JP2014057463A - Stator of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の固定子に係り、特に、スロット内にコイル巻線が巻回される回転電機の固定子に関する。 The present invention relates to a stator of a rotating electric machine, and more particularly to a stator of a rotating electric machine in which a coil winding is wound in a slot.
回転電機の小型化、高性能化のためには、コイルの巻き方の効率化や、銅損、鉄損等の損失の低減が必要である。特許文献1には、回転電機の固定子巻線として、凹部と凸部とを有する平角線を用い、隣接する平角線コイル同士が凹部と凸部が互いに嵌め合うようにスロット内に配置され、コイルのスロット内占積率の向上を図ることが開示される。 In order to reduce the size and increase the performance of a rotating electrical machine, it is necessary to increase the efficiency of coil winding and reduce losses such as copper loss and iron loss. In Patent Document 1, as a stator winding of a rotating electrical machine, a rectangular wire having a concave portion and a convex portion is used, and adjacent rectangular wire coils are arranged in a slot so that the concave portion and the convex portion are fitted to each other, It is disclosed to improve the space factor in the slot of the coil.
特許文献2には、電磁石のコイルに用いられる線材として、導電体の表層に磁性体層を設けることで、電磁石としての吸引力が増加することが述べられている。また、この線材を回転電機の固定子の分布巻コイルの巻線として用いる実施例は、1つのスロットに円形断面の線材が複数収納されている。 Patent Document 2 describes that as a wire used for a coil of an electromagnet, an attractive force as an electromagnet is increased by providing a magnetic layer on a surface layer of a conductor. In the embodiment in which this wire is used as a winding of a distributed winding coil of a stator of a rotating electric machine, a plurality of wires having a circular cross section are accommodated in one slot.
特許文献3には、回転電機の小型化のために、平角コイル導線に被覆される絶縁層の厚さまたは絶縁材料をコイルエンド部とスロット部とで異ならせることが開示される。また、インバータの急峻サージ電圧を緩和する電界緩和層として、導電性高分子の層や、導電性または半導電性フィラーを混入したエポキシ樹脂等の層が、コイル導体表面または絶縁層の表面に備えることも述べられている。 Patent Document 3 discloses that the thickness of the insulating layer or the insulating material coated on the flat coil conductor is different between the coil end portion and the slot portion in order to reduce the size of the rotating electrical machine. In addition, a conductive polymer layer or a layer of epoxy resin mixed with a conductive or semiconductive filler is provided on the surface of the coil conductor or the insulating layer as an electric field relaxation layer for reducing the steep surge voltage of the inverter. It is also stated.
凹部と凸部とを有する平角線を用いることで占積率は向上するが、導電体の抵抗値が低くなり電流が流れやすくなるので、漏れ磁束による渦電流損が増加する恐れがある。導電体の表層に磁性体層を設けることで、導電体に生じる渦電流損を減少させ得るが、磁性体自体にも渦電流損が生じ得る。また、磁性体で導電体が覆われることでコイルの曲げ加工性が低下する。本発明の目的は、巻線の加工性を維持しつつ、スロット内のコイル巻線の占積率を向上させながら、渦電流損を低減することができる回転電機の固定子を提供することである。 Although the space factor is improved by using a rectangular wire having a concave portion and a convex portion, the resistance value of the conductor is lowered and current flows easily, so that eddy current loss due to leakage magnetic flux may increase. By providing a magnetic layer on the surface of the conductor, eddy current loss generated in the conductor can be reduced, but eddy current loss can also occur in the magnetic body itself. In addition, since the conductor is covered with the magnetic material, the bending workability of the coil is lowered. An object of the present invention is to provide a stator of a rotating electrical machine that can reduce eddy current loss while improving the space factor of the coil winding in the slot while maintaining the workability of the winding. is there.
本発明に係る回転電機の固定子は、ステータコアの周方向に沿って複数配置されるスロットと、スロット内の周方向に1導体で配置されるコイルが、スロット内の径方向に沿って複数ターン巻回されて形成されるコイル体と、を備え、コイル体は、平角導体部と、平角導体部の周囲に設けられ、絶縁体でコーティングされた磁性体粉末の集合体である絶縁被覆磁性体層と、を有するコイルを含むことを特徴とする。 The stator of the rotating electrical machine according to the present invention includes a plurality of slots arranged along the circumferential direction of the stator core, and a coil arranged with one conductor in the circumferential direction in the slot. A coil body formed by winding, and the coil body is a rectangular conductor portion, and an insulation-coated magnetic body that is an aggregate of magnetic powders provided around the rectangular conductor portion and coated with an insulator And a coil having a layer.
上記構成により、回転電機の固定子における漏れ磁束は、平角導体部の周囲に設けられる絶縁被覆磁性体層を通り、平角導線部を通らないので、平角導線部における渦電流損失を低減できる。また、絶縁被覆磁性体層を構成する磁性体粉末は、相互に絶縁体で電気的に分離されているので、磁性体に生じ得る渦電流が分散され、絶縁被覆磁性体層における渦電流損失も低減できる。これにより、平角線を用いて占積率の向上を図りながら、渦電流損失を低減できる。 With the above configuration, the leakage magnetic flux in the stator of the rotating electrical machine passes through the insulating coating magnetic layer provided around the rectangular conductor portion and does not pass through the rectangular conductor portion, so that eddy current loss in the rectangular conductor portion can be reduced. In addition, since the magnetic powder constituting the insulating coated magnetic layer is electrically separated from each other by an insulator, eddy currents that can occur in the magnetic material are dispersed, and eddy current loss in the insulating coated magnetic layer is also reduced. Can be reduced. Thereby, eddy current loss can be reduced while improving the space factor using a rectangular wire.
また、絶縁被覆磁性体層は、樹脂コーティングされた磁性体粉末の集合体であるので、コイルにさらに特別な絶縁被覆を設ける必要がない。これにより、巻線の曲げ加工性を維持できる。 Further, since the insulating coating magnetic layer is an aggregate of magnetic powder coated with resin, it is not necessary to provide a special insulating coating on the coil. Thereby, the bending workability of the winding can be maintained.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、コイル体は分布巻方式で巻回されるものを述べるが、スロット内の周方向に一導体で配置されてこれが径方向に複数ターン巻回されるものであればよく、例えば、波巻方式で巻回されるものも含まれる。また、コイルとして断面が矩形形状の平角導線を用いるものを述べるが、矩形形状の角部を丸めた略矩形形状断面の導線、楕円形に近い断面の導線等を用いてもよい。以下で述べるステータコアのスロットの数、コイルの巻数、寸法、厚さ等は説明のための例示であって、回転電機の固定子の仕様に応じ、適宜変更が可能である。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, the coil body is described as being wound by the distributed winding method. However, any coil body may be used as long as it is arranged with a single conductor in the circumferential direction in the slot and wound in a plurality of turns in the radial direction. The thing wound by the winding system is also included. Further, although a coil using a rectangular conductor having a rectangular cross section is described as the coil, a conductor having a substantially rectangular cross section obtained by rounding a rectangular corner, a conductor having a cross section close to an ellipse, or the like may be used. The number of slots of the stator core, the number of turns of the coil, dimensions, thickness, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the stator of the rotating electrical machine.
以下では、全ての図面において一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, in all the drawings, one or the corresponding element is denoted by the same reference numeral, and redundant description is omitted.
図1は、回転電機の固定子10を示す図で、図1(a)は1つのスロットについての断面図、(b)は、コイルの断面図である。回転電機の固定子10は、図示されていない回転子と組み合わせて回転電機を構成し、コイルに通電することで回転子と電磁作用的に協働して回転子を回転させ、回転子の回転軸にトルクを出力させる。
1A and 1B are diagrams showing a
回転電機の固定子10は、ステータコア12と、ステータコア12の周方向に沿って配置される複数のティース14,16と、隣接するティース14、16の間の空間であるスロット18と、スロット18を通り複数ターン巻回されるコイル体20を備える。
A
ステータコア12は、内周側に複数のティース14,16が配置される円環状の磁性体部材である。後述する図4では、72個のティース14を有するステータコア12が示されている。かかるステータコア12は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。
The
図1(a)に示されるように、コイル体20は、スロット18内の周方向に一導体で配置されるコイルが、スロット18内の径方向に沿って複数ターン巻回されて形成される。図1で周方向をθ方向で、径方向をR方向で示した。図1では、コイル体20は、径方向に沿って4ターンのコイル22,24,26,28で構成される。各コイル22,24,26,28は、1つのスロット18の周方向に沿った一方端と他方端の間に1ターンだけ配置される。すなわち、スロット18内の周方向に沿って一導体で配置される。
As shown in FIG. 1A, the
各コイル22,24,26,28は、ステータコア12の軸方向の一方側からスロット18を通って他方側に出て、ステータコア12の周方向に沿って6スロット分隔てた別のスロットに挿入され、これを繰り返す分布巻方式で固定子巻線を構成する。
Each
図1(b)に示されるように、コイル22は、平角導体部40と、平角導体部40の周囲に設けられる絶縁被覆磁性体層42を含む。
As shown in FIG. 1B, the
平角導体部40は、導体の延びる方向に垂直な断面が矩形形状を有する導体線である。導体の材料としては高導電性の金属を用いることができる。高導電性の金属としては銅等を用いることができる。
The
絶縁被覆磁性体層42は、細かな磁性体粉末46の周囲が樹脂48でコーティングされた絶縁被覆磁性体粉末43の集合体である。このように、絶縁被覆磁性体層42は、コーティングされた樹脂48で互いに電気的に絶縁された細かな絶縁被覆磁性体粉末43が樹脂48で互いに接合されて1つの層を形成したものである。絶縁被覆磁性体層42は、絶縁被覆がされた状態で平角導体部40の外周の全体を均一に連続して覆う導電性を有する強磁性体の層である。絶縁被膜磁性体層42の厚さは、回転電機の固定子10の絶縁仕様等で定められる。厚さの一例を挙げると、約30〜50μmである。
The insulating coating
磁性体粉末46の材料は、鉄ニッケル合金で、粉末化する方法としては、鉄ニッケル合金の塊を粉砕し、粒径を揃えることで行われる。最初から粉末の鉄ニッケル合金を製造する方法を用いてもよい。磁性体粉末46の径の一例を挙げると、約1μm程度である。磁性体の材質としては、軟磁性材、鉄、あるいはニッケルを用いてもよい。
The material of the
樹脂48は、磁性体粉末46の外周の全体を均一に連続して覆う電気的絶縁性を有する樹脂層である。樹脂48としては、ポリアミドイミドのエナメル被覆が用いられる。樹脂48の厚さの一例を挙げると、約0.1〜0.5mmである。樹脂48に用いられるエナメル被覆としては、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール等を用いてもよい。
The
平角導体部40の外周の全体に絶縁被覆磁性体層42を覆う方法としては、樹脂48を加熱して柔らかくし、その接着性を用いる。すなわち、平角導体部40の外周に一様に絶縁被覆磁性体粉末43を配置し、加熱することで、樹脂48が相互にくっつき、絶縁被覆磁性体層42を形成すると同時に、平角導体部40の外周に貼着する。このようにして、平角導体部40と絶縁被覆磁性体層42が一体化する。
As a method of covering the entire outer periphery of the
コイル22は、スロット18の周方向に一導体のみが配置される。つまり、スロット18内の周方向に沿ってはコイル22の1ターンのみが配置される。コイル22の平角導体部40は矩形形状の断面を有しているが、矩形形状の各辺は、スロット18の内壁面に平行または垂直である。したがって、絶縁被覆磁性体層42は、矩形枠形状を有し、その矩形枠の各辺も、スロット18の内壁面に平行または垂直である。
The
上記構成の作用について、図2、図3を用いて詳細に説明する。これらの図は図1(a)に対応してスロット18の径方向に沿って4ターンのコイルが配置されている。4ターンのコイルのうち、1つに代表させて符号を付した。図2は、絶縁被覆磁性体層を設けず、平角導体部40と絶縁被膜44のみを有する従来技術のコイル29を用いる例を示す。図3は、図1(a)に対応する図で、絶縁被覆磁性体層42が設けられるコイル28を用いる。
The operation of the above configuration will be described in detail with reference to FIGS. In these figures, a coil of 4 turns is arranged along the radial direction of the
図2において、回転電機のロータ側からステータコア12の側に漏れてくる漏洩磁束50,52,54,56,58の流れ方を示した。漏洩磁束は、ロータ側からティース14に入ってティース16に戻る際に、スロット18内のコイル29を通る。コイル29は、銅の平角導体部40と絶縁体の絶縁被膜44で構成され、いずれもティース14,16の透磁率よりは低い透磁率であるので、漏洩磁束50,52,54,56,58はコイル29の有無にほとんど関係ない流れ方で流れる。したがって、漏洩磁束50,52,54,56,58は、コイル29の銅の平角導体部40の部分を流れ、ここで渦電流損失が発生する。
In FIG. 2, the flow of leakage
図3においては、コイル28は平角導体部40の周囲を覆う絶縁被覆磁性体層42を有する。絶縁被覆磁性体層42を構成する磁性体粉末46は、強磁性体であるので、その透磁率は銅の平角導体部40の透磁率よりも数100倍高い。したがって、銅の平角導体部40よりも絶縁被覆磁性体層42の方に磁束が流れやすい。図3に示すように、ロータ側からの漏洩磁束51,53,55,57,59は絶縁被覆磁性体層42を流れ、銅の平角導体部40には流れない。したがって、図2に比べ、平角導体部40における渦電流損失が大幅に低減される。
In FIG. 3, the
また、絶縁被覆磁性体層42を構成する磁性体粉末46は、絶縁体である樹脂48で電気的に絶縁分離されているので、磁性体粉末46に生じ得る渦電流が分散され、絶縁被覆磁性体層42における渦電流損失も低減できる。
In addition, since the
また、絶縁被覆磁性体層42は、樹脂48でコーティングされた磁性体粉末46の集合体であるので、コイル22,24,26,28にさらに特別な絶縁被覆を設ける必要がない。これにより、巻線の曲げ加工性を維持でき、局部的な応力集中が軽減され、回転電機の作動中におけるストレスも少なくなる。
Further, since the insulating coating
また、絶縁被覆磁性体層42は、平角導体部40と別体で組付けられるのではなく、樹脂48の接着力によって平角導体部40の周囲を覆うように一体化して形成される。したがって、絶縁被覆磁性体層42の配置のための特別な組付工程を要せず、コイル22,24,26,28をスロット18内に通して巻回するときに、平角導体部40と絶縁被覆磁性体層42との間に位置ずれが生じることがない。
Further, the insulating covering
図4は、回転電機の固定子10の斜視図である。上記構成によれば、回転電機の固定子10の1つのスロット18に収納される4ターンのコイル22,24,26,28は、平角導体部40の周囲を覆う絶縁被覆磁性体層42を有する。これにより、ロータ側からの漏洩磁束は絶縁被覆磁性体層42を流れ、銅の平角導体部40には流れない。したがって、平角導体部40における渦電流損失を低減することができる。
FIG. 4 is a perspective view of the
10 回転電機の固定子、12 ステータコア、14,16 ティース、18 スロット、20 コイル体、22,24,26,28,29 コイル、40 平角導体部、42 絶縁被覆磁性体層、43 絶縁被覆磁性体粉末、44 絶縁被膜、46 磁性体粉末、48 樹脂、50,51,52,53,54,55,56,57,58,59 漏洩磁束。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
スロット内の周方向に1導体で配置されるコイルが、スロット内の径方向に沿って複数ターン巻回されて形成されるコイル体と、
を備え、
コイル体は、
平角導体部と、
平角導体部の周囲に設けられ、絶縁体でコーティングされた磁性体粉末の集合体である絶縁被覆磁性体層と、
を有するコイルを含むことを特徴とする回転電機の固定子。 A plurality of slots arranged along the circumferential direction of the stator core;
A coil body formed by winding a coil arranged with one conductor in the circumferential direction in the slot, a plurality of turns along the radial direction in the slot;
With
The coil body
A flat conductor part;
An insulation-coated magnetic layer that is an assembly of magnetic powders provided around the rectangular conductor portion and coated with an insulator;
A stator for a rotating electrical machine comprising a coil having
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JP2018093715A (en) * | 2016-11-30 | 2018-06-14 | ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフトDr. Ing. h.c. F. Porsche Aktiengesellschaft | Rotary electric machine and method specially adapted for manufacturing rotary electric machine |
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-
2012
- 2012-09-13 JP JP2012201632A patent/JP5958216B2/en active Active
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US10622858B2 (en) | 2016-11-30 | 2020-04-14 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Rotating electrical machine and specially adapted method for producing said rotating electrical machine |
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