JP2020518218A - 可変のステータノッチ幅を有する回転電気機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、‐ロータと、‐軸線に沿って延びるステータ（１１）であって、スロット（３０、３０’）を画定する複数のステータ歯（２８）を有する本体（２４）を含むステータ（１１）と、を含む自動車両用の回転電気機械（１０）であって、‐前記ステータ（１１）は、前記スロット（３０、３０’）に収容される導体（３５）を含む巻線を含み、‐前記ステータ（１１）が沿って延びる前記軸線に直交する平面（Ｐ）において、‐第１スロット（３０）が、正放線方向において前記第１スロット（３０）の径方向中央で測定される第１幅（Ｌ１）を有し、‐前記第１スロット（３０）とは別個の第２スロット（３０’）が、正放線方向において前記第２スロット（３０’）の径方向中央で測定される第２幅（Ｌ２）を有する、回転電機機械において、前記第１スロット幅（Ｌ１）は、前記第２スロット幅（Ｌ２）と異なることを特徴とする回転電気機械、に主に関する。

Description

本発明は、可変のステータノッチ幅を有する回転電気機械に関する。

公知の態様において、回転電気機械は、ステータと、シャフトと一体のロータと、を含む。ロータは、駆動軸及び／又は従動軸と一体とすることが可能であり、オルタネータ、電気モータ、又は両モードで動作可能な可逆機械の形態にある回転電気機械に属し得る。

ステータは、ローラーベアリングによってベアリングのシャフトを回転させるように構成されたハウジングに装着される。ロータは、適切な固定システムによって一組の形態に保持されたメタルシートの積層体によって形成された本体を含む。ロータは永久磁石により形成された極を含み、永久磁石はロータの磁性体に設けられたキャビティに収容されている。

また、ステータは、クラウンを形成する薄いメタルプレートの積層体で構成される本体を含み、その内面には、相巻線を受容するように内部に向かって開放する複数のノッチが設けられている。これらの巻線はノッチを通過して、ステータ本体の両側に突出するシニョンを形成する。相巻線は、例えば、エナメルで被覆された連続ワイヤから、又は溶接によって互いに接続されたピン形状の導電性要素から得られる。これらの巻線は、星形又は三角形の形状において接続された多相巻線であり、その出力は、整流器ブリッジとしても動作可能であるインバータに接続される。

本発明の目的は、トルクの変動及び磁気ノイズを低減することにより、このタイプの電気機械の構成を最適化することである。

この目的のために、本発明の主題は、
‐ ロータと、
‐ 軸線に沿って延びるステータであって、ノッチを画定する複数のステータ歯を有する本体を含むステータと、
を含む自動車両用の回転電気機械であって、
‐ 前記ステータは、前記ノッチに収容される導体を含む巻線を含み、
‐ 前記ステータが沿って延びる前記軸線に直交する平面において、
‐ 第１ノッチが、正放線方向において前記第１ノッチの径方向中央で測定される第１幅を有し、
‐ 前記第１ノッチとは別個の第２ノッチが、正放線方向において前記第２ノッチの径方向中央で測定される第２幅を有する、
回転電気機械において、
前記第１ノッチ幅は、前記第２ノッチ幅と異なる、
ことを特徴とする回転電気機械、である。

したがって、幅が異なるノッチを実現することにより、本発明は、回転電機の磁気ノイズ及びトルクの変動を効率的に低減させることができる。

一実施形態によれば、前記回転電気機械は、極毎に及び相毎に１、又は１．５、又は２個のノッチの構成を有する。

一実施形態によれば、ノッチ毎の導体の個数が偶数である。

一実施形態によれば、全ての前記導体は、同一表面積の断面を有する。

一実施形態によれば、全ての前記導体は、同一形状の断面を有する。

一実施形態によれば、前記第１ノッチ幅を前記第２ノッチ幅で割った比が、１．１０乃至１．３５に含まれる。

一実施形態によれば、前記第１ノッチ幅を前記第２ノッチ幅で割った比が、１．１５乃至１．２５に含まれる。

一実施形態によれば、前記ノッチは平行な縁部を有する。

一実施形態によれば、前記ステータ歯は平行な縁部を有する。

一実施形態によれば、前記ステータは、その周縁部に、第１ノッチと第２ノッチとを交互に有する。

一実施形態によれば、前記ステータは、その周縁部に、第１ノッチからなる第１アセンブリと第２ノッチからなる第２アセンブリとを交互に有する。

一実施形態によれば、ノッチからなる前記第１及び第２アセンブリは、それぞれ２乃至９個のノッチを含み、ノッチからなる前記２つのアセンブリは、同数のノッチを有する。

一実施形態によれば、各ステータ歯は歯根を含み、全ての前記歯根は同一の周長を有し、前記周長は前記ステータ本体の内周に沿って測定される。

一実施形態によれば、前記第１ノッチはノッチ絶縁体を含み、前記ノッチ絶縁体は、前記第２ノッチの前記ノッチ絶縁体の厚さと異なる厚さを有する。

一実施形態によれば、前記導体は、互いに電気的に接続された連続ワイヤ又はピンから構成される。

一実施形態によれば、前記ステータは、一部品である、又はセグメント化された積層ステータである。

一実施形態によれば、前記巻線は、星型又は三角形型である。

一態様によれば、本発明の主題は、
‐ ロータと、
‐ ノッチを画定する複数のステータ歯を有する本体を含むステータと、
を含む自動車両用の回転電気機械であって、
‐ 前記ステータは、各ノッチに収容された導体を含む巻線を含み、
‐ 前記ステータが沿って延びる前記軸線に直交する平面において、
‐ 第１ノッチが、正放線方向において前記第１ノッチの径方向中央で測定される第１幅を有し、
‐ 前記第１ノッチとは別個の第２ノッチが、正放線方向において前記第２ノッチの径方向中央で測定される第２幅を有する、
回転電気機械において、
前記第１ノッチはノッチ絶縁体を含み、前記ノッチ絶縁体は、前記第２ノッチの前記ノッチ絶縁体の厚さと異なる厚さを有する、
ことを特徴とする回転電気機械、である。

本発明は、以下の説明を読みこれに添付された図面を参照することでより良く理解されるであろう。これらの図面は、純粋に例示のために提供されるものであって、本発明を限定するものでは決してない。

本発明による回転電気機械の縦断面図。 本発明による回転電気機械の巻線ステータ及びロータの斜視図。 本発明によるステータの部分横断面図であって、可変の幅を有するノッチパターンを示す図。 本発明によるステータの部分横断面図であって、可変の幅を有する他のノッチパターンを示す図。 本発明によるステータの部分横断面図であって、可変の幅を有するさらに他のノッチパターンを示す図。 本発明によるステータの部分横断面図であって、可変の幅を有するさらに他のノッチパターンを示す図。 本発明によるステータの部分横断面図であって、可変の幅を有するさらに他のノッチパターンを示す図。 第１ノッチ幅と第２ノッチ幅との比に応じたトルクの変動の減少の様子を示す図。 第１ノッチ幅と第２ノッチ幅との比に応じた平均トルク損失の様子を示す図。

同一、類似又は相似の要素には、図面を通じて同じ参照符号が付される。

図１は、シャフト１３に取り付けられたロータ１２を囲む多相ステータ１１を含む回転電気機械１０を示す。ステータ１１は、ステータ１１の内周とロータ１２の外周との間に空隙が存在する状態でロータ１２を囲む。ステータ１１は、ハウジング１４に嵌め込まれており、ハウジング１４は、シャフト１３を回転可能に支持する前方ベアリング１５及び後方ベアリング１５を有している。

この電気機械１０は、特に、ピニオン１７を介して、ギアボックス等の自動車両の牽引チェーンの要素に連結されるように設計され得る。機械１０は、オルタネータモードでは、特に車両のバッテリ及び車載ネットワークに給電するように動作可能であるとともに、モータモードでは、車両の熱機関の始動を保証するだけでなく、単独で又は熱機関とともに車両の牽引に寄与するように動作可能である。変形例として、電気機械１０は、自動車両の車軸、特に後車軸に埋設され得る。変形例として、電気機械１０は、電気モータ又は非可逆発電機の形態にある。電気機械１０の出力は、有利には８ｋＷ乃至３０ｋＷの間に含まれる。

より具体的には、図２に示すように、ロータ１２は、一組のメタルプレートの形態にある本体１９を含んでいる。永久磁石２０が、２つの連続する磁石２０の互いに対向する側面同士が同じ極を有する状態で、一組のメタルプレートの内部において放射状に埋設され得る。ロータ１２は、磁束集中タイプである。変形例として、永久磁石２０は、「Ｖ」字形状をなす構成に従ってキャビティ２１の内部に埋設される。或いは、永久磁石２０は、本体１９のキャビティ２１の内部において正放線方向に（orthoradially）延びる。磁石２０は、用途及び機械１０に必要な出力に応じて、レアアース又はフェライトから構成され得る。

更に、ステータ１１は、シャフト１３の軸線に対応する軸線Ｘに沿って延びる。ステータ１１は、一組のメタルプレートにより構成される本体２４、及び、巻線２５を含む。本体２４は、メタルプレートシートの積層体によって形成される。メタルプレートシートは、互いから独立しており、適切な固定システムによって一組の形態に保持されている。ステータ本体２４は、一部品タイプであっても、セグメント化されたタイプであってもよい。すなわち、ステータ本体２４は、互いに機械的に接続された複数のセクションであって各セクションが本体の角度部分を画定する複数のセクションから形成されてもよい。

本体２４には、複数のステータ歯２８が設けられる。ステータ歯２８は、ステータ巻線２５を取り付けるためのノッチ３０、３０’の対を画定する。したがって、２つの連続するノッチは、１つの歯２８によって互いから離間している。

図示例では、ノッチ３０、３０’は平行な縁部を有する。しかしながら、本発明は、平行な縁部を有するステータ歯２８、すなわち台形断面（不等辺四辺形）を有するノッチ３０、３０’を有するステータ歯２８にも適用可能である。

また、各歯２８は、図３ａ乃至図３ｅに示す歯根３１を含む。全ての歯根３１は、同一の周長を有する。周長は、ステータ本体２４の内周の周囲で測定される。

巻線２５は、ノッチ３０を通過してシニョン３３を形成する相巻線２６のアセンブリを含む。シニョン３３は、ステータ本体２４の両側から突出して延びる。相巻線２６の出力部は、同じく整流器ブリッジとしても動作可能であるインバータ３４に接続される。この目的のために、インバータ３４は、巻線２５の相出力部に接続された、ＭＯＳタイプのトランジスタ等の電力スイッチング素子を設けられた電力モジュールを含んでいる。

巻線２５は、ピン３７により構成される複数の導体３５から形成される。これらのピン３７は、「Ｕ」字形状を有し得る。Ｕ字形状の分岐の端部同士は、溶接によって互いに接続されている。変形例として、巻線２５は、ステータ１１の内部においてノッチ３０、３０’の内部で巻かれて単数又は複数のターンを形成する連続導電ワイヤから形成される。

相巻線２６は、一連のノッチ３０、３０’にそれぞれ対応付けられる。有利には、ステータ１１は、単一又は２つの独立した三相システムを含む。各三相システムは、３つの相巻線２６により形成される。各三相システムは、三角形又は星の形態に結合され得る。

より具体的には、一連のノッチのうちの２つの連続するノッチ３０、３０’は、その他の相に対応する隣接するノッチによって離間している。したがって、Ｋ個の相がある場合、単相巻線２６の全ての導体３５は、Ｋ＋１個のノッチ毎に挿入される。例えば、第１相の巻線が第１ノッチに挿入される場合、次にそれは、極毎に及び相毎に１個のノッチを有する単純な三相機械の場合、すなわちＫ＝３である場合、４番目のノッチに挿入される。極毎に及び相毎に２個のノッチを有する構成も想定され得る。単独のノッチ３０、３０’は、極毎に及び相毎に１．５個のノッチである選択的な構成において、２つの異なる相巻線に属する導体３５を受容可能であることに留意されたい。

各ノッチ３０、３０’の内部の導体３５の個数は、有利には偶数である。図３ａ乃至３ｅにおいて、各ノッチ３０、３０’は２つの導体を含む。変形例として、ステータ１１は、ノッチ３０、３０’毎に４つ又は６つの導体を含み得る。

好適には、ノッチ３０、３０’の内部において、全ての導体３５は、同一表面積の断面を有する。また、全ての導体は、正方形、長方形、扁平形又は円形等の同一形状の断面を有する。導体３５は、ノッチ３０、３０’の内部において互いに径方向に積層される。

また、図３ａに示すように、ステータ１１が沿って延びる軸線に直交する平面Ｐに沿って、少なくとも１つの第１ノッチ３０は第１幅Ｌ１を有し、第１ノッチ３０とは別個の少なくとも１つの第２ノッチ３０’は第２幅Ｌ２を有する。

幅Ｌ１、Ｌ２は、軸線Ｘに対して正放線方向である方向において、対応するノッチ３０、３０’の半径方向中央で測定される。第１ノッチ幅Ｌ１は、第２ノッチ幅Ｌ２と異なる。本例において、第１ノッチ幅Ｌ１は、ノッチ幅Ｌ２より大きい。

換言すれば、第１ノッチ３０の横断面の面積は、第２ノッチ３０’の横断面の面積と異なる。この結果、全てが同一の表面積を有する横断面を有する導体３５について、第１ノッチ３０の充填レベルは第２ノッチ３０’の充填レベルと異なる。

また、第１ノッチ３０は、導体３５をステータ本体２４に対して電気的に絶縁するようにノッチ絶縁体３９を含む。このノッチ絶縁体３９は、第２ノッチ３０’のノッチ絶縁体３９の厚さと異なる厚さ、本例においてこれより大きい厚さを有する。図３ａでは視認し易いように２つのノッチ絶縁体３９のみが示されているが、ノッチ絶縁体３９が各ノッチ３０、３０’の内部において、導体３５と対応するノッチ３０、３０’の内面との間に配置されていることが明瞭である。

図３ａに示す例において、ステータ１１は、その周縁部に、すなわちステータ１１の周縁部に、第１ノッチ３０と第２ノッチ３０’とを交互に有している。第１幅Ｌ１を有する第１ノッチ３０が存在し、その直後に第２幅Ｌ２を有する第２ノッチ３０’、その直後に第１幅Ｌ１を有する第１ノッチ、その直後に第２幅Ｌ２を有する第２ノッチ３０’等々が存在していることが看取される。

或いは、図３ｂ乃至３ｅに示すように、ステータ１１は、その周縁部に、互いに隣接する複数の第１ノッチ３０からなる第１アセンブリＥ１と、互いに隣接する複数の第２ノッチ３０’からなる第２アセンブリＥ２とを交互に有する。したがって、ステータ１１の周縁部の周囲に、ノッチ３０からなる第１アセンブリＥ１が存在し、そしてこのノッチ３０からなる第１アセンブリＥ１の直後にノッチ３０’からなる第２アセンブリＥ２、そしてこのノッチ３０’からなる第２アセンブリＥの直後にノッチ３０からなる第１アセンブリＥ１、そして第２アセンブリＥ２等々が、ステータ１１の周縁部の周囲に連続して存在していることが看取される。

ノッチからなる第１及び第２アセンブリＥ１、Ｅ２のそれぞれは、２乃至９個のノッチ３０、３０’を含む。ノッチからなる２つのアセンブリＥ１、Ｅ２は、同数のノッチ３０、３０’を有する。図３ｂの実施形態において、ノッチ３０、３０’からなる第１アセンブリＥ１及び第２アセンブリＥ２は、それぞれ２つのノッチを含んでいる。図３ｃの実施形態において、ノッチ３０、３０’からなる第１アセンブリＥ１及び第２アセンブリＥ２は、３つのノッチ３０をそれぞれ含んでいる。図３ｄの実施形態において、ノッチ３０、３０’からなる第１アセンブリＥ１及び第２アセンブリＥ２は、６つのノッチをそれぞれ含んでいる。図３ｅの実施形態において、ノッチ３０、３０’からなる第１アセンブリＥ１及び第２アセンブリＥ２は、９つのノッチをそれぞれ含んでいる。

図４ａは、単一の第１ノッチ３０と第２ノッチ３０’とを交互に配置した場合（曲線Ｃ１参照）、並びに、ノッチからなる第１及び第２アセンブリＥ１とＥ２とを交互に配置した場合であって、第１及び第２アセンブリＥ１及びＥ２がそれぞれ２つのノッチを含む場合（曲線Ｃ２参照）、３つのノッチを含む場合（曲線Ｃ３参照）、６つのノッチを含む場合（曲線Ｃ４参照）、９つのノッチを含む場合（曲線Ｃ５参照）についての、第１ノッチ幅Ｌ１と第２ノッチ幅Ｌ２との比に応じたトルクＲ＿ｏｎｄの変動の減少の様子を示す。

図４ｂは、単一の第１ノッチ３０と第２ノッチ３０’とを交互に配置した場合（曲線Ｃ１’参照）、並びに、ノッチからなる第１及び第２アセンブリＥ１とＥ２とを交互に配置した場合であって、第１及び第２アセンブリＥ１及びＥ２がそれぞれ２つのノッチを含む場合（曲線Ｃ２’参照）、３つのノッチを含む場合（曲線Ｃ３’参照）、６つのノッチを含む場合（曲線Ｃ４’参照）、９つのノッチを含む場合（曲線Ｃ５’参照）についての、第１ノッチ幅Ｌ１と第２ノッチ幅Ｌ２との比に応じた平均トルク損失Ｐ＿Ｃの様子を示す。

図４ａ及び４ｂの曲線は、３相及び４対の極を持つ永久磁石を有する同期機械で得られたものである。また、電気機械１０は、極毎に及び相毎に１．５個のノッチの構成を有する。しかしながら、本発明は４対の極を有する機械に限定されず、任意の極性を含む機械において実施され得る。相数も、適用に応じて調整され得る。

有利には、第１ノッチ幅Ｌ１を第２ノッチ幅Ｌ２で割った比が１．１０乃至１．３５に含まれる値Ｐｌ＿１の範囲が選択される。最適な構成によれば、この比Ｌ１／Ｌ２は、１．１５乃至１．２５に亘る範囲Ｐｌ＿２に含まれる。

ノッチ３０、３０’の全てのパターンについて、このタイプの範囲によって、トルクの変動の減少と平均トルクの減少との適切な妥協が得られる。実際に、このタイプの数値範囲により、５％未満の最大平均トルク損失を生成しつつ、ほぼ２０％に達し得るトルクの変動の大幅な減少を得ることができる。

１．３０を超えるＬ１／Ｌ２の比について、トルクの変動の減少が緩慢になることが看取される。

また、図２に示すように、電気機械１０は、冷却液の入力部及び出力部を含む冷却液回路を含み得る。これにより、液体が、ステータ１１の外周に設けられたチャンバ４４内で循環する。したがって、電気機械１０は、水又は油によって冷却され得る。

前記説明は単なる例示としてなされたものであり、本発明の分野を限定するものではなく、異なる要素を他の同等物で置換しても本発明の範囲から逸脱しないことを理解されたい。

また、本発明の異なる特徴、変形、及び／又は実施形態は、それらが両立不能又は相互排他的でない限り、種々の組み合わせに従って互いに関連付けられ得る。

Claims (15)

1. ‐ ロータ（１２）と、
   ‐ 軸線（Ｘ）に沿って延びるステータ（１１）であって、ノッチ（３０、３０’）を画定する複数のステータ歯（２８）を有する本体を含むステータ（１１）と、
   を含む自動車両用の回転電気機械（１０）であって、
   ‐ 前記ステータ（１１）は、前記ノッチ（３０、３０’）に収容される導体（３５）を含む巻線（２５）を含み、
   ‐ 前記ステータ（１１）が沿って延びる前記軸線に直交する平面（Ｐ）において、
   ‐ 第１ノッチ（３０）が、正放線方向において前記第１ノッチ（３０）の径方向中央で測定される第１幅（Ｌ１）を有し、
   ‐ 前記第１ノッチ（３０）とは別個の第２ノッチ（３０’）が、正放線方向において前記第２ノッチ（３０’）の径方向中央で測定される第２幅（Ｌ２）を有する、
   回転電気機械において、
   前記第１ノッチ幅（Ｌ１）は、前記第２ノッチ幅（Ｌ２）と異なる、
   ことを特徴とする回転電気機械。
2. 極毎に及び相毎に１、又は１．５、又は２個のノッチの構成を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
3. ノッチ（３０、３０’）毎の導体（３５）の個数が偶数である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電気機械。
4. 全ての前記導体（３５）は、同一表面積の断面を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転電気機械。
5. 全ての前記導体（３５）は、同一形状の断面を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の回転電気機械。
6. 前記第１ノッチ幅（Ｌ１）を前記第２ノッチ幅（Ｌ２）で割った比が、１．１０乃至１．３５に含まれる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の回転電気機械。
7. 前記第１ノッチ幅（Ｌ１）を前記第２ノッチ幅（Ｌ２）で割った比が、１．１５乃至１．２５に含まれる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の回転電気機械。
8. 前記ノッチ（３０、３０’）は平行な縁部を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回転電気機械。
9. 前記ステータ歯（２８）は平行な縁部を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回転電気機械。
10. 前記ステータ（１１）は、その周縁部に、第１ノッチ（３０）と第２ノッチ（３０’）とを交互に有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回転電気機械。
11. 前記ステータ（１１）は、その周縁部に、第１ノッチ（３０）からなる第１アセンブリ（Ｅ１）と第２ノッチ（３０’）からなる第２アセンブリ（Ｅ２）とを交互に有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回転電気機械。
12. ノッチからなる前記第１及び第２アセンブリ（Ｅ１、Ｅ２）は、それぞれ２乃至９個のノッチ（３０、３０’）を含み、ノッチからなる前記２つのアセンブリ（Ｅ１、Ｅ２）は、同数のノッチ（３０、３０’）を有する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の回転電気機械。
13. 各ステータ歯（２８）は歯根（２８）を含み、全ての前記歯根（２８）は同一の周長を有し、前記周長は前記ステータ本体（２４）の内周に沿って測定される、
    ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の回転電気機械。
14. 前記第１ノッチ（３０）はノッチ絶縁体（３９）を含み、前記ノッチ絶縁体（３９）は、前記第２ノッチ（３０’）の前記ノッチ絶縁体（３９）の厚さと異なる厚さを有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の回転電気機械。
15. 前記導体（３５）は、互いに電気的に接続された連続ワイヤ又はピンから構成される、
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の回転電気機械。

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