JP2021016300A - Rotary electric machine - Google Patents

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Abstract

To provide a rotary electric machine excellent in heat characteristics to increase efficiency in a low torque range.SOLUTION: A stator winding of a rotary electric machine comprises: a plurality of delta-connected first windings for high-speed output; and a plurality of second windings for low-speed output arranged to be connected between each connection point and each phase terminal for connecting the first windings. The rotary electric machine comprises a switching part which switches connection between each connection point and each phase terminal to a direct connection state and a connection state via the second windings. The first windings are installed on a rotor facing surface side in a shot, and the second windings are installed opposite to the rotor facing surface side in the slot. To the first windings, a current waveform flows, which is formed by superposing a harmonic waveform in which one or more of tertiary and 3+6n-th of current to be generated in the first windings are synthesized with a primary waveform which is a fundamental control waveform of the current generated by the drive circuit. The harmonic waveform is a specific harmonic waveform of which the total sum of the current while the primary waveform takes a positive value is positive, and the total sum of the current while the primary waveform takes a negative value is negative.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されて電動機や発電機として用いられる回転電機に関する。 The present invention relates to a rotary electric machine mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle and used as an electric motor or a generator.

従来、電気自動車用の電動機(モータ)は、低速から高速まで広い範囲で高トルク及び高効率特性を発揮することが望まれる。このような用途に対して、特許文献1〜3には、電動機のステータ巻線の結線をスター結線(Y結線)とデルタ結線(Δ結線)とに切り替えることにより、低速領域と高速領域のそれぞれにおいて最適特性を発揮させる技術が開示されている。 Conventionally, electric motors for electric vehicles are desired to exhibit high torque and high efficiency characteristics in a wide range from low speed to high speed. For such applications, Patent Documents 1 to 3 describe the low-speed region and the high-speed region, respectively, by switching the connection of the stator winding of the motor between a star connection (Y connection) and a delta connection (Δ connection). Discloses a technique for exerting optimum characteristics in the above.

特開昭64−34198号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-34198 特開2014−54094号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-54094 特許第3948009号公報Japanese Patent No. 3948009

ところで、上記のようなY−Δ結線切り替え方式が採用された電動機は、低速領域では、Y結線を選択し、十分に高い電圧を印加することで同一電流に対して大きいトルクを得ることができる。また、電動機のインピーダンスが周波数に比例して大きくなることから、周波数が高くなる高速領域では電流が流れ難くなるため、インピーダンスの低いΔ結線を選択することで、電流を流れ易くすることができる。したがって、Δ結線においては、高速、低トルク領域の高特性が重要となり、Y結線においては、最大出力の上昇が望まれる。 By the way, in the electric motor adopting the Y-Δ connection switching method as described above, in the low speed region, a large torque can be obtained for the same current by selecting the Y connection and applying a sufficiently high voltage. .. Further, since the impedance of the electric motor increases in proportion to the frequency, it is difficult for the current to flow in the high-speed region where the frequency is high. Therefore, by selecting the Δ connection having a low impedance, the current can easily flow. Therefore, in the Δ connection, high characteristics in the high speed and low torque region are important, and in the Y connection, an increase in the maximum output is desired.

また、ステータ巻線への通電時に必然的に発生する熱の問題の改善も望まれる。この通電時に発生する熱は銅損であるため、U、V、W相の巻線が並列接続されるΔ結線よりも、2つの相が直列接続されるY結線の方が大きいので、特にY結線側で問題となり易い。 It is also desired to improve the problem of heat that is inevitably generated when the stator winding is energized. Since the heat generated during this energization is copper loss, the Y connection in which the two phases are connected in series is larger than the Δ connection in which the U, V, and W phase windings are connected in parallel. It tends to be a problem on the connection side.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱特性に優れ、低トルク域での高効率化を図ることができる回転電機を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object to be solved to provide a rotary electric machine having excellent thermal characteristics and capable of improving efficiency in a low torque range.

上記課題を解決するためになされた本発明は、
周方向に配列された複数の磁石収容孔(22)が設けられたロータコア(21)と、前記磁石収容孔に埋設された永久磁石(23)と、を有するロータ(20)と、
前記ロータコアに径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロット(34)が設けられたステータコア(31)と、前記スロットに収容されて前記ステータコアに巻装されている複数相(U相,V相,W相)のステータ巻線(40)と、を有するステータ(30)と、
を備えた回転電機(1)において、
前記ステータ巻線は、デルタ結線された高速出力用の複数の第一巻線(41)と、前記第一巻線同士を接続する各接続点(43U,43V,43W)と各相端子(44U,44V,44W)との間に接続可能に配置された低速出力用の複数の第二巻線(42)と、を有し、
前記回転電機は、各前記接続点と各前記相端子との接続を直接接続する状態と前記第二巻線を介して接続する状態のどちらかに切り替える切り替え部(45U,45V,45W)を備え、
前記第一巻線は、前記スロット内でロータ対向面側に設置され、
前記第二巻線は、前記スロット内で反ロータ対向面側に設置され、
前記第一巻線には、駆動回路が発生させた電流の基本制御波形である1次波形に、前記第一巻線内で発生する電流の3次及び3+6n次(nは1以上の自然数)のうちの1つ又は2以上が合成された高調波波形が重畳した波形の電流が流れ、
前記高調波波形は、前記1次波形が正の値をとる間の電流の総和が正であり、前記1次波形が負の値をとる間の電流の総和が負である特定高調波波形である。
The present invention made to solve the above problems
A rotor (20) having a rotor core (21) provided with a plurality of magnet accommodating holes (22) arranged in the circumferential direction, and a permanent magnet (23) embedded in the magnet accommodating holes.
A stator core (31) provided with a plurality of slots (34) arranged radially opposite to the rotor core, and a plurality of phases housed in the slots and wound around the stator core. A stator (30) having a stator winding (40) of (U-phase, V-phase, W-phase) and
In the rotary electric machine (1) equipped with
The stator windings include a plurality of delta-connected high-speed output first windings (41), connection points (43U, 43V, 43W) connecting the first windings, and phase terminals (44U). , 44V, 44W), and a plurality of second windings (42) for low speed output arranged so as to be connectable.
The rotary electric machine includes a switching unit (45U, 45V, 45W) that switches between a state in which the connection between each connection point and each of the phase terminals is directly connected and a state in which the connection is connected via the second winding. ,
The first winding is installed on the rotor facing surface side in the slot.
The second winding is installed on the anti-rotor facing surface side in the slot.
In the first winding, the first-order waveform which is the basic control waveform of the current generated by the drive circuit is added to the third-order and 3 + 6n-th order of the current generated in the first winding (n is a natural number of 1 or more). The current of the waveform in which one or two or more of them are combined and the harmonic waveform is superimposed flows,
The harmonic waveform is a specific harmonic waveform in which the sum of the currents while the primary waveform takes a positive value is positive and the sum of the currents while the primary waveform takes a negative value is negative. is there.

この構成によれば、デルタ結線された第一巻線同士を接続する各接続点と各相端子との接続を、切り替え部により直接接続する状態に切り替えたときには、ステータ巻線は高速出力用としてデルタ結線された状態になる。また、デルタ結線された第一巻線同士を接続する各接続点と各相端子との接続を、切り替え部により第二巻線を介して接続する状態に切り替えたときには、ステータ巻線は低速出力用としてスター・デルタ結線された状態になる。 According to this configuration, when the connection between each connection point connecting the delta-connected first windings and each phase terminal is switched to the state of being directly connected by the switching portion, the stator winding is used for high-speed output. It becomes a delta connection state. Further, when the connection between each connection point connecting the delta-connected first windings and each phase terminal is switched to the state of being connected via the second winding by the switching portion, the stator winding outputs at low speed. It will be in a star-delta connection state for use.

そして、スター・デルタ結線に切り替えられたステータ巻線に対して通電されると、デルタ結線された第一巻線に流れる電流は、第二巻線に流れる電流よりも少ないため、第一巻線の銅損による発熱も少ない。即ち、銅損は、負荷電流の2乗に比例することから、第一巻線の発熱量は、第二巻線の発熱量の1/3程度となる。本発明では、発熱量の小さい第一巻線が、ステータコアのロータ対向面側に設置され、発熱量の大きい第二巻線が、ステータコアの反ロータ対向面側に設置されている。これにより、ステータ巻線は、発熱量の大きい第二巻線が、ステータコアの熱容量の大きいバックコア部側に寄せられていることから、熱引きが良く冷め易くなるので、熱特性に優れたものとなる。 Then, when the stator winding switched to the star-delta connection is energized, the current flowing through the delta-connected first winding is smaller than the current flowing through the second winding, so that the first winding There is little heat generation due to copper loss. That is, since the copper loss is proportional to the square of the load current, the calorific value of the first winding is about 1/3 of the calorific value of the second winding. In the present invention, the first winding having a small calorific value is installed on the rotor facing surface side of the stator core, and the second winding having a large calorific value is installed on the anti-rotor facing surface side of the stator core. As a result, the stator winding has excellent thermal characteristics because the second winding, which generates a large amount of heat, is brought closer to the back core portion, which has a large heat capacity of the stator core, so that it can be easily heated and cooled. It becomes.

また、磁石埋め込み型のロータが採用されている場合には、発熱量の小さい第一巻線が、ステータコアのロータ対向面側に設置されていることから、磁石への熱の影響が少なくなるため、磁石の減磁を抑制することができる。また、磁石埋め込み型モータのトルクは、d軸の磁石磁束Ψにq軸の電流を掛けた磁石トルクと、q軸のインダクタンスとd軸のインダクタンスの差にd、q軸の電流を掛けたリラクタンストルクの差であるが、低トルク域では、弱め界磁電流、及び弱め界磁磁束が低電流のため利用されないため、d、q軸の電流を使うリラクタンストルクよりも、q軸電流を使う磁石トルクの方に、総トルクに対する比率は偏りがちである。ここで、デルタ結線された高速出力用の第一巻線をステータコアの、ロータ内磁石と距離が近く磁気抵抗が小さいロータ対向面側に集中させることにより、磁石磁束Ψを多く出力させることができるので、低トルク領域での高効率化を図ることができる。また、低速出力用の第二巻線をステータコアの反ロータ対向面側に集中させることにより、特にd、q軸の電流を強く流す低速大トルク出力時に有効なリラクタンストルクとなるインダクタンスを維持し、大電流適応時に過大な電圧源と成り得る磁石磁束Ψの必要以上の増加を抑制することができる。 In addition, when a magnet-embedded rotor is used, the first winding, which generates less heat, is installed on the rotor facing surface side of the stator core, so the effect of heat on the magnet is reduced. , Magnet demagnetization can be suppressed. The torque of the magnet-embedded motor is the magnet torque obtained by multiplying the d-axis magnetic flux Ψ by the q-axis current, and the relaxation obtained by multiplying the difference between the q-axis inductance and the d-axis inductance by the d and q-axis currents. Although it is a difference in torque, in the low torque range, the weakening field current and the weakening field magnetic flux are not used because of the low current, so the magnet that uses the q-axis current rather than the reluctance torque that uses the d and q-axis currents. The ratio to the total torque tends to be biased toward the torque. Here, by concentrating the delta-connected first winding for high-speed output on the rotor facing surface side of the stator core, which is close to the magnet in the rotor and has a small magnetoresistance, a large amount of magnet magnetic flux Ψ can be output. Therefore, high efficiency can be achieved in a low torque region. Further, by concentrating the second winding for low-speed output on the anti-rotor facing surface side of the stator core, an inductance that becomes an effective reluctance torque especially at low-speed large torque output in which a strong current flows on the d and q axes is maintained. It is possible to suppress an unnecessarily increase in the magnetic flux Ψ, which can be an excessive voltage source when a large current is applied.

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。 The reference numerals in parentheses after each member or part described in this column and the claims indicate the correspondence with the specific member or part described in the embodiment described later, and the patent. It does not affect the composition of each claim described in the claims.

実施形態1に係る回転電機の軸方向に沿う模式断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the axial direction of the rotary electric machine according to the first embodiment. 実施形態1に係るステータの斜視図である。It is a perspective view of the stator which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1においてステータコアのスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which inserts the conductor segment into the slot of the stator core in Embodiment 1. FIG. 実施形態1において用いられる導体セグメントの断面図である。It is sectional drawing of the conductor segment used in Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係るロータ及びステータの1磁極分の部分平面図である。FIG. 5 is a partial plan view of one magnetic pole of the rotor and the stator according to the first embodiment. 実施形態1に係るステータ巻線の結線図である。It is a wiring diagram of the stator winding which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1の回転電機においてステータ巻線に流される電流の波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the waveform of the electric current which flows through the stator winding in the rotary electric machine of Embodiment 1. 実施形態1の回転電機においてd軸磁路及びq軸磁路の磁束の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the magnetic flux of the d-axis magnetic path and the q-axis magnetic path in the rotary electric machine of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の回転電機においてステータ巻線に特定高調波波形電流が流されたときのステータ磁束を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the stator magnetic flux when the specific harmonic waveform current is passed through the stator winding in the rotary electric machine of Embodiment 1. 実施形態1の回転電機においてステータ巻線がΔ結線された状態で作動した場合とスター・デルタ結線された状態で作動した場合の回転数とトルクの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation speed and torque at the time of operating in the state where the stator winding is Δ-connected and the case where it is operated in the state of star-delta connection in the rotary electric machine of Embodiment 1. 実施形態2に係るステータの1磁極分の部分平面図である。It is a partial plan view of one magnetic pole of the stator which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態3に係るステータの1磁極分の部分平面図である。FIG. 5 is a partial plan view of one magnetic pole of the stator according to the third embodiment. 実施形態3に係るステータ巻線の第一巻線を構成する積層導体線の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a laminated conductor wire constituting the first winding of the stator winding according to the third embodiment. 変形例1に係るステータ巻線の結線図である。It is a wiring diagram of the stator winding which concerns on modification 1. FIG.

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the rotary electric machine according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

〔実施形態1〕
本実施形態に係る回転電機1は、車両用電動機(モータ)として使用されるものである。この回転電機1は、図1に示すように、ハウジング10と、ハウジング10に回転可能に支持された回転軸13と、埋設された複数の永久磁石23により周方向に極性が交互に異なる磁極が形成され界磁として働くロータ20と、ステータコア31及びステータ巻線40を有し電機子として働くステータ30と、を備えている。
[Embodiment 1]
The rotary electric machine 1 according to the present embodiment is used as a vehicle electric motor (motor). As shown in FIG. 1, the rotary electric machine 1 has magnetic poles having different polarities in the circumferential direction due to a housing 10, a rotating shaft 13 rotatably supported by the housing 10, and a plurality of permanent magnets 23 embedded therein. It includes a rotor 20 that is formed and acts as a field magnet, and a stator 30 that has a stator core 31 and a stator winding 40 and acts as an armature.

ハウジング10は、有底筒状の一対のハウジング半部材10a,10bにより、両端が閉口した概ね円筒状に形成されている。一対のハウジング半部材10a,10bは、開口部同士が対向する状態でボルト11により締結されることで一体化されている。回転軸13は、ハウジング10の軸方向両側の壁部に、一対の軸受け12,12を介して回転可能に支持されている。 The housing 10 is formed into a substantially cylindrical shape with both ends closed by a pair of bottomed tubular housing semi-members 10a and 10b. The pair of housing semi-members 10a and 10b are integrated by being fastened by bolts 11 with the openings facing each other. The rotating shaft 13 is rotatably supported on the wall portions on both sides of the housing 10 in the axial direction via a pair of bearings 12, 12.

ロータ20は、ハウジング10に回転可能に支持された回転軸13の軸方向中央部外周に、回転軸13と一体回転可能に嵌合固定されている。このロータ20は、図5(一部を示す部分平面図)に示すように、周方向に配列された複数の磁石収容孔22、第1フラックスバリア25及び第2フラックスバリア26等を有するロータコア21と、各磁石収容孔22にそれぞれ埋設された複数の永久磁石23と、を備えている。 The rotor 20 is rotatably fitted and fixed to the outer periphery of the central portion of the rotating shaft 13 rotatably supported by the housing 10 in the axial direction. As shown in FIG. 5 (partial plan view showing a part), the rotor 20 has a rotor core 21 having a plurality of magnet accommodating holes 22, a first flux barrier 25, a second flux barrier 26, and the like arranged in the circumferential direction. And a plurality of permanent magnets 23 embedded in each magnet accommodating hole 22.

ロータコア21は、中央に貫通孔21aを有する円環状の鋼板を軸方向に複数積層して厚肉円筒状に形成されており、回転軸13の外周に貫通孔21aが嵌合固定されている。このロータコア21の外周部には、軸方向に貫通する複数対(実施形態1では8対)の磁石収容孔22が周方向に所定距離を隔てて設けられている。磁石収容孔22は、2個で対をなし外周側に向かうにつれて互いに離間するようにV字状に配置された複数対のもので構成されている。一対の磁石収容孔22,22の間には、径方向に延びる中央ブリッジ24が設けられている。 The rotor core 21 is formed in a thick cylindrical shape by laminating a plurality of annular steel plates having a through hole 21a in the center in the axial direction, and the through hole 21a is fitted and fixed to the outer periphery of the rotating shaft 13. A plurality of pairs (8 pairs in the first embodiment) of magnet accommodating holes 22 penetrating in the axial direction are provided on the outer peripheral portion of the rotor core 21 at a predetermined distance in the circumferential direction. The magnet accommodating holes 22 are composed of two pairs and a plurality of pairs arranged in a V shape so as to be separated from each other toward the outer peripheral side. A central bridge 24 extending in the radial direction is provided between the pair of magnet accommodating holes 22, 22.

各磁石収容孔22には、ロータ20の回転軸線Oと直角方向の断面形状が長方形の永久磁石23が1個ずつ収容されている。実施形態1の場合、V字状に配置された一対の磁石収容孔22,22に収容された一対の永久磁石23,23により1つの磁極が形成されている。この場合、8対の永久磁石23,23によって、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極(実施形態1では8極(N極:4、S極:4))が形成されている。なお、ロータ20の1つの磁極において、一対の磁石収容孔22,22及び一対の永久磁石23,23は、ロータ20の回転軸線Oと磁極中心とを通る磁極中心線C1に対して線対称となる状態(外周側が開くV字状態)に配置されている。 Each magnet accommodating hole 22 accommodates one permanent magnet 23 having a rectangular cross-sectional shape in the direction perpendicular to the rotation axis O of the rotor 20. In the case of the first embodiment, one magnetic pole is formed by a pair of permanent magnets 23, 23 housed in a pair of magnet housing holes 22, 22 arranged in a V shape. In this case, the eight pairs of permanent magnets 23, 23 form a plurality of magnetic poles (8 poles (N pole: 4, S pole: 4) in the first embodiment) having alternately different polarities in the circumferential direction. In one magnetic pole of the rotor 20, the pair of magnet accommodating holes 22, 22 and the pair of permanent magnets 23, 23 are line-symmetric with respect to the magnetic pole center line C1 passing through the rotation axis O of the rotor 20 and the magnetic pole center. (V-shaped state in which the outer peripheral side opens).

ロータコア21の周方向に隣接し極性が異なる2つの磁極の間には、或る1つの磁極間から他の磁極間へ磁束が流れる部位となるq軸コア部27が形成されている。そして、各磁石収容孔22に収容された永久磁石23と周方向に対向するq軸コア部27との間には、磁気的空隙部としての第1フラックスバリア25がそれぞれ磁石収容孔22と連続して一体に設けられている。 A q-axis core portion 27, which is a portion where a magnetic flux flows from one magnetic pole to another, is formed between two magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor core 21 and having different polarities. A first flux barrier 25 as a magnetic gap is continuously connected to the magnet accommodation holes 22 between the permanent magnets 23 accommodated in the magnet accommodation holes 22 and the q-axis core portion 27 facing in the circumferential direction. And are provided integrally.

また、対をなす磁石収容孔22,22のそれぞれの磁極中心側には、それぞれの磁石収容孔22の磁極中心側端部から回転軸線O側に広がる対をなす第2フラックスバリア26,26が設けられている。対をなす第2フラックスバリア26,26の間には、対をなす磁石収容孔22,22の間に形成された中央ブリッジ24が回転軸線Oに向かって延長するように形成されている。 Further, on the magnetic pole center side of each of the paired magnet accommodating holes 22 and 22, paired second flux barriers 26 and 26 extending from the magnetic pole center side end of each magnet accommodating hole 22 toward the rotation axis O side are provided. It is provided. Between the paired second flux barriers 26, 26, a central bridge 24 formed between the paired magnet accommodating holes 22, 22 is formed so as to extend toward the rotation axis O.

ステータ30は、図2に示すように、ロータ20の外周側に径方向に対向して配置された円環状のステータコア31と、ステータコア31に巻装された複数相(U相、V相、W相)のステータ巻線40とを備えている。このステータ30は、ステータコア31の内周面がロータ20の外周面と所定のエアギャップを介して径方向に対向するようにして、ハウジング10の内周に固定されている。この場合、ステータコア31が、一対のハウジング半部材10a,10bによって軸方向に挟持固定されている(図1参照)。 As shown in FIG. 2, the stator 30 includes an annular stator core 31 arranged so as to face each other in the radial direction on the outer peripheral side of the rotor 20, and a plurality of phases (U phase, V phase, W) wound around the stator core 31. The stator winding 40 of the phase) is provided. The stator 30 is fixed to the inner circumference of the housing 10 so that the inner peripheral surface of the stator core 31 faces the outer peripheral surface of the rotor 20 in the radial direction via a predetermined air gap. In this case, the stator core 31 is axially sandwiched and fixed by a pair of housing half members 10a and 10b (see FIG. 1).

ステータコア31は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して円環状に形成されている。このステータコア31は、外周側に位置する円環状のバックコア部32と、バックコア部32から径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース33とを有する。隣り合うティース33の周方向に対向する側面同士の間には、ステータコア31の内周面に開口し径方向に延びるスロット34が形成されている。 The stator core 31 is formed in an annular shape by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction. The stator core 31 has an annular back core portion 32 located on the outer peripheral side, and a plurality of teeth 33 protruding inward in the radial direction from the back core portion 32 and arranged at a predetermined distance in the circumferential direction. A slot 34 that opens in the inner peripheral surface of the stator core 31 and extends in the radial direction is formed between the side surfaces of the adjacent teeth 33 that face each other in the circumferential direction.

スロット34は、ロータ20の磁極数(8磁極)に対し、ステータ巻線40の一相あたり2個の割合で形成されており、スロット倍数が2とされている。本実施形態の場合、スロット34の数(スロット数Sn)は、スロット倍数S(Sは正の整数)を2とし、ロータ20の磁極数Mn(Mnは正の整数)を8極とし、相数p(pは正の整数)を3相とすると、Sn=S×Mn×p=2×8×3=48になる。 The slots 34 are formed at a ratio of two per phase of the stator winding 40 to the number of magnetic poles (8 magnetic poles) of the rotor 20, and the slot multiple is 2. In the case of the present embodiment, the number of slots 34 (number of slots Sn) is such that the slot multiple S (S is a positive integer) is 2, the number of magnetic poles Mn of the rotor 20 (Mn is a positive integer) is 8 poles, and the phase is Assuming that the number p (p is a positive integer) has three phases, Sn = S × Mn × p = 2 × 8 × 3 = 48.

ステータコア31のスロット34に巻装されたステータ巻線40は、接合端部同士が互いに接合された複数のU字形状の導体セグメント50(図3参照)により構成されている。導体セグメント50は、図4に示すように、例えば銅やアルミ等の導電性材料よりなる矩形断面の導体56と、内層57a及び外層57bからなり導体56の外周面を覆う2層構造の絶縁皮膜57とからなる角線をU字形状に折り曲げて形成されている。 The stator winding 40 wound in the slot 34 of the stator core 31 is composed of a plurality of U-shaped conductor segments 50 (see FIG. 3) in which the joint ends are joined to each other. As shown in FIG. 4, the conductor segment 50 is a two-layer insulating film composed of a conductor 56 having a rectangular cross section made of a conductive material such as copper or aluminum, and an inner layer 57a and an outer layer 57b, which covers the outer peripheral surface of the conductor 56. It is formed by bending a square wire consisting of 57 into a U shape.

U字形状に形成された導体セグメント50は、図3に示すように、互いに平行な一対の直線部51、51と、一対の直線部51、51の一端を互いに連結するターン部52とからなる。ターン部52の中央部には、ステータコア31の軸方向端面31aに沿って端面31aと平行に延びる頭頂部53が設けられており、頭頂部53の両側には、ステータコア31の端面31aに対して所定の角度で傾斜した傾斜部54が設けられている。なお、符号39は、ステータコア31とステータ巻線40との間を電気絶縁するインシュレータである。 As shown in FIG. 3, the conductor segment 50 formed in a U shape includes a pair of straight lines 51 and 51 parallel to each other and a turn portion 52 connecting one ends of the pair of straight lines 51 and 51 to each other. .. A crown portion 53 extending in parallel with the end surface 31a along the axial end surface 31a of the stator core 31 is provided in the central portion of the turn portion 52, and both sides of the crown portion 53 are provided with respect to the end surface 31a of the stator core 31. An inclined portion 54 inclined at a predetermined angle is provided. Reference numeral 39 is an insulator that electrically insulates between the stator core 31 and the stator winding 40.

図3には、同一相の隣接する2個のスロット34A、34Bに挿入配置される2個で一組の導体セグメント50A、50Bが示されている。この場合、2個の導体セグメント50A、50Bは、それらの一対の直線部51、51が、同一のスロット34ではなく、隣接した2個のスロット34A、34Bに別々に軸方向一端側から挿入される。即ち、図3の右側にある2個の導体セグメント50A、50Bにおいて、一方の導体セグメント50Aは、一方の直線部51が一つのスロット34Aの最外層(第6層)に挿入され、他方の直線部51がステータコア31の反時計回り方向に向けて1磁極ピッチ(NS磁極ピッチ)離れた他の図示しないスロットの第5層に挿入される。 FIG. 3 shows a set of two conductor segments 50A and 50B inserted and arranged in two adjacent slots 34A and 34B in the same phase. In this case, in the two conductor segments 50A and 50B, the pair of straight lines 51 and 51 are inserted separately from one end side in the axial direction into two adjacent slots 34A and 34B instead of the same slot 34. To. That is, in the two conductor segments 50A and 50B on the right side of FIG. 3, in one conductor segment 50A, one straight line portion 51 is inserted into the outermost layer (sixth layer) of one slot 34A, and the other straight line portion 51 is inserted. The portion 51 is inserted into the fifth layer of another slot (not shown) separated by one magnetic pole pitch (NS magnetic pole pitch) in the counterclockwise direction of the stator core 31.

そして、他方の導体セグメント50Bは、一方の直線部51がスロット34Aと隣接したスロット34Bの最外層(第6層)に挿入され、他方の直線部51がステータコア31の反時計回り方向に向けて1磁極ピッチ(NS磁極ピッチ)離れた他の図示しないスロットの第5層に挿入される。即ち、2個の導体セグメント50A、50Bは、周方向に1スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット34に対して、2個で一組の導体セグメント50A、50Bが2層ずつ順番に挿入配置されることにより、4以上の偶数本の導体セグメント50の直線部51が挿入配置される。本実施形態の場合には、各スロット34内に、直線部51(第一巻線41、第二巻線42)が径方向1列に6本ずつ収容されている(図5参照)。 Then, in the other conductor segment 50B, one straight portion 51 is inserted into the outermost layer (sixth layer) of the slot 34B adjacent to the slot 34A, and the other straight portion 51 is directed in the counterclockwise direction of the stator core 31. It is inserted into the fifth layer of another slot (not shown) separated by one magnetic pole pitch (NS magnetic pole pitch). That is, the two conductor segments 50A and 50B are arranged so as to be offset by one slot pitch in the circumferential direction. In this way, two conductor segments 50A and 50B are inserted and arranged in order in two layers with respect to all the slots 34, so that the straight portion 51 of four or more even-numbered conductor segments 50 is formed. Inserted and placed. In the case of the present embodiment, six straight portions 51 (first winding 41, second winding 42) are housed in each slot 34 in one radial row (see FIG. 5).

スロット34から軸方向他端側へ延出した一対の直線部51、51の開放端部は、ステータコア31の端面31aに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られて、概ね半磁極ピッチ分の長さの斜行部55(図2参照)が形成されている。そして、ステータコア31の軸方向他端側において、導体セグメント50の所定の斜行部55の端末部同士が溶接等で接合されることにより、所定のパターンで電気的に接続される。即ち、所定の導体セグメント50同士が接続されることにより、ステータコア31のスロット34に沿って周方向に渦巻き状に波巻きで巻回された3相(U相、V相、W相)の相巻線を有するステータ巻線40が形成される。 The open ends of the pair of straight portions 51, 51 extending from the slot 34 to the other end side in the axial direction are oblique to the end surface 31a of the stator core 31 at a predetermined angle so as to be oblique to the opposite sides in the circumferential direction. By being twisted, an oblique portion 55 (see FIG. 2) having a length approximately equal to the half-pole pitch is formed. Then, on the other end side of the stator core 31 in the axial direction, the terminal portions of the predetermined diagonal portions 55 of the conductor segment 50 are joined to each other by welding or the like, so that they are electrically connected in a predetermined pattern. That is, by connecting the predetermined conductor segments 50 to each other, the three-phase (U phase, V phase, W phase) are spirally wound in the circumferential direction along the slot 34 of the stator core 31. A stator winding 40 having windings is formed.

なお、ステータ巻線40の各相について、基本となるU字形状の導体セグメント50により、ステータコア31の周りを6周する巻線(コイル)が形成される。しかし、ステータ巻線40の各相について、出力用引き出し線及び中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに1周目と2周目、・・・、5周目と6周目をそれぞれ接続するターン部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント50とは異なる異形セグメントで構成される。これら異形セグメントを用いて、ステータ巻線40の各相巻線が所定の状態に結線される。 For each phase of the stator winding 40, a winding (coil) that makes six turns around the stator core 31 is formed by the basic U-shaped conductor segment 50. However, for each phase of the stator winding 40, the segment having the output lead wire and the neutral point lead wire integrally, and the first and second laps, ..., the fifth and sixth laps, respectively. The segment having the turn portion to be connected is composed of a deformed segment different from the basic conductor segment 50. Each phase winding of the stator winding 40 is connected in a predetermined state by using these deformed segments.

実施形態1のステータ巻線40は、図6に示すように、デルタ結線された高速出力用の複数(3本)の第一巻線41と、第一巻線41同士を接続する各接続点43U,43V,43Wと各相端子44U,44V,44Wとの間に接続可能に配置された低速出力用の複数(3本)の第二巻線42と、各接続点43U,43V,43Wと各相端子44U,44V,44Wとの接続を直接接続する状態と第二巻線42を介して接続する状態のどちらかに切り替える切り替え部45U,45V,45Wと、を有する。 As shown in FIG. 6, the stator winding 40 of the first embodiment has a plurality of (three) first windings 41 for high-speed output delta-connected and each connection point for connecting the first windings 41 to each other. Multiple (three) second windings 42 for low speed output arranged so as to be connectable between 43U, 43V, 43W and each phase terminal 44U, 44V, 44W, and each connection point 43U, 43V, 43W. It has switching units 45U, 45V, 45W that switch between a state in which the connection with each phase terminal 44U, 44V, 44W is directly connected and a state in which the connection is made via the second winding 42.

切り替え部45U,45V,45Wは、図示しないコントローラによってオンオフ制御されるそれぞれ2個のスイッチにより構成されており、それぞれ2個のスイッチは、互いに反転動作をし、同時にオンすることがないように設定されている。この切り替え部45U,45V,45Wによって、各接続点43U,43V,43Wと各相端子44U,44V,44Wとを直接接続する状態に切り替えられたときには、ステータ巻線40は高速出力用のデルタ結線(Δ結線)となる。また、切り替え部45U,45V,45Wによって、各接続点43U,43V,43Wと各相端子44U,44V,44Wとの接続を第二巻線42を介して接続する状態に切り替えられたときには、ステータ巻線40は低速出力用のスター・デルタ結線(Y−Δ結線)となる。 The switching units 45U, 45V, and 45W are each composed of two switches controlled on and off by a controller (not shown), and the two switches are set so as to reverse each other and not be turned on at the same time. Has been done. When the switching portions 45U, 45V, 45W switch to a state in which the connection points 43U, 43V, 43W and the phase terminals 44U, 44V, 44W are directly connected, the stator winding 40 is delta-connected for high-speed output. (Δ connection). Further, when the switching unit 45U, 45V, 45W switches the connection between each connection point 43U, 43V, 43W and each phase terminal 44U, 44V, 44W via the second winding 42, the stator The winding 40 is a star-delta connection (Y-Δ connection) for low-speed output.

なお、ステータ巻線40が切り替え部45U,45V,45Wによって低速出力用のY−Δ結線に切り替えられた状態で通電すると、Δ結線された第一巻線41に流れる電流は、第二巻線42に流れる電流よりも少ないため、第一巻線41の銅損による発熱も少ない。即ち、銅損は、負荷電流の2乗に比例することから、第一巻線41の発熱量は、第二巻線42の発熱量の1/3程度となる。 When the stator winding 40 is energized while being switched to the Y-Δ connection for low-speed output by the switching portions 45U, 45V, 45W, the current flowing through the Δ-connected first winding 41 is the second winding. Since it is less than the current flowing through the 42, the heat generated by the copper loss of the first winding 41 is also small. That is, since the copper loss is proportional to the square of the load current, the calorific value of the first winding 41 is about 1/3 of the calorific value of the second winding 42.

この場合、発熱量の少ない第一巻線41は、ステータコア31のロータ対向面側(内周面側)に設置され、第一巻線41の約3倍の発熱量となる第二巻線42は、ステータコア31の反ロータ対向面側(外周面側)に設置されている。具体的には、図5に示すように、各スロット34に径方向1列に6本ずつ収容されたステータ巻線40を構成する導体線のうち、第一巻線41は、ロータ対向面側(内周面側)の2本の導体線であり、第二巻線42は、反ロータ対向面側(外周面側)の4本の導体線である。即ち、第一巻線41を構成する導体線は、各スロット34に2m本(実施形態1ではm=1で2本)ずつ収容されている。これにより、発熱量の多い第二巻線42が、ステータコア31の熱容量の大きいバックコア部32側に寄せられていることから、ステータ巻線40の熱引きが良く冷め易くなるため、熱特性の向上が図られている。 In this case, the first winding 41, which generates less heat, is installed on the rotor facing surface side (inner peripheral surface side) of the stator core 31, and the second winding 42 generates about three times as much heat as the first winding 41. Is installed on the anti-rotor facing surface side (outer peripheral surface side) of the stator core 31. Specifically, as shown in FIG. 5, among the conductor wires constituting the stator windings 40, which are accommodated in each slot 34 in one row in the radial direction, the first winding 41 is on the rotor facing surface side. There are two conductor wires (on the inner peripheral surface side), and the second winding 42 is four conductor wires on the anti-rotor facing surface side (outer peripheral surface side). That is, 2 m of conductor wires constituting the first winding 41 (two at m = 1 in the first embodiment) are accommodated in each slot 34. As a result, the second winding 42, which generates a large amount of heat, is brought closer to the back core portion 32, which has a large heat capacity of the stator core 31, so that the stator winding 40 is easily heated and cooled. Improvements are being made.

このステータ巻線40には、駆動回路60から3相交流電圧が印加される。この駆動回路60は、ロータ20の回転位置を検出する図示しない位置センサや図示しないコントローラから出力された信号に基づいて、ステータ巻線40から所望の回転磁界が発生するように、3相の相巻線に電圧を印加する。実施形態1では、駆動回路60として3相交流電圧を発生する周知のインバータが採用されている。 A three-phase AC voltage is applied to the stator winding 40 from the drive circuit 60. The drive circuit 60 has three phases so that a desired rotating magnetic field is generated from the stator winding 40 based on a signal output from a position sensor (not shown) or a controller (not shown) that detects the rotational position of the rotor 20. Apply voltage to the windings. In the first embodiment, a well-known inverter that generates a three-phase AC voltage is adopted as the drive circuit 60.

なお、実施形態1の場合、Δ結線された第一巻線41には、図7に示すように、基本制御波形である1次波形(破線)に、3次及び3+6n次(nは1以上の自然数)のうちの1つ又は2以上が合成された高調波波形(実線)であって、1次波形が正の値をとる時の電流の総和が正であり、1次波形が負の値をとる時の電流の総和が負である高調波波形(以下、単に「特定高調波波形」という。)が重畳した波形(一点鎖線)の電流が流れる。実施形態1では、特定高調波波形として、3次と9次(n=1)が合成された高調波波形が採用されている。Δ結線された高速出力用の第一巻線41を、元々高い磁石磁束Ψが存在するステータコア31のロータ対向面側に集中させることにより、磁石磁束Ψを多く出力させることができるので、低トルク領域での高効率化を図ることが可能となる。 In the case of the first embodiment, as shown in FIG. 7, the first winding 41 connected by Δ has a first-order waveform (broken line) which is a basic control waveform, a third-order waveform, and a 3 + 6n-order waveform (n is 1 or more). Is a harmonic waveform (solid line) in which one or more of (natural numbers) are combined, and the total current when the primary waveform takes a positive value is positive and the primary waveform is negative. A current of a waveform (single-point chain line) in which a harmonic waveform (hereinafter, simply referred to as a “specific harmonic waveform”) in which the sum of the currents when taking a value is negative flows. In the first embodiment, as the specific harmonic waveform, a harmonic waveform in which the third order and the ninth order (n = 1) are combined is adopted. By concentrating the Δ-connected high-speed output first winding 41 on the rotor facing surface side of the stator core 31 where the originally high magnet magnetic flux Ψ exists, a large amount of magnet magnetic flux Ψ can be output, so that the torque is low. It is possible to improve efficiency in the area.

以下、3次及び3+6n次の高調波を利用した磁石磁束Ψの増加について説明する。図8には、ロータ20とステータ30間において、d軸を流れる磁束のd軸磁路が実線で示され、q軸を流れる磁束のq軸磁路が破線で示されている。また、ステータ30に記載された実線矢印は、ステータ巻線40に1次波形電流が流れたときにステータ30に発生するステータ磁束を示し、実線矢印の長さが長いものほど磁束の強さが強いことを表す。 Hereinafter, the increase of the magnet magnetic flux Ψ using the third-order and 3 + 6n-th order harmonics will be described. In FIG. 8, between the rotor 20 and the stator 30, the d-axis magnetic path of the magnetic flux flowing on the d-axis is shown by a solid line, and the q-axis magnetic path of the magnetic flux flowing on the q-axis is shown by a broken line. Further, the solid line arrow described on the stator 30 indicates the stator magnetic flux generated in the stator 30 when the primary waveform current flows through the stator winding 40, and the longer the solid line arrow is, the stronger the magnetic flux is. Represents being strong.

図9には、ステータ巻線40に上記の特定高調波波形電流を流したきにステータ30に発生するステータ磁束が実線矢印で示されている。この場合、周方向に2スロットずつ配置されている各相巻線の周方向両側で互いに径方向逆方向に流れるステータ磁束が発生する。 In FIG. 9, the stator magnetic flux generated in the stator 30 when the above-mentioned specific harmonic waveform current is passed through the stator winding 40 is indicated by a solid arrow. In this case, stator magnetic fluxes that flow in opposite directions in the radial direction are generated on both sides of each phase winding arranged in two slots in the circumferential direction.

また、1次波形電流によりq軸上に発生するステータ磁束と、特定高調波波形電流によりq軸上に発生するステータ磁束が、互いに径方向逆方向を向き、q軸上で互いに打ち消し合うことによって、d軸磁路上の磁気抵抗が低下し、d軸磁路上での磁束が通り易くなる。よって、特定高調波波形を1次波形に重畳させた波形の電流をステータ巻線40に流すことで、磁石磁束Ψをより多く出力させることができる。 Further, the stator magnetic flux generated on the q-axis due to the primary waveform current and the stator magnetic flux generated on the q-axis due to the specific harmonic waveform current face each other in the opposite radial directions and cancel each other out on the q-axis. , The magnetic resistance on the d-axis magnetic path is reduced, and the magnetic flux on the d-axis magnetic path is easily passed. Therefore, the magnet magnetic flux Ψ can be output in a larger amount by passing the current of the waveform obtained by superimposing the specific harmonic waveform on the primary waveform through the stator winding 40.

以上のように構成された実施形態1の回転電機1によれば、ステータ巻線40のうち、Δ結線されて発熱量の小さい第一巻線41が、ステータコア31のロータ対向面側(内周側)に設置され、発熱量の大きい第二巻線42が、ステータコアの反ロータ対向面側(外周側)に設置されている。そのため、ステータ巻線40は、発熱量の大きい第二巻線42が、ステータコア31の熱容量の大きいバックコア部32側に寄せられていることから、熱引き良く冷め易くなるので、熱特性に優れたものとなる。また、発熱量の小さい第一巻線41が、ステータコア31のロータ対向面側に設置されていることから、永久磁石23への熱の影響が少なくなるため、永久磁石23の減磁を抑制することができる。 According to the rotary electric machine 1 of the first embodiment configured as described above, among the stator windings 40, the first winding 41, which is Δ-connected and has a small heat generation amount, is on the rotor facing surface side (inner circumference) of the stator core 31. The second winding 42, which is installed on the side) and has a large heat generation amount, is installed on the anti-rotor facing surface side (outer peripheral side) of the stator core. Therefore, the stator winding 40 has excellent thermal characteristics because the second winding 42, which generates a large amount of heat, is brought closer to the back core portion 32, which has a large heat capacity of the stator core 31, and is easily heated and cooled. It becomes a thing. Further, since the first winding 41 having a small heat generation amount is installed on the rotor facing surface side of the stator core 31, the influence of heat on the permanent magnet 23 is reduced, so that demagnetization of the permanent magnet 23 is suppressed. be able to.

また、ステータ巻線40のΔ結線された第一巻線41には、基本制御波形である1次波形に、上記の特定高調波波形が重畳した波形の電流が流れる。この特定高調波の電流の作用により、磁石磁束Ψが上昇する。また、Δ結線された高速出力用の第一巻線41を、元々高い磁石磁束Ψが存在するステータコア31のロータ対向面側に集中させることにより、磁石磁束Ψを多く出力させることができるので、図10に示すように、低トルク領域での高効率化を図ることができる。さらに、低速出力用の第二巻線42をステータコア31の反ロータ対向面側に集中させることにより、磁石磁束Ψの増加を抑制し、インダクタンスを増加させることができる。よって、ステータ巻線40がスター・デルタ結線された状態で作動した場合には、図10に示すように、低速領域での最大出力の上昇を実現できる。 Further, a current having a waveform in which the above-mentioned specific harmonic waveform is superimposed on the primary waveform which is the basic control waveform flows through the Δ-connected first winding 41 of the stator winding 40. The magnet magnetic flux Ψ rises due to the action of the current of this specific harmonic. Further, by concentrating the Δ-connected high-speed output first winding 41 on the rotor facing surface side of the stator core 31 where the originally high magnet magnetic flux Ψ exists, a large amount of magnet magnetic flux Ψ can be output. As shown in FIG. 10, high efficiency can be achieved in a low torque region. Further, by concentrating the second winding 42 for low-speed output on the anti-rotor facing surface side of the stator core 31, it is possible to suppress an increase in the magnet magnetic flux Ψ and increase the inductance. Therefore, when the stator winding 40 is operated in a star-delta connection state, an increase in the maximum output in the low speed region can be realized as shown in FIG.

また、実施形態1では、ステータ巻線40は、スロット34に軸方向に挿入され且つステータコア31の軸方向端面から外部に延出した開放端部の所定の端末同士が互いに接合されている複数の導体セグメント50により構成されている。そのため、ステータ巻線40をステータコア31に巻装する際に、ステータコア31のロータ対向面側に設置される第一巻線41と、ステータコア31の反ロータ対向面側に設置される第二巻線42を、明瞭に区分して巻装することができる。これにより、導体セグメント50の端末同士を接合する作業を容易に行うことができる。さらに、第一巻線41を構成する導体線と第二巻線42を構成する導体線の種類や太さの変更も容易になるので、それぞれに必要な特性に合わせた選択が可能となる。 Further, in the first embodiment, the stator winding 40 has a plurality of terminals that are axially inserted into the slot 34 and have predetermined terminals at open ends extending outward from the axial end surface of the stator core 31 to be joined to each other. It is composed of conductor segments 50. Therefore, when the stator winding 40 is wound around the stator core 31, the first winding 41 installed on the rotor facing surface side of the stator core 31 and the second winding installed on the anti-rotor facing surface side of the stator core 31 The 42 can be clearly separated and wound. As a result, the work of joining the terminals of the conductor segments 50 can be easily performed. Further, since it is easy to change the type and thickness of the conductor wire forming the first winding 41 and the conductor wire forming the second winding 42, it is possible to select the conductor wire according to the characteristics required for each.

また、実施形態1では、スロット34には、ステータ巻線40を構成する矩形断面の導体線が径方向1列に偶数本ずつ収容されており、第一巻線41を構成する導体線は、スロット34に2m本(実施形態1ではm=1で2本)ずつ収容されている。これにより、ステータコア31のロータ対向面側に設置される第一巻線41と、ステータコア31の反ロータ対向面側に設置される第二巻線42との区分を明瞭にすることができる。 Further, in the first embodiment, the slot 34 accommodates an even number of conductor wires having a rectangular cross section constituting the stator winding 40 in one row in the radial direction, and the conductor wires forming the first winding 41 are accommodated. The slot 34 accommodates 2 m (2 in m = 1 in the first embodiment). Thereby, it is possible to clarify the distinction between the first winding 41 installed on the rotor facing surface side of the stator core 31 and the second winding 42 installed on the anti-rotor facing surface side of the stator core 31.

〔実施形態2〕
実施形態2の回転電機は、ステータ巻線40の第一巻線41を構成する導体線は、第二巻線42を構成する導体線よりも断面積が小さくされている点で、実施形態1のものと異なり、その他の構成は同じである。よって、実施形態1と共通する要素については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について図11を参照して説明する。
[Embodiment 2]
In the rotary electric machine of the second embodiment, the conductor wire forming the first winding 41 of the stator winding 40 has a smaller cross-sectional area than the conductor wire forming the second winding 42. Unlike the one, the other configurations are the same. Therefore, the elements common to the first embodiment are designated by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different points and important points will be described below with reference to FIG.

実施形態2では、実施形態1と同様に、ステータコア31の各スロット34内に、ステータ巻線40を構成する矩形断面の導体線(第一巻線41、第二巻線42)が径方向1列に6本(偶数本)ずつ収容されている。そして、各スロット34内において、Δ結線された発熱量の少ない第一巻線41は、ステータコア31のロータ対向面側(内周面側)に2本ずつ収容され、第一巻線41の約3倍の発熱量となる第二巻線42は、ステータコア31の反ロータ対向面側(外周面側)に4本ずつ収容されている。 In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the conductor wires (first winding 41, second winding 42) having a rectangular cross section constituting the stator winding 40 are radially 1 in each slot 34 of the stator core 31. Six (even) are accommodated in each row. Then, in each slot 34, two first windings 41, which are Δ-connected and have a small amount of heat generation, are housed on the rotor facing surface side (inner peripheral surface side) of the stator core 31, and are approximately about the first winding 41. Four second windings 42, which generate three times as much heat, are housed on the anti-rotor facing surface side (outer peripheral surface side) of the stator core 31.

但し、実施形態2の場合、第一巻線41の導体線は、第二巻線42の導体線よりも断面積が1/2程度に小さくされている。即ち、第一巻線41の導体線は、周方向幅が第二巻線42の導体線の周方向幅と同じであるが、径方向幅が第二巻線42の導体線の径方向幅の1/2程度に小さくされて、扁平状に形成されている。 However, in the case of the second embodiment, the conductor wire of the first winding 41 has a cross-sectional area about 1/2 smaller than that of the conductor wire of the second winding 42. That is, the circumferential width of the conductor wire of the first winding 41 is the same as the circumferential width of the conductor wire of the second winding 42, but the radial width is the radial width of the conductor wire of the second winding 42. It is reduced to about 1/2 of the size and formed flat.

以上のように構成された実施形態2の回転電機によれば、ステータ巻線40のうち、Δ結線されて発熱量の小さい第一巻線41が、ステータコア31のロータ対向面側(内周側)に設置され、発熱量の大きい第二巻線42が、ステータコアの反ロータ対向面側(外周側)に設置されている。そのため、ステータ巻線40の熱特性に優れ、低トルク域での高効率化を図り得るなど、実施形態1と同様の作用及び効果を得ることができる。 According to the rotary electric machine of the second embodiment configured as described above, among the stator windings 40, the first winding 41 which is Δ-connected and has a small heat generation amount is on the rotor facing surface side (inner circumference side) of the stator core 31. ), And the second winding 42, which generates a large amount of heat, is installed on the anti-rotor facing surface side (outer peripheral side) of the stator core. Therefore, the same operations and effects as those in the first embodiment can be obtained, such as excellent thermal characteristics of the stator winding 40 and high efficiency in a low torque range.

また、実施形態2では、ステータ巻線40の第一巻線41を構成する導体線は、第二巻線42を構成する導体線よりも断面積が小さくされているため、第一巻線41の導体線に発生する渦電流損を低減することができる。第一巻線41が設置されているステータコア31のロータ対向面側(内周面側)は、ロータ20の永久磁石23に近いため、磁石磁束Ψが大きくなると同時に漏れ磁束も大きくなる。そのため、実施形態2のように、第一巻線41の導体線の断面積を小さくすることで渦電流損を低減することができるので、さらに低トルク域での高効率化を図ることができる。 Further, in the second embodiment, the conductor wire forming the first winding 41 of the stator winding 40 has a smaller cross-sectional area than the conductor wire forming the second winding 42, so that the first winding 41 It is possible to reduce the eddy current loss generated in the conductor wire of. Since the rotor facing surface side (inner peripheral surface side) of the stator core 31 in which the first winding 41 is installed is close to the permanent magnet 23 of the rotor 20, the magnet magnetic flux Ψ increases and the leakage flux also increases. Therefore, as in the second embodiment, the eddy current loss can be reduced by reducing the cross-sectional area of the conductor wire of the first winding 41, so that the efficiency can be further improved in the low torque range. ..

なお、実施形態2では、第一巻線41の導体線は、扁平状に形成されて第二巻線42の導体線よりも断面積が小さくされていたが、これに代えて、第一巻線41を並列接続された複数の並列巻線で構成し、各並列巻線の断面積を第二巻線42の導体線の断面積よりも小さくするようにしてもよい。 In the second embodiment, the conductor wire of the first winding 41 is formed in a flat shape and has a smaller cross-sectional area than the conductor wire of the second winding 42. Instead of this, the first winding The wire 41 may be composed of a plurality of parallel windings connected in parallel, and the cross-sectional area of each parallel winding may be smaller than the cross-sectional area of the conductor wire of the second winding 42.

〔実施形態3〕
実施形態3の回転電機は、ステータ巻線40の第一巻線41を構成する導体線として積層導体線58が採用されている点で、実施形態2のものと異なり、その他の構成は同じである。よって、実施形態2と共通する要素については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について図12及び図13を参照して説明する。
[Embodiment 3]
The rotary electric machine of the third embodiment is different from that of the second embodiment in that the laminated conductor wire 58 is adopted as the conductor wire constituting the first winding 41 of the stator winding 40, and the other configurations are the same. is there. Therefore, the elements common to the second embodiment are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted, and different points and important points will be described below with reference to FIGS. 12 and 13.

実施形態3の第一巻線41を構成する積層導体線58は、導電性材料よりなる平板状の導体58aと、導体58aの外周面を覆う第1絶縁皮膜58bとからなる2本の平角線が絶縁された状態で積層されてなり、さらに2本の平角線の外周面を覆う第2絶縁皮膜58cを有する。この積層導体線58は、延伸方向両端で積層された導体58a,58a同士が接合されている。この場合、導体58aの断面積は、第二巻線42を構成する導体線の導体56の断面積の1/2程度に小さくされている。よって、1本の積層導体線58を構成する2本の導体58aの総断面積は、第二巻線42の1本の導体線を構成する導体56の断面積と概ね同じである。 The laminated conductor wire 58 constituting the first winding 41 of the third embodiment is two flat wires composed of a flat conductor 58a made of a conductive material and a first insulating film 58b covering the outer peripheral surface of the conductor 58a. Is laminated in an insulated state, and further has a second insulating film 58c that covers the outer peripheral surfaces of the two flat wires. In the laminated conductor wire 58, the conductors 58a and 58a laminated at both ends in the stretching direction are joined to each other. In this case, the cross-sectional area of the conductor 58a is reduced to about 1/2 of the cross-sectional area of the conductor 56 of the conductor wire constituting the second winding 42. Therefore, the total cross-sectional area of the two conductors 58a constituting one laminated conductor wire 58 is substantially the same as the cross-sectional area of the conductors 56 constituting one conductor wire of the second winding 42.

以上のように構成された実施形態3の回転電機によれば、実施形態1と同様の作用及び効果を得ることができるのに加え、実施形態2と同様に、第一巻線41の積層導体線58に発生する渦電流損を低減することができるので、さらに低トルク域での高効率化を実現することができる。なお、実施形態3の場合には、1本の積層導体線58の導体58aの総断面積は、第二巻線42の導体56の断面積と概ね同じに維持される。 According to the rotary electric machine of the third embodiment configured as described above, in addition to being able to obtain the same operations and effects as those of the first embodiment, as in the second embodiment, the laminated conductor of the first winding 41 Since the eddy current loss generated in the wire 58 can be reduced, it is possible to further improve the efficiency in the low torque range. In the case of the third embodiment, the total cross-sectional area of the conductor 58a of one laminated conductor wire 58 is maintained substantially the same as the cross-sectional area of the conductor 56 of the second winding 42.

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態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種々変更することが可能である。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記の実施形態では、ステータ巻線40の切り替え部45U,45V,45Wは、図示しないコントローラによってオンオフ制御されるそれぞれ2個のスイッチにより構成されていたが、図14に示す変形例1のように、上記のスイッチよりも安価なリレーを採用してもよい。この場合、各リレーは、図示しないコントローラによって制御され、各接続点43U,43V,43Wと各相端子44U,44V,44Wとの接続を、直接接続する状態と、第二巻線42を介して接続する状態のどちらかに切り替える。
また、上記の実施形態3では、第一巻線41だけに積層導体線58を採用していたが、第二巻線42にも積層導体線58を採用してもよい。
For example, in the above embodiment, the switching portions 45U, 45V, 45W of the stator winding 40 are each composed of two switches controlled on and off by a controller (not shown), but the modification 1 shown in FIG. 14 As described above, a relay that is cheaper than the above switch may be adopted. In this case, each relay is controlled by a controller (not shown), and the connection between each connection point 43U, 43V, 43W and each phase terminal 44U, 44V, 44W is directly connected and via the second winding 42. Switch to either of the connected states.
Further, in the third embodiment, the laminated conductor wire 58 is adopted only for the first winding 41, but the laminated conductor wire 58 may be adopted for the second winding 42 as well.

また、上記の実施形態では、回転電機としての車両用発電機(モータ)に本発明を適用した例を説明したが、車両等において電動機や発電機として単独の機能で使用される回転電機、あるいは両方の機能を選択的に使用し得る回転電機に対して、本発明を適用することができる。 Further, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a vehicle generator (motor) as a rotary electric machine has been described, but a rotary electric machine used as a single function as an electric machine or a generator in a vehicle or the like, or The present invention can be applied to a rotary electric machine that can selectively use both functions.

1…車両用電動機(回転電機)、 20…ロータ、 31…ステータコア、 34…スロット、 40…ステータ巻線、 41…第一巻線、 42…第二巻線、 43U,43V,43W…接続点、 44U,44V,44W…相端子、 45U,45V,45W…切り替え部、 50…導体セグメント、 58…積層導体線、 58a…導体。
1 ... Vehicle electric motor (rotary electric machine), 20 ... Rotor, 31 ... Stator core, 34 ... Slot, 40 ... Stator winding, 41 ... First winding, 42 ... Second winding, 43U, 43V, 43W ... Connection point , 44U, 44V, 44W ... phase terminal, 45U, 45V, 45W ... switching part, 50 ... conductor segment, 58 ... laminated conductor wire, 58a ... conductor.

Claims (5)

周方向に配列された複数の磁石収容孔(22)が設けられたロータコア(21)と、前記磁石収容孔に埋設された永久磁石(23)と、を有するロータ(20)と、
前記ロータコアに径方向に対向して配置され、周方向に配列された複数のスロット(34)が設けられたステータコア(31)と、前記スロットに収容されて前記ステータコアに巻装されている複数相(U相,V相,W相)のステータ巻線(40)と、を有するステータ(30)と、
を備えた回転電機(1)において、
前記ステータ巻線は、デルタ結線された高速出力用の複数の第一巻線(41)と、前記第一巻線同士を接続する各接続点(43U,43V,43W)と各相端子(44U,44V,44W)との間に接続可能に配置された低速出力用の複数の第二巻線(42)と、を有し、
前記回転電機は、各前記接続点と各前記相端子との接続を直接接続する状態と前記第二巻線を介して接続する状態のどちらかに切り替える切り替え部(45U,45V,45W)を備え、
前記第一巻線は、前記スロット内でロータ対向面側に設置され、
前記第二巻線は、前記スロット内で反ロータ対向面側に設置され、
前記第一巻線には、駆動回路が発生させた電流の基本制御波形である1次波形に、前記第一巻線内で発生する電流の3次及び3+6n次(nは1以上の自然数)のうちの1つ又は2以上が合成された高調波波形が重畳した波形の電流が流れ、
前記高調波波形は、前記1次波形が正の値をとる間の電流の総和が正であり、前記1次波形が負の値をとる間の電流の総和が負である特定高調波波形である、回転電機。
A rotor (20) having a rotor core (21) provided with a plurality of magnet accommodating holes (22) arranged in the circumferential direction, and a permanent magnet (23) embedded in the magnet accommodating holes.
A stator core (31) provided with a plurality of slots (34) arranged radially opposite to the rotor core, and a plurality of phases housed in the slots and wound around the stator core. A stator (30) having a stator winding (40) of (U-phase, V-phase, W-phase) and
In the rotary electric machine (1) equipped with
The stator windings include a plurality of delta-connected high-speed output first windings (41), connection points (43U, 43V, 43W) connecting the first windings, and phase terminals (44U). , 44V, 44W), and a plurality of second windings (42) for low speed output arranged so as to be connectable.
The rotary electric machine includes a switching unit (45U, 45V, 45W) that switches between a state in which the connection between each connection point and each of the phase terminals is directly connected and a state in which the connection is connected via the second winding. ,
The first winding is installed on the rotor facing surface side in the slot.
The second winding is installed on the anti-rotor facing surface side in the slot.
In the first winding, the first-order waveform which is the basic control waveform of the current generated by the drive circuit is added to the third-order and 3 + 6n-th order of the current generated in the first winding (n is a natural number of 1 or more). The current of the waveform in which one or two or more of them are combined and the harmonic waveform is superimposed flows,
The harmonic waveform is a specific harmonic waveform in which the sum of the currents while the primary waveform takes a positive value is positive and the sum of the currents while the primary waveform takes a negative value is negative. There is a rotary electric machine.
前記ステータ巻線は、前記スロットに軸方向に挿入され且つ前記ステータコアの軸方向端面から外部に延出した開放端部の所定の端末同士が互いに接合されている複数の導体セグメント(50)により構成されている請求項1に記載の回転電機。 The stator winding is composed of a plurality of conductor segments (50) that are axially inserted into the slot and have predetermined terminals at open ends extending outward from the axial end surface of the stator core to be joined to each other. The rotary electric machine according to claim 1. 前記スロットには、前記ステータ巻線を構成する矩形断面の導体線が径方向1列に偶数本ずつ収容されており、前記第一巻線を構成する導体線は、前記スロットに2m本(mは1以上の自然数)ずつ収容されている請求項2に記載の回転電機。 In the slot, an even number of conductor wires having a rectangular cross section constituting the stator winding are accommodated in one row in the radial direction, and 2 m (m) of conductor wires constituting the first winding are accommodated in the slot. The rotary electric machine according to claim 2, wherein is accommodated by 1 or more natural numbers. 前記第一巻線を構成する導体線は、前記第二巻線を構成する導体線よりも断面積が小さい請求項1〜3の何れか一項に記載の回転電機。 The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductor wire forming the first winding has a cross-sectional area smaller than that of the conductor wire forming the second winding. 少なくとも前記第一巻線を構成する導体線は、平板状の複数の導体(58a)が絶縁された状態で積層されてなる積層導体線(58)である請求項1〜4の何れか一項に記載の回転電機。
At least one of claims 1 to 4, wherein the conductor wire constituting the first winding is a laminated conductor wire (58) in which a plurality of flat plate-shaped conductors (58a) are laminated in an insulated state. The rotary electric machine described in.
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