JP2010273458A - Three-phase rotary electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、3相回転電機に関する。 The present invention relates to a three-phase rotating electrical machine.
従来、3相回転電機として、例えば特許文献1に開示されている3相分布巻モータがある。この3相分布巻モータは、ステータコアと、U相コイルと、V相コイルと、W相コイルとを備えている。ステータコアは、軸心方向に突出する18のティースを有している。ティースの間には、相コイルを収容するスロットが形成されている。U相コイルは、2スロット置きにスロットに収容されている。また、V相コイルは、U相コイルから1スロットずれ、2スロット置きにスロットに収容されている。さらに、W相コイルは、V相コイルから1スロットずれ、2スロット置きにスロットに収容されている。
Conventionally, as a three-phase rotating electric machine, for example, there is a three-phase distributed winding motor disclosed in
ところで、前述した3相分布巻モータは、各相コイルが1スロットずつずれ、2スロット置きにスロットに収容されている。そのため、各相コイルのコイルエンドが径方向に接触して配置されることとなる。この場合、コイルエンドにおいて相間絶縁をしなければならず、構成が複雑になり、組付けを容易に行うことができないという問題があった。これに対し、別々のティースに各相コイルを集中巻する構成が広く用いられている。これにより、各相コイルのコイルエンドが径方向に接触して配置されることはなくなる。そのため、コイルエンドにおいて相間絶縁をする必要がなくなる。しかし、同一スロットに異なる相の相コイルが収容され、周方向に接触して配置されることとなるため、スロット内において相間絶縁をしなければならない。また、この場合、同一の体格及び同一の巻線仕様で比較すると、モータとしての性能が低下してしまうという問題もあった。 By the way, in the above-described three-phase distributed winding motor, each phase coil is shifted by one slot and accommodated in every two slots. Therefore, the coil ends of the respective phase coils are arranged in contact with each other in the radial direction. In this case, there is a problem in that the coil ends must be insulated from each other, the configuration becomes complicated, and the assembly cannot be performed easily. On the other hand, the structure which concentrates each phase coil on separate teeth is widely used. Thereby, the coil ends of the respective phase coils are not arranged in contact with each other in the radial direction. Therefore, it is not necessary to perform interphase insulation at the coil end. However, since phase coils of different phases are accommodated in the same slot and are arranged in contact with each other in the circumferential direction, it is necessary to insulate the phases in the slot. Further, in this case, there is a problem that the performance as a motor is reduced when compared with the same physique and the same winding specification.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、相間絶縁することなく、容易に組付けができ、性能の低下も抑えることができる3相回転電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a three-phase rotating electrical machine that can be easily assembled without interphase insulation, and that can suppress deterioration in performance.
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、歯状部として、第1歯状部と、最小歯幅が第1歯状部の最小歯幅より広い第2歯状部を設け、第2歯状部に電機子相巻線を集中巻にて巻回することで、相間絶縁することなく、容易に組付けができ、性能の低下も抑えられることを思いつき、本発明を完成するに至った。 Therefore, as a result of intensive research and trial and error to solve this problem, the present inventor has, as a tooth-like part, a first tooth-like part and a minimum tooth width wider than the minimum tooth width of the first tooth-like part. By providing the second tooth-like part and winding the armature phase winding around the second tooth-like part with concentrated winding, it is possible to easily assemble without interphase insulation and to suppress the deterioration of performance. As a result, the present invention has been completed.
すなわち、請求項1に記載の3相回転電機は、周面に磁極が形成される回転子と、回転子の周面に対向する複数の歯状部を有する電機子鉄心と、電機子鉄心の歯状部に巻回される第1相巻線、第2相巻線及び第3相巻線と、を備えた3相回転電機において、回転子は、周面に形成される磁極の総数Pが4以上の偶数であり、複数の歯状部は、第1歯状部と、最小歯幅が第1歯状部の最小歯幅より広い第2歯状部とからなり、第1歯状部と第2歯状部の総数Nが3P/2であり、かつ、第1歯状部の数と第2歯状部の数が等しく、第1歯状部と第2歯状部が周方向に交互に配置され、第1相巻線、第2相巻線及び第3相巻線は、それぞれ異なる第2歯状部に集中巻にて巻回され、第1歯状部には巻回されないことを特徴とする。
That is, the three-phase rotating electrical machine according to
この構成によれば、U相巻線、V相巻線及びW相巻線は、それぞれ異なる第2歯状部に集中巻にて巻回される。第2歯状部に巻回された各相巻線の間には第1歯状部が配置されることとなる。そのため、U相巻線、V相巻線及びW相巻線が互いに接触することはない。従って、相間絶縁をする必要がない。また、集中巻であり、容易に巻線をすることができる。しかも、第1歯状部より歯幅が広い第2歯状部によって磁束を確保できるため、性能の低下を抑えることができる。従って、相間絶縁することなく、容易に組付けができ、性能の低下も抑えることができる。 According to this configuration, the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding are wound by concentrated winding on different second teeth. A 1st tooth-like part will be arrange | positioned between each phase coil | winding wound by the 2nd tooth-like part. Therefore, the U-phase winding, the V-phase winding, and the W-phase winding do not contact each other. Therefore, there is no need to provide interphase insulation. Moreover, it is a concentrated winding and can be easily wound. And since a magnetic flux can be ensured by the 2nd tooth-like part whose tooth | gear width is wider than a 1st tooth-like part, the fall of performance can be suppressed. Therefore, it is possible to easily assemble without interphase insulation, and to suppress a decrease in performance.
請求項2に記載の3相回転電機は、第2歯状部の最小歯幅は、第1歯状部の最小歯幅の1.5倍以上、より好ましくは2倍以上であることを特徴とする。この構成によれば、性能の低下を確実に抑えることができる。 The three-phase rotating electrical machine according to claim 2 is characterized in that the minimum tooth width of the second tooth portion is 1.5 times or more, more preferably twice or more the minimum tooth width of the first tooth portion. And According to this configuration, it is possible to reliably suppress a decrease in performance.
請求項3に記載の3相回転電機は、回転子は、直軸の磁気抵抗と横軸の磁気抵抗が異なることを特徴とする。この構成によれば、リラクタンストルクを出力することができる。そのため、性能の低下をより確実に抑えることができる。 The three-phase rotating electrical machine according to claim 3 is characterized in that the rotor has a difference in magnetoresistance of the straight axis and that of the horizontal axis. According to this configuration, reluctance torque can be output. Therefore, it is possible to more reliably suppress the performance degradation.
請求項4に記載の3相回転電機は、ハイブリッド車両に搭載され、200Vを超える高電圧を電源とする機器に用いられることを特徴とする。この構成によれば、ハイブリッド車両に搭載され、200Vを超える高電圧を電源とする機器に用いられる3相回転電機において、相間絶縁することなく、容易に組付けができ、性能の低下も抑えることができる。 The three-phase rotating electrical machine according to claim 4 is mounted on a hybrid vehicle and is used for a device that uses a high voltage exceeding 200V as a power source. According to this configuration, in a three-phase rotating electrical machine that is mounted on a hybrid vehicle and is used in a device that uses a high voltage exceeding 200 V as a power source, it can be easily assembled without interphase insulation, and performance degradation can be suppressed. Can do.
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る3相回転電機を、ハイブリッド車両に搭載され、3相交流電流が流れることでトルクを発生する3相同期電動機に適用した例を示す。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. In the present embodiment, an example in which the three-phase rotating electrical machine according to the present invention is applied to a three-phase synchronous motor that is mounted on a hybrid vehicle and generates torque by flowing a three-phase alternating current is shown.
まず、図1を参照して3相同期電動機の構成について説明する。ここで、図1は、本実施形態における3相同期電動機の固定子及び回転子を軸方向から見た平面図である。 First, the configuration of the three-phase synchronous motor will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a plan view of the stator and the rotor of the three-phase synchronous motor in the present embodiment as seen from the axial direction.
図1に示す3相同期電動機1(3相回転電機)は、ハイブリッド車両に搭載され、200Vを超える高電圧を電源とする機器に用いられるものである。3相同期電動機1は、3相交流電圧が供給され、3相交流電流が流れることでトルクを発生する。3相同期電動機1は、回転子10と、固定子11とを備えている。
A three-phase synchronous motor 1 (three-phase rotating electric machine) shown in FIG. 1 is mounted on a hybrid vehicle and used for a device that uses a high voltage exceeding 200V as a power source. The three-phase
回転子10は、固定子11の発生する磁束と鎖交することでトルクを発生する部材である。回転子10は、ヨーク部100と、磁石101a〜101とを備えている。
The
ヨーク部100は、磁路の一部を構成する円柱状の部材である。ヨーク部100は、硅素鋼板を積層して構成されている。ヨーク部100の外周部には、外周側に開口する略Y字状であって軸方向に貫通する貫通孔100aが、周方向に等角度ピッチ45度(機械角)で8個設けられている。ヨーク部110は、回転軸12に固定されている。
The
磁石101は、磁束を発生する矩形板状の部材である。磁石101は、ヨーク部100の貫通孔100aに収容され、ヨーク部100の外周側に開口するV字状に配置されている。磁石101は、ヨーク部100の外周面に、周方向に交互に異なる磁極が形成されるよう、板厚方向に着磁されている。
The
これにより、回転子10を構成するヨーク部100の外周面に、8極の磁極が形成されることとなる。磁極の総数Pは8である。また、回転子10を構成するヨーク部100の直軸の磁気抵抗と、直軸に対して電気角で90度の位置にある横軸の磁気抵抗が異なることとなる。
As a result, eight magnetic poles are formed on the outer peripheral surface of the
固定子11は、所定のタイミングで電流が流れることで回転磁界を発生する部材である。固定子11は、電機子鉄心110と、U相巻線111(第1相巻線)と、V相巻線112(第2相巻線)と、W相巻線113(第3相巻線)とを備えている。
The
電機子鉄心110は、磁路の一部を構成するとともに、U相巻線111、V相巻線112及びW相巻線113が巻回される略円筒状の部材である。電機子鉄心110は、硅素鋼板を積層して構成されている。電機子鉄心110は、バックヨーク部110aと、複数の歯状部を構成する狭幅歯状部110b〜110g(歯状部、第1歯状部)と、広幅歯状部110h〜110m(歯状部、第2歯状部)とを備えている。
The
バックヨーク部110aは、円筒状の部位である。狭幅歯状部110b〜110g及び広幅歯状部110h〜110mは、バックヨーク部110aの内周面から軸心方向に突出し、回転子10の外周面と所定のエアギャップを隔てて対向する略直方体状の部位である。広幅歯状部110h〜110mの最小歯幅Wwは、狭幅歯状部110b〜110gの最小歯幅Wnより広く設定されている。具体的には、狭幅歯状部110b〜110gの最小歯幅Wnが2mm、広幅歯状部110h〜110mの最小歯幅Wwが13mmに設定されている。つまり、広幅歯状部110h〜110mの最小歯幅Wwが、狭幅歯状部110b〜110gの最小歯幅Wnの6.5倍に設定されている。また、狭幅歯状部110b〜110gと広幅歯状部110h〜110mの総数Nは、磁極の総数Pに対して3P/2となる12に設定されている。さらに、狭幅歯状部110b〜110gの数と広幅歯状部110h〜110mの数は等しく、ともに6に設定されている。狭幅歯状部110b〜110g及び広幅歯状部110h〜110mは、周方向に等角度ピッチ30度(機械角)で交互に配置されている。
The
U相巻線111、V相巻線112及びW相巻線113は、所定のタイミングで電流が流れることで回転磁界を発生する部材である。U相巻線111は、広幅歯状部110h、110kに集中巻にて巻回されている。V相巻線112は、広幅歯状部110i、110lに集中巻にて巻回されている。W相巻線113は、広幅歯状部110j、110mに集中巻にて巻回されている。また、U相巻線111、V相巻線112及びW相巻線113は、狭幅歯状部110b〜110gには巻回されていない。U相巻線111、V相巻線112及びW相巻線113はY結線されている。
The U-phase winding 111, the V-phase winding 112, and the W-phase winding 113 are members that generate a rotating magnetic field when a current flows at a predetermined timing. The U-phase winding 111 is wound around the
次に、図1を参照して3相同期電動機の動作について説明する。図1に示す3相同期電動機において、U相巻線111、V相巻線112及びW相巻線113に所定のタイミングで3相交流電流を流すと、回転子10は、磁石101の磁束に起因した、いわゆるマグネットトルクを発生する。また、直軸の磁気抵抗と、横軸の磁気抵抗の違いに起因した、いわゆるリラクタンストルクを発生する。そして、回転軸12が回転する。
Next, the operation of the three-phase synchronous motor will be described with reference to FIG. In the three-phase synchronous motor shown in FIG. 1, when a three-phase alternating current is passed through the U-phase winding 111, the V-phase winding 112, and the W-phase winding 113 at a predetermined timing, the
最後に、図1〜図3を参照して効果について説明する。ここで、図2は、比較例としての従来の3相同期電動機の固定子及び回転子を軸方向から見た平面図である。図3は、同一電流を流した場合における、図1に示す3相同期電動機と、図2に示す3相同期電動機の電流位相に対する出力トルクの解析結果を示すグラフである。 Finally, effects will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 is a plan view of a stator and a rotor of a conventional three-phase synchronous motor as a comparative example viewed from the axial direction. FIG. 3 is a graph showing an analysis result of the output torque with respect to the current phase of the three-phase synchronous motor shown in FIG. 1 and the three-phase synchronous motor shown in FIG. 2 when the same current flows.
図2に示すように、比較例である従来の3相同期電動機1’の回転子10’は、図1に示す本実施形態の3相同期電動機1の回転子10と同一構成である。固定子11’の歯状部110b’は全て同一形状である。歯状部110b’の数は48であり、周方向に等角度ピッチ7.5度(機械角)で配置されている。U相巻線111’、V相巻線112’及びW相巻線113’は、歯状部110b’間に形成されるスロットに収容されている。各相巻線111’,112’,113’は、4スロットずつずれ、5スロット置きに収容されている。回転子10’の外径、固定子11’の外径、エアギャップの寸法、相巻線111’、112’、113の総ターン数及び相巻線111’、112’、113の抵抗は、本実施形態の3相同期電動機1と同一に設定されている。
As shown in FIG. 2, the
U相巻線111、V相巻線112及びW相巻線113に所定のタイミングで3相交流電流を流すと、3相同期電動機1、1’はトルクを発生する。出力トルクは、流す3相交流電流の位相を調整することで変化する。図3に示すように、従来の3相同期電動機1’では、最大出力トルクが6.64Nmであったのに対して、本実施形態の3相同期電動機1では、最大出力トルクが6.90Nmであった。
When a three-phase alternating current is passed through the U-phase winding 111, the V-phase winding 112, and the W-phase winding 113 at a predetermined timing, the three-phase
本実施形態によれば、U相巻線111、V相巻線112及びW相巻線113は、それぞれ異なる広幅歯状部に集中巻にて巻回されている。広幅歯状部110h〜110mに巻回された各相巻線111、112、113の間には、狭幅歯状部110b〜110gが配置されることとなる。そのため、U相巻線111、V相巻線112及びW相巻線113が互いに接触することはない。従って、相間絶縁をする必要がない。また、各相巻線111、112、113集中巻であり、容易に巻線をすることができる。しかも、狭幅歯状部110b〜110gより歯幅が広い広幅歯状部110h〜110mによって磁束を確保できるため、性能の低下を抑えることができる。従って、ハイブリッド車両に搭載され、200Vを超える高電圧を電源とする機器に用いられる3相同期電動機1において、相間絶縁することなく、容易に組付けができ、性能の低下も抑えることができる。
According to the present embodiment, the U-phase winding 111, the V-phase winding 112, and the W-phase winding 113 are wound around different wide tooth portions by concentrated winding. Between the
また、本実施形態によれば、広幅歯状部110h〜110mの最小歯幅Wwが、狭幅歯状部110b〜110gの最小歯幅Wnの6.5倍に設定されている。そのため、磁束を充分に確保でき、性能の低下を確実に抑えることができる。
Further, according to the present embodiment, the minimum tooth width Ww of the
さらに、本実施形態によれば、回転子10は、直軸の磁気抵抗と横軸の磁気抵抗が異なるように設定されている。そのため、リラクタンストルクを出力することができ、性能の低下をより確実に抑えることができる。
Furthermore, according to the present embodiment, the
なお、本実施形態では、広幅歯状部110h〜110mの最小歯幅Wwが、狭幅歯状部110b〜110gの最小歯幅Wnの6.5倍に設定されている例を挙げているが、これに限られるものではない。広幅歯状部の最小歯幅Wwが、狭幅歯状部の最小歯幅Wnの1.5倍以上、より好ましくは2倍以上あれば、従来構成と同等の実用上問題ない性能を確保することができる。
In the present embodiment, an example is given in which the minimum tooth width Ww of the
また、本実施形態では、磁極の総数Pが8であり、狭幅歯状部110b〜110gと広幅歯状部110h〜110mの総数Nが12である例を挙げているが、これに限られるものではない。磁極の総数Pが4以上の偶数であり、幅歯状部と広幅歯状部の総数Nが、磁極の総数Pに対してN=3P/2の関係にあれば、同様の構成とすることができ、同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the total number P of the magnetic poles is 8, and the total number N of the
さらに、本実施形態では、ヨーク部100に設けられた貫通孔100aに磁石101が収容されている、いわゆる磁石埋め込み型の回転子10を用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。図4に示すように、ヨーク部200の外周面に円弧状又は円筒状の磁石201を固定した、いわゆる表面磁石型の回転子20を用いてもよい。また、図5に示すように、図1の回転子10から磁石101を取り除いた、略Y字状であって軸方向に貫通する貫通孔300aを有し、直軸の磁気抵抗と横軸の磁気抵抗が異なる回転子30を用いてもよい。
Furthermore, in the present embodiment, an example using a so-called magnet-embedded
加えて、本実施形態では、本発明に係る3相回転電機を同期電動機に適用した例を挙げているが、これに限られるものではない。発電機に適用してもよい。 In addition, in this embodiment, although the example which applied the three-phase rotary electric machine which concerns on this invention to the synchronous motor is given, it is not restricted to this. You may apply to a generator.
1、1’・・・3相同期電動機(3相回転電機)、10、10’、20、30・・・回転子、100・・・ヨーク部、100a、300a・・・貫通孔、101、201・・・磁石、11、11’・・・固定子、110・・・電機子鉄心、110a・・・バックヨーク部、110b〜110g・・・狭幅歯状部(歯状部、第1歯状部)、110h〜110m・・・広幅歯状部(歯状部、第2歯状部)、110b’・・・歯状部、111、111’・・・U相巻線、112、112’・・・V相巻線、113、113’・・・W相巻線、12・・・回転軸
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記回転子の周面に対向する複数の歯状部を有する電機子鉄心と、
前記電機子鉄心の前記歯状部に巻回される第1相巻線、第2相巻線及び第3相巻線と、
を備えた3相回転電機において、
前記回転子は、周面に形成される磁極の総数Pが4以上の偶数であり、
複数の前記歯状部は、第1歯状部と、最小歯幅が前記第1歯状部の最小歯幅より広い第2歯状部とからなり、前記第1歯状部と前記第2歯状部の総数Nが3P/2であり、かつ、前記第1歯状部の数と前記第2歯状部の数が等しく、前記第1歯状部と前記第2歯状部が周方向に交互に配置され、
前記第1相巻線、前記第2相巻線及び前記第3相巻線は、それぞれ異なる前記第2歯状部に集中巻にて巻回され、前記第1歯状部には巻回されないことを特徴とする3相回転電機。 A rotor with magnetic poles formed on the peripheral surface;
An armature core having a plurality of teeth facing the circumferential surface of the rotor;
A first phase winding, a second phase winding and a third phase winding wound around the tooth-like portion of the armature core;
In a three-phase rotating electric machine with
In the rotor, the total number P of magnetic poles formed on the peripheral surface is an even number of 4 or more,
The plurality of tooth-like portions are composed of a first tooth-like portion and a second tooth-like portion whose minimum tooth width is wider than the minimum tooth width of the first tooth-like portion, and the first tooth-like portion and the second tooth-like portion. The total number N of the tooth-like portions is 3P / 2, the number of the first tooth-like portions and the number of the second tooth-like portions are equal, and the first tooth-like portion and the second tooth-like portion are circumferential. Alternately arranged in the direction,
The first phase winding, the second phase winding, and the third phase winding are wound around different second tooth portions by concentrated winding, and are not wound around the first tooth portions. A three-phase rotating electrical machine.
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JP2009123613A JP2010273458A (en) | 2009-05-21 | 2009-05-21 | Three-phase rotary electric machine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10862355B2 (en) | 2016-10-07 | 2020-12-08 | Denso Corporation | Armature with a core having teeth of different circumferential widths and electric motor including the armature and a rotor |
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2009
- 2009-05-21 JP JP2009123613A patent/JP2010273458A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10862355B2 (en) | 2016-10-07 | 2020-12-08 | Denso Corporation | Armature with a core having teeth of different circumferential widths and electric motor including the armature and a rotor |
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