JP3800686B2 - Concentrated winding rotary electric machine and electric vehicle using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は集中巻回転電機に係り、特に、小形軽量,高効率の集中巻回転電機及びそれを備えた電動車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気自動車等の電動車両用に用いる電動機は小形軽量,高効率であることが望まれる。このためには第1には永久磁石式、第2にはリラクタンスを利用したブラシレスモータが最適である。特に上記のブラシレスモータ等は小型機の分野では固定子巻線磁極に固定子巻線を巻回する集中巻方式を採用している。
【0003】
この従来例は特開平7−298522 号公報(開示例1)で開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
開示例1では、周方向の分割された固定子磁極に固定子巻線を集中的に巻回することによって固定子巻線のコイルエンド部も短く、かつコイルの占積率を向上でき、従って電動機の体格を小さくすることができる。しかし、固定子巻線突極を固定するのに固定子鉄心の内外周部を溶接によって固定しているために、鉄損の増加、不要な部分まで鉄心があるために軽量化できない、そして、固定子巻線突極の内周部が分離されていないため高調波磁束を許し、脈動トルクの発生、及び鉄損の増加を引き起こす等の問題点があった。
【0005】
本発明の目的は、以上示した従来例の欠点を除き、小形軽量,高効率の集中巻回転電機及びそれを備えた電動車両を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、3相の固定子巻線が集中的に巻回された複数の突極の中心に、突極に存在する径方向及び周方向の磁束のうち、周方向の磁束を抑制し、突極における磁界を交番磁界とするための空隙部を設けると共に、その空隙部を、その周方向両側にある突極を接続するブリッジ部の径方向の幅を狭めるように形成することを特徴とする。
【0007】
また、固定子鉄心は固定子巻線突極中心で分割された構成とする。
【0008】
以上の構成によれば、固定子鉄心の固定子巻線突極に周方向の磁束を抑制する空隙部を設ける構成とすることによって、固定子鉄心の外周部においては、固定子鉄心の溶接位置をその最内周部とすることができ、これによって損失の発生を最小に押さえ、精度の良い固定をすることができる。一方、固定子鉄心の内周部においては、突極の内周を循環する高調波磁束を抑制でき、これによって高調波鉄損の抑制及び脈動磁束の抑制を達成することができる。さらに、固定子鉄心を固定子巻線突極中心で分割された構成とすることで上記の効果を最大に発揮することができる。
【0009】
以上の構成によって、小型軽量,高効率の集中巻回転電機及びそれを備えた電動車両を提供することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0011】
図1に本発明の集中巻回転電機の説明図を、図2にその断面図を示す。
【0012】
ここでは永久磁石回転電機で、かつ永久磁石の極数が10,固定子巻線突極が9の構成の一実施例について説明する。
【0013】
図で電動機1は固定子2と回転子3とからなり、固定子2は固定子鉄心4と固定子巻線5とで構成される。ここで、固定子鉄心4は固定子巻線突極42とその磁束の通路を形成する固定子ヨーク41とからなり、固定子巻線突極42は固定子巻線5を構成する二つの図1(b)で示した大小の固定子巻線コイル51,
52が集中的に巻回する構成であり、これは固定子巻線収納部47に収納される。各巻線は空隙面での磁路を共有することが無い構成である。この集中巻固定子構造は一般の大型機に使用されている分布巻構造の固定子に対して、エンドコイル部の長さを短くすることができるため、回転電機の体格を小さくすることができる利点がある。
【0014】
一方、回転子3はほぼ等間隔のピッチで隣り合う永久磁石6が互いに異なる極性に配置した構成で、その内周には永久磁石の磁束を通す回転子ヨーク7を有し、シャフト8,ベアリング9を介してエンドブラケット10に回転可能に保持される構成である。ここでは固定子鉄心4の外周にフレームが無い構成で示したが、必要によってはフレームを用いてもよい。回転子のシャフト8上には永久磁石6の位置を検出する磁極位置検出器PS,位置検出器Eを備える。
【0015】
さらに固定子巻線5のU相にはU1+,U2-,U3+、V相にはV1+,V2-,V3+、W相にはW1+,W2-,W3+がそれぞれ接続される。ここで、添字の1は固定子巻線番号、+,−は固定子巻線5の巻き方向を示すものである。
【0016】
本発明では固定子鉄心4を図示のように固定子巻線5と同数の個数に分割し、それぞれに2個の固定子巻線突極42,ブリッジ部43と、1個の固定子ヨーク部41とを有する構成である。ここで、各分割された固定子鉄心の間の外周部には、外周部の周方向磁束を抑制する空隙部44が、内周部には内周部の周方向磁束を抑制する空隙部45がそれぞれ設けられている。
【0017】
ここで、外周部の周方向磁束を抑制する空隙部44には軸方向に積層された磁性鉄板(一般的には珪素鋼板によって構成される)を周方向に溶接部46によって接合するとともに、隣の分割固定子鉄心とを連結せしめる。分割固定子鉄心4の積層鉄板はそれぞれ打ち抜き積層時に既に一般的に用いられている様な打ち抜きかしめ等によって一体に積層するものとする。
【0018】
一般的には固定子巻線と、前記固定子巻線が集中的に巻回された固定子巻線突極と、前記突極の磁束の流路を構成する固定子ヨーク部とを備えた固定子と、ほぼ等間隔に極性を有する回転子とからなる集中巻回転電機で、固定子鉄心の固定子巻線突極に周方向の磁束を抑制する空隙部を設ける構成とする。
【0019】
固定子鉄心4の固定子巻線突極42に周方向の磁束を抑制する空隙部44を外周部に設ける構成とすることによって、固定子鉄心の溶接位置を最内周部とすることができ、これによって溶接による固定子鉄心4の短絡回路を形成しないですむ。これにより、損失の発生を最小に押さえることができる。一方、溶接箇所を最内周部に配置することによって固定子鉄心4の内周部の軸方向の膨らみを低減することができ、精度の良い電動機とすることができる。これは騒音の減少,コギングトルク等の減少につながる。また、以上の分割構成によって固定子巻線磁極42の各部の磁束密度は径方向の磁束が支配的となり、磁束は交番磁束となる。一般の集中巻回転電機の固定子巻線磁極では径方向の磁束と周方向の磁束の存在により楕円磁界となっている。従って、同一の磁束密度に対して交番磁界である本発明の鉄損は減少する。さらに、本発明では周方向の磁束が無い分磁束密度が減少し、さらに鉄損を減少することができる。
【0020】
さらに内周部の周方向磁束を抑制する空隙部45の存在によって固定子巻線磁極42の空隙側の周方向磁束を抑制する。これは主に周期の短い高調波磁束を低減する効果を発揮する。これによって、トルク発生への寄与率が低いにもかかわらず鉄損を増加せしめる高調波磁束を低減する効果を発揮する。また、電気自動車用の駆動電動機として使用される場合には積載バッテリのエネルギーが限られているために軽量化が重要となる。図1で示す構成によって電動機の重量を軽量化することができる。
【0021】
図3には本発明の他の実施例を示す。
【0022】
ここでも永久磁石回転電機で、かつ永久磁石の極数が10,固定子巻線突極が9の構成の一実施例について説明する。
【0023】
本発明は図1に示した構成に対して外周部に冷却パイプ9を配置した。図1と同様固定子鉄心4を分割することによって鉄損を低減することが可能である。さらに冷却パイプ9を固定子鉄心4の外周に配置し、さらにパイプの内部に圧力をかけて冷却パイプ9と固定子鉄心との熱抵抗を下げて冷却効果をよくする。これによって小型軽量,高効率にすることができる。また、冷却パイプ9の外周部には固定子鉄心4が無いので冷却パイプ9と交わる磁束がなく、冷却パイプ9内をながれる渦電流損(鉄損)を低減することができる。
【0024】
図4に本発明の他の実施例を示す。
【0025】
ここでは永久磁石回転電機で、かつ永久磁石の極数が10,固定子巻線突極が12の構成の一実施例について説明する。
【0026】
コギングトルクは永久磁石の極数と固定子巻線突極数の最小公倍数に反比例する。従って図1は図4の実施例に比較してコギングトルクは低くなる。図1では永久磁石の極数が10,固定子巻線突極が9で90/回転の脈動が発生する。その数は大きく、コギングトルクは低いが、内周部の周方向磁束を抑制する空隙部45をつけることによって、永久磁石の極数が10,固定子巻線突極の見かけが18で同様に90/回転の脈動が発生する。空隙部の数は2倍になるのでコギングトルクは周方向磁束を抑制する空隙部45が無い場合に比較して2倍となる。一方、本実施例の永久磁石の極数が10,固定子巻線突極が12の構成では最小公倍数が60であるが、周方向磁束を抑制する空隙部45の存在によって永久磁石の極数が10,固定子巻線突極の見かけが24で同様に120/回転の脈動となる。この場合は周方向磁束を抑制する空隙部45の存在によってコギングトルクの脈動数が増加し、従ってコギングトルクは減少させることができる。一般には奇数極対数,偶数固定子突極の回転電機では周方向磁束を抑制する空隙部45を設けることによってコギングトルクを低減することができる。
【0027】
この構成で、周方向磁束を抑制する空隙部45は径方向の長さを周方向の幅よりも長くすることが重要である。径方向の長さを長くすることによって高調波磁束を抑制する効果を大きくすることができる。
【0028】
以上は、集中巻回転電機で、特に永久磁石回転子構造を有する永久磁石回転電機について説明したが、リラクタンス回転子でも本発明の効果を発揮することができる。また、電動機だけでなく、発電機もよく、外転型,内転型回転子,クローポール型回転子を用いた回転電機にも適用可能である。また、回転電機のみならず、リニアモータ等への適用も可能である。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば小形軽量,高効率の集中巻回転電機及びそれを備えた電動車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の集中巻回転電機を示す一実施例の説明図。
【図2】本発明の集中巻回転電機の断面図。
【図3】本発明の集中巻回転電機の第二実施例を示す断面図。
【図4】本発明の集中巻回転電機の第三実施例を示す断面図。
【符号の説明】
1…集中巻回転電機、2…固定子、3…回転子、4…固定子鉄心、5…固定子巻線、6…永久磁石、7…回転子ヨーク、8…シャフト、41…固定子ヨーク部、42…固定子巻線突極、43…ブリッジ部、44,45…空隙部、46…溶接部、47…固定子巻線収納部、51,52…固定子巻線コイル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a concentrated winding rotating electric machine, and more particularly, to a small, lightweight, highly efficient concentrated winding rotating electric machine and an electric vehicle equipped with the same.
[0002]
[Prior art]
An electric motor used for an electric vehicle such as an electric vehicle is desired to be small, light and highly efficient. For this purpose, a brushless motor using the permanent magnet type first and the reluctance second is optimal. In particular, the brushless motor described above employs a concentrated winding method in which a stator winding is wound around a stator winding magnetic pole in the field of small machines.
[0003]
This conventional example is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-298522 (disclosed example 1).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In Disclosure Example 1, the coil end portion of the stator winding is shortened by intensively winding the stator winding around the stator poles divided in the circumferential direction, and the space factor of the coil can be improved. The size of the electric motor can be reduced. However, since the inner and outer peripheral parts of the stator core are fixed by welding to fix the stator winding salient poles, the iron loss increases, and there is an iron core up to unnecessary parts, so the weight cannot be reduced, and Since the inner peripheral portion of the stator winding salient poles is not separated, there are problems such as allowing harmonic magnetic flux, generating pulsating torque, and increasing iron loss.
[0005]
An object of the present invention is to provide a compact, lightweight, high-efficiency concentrated winding rotating electric machine and an electric vehicle equipped with the same, excluding the drawbacks of the conventional examples described above.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention suppresses the circumferential magnetic flux among the radial and circumferential magnetic fluxes existing in the salient poles at the center of the plurality of salient poles around which the three-phase stator windings are intensively wound, Rutotomoni provided a gap portion for the magnetic field in the stator teeth and alternating magnetic field, characterized in that the void portion is formed so as to narrow the radial width of the bridge portion connecting the salient poles in the circumferential direction on both sides And
[0007]
The stator core is divided at the center of the stator winding salient pole.
[0008]
According to the above configuration, by providing the stator winding salient pole of the stator core with the gap portion that suppresses the magnetic flux in the circumferential direction, at the outer peripheral portion of the stator core, the welding position of the stator core Can be set as the innermost peripheral portion , thereby minimizing the occurrence of loss and fixing with high accuracy. On the other hand , in the inner peripheral portion of the stator core, the harmonic magnetic flux circulating around the inner periphery of the salient pole can be suppressed, and thereby the suppression of the harmonic iron loss and the suppression of the pulsating magnetic flux can be achieved. Furthermore , the above effect can be maximized by adopting a configuration in which the stator core is divided at the center of the stator winding salient pole.
[0009]
With the above configuration, it is possible to provide a compact, lightweight, highly efficient concentrated winding rotating electrical machine and an electric vehicle including the same.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Examples of the present invention will be described below.
[0011]
FIG. 1 is an explanatory view of a concentrated winding electric machine according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof.
[0012]
Here, an embodiment of a permanent magnet rotating electric machine having 10 permanent magnet poles and 9 stator winding salient poles will be described.
[0013]
In the figure, the
52 is concentratedly wound, and is housed in the
[0014]
On the other hand, the
[0015]
Further, U1 +, U2-, U3 + are connected to the U phase of the stator winding 5, V1 +, V2-, V3 + are connected to the V phase, and W1 +, W2-, W3 + are connected to the W phase. Here, the
[0016]
In the present invention, the stator core 4 is divided into the same number as the stator winding 5 as shown in the figure, and each of them has two stator winding
[0017]
Here, a magnetic iron plate (generally constituted by a silicon steel plate) laminated in the axial direction is joined to the
[0018]
Generally, a stator winding, a stator winding salient pole around which the stator winding is wound intensively, and a stator yoke portion that constitutes a flow path of magnetic flux of the salient pole A concentrated winding electric machine composed of a stator and a rotor having a polarity at approximately equal intervals is provided with a gap provided in the stator winding salient pole of the stator core to suppress circumferential magnetic flux.
[0019]
By the configuration of providing the outer peripheral portion of the
[0020]
Furthermore, the circumferential magnetic flux on the air gap side of the stator winding
[0021]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention.
[0022]
Here again, an embodiment of a permanent magnet rotating electric machine having 10 permanent magnet poles and 9 stator winding salient poles will be described.
[0023]
In the present invention, the cooling pipe 9 is arranged on the outer peripheral portion with respect to the configuration shown in FIG. As in FIG. 1, it is possible to reduce the iron loss by dividing the stator core 4. Further, the cooling pipe 9 is disposed on the outer periphery of the stator core 4, and pressure is further applied to the inside of the pipe to reduce the thermal resistance between the cooling pipe 9 and the stator core, thereby improving the cooling effect. This makes it possible to reduce the size, weight and efficiency. Further, since there is no stator core 4 on the outer peripheral portion of the cooling pipe 9, there is no magnetic flux intersecting with the cooling pipe 9, and eddy current loss (iron loss) flowing through the cooling pipe 9 can be reduced.
[0024]
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.
[0025]
Here, an embodiment of a permanent magnet rotating electric machine having 10 permanent magnet poles and 12 stator winding salient poles will be described.
[0026]
The cogging torque is inversely proportional to the least common multiple of the number of permanent magnet poles and the number of stator winding salient poles. Accordingly, the cogging torque in FIG. 1 is lower than that in the embodiment of FIG. In FIG. 1, when the number of poles of the permanent magnet is 10 and the number of salient stator windings is 9, a pulsation of 90 / rotation occurs. Although the number is large and the cogging torque is low, the number of poles of the permanent magnet is 10 and the appearance of the stator winding salient poles is 18 in the same manner by adding the
[0027]
With this configuration, it is important that the
[0028]
The above is a description of a concentrated-winding rotating electric machine, particularly a permanent magnet rotating electric machine having a permanent magnet rotor structure, but a reluctance rotor can also exert the effects of the present invention. Moreover, not only an electric motor but also a generator may be used, and the present invention can be applied to a rotating electric machine using an outer rotation type, an inner rotation type rotor, and a claw pole type rotor. Moreover, application to not only a rotating electrical machine but also a linear motor or the like is possible.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a small, lightweight, highly efficient concentrated winding electric machine and an electric vehicle including the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view of an embodiment showing a concentrated winding rotary electric machine of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a concentrated winding rotary electric machine according to the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the concentrated winding rotary electric machine according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a third embodiment of the concentrated winding rotary electric machine according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (11)
該固定子に対し空隙を介して配置された回転子とを有し、
前記固定子鉄心は、
前記3相の固定子巻線が集中的に巻回された複数の突極と、
該複数の突極の磁束の流路を構成するヨーク部とを備えており、
前記回転子には、隣り合うもの同士の極性が異なるように複数の永久磁石がほぼ等間隔に配置されており、
前記突極の中心には、前記突極に存在する径方向及び周方向の磁束のうち、周方向の磁束を抑制し、前記突極における磁界を交番磁界とするための空隙部が設けられており、
前記空隙部は、その周方向両側にある前記突極を接続するブリッジ部の径方向の幅を狭めるように形成されていることを特徴とする集中巻回転電機。A stator having a stator core and a three-phase stator winding attached thereto;
Having a rotor disposed through a gap with respect to the stator,
The stator core is
A plurality of salient poles in which the three-phase stator windings are intensively wound;
A yoke part that constitutes a flow path of magnetic flux of the plurality of salient poles,
In the rotor, a plurality of permanent magnets are arranged at substantially equal intervals so that the polarities of adjacent ones are different from each other,
At the center of the salient pole, an air gap is provided to suppress the circumferential magnetic flux among the radial and circumferential magnetic fluxes existing in the salient pole and to make the magnetic field at the salient pole an alternating magnetic field. And
The concentrated winding electric rotating machine , wherein the gap is formed so as to narrow a radial width of a bridge portion connecting the salient poles on both sides in the circumferential direction .
前記空隙部は前記固定子鉄心の外周部に設けられていることを特徴とする集中巻回転電機。In the concentrated winding rotating electric machine according to claim 1,
The concentrated winding electric rotating machine, wherein the gap is provided on an outer peripheral portion of the stator core.
前記空隙部は前記固定子鉄心の内周部に設けられていることを特徴とする集中巻回転電機。In the concentrated winding rotating electric machine according to claim 1 or 2,
The concentrated winding electric rotating machine, wherein the gap is provided in an inner periphery of the stator core.
該固定子に対し空隙を介して配置された回転子とを有し、
前記固定子鉄心は、
複数の磁性板が軸方向に積層されて構成されたものであって、
前記3相の固定子巻線が集中的に巻回された複数の突極と、
該複数の突極の磁束の流路を構成するヨーク部とを備えており、
前記回転子には、隣り合うもの同士の極性が異なるように複数の永久磁石がほぼ等間隔に配置されており、
前記突極の中心には空隙部が設けられており、
前記空隙部は、
前記突極に存在する径方向及び周方向の磁束のうち、周方向の磁束を抑制し、前記突極における磁界を交番磁界とするためのものであって、
前記固定子鉄心の外周部と内周部に設けられており、
前記固定子鉄心の外周部及び内周部に形成された空隙部は、その周方向両側にある前記突極を接続するブリッジ部の径方向の幅を狭めるように形成されており、
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部の最内周部には、前記固定子鉄心を軸方向に固定するための溶接部が設けられていることを特徴とする集中巻回転電機。A stator having a stator core and a three-phase stator winding attached thereto;
Having a rotor disposed through a gap with respect to the stator,
The stator core is
A plurality of magnetic plates are laminated in the axial direction,
A plurality of salient poles in which the three-phase stator windings are intensively wound;
A yoke part that constitutes a flow path of magnetic flux of the plurality of salient poles,
In the rotor, a plurality of permanent magnets are arranged at substantially equal intervals so that the polarities of adjacent ones are different from each other,
A gap is provided at the center of the salient pole,
The gap is
Among the radial and circumferential magnetic fluxes present in the salient poles, the circumferential magnetic flux is suppressed, and the magnetic field at the salient poles is used as an alternating magnetic field,
Provided on the outer peripheral portion and inner peripheral portion of the stator core;
The gap formed in the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the stator core is formed so as to narrow the radial width of the bridge portion connecting the salient poles on both sides in the circumferential direction.
The concentrated winding rotary electric machine characterized by the welding part for fixing the said stator core to an axial direction being provided in the innermost peripheral part of the space | gap part provided in the outer peripheral part of the said stator core.
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部の最内周位置は、前記ヨーク部の内周部よりも回転子側とすることを特徴とする集中巻回転電機。In the concentrated winding rotating electric machine according to claim 2 to 4,
The concentrated winding rotary electric machine characterized in that the innermost peripheral position of the gap provided in the outer peripheral part of the stator core is on the rotor side with respect to the inner peripheral part of the yoke part.
前記固定子鉄心は、複数の磁性板が軸方向に積層されて構成されており、
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部には、前記固定子鉄心を軸方向に固定するための溶接部が設けられていることを特徴とする集中巻回転電機。In the concentrated winding rotating electric machine according to claim 2 or 3,
The stator core is configured by laminating a plurality of magnetic plates in the axial direction,
The concentrated winding rotary electric machine characterized by the welding part for fixing the said stator core to an axial direction in the space | gap part provided in the outer peripheral part of the said stator core.
前記固定子鉄心の内周部に設けられた空隙部は周方向の幅が半径方向の長さよりも小さいことを特徴とする集中巻回転電機In the concentrated winding rotating electric machine according to claim 3 or 4,
The concentrated winding electric rotating machine characterized in that the gap provided in the inner peripheral portion of the stator core has a circumferential width smaller than a radial length.
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部には冷却媒体が流れていることを特徴とする集中巻回転電機。In the concentrated winding rotating electric machine according to any one of claims 2 to 4,
A concentrated winding rotary electric machine, wherein a cooling medium flows in a gap provided in an outer peripheral portion of the stator core.
前記固定子鉄心の外周部に設けられた空隙部には冷却パイプが配置されており、
前記冷却パイプには液体の冷却媒体が流れていることを特徴とする集中巻回転電機。In the concentrated winding rotating electric machine according to any one of claims 2 to 4,
A cooling pipe is disposed in the gap provided in the outer periphery of the stator core,
A concentrated winding rotary electric machine characterized in that a liquid cooling medium flows through the cooling pipe.
前記固定子鉄心は前記突極の中心で分割されていることを特徴とする集中巻回転電機。In the concentrated winding rotating electric machine according to claim 1 or 4,
The concentrated winding rotary electric machine, wherein the stator core is divided at the center of the salient pole.
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