KR20130038269A - 회전 전기, 및 그 회전 전기를 구비한 차량 - Google Patents

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Abstract

회전 전기는, 복수의 슬롯이 형성된 고정자 코어와, 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 통과되어서 복수의 레이어 중 어느 하나를 구성하는 슬롯 도체와, 상이한 슬롯에 삽입 통과된 슬롯 도체의 동일 측 단부끼리를 접속해서 코일 엔드를 구성하는 크로스 도체로 이루어지는 파권의 주회 권선을 복수 갖는 복수 상의 고정자 권선과, 고정자 코어에 대하여 공극을 통해서 회전 가능하게 지지된 회전자를 구비하고, 크로스 도체는, 매극 슬롯 수를 N으로 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N-1로 슬롯을 건너뛰도록 슬롯 도체간을 접속하며, 고정자 권선은, 동일 상의 복수의 슬롯 도체로 구성되는 일군의 슬롯 도체군을 복수 갖고, 슬롯 도체군의 복수의 슬롯 도체는, 고정자 코어 둘레 방향으로 연속해서 나열된 소정 수 Ns의 슬롯 내에 슬롯 및 레이어가 인접하도록 삽입 통과되어, 소정 수 Ns는, 매극 매상 슬롯 수를 NSPP, 레이어 수를 2×NL이라고 했을 때, Ns=NSPP+NL로 설정되어 있다.

Description

회전 전기, 및 그 회전 전기를 구비한 차량{ROTARY ELECTRICAL MACHINE AND VEHICLE PROVIDED WITH ROTARY ELECTRICAL MACHINE}
본 발명은 회전 전기(回轉電機), 및 그 회전 전기를 구비한 차량에 관한 것이다.
차량의 구동용으로서 이용되는 회전 전기의 권선 기술로서는, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 기술이 알려져 있다.
미국 특허 제6894417호 명세서
한편, 전기 자동차 등에 탑재되는 회전 전기에는, 저소음인 것이 요구되고 있다. 그 때문에 본 발명은, 회전 전기의 저소음화를 목적으로 하고 있다.
본 발명의 제 1 태양에 의하면, 회전 전기는, 복수의 슬롯이 형성된 고정자 코어와, 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 통과되어서 복수의 레이어 중 어느 하나를 구성하는 슬롯 도체와, 상이한 슬롯에 삽입 통과된 슬롯 도체의 동일 측 단부끼리를 접속해서 코일 엔드를 구성하는 크로스 도체로 이루어지는 파권(波卷)의 주회(周回) 권선을 복수 갖는 복수 상(相)의 고정자 권선과, 고정자 코어에 대하여 공극을 통해서 회전 가능하게 지지된 회전자를 구비하고, 크로스 도체는, 매극(每極) 슬롯 수를 N으로 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N-1로 슬롯을 건너뛰도록 슬롯 도체간을 접속하고, 고정자 권선은, 동일 상의 복수의 슬롯 도체로 구성되는 일군(一群)의 슬롯 도체군을 복수 갖고, 슬롯 도체군의 복수의 슬롯 도체는, 고정자 코어 둘레 방향으로 연속해서 나열된 소정 수 Ns의 슬롯 내에 슬롯 및 레이어가 인접하도록 삽입 통과되고, 소정 수 Ns는, 매극 매상(每相) 슬롯 수를 NSPP, 레이어 수를 2×NL로 했을 때, Ns=NSPP+NL로 설정되어 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의하면, 제 1 태양의 회전 전기에 있어서, 슬롯 도체군은, (2m-1)번째의 레이어의 슬롯 도체와 2m번째의 레이어의 슬롯 도체가 서로 고정자 코어 둘레 방향으로 1슬롯 피치 어긋나서 배치되어 있는 슬롯 도체 소군을 NL개 갖고, NL개의 슬롯 도체 소군은, 고정자 코어 둘레 방향으로 1슬롯 피치씩 어긋나서 배치되고, m은 m=1, 2, ···, NL로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3 태양에 의하면, 회전 전기는, 복수의 슬롯이 형성된 고정자 코어와, 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 통과되어서 복수의 레이어 중의 내의 어느 하나를 구성하는 슬롯 도체와, 상이한 슬롯에 삽입 통과된 슬롯 도체의 동일 측 단부끼리를 접속해서 코일 엔드를 구성하는 크로스 도체로 이루어지는 파권의 주회 권선을 복수 갖는 복수 상의 고정자 권선과, 고정자 코어에 대하여 공극을 통해서 회전 가능하게 지지된 회전자를 구비하고, 크로스 도체는, 매극 슬롯 수를 N으로 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N-1로 슬롯을 건너뛰도록 슬롯 도체간을 접속하고, 고정자 권선은, 동일 상의 일군의 복수의 슬롯 도체로 구성되며, 동일 레이어를 구성하는 슬롯 도체가 연속하는 소정 수 NSPP의 슬롯에 걸쳐서 배치된 슬롯 도체군을 복수 갖고, 슬롯 도체군의 슬롯 내주 측으로부터 세어서, 2m번째의 레이어의 슬롯 도체는, 첫번째의 레이어의 슬롯 도체에 대하여 고정자 코어 둘레 방향의 한쪽 방향으로 m슬롯 피치 어긋나게 배치되며, 첫번째의 레이어를 제외하는 (2m-1)번째의 레이어의 슬롯 도체는, 첫번째의 레이어의 슬롯 도체에 대하여 한쪽 방향으로 (m-1)슬롯 피치 어긋나게 배치되고, NSPP는 매극 매상 슬롯 수, 2×NL은 레이어 수이며, m은 m=1, 2, ···, NL로 한다.
본 발명의 제 4 태양에 의하면, 제 1 내지 3 중 어느 한 태양의 회전 전기에 있어서, 주회 권선은 복수의 세그먼트 도체를 접속함으로써 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 5 태양에 의하면, 제 1 내지 4 중 어느 한 태양의 회전 전기에 있어서, 슬롯 도체가 평각선(平角線)인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 6 태양에 의하면, 제 1 내지 5 중 어느 한 태양의 회전 전기에 있어서, 고정자 권선은 Y결선을 복수 갖고, 각각의 Y결선의 동상(同相)의 권선에 유기(誘起)하는 전압에 위상차가 없는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 7 태양에 의하면, 차량은, 제 1 내지 6 중 어느 한 태양의 회전 전기와, 직류 전력을 공급하는 배터리와, 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환해서 회전 전기에 공급하는 변환 장치를 구비하고, 회전 전기의 토크를 차량의 구동력으로서 이용한다.
본 발명에 의하면, 회전 전기 및 회전 전기를 구비한 차량에 있어서, 저소음화를 도모할 수 있다.
도 1은 하이브리드형 전기 자동차의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 전력 변환 장치(600)의 회로도.
도 3은 회전 전기(200)의 단면도.
도 4는 고정자(230) 및 회전자(250)의 단면도.
도 5는 고정자(230)의 사시도.
도 6은 고정자 권선(238)의 결선도.
도 7은 U상 권선의 상세 결선을 나타내는 도면.
도 8은 U1상 권선군(群)의 일부의 확대도.
도 9는 U2상 권선군의 일부의 확대도.
도 10은 슬롯 도체(233a)의 배치도.
도 11은 슬롯 도체(233a)의 배치를 설명하는 도면.
도 12는 유기 전압 파형을 나타내는 도면.
도 13은 유기 전압 파형의 고조파 해석 결과를 나타내는 도면.
도 14는 교류 전류를 통전한 경우의 토크 파형을 나타내는 도면.
도 15는 토크 파형의 고조파 해석 결과를 나타내는 도면.
도 16은 제 2 실시형태에 있어서의 U상 권선의 상세 결선을 나타내는 도면.
도 17은 제 2 실시형태에 있어서의 슬롯 도체(233a)의 배치를 나타내는 도면.
도 18은 제 3 실시형태에 있어서의 U상 권선의 상세 결선의 일부를 나타내는 도면.
도 19는 제 3 실시형태에 있어서의 슬롯 도체(233a)의 배치를 나타내는 도면.
도 20은 매극 매상 슬롯 수 NSPP가 2이고 레이어 수 2×NL이 4인 경우의 다른 도체 배치예를 나타내는 도면.
도 21은 매극 매상 슬롯 수 NSPP가 2이고 레이어 수 2×NL이 4인 경우의 슬롯 도체군의 예를 나타내는 도면.
도 22는 매극 매상 슬롯 수 NSPP가 2이고 레이어 수 2×NL이 6인 경우의 슬롯 도체군의 예를 나타내는 도면.
도 23은 매극 매상 슬롯 수 NSPP가 3이고 레이어 수 2×NL이 4인 경우의 슬롯 도체군의 예를 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조해서 본 발명을 실시하기 위한 형태에 관하여 설명한다.
-제 1 실시형태-
본 발명에 의한 회전 전기는, 이하에 설명하는 바와 같이, 토크 리플 저감에 의한 저소음화가 가능하다. 그 때문에, 예를 들면, 전기 자동차의 주행용 모터로서 바람직하다. 본 발명에 의한 회전 전기는, 회전 전기에 의해서만 주행하는 순수한 전기 자동차나, 엔진과 회전 전기의 쌍방에 의해 구동되는 하이브리드형 전기 자동차에도 적용할 수 있지만, 이하에서는 하이브리드형 전기 자동차를 예로 들어 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태의 회전 전기를 탑재한 하이브리드형 전기 자동차의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 차량(100)에는, 엔진(120)과 제 1 회전 전기(200)와 제 2 회전 전기(202)와 배터리(180)가 탑재되어 있다. 배터리(180)는, 회전 전기(200, 202)에 의한 구동력이 필요할 경우에는 전력 변환 장치(600)를 통해서 회전 전기(200, 202)에 직류 전력을 공급하고, 회생 주행시에는 회전 전기(200, 202)로부터 직류 전력을 받는다. 배터리(180)와 회전 전기(200, 202) 간의 직류 전력의 주고받기는, 전력 변환 장치(600)를 통해서 행해진다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 차량에는 저전압 전력(예를 들면, 14볼트계 전력)을 공급하는 배터리가 탑재되어 있고, 이하에 설명하는 제어 회로에 직류 전력을 공급한다.
엔진(120) 및 회전 전기(200, 202)에 의한 회전 토크는, 변속기(130)와 차동 기어(160)를 통해서 전륜(110)에 전달된다. 변속기(130)는 변속기 제어 장치(134)에 의해 제어되고, 엔진(120)은 엔진 제어 장치(124)에 의해 제어된다. 배터리(180)는, 배터리 제어 장치(184)에 의해 제어된다. 변속기 제어 장치(134), 엔진 제어 장치(124), 배터리 제어 장치(184), 전력 변환 장치(600) 및 통합 제어 장치(170)는, 통신 회선(174)에 의해 접속되어 있다.
통합 제어 장치(170)는, 변속기 제어 장치(134), 엔진 제어 장치(124), 전력 변환 장치(600) 및 배터리 제어 장치(184)보다도 상위의 제어 장치이며, 변속기 제어 장치(134), 엔진 제어 장치(124), 전력 변환 장치(600) 및 배터리 제어 장치(184)의 각 상태를 나타내는 정보를, 통신 회선(174)을 통해서 그들로부터 각각 수취한다. 통합 제어 장치(170)는, 취득한 그들 정보에 의거하여, 각 제어 장치의 제어 지령을 연산한다. 연산된 제어 지령은 통신 회선(174)을 통해서 각각의 제어 장치로 송신된다.
고전압의 배터리(180)는 리튬 이온 전지 또는 니켈 수소 전지 등의 2차 전지로 구성되며, 250볼트부터 600볼트, 또는 그 이상의 고전압의 직류 전력을 출력한다. 배터리 제어 장치(184)는, 배터리(180)의 충방전 상황이나 배터리(180)를 구성하는 각 단위 셀 전지의 상태를, 통신 회선(174)을 통해서 통합 제어 장치(170)에 출력한다.
통합 제어 장치(170)는, 배터리 제어 장치(184)로부터의 정보에 의거하여 배터리(180)의 충전이 필요하다고 판단되면, 전력 변환 장치(600)에 발전 운전의 지시를 내린다. 또한, 통합 제어 장치(170)는, 주로, 엔진(120) 및 회전 전기(200, 202)의 출력 토크의 관리, 엔진(120)의 출력 토크와 회전 전기(200, 202)의 출력 토크의 종합 토크나 토크 분배비의 연산 처리를 행하고, 그 연산 처리 결과에 의거하는 제어 지령을, 변속기 제어 장치(134), 엔진 제어 장치(124) 및 전력 변환 장치(600)에 송신한다. 전력 변환 장치(600)는, 통합 제어 장치(170)로부터의 토크 지령에 의거하여, 지령대로의 토크 출력 또는 발전 전력이 발생하도록 회전 전기(200, 202)를 제어한다.
전력 변환 장치(600)에는, 회전 전기(200, 202)를 운전하기 위한 인버터를 구성하는 파워 반도체가 설치되어 있다. 전력 변환 장치(600)는, 통합 제어 장치(170)로부터의 지령에 의거하여, 파워 반도체의 스위칭 동작을 제어한다. 이 파워 반도체의 스위칭 동작에 의해, 회전 전기(200, 202)는 전동기로서 또는 발전기로서 운전된다.
회전 전기(200, 202)를 전동기로서 운전하는 경우는, 고전압의 배터리(180)로부터의 직류 전력이 전력 변환 장치(600)의 인버터의 직류 단자에 공급된다. 전력 변환 장치(600)는, 파워 반도체의 스위칭 동작을 제어해서 공급된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하고, 회전 전기(200, 202)에 공급한다. 한편, 회전 전기(200, 202)를 발전기로서 운전할 경우에는, 회전 전기(200, 202)의 회전자가 외부로부터 가해지는 회전 토크로 회전 구동되어, 회전 전기(200, 202)의 고정자 권선에 3상 교류 전력이 발생한다. 발생한 3상 교류 전력은 전력 변환 장치(600)에서 직류 전력으로 변환되며, 그 직류 전력이 고전압의 배터리(180)에 공급됨으로써, 배터리(180)가 충전된다.
도 2는 도 1의 전력 변환 장치(600)의 회로도를 나타낸다. 전력 변환 장치(600)에는, 회전 전기(200)를 위한 제 1 인버터 장치와, 회전 전기(202)를 위한 제 2 인버터 장치가 설치되어 있다. 제 1 인버터 장치는, 파워 모듈(610)과, 파워 모듈(610)의 각 파워 반도체(21)의 스위칭 동작을 제어하는 제 1 구동 회로(652)와, 회전 전기(200)의 전류를 감지하는 전류 센서(660)를 구비하고 있다. 구동 회로(652)는 구동 회로 기판(650)에 설치되어 있다.
한편, 제 2 인버터 장치는, 파워 모듈(620)과, 파워 모듈(620)에 있어서의 각 파워 반도체(21)의 스위칭 동작을 제어하는 제 2 구동 회로(656)와, 회전 전기(202)의 전류를 검지하는 전류 센서(662)를 구비하고 있다. 구동 회로(656)는 구동 회로 기판(654)에 설치되어 있다. 제어 회로 기판(646)에 설치된 제어 회로(648)는, 콘덴서 모듈(630) 및 커넥터 기판(642)에 실장된 송수신 회로(644)는, 제 1 인버터 장치와 제 2 인버터 장치에서 공통적으로 사용된다.
파워 모듈(610, 620)은, 각각 대응하는 구동 회로(652, 656)로부터 출력된 구동 신호에 의해 동작한다. 파워 모듈(610, 620)은, 각각 배터리(180)로부터 공급된 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환하고, 그 전력을 대응하는 회전 전기(200, 202)의 전기자 권선인 고정자 권선에 공급한다. 또한, 파워 모듈(610, 620)은, 회전 전기(200, 202)의 고정자 권선에 유기된 교류 전력을 직류로 변환하고, 고전압 배터리(180)에 공급한다.
파워 모듈(610, 620)은 도 2에 기재된 것처럼 3상 브리지 회로를 구비하고 있으며, 3상에 대응한 직렬 회로가, 각각 배터리(180)의 정극 측과 부극 측 사이에 전기적으로 병렬로 접속되어 있다. 각 직렬 회로는 상암(upper arm)을 구성하는 파워 반도체(21)와 하암(lower arm)을 구성하는 파워 반도체(21)를 구비하고, 그것들 파워 반도체(21)는 직렬로 접속되어 있다. 파워 모듈(610)과 파워 모듈(620)은, 도 2에 나타내는 것처럼, 회로 구성이 거의 같아서, 여기서는 파워 모듈(610)로 대표해서 설명한다.
본 실시형태에서는, 스위칭용 파워 반도체 소자로서 IGBT(절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터)(21)를 이용하고 있다. IGBT(21)는, 컬렉터 전극, 이미터 전극 및 게이트 전극의 3개의 전극을 구비하고 있다. IGBT(21)의 컬렉터 전극과 이미터 전극 사이에는 다이오드(38)가 전기적으로 접속되어 있다. 다이오드(38)는 캐소드 전극 및 애노드 전극의 2개의 전극을 구비하고 있으며, IGBT(21)의 이미터 전극으로부터 컬렉터 전극을 향하는 방향이 순방향이 되도록, 캐소드 전극이 IGBT(21)의 컬렉터 전극에, 애노드 전극이 IGBT(21)의 이미터 전극에 각각 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 스위칭용 파워 반도체 소자로서, MOSFET(금속 산화물 반도체형 전계 효과 트랜지스터)를 이용해도 된다. MOSFET는 드레인 전극, 소스 전극 및 게이트 전극의 3개의 전극을 구비하고 있다. MOSFET의 경우에는, 소스 전극과 드레인 전극 사이에, 드레인 전극으로부터 소스 전극을 향하는 방향이 순방향이 되는 기생 다이오드를 구비하고 있으므로, 도 2의 다이오드(38)를 설치할 필요가 없다.
각 상의 암은, IGBT(21)의 이미터 전극과 IGBT(21)의 컬렉터 전극이 전기적으로 직렬로 접속되어 구성되어 있다. 한편, 본 실시형태에서는, 각 상의 각 상하암의 IGBT를 한 개만 도시하고 있지만, 제어하는 전류 용량이 크므로, 실제로는 복수의 IGBT가 전기적으로 병렬로 접속되어 구성되어 있다. 이하에서는, 설명을 간단하게 하기 위해서, 한 개의 파워 반도체로 해서 설명한다.
도 2에 나타내는 예에서는, 각 상의 각 상하 암은 각각 3개의 IGBT로 구성되어 있다. 각 상의 각 상암의 IGBT(21)의 컬렉터 전극은 배터리(180)의 정극 측에, 각 상의 각 하암의 IGBT(21)의 소스 전극은 배터리(180)의 부극 측에 각각 전기적으로 접속되어 있다. 각 상의 각 암의 중점(상암 측 IGBT의 이미터 전극과 하암 측의 IGBT의 컬렉터 전극의 접속 부분)은, 대응하는 회전 전기(200, 202)의 대응하는 상의 전기자(電機子) 권선(고정자 권선)에 전기적으로 접속되어 있다.
구동 회로(652, 656)는, 대응하는 인버터 장치(610, 620)를 제어하기 위한 구동부를 구성하고 있고, 제어 회로(648)로부터 출력된 제어 신호에 의거하여 IGBT(21)을 구동시키기 위한 구동 신호를 발생한다. 각각의 구동 회로(652, 656)에서 발생된 구동 신호는, 대응하는 파워 모듈(610, 620)의 각 파워 반도체 소자의 게이트에 각각 출력된다. 구동 회로(652, 656)에는, 각 상의 각 상하 암의 게이트에 공급하는 구동 신호를 발생하는 집적 회로가 각각 6개 설치되어 있고, 6개의 집적 회로를 1블록으로 해서 구성되어 있다.
제어 회로(648)는 각 인버터 장치(610, 620)의 제어부를 구성하고 있고, 복수의 스위칭용 파워 반도체 소자를 동작(온·오프)시키기 위한 제어 신호(제어값)를 연산하는 마이크로컴퓨터로 구성되어 있다. 제어 회로(648)에는, 상위 제어 장치로부터의 토크 지령 신호(토크 지령값), 전류 센서(660, 662)의 센서 출력, 회전 전기(200, 202)에 탑재된 회전 센서의 센서 출력이 입력된다. 제어 회로(648)는 그들 입력 신호에 의거하여 제어값을 연산하고, 구동 회로(652, 656)에 스위칭 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.
커넥터 기판(642)에 실장된 송수신 회로(644)는 전력 변환 장치(600)와 외부의 제어 장치 사이를 전기적으로 접속하기 위한 것이며, 도 1의 통신 회선(174)을 통해서 다른 장치와 정보의 송수신을 행한다. 콘덴서 모듈(630)은, IGBT(21)의 스위칭 동작에 의해 생기는 직류 전압의 변동을 억제하기 위한 평활 회로를 구성하는 것이며, 제 1 파워 모듈(610)이나 제 2 파워 모듈(620)에 있어서의 직류측의 단자에 전기적으로 병렬로 접속되어 있다.
도 3은 도 1의 회전 전기(200)의 단면도를 나타낸다. 또한, 회전 전기(200)와 회전 전기(202)는 거의 같은 구조를 갖고 있어, 이하에서는 회전 전기(200)의 구조를 대표예로서 설명한다. 단, 이하에 나타내는 구조는 회전 전기(200, 202)의 쌍방에 채용되어 있을 필요는 없고, 한쪽에만 채용되어 있어도 된다.
하우징(212)의 내부에는 고정자(230)가 유지되어 있으며, 고정자(230)는 고정자 코어(232)와 고정자 권선(238)을 구비하고 있다. 고정자 코어(232)의 내주 측에는, 회전자(250)가 공극(222)을 통해서 회전 가능하게 유지되어 있다. 회전자(250)는, 샤프트(218)에 고정된 회전자 철심(252)과, 영구 자석(254)과, 비자성체의 커버판(226)을 구비하고 있다. 하우징(212)은 베어링(216)이 설치된 한 쌍의 엔드 브래킷(214)을 갖고 있고, 샤프트(218)는 이들 베어링(216)에 의해 회전하도록 유지되어 있다.
샤프트(218)에는, 회전자(250)의 극의 위치나 회전 속도를 검출하는 리졸버(224)가 설치되어 있다. 이 리졸버(224)로부터의 출력은, 도 2에 나타낸 제어 회로(648)에 취입된다. 제어 회로(648)는, 취입된 출력에 의거하여 제어 신호를 구동 회로(652)에 출력한다. 구동 회로(652)는, 그 제어 신호에 의거하는 구동 신호를 파워 모듈(610)에 출력한다. 파워 모듈(610)은 제어 신호에 의거하여 스위칭 동작을 행하고, 배터리(180)로부터 공급되는 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환한다. 이 3상 교류 전력은 도 3에 나타낸 고정자 권선(238)에 공급되어, 회전 자계가 고정자(230)에 발생한다. 3상 교류 전류의 주파수는 리졸버(224)의 출력값에 의거하여 제어되고, 3상 교류 전류의 회전자(250)에 대한 위상도, 마찬가지로 리졸버(224)의 출력값에 의거하여 제어된다.
도 4는 고정자(230) 및 회전자(250)의 단면을 나타내는 도면이고, 도 3의 A-A 단면도를 나타낸 것이다. 한편, 도 4에서는 하우징(212), 샤프트(218) 및 고정자 권선(238)의 기재를 생략했다. 고정자 코어(232)의 내주 측에는, 다수의 슬롯(237)과 티스(236)가 전체 둘레에 걸쳐서 균등하게 배치되어 있다. 도 4에서는, 슬롯 및 티스 모두에 부호를 부여하지 않고, 대표해서 일부의 티스와 슬롯에만 부호를 부여했다. 슬롯(237) 내에는 슬롯 절연재(도시 생략)가 설치되고, 도 3의 고정자 권선(238)을 구성하는 U상, V상, W상의 복수의 상 권선이 장착되어 있다. 본 실시형태에서는, 슬롯(237)은 동일한 간격으로 72개 형성되어 있다.
또한, 회전자 코어(252)의 외주 근방에는, 사각형의 자석을 삽입하기 위한 복수의 구멍(253)이 둘레 방향을 따라 등간격으로 12개 설치되어 있다. 각 구멍(253)은 축방향을 따라 형성되어 있으며, 그 구멍(253)에는 영구 자석(254)이 각각 매립되어, 접착제 등으로 고정되어 있다. 구멍(253)의 원주 방향의 폭은, 영구 자석(254)(254a, 254b)의 원주 방향의 폭보다 크게 설정되어 있으며, 영구 자석(254)의 양측의 구멍 공간(257)은 자기적 공극으로서 기능한다. 이 구멍 공간(257)은 접착제를 매립해도 되고, 성형용 수지로 영구 자석(254)과 일체로 고정되도 된다. 영구 자석(254)은 회전자(250)의 계자극으로서 작용하고, 본 실시형태에서는 12극 구성으로 되어 있다.
영구 자석(254)의 자화(磁化) 방향은 직경 방향을 향하고 있으며, 계자극마다 자화 방향의 방향이 반전되어 있다. 즉, 영구 자석(254a)의 고정자 측면이 N극, 축측의 면이 S극이었다고 하면, 이웃하는 영구 자석(254b)의 고정자 측면은 S극, 축측의 면은 N극이 되어 있다. 그리고, 이들 영구 자석(254a, 254b)이 원주 방향으로 번갈아 배치되어 있다.
영구 자석(254)은, 자화된 후에 구멍(253)에 삽입되어도 되고, 회전자 코어(252)의 구멍(253)에 삽입한 후에 강력한 자계를 부여해서 자화하도록 해도 된다. 단, 자화 후의 영구 자석(254)은 강력한 자석이므로, 회전자(250)에 영구 자석(254)을 고정하기 전에 자석을 착자(着磁)하면, 영구 자석(254)의 고정시에 회전자 코어(252)와의 사이에 강력한 흡인력이 생겨서 조립 작업의 방해가 된다. 또한, 영구 자석(254)의 강력한 흡인력에 의해, 영구 자석(254)에 철 가루 등의 티끌이 부착될 우려가 있다. 그 때문에, 회전 전기의 생산성을 고려했을 경우, 영구 자석(254)을 회전자 코어(252)에 삽입한 후에 자화하는 것이 바람직하다.
한편, 영구 자석(254)에는, 네오디뮴계, 사마륨계의 소결 자석이나 페라이트 자석, 네오디뮴계의 본드 자석 등을 이용할 수 있다. 영구 자석(254)의 잔류 자속 밀도는 거의 0.4～1.3T 정도이다.
3상 교류 전류(를 고정자 권선(238)에 흘림으로써)에 의해 회전 자계가 고정자(230)에 발생하면, 이 회전 자계가 회전자(250)의 영구 자석(254a, 254b)에 작용해서 토크가 생긴다. 이 토크는, 영구 자석(254)으로부터 나오는 자속 중 각 상 권선에 쇄교하는 성분과, 각 상 권선에 흐르는 교류 전류의 쇄교 자속에 직교하는 성분의 곱으로 나타난다. 여기서, 교류 전류는 정현파 형상이 되도록 제어되어 있으므로, 쇄교 자속의 기본파 성분과 교류 전류의 기본파 성분의 곱이 토크의 시간 평균 성분이 되고, 쇄교 자속의 고조파 성분과 교류 전류의 기본파 성분의 곱이 토크의 고조파 성분인 토크 리플이 된다. 즉, 토크 리플을 저감하기 위해서는, 쇄교 자속의 고조파 성분을 저감하면 된다. 바꿔 말하면, 쇄교 자속과 회전자의 회전하는 각(角)가속도의 곱이 유기 전압이기 때문에, 쇄교 자속의 고조파 성분을 저감하는 것은, 유기 전압의 고조파 성분을 저감하는 것과 마찬가지이다.
도 5는 고정자(230)의 사시도이다. 본 실시형태에서는, 고정자 권선(238)은 고정자 코어(232)에 파권으로 돌려 감겨있다. 고정자 코어(232)의 양단면에는, 고정자 권선(238)의 코일 엔드(241)가 형성되어 있다. 또한, 고정자 코어(232)의 한쪽의 단면 측에는, 고정자 권선(238)의 리드선(242)이 인출되어 있다. 리드선(242)은 U상, V상, W상의 각각에 대응해서 3개 인출되어 있다.
도 6은 고정자 권선(238)의 결선도이며, 결선 방식 및 각 상 권선의 전기적인 위상 관계를 나타낸 것이다. 본 실시형태의 고정자 권선(238)에는 더블 스타 결선이 채용되어 있으며, U1상 권선군, V1상 권선군, W1상 권선군으로 이루어지는 제 1 스타 결선과, U2상 권선군, V2상 권선군, W2상 권선군으로 이루어지는 제 2 스타 결선이 병렬로 접속되어 있다. U1, V1, W1상 권선군 및 U2, V2, W2상 권선군은 각각 4개의 주회 권선으로 구성되어 있으며, U1상 권선군은 주회 권선 U11～U14를 갖고, V1상 권선군은 주회 권선 V11～V14를 갖고, W1상 권선군은 주회 권선 W11～W14를 갖고, U2상 권선군은 주회 권선 U21～U24를 갖고, V2상 권선군은 주회 권선 V21～V24를 갖고, W2상 권선군은 주회 권선 W21～W24를 갖고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, V상 및 W상은 U상과 거의 동일한 구성이며, 각각 유기되는 전압의 위상이 전기각(電氣角)으로 120도 어긋나도록 배치되어 있다. 또한, 각각의 주회 권선의 각도가 상대적인 위상을 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 고정자 권선(238)은 병렬로 결선된 더블 스타(2Y) 결선을 채용하고 있지만, 회전 전기의 구동 전압에 따라서는 그들을 직렬로 연결해서 싱글 스타(1Y) 결선으로 해도 된다.
도 7은 고정자 권선(238)의 U상 권선의 상세 결선을 나타내는 도면이며, (a)는 U1상 권선군의 주회 권선 U13, U14를 나타내고, (b)는 U1상 권선군의 주회 권선 U11, U12를 나타내며, (c)는 U2상 권선군의 주회 권선 U21, 22를 나타내고, (d)는 U2상 권선군의 주회 권선 U23, 24를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 고정자 코어(232)에는 72개의 슬롯(237)이 형성되어 있으며(도 4 참조), 도 7에 나타내는 부호 01, 02, ～, 71, 72는 슬롯 번호를 나타내고 있다.
권선의 슬롯 내에 삽입 통과되어 있는 부분을 슬롯 도체라고 하고, 슬롯 사이를 건너뛰고 있는 부분을 크로스 도체라고 하여, 이하 설명을 한다. 각 주회 권선 U11～U24는, 슬롯 내에 삽입 통과되는 슬롯 도체(233a)와, 상이한 슬롯에 삽입 통과된 슬롯 도체(233a)의 동일 측 단부끼리를 접속하고, 코일 엔드(241)(도 5 참조)를 구성하는 크로스 도체(233b)로 이루어진다. 예를 들면, 도 7의 (a)에 나타내는 슬롯 번호 55의 슬롯(237)에 삽입 통과되는 슬롯 도체(233a)인 경우, 도시 상측의 단부는, 상측 코일 엔드를 구성하는 크로스 도체(233b)에 의해, 슬롯 번호 60의 슬롯(237)에 삽입 통과되는 슬롯 도체(233a) 상측 단부에 접속되고, 반대로, 하측 단부는, 하측 코일 엔드를 구성하는 크로스 도체(233b)에 의해, 슬롯 번호 48의 슬롯(237)에 삽입 통과되는 슬롯 도체(233a) 하측 단부에 접속되어 있다. 이러한 형태로 슬롯 도체(233a)가 크로스 도체(233b)에 의해 접속됨으로써, 파권의 주회 권선이 형성된다.
후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 1슬롯 내에 4개의 슬롯 도체(233a)가 내주 측에서 외주 측으로 나열되어 삽입되고, 내주 측부터 순서대로 레이어 1, 레이어 2, 레이어 3, 레이어 4라고 칭한다. 도 7에 있어서, 주회 권선 U13, U14, U21 및 U22의 실선 부분은 레이어 1을 나타내고 있으며, 일점쇄선의 부분은 레이어 2를 나타내고 있다. 한편, 주회 권선 U11, U12, U23 및 U24에 있어서는, 실선 부분은 레이어 3을 나타내고 있으며, 일점쇄선의 부분은 레이어 4를 나타내고 있다.
한편, 주회 권선 U11～U24는, 연속한 도체로 형성되어도 되고, 세그먼트 코일(세그먼트 도체)을 슬롯 내에 삽입 통과한 후에 용접 등에 의해 세그먼트 코일끼리를 접속하도록 해도 된다. 세그먼트 코일을 채용할 경우, 세그먼트 코일을 슬롯(237)에 삽입 통과하기 전에, 고정자 코어(232)의 단부보다 축방향 양단에 위치하는 코일 엔드(241)를 미리 성형할 수 있고, 이상간(異相間) 또는 동상간(同相間)에 적절한 절연 거리를 용이하게 마련할 수 있다. 그 결과, IGBT(21)의 스위칭 동작에 의해 생기는 서지 전압에 기인하는 부분 방전을 억제할 수 있고, 절연에 관해서 유효하다.
또한, 주회 권선에 사용하는 도체는 평각선(平角線)이나 환선(丸線), 또는 세선(細線)을 많이 가진 도체여도 되지만, 소형 고출력화나 고효율화를 목적으로 하여 점적(占積)율을 높이기 위해서는, 평각선이 적합하다.
도 8, 9는, 도 7에 나타낸 U1상 권선군 및 U2상 권선군의 일부를 확대해서 나타낸 것이다. 도 8, 9에서는 점퍼선의 부분을 포함하는 약 4극분을 나타냈다. 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 고정자 권선군 U1은 리드선으로부터 슬롯 번호 71의 레이어 4에 들어가고, 크로스 도체(233b)에 의해 슬롯 5개분을 건너뛴 후에, 슬롯 도체(233a)가 슬롯 번호 66의 레이어 3에 들어간다. 다음으로, 슬롯 번호 66의 레이어 3으로부터, 슬롯 7개분을 건너뛰어서 슬롯 번호 59의 레이어 4에 들어간다.
이렇게, 리드선이 인출되어 있는 코일 엔드 측(도시 하측)에 있어서의 크로스 도체(233b)의 건너뛰는 양이 슬롯 피치 Np=7, 반대측의 코일 엔드 측에 있어서의 크로스 도체(233b)의 건너뛰는 양이 슬롯 피치 Np=5가 되도록, 슬롯 번호 06의 레이어 3까지 고정자 코어(232)를 1주하도록 고정자 권선이 파권으로 돌려 감긴다. 여기까지의 약 1주분의 고정자 권선이 도 6에 나타낸 주회 권선 U11이다.
다음으로, 슬롯 번호 06의 레이어 3으로부터 나온 고정자 권선은 슬롯 6개 분을 건너뛰어서 슬롯 번호 72의 레이어 4에 들어간다. 슬롯 번호 72의 레이어 4로부터는 도 6에 나타내는 주회 권선 U12가 된다. 주회 권선 U12도 주회 권선 U11의 경우와 마찬가지로, 크로스 도체(233b)의 건너뛰는 양이 리드선이 있는 측에서는 슬롯 피치 Np=7, 반대측에서는 슬롯 피치 Np=5로 설정되고, 슬롯 번호 06의 레이어 3까지 고정자 코어(232)를 1주하도록 고정자 권선이 파권으로 돌려 감긴다. 여기까지의 약 1주분의 고정자 권선이 주회 권선 U12이다.
또한, 주회 권선 U12는, 주회 권선 U11에 대하여 1슬롯 피치 어긋나서 돌려 감기므로, 1슬롯 피치 상당의 전기각분(分)의 위상차가 발생한다. 본 실시형태에서는, 1슬롯 피치는 전기각 30도 상당이며, 도 6에 있어서도, 주회 권선 U11과 주회 권선 U12는 30도 어긋나서 기재되어 있다.
또한, 슬롯 번호 07의 레이어 3으로부터 나온 고정자 권선은 슬롯 7개분을 건너뛰는 점퍼선으로 슬롯 번호 72의 레이어 2(도 8의 (a) 참조)에 들어간다. 그 후는 주회 권선 U11, U12의 경우와 마찬가지로, 크로스 도체(233b)의 건너뛰는 양이 리드선이 있는 측에서는 슬롯 피치 Np=7, 반대측에서는 슬롯 피치 Np=5로 설정되며, 슬롯 번호 72의 레이어 2로부터 슬롯 번호 07의 레이어 1까지 고정자 코어(232)를 1주 하도록 고정자 권선이 돌려 감긴다. 여기까지의 고정자 권선이 도 6에 나타낸 주회 권선 U13이다.
또한, 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 주회 권선 U13은 주회 권선 U12에 대하여 둘레 방향으로 어긋나지 않게 돌려 감김으로써, 주회 권선 U12, U13 사이에는 위상차는 발생하지 않는다. 도 7에 있어서도, 주회 권선 U12, U13은 위상차가 없도록 기재되어 있다.
마지막으로, 슬롯 번호 07의 레이어 1로부터 나온 고정자 권선은 슬롯 6개분을 건너뛰어서 슬롯 번호 01의 레이어 2에 들어간다. 그 후는 주회 권선 U11, U12, U13의 경우와 마찬가지로, 크로스 도체(233b)의 건너뛰는 양이 리드선이 있는 측에서는 슬롯 피치 Np=7, 반대측에서는 슬롯 피치 Np=5로 설정되고, 슬롯 번호 01의 레이어 2로부터 슬롯 번호 08의 레이어 1까지 고정자 코어(232)를 1주 하도록 고정자 권선이 돌려 감긴다. 여기까지의 고정자 권선이 도 6에 나타낸 주회 권선 U14이다.
한편, 주회 권선 U14는, 주회 권선 U13에 대하여 1슬롯 피치 어긋나서 돌려 감김으로써, 1슬롯 피치 상당의 전기각 30도 상당의 위상차가 발생한다. 도 8에 있어서도, 주회 권선 U13과 주회 권선 U14는 30도 어긋나서 기재되어 있다.
도 9에 나타내는 고정자 권선군 U2도, 고정자 권선군 U1의 경우와 마찬가지인 건너뛰는 양으로 파권에 돌려 감긴다. 주회 권선 U21은 슬롯 번호 14의 레이어 1로부터 슬롯 번호 07의 레이어 2까지 돌려 감기고, 주회 권선 U22는 슬롯 번호 13의 레이어 1로부터 슬롯 번호 06의 레이어 2까지 돌려 감긴다. 그 후, 고정자 권선은 슬롯 번호 06의 레이어 2로부터 점퍼선을 통해서 슬롯 번호 13의 레이어 3에 들어가고, 주회 권선 U23으로서 슬롯 번호 06의 레이어 4까지 돌려 감긴다. 그 후, 고정자 권선을 슬롯 번호 12의 레이어 3으로부터 슬롯 번호 05의 레이어 4까지 돌려 감음으로써, 주회 권선 U24가 형성된다.
이상과 같이, 고정자 권선군 U1은 주회 권선 U11, U12, U13, U14로 이루어지고, 각각의 위상이 합성된 전압이 고정자 권선군 U1에 유기된다. 마찬가지로, 고정자 권선군 U2의 경우도, 주회 권선 U21, U22, U23, U24의 위상이 합성된 전압이 유기된다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 고정자 권선군 U1과 고정자 권선군 U2는 병렬로 접속되어 있지만, 고정자 권선군 U1, U2의 각각에 유기되는 전압 사이에는 위상차가 없고, 병렬 접속이더라도 순환 전류가 흐르는 등의 언발란스가 일어나지 않는다.
또한, 크로스 도체(233b)의 건너뛰는 양을, 한쪽의 코일 엔드 측에서는 슬롯 피치 Np=매극 슬롯 수+1로 함과 함께, 다른 쪽의 코일 엔드 측에서는 슬롯 피치 Np=매극 슬롯 수-1로 하고, 또한 주회 권선 U12, U13 간의 위상차 및 주회 권선 U22, U23 간의 위상차를 없애도록 돌려 감음으로써, 도 10에 나타내는 바와 같은 슬롯 도체(233a)의 배치를 실현할 수 있다.
도 10은, 고정자 코어(232)에 있어서의 슬롯 도체(233a)의 배치를 나타내는 도면이고, 도 7～9의 슬롯 번호 71～슬롯 번호 12까지를 나타낸 것이다. 한편, 회전자의 회전 방향은 도면의 좌측으로부터 우측의 방향이다. 본 실시형태에서는, 2극분, 즉 전기각 360도로 슬롯(237)이 12개 배치되어 있으며, 예를 들면 도 10의 슬롯 번호 01로부터 슬롯 번호 12까지는 2극분에 상당한다. 그 때문에, 매극 슬롯 수는 6, 매극 매상 슬롯 수 NSPP는 2(=6/3)이다. 각 슬롯(237)에는, 고정자 권선(238)의 슬롯 도체(233a)가 4개씩 삽입 통과되어 있다.
각 슬롯 도체(233a)는 사각형으로 나타나 있지만, 그 사각형 안에는, U상, V상, W상을 나타내는 부호 U11～U24, V, W와, 리드선으로부터 중성점으로의 방향을 나타내는 검은 동그라미 표시 「●」, 그 반대의 방향을 나타내는 크로스 표시 「×」를 각각 도시했다. 또한, 슬롯(237)의 최내주 측(슬롯 저측)에 있는 슬롯 도체(233a)를 레이어 1이라고 부르고, 외주 측(슬롯 개구 측)에 걸쳐서 순서대로 레이어 2, 레이어 3, 레이어 4라고 부르기로 한다. 또한, 부호 01～12는 도 7～9에 나타낸 것과 마찬가지인 슬롯 번호이다. 한편, U상의 슬롯 도체(233a)만 주회 권선을 나타내는 부호 U11～U24로 나타내고, V상 및 W상의 슬롯 도체(233a)에 관해서는, 상을 나타내는 부호 V, W로 나타냈다.
도 10에 있어서 파선(234)으로 둘러싼 8개의 슬롯 도체(233a)는, 모두 U상의 슬롯 도체(233a)이다. 예를 들면, 중앙에 나타내는 슬롯 도체군(234)의 경우에는, 슬롯 번호 05, 06의 레이어 4는 주회 권선 U24, U23의 슬롯 도체(233a), 슬롯 번호 06, 07의 레이어 3 및 레이어 2는 주회 권선 U11, U12 및 주회 권선 U22, U21의 슬롯 도체(233a), 슬롯 번호 07, 08의 레이어 1은 주회 권선 U13, U14의 슬롯 도체(233a)이다.
일반적으로, 매극 슬롯 수가 6, 매극 매상 슬롯 수가 2, 슬롯(237) 내의 슬롯 도체(233)의 레이어 수가 4인 경우에는, 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, U상(V상, W상도 마찬가지임)의 슬롯 도체(233a)를 배치하는 구성이 채용될 경우가 많다. 이 경우, 도시 우측의 슬롯 도체군과 도시 좌측의 슬롯 도체군의 간격은 6슬롯 피치가 된다.
한편, 본 실시형태의 구성은, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 도 11의 (a)에 나타낸 레이어 1(L1)의 2개의 슬롯 도체(233a)를 회전자의 회전 방향(도면의 우측 방향)으로 1슬롯 피치분 어긋나게 하고, 또한 레이어 4(L4)의 2개의 슬롯 도체(233a)를 회전 방향과 반대 방향(도의 좌측 방향)으로 1슬롯 피치분 어긋나게 한 구성으로 되어 있다. 그 때문에 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 레이어 4 및 레이어 3(L3)의 주회 권선 U11의 슬롯 도체(233a)를 접속하는 크로스 도체(233b)의 건너뛰는 양은 7슬롯 피치가 되고, 레이어 4 및 레이어 3(L3)의 주회 권선 U24를 접속하는 크로스 도체(233b)의 건너뛰는 양은 5슬롯 피치가 된다. 한편, 이하에서는, 회전자의 회전 방향과 반대 방향을, 반회전 방향이라고 부르기로 한다.
이 경우, U상뿐만 아니라, V상 및 W상의 대응하는 각 슬롯 도체(233a)도 마찬가지로 1슬롯 피치분 어긋나게 되므로, 도 10에 나타낸 바와 같이, U, V, W 상에 관해서 동일 형상의 슬롯 도체군(234)이 각각 형성된다. 즉, 회전자의 회전 방향에 대하여, 순서대로, U상에서 검은 동그라미 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, W상에서 크로스 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, V상에서 검은 동그라미 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, U상으로 크로스 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, W상에서 검은 동그라미 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, V상에서 크로스 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군이 배치되게 된다.
본 실시형태에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, (a)크로스 도체(233b)는, 매극 슬롯 수를 N(=6)으로 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1(=7)로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N-1(=5)로 슬롯을 건너뛰도록 슬롯 도체(233a) 사이를 접속하고, (b)고정자 권선은, 고정자 코어 둘레 방향으로 연속해서 나열된 소정 슬롯 수 Ns(=4)의 슬롯에 삽입 통과되며 슬롯 및 레이어에 관해서 인접해서 배치된 동일 상의 일군의 슬롯 도체(223b)로 구성되는 슬롯 도체군(234)을 갖고, (c)소정 슬롯 수 Ns는, 매극 매상 슬롯 수를 NSPP(=2), 레이어 수를 2×NL(NL=2)이라고 했을 때, Ns=NSPP+NL=4로 설정되어 있다.
한편, 슬롯 도체(223b)가 슬롯 및 레이어에 관해서 인접해서 배치된다는 것은, 즉, 도 10에 나타내는 바와 같이, 동일한 레이어에서 삽입 통과되는 슬롯(237)이 인접하고, 또한 동일한 슬롯(237) 내에서 레이어가 인접하도록 배치되어 있는 것을 의미한다. 그렇게 배치된 일군의 슬롯 도체(233a)를, 본 실시형태에서는 슬롯 도체군(234)이라고 칭하고 있다.
이렇게, 동일 상의 슬롯 도체(233b)가 4슬롯에 배치되는 슬롯 도체군(234)으로 함으로써, 토크 리플을 저감할 수 있고, 저소음의 회전 전기의 저소음화를 도모할 수 있다.
도 12는 유기 전압 파형을 나타내는 도면이고, 곡선 L11은 도 10에 나타내는 슬롯 도체 배치를 채용한 본 실시형태의 회전 전기의 유기 전압 파형을 나타내고, 곡선 L12는 비교예로서 특허문헌 1에 기재된 구조를 채용했을 경우의 유기 전압 파형을 나타낸다. 또한, 도 13은 도 12의 각각의 유기 전압 파형을 고조파 해석한 결과를 나타낸 것이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 곡선 L11로 나타내는 유기 전압 파형은, 곡선 L12로 나타내는 유기 전압 파형보다 정현파에 가까운 것을 알 수 있다. 또한, 도 13의 고조파 해석 결과에 나타내는 바와 같이, 특히, 5차와 7차의 고조파 성분을 줄일 수 있음을 알 수 있었다.
도 14는, 교류 전류를 통전했을 경우의 토크 파형을, 본 실시형태의 회전 전기의 경우와 비교예의 회전 전기의 경우에 대해서 나타낸 것이다. 또한, 도 15는 도 14에 나타내는 각 토크 파형을 고조파 해석한 결과를 나타낸다. 도 15의 고조파 해석 결과에 나타내는 바와 같이, 특히, 6차의 토크 리플을 줄일 수 있음을 알 수 있었다. 이것은, 유기 전압, 즉 쇄교 자속의 5차와 7차의 성분이, 권선 배치를 도 7～도 10에 나타내는 바와 같은 배치로 함으로써 저감되었음을 나타낸다.
-제 2 실시형태-
도 16, 17은, 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 도면이고, 매극 매상 슬롯 수 NSPP가 2이며, 한 개의 슬롯(237)에 삽입되는 슬롯 도체(233a)의 레이어 수가 2인 고정자에 본 발명을 적용한 경우를 나타낸다. 도 16은 고정자 권선의 U상 권선의 상세 결선을 나타내는 도면이고, (a)는 U1상 권선군을 나타내고, (b)는 U2상 권선군을 나타낸다. 도 17은, 고정자 코어(232)에 있어서의 슬롯 도체(233a)의 배치를 나타내는 도면이다.
도 16에 나타내는 바와 같이, U1상 권선군의 주회 권선 U11은 리드선으로부터 슬롯 번호 72의 레이어 2에 들어가고, 크로스 도체(233b)에 의해 5슬롯 건너뛴 후, 슬롯 번호 67의 레이어 1에 들어간다. 계속해서, 슬롯 번호 67의 레이어 1을 나온 권선은, 7슬롯 건너뛰어서 슬롯 번호 60의 레이어 2에 들어간다. 그 후, 권선은 5슬롯의 건너뜀과 7슬롯의 건너뜀을 번갈아 반복하면서 파권되어, 고정자 코어(232)를 거의 1주해서 슬롯 번호 07의 레이어 1에 들어간다. 여기까지가 주회 권선 U11이다.
슬롯 번호 07의 레이어 1을 나온 권선은, 6슬롯 건너뛴 후에 슬롯 번호 01의 레이어 2에 들어간다. 여기서부터가 주회 권선 U12이며, 주회 권선 U11의 경우와 마찬가지로, 5슬롯의 건너뜀과 7슬롯의 건너뜀을 번갈아 반복하면서 파권되어, 고정자 코어(232)를 거의 1주해서 슬롯 번호 08의 레이어 1에 들어간다.
U2상 권선군의 권선도 U1상 권선군인 경우와 마찬가지로 파권에 의해 돌려 감긴다. 슬롯 번호 14의 레이어 1로부터 슬롯 번호 07의 레이어 2까지가 파권된 권선이 주회 권선 U21이며, 슬롯 번호 13의 레이어 1로부터 슬롯 번호 06의 레이어 2까지의 권선이 주회 권선 U22이다.
도 17은, 슬롯 번호 01～12 및 슬롯 번호 71, 72의 부분의 슬롯 도체(233a)의 배치를 나타낸 것이며, 슬롯 번호 01로부터 슬롯 번호 12까지의 12슬롯 피치가 2극분에 상당한다. 도 17과 도 10을 비교하면, 도 17에 나타내는 U, V, W 상의 슬롯 도체(233a)의 배치는, 도 10에 나타내는 레이어 1, 2의 슬롯 도체(233a)의 배치와 동일하게 되어 있다. 본 실시형태의 경우, 파선으로 둘러싸인 4개의 슬롯 도체(233a)가 하나의 슬롯 도체군(234)을 구성하고 있다.
본 실시형태의 슬롯 도체군(234)에 관해서도, 상술한 제 1 실시형태의 슬롯 도체군(234)(도 10 참조)과 마찬가지의 조건을 만족하고 있다. 즉, (a)크로스 도체(233b)는, 매극 슬롯 수를 N(=6)으로 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1=7로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N-1=5로 슬롯을 건너뛰도록 슬롯 도체(233a) 사이를 접속하고, (b)고정자 권선은, 고정자 코어 둘레 방향으로 연속해서 나열된 소정 슬롯 수 Ns(=3)의 슬롯에 삽입 통과되어 슬롯 및 레이어에 관해서 인접해서 배치된 동일 상의 일군의 슬롯 도체(223b)로 구성되는 슬롯 도체군(234)을 갖고, (c)소정 슬롯 수 Ns는, 매극 매상 슬롯 수를 NSPP(=2), 레이어 수를 2×NL(NL=1)이라고 했을 때, Ns=NSPP+NL=3으로 설정되어 있다.
그 때문에, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 토크 리플을 저감할 수 있고, 저소음의 회전 전기의 저소음화를 도모할 수 있다.
-제 3 실시형태-
도 18, 19는, 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 도면이고, 매극 매상 슬롯 수 NSPP가 3이며, 한 개의 슬롯(237)에 삽입되는 슬롯 도체(233a)의 레이어 수가 4인 고정자에 본 발명을 적용했을 경우를 나타낸다. 도 18은 U상 권선의 상세 결선의 일부를 나타낸 것이며, (a)는 U1상 권선군을 나타내고, (b)는 U2상 권선군을 나타낸다. 도 19는 고정자 코어(232)에 있어서의 슬롯 도체(233a)의 배치를 나타내는 도면이다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 매극 매상 슬롯 수 NSPP가 3이며, 한 개의 슬롯(237)에 삽입되는 슬롯 도체(233a)의 레이어 수 2×NL이 4인 경우, 고정자 코어(232)의 슬롯 수는 108이 되고, U1상 권선군 및 U2상 권선군을 구성하는 주회 권선의 수는 각각 6이 된다. 또한, 각 주회 권선에 있어서의 건너뛰는 양도 5슬롯 피치와 7슬롯 피치가 된다.
도 18의 (a)에 나타내는 U1상 권선군에 있어서, 슬롯 번호 105의 레이어 4로부터 슬롯 번호 07의 레이어 3까지의 권선이 주회 권선 U11이며, 슬롯 번호 106의 레이어 4로부터 슬롯 번호 08의 레이어 3까지의 권선이 주회 권선 U12이고, 슬롯 번호 107의 레이어 4로부터 슬롯 번호 09의 레이어 3까지의 권선이 주회 권선 U13이다. 슬롯 번호 09의 레이어 3을 나온 권선은, 점퍼선을 통해서 슬롯 번호 106의 레이어 2에 들어간다. 그리고, 슬롯 번호 106의 레이어 2로부터 슬롯 번호 08의 레이어 1까지의 권선이 주회 권선 U14이며, 슬롯 번호 107의 레이어 2로부터 슬롯 번호 09의 레이어 1까지의 권선이 주회 권선 U15이고, 슬롯 번호 108의 레이어 2로부터 슬롯 번호 10의 레이어 1까지의 권선이 주회 권선 U16이다.
도 18의 (b)에 나타내는 U2상 권선군에 있어서, 슬롯 번호 19의 레이어 1로부터 슬롯 번호 09의 레이어 2까지의 권선이 주회 권선 U21이며, 슬롯 번호 18의 레이어 1로부터 슬롯 번호 08의 레이어 2까지의 권선이 주회 권선 U22이고, 슬롯 번호 17의 레이어 1로부터 슬롯 번호 07의 레이어 2까지의 권선이 주회 권선 U13이다. 슬롯 번호 07의 레이어 2을 나온 권선은, 점퍼선을 통해서 슬롯 번호 18의 레이어 3에 들어간다. 그리고, 슬롯 번호 18의 레이어 3으로부터 슬롯 번호 08의 레이어 4까지의 권선이 주회 권선 U24이며, 슬롯 번호 17의 레이어 3으로부터 슬롯 번호 07의 레이어 4까지의 권선이 주회 권선 U25이고, 슬롯 번호 18의 레이어 3으로부터 슬롯 번호 06의 레이어 4까지의 권선이 주회 권선 U26이다.
도 19는, 슬롯 번호 01～18의 부분의 슬롯 도체(233a)의 배치를 나타낸 것이며, 본 실시형태의 경우, 슬롯 번호 01로부터 슬롯 번호 18까지의 18슬롯 피치가 2극분에 상당한다. 도 18로부터도 알 수 있는 바와 같이, 주회 권선 U14～U16, 및 주회 권선 U21～U23은, 슬롯(237)의 레이어 1과 레이어 2에 번갈아 삽입 통과되고, 한편, 주회 권선 U11～U13, 및 주회 권선 U24～U26은, 슬롯(237)의 레이어 3과 레이어 4에 번갈아 삽입 통과된다. 그리고, 도 19의 파선으로 둘러싼 12의 슬롯 도체(233a)가 일군이 되어서 하나의 슬롯 도체군(1234)을 구성하고 있다. 이들 12의 슬롯 도체(233a)는, 동일 상의 12의 주회 권선 U111～U16, U21～U26에 포함되는 슬롯 도체(233a)이다.
V상 및 W상의 슬롯 도체(233a)에 관해서도 U상의 경우와 마찬가지로, 동일 상의 12의 슬롯 도체(233a)가 일군이 되어서 하나의 슬롯 도체군을 구성하고 있다. 그들 슬롯 도체군은, 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 회전자의 회전 방향에 대하여, 순서대로, U상에서 검은 동그라미 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, W상에서 크로스 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, V상에서 검은 동그라미 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, U상에서 크로스 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, W상에서 검은 동그라미 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군, V상에서 크로스 표시의 슬롯 도체(233b)로 이루어지는 슬롯 도체군이 배치되게 된다.
도 19로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시형태의 슬롯 도체군(1234)도, 상술한 제 1 실시형태의 슬롯 도체군(234)(도 10 참조)과 마찬가지인 조건을 만족하고 있다. 즉, (a)크로스 도체(233b)는, 매극 슬롯 수를 N(=6)으로 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1=7로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N-1=5로 슬롯을 건너뛰도록 슬롯 도체(233a)간을 접속하며, (b)고정자 권선은, 고정자 코어 둘레 방향으로 연속해서 나열된 소정 슬롯 수 Ns(=5)의 슬롯에 삽입 통과되며 슬롯 및 레이어에 관해서 인접해서 배치된 동일 상의 일군의 슬롯 도체(223b)로 구성되는 슬롯 도체군(234)을 갖고, (c)소정 슬롯 수 Ns는, 매극 매상 슬롯 수를 NSPP(=3), 레이어 수를 2×NL(NL=2)으로 했을 때, Ns=NSPP+NL=5로 설정되어 있다.
그 때문에 제 1 및 제 2 실시형태와 마찬가지로, 토크 리플을 저감할 수 있고, 저소음의 회전 전기의 저소음화를 도모할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 도 19에 나타내는 바와 같이, 슬롯 내에 동일 상의 슬롯 도체(233a)가 4개의 레이어의 모두에 들어 있으므로, 12의 슬롯 도체(233a)를 연속하는 5개의 슬롯에 넣은 것에 의한 토크 저하를 억제할 수 있다.
그런데, 매극 매상 슬롯 수를 NSPP가 늘어나면, 도 11과 같이 1슬롯 피치 어긋나게 함으로써 없앨 수 있는 고주파 성분의 차수가 바뀐다. 예를 들면, NSPP=2인 경우, 1슬롯 피치는 전기각으로 30도에 상당한다. 30도는 6차 성분의 반주기이기 때문에, 도 13에 나타내는 바와 같이, 6차에 가까운 5차 성분과 7차 성분의 유기 전압을 작게 할 수 있다. 한편, 본 실시형태와 같이 NSPP를 더욱 증가시키면 1슬롯 피치가 작아지기 때문에, 더욱 고차(高次)의 고조파 성분을 저감할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, NSPP=2 및 레이어 수 4의 예로서 도 10에 나타내는 배치를, NSPP=2 및 레이어 수 2의 예로서 도 17에 나타내는 배치를, NSPP=3 및 레이어 수 4의 예로서 도 19에 나타냈다. 그러나, 이하의 구성 (a), (b), (c)를 구비하는 것으로서는, 도 20～23에 나타내는 바와 같은 배치 구성도 포함된다.
(a)크로스 도체는, 매극 슬롯 수를 N이라고 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치Np=N-1로 슬롯을 건너뛰도록 상기 슬롯 도체간을 접속한다.
(b)고정자 권선은, 고정자 코어 둘레 방향으로 연속해서 나열된 소정 슬롯 수 Ns의 슬롯에 삽입됨과 함께, 슬롯 및 레이어에 관해서 인접해서 배치된 동일 상의 일군의 슬롯 도체로 구성되는 슬롯 도체군을 갖는다.
(c)소정 슬롯 수 Ns는, 매극 매상 슬롯 수를 NSPP, 레이어 수를 2×NL로 했을 때, Ns=NSPP+NL로 설정되어 있다.
도 20은 매극 매상 슬롯 수 NSPP가 2이며 레이어 수 2×NL이 4인 경우의 다른 배치예를 나타낸 것이다. 레이어 3, 4에 있어서의 슬롯 도체(233a)의 배치는 도 10에 나타내는 것과 같지만, 레이어 1, 2의 배치가 상이하다. 도 10의 레이어 1, 2의 배치는, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 레이어 2의 슬롯 도체(233a)에 대하여, 레이어 1의 슬롯 도체(233a)를 도시 우측 방향으로 1슬롯 피치 어긋나게 한 배치로 되어 있다. 한편, 도 20에 나타내는 예에서는, 레이어 1의 슬롯 도체(233a)에 대하여, 레이어 2의 슬롯 도체(233a)를 도시 우측 방향으로 1슬롯 피치 어긋나게 한 배치로 되어 있다. 이 경우도, 슬롯 도체(233a)는 4슬롯에 배치되며, 각 슬롯 내의 슬롯 도체(233a)의 수도 도 10에 나타내는 경우와 동일하므로, 도 10에 나타낸 배치의 경우와, 마찬가지인 효과를 발휘할 수 있다.
이 배치는, 다음과 같이 생각할 수도 있다. 도 7～도 10에 나타내는 바와 같이, 레이어 1, 2에 삽입 통과되는 것은 주회 권선 U13, U14, U21, U22이며, 권선은 레이어 1과 레이어 2에 번갈아 삽입 통과되게 된다. 레이어 1, 2의 슬롯 도체의 배치와, 레이어 3, 4의 슬롯 도체의 배치는, 개별로 설정할 수 있다. 그래서, 레이어 1, 2에 배치되는 일군의 슬롯 도체, 및 레이어 3, 4에 배치되는 일군의 슬롯 도체를 각각 슬롯 도체 소군(小群)이라고 부르고, 도 10이나 도 20에 나타낸 슬롯 도체군(234)은 2개의 슬롯 도체 소군으로 이루어진다고 생각할 수 있다. 이하에서는, 도 10에 나타낸 슬롯 도체군을 부호 234A로 나타내고, 도 20에 나타낸 슬롯 도체군을 부호 234B로 나타내기로 한다.
도 21은, 매극 매상 슬롯 수 NSPP=2, 레이어 수 2×NL이 4인 경우의 슬롯 도체군 내의 3예를 나타낸 것이다. 도 21에 있어서, (a)는 도 10에 나타낸 슬롯 도체군(234A)이고, (b)는 도 20에 나타낸 슬롯 도체군(234B)이며, (c)는 슬롯 도체군(234C)을 나타낸다.
도 21의 (a)에 나타내는 슬롯 도체군(234A)은, 2개의 슬롯 도체 소군(235a)으로 구성되어 있다. 슬롯 도체 소군(235a)은, 홀수 레이어에 포함되는 2개의 슬롯 도체(233a)와, 인접하는 짝수 레이어에 포함되는 2개의 슬롯 도체(233a)를 포함하고 있다. 여기서는, 홀수 레이어를 (2m-1)레이어, 짝수 레이어를 2m레이어라고 부르기로 한다. 단, m은 m=1,2,···,NL이다. 도 21과 같이 레이어 수 2×NL이 4일 경우에는, m은 1 또는 2이다.
슬롯 도체 소군(235a)은 (2m-1)레이어의 슬롯 도체(233a)에 대하여 2m레이어의 슬롯 도체(233a)를 반회전 방향으로 1슬롯 피치 어긋나게 한 것으로 되어 있다. 도 21에 기재된 Np는 슬롯 도체(233a)를 어긋나게 할 때의 슬롯 피치를 나타내고 있으며, Np=1은 회전자 회전 방향으로 1슬롯 피치 어긋나게 한 것을 나타내고 있고, Np=-1은 회전자 회전 방향과 반대 방향으로 1슬롯 피치 어긋나게 한 것을 나타내고 있다. 또한, 외주 측에 위치하는 슬롯 도체 소군(235a)을, 내주 측의 슬롯 도체 소군(235a)에 대하여 반회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=-1) 어긋나게 한 배치로 되어 있다. 한편, 도 21에 있어서, 실선의 화살표는 슬롯 도체 소군 내에 있어서의 슬롯 도체의 어긋나게 하는 방향을 나타내고, 파선의 화살표는 슬롯 도체 소군의 어긋나게 하는 방향을 나타내고 있다.
한편, 도 21의 (b)에 나타내는 슬롯 도체군(234B)은, 2종류의 슬롯 도체 소군(235a, 235b)으로 이루어진다. 슬롯 도체 소군(235b)은, (2m-1)레이어의 슬롯 도체(233a)에 대하여 2m레이어의 슬롯 도체(233a)를 회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=1) 어긋나게 한 것으로 되어 있다. 그리고, 내주 측의 슬롯 도체 소군(235b)에 대하여, 외주 측의 슬롯 도체 소군(235a)을 반회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=-1) 어긋나게 한 배치로 되어 있다. 즉, 슬롯 도체 소군(235a)의 둘레 방향 중앙 위치는, 슬롯 도체 소군(235b)의 둘레 방향 중앙 위치에 대하여 1슬롯 피치만큼 반회전 방향으로 어긋나 있다.
도 21의 (c)에 나타내는 슬롯 도체군(234C)은, 도 21의 (a)의 경우와 마찬가지로 동일한 슬롯 도체 소군(235a)으로 구성되어 있지만, 슬롯 도체 소군(235a)의 배치가 상이하다. 슬롯 도체군(234C)의 경우, 내주 측의 슬롯 도체 소군(235a)에 대하여, 외주 측의 슬롯 도체 소군(235a)은 회전자 회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=1)만큼 어긋나서 배치되어 있다.
도 21에 나타내는 슬롯 도체군(234A～234C)은 슬롯 도체(233a)의 배치와 상이하지만, 어느 슬롯 도체군(234A～234C)도, (2m-1)번째의 레이어의 슬롯 도체와 2m번째의 레이어의 슬롯 도체가 서로 고정자 코어 둘레 방향(회전자 회전 방향 또는 반회전 방향)으로 1슬롯 피치 어긋나서 배치되어 있는 슬롯 도체 소군을 NL개 갖고, 그들 NL개의 슬롯 도체 소군은, 고정자 코어 둘레 방향으로 1슬롯 피치씩 어긋나서 배치되어 있다. 즉, 외주 측의 슬롯 도체 소군이 내주 측의 슬롯 도체 소군에 대하여 고정자 코어 둘레 방향으로 1슬롯 피치 어긋난 구성으로 되어 있다.
도 22는, 매극 매상 슬롯 수 NSPP=2, 레이어 수 NL=6인 경우의 슬롯 도체군의 예를 나타낸 것이며, 여기서는 3종류의 슬롯 도체군(2234A, 2234B, 2234C)을 도 22의 (a)～(c)에 나타냈다. 어느 슬롯 도체군(2234A, 2234B, 2234C)도, 레이어 수(2×NL)가 6이므로 3개의 슬롯 도체 소군으로 구성되어 있다. 3개의 슬롯 도체 소군은, 도 21에 나타낸 슬롯 도체 소군(235a, 235b) 중 어느 하나이다.
도 22의 (a)에 나타내는 슬롯 도체군(2234A)에서는, 최내주에 배치된 슬롯 도체 소군(235a)에 대하여, 그 외주 측에 인접해서 배치된 슬롯 도체 소군(235a)이 반회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=-1) 어긋나서 배치되어 있다. 더 외주 측에 배치된 슬롯 도체 소군(235a)은, 최내주의 슬롯 도체 소군(235a)에 대하여 2슬롯 피치(Np=-2) 어긋나고, 즉, 그 내주 측에 인접하는 슬롯 도체 소군(235a)에 대하여는 1슬롯 피치 어긋나 있다.
도 22의 (b)에 나타내는 슬롯 도체군(2234B)은, 2개의 슬롯 도체 소군(235a)과 한 개의 슬롯 도체 소군(235b)으로 구성되어 있다. 최내주의 슬롯 도체 소군(235a)에 대하여, 그 외주 측에 인접해서 배치된 슬롯 도체 소군(235b)은 반회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=-1) 어긋나서 배치되고, 더 외주 측에 배치된 슬롯 도체 소군(235a)은 2슬롯 피치(Np=-2) 어긋나서 배치되어 있다.
도 22의 (c)에 나타내는 슬롯 도체군(2234C)은, 2개의 슬롯 도체 소군(235a)과 한 개의 슬롯 도체 소군(235b)으로 구성되어 있다. 최내주의 슬롯 도체 소군(235b)에 대하여, 그 외주 측에 인접해서 배치된 슬롯 도체 소군(235a)은 회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=1) 어긋나서 배치되고, 더 외주 측에 배치된 슬롯 도체 소군(235a)은 반회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=-1) 어긋나서 배치되어 있다.
이렇게, 도 22에 나타낸, 매극 매상 슬롯 수 NSPP=2, 레이어 수 NL=6의 경우의 슬롯 도체군(2234A, 2234B, 2234C)도, (2m-1)번째의 레이어의 슬롯 도체와 2m번째의 레이어의 슬롯 도체가 서로 고정자 코어 둘레 방향(회전자 회전 방향 또는 반회전 방향)으로 1슬롯 피치 어긋나서 배치되어 있는 슬롯 도체 소군을 NL개 갖고, 그들 NL개의 슬롯 도체 소군은, 고정자 코어 둘레 방향으로 1슬롯 피치씩 어긋나서 배치되어 있다.
도 23은, 매극 매상 슬롯 수 NSPP=3, 레이어 수 2×NL이 4인 경우(NL=2)의 슬롯 도체군의 예를 나타낸 것이다. 도 22의 (a)는 도 19에 나타낸 슬롯 도체군(1234)을 나타낸 것이며, 도 21의 (a)에서는 1234A라고 적는다. 도 23의 (b), (c)는 다른예를 나타낸 것이며, 각각 슬롯 도체군(1234B), 슬롯 도체군(1234C)이라고 적는다. 어느 슬롯 도체군(1234A, 1234B, 1234C)도, 매극 매상 슬롯 수 NSPP=3이므로 슬롯 도체군의 하나의 레이어에는 3개의 슬롯 도체(233a)가 포함되고, 레이어 수 2×NL이 4이므로 2개의 슬롯 도체 소군으로 구성되어 있다.
슬롯 도체 소군에는 2종류의 슬롯 도체 소군(1235a, 1235b)이 있다. 슬롯 도체 소군(1235a)은, (2m-1)레이어의 슬롯 도체(233a)에 대하여 2m레이어의 슬롯 도체(233a)를 반회전 방향으로 1슬롯 피치(NL=-1) 어긋나게 한 것으로 되어있다. 슬롯 도체 소군(1235b)은, (2m-1)레이어의 슬롯 도체(233a)에 대하여 2m레이어의 슬롯 도체(233a)를 회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=1) 어긋나게 한 것으로 되어있다.
도 23의 (a)～(c)에 나타내는 슬롯 도체 소군의 배치는, 도 21의 (a)～(c)에 나타낸 배치에 대응하고 있다. 즉, 도 23의 (a)에서는 내주 측의 슬롯 도체 소군(1235a)에 대하여 외주 측의 슬롯 도체 소군(1235a)을 반회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=-1) 어긋나게 한 배치로 되어 있으며, 도 23의 (b)에서는 내주 측의 슬롯 도체 소군(1235b)에 대하여 외주 측의 슬롯 도체 소군(1235a)을 반회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=-1) 어긋나게 한 배치로 되어 있고, 도 23의 (c)에서는 내주 측의 슬롯 도체 소군(1235a)에 대하여 외주 측의 슬롯 도체 소군(1235a)을 회전자 회전 방향으로 1슬롯 피치(Np=1) 어긋나게 한 배치로 되어 있다.
도 23에 나타낸 매극 매상 슬롯 수 NSPP=3, 레이어 수 2×NL이 4인 경우(NL=2)에 있어서도, 각 슬롯 도체군은, (2m-1)번째의 레이어의 슬롯 도체와 2m번째의 레이어의 슬롯 도체가 서로 고정자 코어 둘레 방향(회전자 회전 방향 또는 반회전 방향)으로 1슬롯 피치 어긋나서 배치되어 있는 슬롯 도체 소군을 NL개 갖고, 그들 NL개의 슬롯 도체 소군은, 고정자 코어 둘레 방향으로 1슬롯 피치씩 어긋나서 배치되어 있다.
또한, 도 21의 (a), 도 22의 (a), 도 23의 (a)에 나타내는 슬롯 도체군의 구성은, 다음과 같이 나타낼 수도 있다. 고정자 권선은, 슬롯 및 레이어에 관해서 인접해서 배치된 동일 상의 일군의 슬롯 도체(233a)로 구성되며, 동일 레이어의 슬롯 도체가 연속하는 NSPP 슬롯에 걸쳐서 배치된 슬롯 도체군을 갖는다. 그리고, 각 슬롯 도체군의 구성은, 슬롯 내주 측으로부터 세어서 2m번째의 레이어(즉 짝수 번째의 레이어)의 슬롯 도체가, 첫번째의 레이어의 슬롯 도체에 대하여 고정자 코어 둘레 방향의 한쪽의 방향인 반회전 방향으로 m슬롯 피치 어긋나게 배치되고, 첫번째의 레이어를 제외하는 (2m-1)번째의 레이어(즉 홀수 번째의 레이어)의 슬롯 도체가, 첫번째의 레이어의 슬롯 도체에 대하여 반회전 방향으로 (m-1)슬롯 피치 어긋나게 배치된 구성으로 되어 있다. 단, NSPP는 매극 매상 슬롯 수, 2×NL은 레이어 수이며, m은 m=1,2,···,NL로 한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 파권의 고정자 권선의 돌려 감는 방법을 연구함으로써, 쇄교 자속의 고조파 성분을 저감하고, 저토크 리플 및 저소음을 도모하도록 했다. 한편, 로우터를 스큐시켜서 토크 리플을 저감하는 방법이 종래부터 알려져 있지만, 이 경우, 스큐 각도에 의해 작게 할 수 있는 성분이 결정된다. 그 때문에, 예를 들면 로우터의 스큐만으로는 6차와 12차의 토크 리플을 동시에 작게 할 수는 없다. 한편, 도 10에 나타내는 실시형태에서는 도 15에 나타내는 바와 같이, 12차의 토크 리플은 저감할 수 없지만, 6차의 토크 리플은 대폭 저감할 수 있다. 그래서, 본 실시형태와, 12차를 저감할 수 있도록 스큐된 로우터를 조합시킴으로써, 더욱 토크 리플을 저감할 수 있고, 저소음인 회전 전기를 제공할 수 있다.
또한 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상술한 회전 전기와, 직류 전력을 공급하는 배터리와, 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환해서 회전 전기에 공급하는 변환 장치를 구비하고, 회전 전기의 토크를 구동력으로서 이용하는 것을 특징으로 하는 차량에 있어서, 저소음화가 도모된 정숙한 차량을 제공할 수 있다.
이상, 차량용 자석 모터를 예로 들어 설명했지만, 본 발명을 적용함으로써 고정자(230)의 기자력 파형에 포함되는 고조파 성분도 저감할 수 있음으로, 유도 모터나 싱크로너스 자기 저항 모터 등, 회전자(250)에 자석을 갖지 않는 다양한 모터에 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 차량용 모터에 한하지 않고, 다양한 용도에 사용되는 모터에도 적용할 수 있고, 또한 모터에 한하지 않고, 발전기 등 다양한 회전 전기에 적용이 가능하다. 또한, 본 발명의 특징을 손상시키지 않는 한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것만은 아니다.
다음의 우선권 기초 출원의 개시 내용은 인용문으로서 여기에 포함된다.
일본국 특허출원2010년 제163100호(2010년 7월 20일 출원)

Claims (7)

  1. 회전 전기(回轉電機)로서,
    복수의 슬롯이 형성된 고정자 코어와,
    상기 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 통과되어서 복수의 레이어 중 어느 하나를 구성하는 슬롯 도체와, 상이한 슬롯에 삽입 통과된 슬롯 도체의 동일 측 단부끼리를 접속해서 코일 엔드를 구성하는 크로스 도체로 이루어지는 파권(波卷)의 주회(周回) 권선을 복수 갖는 복수 상(相)의 고정자 권선과,
    상기 고정자 코어에 대하여 공극을 통해서 회전 가능하게 지지된 회전자를 구비하고,
    상기 크로스 도체는, 매극(每極) 슬롯 수를 N으로 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N-1로 슬롯을 건너뛰도록 상기 슬롯 도체간을 접속하고,
    상기 고정자 권선은, 동일 상의 복수의 슬롯 도체로 구성되는 일군(一群)의 슬롯 도체군을 복수 갖고,
    상기 슬롯 도체군의 복수의 슬롯 도체는, 고정자 코어 둘레 방향으로 연속해서 나열된 소정 수 Ns의 슬롯 내에 슬롯 및 레이어가 인접하도록 삽입 통과되고,
    상기 소정 수 Ns는, 매극 매상(每相) 슬롯 수를 NSPP, 레이어 수를 2×NL로 했을 때, Ns=NSPP+NL로 설정되어 있는 회전 전기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬롯 도체군은, (2m-1)번째의 레이어의 슬롯 도체와 2m번째의 레이어의 슬롯 도체가 서로 고정자 코어 둘레 방향으로 1슬롯 피치 어긋나서 배치되어 있는 슬롯 도체 소군(小群)을 NL개 갖고,
    상기 NL개의 슬롯 도체 소군은, 고정자 코어 둘레 방향으로 1슬롯 피치씩 어긋나서 배치되고,
    m은 m=1, 2, ···, NL로 하는 회전 전기.
  3. 회전 전기로서,
    복수의 슬롯이 형성된 고정자 코어와,
    상기 고정자 코어의 각 슬롯에 삽입 통과되어서 복수의 레이어 중 어느 하나를 구성하는 슬롯 도체와, 상이한 슬롯에 삽입 통과된 슬롯 도체의 동일 측 단부끼리를 접속해서 코일 엔드를 구성하는 크로스 도체로 이루어지는 파권의 주회 권선을 복수 갖는 복수 상의 고정자 권선과,
    상기 고정자 코어에 대하여 공극을 통해서 회전 가능하게 지지된 회전자를 구비하고,
    상기 크로스 도체는, 매극 슬롯 수를 N으로 했을 때, 한쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N+1로 슬롯을 건너뛰고, 다른 쪽의 코일 엔드에서는 슬롯 피치 Np=N-1로 슬롯을 건너뛰도록 상기 슬롯 도체간을 접속하고,
    상기 고정자 권선은 동일 상의 일군의 복수의 슬롯 도체로 구성되며, 동일 레이어를 구성하는 슬롯 도체가 연속하는 소정 수 NSPP의 슬롯에 걸쳐서 배치된 슬롯 도체군을 복수 갖고,
    상기 슬롯 도체군의 슬롯 내주 측으로부터 세어서, 2m번째의 레이어의 슬롯 도체는, 첫번째의 레이어의 슬롯 도체에 대하여 고정자 코어 둘레 방향의 한쪽 방향으로 m슬롯 피치 어긋나게 배치되며, 첫번째의 레이어를 제외하는 (2m-1)번째의 레이어의 슬롯 도체는, 첫번째의 레이어의 슬롯 도체에 대하여 상기 한쪽 방향으로 (m-1)슬롯 피치 어긋나게 배치되고,
    NSPP는 매극 매상 슬롯 수, 2×NL은 레이어 수이며, m은 m=1, 2, ···, NL로 하는 회전 전기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주회 권선은 복수의 세그먼트 도체를 접속함으로써 구성되는 회전 전기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬롯 도체가 평각선(平角線)인 회전 전기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자 권선은 Y결선을 복수 갖고, 각각의 Y결선의 동상(同相)의 권선에 유기(誘起)하는 전압에 위상차가 없는 회전 전기.
  7. 차량으로서,
    제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 회전 전기와,
    직류 전력을 공급하는 배터리와,
    상기 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환해서 상기 회전 전기에 공급하는 변환 장치를 구비하고,
    상기 회전 전기의 토크를 상기 차량의 구동력으로서 이용하는 차량.

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