JP5040303B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
512とシャフト6が見えていない。
413と電気的に接続されている。前記二次電池612からインバータ装置620に直流電力が供給され、固定子鉄心412に巻回された3相の固定子コイル413に前記インバータ装置から交流電力が供給される。この交流電力により、固定子鉄心412から交流電力の周波数に基づく回転速度の回転磁界が生じる。図25は固定子コイル413により発生する回転磁界の状態を示す。固定子は以下の実施の形態で説明する8極分布巻の固定子コイル413を有し、回転子の影響を取り除くため仮想的に導体バーを有していない一般の鉄心を配置した場合のシミュレーション結果である。固定子鉄心412のスロットの外周側にコアバック430が設けられ、上記回転磁界の磁気回路を形成している。本シミュレーションでは固定子巻線が8極と極数が多いため、コアバック430の磁気回路の径方向の厚みを薄くできる。また回転子5側の磁気回路の径方向の厚みも薄くなっている。図25に示す回転磁界が固定子コイル413に供給される交流周波数に基づいて回転する。
次に図4乃至図8および図19と図24と図27を用いて、第1実施例の固定子の詳細について説明する。図4は、第1実施例の固定子の斜視図である。図5は、固定子巻線を構成するための連続した1本分のコイルの斜視図である。図6は、1相分のコイルの斜視図である。図7は、第1実施例の固定子の正面図である。図8は、第1実施例の固定子の側面図である。また図19は結線図であり、図24は2Y接続された固定子コイル413の接続図、図27は固定子のスロット番号と固定子巻線を構成するコイルの関係を示す図である。
W24はそれぞれ二組のコイルをさらに有している。例えばコイルU11はコイル2とコイル1の直列接続で構成されている。ここでコイル2とコイル1の数字はコイルが挿入されている回転子側のスロット番号を示している。すなわちコイルU11はスロット番号2のコイルとスロット番号1のコイルの直列接続である。同様にコイルU12はスロット番号38のコイルとスロット番号37のコイルの直列接続である。以下同様に図24のコイル番号は挿入されている回転子側スロットの番号を表している。最後のコイルW24はスロット番号11のコイルとスロット番号12のコイルの直列接続である。ここで注目すべきは各直列コイルは隣同士のスロットルに挿入されていることである。以下で説明のとおり、このようにすることで、製造が容易となり、更にトルク脈動を低減できる効果がある。上記各コイルの巻回状態は後で詳述する。
U11とコイルU12とコイルU13とコイルU14の直列接続により構成されている。上記各コイルは等間隔に配置されているので、角コイルは機械角で90°の間隔で配置されている。コイルU11は2つのコイル4131aと4131bを有しており、コイル
4131aはスロット2の回転子側とスロット7の底側を周回する構造をしている。スロット2とスロット7を対として複数回、本実施例では3回、周回する構造をしている。これらの周回は連続した導線で行われるので、周回するコイルU11では接続作業の必要が無い。
442でコイルU11はスロット番号1と2である。これは上述の通り、スロット番号1と2に配置されたコイルの直列接続で構成されていることを示している。このコイルU11は欄444で共に「U1」と記されている。これは固定子巻線におけるU相の1番目の配置すなわちU相の基準位置に配置されていることを示している。コイルU21は欄444で共に「U2」と記されている。これは固定子巻線のU相の2番目すなわちU相の基準位置から機械角で45°の位置に配置されていることを示している。同様にコイルU12は欄444で共に「U3」と記されている。これは固定子巻線のU相の3番目すなわちU相の基準位置から機械角で90°の位置に配置されていることを示している。このことは既に図5を用いて説明したとおりである。
4131bが成形される。このように成形された一対の周回部分のコイル4131a,
4131bは、両方共、内周側から外周側に渦巻き状に巻回されるので2つの周回部分のコイル4131a,4131bは、渦巻き部の外周側から隣の周回部分における渦巻き部の内周側に連続している。
4131a,4131bが90°周方向にずれるだけの長さ毎に4対設けられており、このような周回部分の対を4つ成形するために4回同様の作業を繰り返すことで図9の(A)に示すように芯がねに固定子コイル413が巻回される。
413が内周側に突出してしまうことがなく、回転子5を挿入する際の妨げになることがなくなる。
19bには、固定子鉄心412のスロット数と同じ48のスロット191が形成されており、内周側部材19aのスロット191は外周側に、外周側部材19bのスロット191は内周側に開口し、夫々が対向するように配置されている。更に外周側部材19bの各スロット191における底部であるスロット191の最外周位置は、固定子鉄心412の内周径よりも小さくなっており、外周側部材19b及び内周側部材19aのスロット191の軸方向長さは、固定子鉄心412のスロット411の軸方向長さよりも長くなっている。尚、内周側部材19a及び外周側部材19bにおけるスロット191間に設けられる夫々のティース192は、スロット191の底部側に退出するように構成されている。このティース192を退出させる方法としては、カム機構等を用いて退出させることが可能である。
12にて予備成形した固定子コイル413の周回部分を軸方向から挿入する。このとき、図10にて成形した略P字形状の突出した部分がコイル成形冶具19の外周側に向くように挿入される。また、予備成形された連続した固定子コイル413は、隣り合って巻回された周回部分の対4131a,4131bが隣り合うスロット191に挿入され、渡り線4132によって連続した他の周回部分の対4131a,4131bは、90°ずれたスロット191に夫々が挿入される。更に、その他のスロット191内にも予備成形された連続したコイル成形体の周回部分のコイル4131が軸方向から挿入されて、3相分の固定子コイル413が全てスロット191内に挿入される。
191に位置するようになっている。また、固定子コイル413における周回部分の対
4131a,4131bを接続している渡り線4132の部分は、図7に示すように固定子鉄心412の外周側と内周側を跨ぐように略渦巻き状となるように配置するが、次の工程に備えて、軸方向に略V字形状や略U字形状に突形状となるように成形しておく必要がある。尚、図14において渡り線4132の部分は、わかり易いように省略して表示してある。
412のスロット411の開口に対応した位置に配置されるようになっている。尚、図
16でも、わかり易いように渡り線4132を省略して表示している。
412におけるスロット411の内周側からコイル成形体の夫々の束を各スロット411内に挿入する。このとき、軸方向に略V字形状、もしくは、略U字形状に突形状に成形した夫々の渡り線4132を軸方向から押圧して、略同一面上に並ぶように変形させる。図17は、固定子鉄心412のスロット411内にコイル成形体を押し出した状態を示す。尚、図17でも、わかり易いように渡り線4132を省略して表示している。
19における周回部分のコイル4131は1周分で表示されているが、実際には上述したとおり、3周分周回している。また、図19における周回部分のコイル4131の中央に表示されている番号はスロット番号であり、コイルが破線となっているところは、スロット411における内周側、つまり、スロット開口側に位置するコイルであり、コイルが実線となっているところはスロット411における外側、つまり、スロット底部側に位置するコイルである。更に、線同士の交点が丸で表示されている箇所が溶接による接続が必要な箇所である。この図19を見ると明らかなように溶接によって接続する必要がある箇所は、9箇所だけである。
次に第2実施例について、図20に基づいて説明する。図20は、コイルにおける周回部分の対の巻き方を簡略化して表示したものである。尚、第1実施例と共通する部位については、同一称呼,同一の符号で表す。
4131bとを繋ぐためのコイル間接続線4134は、外周側から内周側に向かうようになっているため、コイルの線同士が交差する部分が生じてしまう。
4131aを巻回し、次に内周側に延びたコイルを第2の周回部分のコイル4131bの内周側に延ばし、更に外周側に渦巻き状となるように第2の周回部分のコイル4131bを巻回している。つまり、第1の周回部分のコイル4131aと第2の周回部分のコイル4131bとを繋ぐためのコイル間接続線4134は、内周側同士で繋がれているためコイルの線同士が交差する部分が生じない。
4131a,4131bしか表示していないが、第1実施例のように4対の周回部分を連続した線によって成形してもよい。
次に第3実施例について、図21に基づいて説明する。図21は、周回部分のコイル
4131aと4131bからなるコイルの組つまりコイル対同士を繋ぐ渡り線を接続することを示す図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼,同一の符号で表す。
次に第4実施例について、図22に基づいて説明する。図22は、第4実施例の固定子の斜視図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼,同一の符号で表す。
22は、中性点となる渡り線及び連続した線で構成される各コイル成形体同士を接続する部分は省略して表示してある。
次に第5実施例について、図23に基づいて説明する。図23は、第5実施例の固定子の斜視図である。尚、他の実施例と共通する部位については、同一称呼,同一の符号で表す。
28から図32を用いて上述の固定子巻線を使用した永久磁石回転電機を説明する。図
28は永久磁石回転電機200の断面図である。図29は図28に示す固定子230および回転子250のA−A断面である。この図ではハウジング212およびシャフト218の記載を省略した。
234は上述の構造の固定子巻線238を有している。図29に示すとおり、この実施例では固定子鉄心のスロット数は48であるが、これに限るものではない。
282と284とが存在し、このブリッジ部282と284では磁気的な空隙262と
264とにより磁気回路の断面積が狭められている。このため各ブリッジ部282と284では磁気飽和現象が起こり、磁極片280と補助磁極290との間を通るすなわちブリッジ部282と284を通る磁束量が所定量以下に押さえられる。
250に永久磁石254と256に基づく磁石トルクが生じる。また上記回転磁界が回転子250の補助磁極290に作用し、上記回転磁界の磁石254や256を通り磁気回路と補助磁極290を通る磁気回路との磁気抵抗の差に基づき回転子250にリラクタンストルクを発生する。回転子250の回転トルクは上記永久磁石に基づく磁石トルクと上記補助磁極に基づくリラクタンストルクの両トルクに基づいて定まる値となる。
5 回転子
411 スロット
412 固定子鉄心
413 固定子コイル
416 保持部材
418 延出部
4131 周回部分
4132 渡り線
Claims (19)
- 固定子と固定子の内側に回転可能に設けられた回転子とを備え、
前記固定子は等間隔に全周に亘ってスロットを有する固定子鉄心と前記スロット内に配
置された固定子巻線とを有し、
前記固定子巻線は前記スロットの内の第1のスロットと第2のスロットとの2つのスロットを介して複数回周回するコイルと前記コイルをつなぐ渡り線とを有すると共に、前記コイルは固定子鉄心の全周に亘って配置されており、
前記コイルは、前記第1のスロットではその回転子側に配置され、前記第2のスロットではその奥側に配置されると共に前記スロットの回転子側と奥側の移動はコイルエンドで行われる形状をなし、
前記全周に亘って配置されたコイルはそのコイルエンドにおいて前記移動の方向が略同じ方向となるように配置され、
前記コイルは、コイルエンドの外側に配置された渡り線により接続され、
少なくとも前記コイルは連続した導体をコイル状に成形して作られており、
前記固定子巻線は連続的に形成された一対の周回部分を有し、前記一対の周回部分のうち、第1の周回部分における前記コイルは内周側に向けて渦巻状となるように巻回され、第2の周回部分における前記コイルは外周側に向けて渦巻状となるように巻回され、前記第1の周回部分の内周側の導体と前記第2の周回部分の内周側の導体とが接続されていることを特徴とする車載用の回転電機。 - 請求項1に記載の回転電機であって、
前記第1の周回部分における前記コイルは、前記第1のスロットと前記第2のスロットとの2つのスロットを介して複数回周回するように巻回され、
前記第2の周回部分における前記コイルは、前記第1のスロットと前記第2のスロットとにそれぞれ隣接する第3のスロットと第4のスロットとの2つのスロットを介して複数回周回するように巻回され、
前記第1の周回部分の内周側の導体と前記第2の周回部分の内周側の導体とがコイル間接続線により直列に接続されていることを特徴とする車載用の回転電機。 - 請求項1又は2に記載の回転電機において、
前記コイルは、断面が略矩角形状であることを特徴とする回転電機。 - 請求項3に記載の回転電機において、
前記コイルの断面は、前記固定子鉄心の周方向が長く、径方向が短い略長方形状であることを特徴とする固定子。
- 請求項4に記載の回転電機において、
前記コイルは複数の相からなり、同相の前記一対の周回部分は、周方向に離れた前記スロットに複数箇所に渡って装着され、それらが渡り線によって連結していることを特徴とする回転電機。 - 請求項5に記載の回転電機において、
前記渡り線は、同相の夫々の前記コイルと連続していることを特徴とする回転電機。 - 請求項5に記載の回転電機において、
前記渡り線は、夫々の前記一対の周回部分の一端を長くすることで構成され、この長くした前記一対の周回部分の一端を他の前記一対の周回部分の他端と接続していることを特徴とする回転電機。 - 請求項5に記載の回転電機において、
前記渡り線は、固定子における軸方向一端側だけに設けられていることを特徴とする回転電機。 - 請求項5に記載の回転電機において、
前記渡り線は、前記固定子鉄心の外周側と内周側を跨ぐように略渦巻状に設けられていることを特徴とする回転電機。 - 請求項9に記載の回転電機において、
前記渡り線は、固定子における軸方向略同一面上に位置するように設けられていることを特徴とする回転電機。 - 請求項5に記載の回転電機において、
前記渡り線は、前記周回部分における前記スロットの底部側から前記コイル挿入部側を跨ぐように設けられていることを特徴とする回転電機。 - 請求項5に記載の回転電機において、
前記渡り線は、前記周回部分における前記スロットの底部側、及び/又は、前記コイル挿入部側にて螺旋状となっていることを特徴とする回転電機。 - 請求項1又は2に記載の回転電機において、
前記コイルにおけるスロット挿入部分は、絶縁部材が固着されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項1又は2に記載の回転電機において、
前記コイルの周回部分は、略亀甲形状に成形されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項3に記載の回転電機において、
前記コイルは、周方向に2つ以上離れた前記スロット内を周回するように巻回されていることを特徴とする回転電機。 - 環状に形成された固定子の内周側に回転自在に設けられた回転子を有する回転電機であって、
前記固定子は、内周側にコイル挿入部を有するスロットが周方向に複数設けられた固定子鉄心と、周方向に2つ以上離れた前記スロット内を周回するように巻回された周回部分を有するコイルとからなり、
該コイルにおける少なくとも前記周回部分は連続線からなり、コイルエンドにおいて前記スロットの内周側と外周側を跨ぐように巻回されると共に、前記固定子鉄心のスロット内から連続した方向に延びる延出部が前記スロットの軸方向両端側に延出しているおり、
隣り合う前記スロットに挿入された一対の前記周回部分のうち、第1の周回部分におけるコイルは内周側に渦巻状となるように巻回され、当該第1の周回部分の内周側に延びたコイルが第2の周回部分におけるコイルの内周側に延ばされ、更に外周側に渦巻状となるように前記第2の周回部分におけるコイルが巻回されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項16に記載の回転電機において、
前記スロットにおける前記コイル挿入部は、前記スロットにおける前記コイルが装着される部分とほぼ同等もしくは、前記コイルが装着される部分以上の周方向幅を有するオープンスロットであることを特徴とする回転電機。 - 請求項16に記載の回転電機において、
前記スロットにおける前記コイル挿入部の内周側には、前記コイルの内周側への移動を阻止する保持部材が装着されていることを特徴とする回転電機。 - 請求項16に記載の回転電機において、
前記コイルの少なくとも周回部分は、夫々の線材同士が一体的に固着されていることを特徴とする回転電機。
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