CN108432097B - 旋转电机用定子、旋转电机及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够谋求高扭矩化及低噪音化的旋转电机。本发明的旋转电机用定子在1个槽内插入6个以上槽导体，其中，连接径向上位置不同的环形绕组的跨接线以至少2种以上的不同槽距跨越槽。

Description

旋转电机用定子、旋转电机及车辆

技术领域

本发明涉及一种旋转电机及车辆。

背景技术

作为用作车辆驱动用的旋转电机的绕组技术，已知有如专利文献1记载的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-29370号公报

发明内容

发明要解决的问题

不过，搭载于电动汽车等的旋转电机要求高扭矩并且低噪音。因此，本发明的目的在于提供一种高扭矩且低噪音的旋转电机。

解决问题的技术手段

本发明的第1形态为一种旋转电机，其具备：定子铁心，其形成有多个槽；定子绕组，其以在多个所述槽中的各方插通6层以上的绕组导体的方式具有多个以波形绕法缠绕的环形绕组；以及转子，其以相对于所述定子铁心旋转自如的方式设置，所述定子绕组具有多根对所插通的层不同的2个所述环形绕组进行连接的跨接线，多根所述跨接线包含：在将每极槽数设为N时、跨越所述槽而连接所述2个环形绕组时的跨越量为(N+1)槽距的跨接线和为{(N+1)±1}槽距的跨接线。

本发明的第2形态为一种车辆，其具备：所述旋转电机；电池，其供给直流电；以及转换装置，其将所述电池的直流电转换为交流电而供给至所述旋转电机，将所述旋转电机的扭矩用作驱动力。

发明的效果

根据本发明，能够谋求旋转电机的高扭矩化及低噪音化。

附图说明

图1为表示混合动力型电动汽车的概略构成的图。

图2为电力转换装置的电路图。

图3为表示旋转电机的剖面的图。

图4为表示定子及转子的剖面的图。

图5为定子的立体图。

图6为定子绕组的接线图。

图7为表示U1相绕组的图。

图8为表示U2相绕组的图。

图9为U1相绕组群的一部分的放大图。

图10为U2相绕组群的一部分的放大图。

图11为表示槽导体的配置的图。

图12为表示比较例1的槽导体配置的图。

图13为说明实施方式中的槽导体的配置的图。

图14为表示本实施方式的旋转电机的感应电压波形以及比较例1的旋转电机的感应电压波形的图。

图15为表示实施方式和比较例1的感应电压波形相关的高次谐波解析结果的图。

图16对实施方式与比较例1的接通交流电流的情况下的扭矩波形进行对比展示。

图17为表示图16所示的各扭矩波形的高次谐波解析结果的图。

图18对实施方式与比较例2的接通交流电流的情况下的扭矩波形进行对比展示。

图19为表示图18所示的各扭矩波形的高次谐波解析结果的图。

图20为表示比较例2的槽导体配置的图。

图21为表示变形例1的图。

图22为表示变形例2的图。

图23为表示变形例3的图。

图24为表示变形例4的图。

图25为表示变形例5的图。

图26为表示变形例6的图。

具体实施方式

图1为表示搭载有本发明的一实施方式的旋转电机的混合动力型电动汽车的概略构成的图。车辆100中搭载有发动机120、第1旋转电机200、第2旋转电机202及电池180。在需要旋转电机200、202的驱动力的情况下，电池180经由电力转换装置600对旋转电机200、202供给直流电，在再生行驶时，电池180从旋转电机200、202接收直流电。电池180与旋转电机200、202之间的直流电的授受是经由电力转换装置600来进行。此外，虽未图示，但车辆中搭载有供给低电压电力(例如14伏特系电力)的电池，对以下所说明的控制电路供给直流电。

发动机120及旋转电机200、202的转矩经由变速器130和差速器160而传递至前轮110。变速器130由变速器控制装置134控制。发动机120由发动机控制装置124控制。电池180由电池控制装置184控制。变速器控制装置134、发动机控制装置124、电池控制装置184、电力转换装置600及统合控制装置170通过通信线路174连接在一起。

统合控制装置170是变速器控制装置134、发动机控制装置124、电力转换装置600及电池控制装置184的上位控制装置。统合控制装置170经由通信线路174从变速器控制装置134、发动机控制装置124、电力转换装置600及电池控制装置184分别接收表示它们的各状态的信息。统合控制装置170根据获取到的这些信息来运算各控制装置的控制指令。运算出的控制指令经由通信线路174发送至各控制装置。

高电压的电池180由锂离子电池或镍氢电池等二次电池构成，输出250伏特至600伏特或者以上的高电压的直流电。电池控制装置184将电池180的充放电状况、构成电池180的各单位电池的状态经由通信线路174输出至统合控制装置170。

当统合控制装置170根据来自电池控制装置184的信息而判断电池180需要充电时，就会对电力转换装置600发出发电运转的指示。此外，统合控制装置170主要进行发动机120及旋转电机200、202的输出扭矩的管理、发动机120的输出扭矩与旋转电机200、202的输出扭矩的综合扭矩、扭矩分配比的运算处理，并将基于该运算处理结果的控制指令发送至变速器控制装置134、发动机控制装置124及电力转换装置600。电力转换装置600根据来自统合控制装置170的扭矩指令，以产生与指令一致的扭矩输出或发电电力的方式控制旋转电机200、202。

电力转换装置600中设置有构成用以运转旋转电机200、202的逆变器的功率半导体。电力转换装置600根据来自统合控制装置170的指令来控制功率半导体的开关动作。通过该功率半导体的开关动作，旋转电机200、202得以作为电动机或者作为发电机而运转。

在使旋转电机200、202作为电动机运转的情况下，来自高电压的电池180的直流电被供给至电力转换装置600的逆变器的直流端子。电力转换装置600控制功率半导体的开关动作而将所供给的直流电转换为3相交流电，并供给至旋转电机200、202。另一方面，在使旋转电机200、202作为发电机运转的情况下，旋转电机200、202的转子被施加自外部的转矩而被旋转驱动，在旋转电机200、202的定子绕组中产生3相交流电。产生的3相交流电经电力转换装置600转换为直流电，该直流电被供给至高电压的电池180，由此对电池180进行充电。

图2表示图1的电力转换装置600的电路图。电力转换装置600中设置有旋转电机200用的第1逆变装置和旋转电机202用的第2逆变装置。第1逆变装置具备功率模块610、控制功率模块610的各功率半导体21的开关动作的第1驱动电路652、以及检测旋转电机200的电流的电流传感器660。驱动电路652设置在驱动电路基板650上。

另一方面，第2逆变装置具备功率模块620、控制功率模块620中的各功率半导体21的开关动作的第2驱动电路656、以及检测旋转电机202的电流的电流传感器662。驱动电路656设置在驱动电路基板654上。控制电路基板646上设置的控制电路648、电容器模块630以及连接器基板642上贴装的收发电路644由第1逆变装置和第2逆变装置共用。

功率模块610、620根据从各自对应的驱动电路652、656输出的驱动信号进行动作。在使旋转电机200、202作为电动机运转的情况下，功率模块610、620分别将从电池180供给的直流电转换为三相交流电，并将该电力供给至对应的旋转电机200、202的电枢绕组即定子绕组。此外，在使旋转电机200、202作为发电机运转的情况下，功率模块610、620将旋转电机200、202的定子绕组中感应出的交流电转换为直流，并供给至高电压电池180。

功率模块610、620像图2中记载的那样具备3相桥式电路，与3相对应的串联电路分别电性并联连接在电池180的正极侧与负极侧之间。各串联电路具备构成上臂的功率半导体21和构成下臂的功率半导体21，这些功率半导体21串联在一起。如图2所示，功率模块610与功率模块620的电路构成大致相同，此处以功率模块610为代表进行说明。

本实施方式是使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)21作为开关用功率半导体元件。IGBT21具备集电极、射极及栅极3个电极。二极管38电性连接在IGBT 21的集电极与射极之间。二极管38具备阴极电极及阳极电极2个电极，阴极电极和阳极电极以从IGBT 21的射极去往集电极的方向成为正向的方式分别与IGBT 21的集电极、IGBT 21的射极电性连接在一起。

再者，也可使用MOSFET(金氧半导体场效应晶体管)作为开关用功率半导体元件。MOSFET具备漏极、源极及栅极3个电极。在MOSFET的情况下，在源极与漏极之间配备有使从漏极去往源极的方向成为正向的寄生二极管，因此无须设置图2的二极管38。

各相的臂是IGBT 21的射极与IGBT 21的集电极电性串联而构成。再者，在本实施方式中，各相的各上下臂的IGBT仅图示有1个，但由于要控制的电流容量较大，因此实际上是多个IGBT电性并联而构成。以下，为了简化说明，利用1个功率半导体来进行说明。

在图2所示的例子中，各相的各上下臂分别由3个IGBT构成。各相的各上臂的IGBT21的集电极与电池180的正极侧电性连接在一起，各相的各下臂的IGBT 21的源极与电池180的负极侧电性连接在一起。各相的各臂的中点(上臂侧IGBT的射极与下臂侧IGBT的集电极的连接部分)与对应的旋转电机200、202的对应相的电枢绕组(定子绕组)电性连接在一起。

驱动电路652、656构成用以控制对应的功率模块610、620的驱动部，根据从控制电路648输出的控制信号来产生用以驱动IGBT 21的驱动信号。由各驱动电路652、656产生的驱动信号分别输出至对应的功率模块610、620的各功率半导体元件的栅极。驱动电路652、656中分别设置有6个产生供给至各相的各上下臂的栅极的驱动信号的集成电路，6个集成电路构成为1个块。

控制电路648构成各功率模块610、620的控制部，由运算用以使多个开关用功率半导体元件动作(导通/断开)的控制信号(控制值)的微电脑构成。来自上位控制装置的扭矩指令信号(扭矩指令值)、电流传感器660、662的传感器输出、旋转电机200、202上搭载的旋转传感器的传感器输出被输入至控制电路648。控制电路648根据这些输入信号来运算控制值，并对驱动电路652、656输出用以控制开关时刻的控制信号。

连接器基板642上贴装的收发电路644用以将电力转换装置600与外部的控制装置之间电性连接，经由图1的通信线路174与其他装置进行信息的收发。电容器模块630构成用以抑制因IGBT 21的开关动作而产生的直流电压的变动的平滑电路，与第1功率模块610、第2功率模块620中的直流侧的端子电性并联在一起。

图3表示图1的旋转电机200的剖视图。再者，旋转电机200与旋转电机202具有大致相同的结构，以下以旋转电机200的结构为代表例进行说明。但以下所示的结构无须对旋转电机200、202双方采用，也可仅对一方采用。

在壳体212的内部保持有定子230，定子230具备定子铁心232和定子绕组238。转子250隔着空隙222可旋转地保持在定子铁心232的内周侧。转子250具备固定在转轴218上的转子铁心252、永磁铁254、以及非磁性体的盖板226。壳体212具有设置有轴承216的一对端盖214，转轴218由这些轴承216旋转自如地加以保持。

转轴218上设置有检测转子250的极的位置、转速的旋转变压器224。来自该旋转变压器224的输出被导入至图2所示的控制电路648中。控制电路648根据所导入的输出将控制信号输出至驱动电路652。驱动电路652将基于该控制信号的驱动信号输出至功率模块610。功率模块610根据控制信号来进行开关动作，将从电池180供给的直流电转换为3相交流电。该3相交流电被供给至图3所示的定子绕组238，在定子230中产生旋转磁场。3相交流电流的频率根据旋转变压器224的输出值加以控制，3相交流电流相对于转子250的相位也同样根据旋转变压器224的输出值加以控制。

图4为表示定子230及转子250的剖面的图，展示了图3的A-A剖视图。再者，图4中省略了壳体212、转轴218及定子绕组238的记载。在定子铁心232的内周侧以跨及全周的方式均等地配置有大量槽237和枢齿236。图4中，没有对所有槽及枢齿都标注符号，而是以代表的方式仅对一部分枢齿和槽标注有符号。在槽237内设置有槽绝缘材料(图示省略)，且安装有构成图3的定子绕组238的U相、V相、W相的多个相绕组。在本实施方式中，等间隔地形成有48个槽237。

此外，在转子铁心252的外周附近沿周向等间隔地配设有8个用以插入矩形的磁铁的孔253。各孔253是沿轴向形成，在该孔253内分别埋入有永磁铁254(254a、254b)，且利用粘接剂等加以固定。孔253的圆周方向的宽度设定得比永磁铁254的圆周方向的宽度大，永磁铁254的两侧的孔空间257作为磁隙而发挥功能。该孔空间257可填埋粘接剂，也可利用成形用树脂与永磁铁254凝固为一体。永磁铁254作为转子250的场磁极而发挥作用，本实施方式中为8极构成。

永磁铁254的磁化方向朝向径向，且磁化方向的朝向按照每一场磁极而反转。即，若永磁铁254a的定子侧那一面为N极、轴侧那一面为S极，则相邻的永磁铁254b的定子侧那一面为S极、轴侧那一面为N极。并且，这些永磁铁254a、254b是沿圆周方向交替配置的。

永磁铁254可在磁化后插入至孔253内，也可在插入至转子铁心252的孔253内后施加强力磁场来进行磁化。但是，由于磁化后的永磁铁254为强力磁铁，因此，若在将永磁铁254固定至转子250之前将磁铁磁化，则在永磁铁254的固定时会与转子铁心252之间产生强大的吸引力而妨碍装配作业。此外，有因永磁铁254的强大吸引力而导致铁粉等粉尘附着于永磁铁254之虞。因此，在考虑到旋转电机的生产率的情况下，优选在将永磁铁254插入转子铁心252之后进行磁化。

再者，永磁铁254可以使用钕系、钐系的烧结磁铁、铁氧体磁铁、钕系的粘结磁铁等。永磁铁254的剩余磁通密度为0.4～1.4T左右。

当通过将3相交流电流流至定子绕组238而在定子230中产生旋转磁场时，该旋转磁场作用于转子250的永磁铁254a、254b而产生扭矩。该扭矩表示为，从永磁铁254发出的磁通中与各相绕组交链的分量、和流至各相绕组的交流电流的与磁链正交的分量的积。此处，交流电流以变为正弦波状的方式受到控制，因此磁链的基波分量与交流电流的基波分量的积就成为扭矩的时间平均分量，磁链的高次谐波分量与交流电流的基波分量的积就成为扭矩的高次谐波分量即扭矩脉动。也就是说，要减少扭矩脉动，只要减少磁链的高次谐波分量即可。换句话说，由于磁链与转子的角速度的积为感应电压，因此减少磁链的高次谐波分量等于减少感应电压的高次谐波分量。

图5为定子230的立体图。在本实施方式中，定子绕组238以波形绕法缠绕在定子铁心232上。在定子铁心232的两端面形成有定子绕组238的线圈端部241。此外，在定子铁心232的一端面侧引出有定子绕组238的引出线242。引出线242分别对应于U相、V相、W相各方而引出。

图6为定子绕组238的接线图，展示了接线方式以及各相绕组的电性相位关系。本实施方式的定子绕组238采用的是双星形接线，由U1相绕组群、V1相绕组群、W1相绕组群构成的第1星形接线与由U2相绕组群、V2相绕组群、W2相绕组群构成的第2星形接线并联在一起。U1、V1、W1相绕组群及U2、V2、W2相绕组群分别由6个环形绕组构成，U1相绕组群具有环形绕组U11～U16，V1相绕组群具有环形绕组V11～V16，W1相绕组群具有环形绕组W11～W16，U2相绕组群具有环形绕组U21～U26，V2相绕组群具有环形绕组V21～V26，W2相绕组群具有环形绕组W21～W26。如图6所示，第1星形接线及第2星形接线的U相彼此电性连接、V相彼此电性连接、W相彼此电性连接，其连接部与电流传感器660连接在一起。

如图6所示，V相及W相的构成与U相大致相同，以各自所感应出的电压的相位在电角度上错开120度的方式配置。此外，各环形绕组的角度表示相对相位。如图6所示，在本实施方式中，定子绕组238采用的是并联接线的双星形(2Y)接线，但根据旋转电机的驱动电压的不同，也可将它们以串联方式相连而设为单星形(1Y)接线。

图7、图8为表示定子绕组238的U相绕组的详细接线的图。如上所述，定子铁心232上形成有48个槽237(参考图4)，图7、图8所示的符号01、02、～、47、48表示槽编号。

图7的(a)展示了U1相绕组群的环形绕组U15、U16。图7的(b)展示了U1相绕组群的环形绕组U13、U14。图7的(c)展示了U1相绕组群的环形绕组U11、U12。

图8的(a)展示了U2相绕组群的环形绕组U21、U22。图8的(b)展示了U2相绕组群的环形绕组U23、U24。图8的(c)展示了U2相绕组群的环形绕组U25、U26。

如图7、图8所示，各环形绕组U11～U26由槽导体233a和联系导体233b构成，所述槽导体233a插通在槽内，所述联系导体233b对插通在不同槽内的槽导体233a的同一侧端部彼此进行连接，构成线圈端部241(参考图5)。例如，在图7的(a)所示的插通在槽编号05的槽237内的槽导体233a的情况下，槽导体233a的图示上侧的端部通过构成上侧线圈端部的联系导体233b而连接至插通在槽编号47的槽237内的槽导体233a的上侧端部。另一方面，槽导体233a的下侧端部通过构成下侧线圈端部的联系导体233b而连接至插通在槽编号11的槽237内的槽导体233a的下侧端部。通过利用联系导体233b以这种形态连接槽导体233a，形成大致绕定子铁心232一周的波形绕法的环形绕组。

如后文所述，在本实施方式中，在1个槽内从内周侧向外周侧排列插通有6根槽导体233a，从内周侧起依序称为层1、层2、层3、层4、层5、层6。图7、图8中，环形绕组U15、U16、U21及U22的以实线表示的部分表示层1，以虚线表示的部分表示层2。在环形绕组U13、U14、U23及U24中，以实线表示的部分表示层3，以虚线表示的部分表示层4。在环形绕组U11、U12、U25及U26中，以实线表示的部分表示层5，以虚线表示的部分表示层6。

再者，环形绕组U11～U26可由连续的导体形成，也可在将分段线圈插通到槽内后通过焊接等将分段线圈彼此连接。在使用分段线圈的情况下，可以在将分段线圈插通至槽237之前预先成形比定子铁心232的端部更靠近轴向两端的线圈端部241，可以在异相间或同相间容易地设置恰当的绝缘距离。结果，能够抑制因IGBT 21的开关动作而产生的浪涌电压所引起的局部放电，在绝缘上较为有效。

此外，环形绕组所使用的导体可为矩形线、圆线、或者具有大量细线的导体，但为了提高占积率以实现小型高输出化、高效率化的目的，矩形线较为适合。

图9对图7所示的U1相绕组群的一部分进行了放大表示。图10对图8所示的U2相绕组群的一部分进行了放大表示。图9、10展示了包含跨接线的部分的约4极。下面，使用图9对U1相绕组群的缠绕方法进行说明，使用图10对U2相绕组群的缠绕方法进行说明。

如图9的(c)所示，定子绕组群U1的环形绕组U11从引出线进入至槽编号01的层6，通过联系导体233b跨越6个槽(即6槽距)之后，槽导体233a进入至槽编号07的层5。接着，从槽编号07的层5跨越6个槽而进入至槽编号13的层6。

如此，以引出有引出线的线圈端部侧(图示下侧)的联系导体233b的跨越量为槽距Np＝6、相反侧的线圈端部侧(图示上侧)的联系导体233b的跨越量也为槽距Np＝6、绕定子铁心232一周直至槽编号43的层5为止的方式，以波形绕法缠绕定子绕组。到此处为止的大致一周的定子绕组为图6所示的环形绕组U11。

接着，从槽编号43的层5出来的定子绕组跨越5个槽而进入至槽编号48的层6。从槽编号48的层6起为图6所示的环形绕组U12。环形绕组U12也是将联系导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均设定为槽距Np＝6，以绕定子铁心232一周直至槽编号42的层5为止的方式、以波形绕法缠绕定子绕组。到此处为止的大致一周的定子绕组为环形绕组U12。

再者，由于环形绕组U12以相对于环形绕组U11错开1槽距的方式缠绕，因此产生相当于1槽距的电角度的量的相位差。在本实施方式中，1槽距相当于电角度30度，图6中，环形绕组U11与环形绕组U12也是以错开30度的方式记载的。

进一步地，如图9的(b)、(c)所示，从槽编号42的层5出来的定子绕组经由跨越量Npj为6槽距的跨接线J2而进入至槽编号48的层4。从槽编号48的层4起为图6所示的环形绕组U13。环形绕组U13也是将联系导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均设定为槽距Np＝6，以绕定子铁心232一周直至槽编号42的层3为止的方式、以波形绕法缠绕定子绕组。到此处为止的大致一周的定子绕组为环形绕组U13。

接着，从槽编号42的层3出来的定子绕组跨越5个槽而进入至槽编号47的层4。从槽编号47的层4起为图6所示的环形绕组U14。环形绕组U14也是将联系导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均设定为槽距Np＝6，以绕定子铁心232一周直至槽编号41的层3为止的方式、以波形绕法缠绕定子绕组。到此处为止的大致一周的定子绕组为环形绕组U14。

再者，由于环形绕组U14以相对于环形绕组U13错开1槽距的方式缠绕，因此产生相当于1槽距的电角度的量的相位差。在本实施方式中，1槽距相当于电角度30度，图6中，环形绕组U13与环形绕组U14也是以错开30度的方式记载的。

进一步地，如图9的(a)、(b)所示，从槽编号41的层3出来的定子绕组经由跨越量Npj为7槽距的跨接线J1而进入至槽编号48的层2。从槽编号48的层2起为图6所示的环形绕组U15。环形绕组U15也是将联系导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均设定为槽距Np＝6，以绕定子铁心232一周直至槽编号42的层1为止的方式、以波形绕法缠绕定子绕组。到此处为止的大致一周的定子绕组为环形绕组U15。

接着，从槽编号42的层1出来的定子绕组跨越5个槽而进入至槽编号47的层2。从槽编号47的层2起为图6所示的环形绕组U16。环形绕组U16也是将联系导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均设定为槽距Np＝6，以绕定子铁心232一周直至槽编号41的层1为止的方式、以波形绕法缠绕定子绕组。到此处为止的大致一周的定子绕组为环形绕组U16。

再者，由于环形绕组U16以相对于环形绕组U15错开1槽距的方式缠绕，因此产生相当于1槽距的电角度的量的相位差。在本实施方式中，1槽距相当于电角度30度，图6中，环形绕组U15与环形绕组U16也是以错开30度的方式记载的。

如前文所述，环形绕组U12与环形绕组U13通过跨越量Npj为6槽距的跨接线J2加以连接。因此，环形绕组U13以相对于环形绕组U11错开1槽距的方式缠绕，产生相当于1槽距的电角度的量的相位差。在本实施方式中，1槽距相当于电角度30度，图6中，环形绕组U11与环形绕组U13也是以错开30度的方式记载的。同样地，环形绕组U14以相对于环形绕组U12错开1槽距的方式缠绕。

此外，环形绕组U14与环形绕组U15通过跨越量Npj为7槽距的跨接线J1加以连接。因此，环形绕组U15缠绕在与环形绕组U13相同的槽内，不产生相位差。图6中，环形绕组U13与环形绕组U15也是以不错开角度的方式记载的。同样地，环形绕组U16缠绕在与环形绕组U14相同的槽内。

再者，在本实施方式中，环形绕组U11、U12、U13、U14、U15、U16将联系导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均设定为槽距Np＝6，但也能以引出有引出线的线圈端部侧(图示下侧)的联系导体233b的跨越量为槽距Np＝7、相反侧的线圈端部侧(图示上侧)的联系导体233b的跨越量为槽距Np＝5的不规则槽距的波形绕法进行缠绕。

图10所示的定子绕组群U2也是以与定子绕组群U1的各层相同的跨越量加以缠绕。环形绕组U21从槽编号47的层1缠绕至槽编号05的层2为止。其后，跨越5个槽而进入至槽编号48的层1，环形绕组U22从槽编号48的层1缠绕至槽编号06的层2为止。

其后，定子绕组从槽编号06的层2经由跨越量Npj为7槽距的跨接线J1而进入至槽编号47的层3，以环形绕组U23的形式缠绕至槽编号05的层4为止。其后，跨越5个槽而进入至槽编号48的层3，环形绕组U24从槽编号48的层3缠绕至槽编号06的层4为止。

接着，定子绕组从槽编号06的层4经由跨越量Npj为6槽距的跨接线J2而进入至槽编号48的层5，以环形绕组U25的形式缠绕至槽编号06的层6为止。其后，环形绕组U26从槽编号01的层5缠绕至槽编号07的层6为止。

如上所述，定子绕组群U1由环形绕组U11、U12、U13、U14、U15、U16构成，在定子绕组群U1中感应出各自的相位合成而得的电压。同样地，定子绕组群U2也感应出环形绕组U21、U22、U23、U24、U25、U26的相位合成而得的电压。

如图6所示，定子绕组群U1与定子绕组群U2并联在一起，定子绕组群U1、U2各自所感应出的电压之间无相位差，即便是并联，也不会发生循环电流的流通等不平衡。当然，也可为串联。

图11为主要表示定子铁心232中的槽导体233a的配置的图，展示了图7～10的槽编号46～槽编号13。再者，转子的旋转方向为从图中左方到右方的方向。

在本实施方式中，2极之内也就是电角度360度之内配置有12个槽237，例如，图11的槽编号01至槽编号12相当于2极。因此，每极槽数N为6，每极每相槽数NSPP为2(＝6/3)。各槽237内各插通有6根定子绕组238的槽导体233a。

各槽导体233a以矩形表示。在矩形中，分别图示有表示U相、V相、W相的符号U11～U26、V、W、表示从有引出线那一侧去往相反侧的方向的交叉符号“×”、以及表示其反方向的黑圆点符号“●”。此外，将处于槽237的最内周侧(槽开口侧)的槽导体233a称为层1，并朝外周侧(槽底侧)依序称为层2、层3、层4、层5、层6。此外，符号01～12是与图7～10所示的符号相同的槽编号。再者，仅U相的槽导体233a以表示环形绕组的符号U11～U26表示，V相及W相的槽导体233a则以表示相的符号V、W表示。

图11中，被虚线234围住的12个槽导体233a是由所有U相的槽导体233a构成的槽导体组234。展示具体例。例如，中央所示的槽导体组234具有配设在槽编号06、07的层6至层5的环形绕组U25、U26、U12、U11的槽导体233a和配设在槽编号05、06的层4至层1的环形绕组U23、U24、U14、U13、U21、U22、U16、U15的槽导体233a。

通常，在每极槽数N为6、每极每相槽数NSPP为2、槽237内的槽导体233a的层数为6的情况下，大多采用像图12所示那样配置U相(V相、W相也一样)的槽导体233a的构成。在该情况下，连接层2的槽导体233a与层3的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj为7槽距，连接层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj也为7槽距。由此，以在定子铁心232的周向上不错开的方式配设同一相的环形绕组。

另一方面，本实施方式的构成是像图13所示那样将图12所示的层5和层6的4根槽导体233a朝转子的旋转方向(图中的右方)错开了1槽距而成的构成。此时，连接层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的跨接线J2的跨越量Npj为6槽距，连接层2的槽导体233a与层3的槽导体233a的跨接线J1的跨越量Npj为7槽距。

在该情况下，不仅是U相，V相及W相的对应的各槽导体233a也会同样错开1槽距，因此像图11所示那样，U、V、W相分别形成同一形状的槽导体组234。即，在转子的旋转方向上依序以U相配置由交叉符号的槽导体233a构成的槽导体组、以W相配置由黑圆点符号的槽导体233a构成的槽导体组、以V相配置由交叉符号的槽导体233a构成的槽导体组、以U相配置由黑圆点符号的槽导体233a构成的槽导体组、以W相配置由交叉符号的槽导体233a构成的槽导体组、以V相配置由黑圆点符号的槽导体233a构成的槽导体组。

如上所述，在将层数定义为2×NL、将n定义为1至NL的自然数的情况下，环形绕组插通于层2n－1和层2n。在本实施方式中，如图13所示，由于整体的层数为6，因此NL＝3。环形绕组U15、U16、U21、U22插通于n＝1的情况下的层1和层2。同样地，环形绕组U13、U14、U23、U24插通于n＝2的情况下的层3和层4，环形绕组U11、U12、U25、U26插通于n＝NL＝3的情况下的层5和层6。

对插通于该层2n－1和层2n的环形绕组中的径向上不同的环形绕组进行连接的线为跨接线。在层数为6的情况下，跨接线有2根。在将N定义为每极槽数的情况下，这些跨接线包含跨越量Npj为(N+1)槽距的跨接线和{(N+1)±1}槽距的跨接线。在本实施方式中，如图11所示，每极槽数N为6，7槽距的跨接线J1对应于(N+1)槽距的跨接线，6槽距的跨接线J2对应于{(N+1)－1}槽距的跨接线。

使用图13，对本实施方式的槽导体组234进一步进行说明。槽导体组234可以分为图13的以虚线表示的槽导体小组235(235a、235b、235c)。槽导体小组235由在定子铁心232的径向上相邻且相互连接至联系导体233b的、插通于内周侧层的槽导体233a和插通于外周侧层的槽导体233a构成。跨接线设置在槽导体小组235的内周侧层与在径向上邻接的槽导体小组235的外周侧层之间。例如，在槽导体小组235c的层5与槽导体小组235b的层4之间设置有跨接线。

图13中，槽导体小组235a与槽导体小组235b的周向位置一致。在该情况下，如图9所示，跨接线J1的跨越量Npj为7槽距即(N+1)槽距。另一方面，槽导体小组235c相对于邻接的槽导体小组235b沿旋转方向(图示右方)错开了1槽距，因此，由跨接线J2加以连接的槽导体小组235c的内周侧层与槽导体小组235b的外周侧层就错开1槽距。因此，像根据图9所知的那样，跨接线J2的跨越量Npj为比跨接线J1的情况少1槽距的6槽距即{(N+1)－1}槽距。

再者，在将槽导体小组235c相对于槽导体小组235b沿与旋转方向相反的方向(图示左方)错开了1槽距的情况下，跨接线J2的跨越量Npj为比跨接线J1的情况多1槽距的8槽距即{(N+1)+1}槽距。

如上所述，各相的定子绕组具备：槽导体组234，其由插通于沿定子铁心周向连续排列的规定槽数Ns的多个槽导体233a构成；以及联系导体233b，其连接多个槽导体233a的线圈端部侧。一个槽导体组234中包含的多个槽导体233a以供槽导体233a插通的槽及层邻接的方式配置。在将每极每相槽数定义为NSPP、将跨越量Npj为{(N+1)±1}槽距的跨接线的每1相的数量定义为2×NJ时，供一个槽导体组234的槽导体233a插通的槽237的数量(以下，称为规定槽数Ns)设定为Ns＝NSPP+NJ。

在本实施方式中，也像根据图7、8所示的U相绕组所知的那样，{(N+1)－1}槽距的跨接线J2在U1相绕组及U2相绕组各有1根，NJ为1(2×NJ＝2)。此外，如图13所示，可知，由于NSPP＝2、Ns＝3，因此设定为Ns＝NSPP+NJ。

此处，一边与图12所示的比较例1、图20所示的比较例2进行对比，一边说明图11等所示的本实施方式的旋转电机的作用效果。

在图12所示的比较例1中，槽导体小组235a～235c的周向位置没有错开而全部一致。因此，连接层2的槽导体233a与层3的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj、连接层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj都为(N+1)槽距。由于每极槽数N为N＝6，因此(N+1)为7。

在图20所示的比较例2中，槽导体小组235b相对于槽导体小组235a朝图示左侧错开了1槽距，进而，槽导体小组235c相对于槽导体小组235b朝图示左侧错开了1槽距。然而，由跨接线J1加以连接的层2的槽导体233a和层3的槽导体233a插通于相同槽，周向位置是一致的。因此，跨接线J1的跨越量Npj为(N+1)。跨接线J2也一样，由跨接线J1加以连接的层4的槽导体233a和层5的槽导体233a的周向位置相同，因此跨接线J2的跨越量Npj为(N+1)。

再者，在图20所示的构成中，槽导体小组235a～235c的外周侧层相对于内周侧层朝图示左方错开了1槽距程度。因此，规定槽数Ns为Ns＝5。

图14～图17表示将本实施方式的旋转电机的作用效果与比较例1的作用效果进行对比的情况。图14为表示本实施方式的旋转电机的感应电压波形以及比较例1的旋转电机的感应电压波形的图。图15展示了对图14的各感应电压波形进行高次谐波解析而得的结果。

如图14所示，可知，本实施方式的旋转电机的感应电压波形较比较例1的旋转电机的感应电压波形更接近正弦波。此外，如图15的高次谐波解析结果所示，可知，本实施方式与比较例1相比，尤其能够减少5次和7次的高次谐波分量。

此外，图16展示了本实施方式的旋转电机和比较例1的旋转电机的接通交流电流的情况下的扭矩波形。图17表示对图16所示的各扭矩波形进行高次谐波解析而得的结果。如图17的高次谐波解析结果所示，可知，尤其能够减少6次的扭矩脉动。这表示，通过将绕组配置设为像图7～11所示那样以跨接线的跨越量Npj包含(N+1)槽距的跨越量和{(N+1)±1}槽距的跨越量的方式配置槽导体233a，感应电压即磁链的5次和7次的分量得以减少。

图18、图19将本实施方式的发明的作用效果与比较例2的作用效果进行了对比。图18展示了本实施方式的旋转电机和比较例2的旋转电机的接通交流电流的情况下的扭矩波形。此外，图19表示对图18所示的各扭矩波形进行高次谐波解析而得的结果。如图18、图19所示，可知，本实施方式与比较例2相比，平均扭矩较大。

如上所述，根据本实施方式，能够获得扭矩脉动小于比较例1且噪音低、平均扭矩大于比较例2的旋转电机。在这个意义上，本实施方式的旋转电机能够获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外，在配备有该旋转电机的车辆中，能够谋求高扭矩化且低噪音化。

＜变形例1＞

图21为表示上述实施方式的变形例1的图，表示槽导体组234B。变形例1为每极槽数N＝6、NSPP＝2、层数为8的情况。层数为8这一点与上述实施方式不一样。在层数为8的情况下，槽导体组234B由4个槽导体小组235a～235d构成。

在变形例1中，槽导体小组235b、235c相对于槽导体小组235a朝图示右侧错开了1槽距，进而，槽导体小组235d相对于槽导体小组235b、235c朝图示右侧错开了1槽距。因此，连接层2的槽导体233a与层3的槽导体233a的跨接线、连接层6的槽导体233a与层7的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj分别为6槽距。另一方面，连接层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj为7槽距。

即，构成U相(U1相及U2相)的定子绕组的多个环形绕组对应于每极槽数N＝6而由跨越量Npj为(N+1)槽距的跨接线和{(N+1)－1}槽距的跨接线连接在一起。此时，可知，由于{(N+1)－1}槽距的跨接线的每1相的数量(2×NJ)为4，因此NJ＝2，从而设定为Ns＝NSPP+NJ。

在变形例1中，也是以包含跨越量Npj为(N+1)槽距的跨接线和{(N+1)－1}槽距的跨接线的方式构成各相绕组，因此，与上述实施方式一样，能够取得扭矩脉动小于比较例1且噪音低、平均扭矩大于比较例2这一效果。

＜变形例2＞

图22为表示变形例2中的槽导体组234C的图。变形例2为每极槽数N＝6、NSPP＝2、层数＝8的设定。在变形例2中，槽导体小组235c、235d相对于槽导体小组235a、235b朝图示右侧错开了1槽距。因此，连接层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj设定为6槽距，连接层2的槽导体233a与层3的槽导体233a的跨接线以及连接层6的槽导体233a与层7的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj分别设定为7槽距。

变形例2也是每极槽数N为N＝6，因此包含跨越量Npj为(N+1)槽距的跨接线和{(N+1)－1}槽距的跨接线。此外，由于跨越量Npj为{(N+1)－1}槽距的跨接线的每1相的数量(2×NJ)为2，因此变形例2中，NJ＝1。因此，对应于规定槽数Ns＝3，Ns＝NSPP+NJ成立。

如此，变形例2也是以包含跨越量Npj为(N+1)槽距的跨接线和{(N+1)－1}槽距的跨接线的方式构成各相绕组，因此与上述实施方式一样，能够取得扭矩脉动小于比较例1且噪音低、平均扭矩大于比较例2这一效果。再者，也能以将槽导体小组235d相对于槽导体小组235a、235b朝图示右侧错开2槽距而设置3种跨接线的方式构成。

＜变形例3＞

图23为表示变形例3中的槽导体组234D的图。变形例3为每极槽数N＝9、NSPP＝3、层数＝6的设定，每极槽数为9、NSPP为3这一点与上述实施方式不一样。因此，槽导体小组235a、235b、235c中包含6个槽导体233a。

在图23所示的变形例3中，槽导体小组235a、235b的周向一致，槽导体小组235c相对于槽导体小组235a、235b朝图示右侧错开了1槽距。因此，连接层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj就为{(N+1)－1}槽距，连接层2的槽导体233a与层3的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj就为(N+1)槽距。在变形例3的情况下，由于每极槽数为N＝9，因此{(N+1)－1}为9，(N+1)为10。此外，由于跨越量Npj为{(N+1)－1}槽距的跨接线的每1相的数量(2×NJ)为2，因此NJ＝1。变形例3中，规定槽数Ns为Ns＝4，但NSPP＝3、NJ＝1，因此Ns＝NSPP+NJ成立。

如此，变形例3也是以包含跨越量Npj为(N+1)槽距的跨接线和{(N+1)－1}槽距的跨接线的方式构成各相绕组，因此与上述实施方式一样，能够取得扭矩脉动小于比较例1且噪音低、平均扭矩大于比较例2这一效果。

如上所述，本实施方式的旋转电机具有以下构成，取得以下作用效果。

(1)旋转电机200(旋转电机202也一样)中的定子绕组238以作为绕组导体的槽导体233a在多个槽237中的各方插通6层以上的方式具有多个以波形绕法缠绕的环形绕组。如图9、10所示，定子绕组238具有多根对所插通的层不同的环形绕组彼此进行连接的跨接线。并且，在将每极槽数设为N时，多根跨接线包含跨越槽237而将环形绕组彼此连接时的跨越量Npj为(N+1)槽距的跨接线J1和为{(N+1)±1}槽距的跨接线J2。

在包含这种跨接线J1、J2的情况下，如图13所示，由同一相的多个槽导体233a构成的槽导体组234是由在定子铁心的周向上未错开的槽导体小组235a、235b和在周向上错开了1槽距程度的槽导体小组235c构成。通过设为这种构成，本实施方式的旋转电机能够获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外，在配备有该旋转电机的车辆中，能够谋求高扭矩化且低噪音化。

(2)此外，在上述构成中，在将规定槽数设为Ns、将每极每相槽数设为NSPP、将跨越量Npj为{(N+1)±1}槽距的跨接线的每1相的数量设为2×NJ时，Ns＝NSPP+NJ成立。即，通过设为这种构成，能够谋求旋转电机的高扭矩化且低噪音化。

＜变形例4＞

图24为表示变形例4中的槽导体组234E的图。变形例4为每极槽数N＝6、NSPP＝2、层数(2×NL)＝6的设定。在层数为6的情况下，NL＝3。在图24所示的槽导体组234E中，各槽导体小组235a～235c的外侧层相对于内侧层朝旋转方向(图示右方)错开了1槽距程度。因此，环形绕组中，引出有引出线的线圈端部侧(图示下侧)的联系导体233b的跨越量Np为7槽距，相反侧的线圈端部侧(图示上侧)的联系导体233b的跨越量Np为5槽距。变形例4是以这种不规则槽距的波形绕法进行缠绕，这一点与上述实施方式及变形例1～3不一样。

在变形例4中，层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的周向位置一致。因此，在将每极槽数设为N时，连接层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj就设定为(N+1)槽距。另一方面，层3的槽导体233a相对于层2的槽导体233a朝图示左侧错开了1槽距。因此，连接层2的槽导体233a与层3的槽导体233a的跨接线的跨越量Npj就设定为{(N+1)+1}槽距。

在变形例4中，由于每极槽数N为6，因此(N+1)为7，{(N+1)+1}为8。此外，由于跨越量Npj为{(N+1)+1}槽距的跨接线的每1相的数量(2×NJ)为2，因此NJ＝1。

在变形例4中，环形绕组以不规则槽距的波形绕法进行缠绕，规定槽数Ns为4。在这种不规则槽距的情况下，公式“Ns＝NSPP+NL－NJ”而不是上述公式“Ns＝NSPP+NL”成立。此处，NSPP为每极每相槽数，2×NL为层数，2×NJ是跨越量Npj为{(N+1)+1}槽距的跨接线的每1相的数量。

在变形例4这样的构成中，与上述实施方式的情况一样，也能取得扭矩脉动小于比较例1且噪音低、平均扭矩大于比较例2这一效果。

＜变形例5＞

图25为表示变形例5中的槽导体组234F的图。在上述变形例中，层数为6，而在变形例5中，将层数设为8。即，在变形例5中，环形绕组以不规则槽距的波形绕法进行缠绕，且设定为每极槽数N＝6、NSPP＝2、层数(2×NL)＝8。

如图25所示，层3的槽导体233a相对于层2的槽导体233a朝图示左侧错开了1槽距，因此，在将每极槽数设为N时，跨接线的跨越量Npj为{(N+1)+1}槽距。同样地，连接层6与层7的跨接线的跨越量Npj也为{(N+1)+1}槽距。另一方面，层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的周向位置一致，因此，连接层4与层5的跨接线的跨越量Npj就为(N+1)。变形例5因每极槽数N为6，所以{(N+1)+1}为8，(N+1)为7。

此外，跨越量Npj为{(N+1)+1}槽距的跨接线的每1相的数量(2×NJ)为4，NJ＝2。如图25所示，沿定子铁心周向连续排列的规定槽数Ns为4，因此，在变形例5的构成的情况下，Ns＝NSPP+NL－NJ也成立。通过设为这种构成，能够取得扭矩脉动小于比较例1且噪音低、平均扭矩大于比较例2这一效果。

＜变形例6＞

图26为表示变形例6中的槽导体组234G的图。在变形例6中，环形绕组以不规则槽距的波形绕法进行缠绕，且设定为每极槽数N＝9、NSPP＝3、层数(2×NL)＝6。槽导体小组235a～235c分别具备6个槽导体233a。

槽导体小组235a、235b的周向位置一致，槽导体小组235c相对于槽导体小组235b朝图示右侧错开了1槽距。因此，层3的槽导体233a相对于层2的槽导体233a朝图示左侧错开了1槽距。层4的槽导体233a与层5的槽导体233a的周向位置一致。

结果，连接层2与层3的跨接线的跨越量Npj为{(N+1)+1}槽距，连接层4与层5的跨接线的跨越量Npj为(N+1)槽距。在变形例6中，由于每极槽数N为9，因此{(N+1)+1}为11，(N+1)为10。如此，跨接线的跨越量Npj就包含{(N+1)+1}槽距和(N+1)槽距。

此外，跨越量Npj为{(N+1)+1}槽距的跨接线的每1相的数量(2×NJ)为2，NJ＝1。由于沿定子铁心周向连续排列的规定槽数Ns为5，因此Ns＝NSPP+NL－NJ成立。在变形例6的情况下，也能取得扭矩脉动小于比较例1且噪音低、平均扭矩大于比较例2这一效果。

(3)在上述变形例4～6记载的旋转电机中，定子绕组238具有多组由同一相的多个槽导体233a构成的一组槽导体组234，构成槽导体组234的多个槽导体233a以槽及层邻接的方式插通于沿定子铁心周向连续排列的规定数量Ns的槽237内。并且，在将每极每相槽数定义为NSPP、将层数定义为2×NL、将槽距(N+1)±1的跨接线的每1相的数量定义为2×NJ的情况下，规定数量Ns满足公式“Ns＝NSPP+NL－NJ”。

即，通过以Ns＝NSPP+NL－NJ的方式构成，能够谋求旋转电机的高扭矩化且低噪音化。

在上述实施方式及变形例中，利用NSPP＝2或3、层数＝6或8、通常的环形绕组或者以不规则槽距的波形绕法进行缠绕的环形绕组的例子来进行了说明，但本发明并不限定于此。在3以上的NSPP、8以上的偶数层、具有通常的环形绕组和以不规则槽距的波形绕法进行缠绕的环形绕组两方的绕组中也同样能够运用，会取得同样的效果。

上文中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内思索的其他形态也包含在本发明的范围内。

符号说明

100 车辆

180 电池

200、202 旋转电机

230 定子

232 定子铁心

233a 槽导体

233b 联系导体

234、234B～234G 槽导体组

235、235a～235d 槽导体小组

237 槽

238 定子绕组

250 转子

600 电力转换装置

J1、J2 跨接线

V11～V16、V21～V26、W11～W16、W21～W26、U11～U16、U21～U26 环形绕组。

Claims (10)

1.一种旋转电机用定子，其在1个槽内插入6个以上槽导体，该旋转电机用定子的特征在于，

连接径向上位置不同的环形绕组的跨接线以至少2种以上的不同槽距跨越槽，

在将N定义为每极槽数的情况下，所述跨接线的所述不同槽距为(N+1)和{(N+1)±1}，

具有多组由同一相的多个绕组导体构成的一组槽导体组，

构成所述槽导体组的多个所述绕组导体以槽及层邻接的方式插通于沿定子铁心周向连续排列的规定数量Ns的槽内，

在将每极每相槽数定义为NSPP、将所述{(N+1)±1}槽距的跨接线的每1相的数量定义为2×NJ的情况下，所述规定数量Ns设定为满足公式：Ns＝NSPP+NJ。

2.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述环形绕组通过连接多个分段导体而构成。

3.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述环形绕组为矩形线。

4.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

具有多个3相Y形接线，所述3相Y形接线具有多个所述环形绕组，

多个所述3相Y形接线中的各方在各3相Y形接线的同一相的绕组中感应出的电压间无相位差。

5.一种旋转电机用定子，其在1个槽内插入6个以上槽导体，该旋转电机用定子的特征在于，

连接径向上位置不同的环形绕组的跨接线以至少2种以上的不同槽距跨越槽，

在将N定义为每极槽数的情况下，所述跨接线的所述不同槽距为(N+1)和{(N+1)±1}，

具有多组由同一相的多个绕组导体构成的一组槽导体组，

构成所述槽导体组的多个所述绕组导体以槽及层邻接的方式插通于沿定子铁心周向连续排列的规定数量Ns的槽内，

在将每极每相槽数定义为NSPP、将层数定义为2×NL、将所述{(N+1)±1}槽距的跨接线的每1相的数量定义为2×NJ的情况下，所述规定数量Ns设定为满足公式：Ns＝NSPP+NL－NJ。

6.根据权利要求5所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述环形绕组通过连接多个分段导体而构成。

7.根据权利要求5所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述环形绕组为矩形线。

8.根据权利要求5所述的旋转电机用定子，其特征在于，

具有多个3相Y形接线，所述3相Y形接线具有多个所述环形绕组，

多个所述3相Y形接线中的各方在各3相Y形接线的同一相的绕组中感应出的电压间无相位差。

9.一种旋转电机，其特征在于，具有根据权利要求1或5所述的旋转电机用定子。

10.一种车辆，其特征在于，具备：

旋转电机，其具有根据权利要求1或5所述的旋转电机用定子；

电池，其供给直流电；以及

转换装置，其将所述电池的直流电转换为交流电而供给至所述旋转电机，

将所述旋转电机的扭矩用作驱动力。

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