JP2019041568A - 電気回転機械のステータ用の改良されたコイリング方法、及び対応するコイル状ステータ - Google Patents

電気回転機械のステータ用の改良されたコイリング方法、及び対応するコイル状ステータ Download PDF

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Abstract

【課題】電気回転機械用のステータの改良されたコイリング方法、並びに対応するコイル状ステータを提供する。【解決手段】ステータは、それぞれがコイルの奇数個の導体を受容するように意図される溝を備え、コイルは2つのシステムを備え、各システムは1つの導体グループC1‐C3、C1’‐C3’をそれぞれ備える。導体を溝に設置する工程であって、第1回転方向K1に従って、及び第1回転方向に対して反対の第2回転方向K2に従って交互に実現される複数のターンS1‐S9を備えるコイルを形成するように繰り返される工程を備え、或るターンから他への少なくとも2つの回転方向変換CH1‐CH8が、異なる角度領域において実施される。【選択図】図6

Description

本発明は、電気回転機械用のステータの改良されたコイリング方法、並びに対応するコイル状ステータに関する。特に、本発明は、例えばオルタネータ、スタータ‐オルタネータ、又は電気モータ等の電気回転機械のステータに有利に適用される。
周知のように、電気回転機械は、ステータ及びシャフトに接続されたロータを備える。ロータは、主動及び/又は従動シャフトに接続され得るとともに、文書EP0803962号に記載のようにオルタネータ、又は文書EP0831580号に記載のように電気モータの形状にある電気回転機械に属し得る。回転機械は、ステータを収容するケースを備える。このケースは、例えば中間ベアリングによってロータのシャフトを回転させるように構成される。
ロータは、ロータを軸方向にまっすぐに横切るリベット等の適切な固定システムによってパック形状に保持されたメタルシートの積層体からなる本体を備える。ロータは、例えば文書EP0803962号に記載のように、ロータの磁性質量体中に配設されたキャビティ内に固定された例えば永久磁石からなるポールを備える。或いは、いわゆる「突出」ポールを有する設計においては、ポールは、ロータのアームに捲回されたコイルからなる。
ステータは、内側に開口する溝に受容される位相コイルと一体の薄いメタルシートの積層体からなる本体を備える。このようなタイプのオルタネータのステータにおいて、最も一般的に使用されるタイプのコイルは、一方でいわゆる「同心状」コイル、及び他方で「波状」タイプのコイルである。同心状コイルは、それら自体で閉鎖されるとともにステータの歯に捲回される。
波状コイルは、複数の位相巻線を備える。各位相巻線は螺旋状導体を備え、その各ターン(螺旋)が本体の溝を通る波形を形成する。したがって、各螺旋において、導体は、ステータの両側に交互に配置されたループ構造であって、それらの間にステータの溝の内部に位置するセグメント構造を連結するループ構造を呈する。導体は、単数又は複数の導電ワイヤから構成され得る。
文書FR3033456号は、コイリング方法の実施を述べている。本方法において、最初のターンにおける三相システムの投入と、最後のターンにおける三相システムのコイリングの停止とが、電気回転機械の電子制御部の配置に対する相入口及び出口の位置を配慮するようにずらされている。
図1に示すように、あるターンS1‐S8から他への回転方向変換CHは、ステータの同一の角度位置において実施される。しかしながら、溝毎に奇数個の導体を有するステータについては、過剰な厚さが位相の2つのシステムの間の先端ワイヤに存在する。n個のターンを有するステータについて、先端ワイヤは、(n−1)/2個のターン、及び[((n+1)/2)]個のターンの可視相を有するであろう。したがって、図2に示すように、溝毎に7個の導体を備えるステータについて、位相の2つのシステムの間に、3つのターン層を有する領域Z1と、非常に場所を取る5つのターン層を有する領域Z2とが観察される。
本発明は、多相電気回転機械用のステータのコイリング方法であって、
‐前記ステータは、それぞれがコイルの奇数個の導体を受容するように意図される溝を備え、
‐前記コイルは2つのシステムを備え、前記各システムは1つの導体グループをそれぞれ備え、
‐前記方法は、前記導体を前記溝に設置する工程であって、第1回転方向に従って、及び前記第1回転方向に対して反対の第2回転方向に従って交互に実現される複数のターンを備えるコイルを形成するように繰り返される工程を備え、或るターンから他への少なくとも2つの回転方向変換が、異なる角度領域において実施される方法を提案することにより、このような欠点を効果的に改善する。
本発明により、コイリングの回転を分配するようにこれを非従来的な態様で逆にすることにより、均一な厚さのコイリングの先端ワイヤが得られる。本例において、奇数個のターンを有するステータに関して、先端ワイヤは、2つの相システムの間に、(n+1)/2個のターンの可視層を有するであろう。
一実施例によれば、最初のターンと最後のターンとの間に配置される所定のターン、具体的には奇数のターンが、360度未満に亘って延びる。
一実施例によれば、最初のターンと最後のターンとの間に配置される所定のターン、具体的には偶数のターンが、360度に亘って延びる。
一実施例によれば、前記方法は、前記第2システムの前記導体の設置の開始が、前記第1システムの導体の設置の開始に対してずらされる、最初のターンの実現工程を備える。
一実施例によれば、前記第2システムの前記導体の設置の開始と前記第1システムの前記導体の設置の開始との間の角度変位は、電子制御部の配置に依存する。
一実施例によれば、前記第2システムの前記導体の設置の停止が、前記第1システムの前記導体の設置の停止に対してずらされる、最後のターンの実現工程を備える。
一実施例によれば、前記第2システムの前記導体の設置の停止と前記第1システムの前記導体の設置の停止との間の角度変位は、電子制御部の配置に依存する。
一実施例によれば、前記第1システムの前記導体、及び前記第2システムの前記導体は、最初にピンにコイリングされ、次いでステータ本体に移送される。しかしながら、変形例として、ステータの本体に直接コイリングすることも可能である。
一実施例によれば、前記第1システム及び前記第2システムは三相タイプである。
一実施形態によれば、各導体は、単数又は複数の導電ワイヤ、具体的には2つのワイヤからなる。
同様に本発明は、その目的として、それぞれがコイルの奇数個の導体を受容することが意図される溝を備える、多相電気回転機械用のステータであって、
‐前記コイルは2つのシステムを備え、前記各システムは1つの導体グループをそれぞれ備え、
‐前記コイルは、第1回転方向に従って、次いで前記第1回転方向に対して反対の第2回転方向に従って交互に実現される複数のターンを備え、
或るターンから他への少なくとも2つの回転方向変換が、異なる角度領域に配置されるステータを有する。
本発明は、以下の説明を読み且つ添付図面を精査することでより良く理解されるであろう。これらの図は、例示のみを目的とし、本発明を制限するものではない。
溝毎に偶数個の導体を有する従来のコイリング方法の実施時における、ターンの実現のための異なる回転方向変換の角度位置を示す図。 ステータの平面図であって、従来のコイリング方法によって得られる、溝毎に奇数個の導体を有するコイルに関する先端ワイヤの構造を示す図。 本発明によるコイリング方法の実施後に得られるコイル状ステータの斜視図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現されるターンを示す図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現される別のターンを示す図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現される別のターンを示す図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現される別のターンを示す図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現される別のターンを示す図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現される別のターンを示す図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現される別のターンを示す図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現される別のターンを示す図。 平坦投影において示されるピンについて、本発明によるコイリング方法の実施中に実現される別のターンを示す図。 本発明による方法の実施後に得られる2つの三相システムの連結を示す図。 本発明によるコイリング方法の実施時の、ターンの異なる回転方向変換の角度位置を示す概略図。 ステータの平面図であって、本発明によるコイリング方法によって得られる、奇数個のターンを有するコイルについての先端ワイヤの構成を示す図。 本発明のコイリング方法の変形例の実施時の、ターンの異なる回転方向変換の角度位置を示す概略図。
図面を通じて、同一の、類似又は相似する要素には、同じ符号が付される。
図3は、電気回転機械のコイル状ステータ10の斜視図である。コイル状ステータ10は、主として本体11を備え、その内部に複数の相巻線PH1‐PH3;PH1’‐PH3’が装着されてコイルを形成している。例えば、電気機械は、オルタネータ又はスタータ‐オルタネータである。好適には、電気機械は、自動車両に利用されることが意図されている。スタータ‐オルタネータは、一方で、オルタネータ機能において発電機として逆に機能し、他方で電気モータとして特に自動車両の熱機関を始動させるように設計される電気機械であることに留意されたい。
ステータの本体11は、X軸を有する環状円筒形状を有するとともに、平坦なメタルシートの軸方向積層体からなる。本体11は、シリンダヘッド13の内周に角度を成して規則的に分散配置された歯12を備える。これらの歯12は、2つずつで溝15を画定する。シリンダヘッド13は、溝15の底部と本体11の外縁との間で延在する、本体11の完全環状部分に相当する。
溝15は、本体11の両側に軸方向に開口する。同様に、溝15は、本体11の内側に径方向に開口する。好適には、溝15は平行な縁部を有する、すなわち内側面が互いに平行である。例えば、溝15の個数は、36、48、60、72、84、又は96である。実施例において、ステータ10は、72個の溝を備える。好適には、ステータ10は歯根(tooth root)を備え、これにより、歯根によって径方向に保持された楔を用いて、溝は閉鎖され得る。絶縁材料16が、ステータの溝15内に配設される。
ステータ10のコイルを形成するように、複数の相巻線PH1‐PH3;PH1’‐PH3’が、本体11の溝15に設置される。本例において、一体に連結された2つの三相システムを形成するように、「六相」ステータは6つの相巻線を備える。しかしながら、本発明は、より多い個数の三相システム、又は3つ以外の巻線をそれぞれが備えるシステムにも適用可能である。
各相巻線PH1‐PH3;PH1’‐PH3’は、ターンを形成するように、蛇行形状に折り返されるとともにステータの内部において溝15に捲回される導体C1‐C3、C1’‐C3’からなる。複数のターンの捲回が、完全相のコイルを実現する。1つのターンが、2つの回転方向変換の間のコイルの一部、又は相入口と最初の回転方向変換との間の一部、又は最後の回転方向変換と相出口との間の一部に対応する。
各溝15は、同一相の導体C1‐C3、C1’‐C3’を複数回受容する。これにより、N個の相巻線が存在するときはいつでも、同一相の巻線PH1‐PH3、PH1’‐PH3’の導体が、N個の溝15全てに挿入される。
各ターンにおいて、導体C1‐C3、C1’‐C3’は、ステータの両側に交互に配置されるループ構造体19a、19bを呈し、それらの間において、所与の相巻線に関連する一連の溝15に配置されるセグメント構造体18に接続する。各導体C1‐C3、C1’‐C3’は、M個の導体ワイヤの束を備え得ることに注目すべきである。好適には、Mは、少なくとも2である。変形例として、各導体C1‐C3、C1’‐C3’は、単独ワイヤからなる。本例において、ワイヤは円形断面を有する。或いは、溝15の充填を最適化するように、ワイヤは矩形又は正方形断面を有し得る。好適には、導体は、エナメル被覆された銅から構成される。
図4a乃至4iを参照しつつ、コイル状六相ステータ10を得ることを可能とする方法を以下に説明する。コイル状六相ステータ10は、相巻線PH1‐PH3により形成される第1三相システムと、相巻線PH1’‐PH3’により形成される第2三相システムとを備える。各相巻線PH1‐PH3、PH1’‐PH3’は、対応するコイル状導体C1‐C3、C1’‐C3’からなる。本例において、導体C1‐C3、C1’‐C3’は、それぞれ、2つのワイヤ束を備えるが、図面には本方法の理解を容易とするために各導体につき1つのみのワイヤしか示さない。
正確には、図4aに示すように、第1(いわゆる最初の)ターンS1を形成するように、第1システムの導体C1‐C3の第1設置工程が実施される。したがって、導体C1‐C3は、第1システムAに対応する3つの別箇の溝15に挿入される。このアセンブリの2つの隣接する溝15は、それらの間の1つの溝によって互いに離間している。以下で説明するように、この溝は、第2三相システムBの導体C1’‐C3’の次の挿入を可能とするように、フリーとされている。
例えば、最初のターンの導体C1‐C3の端部が、第1システムのコイルの出口S1‐S3に対応する。
次いで、第1システムの導体C1‐C3は、ここでは略三角形状の、ステータ10の同じ側に突出するループ構造体19aを形成するように折り返される。次いで、第1システムAの導体C1‐C3は、最初の溝の後のN個の溝に配置される次の溝15にそれぞれ挿入される(ここで、N=6)。次いで、導体C1‐C3は、第1ループ構造体19aの側に対して反対側に突出するループ構造体19bを形成するように折り返される。したがって、ループ構造体19a、19bは、ステータの外側に、ステータの両側に交互に配置される。全てのループ構造体19a、19bは、ステータ10の同じ側に突出し、コイルの先端ワイヤを形成する。
ステータ10の所定の角度αに対応する複数の溝が覆われるまで、第1システムPH1‐PH3のみのコイルの形成が継続される。この角度αは、2つの三相システムの出口が対応する電子制御部にそれぞれ対向して配置されるように、予め定められる。
この予め定められた角度α、例えばおよそ120度の角度αが達成されたら、第2三相システムの導体C1’‐C3’の設置が実施される。したがって、システムPH1‐PH3のうちの1つの導体を受容する溝15と、他方のシステムPH1’‐PH3’の導体を受容する溝15とが交互となるように、出口S1’‐S3’に対応する、第2システムの導体C1’‐C3’の部分が、第1システムAにより充填された溝間に配置されたフリーの溝15に、及び隣接する溝15に挿入される。
次いで、2つの三相システムの同時コイリングが実施される。換言すれば、コイリングは同時に、且つ連続するN個の溝15内のN個の導体C1‐C3、C1’‐C3’(ここで、Nは6に等しい)に対して平行に実施される。
第1方向K1において最初のターンS1のコイルが実現されたら、図4bに示すように第2ターンS2を実現するために、第2コイリング方向K2を通るように方向転換CH1を実施する。こうして、2つのシステムは、或るターンに続くターンS2において同時にコイリングされる。すなわち、ピンの全ての溝15が、2つのシステムによる連続するN個の溝によって方向K2に従って連続的に充填される。
第2ターンS2が終了すると、図4cに示すように、第3ターンS3を実現するためにコイリング方向K1を再びたどるように方向転換CH2が実施される。次いで、2つのシステムは、ステータ10の1つの完全なターンより小さい、すなわち、360度未満のターンに続くターンS3において同時にコイリングされる(図4c参照)。
反対方向におけるコイリングの局面において、所与の巻線PH1‐PH3、PH1’‐PH3’に属する導体C1‐C3、C1’‐C3’の各ループ構造体19a、19bは、第1方向におけるコイリングの局面において得られた導体C1‐C3、C1’‐C3’のループ構造体19a、19bの間のフリースペースに配置されなくてはならないことに注目すべきである。こうして、分散波形対称コイルが得られる。
第3ターンS3が終了したら、図4dに示すように第4ターンを実現するために、更なる方向転換CH3が実施される。対応する回転方向転換CH5乃至CH8(図4e乃至4hを参照)によってターンS5乃至S8を実現するように、これらの工程が繰り返される。
最初のターンS1と最後のターンS9との間に配置される奇数のターンS3、S5、S7は、360度未満に亘って延びるのに対し、最初のターンS1と最後のターンS9との間に配置される偶数のターンS2、S4、S6、S8は、360度に亘って延びる。
最後の方向転換CH8の実施後、図4iに示すように最後のターンS9が実現される。ここで、第1三相システムの導体C1‐C3の設置の停止が、第2三相システムの導体C1’‐C3’の設置の停止に対してずらされる。例えば、最後のターンS9の導体C1‐C3、C1’‐C3’の端部が、第1システムPH1‐PH3のコイルの入口E1‐E3に、及び第2システムPH1’‐PH3’のコイルの入口E1’‐E3’にそれぞれ対応する。有利には、第2システムの導体C1’‐C3’の設置の停止と第1三相システムの導体C1‐C3の設置の停止との角度変位βは、電子制御部の配置に依存する。実際に、この角度変位βは、2つの三相システムの入口が、電子制御部にそれぞれ対向して配置されるように予め定められる。例えば、この角度変位βは、120度である。
図4a‐4i、6及び8に示すように、あるターンから他への少なくとも2つの回転方向転換CH1‐CH8は、異なる角度領域において実施される。「異なる角度領域」という用語は、或る回転方向転換の領域の導体C1‐C3、C1’‐C3’すべてが、別の回転方向転換の領域の溝とは異なる溝15に配置されていることを意味する。したがって、2つの異なる回転方向転換の角度領域の溝15同士が重なることはない。
図6の実施例において、コイリングの回転方向転換CH1及びCH2は、第1角度領域で実施される。コイリングの回転方向転換CH3及びCH4は、第2角度領域に位置する。コイリングの回転方向転換CH5及びCH6は、第3角度領域に位置する。コイリングの回転方向転換CH7及びCH8は、第4角度領域に位置する。これら4つの角度領域は互いに異なる。2つの隣接する角度領域は、それらの間に180度未満の角度を以て離間している。
図8の実施例において、コイリングの回転方向転換CH1乃至CH6が第1角度領域で実施される一方、コイリングの回転方向転換CH7及びCH8が、第1角度領域と異なる第2角度領域に位置している。これら2つの角度領域は、それらの間におよそ180度の角度を以て離間している。
図7に示すように、本発明により、コイリングの回転を分配するようにこれを非従来的な態様で逆にすることにより、均一な厚さのコイリングの先端ワイヤが得られる。本例において、奇数個のターンを有するステータに関して、先端ワイヤは、2つの相システムの間に、(n+1)/2個のターンの可視層を有するであろう。溝毎に7つの導体を備えるステータについて、領域Z1及びZ2において平均で4つの可視層が存在する。
本方法の最後に、各システムの入口E1‐E3、E1’‐E3’及び出口S1‐S3、S1’‐S3’を、それらの間で同一角度セクタにおいて再グループ化する。これにより、図5に示すような、三相システムそれぞれの三角形を成す連結を実現することが容易とされ得る。
したがって、第1システムPH1‐PH3において、第1相巻線PH1の入口E1は、第2相巻線PH2の出口S2に接続され、第1相巻線PH1の出口S1は、第3相巻線PH3の出口S3に接続され、第2相巻線PH2の入口E2は、第3相巻線PH3の入口E3に接続される。
更に、第2システムPH1’‐PH3’において、第1相巻線PH1’の入口E1’は、第2相巻線PH2’の出口S2’に接続され、第1相巻線PH1’の出口S1’は、第3相巻線PH3’の出口S3’に接続され、第2相巻線PH2’の入口E2’は、第3相巻線PH3’の入口E3’に接続される。
有利には、第1システムPH1‐PH3及び第2システムPH1’‐PH3’の導体C1‐C3、C1’‐C3’は、まず第1にピン10’にコイリングされ、次いでステータ本体11に移送される。変形例として、コイリングは、その場で直接ステータ本体11に対して実施され得る。
変形例として、3相システムPH1‐PH3;PH1’‐PH3’は、星型形状に連結され得る。
当然ながら、上記の説明は、例示のみを目的としてなされたものであり、本発明の範囲を制限しない。本発明は、種々の要素又は工程を他の同等物と置換することで損なわれることはない。

Claims (11)

  1. 多相電気回転機械用のステータ(10)のコイリング方法であって、
    ‐前記ステータ(10)は、それぞれがコイルの奇数個の導体を受容するように意図される溝(15)を備え、
    ‐前記コイルは2つのシステム(PH1‐PH3、PH1’‐PH3’)を備え、前記各システムは1つの導体グループ(C1‐C3、C1’‐C3’)をそれぞれ備え、
    ‐前記方法は、前記導体(C1‐C3、C1’‐C3’)を前記溝(15)に設置する工程であって、第1回転方向(K1)に従って、及び前記第1回転方向に対して反対の第2回転方向(K2)に従って交互に実現される複数のターン(S1‐S9)を備えるコイルを形成するように繰り返される工程を備え、
    或るターンから他への少なくとも2つの回転方向変換(CH1‐CH8)が、異なる角度領域において実施される、方法。
  2. 最初のターン(S1)と最後のターン(S9)との間に配置される所定のターン、具体的には奇数のターン(S3、S5、S7)が、360度未満に亘って延びる、請求項1に記載の方法。
  3. 最初のターン(S1)と最後のターン(S9)との間に配置される所定のターン、具体的には偶数のターン(S2、S4、S6、S8)が、360度に亘って延びる、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記第2システムの前記導体(C1’‐C3’)の設置の開始が、前記第1システムの導体(C1‐C3)の設置の開始に対してずらされる、最初のターン(S1)の実現工程を備える、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第2システムの前記導体(C1’‐C3’)の設置の開始と前記第1システムの前記導体(C1‐C3)の設置の開始との間の角度変位(α)は、電子制御部の配置に依存する、請求項4に記載の方法。
  6. 前記第2システムの前記導体(C1’‐C3’)の設置の停止が、前記第1システムの前記導体(C1‐C3)の設置の停止に対してずらされる、最後のターン(S9)の実現工程を備える、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第2システムの前記導体(C1’‐C3’)の設置の停止と前記第1システムの前記導体(C1‐C3)の設置の停止との間の角度変位(β)は、電子制御部の配置に依存する、請求項6に記載の方法。
  8. 前記第1システムの前記導体(C1‐C3)、及び前記第2システムの前記導体(C1’‐C3’)は、最初にピン(10’)にコイリングされ、次いでステータ本体(11)に移送される、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記第1システム(PH1‐PH3)及び前記第2システム(PH1’‐PH3’)は三相タイプである、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 各導体(C1‐C3;C1’‐C3’)は、単数又は複数の導電ワイヤ、具体的には2つのワイヤからなる、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
  11. それぞれがコイルの奇数個の導体を受容することが意図される溝(15)を備える、多相電気回転機械用のステータ(10)であって、
    ‐前記コイルは2つのシステム(PH1‐PH3、PH1’‐PH3’)を備え、前記各システムは1つの導体グループ(C1‐C3、C1’‐C3’)をそれぞれ備え、
    ‐前記コイルは、第1回転方向(K1)に従って、次いで前記第1回転方向に対して反対の第2回転方向(K2)に従って交互に実現される複数のターン(S1‐S9)を備え、
    或るターンから他への少なくとも2つの回転方向変換(CH1‐CH8)が、異なる角度領域に配置される、ステータ(10)。
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