JP2009065750A - Rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば自動車用電動式過給機に使用される、低電圧大電流の電力が供給されて高速運転される回転機に関し、特に電源から回転機のトルク発生用駆動コイルに給電するための口出し線の引き出し構造に関するものである。 The present invention relates to a rotating machine that is used in, for example, an electric supercharger for automobiles and is operated at high speed by being supplied with low-voltage and large-current electric power, and more particularly to supply power from a power source to a torque generating drive coil. This relates to a lead-out structure of the lead wire.
従来のターボチャージャは、ハウジング内に配設され、かつ排ガスエネルギーで駆動されるタービンと、ハウジング内に配設されたコンプレッサと、タービンとコンプレッサとを連結し、かつハウジング内に回転自在に軸支されたシャフトと、シャフト上に取り付けられた発電・電動用の回転子およびハウジング内に取り付けられた固定子から構成される発電機と、を備えていた(例えば、特許文献1参照)。 A conventional turbocharger connects a turbine disposed in a housing and driven by exhaust gas energy, a compressor disposed in the housing, the turbine and the compressor, and is rotatably supported in the housing. And a generator composed of a power generator / electric rotor mounted on the shaft and a stator mounted in the housing (see, for example, Patent Document 1).
従来のターボチャージャに適用される発電機は、10〜20万回転/分程度の高速運転されることから、シャフトを軸支する軸受間距離を短くし、回転子の固執振動数を上げて、機械的な臨界速度を上げることが必要であった。 Since the generator applied to the conventional turbocharger is operated at a high speed of about 100,000 to 200,000 revolutions / minute, the distance between the bearings supporting the shaft is shortened, and the persistence frequency of the rotor is increased. It was necessary to increase the mechanical critical speed.
しかし、自動車用のターボチャージャでは、1〜2kW程度の入出力が必要である。また、電源には、自動車用の12V又は24V系電源が用いられることから、100〜300A程度の電流が固定子のトルク発生用駆動コイルに流される。従って、インバータからの給電線とトルク発生用駆動コイルとの結線、およびトルク発生用駆動トルクを構成する3相のコイル間の結線を、発電機内部で行うと、大電流配線のためそれらの結線部が大型化する。その結果、シャフトを軸支する軸受間距離が長くなり、機械的な臨界速度が低下し、高速運転に対応できなくなる。 However, an automobile turbocharger requires input / output of about 1 to 2 kW. Moreover, since a 12V or 24V system power source for automobiles is used as the power source, a current of about 100 to 300 A flows through the torque generating drive coil of the stator. Therefore, if the connection between the power supply line from the inverter and the torque generating drive coil and the connection between the three-phase coils constituting the torque generating drive torque are performed inside the generator, they are connected because of the large current wiring. The part becomes larger. As a result, the distance between the bearings that support the shaft is increased, the mechanical critical speed is lowered, and high-speed operation cannot be supported.
上記状況に鑑み、トルク発生用駆動コイルを構成する相コイルの口出し線を発電機外に引き出し、インバータからの給電線とトルク発生用駆動コイルとの結線、およびトルク発生用駆動トルクを構成する3相のコイル間の結線を発電機外で行うことが考えられる。 In view of the above situation, the lead wire of the phase coil constituting the torque generating drive coil is pulled out of the generator, and the connection between the power supply line from the inverter and the torque generating drive coil, and the torque generating drive torque 3 are configured. It is conceivable to connect the phase coils outside the generator.
しかしながら、シャフトを軸支する軸受間距離を短くして、相コイルの口出し線を発電機外に引き出した場合、相コイルの口出し線がハウジングと近接するので、口出し線周辺に生じる誘導磁場がハウジングに鎖交し、ハウジングに渦電流損失が発生してハウジングが過熱されるという新たな問題が生じる。
また、高周波大電流が相コイルの口出し線に流れるので、口出し線の見かけ上の導体断面積を確保しても、実際には表皮効果が顕著となり、配線抵抗が大きくってしまう。そこで、口出し線における通電損失が増加し、口出し線での発熱が増加するとともに、インバータとトルク発生用駆動コイルとの間の配線インピーダンスが大きくなり、配線での電圧降下が顕著となり、実質的に発電機に印加できる電圧が低下するという問題も生じる。
However, when the distance between the bearings supporting the shaft is shortened and the lead wire of the phase coil is pulled out of the generator, the lead wire of the phase coil is close to the housing, so that the induction magnetic field generated around the lead wire is This causes a new problem that the housing is overheated due to eddy current loss occurring in the housing.
Further, since a high-frequency large current flows through the lead wire of the phase coil, even if the apparent conductor cross-sectional area of the lead wire is ensured, the skin effect is actually remarkable and the wiring resistance increases. Therefore, the conduction loss in the lead wire increases, the heat generation in the lead wire increases, the wiring impedance between the inverter and the torque generating drive coil increases, and the voltage drop in the wiring becomes noticeable. There also arises a problem that the voltage that can be applied to the generator decreases.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、回転軸を軸支する軸受間距離を短くしても、ハウジング外に引き出される口出し線周辺での誘導磁場の発生を抑えて、ハウジングに発生する渦電流損失を低減し、かつ表皮効果による口出し線での配線抵抗の増加を抑え、口出し線での発熱や電圧降下を低減できる回転機を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and suppresses the generation of an induction magnetic field around the lead wire drawn out of the housing even if the distance between the bearings supporting the rotating shaft is shortened. An object of the present invention is to obtain a rotating machine that can reduce loss of eddy current generated in a housing, suppress an increase in wiring resistance due to a skin effect, and reduce heat generation and voltage drop at the lead wire.
この発明による回転機は、ハウジング内に回転自在に軸支された回転軸と、上記ハウジング内に配設され、かつ上記回転軸に同軸に固着された回転子と、上記ハウジング内に上記回転子を囲繞するように配置され、内周側に開口するスロットを画成するようにティースが周方向に等角ピッチで配列された固定子鉄心、および該固定子鉄心に巻装されたトルク発生用駆動コイルを有する固定子と、を備えている。そして、上記トルク発生用駆動コイルが複数の相コイルから構成され、上記複数の相コイルのそれぞれがその巻き始めと巻き終わりとに接続された一対の口出し線を有し、上記一対の口出し線は、それぞれ断面矩形に作製され、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で、かつ断面矩形の長辺で構成される該平面を上記固定子鉄心の端面に沿って上記回転軸の軸心と直交させて径方向外方に延びて上記ハウジング外まで引き出されている。 A rotating machine according to the present invention includes a rotating shaft rotatably supported in a housing, a rotor disposed in the housing and coaxially fixed to the rotating shaft, and the rotor in the housing. And a stator core in which teeth are arranged at an equiangular pitch in the circumferential direction so as to define a slot opening on the inner peripheral side, and for generating torque wound around the stator core And a stator having a drive coil. The torque generating drive coil is composed of a plurality of phase coils, and each of the plurality of phase coils has a pair of lead wires connected to the winding start and winding end, and the pair of lead wires is The planes each formed in a rectangular cross-section, the planes formed by the long sides of the cross-sectional rectangles are in parallel with each other, and the planes formed by the long sides of the cross-sectional rectangles are along the end face of the stator core. It extends outward in the radial direction perpendicular to the axis of the rotating shaft and is drawn out of the housing.
この発明によれば、一対の口出し線は、それぞれ断面矩形に作製され、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態でハウジング外まで引き出されているので、高周波大電流は、断面矩形の長辺で構成される平面を流れる。そこで、口出し線の配線抵抗の増大が抑えられ、口出し線での発熱や電圧降下が低減される。 According to the present invention, the pair of lead wires are each made to have a rectangular cross section and are drawn out of the housing in a state parallel to each other with respect to the plane formed by the long sides of the rectangular cross section. Flows on a plane composed of long sides of a rectangular cross section. Therefore, an increase in the wiring resistance of the lead wire is suppressed, and heat generation and voltage drop in the lead wire are reduced.
また、一対の口出し線が孔コイルの巻き始めと巻き終わりとに接続されているので、相対して配設された一対の口出し線には逆向きの電流が流れる。そこで、口出し線が引き出される周辺での誘導磁場の発生が抑制されるので、ハウジングでの渦電流損失が低減され、軸受間距離を短くできる。
また、口出し線が断面矩形の長辺で構成される平面を上記固定子鉄心の端面に沿って回転軸の軸心と直交させて径方向外方に延びて上記ハウジング外まで引き出されているので、コイルエンドの軸方向高さを低くでき、軸受間距離を短くできる。さらに、相コイル間の結線および相コイルと給電線との間の結線がハウジング外で行われ、軸受間距離を短くできる。
In addition, since the pair of lead wires are connected to the start and end of winding of the hole coil, a reverse current flows through the pair of lead wires arranged opposite to each other. Therefore, since the generation of the induction magnetic field in the vicinity where the lead wire is drawn out is suppressed, eddy current loss in the housing is reduced, and the distance between the bearings can be shortened.
Further, since the lead line is formed of a long side having a rectangular cross section and extends outward in the radial direction along the end face of the stator core so as to be perpendicular to the axis of the rotary shaft, the lead wire is drawn out of the housing. The axial height of the coil end can be reduced, and the distance between the bearings can be shortened. Furthermore, the connection between the phase coils and the connection between the phase coil and the power supply line are performed outside the housing, and the distance between the bearings can be shortened.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転機を適用した自動車用過給機の構成を模式的に示す断面図、図2はこの発明の実施の形態1に係る回転機の構成を示す一部破断斜視図、図3はこの発明の実施の形態1に係る回転機に適用される固定子コイルを構成する1相の相コイルを示す斜視図、図4はこの発明の実施の形態1に係る回転機におけるバスリングを示す平面図、図5はこの発明の実施の形態1に係る回転機におけるバスリングの配列状態を説明する斜視図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an automotive supercharger to which a rotating machine according to
図1において、自動車用過給機1は、吸気配管2に配設され、エンジン(図示せず)に供給される空気を圧縮するコンプレッサ3と、排気配管4に配設され、排気配管4内を流通する排気ガスにより駆動されるタービン5と、電動機能と発電機能とを備える回転機10と、を備える。回転機10は、ハウジング11内に軸受12により回転自在に支持され、コンプレッサ3とタービン5とを連結する回転軸13と、回転軸13に同軸に取り付けられた回転子14と、ハウジング11内に回転子14を囲繞するように配設された固定子18と、を備える。
In FIG. 1, a
ここで、回転機10の構成について図2乃至図5を参照しつつ説明する。
回転機10は、磁気誘導子形同期回転機であり、回転軸13に同軸に固着された回転子14と、回転子14を囲繞するように配設された固定子鉄心19にトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル22を巻装してなる固定子18と、界磁起磁力発生用コイルとしての界磁コイル34と、回転子14、固定子18および界磁コイル34を収納するハウジング11と、を備えている。
Here, the configuration of the
The rotating
回転子14は、例えば所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して作製された第1および第2磁性体15,16と、所定枚の磁性鋼板を積層一体化して作製され、軸心位置に回転軸挿入孔(図示せず)が穿設された円盤状の隔壁17と、を備える。第1および第2磁性体15,16は、同一形状に作製され、軸心位置に回転軸挿入孔が穿設された円筒状の基部15a,16aと、基部15a,16aの外周面から径方向外方に突設され、かつ軸方向に延設されて、周方向に等角ピッチで4つ設けられた突極15b,16bと、から構成されている。第1および第2磁性体15,16は、周方向に半突極ピッチずらして、隔壁17を介して相対して互いに密接して配置され、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸13に固着されて構成されている。隔壁17の外径は第1および第2磁性体15,16の外径(突極15b,16bの外径)に一致している。
The
固定子鉄心19は、所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して作製された第1および第2固定子鉄心20,21を備える。第1固定子鉄心20は、円筒状のコアバック20aと、コアバック20aの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで6つ設けられた第1ティースであるティース20bと、を備える。内周側に開口する第1スロットであるスロット20cが、周方向に隣り合うティース20b間に画成されている。第2固定子鉄心21は、第1固定子鉄心20と同一形状に作製され、円筒状のコアバック21aと、コアバック21aの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで6つ設けられた第2ティースであるティース21bと、を備える。内周側に開口する第2スロットであるスロット21cが、周方向に隣り合うティース21b間に画成されている。第1および第2固定子鉄心20,21は、ティース20b,21bの周方向位置を一致させて、隔壁17の軸方向厚み分離間して配置され、それぞれ第1および第2磁性体15,16を囲繞する。
The
固定子コイル22は、スロット20c,21cを跨がないで軸方向に相対して対をなすティース20b,21bに巻回した、いわゆる集中巻き方式に巻装された6相の相コイル23を有する。
The
固定子コイル22を構成する各相コイル23は、例えばエナメル線からなる16本の素線29を積み重ねて2つの素線列に構成され、スロット20c,21c内に収納される一対のスロット内導体部分25と一対のスロット内導体部分25の素線29同士を連結するスロット外導体部分26とからなる素線転移導体24と、素線転移導体24の両端部に半田付け、ロウ付け、ヒュージングなどにより電気的に接続された口出し線としての一対の引き出し導体板27,28と、を備えている。引き出し導体板27,28は、例えば銅薄板をプレス成形して作製され、エナメルなどの絶縁樹脂が被覆されている。
Each
この相コイル23は、スロット外導体部分26をティース21bの一端面に沿わせ、一対のスロット内導体部分25を軸方向に対をなすティース20b,21bを挟む一対のスロット20c,21c内にそれぞれ収納し、一対の引き出し導体板27,28をティース20bの他端面に沿わせて、1ターンの集中巻きで巻装される。そして、16本の素線29が一対の引き出し導体板27,28間に並列に接続されている。
The
素線転移導体24を構成する素線29は、一方の引き出し導体板27から他方の引き出し導体板28に至るまでに180度転移されている。即ち、一対のスロット内導体部分25を構成する素線29の部分が、それぞれ90度転移されている。そして、スロット外導体部分26を構成する素線29の部分は、第2固定子鉄心21の端面上に8列2層となって、両スロット20c,21cから延出した一対のスロット内導体部分25を構成する素線29の部分の端部同士を、それらの径方向位置および軸方向位置を維持して連結している。つまり、スロット外導体部分26を構成する素線29の部分は、素線転移導体24内の位置が維持され、転移されていない。そして、スロット外導体部分26および引き出し導体板27,28がコイルエンドを構成する。
The
ここで、素線の転移は、導体内における各素線の位置を順次変更してなされるが、導体断面において、ある素線が断面中心の回りに円状に移動すると考え、その回転の角度で転移の度合いを表す。例えば、各素線が、導体断面において、全ての位置を経て、スロットの反対端で出発した位置と同じ位置になる転移を、360度転移という。
図2では、1対のティース20b,21bに集中巻きに巻回された1相の相コイル23のみを示しているが、固定子コイル22は、実際には、6対のティース20b,21bに対して、順次U,V,Wの3相を2回繰り返して集中巻きに巻回して構成されている。
Here, the transition of the strands is made by sequentially changing the position of each strand in the conductor. In the conductor cross section, it is considered that a certain strand moves in a circle around the center of the cross section, and the angle of the rotation Represents the degree of metastasis. For example, a transition in which each strand passes through all positions in the conductor cross section and becomes the same position as the position starting at the opposite end of the slot is referred to as a 360-degree transition.
In FIG. 2, only the one-
U相バスリング30は、リング状の基部30aと、基部30aの内周から相対して径方向内方に延設された一対の突起状端子30bと、基部30aの外周から接線方向に延設された給電端子30cと、を有する。V相バスリング31は、リング状の基部31aと、基部31aの内周から相対して径方向内方に延設された一対の突起状端子31bと、基部31aの外周から接線方向に延設された給電端子31cと、を有する。W相バスリング32は、リング状の基部32aと、基部32aの内周から相対して径方向内方に延設された一対の突起状端子32bと、基部32aの外周から接線方向に延設された給電端子32cと、を有する。中性点接続用バスリング33は、リング状の基部33aと、基部33aの内周から等角ピッチで径方向内方に延設された6つの突起状端子33bと、を有する。基部30a,31a,32a,33aは同一形状に作製されている。U相バスリング30、V相バスリング31、W相バスリング32および中性点接続用バスリング33は、例えば、銅薄板をプレス成形して作製され、エナメルなどの絶縁樹脂が被覆されている。
The
U相バスリング30、V相バスリング31、W相バスリング32、中性点接続用バスリング33は、ハウジング11の外周に、基部30a,31a,32a,33aを、同軸に、かつ軸方向に所定距離離間して、互いに平行に配設される。この時、基部30a,31a,32a,33aは、断面矩形の長辺で構成される平面が回転軸13の軸心と直交するように配列される。また、基部30a,31a,32aは突起状端子30b、31b、32bが互いに周方向に120度ずれるように配列されている。また、基部33aは、突起状端子33bが基部30a,31a,32aの突起状端子30b、31b、32bと軸方向で重なるように配列されている。さらに、給電端子30c,31c,32cは、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で、かつ断面矩形の長辺で構成される該平面を回転軸13の軸心と直交させて配列されている。
The
相コイル23の巻き始めおよび巻き終わりに接続された引き出し導体板27,28は、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で、かつ断面矩形の長辺で構成される該平面を回転軸13の軸心と直交させて、第1固定子鉄心20の端面に沿って、径方向外方に延びてハウジング11の外周壁に穿設された引き出し口11aから外部に引き出されている。
The
そして、U相を構成する2つの相コイル23のそれぞれに接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、U相バスリング30の2つの突起状端子30bにそれぞれ接続される。U相を構成する2つの相コイル23のそれぞれに接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板27の端部が、中性点接続用バスリング33の2つの突起状端子33bのそれぞれに接続される。これにより、U相を構成する2つの相コイル23が並列接続される。
The ends of the
また、V相を構成する2つの相コイル23のそれぞれに接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、V相バスリング31の2つの突起状端子31bにそれぞれ接続される。V相を構成する2つの相コイル23のそれぞれに接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板27の端部が、中性点接続用バスリング33の2つの突起状端子33bのそれぞれに接続される。これにより、V相を構成する2つの相コイル23が並列接続される。
Further, the end portions of the
さらに、W相を構成する2つの相コイル23のそれぞれに接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、W相バスリング32の2つの突起状端子32bにそれぞれ接続される。W相を構成する2つの相コイル23のそれぞれに接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板27の端部が、中性点接続用バスリング33の残る2つの突起状端子33bのそれぞれに接続される。これにより、W相を構成する2つの相コイル23が並列接続される。そして、U相、V相およびW相のコイルがY結線され、固定子コイル22が構成される。
Furthermore, the ends of the
なお、素線29、引き出し導体板27,28、U相バスリング30、V相バスリング31、W相バスリング32および中性点接続用バスリング33の電気的接続部では、絶縁樹脂層が除去されている。そして、それらの電気的接続部は接続後、絶縁コートされる。
In addition, in the electrical connection portion of the
界磁コイル34は、導体線を円筒状に巻回したものであり、第1および第2固定子鉄心20,21のコアバック20a,21a間に介装されている。第1および第2磁性体15,16と隔壁17とを一体に固着する回転軸13が軸受12に軸支される。
The
このように構成された回転機10では、図示していないが、U相バスリング30、V相バスリング31、およびW相バスリング32の給電端子30c、31c、32cが、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態に配列された平行平板導体もしくは3相ツイスト線などの給電線を介してインバータに接続される。
In the rotating
つぎに、このように構成された回転機10の動作について説明する。
この回転機10においては、U相バスリング30、V相バスリング31、およびW相バスリング32の給電端子30c、31c、32cが、平行平板導体もしくは3相ツイスト線などの給電線を介してインバータに接続される。
そして、界磁コイル34に通電されると、図2に矢印で示されるように、第1磁性体15の突極15bから第1固定子鉄心20に流れ、その後軸方向に流れ、第2固定子鉄心21から第2磁性体16の突極16bに戻る磁束が形成される。この時、第1および第2磁性体15,16の突極15b,16bが周方向に半突極ピッチずれているので、磁束は、軸方向から見ると、N極とS極とが周方向に交互に配置されたように作用する。これにより、回転機10は、無整流子モータとして動作し、磁気的には、8極6スロットの集中巻き方式の永久磁石式回転電機と同様に動作する。
Next, the operation of the rotating
In the rotating
When the
ここで、自動車用過給機1の動作について説明する。
通常状態では、吸気ガスが、吸気配管2を介してエンジンに供給され、エンジンの内部で燃焼される。燃焼後の排気ガスが、排気配管4を介して外部に排気される。タービン5は、排気配管4を流通する排気ガスにより駆動される。タービン5の回転駆動により、回転軸13に固着されたコンプレッサ3が回転駆動され、吸気ガスが大気圧以上に過給される。
Here, operation | movement of the
In a normal state, the intake gas is supplied to the engine via the intake pipe 2 and burned inside the engine. The exhaust gas after combustion is exhausted to the outside through the exhaust pipe 4. The turbine 5 is driven by exhaust gas flowing through the exhaust pipe 4. By the rotational drive of the turbine 5, the compressor 3 fixed to the
そして、例えば、車両の運転者がアクセル操作によって加速しようとした場合、エンジンが所定の回転数以上となり、かつ排気ガスが十分な流体パワーを得るまでの間の1〜2秒程度は、十分な動力をタービン5に与えることができず、コンプレッサ3の反応が遅れ、いわゆるターボラグという現象を生じる。そこで、バッテリ(図示せず)の直流電力をインバータにより交流電力に変換して、給電線を介して回転機10に供給し、回転機10を電動機として駆動する。これにより、コンプレッサ3が迅速に駆動され、ターボラグの発生が抑制される。
また、車両の高速走行或いは高負荷走行時には、排気ガスは自動車用過給機1に対して過給に必要な動力以上の流体エネルギーを有する。その場合、回転機10を発電機として動作させ、インバータを回生モードで動作させて、流体エネルギーを回生する。回生されたエネルギーは、バッテリおよび車載負荷に供給される。
For example, when the driver of the vehicle tries to accelerate by an accelerator operation, about 1 to 2 seconds until the engine reaches a predetermined rotational speed and the exhaust gas obtains sufficient fluid power is sufficient. Power cannot be applied to the turbine 5, and the reaction of the compressor 3 is delayed, causing a phenomenon called so-called turbo lag. Therefore, direct current power of a battery (not shown) is converted into alternating current power by an inverter and supplied to the rotating
Further, when the vehicle travels at a high speed or a high load, the exhaust gas has fluid energy higher than the power necessary for supercharging the
このように構成された回転機10では、高周波大電流が流れることから表皮効果が顕著に表れる。
ここで、1つの引き出し導体板27のみが配設されている場合には、高周波大電流は表皮効果により引き出し導体板27の断面矩形の短辺で構成される一対の平面を流れる。また、一対の引き出し導体板27,28が、断面矩形の短辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で配設されている場合には、高周波大電流は表皮効果により引き出し導体板27,28の断面矩形の短辺で構成される相対する平面を流れる。いずれの場合にも、高周波大電流は引き出し導体板27,28の断面矩形の短辺で構成される平面を流れることになり、配線抵抗が増大してしまう。
In the rotating
Here, when only one
この実施の形態1では、相コイル23の巻き始めと巻き終わりとに接続された一対の引き出し導体板27,28が、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で配設されているので、高周波大電流は、一対の引き出し導体板27,28の断面矩形の長辺で構成される平面の表面を流れる。そこで、引き出し導体板27,28の配線抵抗の増大が抑えられ、引き出し導体板27,28における通電損失が低減され、発熱も抑えられる。さらに、引き出し導体板27,28における配線インピーダンスが低減され、インバータと回転機10との間での電圧降下が少なくなり、回転機10に実質的に印加される電圧の低下が抑えられる。
In the first embodiment, the pair of
また、一対の引き出し導体板27,28が、それぞれ相コイル23の巻き始めと巻き終わりとに接続されているので、相対する一対の引き出し導体板27,28には逆向きの電流が流れることになり、誘導磁場の発生が抑制される。これにより、誘導磁場がハウジング11に鎖交することに起因する渦電流損失の発生が抑制される。そこで、軸受12間の距離を短くしても、誘導磁場によるハウジング11の発熱が未然に防止される。
Further, since the pair of
また、U相、V相、W相、および中性点接続用バスリング30〜33の基部30a〜33aが断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で配列されているので、基部30a〜33aにおける配線抵抗および配線インピーダンスの増大が抑制されるとともに、誘導磁場の発生が抑制される。
また、U相、V相、およびW相バスリング30〜32の給電端子30c〜32cが、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で配列されているので、給電端子30c〜32cにおける配線抵抗および配線インピーダンスの増大が抑制されるとともに、誘導磁場の発生が抑制される。
また、給電端子30c〜32cが平行平板導体もしくは3相ツイスト線などの給電線を介してインバータに接続されるので、給電線における配線抵抗および配線インピーダンスの増大が抑制されるとともに、誘導磁場の発生が抑制される。
Further, the
In addition, since the
In addition, since the
また、一対の引き出し導体板27,28が、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で、かつ断面矩形の長辺で構成される該平面を回転軸13の軸心と直交させて、第1固定子鉄心20の端面に沿って、径方向外方に延びてハウジング11の外周壁に穿設された引き出し口11aから外部に引き出されているので、コイルエンドの軸方向高さが低くなり、軸受12間の距離を短くできる。さらに、引き出し導体板27,28とU相、V相、W相および中性点接続用バスリング30〜33との接続、U相、V相、およびW相バスリング30〜32とインバータの給電線との接続を回転機10内で行う必要が無く、軸受12間の距離を短くできる。これにより、回転子14の固有振動周波数が上がり、機械的な臨界速度を上げて円滑な高速運転ができる。
The pair of
また、相コイル23が集中巻きに巻回されているので、相コイル23のコイルエンド同士が互いに干渉することが無く、コイルエンドの軸方向高さを低くできる。
また、相コイル23が1ターンの集中巻きに巻回されているので、素線29の線径を太くでき、低電圧大電流を流すことができる。
また、一対のスロット内導体部分25を構成する素線29の部分が、それぞれ90度転移されており、素線転移導体24を構成する素線の巻き始めから巻き終わりまでに180度転移されているので、端部磁束によって各素線29の両端部に誘起される電流は互いに相殺される方向に流れ、閉ループを構成する素線対に流れる循環電流が小さくなり、銅損を低減できる。
In addition, since the
Further, since the
Further, the portions of the
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2に係る回転機に適用される固定子コイルを構成する1相の相コイルを示す斜視図である。
図6において、相コイル35は、16本の素線29を積み重ねて2層の素線列に構成されてスロット20c,21cに収納される一対の素線転移導体36と、スロット20c,21cの一端側に延出する両素線転移導体36の端部に半田付け、ロウ付け、ヒュージングなどにより電気的に接続され、一対の素線転移導体36同士を電気的に接続する平導体板37と、スロット20c,21cの他端側に延出する各素線転移導体36の端部に半田付け、ロウ付け、ヒュージングなどにより電気的に接続された一対の引き出し導体板27,28と、を備えている。
なお、この実施の形態2では、相コイル23に代えて相コイル35を用いている点を除いて上記実施の形態1と同様に構成されている。
Embodiment 2. FIG.
6 is a perspective view showing a one-phase coil constituting a stator coil applied to a rotating machine according to Embodiment 2 of the present invention.
In FIG. 6, the
The second embodiment is configured in the same manner as in the first embodiment except that a
この実施の形態2では、図示していないが、相コイル35は、平導体板37をティース21bの一端面に沿わせ、一対の素線転移導体36をティース20b,21bを挟む一対のスロット20c,21c内にそれぞれ収納し、一対の引き出し導体板27,28をティース20bの他端面に沿わせて、1ターンの集中巻きで巻装される。そして、16本の素線29が一方の引き出し導体板27と平導体板37との間に並列に接続されて2層となってティース20b,21bの一側のスロット20c,21c内に収納され、一方の引き出し導体板27から平導体板37に至るまでに180度転移されている。また、16本の素線29が平導体板37と他方の引き出し導体板28との間に並列に接続されて2層となってティース20b,21bの他側のスロット20c,21c内に収納され、平導体板37から他方の引き出し導体板28に至るまでに180度転移されている。そして、平導体板37および引き出し導体板27,28がコイルエンドを構成する。
従って、この実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
Although not shown in the second embodiment, the
Therefore, also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3に係る回転機におけるバスリングの配列状態を説明する斜視図である。
図7において、U相バスリング40は、リング状の基部40aと、基部40aの内周から相対して径方向内方に延設された一対の突起状端子40bと、を有する。U相バス41は、給電端子41aと、突起状端子41bと、を有する。V相バスリング42は、リング状の基部42aと、基部42aの内周から相対して径方向内方に延設された一対の突起状端子42bと、を有する。V相バス43は、給電端子43aと、突起状端子43bと、を有する。W相バスリング44は、リング状の基部44aと、基部44aの内周から相対して径方向内方に延設された一対の突起状端子44bと、を有する。W相バス45は、給電端子45aと、突起状端子45bと、を有する。中性点接続用バス46は、円弧形の基部46aと、基部46aの内周から60度の角度ピッチで径方向内方に延設された3つの突起状端子46bと、を有する。基部40a,42a,44aは同一形状に作製され、基部46aは、基部40a,42a,44aと同一の半径の円弧形に形成されている。U相バスリング40、U相バス41、V相バスリング42、V相バス43、W相バスリング44、W相バス45および中性点接続用バス46は、例えば、銅薄板をプレス成形して作製され、エナメルなどの絶縁樹脂が被覆されている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a perspective view for explaining an arrangement state of bus rings in a rotating machine according to Embodiment 3 of the present invention.
In FIG. 7, the
U相バスリング40、V相バスリング42、W相バスリング44は、ハウジング11の外周に、基部40a,42a,44aを、同軸に、かつ軸方向に所定距離離間して、互いに平行に配設される。この時、基部40a,42a,44aは、断面矩形の長辺で構成される平面が回転軸13の軸心と直交するように配列される。また、基部40a,42a,44aは突起状端子40b、42b、44bが互いに周方向に120度ずれるように配列されている。また、中性点接続用バス46は、その基部46aを基部44aに対して軸方向に所定距離離間させて、突起状端子46bが軸方向から見て基部40a,42a,44aの突起状端子40b、42b、44bと重なるように配設される。
The
U相バス41は、突起状端子41bが軸方向から見てU相バスリング40の突起状端子40bと重なり、給電端子41aが軸方向から見て基部40aの接線方向に延出するように、U相バスリング40に対して軸方向に離間して配設される。V相バス43は、突起状端子43bが軸方向から見てV相バスリング42の突起状端子42bと重なり、給電端子43aが軸方向から見て基部42aの接線方向に延出するように、V相バスリング42に対して軸方向に離間して配設される。W相バス45は、突起状端子45bが軸方向から見てW相バスリング44の突起状端子44bと重なり、給電端子45aが軸方向から見て基部44aの接線方向に延出するように、W相バスリング44に対して軸方向に離間して配設される。給電端子41a,43a,45aは、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で、かつ断面矩形の長辺で構成される該平面を回転軸13の軸心と直交させて配列されている。
なお、他の構成は上記実施の形態1と同様に構成されている。
The
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
この実施の形態3では、図示していないが、U相を構成する一方の相コイル23に接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、U相バス41の突起状端子41bに接続され、引き出し導体板27の端部が、U相バスリング40の一方の突起状端子40bに接続される。U相を構成する他方の相コイル23に接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、U相バスリング40の他方の突起状端子40bに接続され、引き出し導体板27の端部が、中性点接続用バス46のU相用の突起状端子46bに接続される。これにより、U相を構成する2つの相コイル23が直列接続される。
In the third embodiment, although not shown, the end of the
また、V相を構成する一方の相コイル23に接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、V相バス43の突起状端子43bに接続され、引き出し導体板27の端部が、V相バスリング42の一方の突起状端子42bに接続される。V相を構成する他方の相コイル23に接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、V相バスリング42の他方の突起状端子42bに接続され、引き出し導体板27の端部が、中性点接続用バス46のV相用の突起状端子46bに接続される。これにより、V相を構成する2つの相コイル23が直列接続される。
Further, the end of the
さらに、W相を構成する一方の相コイル23に接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、W相バス45の突起状端子45bに接続され、引き出し導体板27の端部が、W相バスリング44の一方の突起状端子44bに接続される。W相を構成する他方の相コイル23に接続され、ハウジング11から引き出された引き出し導体板28の端部が、W相バスリング44の他方の突起状端子44bに接続され、引き出し導体板27の端部が、中性点接続用バス46のW相用の突起状端子46bに接続される。これにより、V相を構成する2つの相コイル23が直列接続される。そして、U相、V相およびW相のコイルがY結線され、固定子コイル22が構成される。
Further, the end of the
この実施の形態3においても、U相バスリング40、V相バスリング42、およびW相バスリング44が断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で配列されているので、基部40a,42a,44aにおける配線抵抗および配線インピーダンスの増大が抑制されるとともに、誘導磁場の発生が抑制される。
また、U相バス41、V相バス43、およびW相バス45の給電端子41a,43a,45aが、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で配列されているので、給電端子41a,43a,45aにおける配線抵抗および配線インピーダンスの増大が抑制されるとともに、誘導磁場の発生が抑制される。
Also in the third embodiment, the
In addition, the power supply terminals 41a, 43a, 45a of the
なお、上記各実施の形態では、第1および第2磁性体を有する回転子と、第1および第2固定子鉄心を有する固定子とを備えた磁気誘導子形同期回転機を用いて説明しているが、本発明の回転機は、磁気誘導子形同期回転機に限定されるものではない。例えば、回転子は単一の磁性体で構成し、界磁コイルを巻装してもよく、非磁性体で構成し、永久磁石を装備したものでもよい。また、単一の固定子鉄心でもよい。
また、上記各実施の形態では、相コイルが集中巻きの巻線で構成されているものとしているが、相コイルは集中巻きの巻線に限定されるものではなく、例えば、分布巻きの巻線、波巻きの巻線であってもよい。
In each of the above embodiments, a magnetic inductor type synchronous rotating machine including a rotor having first and second magnetic bodies and a stator having first and second stator cores will be described. However, the rotating machine of the present invention is not limited to the magnetic inductor type synchronous rotating machine. For example, the rotor may be composed of a single magnetic material and may be wound with a field coil, or may be composed of a non-magnetic material and equipped with a permanent magnet. A single stator core may also be used.
Further, in each of the above embodiments, the phase coil is configured by concentrated winding, but the phase coil is not limited to concentrated winding, for example, distributed winding. A wave winding may also be used.
また、上記各実施の形態では、相コイルが素線を積み重ねて2つの素線列に構成された素線転移導体で作製され、素線の巻き始めから巻き終わりまで180度転移されているものとしているが、素線の巻き始めから巻き終わりまでの転移角度は180度に限定されるものではなく、180度×n(n:整数)であればよい。なお、素線転移導体の製造し易さの観点から、転移角度を180度とすることが好ましい。また、閉ループ状の素線対に流れる循環電流の問題を考慮しない場合には、素線転移導体を用いる必要はない。 In each of the above embodiments, the phase coil is made of a strand transition conductor formed by stacking strands and configured in two strands, and is shifted 180 degrees from the start of winding of the strand to the end of winding. However, the transition angle from the winding start to the winding end of the strand is not limited to 180 degrees, and may be 180 degrees × n (n: integer). In addition, it is preferable that a transition angle shall be 180 degree | times from a viewpoint of the ease of manufacture of a strand transition conductor. Moreover, when the problem of the circulating current flowing through the closed-loop wire pair is not considered, it is not necessary to use the wire transfer conductor.
10 回転機、11 ハウジング、12 軸受、13 回転軸、14 回転子、15 第1磁性体、15a 基部、15b 突極、16 第2磁性体、16a 基部、16b 突極、18 固定子、19 固定子鉄心、20 第1固定子鉄心、20b ティース(第1ティース)、20c スロット(第1スロット)、21 第2固定子鉄心、21b ティース(第2ティース)、21c スロット(第2スロット)、22 固定子コイル(トルク発生用駆動コイル)、23,35 相コイル、24,36 素線転移導体、25 スロット内導体部分、26 スロット外導体部分、27,28 引き出し導体板(口出し線)、29 素線、30c,31c,32c,41a,43a,45a 給電端子、37 平導体板、34 界磁コイル(界磁起磁力発生用コイル)。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記ハウジング内に配設され、かつ上記回転軸に同軸に固着された回転子と、
上記ハウジング内に上記回転子を囲繞するように配置され、内周側に開口するスロットを画成するようにティースが周方向に等角ピッチで配列された固定子鉄心、および該固定子鉄心に巻装されたトルク発生用駆動コイルを有する固定子と、を備え、
上記トルク発生用駆動コイルが複数の相コイルから構成され、上記複数の相コイルのそれぞれがその巻き始めと巻き終わりとに接続された一対の口出し線を有し、
上記一対の口出し線は、それぞれ断面矩形に作製され、断面矩形の長辺で構成される平面を相対して互いに平行な状態で、かつ断面矩形の長辺で構成される該平面を上記固定子鉄心の端面に沿って上記回転軸の軸心と直交させて径方向外方に延びて上記ハウジング外まで引き出されていることを特徴とする回転機。 A rotating shaft rotatably supported in the housing;
A rotor disposed in the housing and coaxially fixed to the rotation shaft;
A stator core disposed in the housing so as to surround the rotor and having teeth arranged in an equiangular pitch in the circumferential direction so as to define a slot opening on an inner peripheral side; and the stator core A stator having a wound torque generating drive coil, and
The torque generating drive coil is composed of a plurality of phase coils, and each of the plurality of phase coils has a pair of lead wires connected to the winding start and winding end,
Each of the pair of lead wires is made to have a rectangular cross section, and the plane constituted by the long sides of the rectangular cross section is parallel to each other and the plane constituted by the long sides of the rectangular cross section is the stator. A rotating machine characterized in that it extends radially outward along the end face of the iron core perpendicular to the axis of the rotating shaft and is drawn out of the housing.
上記素線転移導体を構成する素線が、上記一対のスロット内導体部分の一方で90度転移され、上記スロット外導体部分で上記素線転移導体内位置を維持され、上記一対のスロット内導体部分の他方で更に90度転移されて、全体として180度転移されていることを特徴とする請求項3記載の回転機。 Each of the plurality of phase coils is wound around the teeth in a concentrated turn for one turn, and is configured by stacking a plurality of strands to form a two-layer strand, arranged along one end surface of the teeth. A strand transfer conductor comprising a slot outer conductor portion and a pair of in-slot conductor portions that extend from the slot outer conductor portion to both sides and are respectively housed in the slots sandwiching the teeth; and A pair of lead conductor plates disposed along the other end surface and electrically connected to the end portions of the wire transition conductors extending to the other end sides of the slots on both sides,
The strands constituting the strand transition conductor are shifted by 90 degrees in one of the pair of in-slot conductor portions, the position in the strand transition conductor is maintained in the outside conductor portion of the slot, and the pair of in-slot conductors 4. The rotating machine according to claim 3, wherein the other part is further shifted by 90 degrees and is shifted by 180 degrees as a whole.
上記一対の素線転移導体のそれぞれを構成する素線が、180度転移されていることを特徴とする請求項3記載の回転機。 Each of the plurality of phase coils is wound in one turn on the teeth in a concentrated manner, and is formed into a two-layered wire array by stacking a plurality of strands in the slots on both sides sandwiching the teeth. A pair of strand transition conductors respectively housed in each of the first and second ends of the pair of strand transition conductors disposed along one end face of the teeth and extending to one end side of the slot on both sides. A pair of flat conductor plates to be connected and a pair of electrical conductors that are disposed along the other end surfaces of the teeth and that are electrically connected to the ends of the pair of strand transition conductors that extend to the other end sides of the slots on both sides, respectively. A lead conductor plate,
The rotating machine according to claim 3, wherein the strands constituting each of the pair of strand transition conductors are shifted by 180 degrees.
上記固定子鉄心は、上記第1磁性体を囲繞するように配置され、内周側に開口する第1スロットを画成するように第1ティースが周方向に等角ピッチで配列された第1固定子鉄心と、内周側に開口する第2スロットを画成するように第2ティースが周方向に等角ピッチで配列され、上記第1固定子鉄心と軸方向に所定間隔離間して、かつ上記第2ティースを上記第1ティースに軸方向に対向させて、上記第2磁性体を囲繞するように配置された第2固定子鉄心と、を備え、
上記複数の相コイルのそれぞれが、軸方向に対向する上記第1ティースと上記第2ティースとの対に集中巻きに巻回されており、
さらに、界磁起磁力発生用コイルが、上記回転軸を周回して円筒状に巻回されて、上記第1固定子鉄心と上記第2固定子鉄心との間に介装されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の回転機。 The rotor includes first and second magnetic bodies disposed at an equiangular pitch in the circumferential direction on the outer periphery of a cylindrical base portion having salient poles each having a rotation shaft insertion hole at an axial center position. A semi-salient pitch is shifted in the circumferential direction and arranged coaxially at a predetermined interval in the axial direction, and the rotation shaft is inserted into and fixed to the rotation shaft insertion hole.
The stator iron core is disposed so as to surround the first magnetic body, and first teeth are arranged at an equiangular pitch in the circumferential direction so as to define a first slot opened to the inner circumferential side. Second teeth are arranged at an equiangular pitch in the circumferential direction so as to define a stator core and a second slot that opens to the inner circumferential side, and spaced apart from the first stator core by a predetermined interval in the axial direction. And a second stator core disposed so as to surround the second magnetic body with the second teeth axially opposed to the first teeth,
Each of the plurality of phase coils is wound in a concentrated manner around the pair of the first tooth and the second tooth facing in the axial direction,
Further, the field magnetomotive force generating coil is wound around the rotating shaft into a cylindrical shape and is interposed between the first stator core and the second stator core. The rotating machine according to any one of claims 3 to 5, characterized in that:
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