JP5619046B2 - Rotating electric machine and method of manufacturing stator used therefor - Google Patents
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Description
この発明は、例えば自動車に搭載される車両用電動機などに適用される回転電機およびそれに用いられるステータの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine applied to, for example, a vehicular electric motor mounted on an automobile, and a method of manufacturing a stator used therefor.
従来のモータのステータでは、各ティースに巻回された巻線を、各異相間の最も近い側に中性点を、ティースに最も近い側に相入力を接続して、異相間の電位差を小さくし、絶縁耐量を高くしていた(例えば、特許文献1参照)。 In conventional motor stators, the windings wound around each tooth are connected to the neutral point on the closest side between the different phases and to the phase input on the side closest to the teeth to reduce the potential difference between the different phases. However, the dielectric strength is increased (for example, see Patent Document 1).
従来のステータでは、隣り合うティースに巻回された巻線の電位差が最も大きくなる相入力接続端間の周方向距離を大きくすることにより、絶縁耐量を大きくしている。しかしながら、従来のステータでは、相入力接続端間の径方向距離に関しては考慮されていないので、スロット断面積が有効に使われず、巻線抵抗が増大し、損失が大きくなるという課題があった。 In the conventional stator, the dielectric strength is increased by increasing the circumferential distance between the phase input connection ends where the potential difference between the windings wound around adjacent teeth is the largest. However, in the conventional stator, since the radial distance between the phase input connection ends is not considered, there is a problem that the slot cross-sectional area is not used effectively, the winding resistance is increased, and the loss is increased.
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、隣り合う集中巻コイルの外部接続側端子と中性点接続側端子とを近接配置とし、集中巻コイル間の電位差を小さくして、スロット断面積を有効に使って巻線抵抗の低抵抗化を図り、損失を小さくできる回転電機およびそれに用いられるステータの製造方法を得ることを目的とする。 This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and the external connection side terminal and the neutral point connection side terminal of adjacent concentrated winding coils are arranged close to each other to reduce the potential difference between the concentrated winding coils. An object of the present invention is to obtain a rotating electrical machine capable of reducing the resistance of a winding by effectively using a slot cross-sectional area and reducing a loss, and a method of manufacturing a stator used therefor.
この発明による回転電機は、ロータと、ステータコア、および該ステータコアの各ティースに巻装された複数の集中巻コイルからなるステータコイルを有するステータと、を備え、上記ロータの極数と上記ステータのスロット数との比が、(6±2)n:6n(但し、nは1以上の整数)であり、上記複数の集中巻コイルは、中性点接続側端子が内径側に位置し、外部接続側端子が外径側に位置するように上記ティースに巻装された第1集中巻コイルと、中性点接続側端子が外径側に位置し、外部接続側端子が内径側に位置するように上記ティースに巻装された第2集中巻コイルとを、周方向に交互に配列して構成されている。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor, a stator having a stator core including a stator core and a plurality of concentrated winding coils wound around each tooth of the stator core, and the number of poles of the rotor and slots of the stator The ratio to the number is (6 ± 2) n: 6n (where n is an integer equal to or greater than 1), and the plurality of concentrated winding coils have a neutral point connection side terminal located on the inner diameter side and external connection The first concentrated coil wound around the tooth so that the side terminal is located on the outer diameter side, the neutral point connection side terminal is located on the outer diameter side, and the external connection side terminal is located on the inner diameter side The second concentrated winding coils wound around the teeth are alternately arranged in the circumferential direction.
この発明によれば、周方向に交互に配列された第1および第2集中巻コイルの内径側に中性点接続側端子と外部接続用端子とが交互に配列され、周方向に交互に配列された第1および第2集中巻コイルの外径側に中性点接続側端子と外部接続用端子とが交互に配列されている。そこで、隣り合う第1および第2集中巻コイル間の内径側および外径側で、中性点接続側端子と外部接続用端子とが近接する。そこで、電位差が最も大きくなる外部接続用端子同士が近接することがなく、隣り合う第1および第2集中巻コイル間の電位差が小さくなり、絶縁耐性が向上される。これにより、隣り合う第1および第2集中巻コイル間の隙間を狭くすることが可能となり、スロット断面積を有効に使い、巻線抵抗の低抵抗化を図り、損失を小さくすることができる。 According to the present invention, the neutral point connection side terminals and the external connection terminals are alternately arranged on the inner diameter side of the first and second concentrated winding coils alternately arranged in the circumferential direction, and alternately arranged in the circumferential direction. Neutral point connection terminals and external connection terminals are alternately arranged on the outer diameter side of the first and second concentrated winding coils. Therefore, the neutral point connection side terminal and the external connection terminal are close to each other on the inner diameter side and the outer diameter side between the adjacent first and second concentrated winding coils. Therefore, the external connection terminals having the largest potential difference do not approach each other, the potential difference between the adjacent first and second concentrated winding coils is reduced, and the insulation resistance is improved. As a result, the gap between the adjacent first and second concentrated winding coils can be narrowed, the slot cross-sectional area can be effectively used, the resistance of the winding resistance can be reduced, and the loss can be reduced.
以下、本発明による回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る回転電機を示す断面図、図2はこの発明の実施の形態1に係る回転電機におけるステータコイルの結線図である。
1 is a cross-sectional view showing a rotating electrical machine according to
図1において、回転電機1は、フレーム(図示せず)に回転可能に支持されたシャフト4と、シャフト4に固定されてフレーム内に回転可能に配設されたロータ2と、円環状のステータコア9、およびステータコア9に装着されたステータコイル10を有し、ステータコア9をフレームに保持されて、所定のギャップを介してロータ2を囲繞するように配設されるステータ8と、を備える。
In FIG. 1, a rotating
ロータ2は、例えば、所定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層一体化して作製された円筒状のロータコア3と、ロータコア3の軸心位置を貫通するように形成されたシャフト挿通穴6に圧入、固定されたシャフト4と、それぞれロータコア3を貫通するように形成され、同一円周上に等角ピッチで配列された8つの磁石挿入穴7のそれぞれに挿入された永久磁石5と、を備える。
The rotor 2 is press-fitted into, for example, a
ステータコア9は、12個のコア片11から構成されている。つまり、コア片11は、ステータコア9を周方向に12等分割した形状に形成されている。コア片11は、例えば、同一形状に打ち抜かれた多数枚の電磁鋼板を積層一体化して作製され、円弧形のコアバック部12と、コアバック部12の内周面の周方向中央から径方向内方に延設され、周方向幅が外径側から内径側に向って漸次狭くなる先細り形状に形成されたティース13と、を有する。
The
ステータコイル10は、各コア片11のティース13に導体線を所定回巻回して作製された12本の第1および第2集中巻コイル15A,15Bを備える。ここでは、第1および第2集中巻コイル15A,15Bは、平角線の短辺を内径側として縦にティース13に1層巻回して作製されたエッジワイズ巻線により構成されている。
The
そして、コアバック部12の周方向の端面同士を突き合わせて、周方向に環状に配列した集中巻コイル15が巻装されたコア片11を、円環状のリング部(図示せず)に圧入、固着して、あるいは焼き嵌めによりリング部内に挿入、固着して、ステータ8が構成される。なお、コア片11がコアバック部12の周方向の端面同士を突き合わせて円環状に配列されてステータコア9を構成している。また、コアバック部12が周方向に連結されてステータコア9のコアバックを構成し、コアバックと隣り合うティース13とにより形成される空間がスロット14を構成する。
Then, the
このステータ8では、第1および第2集中巻コイル15A,15Bが周方向に交互に12本配列されている。そして、第1および第2集中巻コイル15A,15Bに通電する3相は、図1に示されるように、反時計回りに、U相、V相、W相の順に繰り返し配列されている。そして、ステータコイル10は、図2に示されるように、4本のU相の第1および第2集中巻コイル15A,15Bを並列接続してなるU相コイル16Uと、4本のV相の第1および第2集中巻コイル15A,15Bを並列接続してなるV相コイル16Vと、4本のW相の第1および第2集中巻コイル15A,15Bを並列接続してなるW相コイル16WとをY結線して構成されている。なお、Oがステータコイル10の中性点である。
In the stator 8, twelve first and second concentrated
このように構成された回転電機1は、U相、V相およびW相コイル16U,16V,16Wにそれぞれ異相が120度異なる3相交流が通電され、8極12スロットの3相モータとして動作する。
The rotating
つぎに、ステータコイル10の具体的な構成を図3乃至図5を参照しつつ説明する。図3はこの発明の実施の形態1に係る回転電機におけるステータコイルの構成を説明する要部断面図であり、隣り合うU相、V相およびW相の3本の集中巻コイルを取り出して示している。図4はこの発明の実施の形態1に係る回転電機におけるステータコイルを構成する集中巻コイルの構成を説明する斜視図、図5はこの発明の実施の形態1に係る回転電機におけるステータコイルを構成する相コイルの構成を説明する図である。
Next, a specific configuration of the
図3において、U相およびW相となる第1集中巻コイル15Aは、中性点接続側端子15aが内径側に位置し、外部接続用端子15bが外径側に位置するように、ティース13に巻装されている。V相となる第2集中巻コイル15Bは、中性点接続側端子15aが外径側に位置し、外部接続用端子15bが内径側に位置するように、ティース13に巻装されている。
In FIG. 3, the first concentrated
第1集中巻コイル15Aは、図4の(a)に示されるように、平角線をティース13の内径側から外径側に向って右ネジの方向に1層巻回して作製されている。そして、平角線の巻き始め側が中性点接続側端子15aとなり、巻き終わり側が外部接続側端子15bとなる。また、中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bは、ティース13の周方向両側のそれぞれから軸方向一側に延出している。
As shown in FIG. 4A, the first concentrated
また、第2集中巻コイル15Bは、図4の(b)に示されるように、平角線をティース13の外径側から内径側に向って左ネジの方向に1層巻回して作製されている。つまり、第2集中巻コイル15Bは、第1集中巻コイル15Aに対して、平角線がティース13に逆ネジの方向に巻回されている。この第2集中巻コイル15Bにおいても、平角線の巻き始め側が中性点接続側端子15aとなり、巻き終わり側が外部接続側端子15bとなり、中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bが、ティース13の周方向両側のそれぞれから軸方向一側に延出している。
Further, as shown in FIG. 4B, the second concentrated winding
図3では、隣り合うU相、V相およびW相の3本の第1および第2集中巻コイル15A,15Bのみを示しているが、ステータコア9に巻装された12本の第1および第2集中巻コイル15A,15Bは、第1集中巻コイル15Aと第2集中巻コイル15Bとが、周方向に交互に並ぶように配列されている。これにより、第1および第2集中巻コイル15A,15Bは、中性点接続用端子15aと外部接続側端子15bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。
In FIG. 3, only three first and second concentrated winding
U相コイル16Uは、図5に示されるように、4本の第1および第2集中巻コイル15A.15Bを、内径側(図5中”in”)に位置する中性点接続用端子15aと外径側(図5中”out”)に位置する中性点接続側端子15aとを結線し、内径側に位置する外部接続用端子15bと外径側に位置する外部接続用端子15bとを結線して、並列に接続して構成される。同様に、V相およびW相コイル16V,16Wも、それぞれ、4本の第1および第2集中巻コイル15A,15Bを、内径側に位置する中性点接続用端子15aと外径側に位置する中性点接続側端子15aとを結線し、内径側に位置する外部接続用端子15bと外径側に位置する外部接続用端子15bとを結線して、並列に接続して構成される。このU相、V相およびW相コイル16U,16V,16Wは、並列数4、直列数1になっている。そして、それぞれ4本の第1および第2集中巻コイル15A,15Bを並列接続して構成されたU相、V相およびW相コイル16U,16V,16WをY結線して、図2に示されるように、ステータコイル10が構成される。
As shown in FIG. 5,
つぎに、ステータ8の製造方法について説明する。
まず、同一形状に打ち抜かれた多数枚の電磁鋼板を積層一体化してコア片11を作製する。また、平角線を右ネジの方向に1層巻回して第1集中巻コイル15Aを作製し、平角線を左ネジの方向に1層巻回して第2集中巻コイル15Bを作製する。平角線の巻き始め端および巻き終わり端が、第1および第2集中巻コイル15A,15Bの巻回方向の両端から延出している。
ついで、図4の(a),(b)に示されるように、平角線の巻き始め端がティース13の先端側に位置するように第1集中巻コイル15Aをティース13に巻装したコア片11と、平角線の巻き始め端がコアバック部12側に位置するように第2集中巻コイル15Bをティース13に巻装したコア片11とを作製する。
そして、コアバック部12の周方向の端面同士を突き合わせて、第1集中巻コイル15Aをティース13に巻装したコア片11と、第2集中巻コイル15Bをティース13に巻装したコア片11とを交互に環状に配列する。ついで、その環状体を円環状のリング体に圧入、固着して、あるいはその環状体をリング体内に挿入し、焼き嵌めにより固着する。
ついで、第1集中巻コイル15Aおよび第2集中巻コイル15Bに所定の結線を施し、ステータ8が製造される。
Next, a method for manufacturing the stator 8 will be described.
First, the
Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, the core piece in which the first
And the
Next, predetermined connection is applied to the first concentrated winding
つぎに、この実施の形態1の効果について図6を参照しつつ説明する。図6は並列数4、直列数1の相コイルにより構成された3相交流巻線における異相間の電位差を説明する図である。 Next, the effect of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining a potential difference between different phases in a three-phase AC winding composed of phase coils of 4 parallel and 1 serial.
図6から分るように、U相およびV相コイル16U,16Vにかかる電圧を1[V]とすると、U相およびV相コイル16U,16Vの外部接続側端子間の電位差は√3[V]となる。そこで、集中巻コイルがすべて第1集中巻コイル15Aの場合には、隣り合う集中巻コイル15Aの中性点接続側端子15a同士が近接し、外部接続側端子15b同士が近接することになる。これにより、隣り合う第1集中巻コイル15Aの中性点接続側端子15a間の電圧差はゼロとなるが、隣り合う第1集中巻コイル15Aの外部接続側端子15b間の電位差は√3[V]となる。つまり、隣り合う第1集中巻コイル15間の電位差が√3[V]となる。
As can be seen from FIG. 6, when the voltage applied to the U-phase and V-
実施の形態1では、第1および第2集中巻コイル15A,15Bが周方向に交互に配列されており、中性点接続用端子15aと外部接続側端子15bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。そこで、隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15Bの中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bとが近接することになり、隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15Bの中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bと間の電圧差は1[V]となる。つまり、隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15B間の電位差が1[V]となる。
In the first embodiment, the first and second concentrated winding
このように、この実施の形態1によれば、隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15B間の電圧差を√3[V]から1[V]に低減できるので、部分放電の可能性が少なくなる、すなわち絶縁耐力が高められる。したがって、異相間、すなわち隣り合う集中巻コイル15間に配置される絶縁紙を薄くすることができるので、絶縁紙のコストを低減できる。また、絶縁紙を薄くできることは、導体線の巻回スペースの増大につながるので、占積率が高められ、通電による損失を抑えることができる。
また、いずれの隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15B間の電圧差が同じであるので、同じ絶縁紙を隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15B間に配置でき、ステータ8の組立性が向上される。
Thus, according to the first embodiment, the voltage difference between the adjacent first and second concentrated winding
Further, since the voltage difference between any adjacent first and second concentrated winding
また、1第1および第2集中巻コイル15A,15Bは、中性点接続用端子15aと外部接続側端子15bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。さらに、第1および第2集中巻コイル15A,15Bの中性点接続用端子15aと外部接続側端子15bが、ティース13の周方向両側のスロット14のそれぞれから軸方向の一側に延出している。そこで、中性点接続用端子15aと外部接続側端子15bとの間の距離が離れ、結線作業性が向上されるとともに、結線部間の絶縁耐力が向上される。
The first and second concentrated winding
なお、上記実施の形態1では、ステータコアが12個のコア片に分割構成されているものとしているが、ステータコアは必ずしも12個のコア片に分割されている必要はなく、集中巻コイルがティースに巻装できればよく、例えば、ステータコアを12個のコア片のコアバック部の一部が屈曲可能な薄肉部により連結された帯状のコア体で構成してもよい。この場合、コア体を直線状に展開し、集中巻コイルを各ティースに巻装した後、薄肉部を屈曲させてコア体を円環状に曲げ、円環状のコア体をリング体に挿入、固着して、ステータを作製することになる。 In the first embodiment, the stator core is divided into twelve core pieces. However, the stator core is not necessarily divided into twelve core pieces, and concentrated winding coils are used as teeth. For example, the stator core may be composed of a strip-shaped core body in which a part of the core back portion of 12 core pieces is connected by a thin-walled portion that can be bent. In this case, expand the core body linearly, wind concentrated winding coils around each tooth, then bend the thin wall portion to bend the core body into an annular shape, and insert and fix the annular core body into the ring body Thus, the stator is manufactured.
実施の形態2.
図7はこの発明の実施の形態2に係る回転電機におけるステータコイルの結線図、図8はこの発明の実施の形態2に係る回転電機におけるステータコイルを構成する相コイルの構成を説明する図、図9は並列数2、直列数2の相コイルにより構成された3相交流巻線における異相間の電位差を説明する図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a connection diagram of a stator coil in a rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining a potential difference between different phases in a three-phase AC winding composed of two phase coils in parallel and two phase coils.
図7および図8において、U相コイル17Uは、2本の第1集中巻コイル15Aを中性点接続用端子15aと外部接続用端子15bとを結線して直列に接続して構成されたコイルと、2本の第2集中巻コイル15Bを中性点接続用端子15aと外部接続用端子15bとを結線して直列に接続して構成されたコイルとを、並列に接続して構成される。同様に、V相およびW相コイル17V,17Wも、それぞれ、2本の第1集中巻コイル15Aを中性点接続用端子15aと外部接続用端子15bとを結線して直列に接続して構成されたコイルと、2本の第2集中巻コイル15Bを中性点接続用端子15aと外部接続用端子15bとを結線して直列に接続して構成されたコイルとを、並列に接続して構成される。このU相、V相およびW相コイル17U,17V,17Wは、並列数2、直列数2になっている。そして、このように構成されたU相、V相およびW相コイル17U,17V,17WをY結線して、ステータコイル10Aが構成される。
7 and 8,
なお、この実施の形態2では、U相、V相およびW相コイル17U,17V,17Wが4つの第1および第2集中巻コイル15A,15Bを並列数2、直列数2に接続して構成されている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
In the second embodiment, the U-phase, V-phase, and W-
つぎに、この実施の形態2の効果について図9を参照しつつ説明する。 Next, the effect of the second embodiment will be described with reference to FIG.
図9から分るように、U相およびV相コイル17U,17Vにかかる電圧を1[V]とすると、U相およびV相コイル17U,17Vの外部接続端子18,19間の電位差は√3[V]、V相コイル17Vの直列接続されたコイルの中間点21とV相コイル17Uの外部接続端子18との間の電位差は(√7)/2[V]、U相およびV相コイル17U,17Vの直列接続されたコイルの中間点20,21間の電位差は(√3)/2[V]となる。
As can be seen from FIG. 9, when the voltage applied to the U-phase and V-
実施の形態2では、第1および第2集中巻コイル15A,15Bが周方向に交互に配列されているので、隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15Bの中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bとが近接することになり、隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15Bの中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bと間の電圧差は最大(√7)/2[V]となる。
In the second embodiment, since the first and second concentrated winding
このように、この実施の形態2においても、隣り合う第1および第2集中巻コイル15A,15B間の電圧差を少なくとも√3[V]から(√7)/2[V]に低減できるので、部分放電の可能性が少なくなり、絶縁耐力が高められる。したがって、隣り合う集中巻コイル15間に配置される絶縁紙を薄くすることができるので、絶縁紙のコストを低減できる。また、絶縁紙を薄くできることは、導体線の巻回スペースの増大につながるので、占積率が高められ、通電による損失を抑えることができる。
As described above, also in the second embodiment, the voltage difference between the adjacent first and second concentrated winding
ここで、ステータコイルが集中巻コイルにより構成されている場合、相コイルの並列数は、極数とティース数との最大公約数の約数となる。つまり、実施の形態1,2では、8極12スロットであるので、極数とティース数との最大公約数は4となり、相コイルの並列数は、4,2,1となる。そして、実施の形態1,2から分るように、集中巻コイルが、中性点接続用端子と外部接続側端子15bとが内径側と外径側とに分かれて形成され、かつ中性点接続用端子15aと外部接続側端子15bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている場合、4つの集中巻コイルを直列に接続して相コイルを構成するより、集中巻コイルを並列接続して相コイルを構成した方が隣り合う集中巻コイル間の電位差を低減できることがわかる。さらに、相コイルの並列数が多くなるほど、隣り合う集中巻コイルの中性点接続用端子と外部接続側端子との間の電位差の低減効果が大きくなることがわかる。
Here, when the stator coil is constituted by concentrated winding coils, the parallel number of phase coils is a divisor of the greatest common divisor of the number of poles and the number of teeth. That is, in
なお、上記実施の形態1,2では、8極12スロットの回転電機を用いて説明しているが、回転電機の磁極数とスロット数は8極12スロットに限定されず、磁極数とスロット数との比が4:6、即ち極スロット比が4n:6n(但し、nは1以上の整数)であればよい。 In the first and second embodiments, the description is given using the 8-pole 12-slot rotary electric machine. However, the number of magnetic poles and the number of slots of the rotary electric machine is not limited to 8 poles and 12 slots. And the pole slot ratio may be 4n: 6n (where n is an integer equal to or greater than 1).
実施の形態3.
図10はこの発明の実施の形態3に係る回転電機を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a rotary electric machine according to
図10において、回転電機1Aは、フレーム(図示せず)に回転可能に支持されたシャフト4と、シャフト4に固定されてフレーム内に回転可能に配設されたロータ30と、円環状のステータコア9、およびステータコア9に装着されたステータコイル10Aを有し、ステータコア9をフレームに保持されて、所定のギャップを介してロータ30を囲繞するように配設されるステータ8Aと、を備える。
In FIG. 10, a rotating electrical machine 1A includes a shaft 4 rotatably supported by a frame (not shown), a rotor 30 fixed to the shaft 4 and rotatably disposed in the frame, and an annular stator core. 9 and a
ロータ30は、例えば、所定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層一体化して作製された円筒状のロータコア31と、ロータコア31の軸心位置を貫通するように形成されたシャフト挿通穴32に圧入、固定されたシャフト33と、それぞれロータコア31を貫通するように形成され、同一円周上に等角ピッチで配列された16個の磁石挿入穴35のそれぞれに挿入された永久磁石34と、を備える。 The rotor 30 is press-fitted into, for example, a cylindrical rotor core 31 made by laminating and integrating electromagnetic steel plates punched into a predetermined shape, and a shaft insertion hole 32 formed so as to penetrate the axial center position of the rotor core 31. A fixed shaft 33 and permanent magnets 34 that are formed so as to penetrate the rotor core 31 and are respectively inserted into 16 magnet insertion holes 35 arranged at an equiangular pitch on the same circumference. .
このステータ8Aでは、第1および第2集中巻コイル15A,15Bが周方向に交互に12本配列されている。すなわち、中性点接続用端子15aと外部接続側端子15bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。そして、第1および第2集中巻コイル15A,15Bに通電する3相は、時計回りに、U相、V相、W相の順に繰り返し配列されている。
In the
ステータコイル10Aは、上記実施の形態2と同様に、U相コイル17Uと、V相コイル17Vと、W相コイル17WとをY結線して構成されている。U相コイル17Uは、図7および図8に示されるように、2本の第1集中巻コイル15Aを中性点接続用端子15aと外部接続用端子15bとを結線して直列に接続して構成されたコイルと、2本の第2集中巻コイル15Bを中性点接続用端子15aと外部接続用端子15bとを結線して直列に接続して構成されたコイルとを、並列に接続して構成される。同様に、V相およびW相コイル17V,17Wも、それぞれ、2本の第1集中巻コイル15Aを中性点接続用端子15aと外部接続用端子15bとを結線して直列に接続して構成されたコイルと、2本の第2集中巻コイル15Bを中性点接続用端子15aと外部接続用端子15bとを結線して直列に接続して構成されたコイルとを、並列に接続して構成される。このU相、V相およびW相コイル17U,17V,17Wは、並列数2、直列数2になっている。
Similarly to the second embodiment,
なお、この実施の形態3では、ロータ30が16極となっている点を除いて、上記実施の形態2と同様に構成されている。 The third embodiment is configured in the same manner as in the second embodiment except that the rotor 30 has 16 poles.
このように構成された回転電機1Aは、U相、V相およびW相コイル17U,17V,17Wにそれぞれ異相が120度異なる3相交流が通電され、16極12スロットの3相モータとして動作する。
The rotating electrical machine 1A configured as described above operates as a three-phase motor having 16 poles and 12 slots by energizing U-phase, V-phase, and W-
この実施の形態3においても、第1および第2集中巻コイル15A,15Bは、中性点接続用端子15aと外部接続側端子15bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列され、U相、V相およびW相コイル17U,17V,17Wが、それぞれ4つの第1および第2集中巻コイル15A,15Bを並列数2、直列数2に結線して構成されている。したがって、この実施の形態3は、上記実施の形態2と同様の効果を奏する。
Also in the third embodiment, the first and second concentrated winding
なお、上記実施の形態3では、16極12スロットの回転電機を用いて説明しているが、回転電機の磁極数とスロット数は16極12スロットに限定されず、磁極数とスロット数との比が8:6、即ち極スロット比が8n:6n(但し、nは1以上の整数)であればよい。 In the third embodiment, the explanation is made using a 16-pole 12-slot rotary electric machine. However, the number of magnetic poles and the number of slots of the rotary electric machine is not limited to 16 poles and 12 slots. The ratio may be 8: 6, that is, the pole slot ratio may be 8n: 6n (where n is an integer of 1 or more).
実施の形態4.
図11はこの発明の実施の形態4に係る回転電機におけるステータコイルを構成する集中巻コイルの構成を説明する斜視図である。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 11 is a perspective view illustrating the configuration of a concentrated winding coil that constitutes a stator coil in a rotary electric machine according to Embodiment 4 of the present invention.
図11において、第1集中巻コイル15Cは、平角線の巻き始めを軸方向一側からティース13の周方向一側に挿入し、ついでティース13の内径側から外径側に向って右ネジの方向に1層巻回し、その平角線の巻き終わりをティース13の幅だけ余分に巻回した後、略直角に折り曲げてティース13の周方向一側から軸方向一側に延出させている。これにより、第1集中巻コイル15Aの中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bが、ともに、ティース13の周方向一側のスロット14から軸方向一側に延出している。
In FIG. 11, the first concentrated winding
第2集中巻コイルは、図示していないが、平角線の巻き始めを、軸方向一側からティース13の周方向他側のスロット14入口まで延ばし、そこで平角線を略直角に折り曲げてティース13の軸方向一端面上を周方向一側に引き回し、その後ティース13の外径側から内径側に向って左ネジの方向に1層巻回し、その平角線の巻き終わりを軸方向一側に延出させている。これにより、第2集中巻コイル15Bの中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bが、ともに、ティース13の周方向他側のスロット14から軸方向一側に延出している。
Although the second concentrated winding coil is not shown, the winding start of the flat wire extends from one side in the axial direction to the inlet of the
なお、この実施の形態4では、第1集中巻コイル15Aおよび第2集中巻コイル15Bに代えて上述の第1集中巻コイル15Cおよび第2集中巻コイルを用いている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
In the fourth embodiment, the above-described implementation is performed except that the first concentrated winding coil 15C and the second concentrated winding coil are used instead of the first concentrated winding
この実施の形態4によれば、第1集中巻コイル15Cの中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bとが、ともに、ティース13の周方向一側のスロット14から軸方向一側に延出しているので、第1集中巻コイル15Cの導体線の長さがティース13の幅分長くなり、回転電機の起磁力を大きくすることができる。また、第2集中巻コイルの中性点接続側端子15aと外部接続側端子15bとが、ともに、ティース13の周方向他側のスロット14から軸方向一側に延出しているので、第2集中巻コイルの導体線の長さがティース13の幅分長くなり、回転電機の起磁力を大きくすることができる。
According to the fourth embodiment, the neutral point
実施の形態5.
図12はこの発明の実施の形態5に係る回転電機におけるステータコイルの構成を説明する要部断面図であり、隣り合うU相、V相およびW相の3本の集中巻コイルを取り出して示している。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the main part for explaining the configuration of the stator coil in the rotary electric machine according to
図12において、第1集中巻コイル40Aは、断面円形の導体線をティース13の内径側から外径側に向って右ネジの方向に1層巻回して作製され、導体線の巻き始め側である中性点接続側端子40aが内径側に位置し、巻き終わり側である外部接続側端子40bが外径側に位置している。第2集中巻コイル40Bは、断面円形の導体線をティース13の外径側から内径側に向って左ネジの方向に1層巻回して作製され、導体線の巻き始め側である中性点接続側端子40aが外径側に位置し、巻き終わり側である外部接続側端子40bが内径側に位置している。
In FIG. 12, the first
そして、第1集中巻コイル40Aと第2集中巻コイル40Bとが、周方向に交互に並ぶようにステータコアに配列されている。これにより、中性点接続用端子40aと外部接続側端子40bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。
なお、この実施の形態5は、第1および第2集中巻コイル15A,15Bに代えて第1および第2集中巻コイル40A,40Bを用いている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
The first concentrated winding
The fifth embodiment is the same as the first embodiment except that the first and second concentrated winding
したがって、この実施の形態5においても、上記実施の形態1と同様に効果を奏する。
この実施の形態5によれば、断面円形の導体線を用いているので、第1および第2集中巻コイル40A,40Bの作製が容易となり、低コスト化が図られる。
Therefore, the fifth embodiment has the same effect as the first embodiment.
According to the fifth embodiment, since the conductor wire having a circular cross section is used, the first and second concentrated winding
実施の形態6.
図13はこの発明の実施の形態6に係る回転電機におけるステータコイルの構成を説明する要部断面図であり、隣り合うU相、V相およびW相の3本の集中巻コイルを取り出して示している。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the main part for explaining the configuration of the stator coil in the rotary electric machine according to
図13において、第1集中巻コイル41Aは、断面円形の導体線をティース13の内径側から外径側に向って右ネジの方向に巻回して1層目を形成し、ついで折り返して外径側から内径側に向って巻回して2層目を形成し、さらに折り返して内径側から外径側に向って巻回して3層目を形成して作製され、導体線の巻き始め側である中性点接続側端子41aが内径側に位置し、巻き終わり側である外部接続側端子41bが外径側に位置している。第2集中巻コイル41Bは、断面円形の導体線をティース13の外径側から内径側に向って左ネジの方向に巻回して1層目を形成し、ついで折り返して内径側から外径側に向って巻回して2層目を形成し、さらに折り返して外径側から内径側に向って巻回して3層目を形成して作製され、導体線の巻き始め側である中性点接続側端子41aが外径側に位置し、巻き終わり側である外部接続側端子41bが内径側に位置している。
In FIG. 13, the first
そして、第1集中巻コイル41Aと第2集中巻コイル41Bとが、周方向に交互に並ぶようにステータコアに配列されている。これにより、中性点接続用端子41aと外部接続側端子41bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。
なお、この実施の形態6は、第1および第2集中巻コイル40A,40Bに代えて第1および第2集中巻コイル41A,41Bを用いている点を除いて、上記実施の形態5と同様に構成されている。
The first concentrated winding
The sixth embodiment is the same as the fifth embodiment except that the first and second concentrated winding
したがって、この実施の形態6においても、上記実施の形態5と同様に効果を奏する。
この実施の形態6によれば、断面円形の導体線を整列巻きで多層に巻回しているので、第1および第2集中巻コイル41A,41Bの占積率を高めることができる。
Therefore, the sixth embodiment has the same effects as the fifth embodiment.
According to the sixth embodiment, since the conductor wire having a circular cross section is wound in multiple layers by aligned winding, the space factor of the first and second concentrated winding
実施の形態7.
図14はこの発明の実施の形態7に係る回転電機におけるステータコイルの構成を説明する要部断面図であり、隣り合うU相、V相およびW相の3本の集中巻コイルを取り出して示している。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a main part for explaining the configuration of a stator coil in a rotary electric machine according to
図14において、コア片11Aは、円弧形のコアバック部12と、コアバック部12の内周面の周方向中央から径方向内方に延設され、周方向幅が外径側から内径側に向って一定に形成されたティース13Aと、を有する。第1集中巻コイル42Aは、平角線をティース13Aの内径側から外径側に向って右ネジの方向に1層巻回して作製され、導体線の巻き始め側である中性点接続側端子42aが内径側に位置し、巻き終わり側である外部接続側端子42bが外径側に位置している。第2集中巻コイル42Bは、平角線をティース13Aの外径側から内径側に向って左ネジの方向に1層巻回して作製され、導体線の巻き始め側である中性点接続側端子42aが外径側に位置し、巻き終わり側である外部接続側端子42bが内径側に位置している。
In FIG. 14, the
そして、第1集中巻コイル42Aと第2集中巻コイル42Bとが、周方向に交互に並ぶようにステータコアに配列されている。これにより、中性点接続用端子42aと外部接続側端子42bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。
なお、この実施の形態7は、コア片11および第1および第2集中巻コイル15A,15Bに代えてコア片11Aおよび第1および第2集中巻コイル42A,42Bを用いている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
The first concentrated winding
In the seventh embodiment, the
したがって、この実施の形態7においても、上記実施の形態1と同様に効果を奏する。
この実施の形態7によれば、コア片11Aのティース13Aの周方向幅が径方向に関して一定であるので、先細り形状のティース13を有するティース11を用いた場合に比べ、スロット断面積が大きくなる。これにより、第1および第2集中巻コイル42A,42Bの導体線の断面積を大きくでき、第1および第2集中巻コイル42A,42Bの通電による損失を低減できる。
Therefore, the seventh embodiment also has the same effect as the first embodiment.
According to the seventh embodiment, since the circumferential width of the
実施の形態8.
図15はこの発明の実施の形態8に係る回転電機におけるステータコイルの構成を説明する要部断面図であり、隣り合うU相、V相およびW相の3本の集中巻コイルを取り出して示している。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a main part for explaining the configuration of a stator coil in a rotary electric machine according to Embodiment 8 of the present invention, and shows three concentrated winding coils of an adjacent U phase, V phase and W phase. ing.
図15において、第1集中巻コイル43Aは、断面円形の導体線をティース13Aの内径側から外径側に向って右ネジの方向に巻回して1層目を形成し、ついで折り返して外径側から内径側に向って巻回して2層目を形成し、さらに折り返して内径側から外径側に向って巻回して3層目を形成して作製され、導体線の巻き始め側である中性点接続側端子43aが内径側に位置し、巻き終わり側である外部接続側端子43bが外径側に位置している。第2集中巻コイル43Bは、断面円形の導体線をティース13Aの外径側から内径側に向って左ネジの方向に巻回して1層目を形成し、ついで折り返して内径側から外径側に向って巻回して2層目を形成し、さらに折り返して外径側から内径側に向って巻回して3層目を形成して作製され、導体線の巻き始め側である中性点接続側端子43aが外径側に位置し、巻き終わり側である外部接続側端子43bが内径側に位置している。
In FIG. 15, the first concentrated winding
そして、第1集中巻コイル43Aと第2集中巻コイル43Bとが、周方向に交互に並ぶようにステータコアに配列されている。これにより、中性点接続用端子43aと外部接続側端子43bとが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。
なお、この実施の形態8は、コア片11および第1および第2集中巻コイル40A,40Bに代えてコア片11Aおよび第1および第2集中巻コイル43A,43Bを用いている点を除いて、上記実施の形態5と同様に構成されている。
The first concentrated winding
In the eighth embodiment, the
したがって、この実施の形態8においても、上記実施の形態5と同様に効果を奏する。
この実施の形態8によれば、コア片11Aのティース13Aの周方向幅が径方向に関して一定であるので、先細り形状のティース13を有するティース11を用いた場合に比べ、スロット断面積が大きくなる。また、断面円形の導体線を整列巻きで多層に巻回している。そこで、第1および第2集中巻コイル43A,43Bの占積率を高めることができ、第1および第2集中巻コイル43A,43Bの通電による損失を低減できる。
Therefore, the eighth embodiment has the same effect as the fifth embodiment.
According to the eighth embodiment, since the circumferential width of the
実施の形態9.
図16はこの発明の実施の形態9に係る回転電機を示す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing a rotary electric machine according to
図16において、回転電機50は、フレーム(図示せず)に回転可能に支持されたシャフト(図示せず)に固定されてフレーム内に回転可能に配設されたロータ51と、円環状のステータコア9、およびステータコア9に装着されたステータコイル10を有し、ステータコア9をフレームに保持されて、所定のギャップを介してロータ2内に配設されるステータ8と、を備える。
In FIG. 16, a rotating
ロータ51は、例えば、所定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層一体化して作製された円筒状のロータコア52と、それぞれロータコア52を貫通するように形成され、同一円周上に等角ピッチで配列された8つの磁石挿入穴54のそれぞれに挿入された永久磁石53と、を備える。
The
ステータ55は、円柱状のコアバック57、およびそれぞれコアバック57の外周面から径方向外方に延出して周方向に等角ピッチで配列された12個のティース58を有するステータコア56と、ティース58に導体線を所定回巻回して作製された第1および第2集中巻コイル60A,60Bを有するステータコイル60を備える。コアバック57と隣り合うティース58とにより形成される空間がスロット59を構成する。
The
第1および第2集中巻コイル60A,60Bは周方向に交互に12本配列されており、それぞれ上記実施の形態1と同様に構成されている。
Twelve first and second concentrated winding
第1集中巻コイル60Aは、断面円形の導体線をティース58の内径側から外径側に向って右ネジの方向に1層巻回して作製されている。また、第2集中巻コイル60Bは、断面円形の導体線をティース58の外径側から内径側に向って左ネジの方向に1層巻回して作製されている。つまり、第2集中巻コイル60Bは、第1集中巻コイル60Aに対して、導体線がティース58に逆ネジの方向に巻回されている。
第1および第2集中巻コイル60A,60Bでは、導体線の巻き始め側が中性点接続側端子となり、導体線の巻き終わり側が外部接続側端子となり、中性点接続側端子および外部接続側端子が、ティース58の周方向両側のそれぞれから軸方向一側に延出している。
The first
In the first and second concentrated winding
そして、第1および第2集中巻コイル60A,60Bに通電する3相は、反時計回りに、U相、V相、W相の順に繰り返し配列されている。そして、ステータコイル60は、4本のU相の第1および第2集中巻コイル60A,60Bを並列接続してなるU相コイルと、4本のV相の第1および第2集中巻コイル60A,60Bを並列接続してなるV相コイルと、4本のW相の第1および第2集中巻コイル60A,60Bを並列接続してなるW相コイルとをY結線して構成されている。
The three phases energized in the first and second concentrated winding
このように構成された回転電機50は、U相、V相およびW相コイルにそれぞれ異相が120度異なる3相交流が通電され、8極12スロットの3相モータとして動作する。
なお、この実施の形態9は、アウターロータ型の回転電機である点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
The rotating
The ninth embodiment is configured in the same manner as the first embodiment except that it is an outer rotor type rotating electrical machine.
この実施の形態9においても、第1および第2集中巻コイル60A,60Bが周方向に交互に配列されており、中性点接続用端子と外部接続側端子とが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。したがって、隣り合う第1および第2集中巻コイル60A,60B間の電圧差を低減できるので、部分放電の可能性が少なくなる、すなわち絶縁耐力が高められる。
Also in the ninth embodiment, the first and second concentrated winding
また、いずれの隣り合う第1および第2集中巻コイル60A,60B間の電圧差が同じであるので、同じ絶縁紙を隣り合う第1および第2集中巻コイル60A,60B間に配置でき、ステータ55の組立性が向上される。
Further, since the voltage difference between any adjacent first and second concentrated winding
また、1第1および第2集中巻コイル60A,60Bは、中性点接続用端子と外部接続側端子とが交互に内径側に位置するように周方向に配列されている。さらに、第1および第2集中巻コイル60A,60Bの中性点接続用端子と外部接続側端子が、ティース58の周方向両側のスロット59のそれぞれから軸方向の一側に延出している。そこで、中性点接続用端子と外部接続側端子との間の距離が離れ、結線作業性が向上されるとともに、結線部間の絶縁耐力が向上される。
The first and second concentrated winding
1,1A,50 回転電機、2,30,51 ロータ、8,8A,55 ステータ、9,56 ステータコア、10,10A、60 ステータコイル、11,11A コア片、12 コアバック部、13,13A,58 ティース、14,59 スロット、15A,15C,40A,41A,42,43A,60A 第1集中巻コイル、15B,40B,41B,42B,43B,60B 第2集中巻コイル、15a,40a,41a,42a,43a 中性点接続側端子、15b,40b,41b,42b,43b 外部接続側端子、16U,17U U相コイル、16V,17V V相コイル、16W,17W W相コイル。 1, 1A, 50 Rotating electrical machine, 2, 30, 51 Rotor, 8, 8A, 55 Stator, 9, 56 Stator core, 10, 10A, 60 Stator coil, 11, 11A Core piece, 12 Core back part, 13, 13A, 58 teeth, 14, 59 slots, 15A, 15C, 40A, 41A, 42, 43A, 60A first concentrated winding coil, 15B, 40B, 41B, 42B, 43B, 60B second concentrated winding coil, 15a, 40a, 41a, 42a, 43a Neutral point connection side terminal, 15b, 40b, 41b, 42b, 43b External connection side terminal, 16U, 17U U phase coil, 16V, 17V V phase coil, 16W, 17W W phase coil.
Claims (8)
ステータコア、および該ステータコアの各ティースに巻装された複数の集中巻コイルからなるステータコイルを有するステータと、を備え、
上記ロータの極数と上記ステータのスロット数との比が、(6±2)n:6n(但し、nは1以上の整数)であり、
上記複数の集中巻コイルは、中性点接続側端子が内径側に位置し、外部接続側端子が外径側に位置するように上記ティースに巻装された第1集中巻コイルと、中性点接続側端子が外径側に位置し、外部接続側端子が内径側に位置するように上記ティースに巻装された第2集中巻コイルとを、周方向に交互に配列して構成されていることを特徴とする回転電機。 A rotor,
A stator core, and a stator having a stator coil composed of a plurality of concentrated winding coils wound around each tooth of the stator core,
The ratio between the number of poles of the rotor and the number of slots of the stator is (6 ± 2) n: 6n (where n is an integer of 1 or more),
The plurality of concentrated winding coils includes a first concentrated winding coil wound around the teeth such that the neutral point connection side terminal is positioned on the inner diameter side and the external connection side terminal is positioned on the outer diameter side, The second concentrated winding coil wound around the teeth so that the point connection side terminal is located on the outer diameter side and the external connection side terminal is located on the inner diameter side is alternately arranged in the circumferential direction. A rotating electric machine characterized by
上記ロータの極数と上記ステータのスロット数との最大公約数の約数をw(但し、wは2以上の整数)としたとき、上記複数の相コイルのそれぞれは、上記集中巻コイルを並列数をwとして結線して構成されていることを特徴とする請求項1記載の回転電機。 The stator coil includes a plurality of phase coils configured by connecting the plurality of concentrated winding coils,
When the divisor of the greatest common divisor between the number of poles of the rotor and the number of slots in the stator is w (where w is an integer of 2 or more), each of the plurality of phase coils is arranged in parallel with the concentrated winding coil. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotating electrical machine is configured by connecting the numbers as w.
導体線を所定のネジ方向に巻回して、該導体線の巻き始め端と巻き終わり端とが巻回方向の両端から延出する第1集中巻コイルを作製する工程と、
導体線を上記第1集中巻コイルに対して逆ネジの方向に巻回して、該導体線の巻き始め端と巻き終わり端とが巻回方向の両端から延出する第2集中巻コイルを作製する工程と、
上記第1集中巻コイルと上記第2集中巻コイルとが周方向に交互に配列し、かつ上記第1集中巻コイルの導体線の巻き始め端が上記ステータコアのティースの先端側に位置し、上記第2集中巻コイルの導体線の巻き始め端が上記ステータコアのティースの根元側に位置するように、上記第1集中巻コイルと上記第2集中巻コイルとを上記ステータコアのティースのそれぞれに巻装する工程と、
を備えることを特徴とするステータの製造方法。 A method of manufacturing a stator for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6,
Winding a conductor wire in a predetermined screw direction, and producing a first concentrated winding coil in which a winding start end and a winding end end of the conductor wire extend from both ends in the winding direction;
A conductor wire is wound around the first concentrated coil in the direction of a reverse screw to produce a second concentrated coil in which the winding start end and winding end of the conductor wire extend from both ends in the winding direction. And a process of
The first concentrated winding coil and the second concentrated winding coil are alternately arranged in the circumferential direction, and the winding start end of the conductor wire of the first concentrated winding coil is located on the distal end side of the teeth of the stator core, Winding the first concentrated winding coil and the second concentrated winding coil around each of the teeth of the stator core so that the winding start end of the conductor wire of the second concentrated winding coil is located on the root side of the teeth of the stator core. And a process of
A method for manufacturing a stator, comprising:
上記第1集中巻コイル15と上記第2集中巻コイルとを上記ステータコアのティースのそれぞれに巻装する工程では、該第1集中巻コイルが上記ティースに巻装された上記コア片と、該第2集中巻コイルが上記ティースに巻装された上記コア片とを、上記コアバック部の周方向の側面同士を突き合わせて、交互に並べて円環状に配列することを特徴とする請求項7記載のステータの製造方法。 A step of producing a core piece having an arc-shaped core back portion and the teeth extending radially inward from an inner peripheral surface of the core back portion, and having a shape obtained by dividing the stator core by the number of the teeth. Prepared,
In the step of winding the first concentrated winding coil 15 and the second concentrated winding coil around each of the teeth of the stator core, the core piece in which the first concentrated winding coil is wound around the teeth, and the first 8. The core pieces, in which two concentrated winding coils are wound around the teeth, are arranged side by side alternately in an annular shape by abutting the circumferential side surfaces of the core back part. Stator manufacturing method.
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