CN107615621A - 旋转电机的定子 - Google Patents

旋转电机的定子 Download PDF

Info

Publication number
CN107615621A
CN107615621A CN201680025774.7A CN201680025774A CN107615621A CN 107615621 A CN107615621 A CN 107615621A CN 201680025774 A CN201680025774 A CN 201680025774A CN 107615621 A CN107615621 A CN 107615621A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
rotating machine
electric rotating
coil windings
slot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680025774.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107615621B (zh
Inventor
泽田逸郎
松延丰
中原明仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Publication of CN107615621A publication Critical patent/CN107615621A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107615621B publication Critical patent/CN107615621B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H02K1/165—Shape, form or location of the slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

提供一种高效且冷却性能优异的旋转电机的定子。本发明的定子的特征在于，包括：定子铁心，其设有多个插槽；以及线圈绕组，其被插入至所述插槽，连接分割导体而形成，在所述插槽内，插入有并联电连接的2个以上的所述线圈绕组，以及与所述并联的所述线圈绕组串联电连接的所述线圈绕组。

Description

旋转电机的定子
技术领域
本发明涉及旋转电机，特别是涉及旋转电机的定子的结构。
背景技术
旋转电机在作为电动机而将电力的输入转换为机械的输出时，或者在作为发电机而将机械的输入转换为电力的输出时，会因为涡流损耗、焦耳损耗而发热。
构成旋转电机的材料分别被规定了上限温度，在作为电动机或者发电机工作时，需要进行冷却使得各部的温度不超过各自的上限温度。
旋转电机的损耗大意味着为了获得一定的输出需要较大的输入，从效率的观点来看也需要减少损耗。
作为降低旋转电机的损耗的手段之一，例如在专利文献1和2等中被公开的，已知可以通过将多个大致U字形状的分割导体插入至设置于定子铁心的插槽中从而提高占积率。着眼于定子的线圈绕组的损耗的话，可被分成当电流流过线圈绕组时所产生的所谓的焦耳损耗以及因转子的旋转而产生的旋转磁场所产生的涡流损耗。
焦耳损耗与流过线圈绕组的电流的平方和线圈绕组的电阻的乘积成比例。另一方面，涡流损耗与流过线圈绕组的电流的平方和线圈绕组的径向高度的平方成比例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2014-100037号公报
专利文献2：日本专利特开2013-143786号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种高效且冷却性能优异的旋转电机的定子和使用了该定子的旋转电机。
解决课题的技术手段
为了解决上述课题，例如采用权利要求中所记载的构成。尽管本申请包括解决上述课题的多种方法，但如果举出其中一个例子的话，特征在于，定子具备：定子铁心，其设有多个插槽；以及线圈绕组，其被插入至所述插槽，连接分割导体而形成，在所述插槽内，插入有并联电连接的2个以上的所述线圈绕组，以及与所述并联的所述线圈绕组串联电连接的所述线圈绕组。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种高效且冷却性能优异的旋转电机的定子以及旋转电机。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的定子的截面图。
图2是表示本发明的实施例1的旋转电机的截面图。
图3是本发明的实施例1的温度降低效果。
图4是表示本发明的实施例2的定子的截面图。
图5是使用了应用了本发明的旋转电机的电动车辆。
图6是将应用了本发明的旋转电机使用于后轮驱动用的电动车辆。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施例。
另外，在以下的说明中，使用电动车辆的驱动用电动机作为旋转电机的一例。
实施例1
图1是沿着与旋转轴平行的平面切割具有本发明的定子的旋转电机的截面图。
旋转电机10由以下构成：定子20，其由定子铁心21，以及缠绕在沿定子铁心的轴向设置的定子槽22上的定子绕组线圈23构成；转子30，其由转子铁心31，以及嵌入在转子铁心中的永磁体32构成；轴承33，其能够旋转地支承转子30；轴承架42，其保持轴承；以及机壳40，其保持定子。
此外，尽管图1中在机壳40内具备用于冷却定子20的液冷冷却套41，但并不总是需要液冷冷却套。
图2是沿着与旋转轴垂直的平面切割本发明的定子20的截面图。
在定子20的定子槽22内插入有多个定子绕组线圈23，在图2中，定子槽22内的内径侧的线圈241和242、243和244在旋转轴方向的端部彼此连接。
即，在定子槽22内插入有6个定子绕组线圈(241至246)，但在电性上相当于插入有图3所示的4个定子绕组线圈(251至254)的定子。
在下述说明中，为了简单起见，应满足以下条件。
(1)图2以及图3的定子槽22具有相同尺寸。
(2)图2以及图3的定子槽22中的定子绕组的占有比例(占积率)相等。
(3)图2中的6个定子绕组线圈(241至246)的截面尺寸相等。
(4)图3中的4个定子绕组线圈(251至254)的截面尺寸相等。
(5)在定子绕组线圈中产生的涡流损耗与在定子绕组线圈中流动的电流的平方和径向厚度的平方的乘积成比例，且仅在定子槽内的最靠近内径侧的线圈中发生。
此时，假设图3中的一个定子绕组线圈的径向厚度为h，则图2中的1个定子绕组线圈的径向厚度为h×4÷6。
由于定子绕组线圈的宽度在图2和图3中相等，所以径向厚度的比是每个定子绕组线圈的横截面积的比。
由于每个定子绕组线圈的电阻与定子绕组线圈的横截面积成比例，所以定子绕组线圈的径向厚度的比是定子绕组线圈的电阻的比。
此处，假设图3中的4个定子绕组线圈(251至254)中的每一个平均流动的电流为I，并且每个定子绕组线圈的电阻为R，则定子绕组线圈中产生的焦耳损耗Pa是：
Pa＝4×I^2×R
另一方面，由于图2中的6个定子绕组线圈(241至246)中的每一个的电阻与横截面积成反比，所以为R×6÷4。
此外，流过定子绕组线圈的电流在并联的线圈(241至244)中分别为I÷2，在串联的线圈(245以及245)中分别为I。
因此，图2中的定子绕组线圈中产生的焦耳损耗Pb为：
Pb＝4×(I÷2)^2×(R×6÷4)+2×I^2×(R×6÷4)
＝4.5×I^2×R
进而，假设设置在图3中的定子槽22内的最靠近内径侧的定子绕组线圈251中产生的涡流损耗为Qa，则设置在图2的定子槽22内的最靠近内径侧的定子绕组线圈241产生的涡流损耗Qb为：
Qb＝Qa×(1÷2)^2×(4÷6)^2
＝Qa÷9
根据上文所述，图2和图3的定子绕组线圈中出现的焦耳损耗和涡流损耗的总和Wb以及Wa分别为：
Wb＝Pb+Qb
＝4.5×I^2×R+Qa÷9
Wa＝Pa+Qa
＝4×1^2×R+Qa
如果Wb小于Wa，也就是如果
Wb-Wa＝0.5×1^2×R-Qa×8÷9＜0，
则与图3所示的情况相比，图2所示的本实施例的损耗降低。
图4表示通过电磁场分析获得的损耗和使用该损耗实施的温度上升。在图4中，“损耗比”是图2所示的本实施例的损耗与图3所示的结构的损耗的比，“温度上升比”是图2所示的本实施例的最大温度上升与图3所示的结构的最大温度上升的比，如果都小于100％的话，则意味着图2所示的本实施例的情况下的数值较小。
如图4所示，任意的条件下损耗比都小于100％，可知本实施例的损耗小，即效率提高。
此外，除了3000[min^(-1)]的条件以外的三个条件下温度上升比都小于100％，可知本实施例的温度上升抑制得较低。
如上所述，通过使用本实施例，能够提供一种高效且温度上升较低的旋转电机的定子。
进而，作为次要效果，通过使用本发明，能够使用相同的生产设备来制造定子绕组的匝数为6匝的定子和本实施例所示那样的4匝(尽管绕组线圈有6个，但由于其中的4个为两两相互并联，因此电性上为4匝)的定子。
另外，在本实施例中，如图2所示，6个绕组线圈中的4个为两两相互并联，但是本发明并不特别限定并联的绕组线圈的数量。
例如，如图5所示，5个绕组线圈(261至265)中的2个绕组线圈(261和262)可以并联连接，如图6所示，6个绕组线圈(271至276)中的3个绕组线圈(271至273)可以并联连接。
此外，在图2、图5和图6中，位于定子槽22内的内径侧的线圈并联连接，但并不特别限定于此。
然而，由于已知在定子槽22内的内径侧会较多地产生涡流损失，所以将定子槽22内的内径侧的绕组线圈并联连接有更为高效的效果。
此外，在如图1所示那样在定子20的外径侧设置液冷冷却套41来进行冷却的方法中，降低位于与液冷冷却套筒更远的距离处的绕组线圈的损耗在最大温度上升的降低的方面更有效。因此，从降低温度上升的观点出发，如图2等所示那样将定子槽22内的内径侧的绕组线圈并联连接的方法也是优选的。
符号说明
10 旋转电机
20 定子
21 定子铁心
22 定子槽
23 定子绕组线圈
241 并联绕组线圈
242 并联绕组线圈
243 并联绕组线圈
244 并联绕组线圈
251 串联绕组线圈
252 串联绕组线圈
253 串联绕组线圈
30 转子
31 转子铁心
32 永磁体
33 轴承
40 机壳
41 液冷冷却套
42 轴承架
50 电动车辆
51 发动机
52 变速箱
53 车轮
54 电力转换装置
55 控制装置
56 蓄电装置
57 车轴
60 控制信号线
61 直流电流线
62 交流电流线。

Claims (8)

1.一种定子，其特征在于，包括：
定子铁心，其设有多个插槽；以及
线圈绕组，其被插入至所述插槽，连接分割导体而形成，
在所述插槽内，插入有并联电连接的2个以上的所述线圈绕组，以及与所述并联的所述线圈绕组串联电连接的所述线圈绕组。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，
插入至所述插槽内的所述线圈绕组各自的截面形状大致相同。
3.根据权利要求1或者2所述的定子，其特征在于，
所述并联的所述线圈绕组被配置在所述插槽内的最靠近所述定子的内径的一侧。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的定子，其特征在于，
所述线圈绕组以波状绕法卷绕。
5.一种旋转电机，其特征在于，包括：
权利要求1至4中任意一项所述的定子；以及
转子，所述转子与所述定子之间隔着规定的间隙，并可旋转地被保持。
6.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，
所述旋转电机用于电动车辆的驱动。
7.根据权利要求5或者6所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子通过设置于所述定子的外径侧的液冷冷却套来冷却。
8.一种电动车辆，其特征在于，包括：
根据权利要求5至7中任意一项所述的旋转电机，
所述旋转电机驱动该电动车辆的后轮。
CN201680025774.7A 2015-05-22 2016-04-27 旋转电机的定子 Active CN107615621B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015104121A JP6591198B2 (ja) 2015-05-22 2015-05-22 回転電機の固定子
JP2015-104121 2015-05-22
PCT/JP2016/063124 WO2016190033A1 (ja) 2015-05-22 2016-04-27 回転電機の固定子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107615621A true CN107615621A (zh) 2018-01-19
CN107615621B CN107615621B (zh) 2020-09-22

Family

ID=57393142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680025774.7A Active CN107615621B (zh) 2015-05-22 2016-04-27 旋转电机的定子

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180294686A1 (zh)
JP (1) JP6591198B2 (zh)
CN (1) CN107615621B (zh)
WO (1) WO2016190033A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111384806A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 台达电子工业股份有限公司 马达定子
US11381129B2 (en) 2018-12-28 2022-07-05 Delta Electronics, Inc. Motor stator with winding configuration using hairpin wires

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10454322B2 (en) * 2017-06-27 2019-10-22 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Dynamo-electric machine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3944857A (en) * 1974-02-28 1976-03-16 Retobina Handelsanstalt Air-core armature
JPH1198788A (ja) * 1997-05-26 1999-04-09 Denso Corp 車両用交流発電機
JP2005287109A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Mitsubishi Electric Corp 回転電機の固定子
JP2014100037A (ja) * 2012-11-16 2014-05-29 Hitachi Automotive Systems Ltd 回転電機の固定子

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69811564T3 (de) * 1997-05-26 2009-04-30 Denso Corp., Kariya-shi Wechselstromgenerator für Kraftfahrzeuge
CA2238504C (en) * 1997-05-26 2001-03-13 Atsushi Umeda Stator arrangement of alternator for vehicle
JP5572508B2 (ja) * 2010-09-30 2014-08-13 日立オートモティブシステムズ株式会社 回転電機
US20130147289A1 (en) * 2011-12-08 2013-06-13 Remy Technologies, Llc Electric machine module cooling system and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3944857A (en) * 1974-02-28 1976-03-16 Retobina Handelsanstalt Air-core armature
JPH1198788A (ja) * 1997-05-26 1999-04-09 Denso Corp 車両用交流発電機
JP2005287109A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Mitsubishi Electric Corp 回転電機の固定子
JP2014100037A (ja) * 2012-11-16 2014-05-29 Hitachi Automotive Systems Ltd 回転電機の固定子

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111384806A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 台达电子工业股份有限公司 马达定子
CN111384806B (zh) * 2018-12-28 2021-04-02 台达电子工业股份有限公司 马达定子
US11381129B2 (en) 2018-12-28 2022-07-05 Delta Electronics, Inc. Motor stator with winding configuration using hairpin wires

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016220434A (ja) 2016-12-22
WO2016190033A1 (ja) 2016-12-01
JP6591198B2 (ja) 2019-10-16
CN107615621B (zh) 2020-09-22
US20180294686A1 (en) 2018-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2237390A2 (en) Electric machine
JPWO2003055045A1 (ja) 永久磁石型回転電機および風力発電用永久磁石型同期発電機
JP2008022631A (ja) 回転電機
US20140265708A1 (en) Dual magnetic phase rotor laminations for induction machines
EP3197019A1 (en) Stator for rotary electric machine and rotary electric machine equipped with same
CN203423586U (zh) 一种直流塑封电机的降低轴电流的装置
EP2237389A2 (en) Electric machine
Popescu et al. A copper rotor induction motor solution for electrical vehicles traction system
Rahman et al. Retrospective of electric machines for EV and HEV traction applications at general motors
EP3836354A1 (en) Rotor, synchronous reluctance motor, and method for forming rotor
CN107615621A (zh) 旋转电机的定子
CN207320974U (zh) 一种含非对称结构转子铁芯的自启动同步磁阻电机
US9225205B2 (en) Method of constructing core with tapered pole pieces and low-loss electrical rotating machine with said core
DE102011086280A1 (de) Hochdrehende permanenterregte Synchronmaschine
Popescu et al. Design of induction motors with flat wires and copper rotor for E-Vehicles traction system
Martinović et al. Influence of winding design on thermal dynamics of permanent magnet traction motor
CN112292803A (zh) 转子及旋转电机
Bilyi et al. Design of high-efficiency interior permanent magnet synchronous machine with stator flux barriers and single-layer concentrated windings
CN104518586B (zh) 适用于大型永磁同步电机的直槽错极结构
CN201374628Y (zh) 三相水冷永磁同步电机
RU164845U1 (ru) Генератор преимущественно для автомобиля
JP2015130774A (ja) 永久磁石式回転電機
US11183890B2 (en) Permanent magnet vehicle traction motor having improved vibration, torque ripple, and total harmonic distortion
Imawati et al. Design and simulation of three phase squirrel cage induction motor in low voltage system 48V 50Hz 3Hp for electric golf cart
Winterborne et al. Winding design in high frequency electrical machines considering AC copper losses

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Ibaraki

Patentee after: Hitachi astemo Co.,Ltd.

Address before: Ibaraki

Patentee before: HITACHI AUTOMOTIVE SYSTEMS, Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder