JP6146611B2 - Rotating electric machine stator - Google Patents
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Description
本発明は、車両等に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機の固定子に関する。 The present invention relates to a stator of a rotating electric machine that is mounted on a vehicle or the like and used as an electric motor or a generator.
従来、車両に搭載されて使用される回転電機として、回転可能に設けられた回転子と、該回転子と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を有する固定子コア、及び該固定子コアのスロットに巻装された複数の相巻線よりなる固定子巻線を有する固定子と、を備えたものが一般に知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a rotating electrical machine that is mounted and used in a vehicle, a rotor core that is rotatably provided, and a stator core that has a plurality of slots that are arranged to face the rotor in the radial direction and are arranged in the circumferential direction. And a stator having a stator winding composed of a plurality of phase windings wound around a slot of the stator core are generally known.
この回転電機では、電機子として働く固定子の起磁力は、各相巻線を流れる電流と各相巻線のターン（以下、「Ｔ」という。）数とによって決定されるため、回転電機のトルクと回転数との関係においてその特性を表すことができる。例えば、４Ｔ（ターン数が４）の場合には、低回転数域で一定の高トルクとなり、高回転数になるほどトルクが次第に低下する。また、２Ｔ（ターン数が２）の場合には、低回転数域では４Ｔの約半分のトルクとなるが、トルクが一定の低回転数域の範囲が４Ｔの約２倍となり、高回転数域においてのトルクの低下は極めて少なく、４Ｔよりも高トルクを維持する。 In this rotating electrical machine, the magnetomotive force of the stator acting as an armature is determined by the current flowing through each phase winding and the number of turns (hereinafter referred to as “T”) of each phase winding. The characteristic can be expressed in the relationship between torque and rotational speed. For example, in the case of 4T (the number of turns is 4), a constant high torque is obtained in the low rotational speed region, and the torque gradually decreases as the rotational speed increases. In the case of 2T (the number of turns is 2), the torque is about half that of 4T in the low speed range, but the range of the low speed range where the torque is constant is about twice that of 4T, and the high speed is high. The torque drop in the region is extremely small, and a torque higher than 4T is maintained.
ところで、固定子巻線として、各スロットに軸方向一方側から挿入されて各スロットから軸方向他方側に延出した複数の導体セグメントの接続すべき所定の端部同士を接続することにより形成されたセグメント型のものが知られている。このセグメント型の固定子巻線は、その構造上から、各スロットに収容される導体セグメント（スロット収容部）の本数が偶数本になることから、巻線のターン数も偶数ターンに限定される。そのため、例えば上記の４Ｔと２Ｔの中間となる、ほどほどの高トルクの低回転数域とほどほどの高トルクの高回転数域とを有する３Ｔの特性を有する固定子巻線を得ることができない。 By the way, the stator winding is formed by connecting predetermined end portions to be connected of a plurality of conductor segments inserted into each slot from one side in the axial direction and extending from each slot to the other side in the axial direction. The segment type is known. This segment-type stator winding has an even number of conductor segments (slot accommodating portions) accommodated in each slot due to its structure, so the number of turns of the winding is also limited to an even number of turns. . Therefore, for example, it is not possible to obtain a stator winding having a 3T characteristic having a moderately high torque low rotational speed range and a moderately high torque high rotational speed range, which is intermediate between the above 4T and 2T.
一方、特許文献１には、奇数ターンを可能とする固定子巻線として、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる第１の巻線群と、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる第２の巻線群とを有し、第１の巻線群と第２の巻線群がπ／６の位相差をもって固定子コアに巻装されているものが開示されている。この固定子巻線は、第１の巻線群は各相巻線が互いに接続されてΔ結線を形成し、第２の巻線群はΔ結線の各相巻線間に対して接続されてＹ結線を形成することで、ΔＹ複合結線を形成している。
On the other hand, in
ところが、上記特許文献１に開示された固定子巻線は、第１の巻線群で形成されるΔ結線内で循環電流が流れるため、特に高回転域において電気的損失が増加するという問題がある。
However, the stator winding disclosed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、循環電流の発生を防止しつつ所望の特性が得られるようにした固定子巻線を有する回転電機の固定子を提供することを解決すべき課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the problem of providing a stator of a rotating electric machine having a stator winding that can obtain desired characteristics while preventing generation of circulating current. It should be a challenge.
上記課題を解決するためになされた本発明は、周方向に２個ずつ順番に繰り返し配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなるスロット群を有する固定子コア（２１）と、前記スロット群に収容されるスロット収容部を有するとともに前記固定子コアに巻装されたそれぞれ電気的位相の異なる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の相巻線よりなる固定子巻線（２２）と、を備えた回転電機の固定子において、各前記相巻線は、電気的に並列接続された２本の部分巻線（２２１，２２２）よりなり、各前記相スロットには、各前記相巻線の前記スロット収容部が４本ずつ径方向１列に収容され、前記各相巻線の並列接続された２本の前記部分巻線はそれぞれ、周方向に並んだ２個の同相の前記スロットにおいて内周側から第１層及び第２層に収容されているとともに、２種の異相の前記スロットそれぞれにおける周方向に並んだ２個のうちの１個の前記スロットにおいて内周側から第３層及び第４層に収容されていることを特徴とする。
また、本発明は、周方向に２個ずつ順番に繰り返し配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなるスロット群を有する固定子コア（２１）と、前記スロット群に収容されるスロット収容部を有するとともに前記固定子コアに巻装されたそれぞれ電気的位相の異なる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の相巻線よりなる固定子巻線（２２）と、を備えた回転電機の固定子において、各前記相巻線は、電気的に並列接続された２本の部分巻線（２２１，２２２）よりなり、各前記相スロットには、各前記相巻線の前記スロット収容部が４本ずつ径方向１列に収容され、前記各相巻線の並列接続された２本の前記部分巻線はそれぞれ、周方向に並んだ２個の同相の前記スロットにおいて内周側から第３層及び第４層に収容されているとともに、２種の異相の前記スロットそれぞれにおける周方向に並んだ２個のうちの１個の前記スロットにおいて内周側から第１層及び第２層に収容されている。
The present invention has been made to solve the above problems, the stator core (21) having a circumferentially repeated one by two arranged U-phase slot, slot group consisting of V phase slots, and W-phase slots the different three-phase of each wound around the stator core electrical phase (U-phase, V-phase, W-phase) stator windings consisting of phase windings of which has a slot-accommodated portions accommodated Ru in the slot group (22), each phase winding is composed of two partial windings (221, 222) electrically connected in parallel, and each phase slot includes Four slot accommodating portions of each phase winding are accommodated in one row in the radial direction, and each of the two partial windings connected in parallel to each phase winding is two in a circumferential direction. In the slot of the same phase, the first layer from the inner peripheral side and Together are accommodated in two layers, and is housed from the inner peripheral side to the third layer and the fourth layer in one of said slots of the two aligned in the circumferential direction in each of two different phase of the slot It is characterized by that.
The present invention also includes a stator core (21) having a slot group including a U-phase slot, a V-phase slot, and a W-phase slot that are repeatedly arranged in order in the circumferential direction, and is accommodated in the slot group. A stator winding (22) having a slot accommodating portion and being wound around the stator core and comprising three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) phase windings each having a different electrical phase. In the stator of the rotating electric machine, each phase winding is composed of two partial windings (221, 222) electrically connected in parallel, and each phase slot includes the phase winding. Four slot accommodating portions are accommodated in one row in the radial direction, and the two partial windings connected in parallel to the phase windings are respectively connected to the inner circumference of the two in-phase slots arranged in the circumferential direction. When it is accommodated in the third layer and the fourth layer from the side A is housed from the inner peripheral side to the first and second layers in one of said slots of the two aligned in the circumferential direction in each of two different phase of the slot.
本発明によれば、各相巻線は、スロット群に収容される全スロット収容部のうちの１／２のスロット収容部が同相スロットに収容され、他の異相スロットに全スロット収容部のうちの１／４のスロット収容部がそれぞれ収容されている。このようにすると、各相巻線のうち、他の２つの異相スロットに収容されたスロット収容部に発生する起磁力は半減する。そのため、固定子巻線全体に発生する起磁力は、各相巻線のスロット収容部の全部が同相スロットに収容されている従来の固定子巻線に比べて０．７５倍になる。これにより、Δ結線方式を混合せずにＹ結線方式だけで３／４の低減した起磁力を発生する固定子巻線を実現することができるため、循環電流による損失増加を防ぐことができる。また、奇数ターンに相当する所望の起磁力（特性）を発生する固定子巻線を有する固定子を得ることができる。 According to the present invention, in each phase winding, half of the slot accommodating parts accommodated in the slot group is accommodated in the in-phase slot, and all the slot accommodating parts are accommodated in the other different phase slots. 1/4 of each slot accommodating portion is accommodated. If it does in this way, the magnetomotive force which generate | occur | produces in the slot accommodating part accommodated in the other two different phase slots among each phase winding will be halved. Therefore, the magnetomotive force generated in the entire stator winding is 0.75 times that of the conventional stator winding in which all the slot accommodating portions of the respective phase windings are accommodated in the in-phase slots. As a result, a stator winding that generates a magnetomotive force reduced by 3/4 can be realized only by the Y-connection method without mixing the Δ-connection method, so that an increase in loss due to the circulating current can be prevented. Further, it is possible to obtain a stator having a stator winding that generates a desired magnetomotive force (characteristic) corresponding to an odd number of turns.
なお、この欄およ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る。 In addition, the code | symbol in the parenthesis after each member and site | part described in this column and the claim shows the correspondence with the specific member and site | part described in embodiment mentioned later.
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 a rotating electrical 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、車両用交流発電機として用いられるものである。この回転電機１は、図１に示すように、電機子として働く固定子２と、界磁として働く回転子３と、固定子２および回転子３を収容し、締結ボルト４ｃによって連結、固定されたフロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂと、交流電力を直流電力に変換する整流器５等を含んで構成されている。
The rotating
固定子２は、図２に示すように、周方向に複数のスロット２５を有する固定子コア２１と、複数の導体セグメント５０を接続して形成されたセグメント型の固定子巻線２２と、を備えている。この固定子２は、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂ間で挟持されることにより固定されており、回転子３の外周側に所定のエアギャップを介して配置されている。固定子２の詳細な構造については後述する。
As shown in FIG. 2, the
回転子３は、図１に示すように、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂに回転可能に支持されたシャフト３３と一体になって回転するもので、ランデル型ポールコア３２と、界磁巻線３１とを備えている。なお、シャフト３３の前端部には、自動車に搭載された走行用のエンジンに図示しないベルト等を介して連結されたプーリ２０が固定されている。
As shown in FIG. 1, the
ランデル型ポールコア３２は、フロント側およびリア側の一組のポールコア３２ａ、３２ｂを組み合わせて構成されている。各ポールコア３２ａ、３２ｂは、それぞれが６個の爪状磁極部３２ｃを有し、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻回して構成された界磁巻線３１を前後両側から挟み込むようにシャフト３３に嵌挿されている。本実施形態では、ポールコア３２ａ、３２ｂは、各８個の磁極を持ち、即ち、１６極の回転子３を形成している。
The Landell-
フロントハウジング４ａの軸方向端面（前端面）およびリアハウジング４ｂの軸方向端面（後端面）には、吸入孔４２ａ、４２ｂがそれぞれ設けられている。そして、フロント側の吸入孔４２ａから吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための斜流ファン３５がフロント側のポールコア３２ａの前端面に溶接等により固着されている。同様に、リア側の吸入孔４２ｂから吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための遠心ファン３６がリア側のポールコア３２ｂの後端面に溶接等により固着されている。また、フロントハウジング４ａおよびリアハウジング４ｂには、固定子コア２１の軸方向両端から突出した固定子巻線２２のコイルエンド部２２ｂに対向した部分に冷却風の吐出孔４１がそれぞれ設けられている。
シャフト３３の後端部には、界磁巻線３１の両端に電気的に接続されたスリップリング３７、３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置７から界磁巻線３１に対して給電が行われるようになっている。
Slip rings 37 and 38 that are electrically connected to both ends of the field winding 31 are formed at the rear end of the shaft 33, and the field device passes from the
上述した構成を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ２０にエンジンからの回転力が伝えられると、回転子３がシャフト３３と共に所定方向に回転する。この状態で、スリップリング３７、３８を介してブラシ装置７から回転子３の界磁巻線３１に励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２ａ、３２ｂのそれぞれの爪状磁極部３２ｃが励磁されて、回転子３の回転周方向に沿って交互にＮＳ磁極が形成される。これにより、固定子巻線２２に三相交流電圧を発生させることができ、整流器５の出力端子から所定の直流電流を取り出すことができる。
In the
次に、固定子２の詳細について図２〜図８を参照しつつ説明する。固定子２は、周方向に順番に繰り返し配置されたＵ相スロット、Ｖ相スロット及びＷ相スロットよりなるスロット群を有する固定子コア２１と、スロット群に収容されて固定子コア２１に巻装されたそれぞれ電気的位相の異なる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の相巻線よりなる固定子巻線２２と、を備えている。
Next, details of the
固定子コア２１は、円環状の複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。この固定子コア２１は、外周部を構成する円環状のバックコア部２１ａと、バックコア部２１ａ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部２１ｂとを有する。固定子コア２１の隣接する二つのティース部２１ｂの間には、多相の固定子巻線２２を収容できるように、軸方向に貫通するスロット２５が形成されている。
The
固定子コア２１に形成されたスロット２５の数は、回転子３の磁極数（１６磁極）に対し、固定子巻線２２の１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。即ち、固定子コア２１には、主として同一相の相巻線が収容される同相スロットが前記磁極ごとに周方向に連続して２個ずつ設けられている。よって、本実施形態の場合には、１６×３×２＝９６より、スロット数は９６個とされている。なお、９６個のスロット２５は、Ｕ相巻線が主として収容されるＵ相スロットと、Ｖ相巻線が主として収容されるＶ相スロットと、Ｗ相巻線が主として収容されるＷ相スロットとが、周方向に２個ずつ順番に繰り返し配置されてスロット群を構成している（図８参照）。
The number of
固定子コア２１のスロット２５に巻装された固定子巻線２２は、複数のＵ字形状の導体セグメント５０を接続して形成されている。導体セグメント５０は、例えば銅等の良導電性金属材料よりなる導体部と、導体部の外周表面を覆う絶縁皮膜とからなる断面が矩形の角線で形成されている。この導体セグメント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、両直線部５１，５１の一端同士を連結するターン部５２とからなる。ターン部５２の中央部には、固定子コア２１の端面に沿って延びる頭頂段部５３が設けられており、頭頂段部５３の両側には、固定子コア２１の端面に対して所定の角度で傾斜した傾斜部が設けられている。なお、符号２４は、固定子コア２１と固定子巻線２２との間を電気絶縁する絶縁シート部材である。
The stator winding 22 wound around the
図３には、隣接する２個の同相スロット２５Ａ，２５Ｂに挿入配置される２個で一組の導体セグメント（５０Ａ，５０Ｂ）（５０Ｃ，５０Ｄ）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（５１ａ，５１ｂ）（５１ｃ，５１ｄ）が、同一のスロット２５ではなく、隣接した２個の同相スロット２５Ａ，２５Ｂに別々に軸方向一方側から挿入される。
FIG. 3 shows a pair of conductor segments (50A, 50B) (50C, 50D) inserted and arranged in two adjacent in-
即ち、図３の左側にある２個の導体セグメント５０Ａ，５０Ｂのうち、一方の導体セグメント５０Ａは、図４に示すように、一方の直線部５１ａが一のスロット２５Ａの第２層に挿入され、他方の直線部５１ｂが固定子コア２１の反時計回り方向に１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット２５Ａ’の第１層（最内層）に挿入される。そして、他方の導体セグメント５０Ｂは、一方の直線部５１ａがスロット２５Ａと隣接したスロット２５Ｂ（図３参照）の第２層に挿入され、他方の直線部５１ｂが固定子コア２１の反時計回り方向に１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第１層（最内層）に挿入される。
That is, of the two
また、図３の右側にある２個の導体セグメント５０Ｃ，５０Ｄのうち、一方の導体セグメント５０Ｃは、図４に示すように、一方の直線部５１ｃが一のスロット２５Ａの第４層（最外層）に挿入され、他方の直線部５１ｄが固定子コア２１の反時計回り方向に１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット２５Ａ’の第３層に挿入される。そして、他方の導体セグメント５０Ｄは、一方の直線部５１ｃがスロット２５Ａと隣接したスロット２５Ｂ（図３参照）の第４層（最外層）に挿入され、他方の直線部５１ｄが固定子コア２１の反時計回り方向に１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第３層に挿入される。
Also, of the two
このようにして、２個で一組の導体セグメント（５０Ａ，５０Ｂ）（５０Ｃ，５０Ｄ）は、それぞれ周方向に１スロットピッチずれた状態で、全スロット２５に対して挿入配置される。これにより、固定子コア２１の各スロット２５には、図５に示すように、それぞれ偶数本（本実施形態では４本）の導体セグメント５０の直線部５１ａ〜５１ｄが挿入配置される。一つのスロット２５内に挿入配置された４本の直線部５１ａ〜５１ｄは、図５に示すように、径方向１列に整列配置されている。
In this way, a set of two conductor segments (50A, 50B) (50C, 50D) is inserted and arranged in all
各スロット２５から軸方向他方側へ延出した導体セグメント５０の一対の直線部５１ａ〜５１ｄの開放端部は、固定子コア２１の軸方向端面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、約半磁極ピッチ分の長さの斜行部が形成されている。したがって、各導体セグメント５０の一対の直線部５１，５１は、スロット５に収容されたスロット収容部と、スロット２５の外部で周方向に斜行する斜行部とを有する。そして、固定子コア２１の軸方向他端側において、各導体セグメント５０の接続すべき所定の斜行部の先端部同士が溶接により接合されて所定のパターンで電気的に接続される。
The open ends of the pair of
即ち、本実施形態の場合には、図６に示すように、内周側から第１層に位置する直線部５１ｂの斜行部と第２層に位置する直線部５１ａの斜行部の先端部同士が接合され、第３層に位置する直線部５１ｄの斜行部と第４層に位置する直線部５１ｃの斜行部の先端部同士が接合される。これにより、所定の導体セグメント５０が所定のパターンで直列に接続されることにより、固定子コア２１のスロット２５に沿って周方向に波巻きで巻回された三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の相巻線よりなる固定子巻線２２が形成される。
That is, in the case of the present embodiment, as shown in FIG. 6, from the inner peripheral side, the tip of the skew portion of the
この固定子巻線２２の軸方向一端部には、多数のターン部５２の集合体によって円環状の第１コイルエンド部２２ａが形成されている（図２参照）。また、固定子巻線２２の軸方向他端部には、多数の斜行部の集合体によって円環状の第２コイルエンド部２２ｂが形成されている（図２及び図６参照）。
An annular first
なお、固定子巻線２２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、固定子コア２１の周りを４周する巻線（コイル）が形成される。しかし、固定子巻線２２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周目とを接続するターン部等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（図示せず）で構成される。これら異形セグメントを用いて、図７に示すように、固定子巻線２２のそれぞれ２本の部分巻線２２１，２２２が並列接続された各相巻線（Ｕ相巻線，Ｖ相巻線，Ｗ相巻線）の巻線端がＹ結線方式で結線される。
For each phase of the stator winding 22, a winding (coil) that makes four turns around the
本実施形態の場合、各相巻線は、図７及び図８に示すように、各スロット２５に収容される全スロット収容部のうちの１／２のスロット収容部が同相スロットに収容され、他の２つの異相スロットに全スロット収容部のうちの１／４のスロット収容部がそれぞれ収容されている。なお、図７において、各相巻線の各スロット収容部には、収容されるスロット相が記載されている。
In the case of the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, each phase winding has a slot accommodating portion that is 1/2 of all the slot accommodating portions accommodated in each
即ち、Ｕ相巻線の一方の部分巻線２２１は、内周側の２本のスロット収容部が＋Ｕスロットの第１層及び第２層に収容され、外周側の２本のスロット収容部が−Ｗスロットの第３層及び第４層と−Ｖスロットの第３層及び第４層に収容されている。また、Ｕ相巻線の他方の部分巻線２２２も同様に、内周側の２本のスロット収容部が＋Ｕスロットの第１層及び第２層に収容され、外周側の２本のスロット収容部が−Ｖスロットの第３層及び第４層と−Ｗスロットの第３層及び第４層に収容されている。この場合、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｕ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。 That is, one partial winding 221 of the U-phase winding has two slot accommodating portions on the inner peripheral side accommodated in the first and second layers of the + U slot, and two slot accommodating portions on the outer peripheral side. The third and fourth layers of the -W slot and the third and fourth layers of the -V slot are accommodated. Similarly, in the other partial winding 222 of the U-phase winding, two slot accommodating portions on the inner peripheral side are accommodated in the first layer and the second layer of the + U slot, and two slots on the outer peripheral side are accommodated. Are accommodated in the third and fourth layers of the -V slot and the third and fourth layers of the -W slot. In this case, the magnetomotive force generated in the slot accommodating portions accommodated in the other two different-phase slots is halved, so that the magnetomotive force of 3 T is generated in the entire U-phase winding.
そして、Ｖ相巻線の一方の部分巻線２２１は、内周側の２本のスロット収容部が＋Ｖスロットの第１層及び第２層に収容され、外周側の２本のスロット収容部が−Ｕスロットの第３層及び第４層と−Ｗスロットの第３層及び第４層に収容されている。また、Ｖ相巻線の他方の部分巻線２２２も同様に、内周側の２本のスロット収容部が＋Ｖスロットの第１層及び第２層に収容され、外周側の２本のスロット収容部が−Ｗスロットの第３層及び第４層と−Ｕスロットの第３層及び第４層に収容されている。この場合、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｖ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。 One partial winding 221 of the V-phase winding has two slot accommodating portions on the inner peripheral side accommodated in the first and second layers of the + V slot, and two slot accommodating portions on the outer peripheral side. It is accommodated in the third and fourth layers of the -U slot and the third and fourth layers of the -W slot. Similarly, in the other partial winding 222 of the V-phase winding, two slot accommodating portions on the inner peripheral side are accommodated in the first and second layers of the + V slot, and two slots on the outer peripheral side are accommodated. Are accommodated in the third and fourth layers of the -W slot and the third and fourth layers of the -U slot. In this case, the magnetomotive force generated in the slot accommodating portions accommodated by 1/4 in the other two different-phase slots is halved, so that the magnetomotive force of 3 T is generated in the entire V-phase winding.
そして、Ｗ相巻線の一方の部分巻線２２１は、内周側の２本のスロット収容部が＋Ｗスロットの第１層及び第２層に収容され、外周側の２本のスロット収容部が−Ｖスロットの第３層及び第４層と−Ｕスロットの第３層及び第４層に収容されている。また、Ｗ相巻線の他方の部分巻線２２２も同様に、内周側の２本のスロット収容部が＋Ｗスロットの第１層及び第２層に収容され、外周側の２本のスロット収容部が−Ｕスロットの第３層及び第４層と−Ｖスロットの第３層及び第４層に収容されている。この場合、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｗ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。 One partial winding 221 of the W-phase winding has two slot accommodating portions on the inner peripheral side accommodated in the first and second layers of the + W slot, and two slot accommodating portions on the outer peripheral side. It is accommodated in the third and fourth layers of the −V slot and the third and fourth layers of the −U slot. Similarly, in the other partial winding 222 of the W-phase winding, two slot accommodating portions on the inner peripheral side are accommodated in the first and second layers of the + W slot, and two slots on the outer peripheral side are accommodated. Are accommodated in the third and fourth layers of the -U slot and the third and fourth layers of the -V slot. In this case, the magnetomotive force generated in the slot accommodating portions accommodated in quarters in the other two different-phase slots is halved, so that the magnetomotive force of 3 T is generated in the entire W-phase winding.
したがって、本実施形態の固定子巻線２２全体でみれば、各相巻線のスロット収容部の全部が同相スロットに収容されている従来の場合に比べて、起磁力が０．７５倍になる。 Therefore, in the stator winding 22 as a whole according to the present embodiment, the magnetomotive force is 0.75 times that of the conventional case in which all the slot accommodating portions of the respective phase windings are accommodated in the in-phase slots. .
以上のように構成された本実施形態の固定子２によれば、各相巻線は、各スロット２５に収容される全スロット収容部のうちの１／２のスロット収容部が同相スロットに収容され、他の２つの異相スロットに全スロット収容部のうちの１／４のスロット収容部がそれぞれ収容されている。そのため、固定子巻線全体に発生する起磁力は、各相巻線のスロット収容部の全部が同相スロットに収容されている従来の固定子巻線に比べて０．７５倍になる。これにより、Δ結線方式を混合せずにＹ結線方式だけで３／４に低減した起磁力を発生する固定子巻線２２を実現することができるため、循環電流による損失増加を防ぐことができる。
According to the
また、本実施形態の固定子巻線２２は、各相巻線が上記のように構成されていることから、従来では４Ｔや２Ｔ等の偶数ターンしか実現できなかった、複数の導体セグメント５０の接続すべき所定の端部同士を接続することにより形成されたセグメント型の巻線において、３Ｔ（奇数ターン）分の起磁力を発生する巻線を実現することができる。 In addition, since each phase winding is configured as described above, the stator winding 22 of the present embodiment has a plurality of conductor segments 50 that have conventionally been able to realize only even turns such as 4T and 2T. In a segment-type winding formed by connecting predetermined end portions to be connected, a winding that generates a magnetomotive force of 3T (odd turn) can be realized.
特に、本実施形態では、各相巻線は、電気的に並列接続された２本の部分巻線２２１，２２２よりなり、スロット群は、各相スロットが周方向に２個ずつ順番に繰り返し配置されることにより構成され、各相スロットには、部分巻線２２１，２２２のスロット収容部が４本ずつ径方向１列に収容されている。これにより、各スロット２５に各相巻線のスロット収容部が４本ずつ収容されている構造で３Ｔ分の起磁力を発生する固定子巻線２２を実現することができる。
In particular, in this embodiment, each phase winding is composed of two
さらに、各相スロットに収容された４本の各相巻線のスロット収容部は、内周側の２本が各相スロットと同相の各相巻線のスロット収容部であり、外周側の２本が各相スロットと異相の各相巻線のスロット収容部である。これにより、各相巻線を構成する電気的に並列接続された２本の部分巻線２２１，２２２同士が平衡するため、並列ループ内で循環電流が流れないので、循環電流に起因する電気的損失を防ぐことができる。
Further, the slot accommodating portions of the four respective phase windings accommodated in the respective phase slots are the slot accommodating portions of the respective phase windings in the same phase as the respective phase slots, and the outer
〔変形例１〕
上記の実施形態１では、各相スロットに収容された４本の各相巻線のスロット収容部は、内周側の２本が各相スロットと同相の各相巻線のスロット収容部とされ、外周側の２本が各相スロットと異相の各相巻線のスロット収容部とされていた。これに代えて、図９に示す変形例１のように、内周側の２本を各相スロットと異相の各相巻線のスロット収容部とし、外周側の２本を各相スロットと同相の各相巻線のスロット収容部としてもよい。
[Modification 1]
In the first embodiment, the slot accommodating portions of the four phase windings accommodated in the respective phase slots are the slot accommodating portions of the respective phase windings having the same phase as the respective phase slots. The two on the outer peripheral side are the slot accommodating portions of the phase windings and the phase windings of the different phases. Instead, as in the first modification shown in FIG. 9, two inner-side slots are used as slot accommodating portions for each phase slot and each phase winding, and two outer-side slots are in phase with each phase slot. It is good also as a slot accommodating part of each phase winding.
即ち、変形例１の場合には、図９に示すように、Ｕ相巻線の一方の部分巻線２２１は、外周側の２本のスロット収容部が＋Ｕのスロット２５の第３層及び第４層に収容され、内周側の２本のスロット収容部が−Ｗのスロット２５の第１層及び第２層と−Ｖのスロット２５の第１層及び第２層に収容されている。また、Ｕ相巻線の他方の部分巻線２２２も同様に、外周側の２本のスロット収容部が＋Ｕのスロット２５の第３層及び第４層に収容され、内周側の２本のスロット収容部が−Ｖのスロット２５の第１層及び第２層と−Ｗのスロット２５の第１層及び第２層に収容されている。この場合にも、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｕ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。
That is, in the case of the first modification, as shown in FIG. 9, one partial winding 221 of the U-phase winding includes the third layer and the second layer of the
そして、Ｖ相巻線の一方の部分巻線２２１は、外周側の２本のスロット収容部が＋Ｖのスロット２５の第３層及び第４層に収容され、内周側の２本のスロット収容部が−Ｕのスロット２５の第１層及び第２層と−Ｗのスロット２５の第１層及び第２層に収容されている。また、Ｖ相巻線の他方の部分巻線２２２も同様に、外周側の２本のスロット収容部が＋Ｖのスロット２５の第３層及び第４層に収容され、内周側の２本のスロット収容部が−Ｗのスロット２５の第１層及び第２層と−Ｕのスロット２５の第１層及び第２層に収容されている。この場合にも、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｖ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。
One partial winding 221 of the V-phase winding has two slot accommodating portions on the outer peripheral side accommodated in the third and fourth layers of the +
そして、Ｗ相巻線の一方の部分巻線２２１は、外周側の２本のスロット収容部が＋Ｗのスロット２５の第３層及び第４層に収容され、内周側の２本のスロット収容部が−Ｖのスロット２５の第１層及び第２層と−Ｕのスロット２５の第１層及び第２層に収容されている。また、Ｗ相巻線の他方の部分巻線２２２も同様に、外周側の２本のスロット収容部が＋Ｗのスロット２５の第３層及び第４層に収容され、内周側の２本のスロット収容部が−Ｕのスロット２５の第１層及び第２層と−Ｖのスロット２５の第１層及び第２層に収容されている。この場合にも、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｗ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。
One partial winding 221 of the W-phase winding has two slot accommodating portions on the outer peripheral side accommodated in the third and fourth layers of the +
以上のように構成された変形例１の場合にも、各相巻線を構成する電気的に並列接続された２本の部分巻線２２１，２２２同士が平衡するため、並列ループ内で循環電流が流れないので、循環電流に起因する電気的損失を防ぐことができる。
Also in the case of the modified example 1 configured as described above, since the two
〔実施形態２〕
実施形態２に係る回転電機の固定子（図示せず）は、基本的構成が実施形態１と同じであるが、磁極数が１６個の回転子３に対して、スロット倍数が１に変更され、固定子コア２１に形成されたスロット２５の数が４８個とされている点、及び三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の固定子巻線２２がそれぞれ直列接続された１本の相巻線よりなる点で実施形態１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、異なる点および重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材や部位については同じ符号を用いる。
[Embodiment 2]
The stator (not shown) of the rotating electrical machine according to the second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, but the slot multiple is changed to 1 for the
実施形態２の固定子コア２１の内周側には、周方向に沿って４８個のスロット２５が等間隔に設けられている。４８個のスロット２５は、Ｕ相巻線が主として収容されるＵ相スロットと、Ｖ相巻線が主として収容されるＶ相スロットと、Ｗ相巻線が主として収容されるＷ相スロットとが、周方向に１個ずつ順番に繰り返し配置されてスロット群を構成している。
Forty-eight
実施形態２の固定子巻線２２は、図１０に示すように、それぞれ直列に電気的に接続された３本の各相巻線（Ｕ相巻線，Ｖ相巻線，Ｗ相巻線）の巻線端がＹ結線方式で結線されている。実施形態２の場合にも、各相巻線は、図１０及び図１１に示すように、各スロット２５に収容される全スロット収容部のうちの１／２のスロット収容部が同相スロットに収容され、他の２つの異相スロットに全スロット収容部のうちの１／４のスロット収容部がそれぞれ収容されている。
As shown in FIG. 10, the stator winding 22 of the second embodiment includes three phase windings (U-phase winding, V-phase winding, and W-phase winding) that are electrically connected in series. The winding ends are connected by the Y connection method. Also in the case of the second embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, each phase winding has half of the slot accommodating portions accommodated in each
即ち、Ｕ相巻線は、出力側の２本のスロット収容部が＋Ｕスロットの第１層及び第２層に収容され、出力側から３番目のスロット収容部が−Ｖスロットの第４層に収容され、出力側から４番目（最中性点側）のスロット収容部が−Ｗスロットの第３層に収容されている。この場合、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｕ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。 That is, in the U-phase winding, the two slot accommodating portions on the output side are accommodated in the first and second layers of the + U slot, and the third slot accommodating portion from the output side is accommodated in the fourth layer of the −V slot. The fourth slot accommodating portion from the output side (most neutral point side) is accommodated in the third layer of the -W slot. In this case, the magnetomotive force generated in the slot accommodating portions accommodated in the other two different-phase slots is halved, so that the magnetomotive force of 3 T is generated in the entire U-phase winding.
そして、Ｖ相巻線は、出力側の２本のスロット収容部が＋Ｖスロットの第１層及び第２層に収容され、出力側から３番目のスロット収容部が−Ｗスロットの第４層に収容され、出力側から４番目（最中性点側）のスロット収容部が−Ｕスロットの第３層に収容されている。この場合、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｖ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。 In the V-phase winding, the two slot accommodating parts on the output side are accommodated in the first and second layers of the + V slot, and the third slot accommodating part from the output side is in the fourth layer of the −W slot. The fourth slot from the output side (the most neutral point side) is stored in the third layer of the -U slot. In this case, the magnetomotive force generated in the slot accommodating portions accommodated by 1/4 in the other two different-phase slots is halved, so that the magnetomotive force of 3 T is generated in the entire V-phase winding.
そして、Ｗ相巻線は、出力側の２本のスロット収容部が＋Ｗスロットの第１層及び第２層に収容され、出力側から３番目のスロット収容部が−Ｕスロットの第４層に収容され、出力側から４番目（最中性点側）のスロット収容部が−Ｖスロットの第３層に収容されている。この場合、他の２つの異相スロットに１／４ずつ収容されたスロット収容部に発生する起磁力はそれぞれ半減するため、Ｗ相巻線全体では３Ｔ分の起磁力が発生することとなる。 In the W-phase winding, the two slot accommodating portions on the output side are accommodated in the first and second layers of the + W slot, and the third slot accommodating portion from the output side is in the fourth layer of the -U slot. The fourth slot (neutral point side) slot accommodating portion from the output side is accommodated in the third layer of the −V slot. In this case, the magnetomotive force generated in the slot accommodating portions accommodated in quarters in the other two different-phase slots is halved, so that the magnetomotive force of 3 T is generated in the entire W-phase winding.
以上のように構成された実施形態２の固定子によれば、Δ結線方式を混合せずにＹ結線方式だけで３／４に低減した起磁力を発生する固定子巻線２２を実現することができるため、循環電流による損失増加を防ぐことができるなど、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。 According to the stator of the second embodiment configured as described above, it is possible to realize the stator winding 22 that generates a magnetomotive force reduced to 3/4 only by the Y connection method without mixing the Δ connection method. Therefore, the same operations and effects as those of the first embodiment can be obtained, such as an increase in loss due to the circulating current can be prevented.
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態１，２及び変形例１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
例えば、上記の実施形態１，２及び変形例１において、各相スロットに収容された４本の各相巻線のスロット収容部は、実施形態１，２及び変形例１に示された位置や順番に限定されることはなく、任意の位置や順番に配置することができる。但し、接続すべき導体セグメント５０の端部同士が遠く離れたり、接続関係が複雑になったりする可能性がある。その点、実施形態１，２及び変形例１の場合には、それらの問題を回避することが可能である。
For example, in the first and second embodiments and the first modification described above, the slot housing portions of the four phase windings housed in the respective phase slots are arranged at the positions shown in the first and second embodiments and the first modification. It is not limited to the order and can be arranged in any position or order. However, there is a possibility that the ends of the conductor segments 50 to be connected are far apart from each other or the connection relationship is complicated. In that respect, in the case of
また、上記の実施形態１，２及び変形例１では、本発明に係る回転電機の固定子を車両用交流発電機に適用した例を説明したが、本発明は、車両に搭載される回転電機として、発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用し得る回転電機にも適用することができる。 In the first and second embodiments and the first modification, the example in which the stator of the rotating electrical machine according to the present invention is applied to an AC generator for a vehicle has been described. However, the present invention is a rotating electrical machine mounted on a vehicle. As described above, the present invention can also be applied to a generator, an electric motor, or a rotating electric machine that can selectively use both.
〔参考例〕
上記の実施形態１，２及び変形例１では、三相の固定子巻線２２において、各スロット２５に各相巻線のスロット収容部が４本ずつ収容されている構造で３Ｔ分の起磁力を発生する例を説明した。しかし、本発明と同様の方法で、各スロット２５にスロット収容部が６本ずつ収容されている構造で５Ｔ分の起磁力を発生するものや、各スロット２５にスロット収容部が８本ずつ収容されている構造で７Ｔ分の起磁力を発生するものも実現することができる。
[Reference example]
In the first and second embodiments and the first modification described above, in the three-phase stator winding 22, the magnetomotive force of 3 T is obtained with a structure in which four slot accommodating portions of each phase winding are accommodated in each
１…車両用交流発電機（回転電機）、 ２…固定子、 ３…回転子、 ２１…固定子コア、 ２２…固定子巻線、 ２２１，２２２…部分巻線、 ２５…スロット、 ５０…導体セグメント。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
各前記相巻線は、電気的に並列接続された２本の部分巻線（２２１，２２２）よりなり、
各前記相スロットには、各前記相巻線の前記スロット収容部が４本ずつ径方向１列に収容され、
前記各相巻線の並列接続された２本の前記部分巻線はそれぞれ、周方向に並んだ２個の同相の前記スロットにおいて内周側から第１層及び第２層に収容されているとともに、２種の異相の前記スロットそれぞれにおける周方向に並んだ２個のうちの１個の前記スロットにおいて内周側から第３層及び第４層に収容されていることを特徴とする回転電機の固定子。 Circumferentially repeated one by two arranged U-phase slot, a stator core (21) having a slot group consisting of V phase slots, and W-phase slot, and having a slot portions that will be accommodated in the slot group A stator for a rotating electrical machine, comprising: a stator winding (22) formed of three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) phase windings wound around the stator core and having different electrical phases. In
Each of the phase windings consists of two partial windings (221, 222) electrically connected in parallel,
In each of the phase slots, four slot accommodating portions of each phase winding are accommodated in one row in the radial direction,
The two partial windings connected in parallel to each phase winding are respectively housed in the first layer and the second layer from the inner periphery side in the two in-phase slots arranged in the circumferential direction. One of the two slots arranged in the circumferential direction in each of the two kinds of different-phase slots is accommodated in the third layer and the fourth layer from the inner peripheral side. stator.
各前記相巻線は、電気的に並列接続された２本の部分巻線（２２１，２２２）よりなり、
各前記相スロットには、各前記相巻線の前記スロット収容部が４本ずつ径方向１列に収容され、
前記各相巻線の並列接続された２本の前記部分巻線はそれぞれ、周方向に並んだ２個の同相の前記スロットにおいて内周側から第３層及び第４層に収容されているとともに、２種の異相の前記スロットそれぞれにおける周方向に並んだ２個のうちの１個の前記スロットにおいて内周側から第１層及び第２層に収容されていることを特徴とする回転電機の固定子。 Circumferentially repeated one by two arranged U-phase slot, a stator core (21) having a slot group consisting of V phase slots, and W-phase slot, and having a slot portions that will be accommodated in the slot group A stator for a rotating electrical machine, comprising: a stator winding (22) formed of three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) phase windings wound around the stator core and having different electrical phases. In
Each of the phase windings consists of two partial windings (221, 222) electrically connected in parallel,
In each of the phase slots, four slot accommodating portions of each phase winding are accommodated in one row in the radial direction,
The two partial windings connected in parallel of the phase windings are respectively housed in the third layer and the fourth layer from the inner peripheral side in the two in-phase slots arranged in the circumferential direction. One of the two slots arranged in the circumferential direction in each of the two different-phase slots is housed in the first layer and the second layer from the inner peripheral side of the slot. stator.
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