JP2011045193A - 回転電機及びその駆動システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の回転電機1は、第1の巻線群4aと第2の巻線群4bがπ/6の位相差をもって巻装されている。また、第1の巻線群4aは各相巻線が互いに接続されてΔ結線を形成し、第2の巻線群4bはΔ結線の各相巻線間に対して接続されてY結線を形成することで、ΔY複合結線を形成しているため、通常の三相交流電流を通電すれば、必然的に両巻線群4a、4bに通電される電流もπ/6の位相差を有する。これによって、両巻線群4a、4bそれぞれの第6次高調波は互いに相殺されるため回転電機1の磁気騒音やトルクリップルを低減でき、且つ、位相の異なる第1の巻線群4aと第2の巻線群4bとを単一のインバータ5で駆動することができるので、システムの大型化やコストの増大を抑制できる。
【選択図】図3
Description
本発明は、NS磁極が交互に形成される回転子と、回転子と対向して配置されると共にティースを周方向に複数有する固定子コアと、ティースに集中巻で巻装される巻線とを備える回転電機において、磁極の数は10nまたは14nであると共にティースの数は12nであって(nは自然数)、巻線は、X相巻線、Y相巻線、Z相巻線からなる第1の巻線群と、U相巻線、V相巻線、W相巻線からなる第2の巻線群とを有するとともに、周方向に順に、U相巻線、X相巻線、V相巻線、Y相巻線、W相巻線、Z相巻線、と配置され、U相巻線とX相巻線、V相巻線とY相巻線、W相巻線とZ相巻線とは、互いに巻回方向が異なるようにティースに巻装され、第1の巻線群および第2の巻線群のうち一方の巻線群は、各相巻線が互いに接続されてΔ結線を形成し、他方の巻線群の各相巻線は、一端部が一方の巻線群の各相巻線間に接続されてY結線を形成すると共に他端部が外部接続端子を形成するか、若しくは、一端部が一方の巻線群の各相巻線間に接続されて外部接続端子を形成すると共に他端部が中性点で接続されてY結線を形成することで、ΔY複合結線を形成し、ΔY複合結線を固定子コアの周方向に2n組有することを特徴とする。
(請求項2の発明)
請求項1に記載の回転電機において、第1の巻線群と第2の巻線群のうち、Δ結線される一方の巻線群の各ティースへの巻回数は、Y結線される他方の巻線群の各ティースへの巻回数に対して1.6〜1.9倍の範囲内であることを特徴とする。
(請求項3の発明)
本発明は、NS磁極が交互に形成される回転子と、回転子と対向して配置されたティースを周方向に複数有する固定子コアと、ティースに集中巻で巻装されたコイルを接続して形成される巻線とを備える回転電機において、磁極の数は10nまたは14nであると共にティースの数は12nであって(nは自然数)、巻線は、第1の巻線群と第2の巻線群とを有し、第1の巻線群は、互いに巻回方向が異なるX1単位巻線とX2単位巻線とからなるX相巻線と、互いに巻回方向が異なるY1単位巻線とY2単位巻線とからなるY相巻線と、互いに巻回方向が異なるZ1単位巻線とZ2単位巻線とからなるZ相巻線と、からなると共に、周方向に順に、X1単位巻線、X2単位巻線、Y1単位巻線、Y2単位巻線、Z1単位巻線、Z2単位巻線と配置され、第2の巻線群は、互いに巻回方向が異なるU1単位巻線とU2単位巻線とからなるU相巻線と、互いに巻回方向が異なるV1単位巻線とV2単位巻線とからなるV相巻線と、互いに巻回方向が異なるW1単位巻線とW2単位巻線とからなるW相巻線と、からなると共に、周方向に順に、U1単位巻線、U2単位巻線、V1単位巻線、V2単位巻線、W1単位巻線、W2単位巻線と配置され、U1単位巻線とX2単位巻線、U2単位巻線とY1単位巻線、V1単位巻線とY2単位巻線、V2単位巻線とZ1単位巻線、W1単位巻線とZ2単位巻線、W2単位巻線とX1単位巻線、とがそれぞれ同一のティースに巻装されると共に、U1単位巻線とX1単位巻線、U2単位巻線とX2単位巻線、V1単位巻線とY1単位巻線、V2単位巻線とY2単位巻線、W1単位巻線とZ1単位巻線、W2単位巻線とZ2単位巻線、とは、互いに巻回方向が異なるようにティースに巻装され、第1の巻線群および第2の巻線群のうち一方の巻線群は、各相巻線が互いに接続されてΔ結線を形成し、他方の巻線群の各相巻線は、一端部が一方の巻線群の各相巻線間に接続されてY結線を形成すると共に他端部が外部接続端子を形成するか、若しくは、一端部が一方の巻線群の各相巻線間に接続されて外部接続端子を形成すると共に他端部が中性点で接続されてY結線を形成することで、ΔY複合結線を形成し、ΔY複合結線を固定子コアの周方向に2n組有することを特徴とする回転電機。
(請求項4の発明)
請求項3に記載の回転電機において、隣り合う2つのティースに巻装されるX1単位巻線とX2単位巻線、Y1単位巻線とY2単位巻線、Z1単位巻線とZ2単位巻線、U1単位巻線とU2単位巻線、V1単位巻線とV2単位巻線、W1単位巻線とW2単位巻線は、それぞれ直列に接続されていることを特徴とする。
(請求項5の発明)
請求項3または4に記載の回転電機において、第1の巻線群と第2の巻線群のうち、Δ結線される一方の巻線群の各ティースへの巻回数は、Y結線される他方の巻線群の各ティースへの巻回数に対して1.6〜1.9倍の範囲内であることを特徴とする。
(請求項6の発明)
請求項3〜5に記載の何れかの回転電機において、第1の巻線群と第2の巻線群のうち、Δ結線される一方の巻線群はY結線される他方の巻線群の巻線よりも細い巻線を使用すると共に、一方の巻線群はティース間距離の短い内径側に巻装され、他方の巻線群はティース間距離の長い外径側に巻装されることを特徴とする。
(請求項7の発明)
請求項1〜6に記載の何れかに記載の回転電機において、磁極の着磁に、スキュー角を設けることを特徴とした回転電機。
(請求項8の発明)
請求項1〜7に記載の何れかの回転電機と、回転電機を制御する三相インバータを有する回転電機の制御システムにおいて、回転電機は、外部接続端子に接続される単一の三相インバータにより駆動されていることを特徴とする。
(請求項9の発明)
請求項1〜7に記載の何れかに記載の回転電機と、回転電機を制御するレクチファイアを有する回転電機の制御システムにおいて、回転電機は、巻線が3つの外部接続端子に単一のレクチファイアが接続されることにより整流されて直流電流を生成していることを特徴とする。
本実施形態の回転電機1は、図1に示す様に、NS磁極2aが交互に形成される回転子2と、回転子2と対向して配置されると共にティース3aを周方向に複数有する固定子コア3と、ティース3aに集中巻で巻装される巻線4とを備える。
(第1実施形態の効果)
通常、三相交流の回転電機1においては、正弦波電流にパワートランジスタを保護するためのデッドタイム等に起因した高周波成分が重畳しているため、これに起因して電磁騒音やトルクリップルが生じることが知られている。これらの問題の原因となる脈動磁力成分は、基本波に対して第3次高調波成分に基づくものが主成分であり、その磁気加振力は磁束の2乗に比例して分布するため第6次高調波成分である。
(第2実施形態)
本実施形態の回転電機1は、第1実施形態と同様に(図2参照)、NS磁極2aが交互に形成される回転子2と、回転子2と対向して配置されると共にティース3aを周方向に複数有する固定子コア3と、ティース3aに集中巻で巻装される巻線4とを備える。
(第2実施形態の効果)
本実施形態においては、本実施形態の回転電機1は、第1の巻線群4aと第2の巻線群4bとが1ティース3a分ずれて巻装されている。そして、隣り合うティース3aに巻装される第1の巻線群4aと第2の巻線群4bの巻線方向は互いに逆向きであるため、第1の巻線群4aに対して第2の巻線群4bは位相が反転する。このため、ティース3aのピッチにより生じる実質的な位相差は、(1−1/6)π−π=−π/6となる。これによって、磁気騒音やトルクリップルが低減できる効果は第1実施形態と同様であるが、第1の巻線群4aと第2の巻線群4bの対応する相巻線が1ティース分ずれることで3つのティースに渡って巻装されるので、磁束の第3次高調波成分がより均等に分布されるため第6次高調波成分の相殺効果が顕著である。
(第3実施形態)
本実施形態の回転電機1は、第1実施形態と同様に、NS磁極2a(本実施形態では永久磁石)が交互に形成される回転子2と、巻線4が巻装されるティース3aを周方向に複数有する固定子4と、を備える。また、磁極2aとティース3aの構成も、第1実施形態と同様に図2に示す展開図のとおりである。
(第4実施形態)
本実施形態の回転電機1は、第2実施形態と同様に(図8参照)、NS磁極2a(本実施形態では永久磁石)が交互に形成される回転子2と、巻線4が巻装されるティース3aを周方向に複数有する固定子4と、を備える。
(変形実施形態)
第1〜4実施形態の回転電機1は、磁極2a数が10個に対してティース3a数が12個であるが、図13、図14に示す様に磁極2a数を14個としてもよい。この場合、磁極2aの数とティース3aの数との比は7:6となり、磁極2aのピッチπに対するティース2aのピッチは電気角で(1+1/6)πとなる。そして、隣り合うティース3aに巻装される第1の巻線群4aと第2の巻線群4bの巻装方向は互いに逆向きであるため、第1の巻線群4aに対して第2の巻線群4bは位相が反転する。このため、ティース3aのピッチにより生じる実質的な位相差は、(1+1/6)π−π=π/6となる。このように、磁極2aの数とティース3aの数との比は7:6であっても実質的な位相差がπ/6となるため、第1〜4実施形態と同様にして磁気騒音やトルクリップルを低減させることができる。
2 回転子
2a 磁極
3a ティース
3b スロット
4 巻線
4a 第1の巻線群
4b 第2の巻線群
5 インバータ
Claims (9)
- NS磁極が交互に形成される回転子と、
前記回転子と対向して配置されると共にティースを周方向に複数有する固定子コアと、
前記ティースに集中巻で巻装される巻線とを備える回転電機において、
前記磁極の数は10nまたは14nであると共に前記ティースの数は12nであって(nは自然数)、
前記巻線は、X相巻線、Y相巻線、Z相巻線からなる第1の巻線群と、U相巻線、V相巻線、W相巻線からなる第2の巻線群とを有するとともに、周方向に順に、前記U相巻線、前記X相巻線、前記V相巻線、前記Y相巻線、前記W相巻線、前記Z相巻線、と配置され、
前記U相巻線と前記X相巻線、前記V相巻線と前記Y相巻線、前記W相巻線と前記Z相巻線とは、互いに巻回方向が異なるように前記ティースに巻装され、
前記第1の巻線群および前記第2の巻線群のうち一方の巻線群は、各相巻線が互いに接続されてΔ結線を形成し、
他方の巻線群の各相巻線は、一端部が前記一方の巻線群の各相巻線間に接続されてY結線を形成すると共に他端部が外部接続端子を形成するか、若しくは、一端部が前記一方の巻線群の各相巻線間に接続されて外部接続端子を形成すると共に他端部が中性点で接続されてY結線を形成することで、ΔY複合結線を形成し、
前記ΔY複合結線を前記固定子コアの周方向に2n組有することを特徴とする回転電機。 - 請求項1に記載の回転電機において、
前記第1の巻線群と前記第2の巻線群のうち、Δ結線される一方の前記巻線群の各前記ティースへの巻回数は、Y結線される他方の前記巻線群の各前記ティースへの巻回数に対して1.6〜1.9倍の範囲内であることを特徴とする回転電機。 - NS磁極が交互に形成される回転子と、
前記回転子と対向して配置されたティースを周方向に複数有する固定子コアと、
前記ティースに集中巻で巻装されたコイルを接続して形成される巻線とを備える回転電機において、
前記磁極の数は10nまたは14nであると共に前記ティースの数は12nであって(nは自然数)、
前記巻線は、第1の巻線群と第2の巻線群とを有し、
前記第1の巻線群は、互いに巻回方向が異なるX1単位巻線とX2単位巻線とからなるX相巻線と、互いに巻回方向が異なるY1単位巻線とY2単位巻線とからなるY相巻線と、互いに巻回方向が異なるZ1単位巻線とZ2単位巻線とからなるZ相巻線と、からなると共に、周方向に順に、前記X1単位巻線、前記X2単位巻線、前記Y1単位巻線、前記Y2単位巻線、前記Z1単位巻線、前記Z2単位巻線と配置され、
前記第2の巻線群は、互いに巻回方向が異なるU1単位巻線とU2単位巻線とからなるU相巻線と、互いに巻回方向が異なるV1単位巻線とV2単位巻線とからなるV相巻線と、互いに巻回方向が異なるW1単位巻線とW2単位巻線とからなるW相巻線と、からなると共に、周方向に順に、前記U1単位巻線、前記U2単位巻線、前記V1単位巻線、前記V2単位巻線、前記W1単位巻線、前記W2単位巻線と配置され、
前記U1単位巻線と前記X2単位巻線、前記U2単位巻線と前記Y1単位巻線、前記V1単位巻線と前記Y2単位巻線、前記V2単位巻線と前記Z1単位巻線、前記W1単位巻線と前記Z2単位巻線、前記W2単位巻線と前記X1単位巻線、とがそれぞれ同一の前記ティースに巻装されると共に、
前記U1単位巻線と前記X1単位巻線、前記U2単位巻線と前記X2単位巻線、前記V1単位巻線と前記Y1単位巻線、前記V2単位巻線と前記Y2単位巻線、前記W1単位巻線と前記Z1単位巻線、前記W2単位巻線と前記Z2単位巻線、とは、互いに巻回方向が異なるように前記ティースに巻装され、
前記第1の巻線群および前記第2の巻線群のうち一方の巻線群は、各相巻線が互いに接続されてΔ結線を形成し、
他方の巻線群の各相巻線は、一端部が前記一方の巻線群の各相巻線間に接続されてY結線を形成すると共に他端部が外部接続端子を形成するか、若しくは、一端部が前記一方の巻線群の各相巻線間に接続されて外部接続端子を形成すると共に他端部が中性点で接続されてY結線を形成することで、ΔY複合結線を形成し、
前記ΔY複合結線を前記固定子コアの周方向に2n組有することを特徴とする回転電機。 - 請求項3に記載の回転電機において、
隣り合う2つの前記ティースに巻装される前記X1単位巻線と前記X2単位巻線、前記Y1単位巻線と前記Y2単位巻線、前記Z1単位巻線と前記Z2単位巻線、前記U1単位巻線と前記U2単位巻線、前記V1単位巻線と前記V2単位巻線、前記W1単位巻線と前記W2単位巻線は、それぞれ直列に接続されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項3または4に記載の回転電機において、
前記第1の巻線群と前記第2の巻線群のうち、Δ結線される一方の前記巻線群の各前記ティースへの巻回数は、Y結線される他方の前記巻線群の各前記ティースへの巻回数に対して1.6〜1.9倍の範囲内であることを特徴とする回転電機。 - 請求項3〜5に記載の何れかの回転電機において、
前記第1の巻線群と前記第2の巻線群のうち、Δ結線される一方の巻線群はY結線される他方の巻線群の巻線よりも細い巻線を使用すると共に、前記一方の巻線群は前記ティース間距離の短い内径側に巻装され、前記他方の巻線群は前記ティース間距離の長い外径側に巻装されることを特徴とする回転電機。 - 請求項1〜6に記載の何れかに記載の回転電機において、
前記磁極の着磁に、スキュー角を設けることを特徴とした回転電機。 - 請求項1〜7に記載の何れかの回転電機と、前記回転電機を制御する三相インバータを有する回転電機の制御システムにおいて、
前記回転電機は、前記外部接続端子に接続される単一の三相インバータにより駆動されていることを特徴とする回転電機の制御システム。 - 請求項1〜7に記載の何れかに記載の回転電機と、前記回転電機を制御するレクチファイアを有する回転電機の制御システムにおいて、
前記回転電機は、前記巻線が3つの前記外部接続端子に単一のレクチファイアが接続されることにより整流されて直流電流を生成していることを特徴とする回転電機の制御システム。
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