JP2017169419A

JP2017169419A - 回転電機の固定子

Info

Publication number: JP2017169419A
Application number: JP2016055118A
Authority: JP
Inventors: 翔内山; Sho Uchiyama; 隆志沖津; Takashi Okitsu
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-21

Abstract

【課題】回転電機を大型化することなく固定子鉄心に発生する損失を低減することを可能とした回転電機の固定子を提供する。【解決手段】バックヨーク１１及び複数のティース１２ａ〜１２ｆを有する固定子鉄心１０と、固定子鉄心１０のティース間に形成されたスロット１３ｃ，１３ａ，１３ｂに各々周方向に一定間隔で挿入された外相コイル２０Ｕ，中相コイル２０Ｖ，内相コイル２０Ｗとを備える回転電機の固定子１を、外相コイル２０Ｕが挿入されるスロット１３ｃの深さに比較して中相コイル２０Ｖが挿入されるスロット１３ａの深さが浅く、中相コイル２０Ｖが挿入されるスロット１３ａの深さに比較して内相コイル２０Ｗが挿入されるスロット１３ｂの深さが浅くなるように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の固定子に関する。

従来、複数のティースにワイヤを巻き付けて各コイルを形成した分布巻のモータが公知となっている。例えば、下記特許文献１には、固定子に同心円状に配置された内相、中相、及び外相の三相からなるコイルを分布巻に巻装した回転機が開示されている。

特開２０１５−０９１１９２号公報

上記特許文献１における構造の回転機では、外相コイル、中相コイル、内相コイルが周方向に一定の間隔で位置をずらした状態で、且つ径方向に重ねて配置されている。すなわち、外相コイルはスロットの径方向外側に配置され、中相コイルはスロットの径方向中間位置に配置され、内相コイルはスロットの径方向内側に配置される。

しかしながら、図３に示すように固定子鉄心３０の各コイルが配置されるスロット１３の深さ（径方向の長さ）が一定であるため、外相コイルよりも径方向内側に配置される中相コイルが挿入されるスロット１３、さらに中相コイルよりも径方向内側に配置される内相コイルが挿入されるスロット１３には、それぞれ径方向外側に無駄な空間が存在した状態となり、この空間により固定子鉄心３０の損失が増大するおそれがあった。なお、図３中に示す１１はバックヨーク、１２はティースである。

固定子鉄心の損失を低減するために、固定子鉄心の体積を増やして磁束密度分布を下げることも考えられるが、固定子鉄心の体積を増やすことは回転電機の大型化に繋がるため、設置スペースの拡大や回転電機の重量増加、及びコスト上昇の点から実現が困難であるという問題があった。

このようなことから本発明は、回転電機を大型化することなく固定子鉄心に発生する損失を低減することを可能とした回転電機の固定子を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明に係る回転電機の固定子は、
円筒状のバックヨーク、及び当該バックヨークの径方向内側に周方向に沿って等間隔で設けられた径方向に延びる複数のティースを有する固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の前記ティース間に形成されたスロットに周方向に一定間隔で挿入された外相コイル、前記外相コイルとは周方向に異なる位置であって前記外相コイルよりも径方向内側で前記スロットに挿入された中相コイル、並びに、前記外相コイル及び前記中相コイルとは周方向に異なる位置であって前記中相コイルの径方向内側で前記スロットに挿入された内相コイルと
を備える回転電機の固定子において、
前記外相コイルが挿入される前記スロットの深さに比較して前記中相コイルが挿入される前記スロットの深さが浅く、前記中相コイルが挿入される前記スロットの深さに比較して前記内相コイルが挿入される前記スロットの深さが浅い
ことを特徴とする。

本発明に係る回転電機の固定子によれば、回転電機を大型化することなく固定子鉄心に発生する損失を低減することができる。

本発明の実施例に係る回転電機の固定子鉄心の構造を部分的に示す模式図である。本発明の実施例に係る回転電機の固定子の構造を示す模式図である。従来の回転電機の固定子鉄心の構造を部分的に示す模式図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る回転電機の固定子について説明する。本発明に係る回転電機の固定子は、固定子鉄心の鉄損低減を課題とし、固定子鉄心のスロットの深さを調整することにより鉄損低減効果を得るものである。

図１及び図２を用いて本発明の実施例に係る回転電機の固定子の詳細を説明する。
図１及び図２に示すように、本実施例に係る回転電機の固定子１は、略円筒状の外観を有する部材であり、固定子鉄心１０及び外相，中相，内相のコイル（以下、それぞれ外相コイル，中相コイル，内相コイルと称する）２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗを備えている。これらの各コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗは分布巻によって形成されているものとする。

固定子鉄心１０は、金属板を積層して構成されており、円筒状のバックヨーク１１と、バックヨーク１１の内周面から中心に向かって放射状に延びる複数のティース１２ａ〜１２ｆとを備えている。

ティース１２ａ〜１２ｆの数はそれぞれ磁極数の６倍であり、本実施例ではティース１２ａ〜１２ｆがそれぞれ６個、合計で３６個となっている。各ティース１２ａ〜１２ｆは、周方向に順に等間隔で繰り返し配置されており、隣接する二つのティース１２ａ，１２ｂの間、二つのティース１２ｂ，１２ｃの間にはそれぞれ中相コイル２０Ｖが挿入される空間であるスロット１３ａ，１３ａが形成されている。また、隣接する二つのティース１２ｃ，１２ｄの間、二つのティース１２ｄ，１２ｅの間にはそれぞれ内相コイル２０Ｗが挿入される空間であるスロット１３ｂ，１３ｂが形成されている。そして、隣接する二つのティース１２ｅ，１２ｆの間、二つのティース１２ｆ，１２ａの間にはそれぞれ外相コイル２０Ｕが挿入される空間であるスロット１３ｃ，１３ｃが形成されている。

そして本実施例において中相コイル２０Ｖが挿入されるスロット１３ａのスロット深さ（径方向の長さ）は、中相コイル２０Ｖおよび内相コイル２０Ｗの径方向の幅を加算した長さより長く且つ外相コイル２０Ｕが挿入されるスロット１３ｃのスロット深さより浅くなっている。また、内相コイル２０Ｗが挿入されるスロット１３ｂのスロット深さは、内相コイル２０Ｗの径方向の幅より長く且つ中相コイル２０Ｖが挿入されるスロット１３ａのスロット深さより浅くなっている。なお、中相コイル２０Ｖが挿入されるスロット１３ａ及び内相コイル２０Ｗが挿入されるスロット１３ｂのスロット深さは、スロット１３ａ，１３ｂの断面積に対する各コイル２０Ｖ，２０Ｗの占積率を考慮して決定するものとする。

以下、本実施例における各コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗをそれぞれスロット１３ｃ，１３ａ，１３ｂに挿入する工程について説明する。本実施例では、三回に分けて一相ずつ各コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗを挿入する。

すなわち、まず外相コイル２０Ｕをスロット１３ｃの底部（径方向外側端部）の近傍に挿入し、次いで中相コイル２０Ｖを外相コイル２０Ｕよりも径方向内側であってスロット１３ａの底部（径方向外側端部）の近傍に挿入し、最後に内相コイル２０Ｗを中相コイル２０Ｖよりも径方向内側であってスロット１３ｂの底部（径方向外側端部）の近傍に挿入する。

これにより、外相コイル２０Ｕ、中相コイル２０Ｖ及び内相コイル２０Ｗは、各々周方向に一定間隔でスロット１３ｃ，１３ａ，１３ｂに挿入された状態となる。また、中相コイル２０Ｖは外相コイル２０Ｕとは周方向に異なる位置であって外相コイル２０Ｕと同心円状に且つ外相コイル２０Ｕよりも径方向内側でスロット１３ａに挿入され、内相コイル２０Ｗは外相コイル２０Ｕ及び中相コイル２０Ｖとは周方向に異なる位置であって外相コイル２０Ｕ及び中相コイル２０Ｖと同心円状に且つ中相コイル２０Ｖよりも径方向内側でスロット１３ｂに挿入された状態となる。

このように、本実施例に係る回転電機の固定子は、各コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの径方向の配置に合わせて、対応するスロット１３ｃ，１３ａ，１３ｂのスロット深さを変えることにより、従来無駄な空隙となっていた部分を鉄心とするものである。

このような構成とすることにより、ティース１２ａ〜１２ｅの径方向外側に従来と比較して鉄心の領域が増え、当該部分の最大磁束密度が低減される。そして、最大磁束密度が低減したことにより、当該部分における磁束密度の変化量が小さくなり、磁束の変化によって生じる渦電流が低減され、固定子１の渦電流損が低減される。更に、当該部分において、最大磁束密度が低減されたことに伴って、ヒステリシス損も低減される。その結果、ティース１２ａ〜１２ｅの径方向外側部分の損失密度が低減する。

また、ティース１２ａ〜１２ｅの径方向外側に鉄心の領域が増えたことにより、従来と比較して磁束の一部がバックヨーク１１の径方向内側を通る磁路構成となる。このため、バックヨーク１１の磁路の断面積が増加し損失密度も従来に比較して低減することとなる。

従って、本実施例に係る回転電機の固定子によれば、回転電機を大型化することなく固定子鉄心１０に発生する損失を低減することができる。しかも、各コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの導体数や製造方法、及びスロット１３ｃ，１３ａ，１３ｂへの挿入方法は従来と同様であり、トルク等の特性は維持され、通常の製造工程、コイル挿入工程で対応することができるという利点も有する。

表１に、ある動作点における解析結果を示す。表１に示す値は、本実施例の固定子１の各項目値をそれぞれ従来の固定子の各項目値で正規化したものである。

表１に示す解析結果より、本実施例の固定子１では、平均トルク、トルクリプル、誘起電圧等の特性を維持しつつ、渦電流損及びヒステリシス損等の鉄損が低減されていることが確認できる。

なお、中相コイル２０Ｖ，内相コイル２０Ｗを配置するスロット１３ａ，１３ｂの深さは、図１及び図２に示した例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、回転電機の固定子の構造に適用して好適なものである。

１固定子
１０固定子鉄心
１１バックヨーク
１２ａ〜１２ｆティース
１３ａ，１３ｂ，１３ｃスロット
２０Ｕ外相コイル
２０Ｖ中相コイル
２０Ｗ内相コイル

Claims

円筒状のバックヨーク、及び当該バックヨークの径方向内側に周方向に沿って等間隔で設けられた径方向に延びる複数のティースを有する固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の前記ティース間に形成されたスロットに周方向に一定間隔で挿入された外相コイル、前記外相コイルとは周方向に異なる位置であって前記外相コイルよりも径方向内側で前記スロットに挿入された中相コイル、並びに、前記外相コイル及び前記中相コイルとは周方向に異なる位置であって前記中相コイルの径方向内側で前記スロットに挿入された内相コイルと
を備える回転電機の固定子において、
前記外相コイルが挿入される前記スロットの深さに比較して前記中相コイルが挿入される前記スロットの深さが浅く、前記中相コイルが挿入される前記スロットの深さに比較して前記内相コイルが挿入される前記スロットの深さが浅い
ことを特徴とする回転電機の固定子。