электрической машины 1. Следует отметить, что коэффициент заполнения обмоток получается посредством деления полной площади поперечного сечения соединительных проводов 30 (включающих в себя покрытие) внутри паза на площадь поперечного сечения паза в направлении, перпендикулярном оси вращения.

[0021] Катушка 14 входит в два паза, имеющие заданный интервал, и тем самым собирается на железном сердечнике 10 статора. Другими словами, прямые участки первой обмотки 15 и второй обмотки 16 (прямые участки катушки) вставляются в любой из двух пазов, имеющих заданный интервал. В этом случае в одном пазу 12a левый прямой участок 15c первой обмотки 15 находится на радиально внешней стороне левого прямого участка 16c второй обмотки 16 во вращающейся электрической машине 1. В другом пазу 12b правый прямой участок 15d первой обмотки 15 находится на радиально внешней стороне правого прямого участка 16d второй обмотки 16 во вращающейся электрической машине 1.

[0022] Интервал двух пазов, в которые вставляется катушка 14, а именно шаг обмотки (шаг катушки), задается равным двум. Другими словами, катушка 14 (первая обмотка и вторая обмотка) наматывается на два участка зубцов, являющиеся соседними друг с другом с обеих сторон одного паза. В этом случае при всех шагах обмотки может максимально уменьшаться торцевой размер катушки вращающейся электрической машины 1.

[0023] Следует отметить, что на торце катушки, расположенном на торцевой поверхности в осевом направлении железного сердечника 10 статора, число катушек (пары обмоток) является идентичным шагу обмотки. Как результат, когда шаг обмотки является большим, большое число пар обмоток должно пересекаться на коленообразно изогнутых участках и эффект уменьшения размера сокращается вследствие зазоров, образующихся, когда собирается статор 2, и небольших выступов коленообразно изогнутых участков. С другой стороны, когда шаг обмотки составляет один, предоставляется общая концентрированная обмотка и обмотки не должны пересекаться. Таким образом, когда шаг обмотки составляет два, может достигаться максимальное уменьшение размера.

[0024] Число пересечений первой обмотки 15 и второй обмотки 16 на торцевом участке катушки составляет два. Когда шаг катушки составляет два и предоставляются, по меньшей мере, два пересечения, обмотка, собранная в определенном пазу, может наматываться при прохождении только над и под обмоткой, собранной в соседнем пазу без значительного изгиба.

[0025] Фиг.5A и фиг.5B изображают подробности первой обмотки 15 и второй обмотки 16. Хотя первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 отличаются по форме, более или менее вследствие круглой формы статора 2 первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 имеют по существу идентичные формы. При условии что фиг.5A соответствует первой обмотке 15, вид, полученный посредством инвертирования фиг.5A в направлении влево/вправо, по существу соответствует второй обмотке 16. Фиг.5C иллюстрирует вид в поперечном сечении обмотки.

[0026] Первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 имеют форму обычной обмотки, и совмещаются электрические провода 30, составляющие первую обмотку 15 и вторую обмотку 16. Как результат увеличивается коэффициент заполнения обмотки внутри паза. Обычная обмотка увеличивает коэффициент заполнения обмотки внутри паза до уровня, идентичного уровню концентрированной обмотки. Первые и вторые коленообразно изогнутые участки, предусмотренные на обмотках в обычной обмотке, предоставляют такую конфигурацию, в которой первая обмотка 15 (или вторая обмотка 16) определенной катушки вставляется в паз при перекрытии торцевого участка катушки первой обмотки 15 (или второй обмотки 16) другой катушки (см. фиг.4 и фиг.9A). Таким образом, обмотка, проходящая над нерелевантным пазом, в котором не выполняется сборка обмотки, не блокирует нерелевантный паз, что приводит к увеличению коэффициента заполнения обмотки.

[0027] Когда обычная обмотка применяется к обмотке в форме традиционной общей распределенной обмотки, как изображено на фиг.10, торцевые участки катушки обмоток, наматываемых в нормальной форме, проходят над нерелевантными пазами и блокируют пазы. В этом случае значительно снижается коэффициент заполнения обмотки внутри паза и увеличивается размер вращающейся электрической машины, что приводит к увеличению потерь. Следовательно, для традиционной распределенной обмотки используется обмотка в ненормальной форме и посредством значительного отделения торцевого участка катушки от паза не допускается блокирование нерелевантного паза. Как результат коэффициент заполнения обмотки внутри паза повышается, но обмотка находится в ненормальной форме, и, следовательно, существует ограничение на повышение коэффициента заполнения, и увеличивается размер конца катушки.

[0028] Как изображено на фиг.5A и фиг.5B, обмотка формируется из двух слоев, наматываемых в форме α-обмотки. Как результат дополнительно увеличивается коэффициент заполнения обмотки внутри паза. Кроме того, как изображено на фиг.5C, форма поперечного сечения электрического провода 30 (элементного провода) обмотки является по существу прямоугольной. Другими словами, в качестве электрического провода 30 обмотки используется квадратный провод. Как результат, дополнительно увеличивается коэффициент заполнения обмотки внутри паза.

[0029] Число витков обмотки является нецелым числом (дробью), и местоположения двух выводов 18, соответственно, назначаются на торцевых участках на обеих сторонах. Как результат посредством уменьшения числа витков прямого участка проводки на одной стороне на один виток может обеспечиваться пространство, используемое для изменения стадии обмотки и т.п. Кроме того, существует добавочное пространство на внешней границе торцевых участков катушки, и, следовательно, посредством распределения соединительных участков для первой обмотки и второй обмотки на обе стороны вращающейся электрической машины эффективно используется пространство и, следовательно, могут уменьшаться размеры концов катушки.

[0030] Как изображено на фиг.3A, первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 могут формировать одну катушку 14 в результате последовательного соединения между собой соответствующих электрических проводов 30 в соединительном участке 35 на стороне торцевой поверхности на одной стороне статора 2. Как результат, могут уменьшаться торцевые размеры катушки.

[0031] Кроме того, как изображено на фиг.3B, когда первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 изготавливаются посредством α-обмотки, первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 могут соединяться между собой внутри паза в соединительном участке 35 прямых участков 15c и 16c обмоток. Компоновка соединительного участка 35 в прямых участках обмоток не приводит к такой ситуации, что соединительный участок 35 становится помехой образованию коленообразно изогнутых участков, и, следовательно, могут уменьшаться размеры концов катушки.

[0032] Как изображено на фиг.6, участок 10b зубца железного сердечника 10 статора (сердечника статора) может иметь клиновидную форму. Вследствие формы поперечного сечения обмоток, паз 12 имеет по существу прямоугольную форму, и форма участка 10b зубца тем самым имеет клиновидную форму. Как результат, плотность магнитного потока снижается внизу участка 10b зубца, что приводит к уменьшению потерь в сердечнике.

[0033] Фиг.7 является примером принципиальной схемы обмоток вращающейся электрической машины 1. Типично, число C катушек 14 представляется посредством (P/2)×m, где P обозначает число магнитных полюсов, а m обозначает число фаз источника мощности возбуждения для вращающейся электрической машины. Кроме того, число C катушек 14 равно числу S_L пазов 12. На фиг.7 число P полюсов составляет восемь (число пар полюсов составляет четыре), число m фаз составляет пять, число S_L пазов составляет 20, а шаг обмотки составляет два. Способ соединения представляет собой Y-соединение (звезду) и является типом с четырьмя параллельными/одним последовательным соединением, в котором число нейтральных точек (N1-N4) составляет четыре. Катушки в пяти фазах, соответственно, соединяются с U-, V-, W-, R- и S-фазами источника мощности возбуждения.

[0034] Посредством увеличения коэффициента K укорочения шага обмотки (обмоточного коэффициента укорочения шага) вращающаяся электрическая машина 1 может иметь высокий крутящий момент. Когда S_L обозначает число пазов, P обозначает число полюсов и L обозначает шаг обмотки, коэффициент укорочения шага обмотки представляется посредством нижеприведенного уравнения (1). Следовательно, число S_L пазов предпочтительно в два-три раза превышает число P магнитных полюсов. В примере по фиг.7, число S_L пазов в 2,5 раза превышает число P магнитных полюсов.

··· (1)

[0035] Кроме того, посредством увеличения коэффициента распределения (коэффициента распределенной обмотки) может быть увеличен крутящий момент. Из главных комбинаций числа пазов и числа полюсов, комбинации, которые могут увеличивать не только коэффициент укорочения шага обмотки, но также и коэффициент распределения, когда шаг обмотки составляет два, включают в себя комбинацию, в которой число фаз составляет пять, а отношение числа S_L пазов к числу P магнитных полюсов составляет 5:2, и комбинацию, в которой число фаз составляет три, а отношение числа S_L пазов к числу P магнитных полюсов составляет 3:1.

[0036] Фиг.8A-8D изображают способ изготовления статора 2. Как изображено на фиг.8A, в качестве первого этапа формируются множество первых обмоток 15 и множество вторых обмоток 16 в форме обычной обмотки, как изображено на фиг.5A. Как изображено на фиг.8B, в качестве второго этапа, соответственно, комбинируются первые обмотки 15 и вторые обмотки 16 и тем самым изготавливается множество катушек 14.

[0037] На втором этапе первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 комбинируются таким образом, что они пересекаются два раза в соответствующих торцевых участках катушки. Первый коленообразно изогнутый участок первой обмотки 15 входит во второй коленообразно изогнутый участок второй обмотки 16. Второй коленообразно изогнутый участок первой обмотки 15 входит в первый коленообразно изогнутый участок второй обмотки 16.

[0038] Как изображено на фиг.8C и фиг.8D, на третьем этапе каждая из множества катушек 14 вставляется в два паза, тем самым выполняется сборка на железном сердечнике 10 статора. На четвертом этапе катушка 14 проталкивается в пазы так, что первая обмотка 15 (или вторая обмотка 16) катушки 14 перекрывает вторую обмотку 16' (или первую обмотку 15') соседней катушки 14' в участке 10b зубца в радиальном направлении статора 2.

[0039] Как изображено на фиг.9A и фиг.9B, на третьем этапе множество катушек 14 может быть одновременно вставлено в пазы 12, тем самым выполняется сборка на железном сердечнике 10 статора. Как результат, надлежащим образом собирается статор 2. Следует отметить, что два паза, в которые вставляется катушка 14, не являются параллельными друг другу, и, следовательно, после того как один прямой участок каждой из катушек 14 вставляется в один паз, другой прямой участок каждой из катушек 14 должен быть вставлен в другой паз при поворачивании каждой из катушек 14. Чтобы предоставлять пространство, требуемое для этого витка, участок 22 с выемкой предоставляется внизу участка 10b зубца. Как результат, упрощается сборка железного сердечника 10 статора и тела 11 обмотки.

[0040] В вышеуказанном варианте осуществления приводится описание случая, когда конструкция обмотки применяется к статору, но для вращающейся электрической машины, в которой обмотка предоставляется для железного сердечника ротора, конструкция обмотки, описанная выше, может применяться к ротору.

[0041] Согласно варианту осуществления конструкция обмотки вращающейся электрической машины 1 включает в себя железный сердечник 10 (также называемый просто сердечником), имеющий пазы 12 и катушки 14, имеющие первую обмотку 15 и вторую обмотку 16, которые комбинируются посредством пересечения первой обмотки 15 и второй обмотки 16 друг с другом. Каждый из прямых участков катушки 14 вставляется в любой из двух пазов 12, имеющих данный интервал, так что катушка 14 собирается на железном сердечнике 10. Следовательно, могут уменьшаться размеры конца катушки вращающейся электрической машины и, дополнительно, ее статора (или ротора).

[0042] Торцевые участки 15a, 15b, 16a и 16b катушки первой обмотки 15 и второй обмотки 16, соответственно, включают в себя первые коленообразно изогнутые участки 15aA, 15bA, 16aA и 16bA, изгибающиеся в направлении оси вращения вращающейся электрической машины 1, и вторые коленообразно изогнутые участки 15aB, 15bB и 16aB и 16bB, изгибающиеся в радиальном направлении вращающейся электрической машины. Первые коленообразно изогнутые участки 15aA и 15bA первой обмотки 15 входят в и, таким образом, пересекаются со вторыми коленообразно изогнутыми участками 16aB и 16bB второй обмотки 16. Вторые коленообразно изогнутые участки 15aB и 15bB первой обмотки 15 входят и тем самым пересекаются с первыми коленообразно изогнутыми участками 16aA и 16bA второй обмотки 16. Как результат, могут более надежно уменьшаться торцевые размеры катушки вращающейся электрической машины.

[0043] Первая обмотка определенной катушки 14 (первой катушки) на торцевом участке катушки перекрывает вторую обмотку 16' другой катушки 14' (второй катушки) со сдвинутой позицией между ними. Кроме того, вторая обмотка 16 определенной катушки 14 на торцевом участке катушки перекрывает первую обмотку 15' другой катушки 14' со сдвинутой позицией между ними. Как результат, увеличивается коэффициент заполнения обмоток (электрических проводов) внутри паза, и увеличивается выходной крутящий момент вращающейся электрической машины.

[0044] Когда шаг обмотки, с которым катушка 14 наматывается на паз 12 железного сердечника 10, составляет два, могут максимально уменьшаться торцевые размеры катушки вращающейся электрической машины. Число пересечений между первой обмоткой 15 и второй обмоткой 16 на торцевых участках катушки составляет два. Как результат, первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 проходят только над или под обмоткой, собранной в соседнем пазу, и наматываются без бесполезного пространства.

[0045] Число пазов железного сердечника 10 в два-три раза превышает число магнитных полюсов вращающейся электрической машины, и, следовательно, в силу этого увеличивается коэффициент укорочения шага обмотки, и вращающаяся электрическая машина имеет высокий крутящий момент. Предпочтительно, если число фаз вращающейся электрической машины 1 составляет пять, а отношение числа пазов железного сердечника 10 к числу магнитных полюсов вращающейся электрической машины составляет 5:2. Альтернативно, предпочтительно, если число фаз вращающейся электрической машины составляет три, а отношение числа пазов железного сердечника 10 к числу магнитных полюсов вращающейся электрической машины составляет 3:1. Как результат увеличивается коэффициент распределения и вращающаяся электрическая машина 1 имеет более высокий крутящий момент.

[0046] Первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 наматываются в нормальной форме, и коэффициент заполнения проводника внутри паза тем самым может быть увеличен до уровня, идентичного уровню концентрированной обмотки. Форма поперечного сечения электрического провода 30, составляющего первую обмотку 15 и вторую обмотку 16, является по существу прямоугольной, и тем самым может быть дополнительно увеличен коэффициент заполнения проводника внутри паза. Первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 наматываются в форме α-обмотки, и тем самым может быть дополнительно увеличен коэффициент заполнения проводника внутри паза.

[0047] Когда первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 соединяются между собой внутри паза, соединительный участок 35 располагается на прямых участках обмоток, что не становится помехой образованию коленообразно изогнутых участков. Число витков первой обмотки 15 и второй обмотки 16 не является целым числом, и когда провода 18 с двумя выводами каждой из обмоток выполняются на торцевых участках катушки на обеих сторонах, может обеспечиваться пространство, используемое для изменения стадии обмотки и т.п. Когда первая обмотка 15 и вторая обмотка 16 последовательно соединяются между собой на торцевом участке катушки на одной стороне, может уменьшаться торцевой размер катушки вращающейся электрической машины.

[0048] Участок 22 с выемкой предоставляется внизу участка 10b зубца железного сердечника 10, и тем самым упрощается сборка статора 2. Когда участок 10b зубца железного сердечника 10 имеет клиновидную форму, снижаются потери в сердечнике железного сердечника 10 статора.

[0049] Способ изготовления вращающейся электрической машины 1 включает в себя первый этап формирования первых обмоток 15 и вторых обмоток 16, второй этап комбинирования первых обмоток 15 и вторых обмоток 16 посредством пересечения первых обмоток 15 и вторых обмоток 16 друг с другом, чтобы изготавливать катушки 14, и третий этап вставки катушек 14 в пазы 12 железного сердечника 10, чтобы собирать катушки 14 на железном сердечнике 10. Как результат, может быть изготовлена вращающаяся электрическая машина 1, имеющая торцевые участки катушки и статор 2 (или ротор) уменьшенного размера.

[0050] Изготавливается множество катушек 14, и все катушки 14 соответственно вставляются в соответствующие пазы 12 железного сердечника 10 одновременно, тем самым одновременно выполняя сборку катушки 14 на железном сердечнике 10. Как результат, надлежащим образом выполняется сборка статора 2.

[0051] Далее приводится описание результата сравнения между прототипом вращающейся электрической машины согласно традиционной технологии, имеющей конструкцию обмотки в распределенной форме, и прототипом вращающейся электрической машины 1 согласно варианту осуществления. Как в прототипе вращающейся электрической машины 1, так и в прототипе вращающейся электрической машины традиционной технологии диаметры и осевые длины железных сердечников статоров являются идентичными, роторы являются идентичными, и все материалы электромагнитных стальных пластин, электрических проводов (медных проводов), магнитов и т.п. являются идентичными. Кроме того, в обоих прототипах максимальные мгновенные крутящие моменты, максимальные мгновенные выводы, максимальные частоты вращения и максимальные плотности тока обмоток являются идентичными.

[0052] Отношение размеров концов катушки относительно железного сердечника является небольшим (25%) для прототипа вращающейся электрической машины 1, и отношение размеров является большим (47%) для прототипа вращающейся электрической машины традиционной технологии. Следует понимать, что уменьшается торцевой размер катушки вращающейся электрической машины 1 согласно варианту осуществления по сравнению с концом катушки вращающейся электрической машины традиционной технологии. Следует отметить, что отношение торцевых размеров катушки получается посредством уравнения: (LE/LC)×100%, на основе длины LE торца катушки в осевом направлении вращающейся электрической машины и длины LC железного сердечника в осевом направлении. Кроме того, посредством уменьшения торцевого размера катушки размер прототипа согласно варианту осуществления становится равным 85% (=125/147×100%) относительно размера прототипа традиционной технологии.

[0053] Коэффициент заполнения обмотки, определенный так, как описано выше, является большим (55%) для прототипа вращающейся электрической машины 1, и коэффициент заполнения является небольшим (45%) для прототипа вращающейся электрической машины традиционной технологии. Следует понимать, что во вращающейся электрической машине 1 согласно варианту осуществления в одном пазу проходит больше электрических проводов, чем число проводов вращающейся электрической машины традиционной технологии. Кроме того, на частоте вращения 10000 об/мин, вывод (выходной крутящий момент) прототипа вращающейся электрической машины 1 увеличен на 30% по сравнению с выводом (выходным крутящим моментом) прототипа вращающейся электрической машины традиционной технологии.

[0054] Это изобретение не ограничено вышеуказанным вариантом осуществления, и различные модификации и изменения являются возможными в рамках его технической идеи, и модификации и изменения явно включаются в объем этого изобретения.

[0055] Все раскрытие сущности заявки на патент (Япония) № 2010-211193, поданной 21 сентября 2010 года, содержится в данном документе по ссылке.

Изобретение относится к конструкции обмотки для вращающейся электрической машины. Технический результат заключается в уменьшении торцевого размера катушки. Конструкция обмотки для вращающейся электрической машины включает в себя сердечник, имеющий пазы, и катушку, включающую в себя первую обмотку и вторую обмотку, комбинированные посредством пересечения первой обмотки и второй обмотки друг с другом. Каждый прямой участок катушки вставляется в один из двух пазов, выполненных с заданным интервалом, так что катушка собирается на сердечнике. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Конструкция обмотки для вращающейся электрической машины, содержащая:
- сердечник, включающий в себя пазы; и
- катушку, включающую в себя первую обмотку и вторую обмотку, комбинированные посредством пересечения первой обмотки и второй обмотки друг с другом, при этом:
- каждый прямой участок катушки вставлен в любой из двух пазов, выполненных с заданным интервалом, так что катушка собрана на сердечнике,
причем в катушке торцевые участки катушки первой обмотки и второй обмотки содержат:
- первый коленообразно изогнутый участок, изгибающийся в направлении оси вращения вращающейся электрической машины; и
- второй коленообразно изогнутый участок, изгибающийся в радиальном направлении вращающейся электрической машины; и
- при просмотре с направления оси вращения первый коленообразно изогнутый участок первой обмотки пересекается со вторым коленообразно изогнутым участком второй обмотки и второй коленообразно изогнутый участок первой обмотки пересекается с первым коленообразно изогнутым участком второй обмотки.

2. Конструкция обмотки по п.1, дополнительно содержащая другую катушку, в которой:
- первая обмотка катушки перекрывает на торцевом участке катушки вторую обмотку другой катушки; и
- вторая обмотка катушки перекрывает на торцевом участке катушки первую обмотку другой катушки.

3. Вращающаяся электрическая машина, содержащая конструкцию обмотки по п.1.

4. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой шаг обмотки для обмотки катушки в пазах сердечника составляет два.

5. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой число пересечений первой обмотки и второй обмотки на торцевых участках катушки составляет два.

6. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой число пазов сердечника в два-три раза превышает число магнитных полюсов вращающейся электрической машины.

7. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой число фаз вращающейся электрической машины составляет пять, а отношение числа пазов сердечника к числу магнитных полюсов вращающейся электрической машины составляет 5:2, или число фаз вращающейся электрической машины составляет три, а отношение числа пазов сердечника к числу магнитных полюсов вращающейся электрической машины составляет 3:1.

8. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой первая обмотка и вторая обмотка намотаны в виде обычной обмотки.

9. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой первая обмотка и вторая обмотка выполнены из электрических проводов, имеющих по существу прямоугольную форму поперечного сечения.

10. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой первая обмотка и вторая обмотка намотаны в форме α-обмотки.

11. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой первая обмотка и вторая обмотка соединены между собой в пазах.

12. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой число витков первой обмотки и число витков второй обмотки являются нецелыми числами и провода с двумя выводами каждой из первой обмотки и второй обмотки находятся на торцевых участках катушки с обеих сторон.

13. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой первая обмотка и вторая обмотка последовательно соединены между собой на торцевом участке катушки на одной стороне.

14. Вращающаяся электрическая машина по п.3, дополнительно содержащая участок с выемкой, предоставляемый внизу участка зубца сердечника.

15. Вращающаяся электрическая машина по п.3, в которой участок зубца сердечника имеет клиновидную форму.

16. Способ изготовления вращающейся электрической машины, содержащий:
- первый этап, на котором формируют первую обмотку и вторую обмотку, каждая из которых содержит:
- первый коленообразно изогнутый участок, изгибающийся в одном направлении; и
- второй коленообразно изогнутый участок, изгибающийся в направлении, перпендикулярном одному направлению;
- второй этап, на котором комбинируют первую обмотку и вторую обмотку посредством пересечения первой обмотки и второй обмотки друг с другом, чтобы изготовить катушку таким образом, что первый коленообразно изогнутый участок первой обмотки входит в и пересекается со вторым коленообразно изогнутым участком второй обмотки и второй коленообразно изогнутый участок первой обмотки входит в и пересекается с первым коленообразно изогнутым участком второй обмотки; и
- третий этап, на котором вставляют катушку в пазы сердечника, чтобы собирать катушку на сердечнике таким образом, что первый коленообразно изогнутый участок и второй коленообразно изогнутый участок включены в торцевой участок катушки,
- при этом после того, как катушка собрана на сердечнике, одно направление соответствует направлению оси вращения вращающейся электрической машины, а направление, перпендикулярное одному направлению, соответствует радиальному направлению вращающейся электрической машины.

17. Способ изготовления по п.16, в котором третий этап содержит этапы, на которых:
- изготавливают множество катушек; и
- вставляют все множество катушек соответственно и одновременно в соответствующие пазы сердечника, чтобы собирать множество катушек одновременно на сердечнике.