JP2012223049A - 固定子および回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軸方向に延在するスロット236が周方向にN個形成された固定子鉄心と、固定子鉄心のスロット236に装着される固定子巻線とを備え、固定子巻線は、導体素線243を複数回巻回して形成される重ね巻コイルをN個含んで構成される巻線群を複数有し、複数の巻線群は、固定子鉄心の径方向に複数の層として配置され、重ね巻コイルの一方のコイル辺241は所定の層における所定のスロット236の径方向内側に挿通され、重ね巻コイルの他方のコイル辺241は所定の層における別のスロット236の径方向外側に挿通されていることを特徴とする。
【選択図】図13
Description
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の固定子において、固定子鉄心の所定の層に配置される重ね巻コイルのコイル辺の断面積は、固定子鉄心の所定の層とは異なる別の層に配置される重ね巻コイルのコイル辺の断面積と異なっていることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の固定子において、固定子鉄心の所定の層に配置される重ね巻コイルのコイル辺を構成する導体素線のターン数が、固定子鉄心の所定の層とは異なる別の層に配置される重ね巻コイルのコイル辺を構成する導体素線のターン数と異なっていることを特徴とする。
請求項4に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の固定子において、固定子鉄心の所定の層に配置される重ね巻コイルのコイル辺を構成する導体素線の断面積が、固定子鉄心の所定の層とは異なる別の層に配置される重ね巻コイルのコイル辺を構成する導体素線の断面積と異なっていることを特徴とする。
請求項5に係る発明は、請求項3に記載の固定子において、導体素線の断面積を等しくしたことを特徴とする。
請求項6に係る発明は、請求項4に記載の固定子において、導体素線のターン数を等しくしたことを特徴とする。
請求項7に係る発明は、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の固定子において、固定子鉄心の外周側の層に配置される重ね巻コイルのコイル辺の断面積は、固定子鉄心の内周側の層に配置される重ね巻コイルのコイル辺の断面積に比べて大きいことを特徴とする。
請求項8に係る発明は、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の固定子において、固定子鉄心の外周側の層に配置される重ね巻コイルの位相に対して、固定子鉄心の内周側の層に配置される重ね巻コイルの位相が1スロット以上周方向にずれるように固定子巻線が固定子鉄心に装着されていることを特徴とする。
請求項9に係る発明は、請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の固定子と、固定子の内周側に隙間をあけて回転可能に配設された回転子とを備え、3相交流電力で駆動されることを特徴とする回転電機である。
請求項10に係る発明は、請求項9の回転電機において、各相の巻線群をn個の周回巻線Ui,周回巻線Vi,周回巻線Wi(i=1〜n)で構成し、複数の層をn個とし、複数の巻線群をLj(j=1〜n)で表すと、それぞれが周回巻線Ui,周回巻線Vi,周回巻線Wiで構成されたn個の巻線群Ljが、固定子鉄心の内周側から外周側にn層に巻装されていることを特徴とする回転電機である。
請求項11に係る発明は、請求項10の回転電機において、固定子鉄心には、軸方向に延在するスロットが周方向にN個形成され、周回巻線のそれぞれは、導体素線を複数回巻回して形成される重ね巻コイルをN/n個含んで構成され、巻線群を構成する各相の各周回巻線は、重ね巻コイルの一方のコイル辺が所定の層における所定のスロットの径方向内側に挿通され、重ね巻コイルの他方のコイル辺が所定の層における別のスロットの径方向外側に挿通されていることを特徴とする回転電機である。
本実施の形態に係る回転電機は、電気自動車やハイブリッド自動車の走行に使用するのが好適な回転電機であって、かご型回転子を備える誘導電動機や永久磁石を有する回転子を備える同期電動機である。以下、ハイブリッド自動車に用いられる同期電動機を例に説明する。
図1に示すように、ハイブリッド自動車(以下、車両)100には、エンジン120と、第1の回転電機200と、第2の回転電機202と、バッテリ180とが搭載されている。
図2は、図1の電力変換装置600の回路図である。電力変換装置600には、第1の回転電機200のための第1のインバータ装置と、第2の回転電機202のための第2のインバータ装置とが設けられている。第1のインバータ装置は、パワーモジュール610と、パワーモジュール610の各パワー半導体素子21のスイッチング動作を制御する第1の駆動回路652と、回転電機200の電流を検知する電流センサ660とを備えている。駆動回路652は駆動回路基板650に設けられている。
回転電機200,202の構造について説明する。第1の回転電機200と第2の回転電機202とはほぼ同様の構造であるため、以下では、第1の回転電機200の構造を代表例として説明する。なお、以下に示す構造は回転電機200,202の双方に採用されている必要はなく、一方だけに採用されていてもよい。
回転子250は、回転子鉄心252と、永久磁石254と、非磁性体の当て板226とを備えている。回転子鉄心252にはシャフト218が一体回転するように装着されている。シャフト218は、エンドブラケット214に設けられた軸受216により回転可能に保持されている。
図3〜図5を参照して固定子230について説明する。図4は固定子鉄心232の断面図であり、図5は固定子230の外観斜視図である。図3に示すように、固定子230は、円筒状の固定子鉄心232と、固定子鉄心232に装着される固定子巻線240とを有している。
固定子鉄心232は、薄肉の円環形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。固定子鉄心232を構成する電磁鋼板は厚さ0.05〜1.0mm程度であって、打ち抜き加工またはエッチング加工により形成される。
図6は、重ね巻コイル245と固定子鉄心232を示す外観斜視図である。図6に示すように、固定子巻線240は複数の重ね巻コイル245を有している。各重ね巻コイル245は、導体素線243が2ターン〜数十ターン程度、連続で巻回されることで形成される。各重ね巻コイル245は、固定子230のスロット236内に配置される直線部分のコイル辺241と、固定子鉄心232の両端からスロット236外方に延び出して配置されるコイルエンド249とを有し、全体として亀甲形を呈している。
なお、コイル辺241は、複数本の導体素線243で構成され、コイル辺241の断面積はこれら複数本の導体素線(コイル束)の合計の断面積に相当する。
以下、UVW相の各相ごとに層状に配置した3つの巻線群により固定子巻線240を構成した一例について説明する。
なお、この明細書では、第1巻線群246aが巻き回される空間を第1層L1、第2巻線群246bが巻き回される空間を第2層L2、第3巻線群246cが巻き回される空間を第3層L3と呼ぶ。詳細は後述する。
図8は、固定子巻線240の結線図である。固定子巻線240は、全体で3系統(U,V,W)の相巻線で構成され、スロット236によって相互に適正な間隔をもって配列される。図8に示すように、3系統の相巻線はそれぞれ3つの周回巻線で構成されており、U相巻線は周回巻線U1、周回巻線U2、周回巻線U3を有し、V相巻線は周回巻線V1、周回巻線V2、周回巻線V3を有している。W相巻線は周回巻線W1、周回巻線W2、周回巻線W3を有している。
まず、U相の周回巻線U1〜U3について詳細に説明する。
なお、第1層L1、第2層L2、第3層L3に収容されるコイル辺241は、後述するように、層ごとに断面積が異なっているが、本図では模式的に同一の矩形状枠でコイル辺241を示している。
各巻線群246a,246b,246cは、スロット236の第1層L1、第2層L2および第3層L3に順に固定子鉄心232の内側から嵌め込まれる。具体的には、まず、U相の周回巻線U1を構成する重ね巻コイル245を16個、V相の周回巻線V1を構成する重ね巻コイル245を16個、および、W相の周回巻線W1を構成する重ね巻コイル245を16個含んで構成される第1巻線群246a(全体形状は図5、図7参照、結線図は図12参照)が、スロット236の第1層L1に嵌め込まれる。次に、U相の周回巻線U2を構成する重ね巻コイル245を16個、V相の周回巻線V2を構成する重ね巻コイル245を16個、W相の周回巻線W2を構成する重ね巻コイル245を16個含んで構成される第2巻線群246bが、スロット236の第2層L2に嵌め込まれる。最後に、U相の周回巻線U3を構成する重ね巻コイル245を16個、V相の周回巻線V3を構成する重ね巻コイル245を16個、W相の周回巻線W3を構成する重ね巻コイル245を16個含んで構成される第3巻線群246cが、スロット236の第3層L3に嵌め込まれる。
固定子巻線240を開き成形治具30によって固定子鉄心232に装着する方法について説明する。図14(a)に示すように第1巻線群246aを開き成形治具30に固定子鉄心232と共に設置する。図14(b)は、図14(a)に示す状態における、固定子鉄心232のスロット236の部分を拡大して示したものである。スロット236には予めスロットライナー247が設置されている。
(1)固定子巻線240を複数の巻線群246a,246b,246cによって構成して、各巻線群246a,246b,246cを複数の層として固定子鉄心232に装着した。これにより、1層だけで固定子鉄心232に固定子巻線240を装着してなる単層重ね巻の固定子に比べて、固定子巻線240を構成する重ね巻コイル245のコイル辺241の断面積を小さくすることができるため、コイルエンド249の頭頂部249aの曲げ半径を小さくすることができる。その結果、単層重ね巻の固定子に比べてコイルエンド249を小さくすることができ、回転電機200の小型化を図ることができる。
(1)巻線群を第1層L1、第2層L2および第3層L3のそれぞれに層状に配置する場合に限定されない。図17に示すように、固定子巻線240を2つの巻線群(第1巻線群246a、第2巻線群246b)に分けて固定子鉄心232に装着してもよい。さらに、巻線群を4つ以上に分けて、層状に配置してもよい。
(7)コイル辺241は、径方向に1列に配置される場合に限定されない。径方向に2列以上となるように配置してもよい。
(8)固定子巻線240の結線方式は上述した構成に限定されない。
Claims (11)
- 軸方向に延在するスロットが周方向にN個形成された固定子鉄心と、
前記固定子鉄心のスロットに装着される固定子巻線とを備え、
前記固定子巻線は、導体素線を複数回巻回して形成される重ね巻コイルをN個含んで構成される巻線群を複数有し、
前記複数の巻線群は、前記固定子鉄心の径方向に複数の層として配置され、
前記重ね巻コイルの一方のコイル辺は所定の層における所定のスロットの径方向内側に挿通され、前記重ね巻コイルの他方のコイル辺は前記所定の層における別のスロットの径方向外側に挿通されていることを特徴とする固定子。 - 請求項1に記載の固定子において、
前記固定子鉄心の所定の層に配置される前記重ね巻コイルのコイル辺の断面積は、前記固定子鉄心の所定の層とは異なる別の層に配置される前記重ね巻コイルのコイル辺の断面積と異なっていることを特徴とする固定子。 - 請求項1または請求項2に記載の固定子において、
前記固定子鉄心の所定の層に配置される前記重ね巻コイルのコイル辺を構成する導体素線のターン数が、前記固定子鉄心の所定の層とは異なる別の層に配置される前記重ね巻コイルのコイル辺を構成する導体素線のターン数と異なっていることを特徴とする固定子。 - 請求項1または請求項2に記載の固定子において、
前記固定子鉄心の所定の層に配置される前記重ね巻コイルのコイル辺を構成する導体素線の断面積が、前記固定子鉄心の所定の層とは異なる別の層に配置される前記重ね巻コイルのコイル辺を構成する導体素線の断面積と異なっていることを特徴とする固定子。 - 請求項3に記載の固定子において、
前記導体素線の断面積を等しくしたことを特徴とする固定子。 - 請求項4に記載の固定子において、
前記導体素線のターン数を等しくしたことを特徴とする固定子。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の固定子において、
前記固定子鉄心の外周側の層に配置される前記重ね巻コイルのコイル辺の断面積は、前記固定子鉄心の内周側の層に配置される前記重ね巻コイルのコイル辺の断面積に比べて大きいことを特徴とする固定子。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の固定子において、
前記固定子鉄心の外周側の層に配置される前記重ね巻コイルの位相に対して、前記固定子鉄心の内周側の層に配置される前記重ね巻コイルの位相が1スロット以上周方向にずれるように前記固定子巻線が前記固定子鉄心に装着されていることを特徴とする固定子。 - 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の固定子と、
前記固定子の内周側に隙間をあけて回転可能に配設された回転子とを備え、
3相交流電力で駆動されることを特徴とする回転電機。 - 請求項9の回転電機において、
各相の巻線群をn個の周回巻線Ui,周回巻線Vi,周回巻線Wi(i=1〜n)で構成し、前記複数の層をn個とし、前記複数の巻線群をLj(j=1〜n)で表すと、
それぞれが周回巻線Ui,周回巻線Vi,周回巻線Wiで構成されたn個の巻線群Ljが、前記固定子鉄心の内周側から外周側にn層に巻装されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項10の回転電機において、
前記固定子鉄心には、軸方向に延在するスロットが周方向にN個形成され、
前記周回巻線のそれぞれは、導体素線を複数回巻回して形成される重ね巻コイルをN/n個含んで構成され、
前記巻線群を構成する各相の各周回巻線は、前記重ね巻コイルの一方のコイル辺が所定の層における所定のスロットの径方向内側に挿通され、前記重ね巻コイルの他方のコイル辺が前記所定の層における別のスロットの径方向外側に挿通されていることを特徴とする回転電機。
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