JP2018182963A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転磁界の高調波成分を低減可能な回転電機のステータを提供すること。
【解決手段】回転電機のステータは、周方向に沿って配置された複数のティースと、隣接するティース間に形成された複数のスロットと、を有するステータコアと、異なる相の巻線が分布巻でそれぞれティースに巻回された複数相のコイルとを備える。複数のスロットの各々にはコイルを形成する巻線が複数存在し、複数のスロットの少なくとも一部には、異なる相の複数の巻線が周方向に重なって配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

回転電機のステータに設けられるコイルを形成する巻線の形態は、大きくは「集中巻」と「分布巻」に分類できる。集中巻は、ステータコアの１つのティースの周りにまとめて巻線を巻回した構造である。集中巻のステータは、分布巻と比べるとコイル形状がシンプルでありコイルエンドが短い。しかし、集中巻のステータが構成する回転磁界は矩形波であるため、高調波成分による振動や騒音が比較的大きい。一方、分布巻は、ステータコアの複数のティースを跨いで巻線を巻回した構造である。分布巻のステータでは、ステータコアの外部で異なる相のコイルが径方向及び軸方向に重なり合うため、集中巻と比較してコイルエンドは大きい。しかし、分布巻のステータが構成する回転磁界は正弦波に近いため、振動や騒音が小さく回転電機の出力性能は集中巻よりも優れる。

こういった特性の違いを鑑みて、振動や騒音の小さい（ＮＶ（Noise Vibration）性能の高い）回転電機を実現する場合には、分布巻のステータが採用される場合が多い。さらに、分布巻のステータが構成する回転磁界の高調波成分を低減して、当該回転磁界をより一層正弦波に近づけるためには、特許文献１（特に図１）に記載のモータのように、ステータの同一スロット中に異相の巻線が存在する構成が考えられる。

特開２００１−１８６７３６号公報

上記説明した同一スロット中に異相の巻線が存在するステータが構成する回転磁界は、径方向断面における各相巻線の分布によって正弦波への近似程度が異なると考えられる。このため、高調波成分が小さな正弦波に近い回転磁界を実現できる各相巻線の分布が望まれていた。

本発明の目的は、回転磁界の高調波成分を低減可能な回転電機のステータを提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
周方向に沿って配置された複数のティース（例えば、後述の実施形態でのティース１４）と、隣接する前記ティース間に形成された複数のスロット（例えば、後述の実施形態でのスロット１５）と、を有するステータコア（例えば、後述の実施形態でのステータコア１１）と、
異なる相の巻線（例えば、後述の実施形態での細束線１２）が分布巻でそれぞれ前記ティースに巻回された複数相のコイルと、を備えた回転電機のステータであって、
前記複数のスロットの各々には前記コイルを形成する前記巻線が複数存在し、
前記複数のスロットの少なくとも一部には、前記異なる相の複数の前記巻線が周方向に重なって配置された、回転電機のステータである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
各相のコイルは、
始端から第１スロット（例えば、後述の実施形態での第１スロットＳｕ１１）の前記周方向の一方側と、前記周方向の他方側に向かって前記第１スロットから第１個数のティースを挟んだ位置にある第２スロット（例えば、後述の実施形態での第２スロットＳｕ１２）の前記他方側との間で、前記第１個数のティースを巻回する第１ループ部（例えば、後述の実施形態での第１ループ部Ｌｕ１１）と、
前記第１ループ部の終端から連続して、前記周方向の一方側に向かって前記第１スロットから１つ離れた第３スロット（例えば、後述の実施形態での第３スロットＳｕ１３）と、前記一方側に向かって前記第３スロットから第２個数のティースを挟んだ位置にある第４スロット（例えば、後述の実施形態での第４スロットＳｕ１４）との間で、前記第２個数のティースを巻回する第２ループ部（例えば、後述の実施形態での第２ループ部Ｌｕ１２）と、
前記第２ループ部の終端から連続して、前記周方向の一方側に向かって第３スロットから１つ離れた第５スロット（例えば、後述の実施形態での第５スロットＳｕ１５）の前記他方側と、前記一方側に向かって前記第５スロットから前記第１個数のティースを挟んだ位置にある第６スロット（例えば、後述の実施形態での第６スロットＳｕ１６）の前記一方側との間で、前記第１個数のティースを巻回する第３ループ部（例えば、後述の実施形態での第３ループ部Ｌｕ１３）と、を有し、
「前記第２個数＝前記第１個数＋２」の条件を満たし、
前記第３ループ部の終端は、前記第１ループ部の前記始端に接続されるか、前記コイルの終端である。

請求項１及び２の発明によれば、高調波成分が小さな正弦波に近い回転磁界を構成するステータを提供できる。

一実施形態の回転電機のステータの径方向断面図である。 一実施形態のステータの断面の周方向構造の一部を直線状に表した概念図である。 一実施形態のステータを径方向から見た場合のＵ相巻線の巻回の形態を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は、一実施形態の回転電機のステータの径方向断面図である。図１に示すステータ１０は、その内部に設けられる図示しないロータと組み合わされて回転電機を構成する。回転電機は、ステータ１０のティース１４に巻回された細束線（「巻線」ともいう。）１２によって形成されるコイルに通電することによりロータが回転するように構成されている。

ステータ１０は、ステータコア１１と、ティース１４に巻回された細束線１２によって形成されるコイルとを有する。ステータコア１１は、複数の鋼板が積層されて構成されている。各鋼板は、環状のステータヨーク１３と、ステータヨーク１３から径方向内側に等間隔で突出する複数のティース１４と、隣り合うティース１４間に周方向に等間隔で形成されたスロット１５とを有する板状部材であり、電磁鋼板をプレス抜きすることで形成されている。複数の鋼板を積層すると、ステータコア１１には、軸方向に貫通する複数のスロット１５が周方向に等間隔で形成される。スロット１５には、分布巻によって複数のティース１４にわたって巻回された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線である細束線１２によって形成されるコイルが取り付けられる。

以下、スロット１５に収容される各相巻線の分布と、各相巻線の複数のティース１４にわたる巻回の形態とについて説明する。

図２は、図１に示したステータ１０の断面の周方向構造の一部を直線状に表した概念図である。図２に示すように、各スロット１５には、巻線が径方向又は周方向に重なって配置された２層構造を有するよう収容されており、Ｕ相巻線１２ｕおよびＶ相巻線１２ｖに示すように、巻線が周方向に重なって配置され２層構造となったスロットには異相の巻線が存在する。

図３は、図１に示したステータ１０を径方向から見た場合のＵ相巻線１２ｕの巻回の形態を示す概念図である。図３に示すように、Ｕ相巻線１２ｕによって形成されるＵ相のコイルは、始端から第１スロットＳｕ１１の周方向の一方側と、周方向の他方側に向かって第１スロットＳｕ１１から第１個数（４つ）のティース１４を挟んだ位置にある第２スロットＳｕ１２の上記他方側との間で、第１個数のティース１４を巻回する第１ループ部Ｌｕ１１と、第１ループ部Ｌｕ１１の終端から連続して、上記周方向の一方側に向かって第１スロットＳｕ１１から１つ離れた第３スロットＳｕ１３と、上記一方側に向かって第３スロットＳｕ１３から第２個数（６つ＝第１個数＋２）のティース１４を挟んだ位置にある第４スロットＳｕ１４との間で、第２個数のティース１４を巻回する第２ループ部Ｌｕ１２と、第２ループ部Ｌｕ１２の終端から連続して、上記周方向の一方側に向かって第３スロットＳｕ１３から１つ離れた第５スロットＳｕ１５の上記他方側と、上記一方側に向かって第５スロットＳｕ１５から第１個数のティース１４を挟んだ位置にある第６スロットＳｕ１６の上記一方側との間で、第１個数のティース１４を巻回する第３ループ部Ｌｕ１３とを有する。第３ループ部Ｌｕ１３の終端は、第１ループ部Ｌｕ１１の始端に接続されるか、Ｕ相のコイルの終端である。

本実施形態の径方向から見た場合のＶ相巻線１２ｖの巻回の形態は、上記説明したＵ相巻線１２ｕの巻回位置に対して、上記周方向の一方側に２つのスロット１５だけずれた位置にある点を除いてＵ相巻線１２ｕの巻回の形態と同様である。同様に、本実施形態の径方向から見た場合のＷ相巻線１２ｗの巻回の形態は、上記説明したＵ相巻線１２ｕの巻回位置に対して、上記周方向の他方側に２つのスロット１５だけずれた位置にある点を除いてＵ相巻線１２ｕの巻回の形態と同様である。

上記説明した本実施形態の３相の巻線によって形成されるコイルの径方向断面における各相巻線の分布によれば、高調波成分が小さな正弦波に近い回転磁界を構成するステータを提供できる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１０ ステータ
１１ ステータコア
１２ 細束線
１３ ステータヨーク
１４ ティース
１５ スロット

Claims (2)

1. 周方向に沿って配置された複数のティースと、隣接する前記ティース間に形成された複数のスロットと、を有するステータコアと、
   異なる相の巻線が分布巻でそれぞれ前記ティースに巻回された複数相のコイルと、を備えた回転電機のステータであって、
   前記複数のスロットの各々には前記コイルを形成する前記巻線が複数存在し、
   前記複数のスロットの少なくとも一部には、前記異なる相の複数の前記巻線が周方向に重なって配置された、回転電機のステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のステータであって、
   各相のコイルは、
   始端から第１スロットの前記周方向の一方側と、前記周方向の他方側に向かって前記第１スロットから第１個数のティースを挟んだ位置にある第２スロットの前記他方側との間で、前記第１個数のティースを巻回する第１ループ部と、
   前記第１ループ部の終端から連続して、前記周方向の一方側に向かって前記第１スロットから１つ離れた第３スロットと、前記一方側に向かって前記第３スロットから第２個数のティースを挟んだ位置にある第４スロットとの間で、前記第２個数のティースを巻回する第２ループ部と、
   前記第２ループ部の終端から連続して、前記周方向の一方側に向かって第３スロットから１つ離れた第５スロットの前記他方側と、前記一方側に向かって前記第５スロットから前記第１個数のティースを挟んだ位置にある第６スロットの前記一方側との間で、前記第１個数のティースを巻回する第３ループ部と、を有し、
   「前記第２個数＝前記第１個数＋２」の条件を満たし、
   前記第３ループ部の終端は、前記第１ループ部の前記始端に接続されるか、前記コイルの終端である、回転電機のステータ。

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