WO2015199105A1 - 回転電機 - Google Patents

回転電機 Download PDF

Info

Publication number
WO2015199105A1
WO2015199105A1 PCT/JP2015/068118 JP2015068118W WO2015199105A1 WO 2015199105 A1 WO2015199105 A1 WO 2015199105A1 JP 2015068118 W JP2015068118 W JP 2015068118W WO 2015199105 A1 WO2015199105 A1 WO 2015199105A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
coil
electrical machine
rotating electrical
rotor
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/068118
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木　康介
宮崎　英樹
和人 大山
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立オートモティブシステムズ株式会社 filed Critical 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority to JP2016529616A priority Critical patent/JPWO2015199105A1/ja
Publication of WO2015199105A1 publication Critical patent/WO2015199105A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18—Windings for salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/18—Windings for salient poles
    • H02K3/20—Windings for salient poles for auxiliary purposes, e.g. damping or commutating

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine.
  • the induced voltage waveform of the concentrated winding stator has a rectangular wave shape and harmonic components are superimposed. In particular, as the number of stator teeth is smaller, more harmonics are superimposed. Harmonic components cause vibration, noise, and reduction in motor efficiency.
  • Patent Document 1 The technique described in Patent Document 1 is known as a technique for changing the induced voltage waveform without adopting a skew structure.
  • Patent Document 1 for the purpose of applying to position sensorless control of a rotating electrical machine, the amplitude of the induced voltage generated in at least one phase armature winding is set to the amplitude of the induced voltage generated in the other phase armature winding.
  • a motor configured differently is disclosed.
  • the rotating electrical machine is a stator in which a plurality of teeth and slots are alternately arranged in a circumferential direction, a rotor fixed to a rotating shaft and arranged via a stator and a gap, a stator and a rotor
  • the teeth are provided with a first stator coil to which electric power is supplied from the control device and a second stator coil whose start and end are short-circuited.
  • the induced voltage waveform can be made close to a sine wave with a simple structure.
  • (A) is a figure which shows a 2nd coil
  • (b) is a perspective view which shows a part of stator with the 2nd coil not mounted
  • (A) to (c) are side views schematically showing changes in the positional relationship between the rotor magnet and the stator teeth in the comparative example, and (d) shows the U-phase winding connected to the chain when the rotor rotates.
  • intersects (e) is a schematic diagram which shows the change of the no-load induced voltage of U phase produced
  • (A) to (c) are side views schematically showing changes in the positional relationship between the magnet of the rotating rotor and the teeth of the stator in the present embodiment, and (d) is a U-phase winding as the rotor rotates.
  • interlinks (e) is a schematic diagram which shows the change of the no-load induced voltage of U phase produced
  • the cross-sectional perspective view which shows the structure of the rotary electric machine which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 7A is a partially enlarged perspective view of a stator according to Modification 2-1
  • FIG. 5B is a view showing a second coil shown in FIG.
  • FIG. 1 The figure which shows the relationship between the capacitor capacity C and the capacitor voltage Vc.
  • A is a partial enlarged perspective view of a stator according to Modification 2-2, and (b) is a diagram showing a second coil shown in (a).
  • A) is a partial enlarged perspective view of a stator according to Modification 2-3, and (b) is a diagram showing a second coil shown in (a).
  • A) is a partial enlarged perspective view of a stator according to Modification 2-4, and (b) is a diagram showing a second coil shown in (a).
  • the rotating electrical machine unit (mechanical and electrical integrated rotating electrical machine) according to the present embodiment is a rotating electrical machine unit that is preferably used for traveling of an automobile.
  • a so-called electric vehicle using a rotating electrical machine unit a hybrid electric vehicle (HEV) including both an engine and a rotating electrical machine unit, and a pure electric vehicle that runs only by the rotating electrical machine unit without using an engine.
  • HEV hybrid electric vehicle
  • the rotating electrical machine unit described below can be used for both types, the description will be made based on the rotating electrical machine unit used for a hybrid type vehicle as a representative.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of main circuits of a rotating electrical machine unit 10 of the present embodiment.
  • the rotating electrical machine unit 10 includes a power converter 11 and a rotating electrical machine 12 driven by three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power.
  • the power converter 11 and the rotary electric machine 12 are electrically connected via an AC cable 19 such as a shielded cable.
  • the rotating electrical machine unit 10 is connected to a vehicle-side battery 13 via a DC cable.
  • Rotating electrical machine 12 has a function as an electric motor that generates rotational torque and a function as a generator that converts mechanical energy applied from the outside into electric power.
  • the power converter 11 includes an inverter circuit 14 and a smoothing capacitor 17.
  • the inverter circuit 14 is electrically connected to the battery 13 via a DC cable, and power is exchanged between the battery 13 and the inverter circuit 14.
  • the inverter circuit 14 converts the DC power supplied from the battery 13 into AC power and supplies the AC power to the rotating electrical machine 12.
  • the rotating electrical machine unit 10 can drive the vehicle only with the power of the rotating electrical machine 12 by operating the rotating electrical machine 12 as an electric motor with the electric power of the battery 13.
  • the rotating electrical machine unit 10 can charge the battery 13 by operating the rotating electrical machine 12 as a power generator (generator) and generating electric power by the power of the engine or the power from the wheels.
  • the rotating electrical machine 12 is rotated by external power and AC power is generated, the AC power is converted by the power converter 11 by DC power, supplied to the battery 13, and the battery 13 is charged.
  • the inverter circuit 14 includes an insulated gate bipolar transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor) as a switching semiconductor element. Hereinafter, it is abbreviated as IGBT.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the inverter circuit 14 includes three IGBTs 15a and flywheel diodes 16a on the positive electrode side (upper arm side) and three IGBTs 15b and flywheel diodes 16b on the negative electrode side (lower arm side), respectively. A series circuit of upper and lower arms configured for each phase).
  • the inverter circuit 14 includes first to third power modules PM1, PM2, and PM3, which are a series of upper and lower one arm series circuits, corresponding to three phases of U phase, V phase, and W phase. ing. That is, the power conversion device 11 has one power module per phase, and each power module PM1, PM2, PM3 is configured by connecting a pair of transistors of upper and lower arm circuits in series.
  • the smoothing capacitor 17 is an electrolytic capacitor or a film capacitor, and is provided to suppress voltage / current pulsations caused by a high-speed switching (on / off) operation of the switching semiconductor element.
  • the power converter 11 includes a control circuit (not shown), a driver circuit (not shown), and a signal connector 26 (see FIG. 2).
  • the signal connector 26 receives a command from the control device on the vehicle side, or transmits data representing the state of the rotating electrical machine unit 10 to the control device on the vehicle side.
  • the control circuit calculates a control amount of the rotating electrical machine 12 based on a command input from the signal connector 26 and determines whether to operate as an electric motor or as a generator.
  • the control circuit generates a control pulse based on the determination result and supplies the control pulse to the driver circuit.
  • the driver circuit generates a drive pulse for controlling the inverter circuit 14 based on the supplied control pulse.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the rotating electrical machine unit 10.
  • FIG. 2B is an external perspective view of the rotating electrical machine unit 10 as viewed from the opposite side of FIG.
  • the rotating electrical machine 12 and the power conversion device 11 that drives the rotating electrical machine 12 are integrally held by a single housing 20.
  • the housing 20 includes a box-shaped portion 21 that houses and holds the power converter 11 and a cylindrical portion 22 that houses and holds the rotating electrical machine 12.
  • the cylindrical portion 22 includes a cylindrical tube portion 22a, a front bracket 22b that closes one axial end of the tube portion 22a, and a rear bracket 22c that closes the other axial end of the tube portion 22a.
  • the front bracket 22b is provided with a flange 22f so as to be attached to a vehicle engine, a transmission, a gear box, or the like.
  • a rotating shaft 140 protrudes from the center of the front bracket 22b.
  • the box-shaped portion 21 is integrally fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 22a.
  • the box-shaped part 21 has an accommodation space in which each control board constituting the power conversion device 11 is arranged.
  • the power conversion device 11 includes a power connector (positive and negative electrode terminals) 25 connected to a DC circuit of a battery 13 mounted on the vehicle, and a signal connector 26 connected to the vehicle control device. Yes.
  • the power connector 25 and the signal connector 26 are disposed in the opening of the side plate of the box-shaped portion 21.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the rotating electrical machine 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the upper rotor 130 is shown in an exploded state, and the lower rotor 130 is shown in an assembled state.
  • a rotating electrical machine 100 according to the present embodiment is a three-phase synchronous motor with a built-in permanent magnet such as neodymium, and a stator (stator) via a predetermined gap (axial gap) between a pair of rotors (rotors) 130.
  • a 2-rotor 1-stator axial gap type rotating electrical machine having a structure sandwiching 110, and the stator 110 and the rotor 130 are arranged side by side along the axial direction of the rotating shaft 140.
  • the rotating electrical machine 100 includes a rotating shaft 140, a pair of rotors 130 fixed to the rotating shaft 140, a stator 110 disposed between the pair of rotors 130, and a holding member 113 that holds the stator 110.
  • the pair of rotors 130, the stator 110, and the holding member 113 are accommodated and held in the cylindrical portion 22 described above.
  • the pair of rotors 130 are arranged to face each other at a predetermined interval in the axial direction of the rotating shaft 140 (hereinafter also simply referred to as the axial direction). Since the pair of rotors 130 have the same shape, the one rotor 130 will be described as a representative.
  • the rotor 130 is provided with a shaft hole 133 through which the rotating shaft 140 is inserted.
  • the rotor 130 is integrated with the rotating shaft 140 by inserting and fixing the rotating shaft 140 into the shaft hole 133.
  • the rotor 130 includes a disk-shaped structural member 131 and eight permanent magnets (hereinafter simply referred to as magnets 132).
  • magnets 132 In the structural member 131, concave portions 134 into which the magnets 132 are fitted are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the rotating shaft 140 (hereinafter also simply referred to as the circumferential direction).
  • a magnet 132 is fitted in each recess 134.
  • the magnet 132 is magnetized in the axial direction, and one side in the axial direction is an S pole and the other side is an N pole.
  • the magnets 132 are arranged so that the magnetic poles adjacent in the circumferential direction are alternately reversed, that is, N, S, N, S,.
  • the magnet 132 of the upper rotor 130 shown in the drawing and the magnet 132 of the lower rotor 130 shown in the drawing are arranged at the same position and in the same shape in the circumferential direction when viewed from the axial direction.
  • the stator 110 includes a plurality of stator cores (hereinafter simply referred to as cores 111) arranged at equal intervals along the circumferential direction, and a first stator coil (hereinafter simply referred to as a first coil 112) mounted on each core 111. And a second stator coil (hereinafter simply referred to as the second coil 120).
  • cores 111 a plurality of stator cores (hereinafter simply referred to as cores 111) arranged at equal intervals along the circumferential direction, and a first stator coil (hereinafter simply referred to as a first coil 112) mounted on each core 111.
  • a second stator coil hereinafter simply referred to as the second coil 120).
  • the plurality of cores 111 are arranged at equal intervals along the circumferential direction and are held by holding members 113.
  • the core 111 is configured as a tooth 111t, and the space between the cores 111 is configured as a slot 111s. That is, in the stator 110, a plurality of teeth 111t and slots 111s are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the holding member 113 is an annular flat plate member and has an opening (not shown) into which the core 111 is inserted.
  • the holding member 113 is fixed to the inner peripheral wall of the cylindrical tube portion 22a of the housing 20 by shrink fitting or press fitting.
  • the front bracket 22b and the rear bracket 22c are provided with bearings (not shown), and the rotating shaft 140 is rotatably held by a bearing.
  • the core 111 is formed by laminating magnetic thin plates such as an amorphous foil strip made of amorphous metal or an electromagnetic steel plate in the radial direction of the rotating shaft 140 (hereinafter also simply referred to as the radial direction), and has a substantially rectangular parallelepiped shape.
  • the core 111 can also be formed from a soft magnetic material such as a dust core.
  • the core 111 is held by the holding member 113 at the central portion in the axial direction, and protrudes from the holding member 113 to one axial side and the other axial side.
  • the first coil 112 and the second coil 120 are mounted on the one axial side and the other axial side of the core 111 protruding from the holding member 113, respectively.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a part of the stator 110.
  • FIG. 5A is a view showing the second coil 120
  • FIG. 5B is a perspective view showing a part of the stator 110 in a state where the second coil 120 is not attached.
  • 4 and 5 show the first coil 112 and the second coil 120 wound on one side in the axial direction of the core 111 protruding from the holding member 113, and the axial direction of the core 111 protruding from the holding member 113. Since the first coil 112 and the second coil 120 wound on the other side have the same configuration as that on the one side in the axial direction, they are omitted.
  • the first coil 112 is wound by concentrated winding over a predetermined distance in the axial direction from the end surface of the holding member 113, and the end of the core 111 extends from the first coil 112. It protrudes.
  • this protruding portion is referred to as a protruding end portion 111e.
  • the end line of the first coil 112 attached to one core 111 is connected to the end line of the first coil 112 attached to the other core 111, so that the three-phase armature winding shown in FIG. U-phase winding 18U, V-phase winding 18V and W-phase winding 18W are formed.
  • U-phase winding 18U, V-phase winding 18V and W-phase winding 18W have one end connected to neutral point 18N and the other end AC terminals 12U, 12V, 12W of rotating electrical machine 12. Connected to.
  • the AC terminals 12U, 12V, and 12W of the rotating electrical machine 12 are connected to the AC terminals 11U, 11V, and 11W of the power converter 11 via the AC cable 19.
  • the AC power is supplied from the power converter 11 to the three-phase armature winding, and a rotating magnetic field is formed, so that the rotor 130 is driven to rotate.
  • the second coil 120 has a starting end and a terminal end so that the induced current flows in a loop along the outer periphery of the tooth 111t according to the movement of the magnet 132 due to the rotation of the rotor 130. It is short-circuited.
  • the second coil 120 has a winding part 120a attached to the protruding end part 111e of each core 111 and a connection part 120b connecting the winding parts 120a, and has a ring shape as a whole.
  • the winding part 120a is wound around the protruding end part 111e of the core 111 once or a plurality of times.
  • the second coil 120 may be formed by bending a single conducting wire, or a plurality of winding portions 120a are formed, and then the start ends and the termination ends of the respective winding portions 120a are connected by the connection portions 120b. You may form by.
  • the outer periphery of the second coil 120 is covered with an insulating film.
  • FIG. 6D is a schematic diagram showing a change in magnetic flux interlinking the U-phase winding (hereinafter referred to as coil interlinkage magnetic flux ⁇ ) as the rotor 130 rotates, and the horizontal axis represents the electrical angle ⁇ . ing. Points A0, B0, and C0 shown in FIG.
  • FIG. 6E is a schematic diagram showing a change in the U-phase no-load induced voltage generated when the magnetic flux ⁇ m of the magnet 132 is linked to the first coil 112 due to the rotation of the rotor 130. Represents the electrical angle ⁇ .
  • the waveform of the U-phase no-load induced voltage is as shown in FIG. It becomes a rectangular wave shape. This is because many harmonic components are superimposed on the induced voltage waveform.
  • the waveform of the no-load induced voltage of V phase or W phase also has the same shape. Since harmonic components cause vibration, noise, and motor efficiency, the induced voltage waveform is preferably as close to a sine wave shape as possible.
  • the inventor of the present application pays attention to a region (electrical angle range) in which the interlinkage magnetic flux ⁇ rapidly increases and decreases, and in order to prevent the interlinkage magnetic flux ⁇ from rapidly increasing or decreasing, the induced current is increased as the magnet 132 moves.
  • the present inventors have found a configuration in which the induced voltage waveform is made closer to a sine wave shape as compared with the comparative example by providing the flowing second coil 120 and generating the magnetic flux ⁇ g that affects the interlinkage magnetic flux ⁇ .
  • FIG. 7A and 7B are perspective views schematically showing changes in the positional relationship between the magnet 132 of the rotating rotor 130 and the teeth 111t of the stator 110 in the present embodiment.
  • FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C schematically show changes in the positional relationship between the magnet 132 of the rotating rotor 130 and the teeth 111t of the stator 110 in the present embodiment. It is a side view.
  • FIG. 8D is a schematic diagram showing a change in the magnetic flux interlinking the U-phase winding, that is, the coil interlinkage magnetic flux ⁇ as the rotor 130 rotates, and the horizontal axis represents the electrical angle ⁇ . Points A1, B1, and C1 shown in FIG.
  • FIG. 8D represent the interlinkage magnetic flux ⁇ at the respective positions in FIGS. 8A, 8B, and 8C.
  • FIG. 8E is a schematic diagram showing a change in the U-phase no-load induced voltage generated when the magnetic flux ⁇ m of the magnet 132 is linked to the first coil 112 due to the rotation of the rotor 130. Represents the electrical angle ⁇ .
  • an induced current Ig is generated in the second coil 120.
  • a magnetic flux ⁇ g opposite to the magnetic flux ⁇ m of the magnet 132 is generated in the second coil 120.
  • the induced voltage waveform changed rapidly.
  • the magnetic flux ⁇ g generated in the second coil 120 is maximized when the overlap amount starts to increase or decreases, that is, when the overlap amount changes abruptly.
  • the influence of the rapid increase / decrease of the magnet magnetic flux ⁇ m can be suppressed by the magnetic flux ⁇ g.
  • the change of linkage flux (phi) can be approximated to a sine wave form.
  • the induced voltage waveform can be made close to a sine wave.
  • FIG. 9 schematically shows a U-phase induced voltage waveform w1 (solid line) by the rotating electrical machine according to the present embodiment and a U-phase induced voltage waveform w0 (broken line) by the rotating electrical machine according to the comparative example. It is.
  • the comparative example has a rectangular induced voltage waveform. However, in this embodiment, since the rise and fall of the induced voltage can be changed gently, the induced voltage is induced compared to the comparative example. The voltage waveform can be approximated to a sine wave shape.
  • a stator 110 in which a plurality of teeth 111t and slots 111s are alternately arranged in the circumferential direction, a rotor 130 fixed to the rotating shaft 140 and disposed with a gap between the stator 110 and the stator 110, and the rotor 130 are accommodated.
  • a first coil 112 to which electric power is supplied from the power converter 11 and a second coil 120 whose start and end are short-circuited are mounted on the tooth 111t.
  • the second coil 120 in the region (electrical angle range) where the interlinkage magnetic flux ⁇ suddenly increases / decreases, the second coil 120 generates a large magnetic flux ⁇ g, thereby suppressing the change of the interlinkage magnetic flux ⁇ . Therefore, the induced voltage waveform can be made closer to a sine wave shape as compared with the comparative example that does not include the second coil 120. As a result, vibration and noise can be suppressed and motor efficiency can be improved.
  • the present embodiment since the present embodiment has a simple structure as compared with the case where the skew structure is adopted, the induced voltage waveform can be approximated to a sine wave shape while suppressing an increase in cost.
  • FIG. 10 is a cross-sectional perspective view showing a configuration of a rotating electrical machine 200 according to the second embodiment
  • FIG. 11 is a perspective view of a stator 210 according to the second embodiment.
  • an axial gap type rotating electrical machine (see FIG. 3) in which a stator 110 and a rotor 130 are arranged side by side in the axial direction and an axial gap as a gap is formed between the stator 110 and the rotor 130.
  • a stator 110 and a rotor 130 are arranged side by side in the axial direction and an axial gap as a gap is formed between the stator 110 and the rotor 130.
  • the rotary electric machine according to the second embodiment is a radial gap type rotary electric machine.
  • the rotor 230 fixed to the rotating shaft 240 is disposed on the radially inner side of the stator 210, and a radial gap as a gap is formed between the stator 210 and the rotor 230.
  • the stator core constituting the stator 210 is formed by laminating a plurality of annular magnetic steel sheets. As shown in FIG. 11, the stator 210 is formed with a plurality of slots 211s parallel to the axial direction so as to be equally spaced in the circumferential direction. Teeth 211t is formed between the slots 211s. That is, in the stator 210, a plurality of teeth 211t and slots 211s are alternately arranged in the circumferential direction.
  • Each tooth 211t is integrated with an annular core back 211b.
  • a first coil 212 is wound around each tooth 211t by concentrated winding via a bobbin 250 made of an insulating material.
  • the bobbin 250 includes a flange portion 250b that comes into contact with the core back 211b, and a cover portion 250a that extends from the flange portion 250b in the radial direction and covers the outer peripheral side surface of the tooth 211t.
  • Each tooth 211t serves to guide the rotating magnetic field generated by the first coil 212 to the rotor 230 and generate a rotating torque in the rotor 230.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a part of the stator 210.
  • FIG. 13A is a view showing the second coil 220
  • FIG. 13B is a perspective view showing a part of the stator 210 in a state where the second coil 220 is not attached.
  • the first coil 212 is wound by concentrated winding over a predetermined distance in the radial direction from the end surface of the flange portion 250b of the bobbin 250, and the end portion of the tooth 211t is the first end. Projecting from the coil 212.
  • this protruding portion is referred to as a protruding end portion 211e.
  • the end line of the first coil 212 attached to one tooth 211t is connected to the end line of the first coil 212 attached to the other tooth 211t, and the U-phase winding 18U and V-phase winding shown in FIG. Line 18V and W-phase winding 18W are formed.
  • the second coil 220 is short-circuited between the start end and the end so that the induced current flows in a loop along the outer periphery of the tooth 211t according to the movement of the magnet due to the rotation of the rotor 230.
  • the second coil 220 has a winding part 220a attached to the protruding end part 211e of each tooth 211t and a connection part 220b that connects the winding parts 220a, and has a ring shape as a whole.
  • the winding part 220a is wound around the protruding end part 211e of the tooth 211t once or a plurality of times.
  • the second coil 220 may be formed by bending a single conducting wire, or may form a plurality of winding portions 220a, and then connect the start ends and termination ends of the respective winding portions 220a with the connecting portions 220b. You may form by.
  • the outer periphery of the second coil 220 is covered with an insulating film.
  • the winding portions 120a and 220a of the second coils 120 and 220 are attached to the protruding end portions 111e and 211e of the teeth 111t and 211t, and the winding portions 120a and 220a are connected to the connection portions 120b and 220b.
  • the second coil may be attached to each of the plurality of teeth 111t and 211t. That is, the connection parts 120b and 220b may be omitted.
  • the second coil may be attached only to the teeth around which any one or two of the U-phase winding, V-phase winding and W-phase winding are wound.
  • a winding portion is attached to each of the teeth around which the U-phase winding is wound, and the winding portion is attached to each of the second coils for U-phase connected at the connection portion and the teeth around which the V-phase winding is wound.
  • a second coil for V-phase that is mounted and connected at the connection portion, and a second coil for W-phase that is connected at the connection portion, with the winding portion mounted on each of the teeth around which the W-phase winding is wound, are provided May be.
  • an induced voltage is generated through the following process.
  • the teeth 111t are magnetized by the magnetic flux ⁇ m of the magnet 132.
  • An induced voltage is generated in the first coil 112.
  • an induced voltage is generated through the following process.
  • the teeth 111t are magnetized by the magnetic flux ⁇ m of the magnet 132.
  • An induced current Ig is generated in the second coil 120.
  • Magnetic flux ⁇ g is generated, and linkage flux ⁇ is corrected.
  • An induced voltage is generated in the first coil 112.
  • the process in which the induced voltage is generated is more in the first embodiment than in the comparative example. For this reason, there may be a phase difference between the voltage generated in the first coil 112 and the voltage generated in the second coil 120. Therefore, in this modification, the second coil 120 is provided with a phase compensation unit 325 for compensating the phase.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the capacitor capacitance C and the capacitor voltage Vc.
  • the horizontal axis represents the frequency f
  • the vertical axis represents the capacitor voltage Vc.
  • the graph shows three characteristics, the characteristic C1 having the smallest capacity C is indicated by a one-dot chain line, the characteristic C3 having the largest capacity C is indicated by a broken line, and the capacity C is between the capacity of the characteristic C1 and the capacity of the characteristic C3.
  • the characteristic C2 is indicated by a solid line.
  • the capacitor voltage Vc decreases as the capacitance C of the capacitor increases.
  • the capacitance C of the capacitor constituting the phase compensation unit 325 be as large as possible.
  • the capacitance C of the capacitor is increased as much as possible by providing the phase compensation unit 325 so that the size of the rotating electrical machine unit does not increase.
  • phase compensation unit 325 As necessary, the phase difference between the voltage generated in the first coil 112 and the voltage generated in the second coil 120 can be reduced.
  • the phase compensation part 325 demonstrated the example provided only in the coil
  • a phase compensation unit 325 may be provided in the winding part 120a attached to the tooth 111t.
  • phase compensation unit 325 may be provided in the predetermined second coil 120V.
  • Modification 2-3 As shown in FIG. 19, in the rotating electrical machine unit according to the second embodiment described above, a phase compensation unit 325 may be provided in a predetermined winding part 220a.
  • Modification 2-4 As shown in FIG. 20, in the rotating electrical machine unit according to (Modification 1-2) described above, a phase compensation unit 325 may be provided in the predetermined second coil 220V.
  • SR motor switched reluctance motor
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

　簡単な構造で、誘起電圧波形を正弦波状に近づける。　回転電機は、ティースとスロットとが円周方向に交互に複数配置されてなるステータと、回転軸に固着され、ステータと空隙を介して配置されたロータと、ステータおよびロータを収容するハウジングとを備え、ティースには、制御装置から電力が供給される第１ステータコイルと、始端と終端が短絡された第２ステータコイルとが装着されている。

Description

回転電機
　本発明は、回転電機に関する。
　集中巻ステータの誘起電圧波形は矩形波状であり、高調波成分が重畳されていることが知られている。特に、ステータティースの数が少ないほど、多くの高調波が重畳される。高調波成分は、振動や騒音、モータ効率の低下の原因となる。
　従来、誘起電圧波形を正弦波状に近づけるため、磁石の配置をスキューする方法や着磁パターンをスキューさせる方法など、種々の提案がなされている。しかしながら、スキュー構造を採用する場合、小型化や製造コストの低減が難しいという問題がある。
　スキュー構造を採用しないで誘起電圧波形を変化させる技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１では、回転電機の位置センサレス制御へ適用することを目的として、少なくとも一相の電機子巻線に発生する誘起電圧の振幅を他相の電機子巻線に発生する誘起電圧の振幅と異なるように構成されたモータが開示されている。
特開２００７－２２８７７３号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、誘起電圧の振幅を変化させることができるが、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができるものではなかった。
　請求項１に記載の回転電機は、ティースとスロットとが円周方向に交互に複数配置されてなるステータと、回転軸に固着され、ステータと空隙を介して配置されたロータと、ステータおよびロータを収容するハウジングとを備え、ティースには、制御装置から電力が供給される第１ステータコイルと、始端と終端が短絡された第２ステータコイルとが装着されている。
　本発明によれば、簡単な構造で、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができる。
本実施の形態の回転電機ユニットの主要回路の構成を示す図。 回転電機ユニットの外観斜視図。 本発明の第１の実施の形態に係る回転電機の構成を示す斜視図。 ステータの一部を示す斜視図。 （ａ）は第２コイルを示す図、（ｂ）は第２コイルが装着されていない状態のステータの一部を示す斜視図。 （ａ）～（ｃ）は比較例において回転するロータの磁石とステータのティースとの位置関係の変化を模式的に示す側面図、（ｄ）はロータが回転することによりＵ相巻線を鎖交する磁束の変化を示す模式図、（ｅ）はロータの回転によって、磁石の磁束が第１コイルに鎖交することによって生成されるＵ相の無負荷誘起電圧の変化を示す模式図。 回転するロータの磁石と、ステータのティースとの位置関係の変化を模式的に示す斜視図。 （ａ）～（ｃ）は本実施の形態において回転するロータの磁石とステータのティースとの位置関係の変化を模式的に示す側面図、（ｄ）はロータが回転することによりＵ相巻線を鎖交する磁束の変化を示す模式図、（ｅ）はロータの回転によって、磁石の磁束が第１コイルに鎖交することによって生成されるＵ相の無負荷誘起電圧の変化を示す模式図。 本実施の形態に係る回転電機によるＵ相の誘起電圧波形（実線）、および、比較例に係る回転電機によるＵ相の誘起電圧波形（破線）を模式的に示した図。 第２の実施の形態に係る回転電機の構成を示す断面斜視図。 第２の実施の形態に係るステータの斜視図。 ステータの一部を示す斜視図。 （ａ）は第２コイルを示す図であり、（ｂ）は第２コイルが装着されていない状態のステータの一部を示す斜視図。 （ａ）は変形例１－１に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。 （ａ）は変形例１－２に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。 （ａ）は変形例２－１に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。 キャパシタ容量Ｃとキャパシタ電圧Ｖｃとの関係を示す図。 （ａ）は変形例２－２に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。 （ａ）は変形例２－３に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。 （ａ）は変形例２－４に係るステータの部分拡大斜視図、（ｂ）は（ａ）に示される第２コイルを示す図。
　以下、図面を参照して、本発明による回転電機の実施の形態を説明する。本実施形態に係る回転電機ユニット（機電一体型回転電機）は、自動車の走行に使用するのが好適な回転電機ユニットである。ここで、回転電機ユニットを使用するいわゆる電気自動車には、エンジンと回転電機ユニットの両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いないで回転電機ユニットのみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがあるが、以下に説明する回転電機ユニットは両方のタイプに利用できるので、ここでは代表してハイブリッドタイプの自動車に用いられる回転電機ユニットに基づいて説明する。
－第１の実施の形態－
　図１は、本実施の形態の回転電機ユニット１０の主要回路の構成を示す図である。図１に示すように、回転電機ユニット１０は、電力変換装置１１と、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電力で駆動される回転電機１２とを備えている。電力変換装置１１と回転電機１２とは、シールドケーブル等の交流ケーブル１９を介して電気的に接続されている。回転電機ユニット１０は、直流ケーブルを介して車両側のバッテリ１３に接続されている。
　回転電機１２は、回転トルクを発生する電動機としての機能、ならびに、外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する発電機としての機能を有する。
　電力変換装置１１は、インバータ回路１４および平滑コンデンサ１７を備えている。インバータ回路１４は、直流ケーブルを介してバッテリ１３と電気的に接続されており、バッテリ１３とインバータ回路１４との相互において電力の授受が行われる。
　回転電機１２を電動機（モータ）として動作させる場合には、バッテリ１３から供給された直流電力をインバータ回路１４が交流電力に変換して回転電機１２に供給する。回転電機ユニット１０は、バッテリ１３の電力によって回転電機１２を電動機として作動させることにより、回転電機１２の動力のみによって車両を駆動することができる。
　回転電機ユニット１０は、エンジンの動力あるいは車輪からの動力によって、回転電機１２を発電機（ジェネレータ）として動作させ、発電させることにより、バッテリ１３を充電できる。外部動力により回転電機１２が回転され、交流電力が発生すると、交流電力は電力変換装置１１により直流電力により変換され、バッテリ１３に供給され、バッテリ１３が充電される。
　インバータ回路１４は、スイッチング半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備えている。以下略してＩＧＢＴと記す。
　インバータ回路１４は、正極側（上アーム側）に３つのＩＧＢＴ１５ａおよびフライホイールダイオード１６ａと、負極側（下アーム側）に３つのＩＧＢＴ１５ｂおよびフライホイールダイオード１６ｂとにより、それぞれ各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ごとに構成された上下アームの直列回路を有する。
　インバータ回路１４は、上下１アームの直列回路をまとめて一体のモジュールにした第１～第３のパワーモジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対応して備えている。すなわち、電力変換装置１１は、一相あたりに一つのパワーモジュールを有し、各パワーモジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３は上下アーム回路の一対のトランジスタを直列接続して構成されている。
　電力変換装置１１の直流正極側と直流負極側との間には、平滑コンデンサ１７が電気的に並列に接続されている。平滑コンデンサ１７は、電解コンデンサあるいはフィルムコンデンサであって、スイッチング半導体素子の高速スイッチング（オン・オフ）動作により生じる電圧・電流の脈動を抑制するために設けられている。
　電力変換装置１１は、制御回路（不図示）と、ドライバ回路（不図示）と、信号コネクタ２６（図２参照）とを備えている。信号コネクタ２６は、車両側の制御装置から指令を受けたり、あるいは車両側の制御装置に回転電機ユニット１０の状態を表すデータを送信する。制御回路は、信号コネクタ２６から入力される指令に基づいて回転電機１２の制御量を演算し、電動機として運転するか発電機として運転するかを決定する。制御回路は、この決定結果に基づいて制御パルスを発生し、その制御パルスをドライバ回路へ供給する。ドライバ回路は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４を制御するための駆動パルスを発生する。
　図２は、回転電機ユニット１０の外観斜視図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の反対側から見た回転電機ユニット１０の外観斜視図である。図２に示すように、回転電機ユニット１０は、回転電機１２と、回転電機１２を駆動する電力変換装置１１とが、一つのハウジング２０により一体的に保持されている。
　ハウジング２０は、電力変換装置１１を収容保持する箱状部２１と、回転電機１２を収容保持する円筒状部２２とを有している。円筒状部２２は、円筒状の筒部２２ａと、筒部２２ａの軸方向一端を閉止するフロントブラケット２２ｂと、筒部２２ａの軸方向他端を閉止するリヤブラケット２２ｃとを有している。フロントブラケット２２ｂには、車両のエンジンまたはトランスミッションやギアボックスなどに取り付けられるようフランジ２２ｆが設けられている。フロントブラケット２２ｂの中央からは回転軸１４０が突出している。
　箱状部２１は、筒部２２ａの外周面に一体的に固着されている。箱状部２１は、内部に電力変換装置１１を構成する各制御基板が配置される収容空間を有している。電力変換装置１１は、車両に搭載されるバッテリ１３の直流回路と接続されるパワーコネクタ（正極側および負極側の電極端子）２５と、車両側制御装置と接続される信号コネクタ２６とを備えている。パワーコネクタ２５および信号コネクタ２６は、箱状部２１の側板の開口部に配置される。
　図３は、本発明の第１の実施の形態に係る回転電機１００の構成を示す斜視図である。なお、図３では、図示上側のロータ１３０は分解された状態を示し、図示下側のロータ１３０は組み付けられた状態を示している。本実施の形態の回転電機１００は、ネオジウムなどの永久磁石内蔵型の三相同期電動機であり、一対のロータ（回転子）１３０の間に所定の空隙（アキシャルギャップ）を介してステータ（固定子）１１０を挟み込んだ構造を有する２ロータ１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機であり、ステータ１１０およびロータ１３０が、回転軸１４０の軸方向に沿って並べて配置されている。
　回転電機１００は、回転軸１４０と、回転軸１４０に固着された一対のロータ１３０と、一対のロータ１３０間に配置されたステータ１１０と、ステータ１１０を保持する保持部材１１３とを備えている。一対のロータ１３０、ステータ１１０および保持部材１１３は、上述した円筒状部２２内に収容保持されている。
　一対のロータ１３０は、回転軸１４０の軸方向（以下、単に軸方向とも記す）に所定の間隔をあけて、互いに対向して配置されている。一対のロータ１３０は、それぞれ同様の形状とされているため、一方のロータ１３０を代表して説明する。ロータ１３０は、中心に回転軸１４０が挿通される軸孔１３３が設けられている。ロータ１３０は、軸孔１３３に回転軸１４０が挿入され、固定されることで、回転軸１４０と一体となっている。
　ロータ１３０は、円板状の構造材１３１と、８個の永久磁石（以下、単に磁石１３２と記す）を備えている。構造材１３１には、磁石１３２が嵌合される凹部１３４が、回転軸１４０の周方向（以下、単に周方向とも記す）に沿って、等間隔に配設されている。各凹部１３４には、磁石１３２が嵌着されている。磁石１３２は、軸方向に磁化されており、軸方向の一方の側がＳ極とされ、他方の側がＮ極とされている。磁石１３２は、周方向に隣り合う磁極が交互に逆向きとなるように、すなわち、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，・・・となるように配置されている。
　図示上側のロータ１３０の磁石１３２と図示下側のロータ１３０の磁石１３２とは、軸方向から見たときに、周方向に同一位置に、かつ、同一形状で配置されている。
　ステータ１１０は、周方向に沿って等間隔に配置される複数のステータコア（以下、単にコア１１１と記す）と、各コア１１１に装着された第１のステータコイル（以下、単に第１コイル１１２と記す）および第２のステータコイル（以下、単に第２コイル１２０と記す）とを有している。
　複数のコア１１１は、周方向に沿って等間隔に配置され、保持部材１１３によって保持されている。コア１１１がティース１１１ｔとして構成され、コア１１１間がスロット１１１ｓとして構成される。つまり、ステータ１１０は、ティース１１１ｔとスロット１１１ｓとが円周方向に交互に複数配置されている。保持部材１１３は、円環状の平板部材であり、コア１１１が挿着される開口部（不図示）を有している。保持部材１１３はハウジング２０の円筒状の筒部２２ａの内周壁に、焼き嵌めや圧入により固着されている。フロントブラケット２２ｂおよびリヤブラケット２２ｃ（図２参照）には、軸受け（不図示）が設けられ、回転軸１４０は軸受によって回転可能に保持されている。
　コア１１１は、アモルファス金属からなるアモルファス箔帯や電磁鋼板などの磁性薄板が回転軸１４０の径方向（以下、単に径方向とも記す）に積層されてなり、略直方体形状を呈している。なお、コア１１１は、圧粉磁心等の軟磁性材料から形成することもできる。
　本実施の形態では、コア１１１は、軸方向中央部で保持部材１１３により保持され、保持部材１１３から軸方向一方側および軸方向他方側に突出している。保持部材１１３から突出しているコア１１１の軸方向一方側および軸方向他方側のそれぞれに、第１コイル１１２および第２コイル１２０が装着されている。
　図４は、ステータ１１０の一部を示す斜視図である。図５（ａ）は第２コイル１２０を示す図であり、図５（ｂ）は第２コイル１２０が装着されていない状態のステータ１１０の一部を示す斜視図である。図４および図５では、保持部材１１３から突出しているコア１１１の軸方向一方側に巻回される第１コイル１１２および第２コイル１２０について示し、保持部材１１３から突出しているコア１１１の軸方向他方側に巻回される第１コイル１１２および第２コイル１２０については、軸方向一方側と同様の構成であるため、省略している。
　図４および図５（ｂ）に示すように、第１コイル１１２は保持部材１１３の端面から軸方向に所定距離に亘って集中巻きで巻回され、コア１１１の端部は第１コイル１１２から突出している。この突出している部分を、以下では突出端部１１１ｅと記す。
　一のコア１１１に装着された第１コイル１１２の端線は、他のコア１１１に装着された第１コイル１１２の端線に結線されて、図１に示す三相の電機子巻線、すなわちＵ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗが形成される。
　図１に示すように、Ｕ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗは、一端が中性点１８Ｎに接続され、他端が回転電機１２の交流端子１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗに接続される。回転電機１２の交流端子１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗは、交流ケーブル１９を介して電力変換装置１１の交流端子１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗに接続されている。三相の電機子巻線に電力変換装置１１から交流電力が供給され、回転磁界が形成されることで、ロータ１３０が回転駆動する。
　図５（ａ）に示すように、第２コイル１２０は、ロータ１３０の回転による磁石１３２の移動に応じてティース１１１ｔの外周に沿って誘導電流がループして流れるように、始端と終端とが短絡されている。第２コイル１２０は、各コア１１１の突出端部１１１ｅに装着される巻線部１２０ａと、巻線部１２０ａ同士を接続する接続部１２０ｂとを有し、全体としてリング状を呈している。巻線部１２０ａは、１回あるいは複数回、コア１１１の突出端部１１１ｅに巻回されてなる。第２コイル１２０は、１本の導線を曲げ加工して形成してもよいし、複数の巻線部１２０ａを形成し、その後、各巻線部１２０ａ同士の始端と終端を接続部１２０ｂで接続することで形成してもよい。なお、第２コイル１２０は、絶縁膜で外周が覆われている。
　以下、第２コイル１２０を設けたことによる作用効果について、第２コイル１２０を設けない例（以下、比較例と記す）と比較して説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、比較例において、回転するロータ１３０の磁石１３２と、ステータ１１０のティース１１１ｔとの位置関係の変化を模式的に示す側面図である。図６（ｄ）はロータ１３０が回転することによりＵ相巻線を鎖交する磁束（以下、コイル鎖交磁束φと記す）の変化を示す模式図であり、横軸は電気角θを表している。図６（ｄ）に示す点Ａ０，Ｂ０，Ｃ０は、図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）のそれぞれの位置における鎖交磁束φを表している。図６（ｅ）は、ロータ１３０の回転によって、磁石１３２の磁束φｍが第１コイル１１２に鎖交することによって生成されるＵ相の無負荷誘起電圧の変化を示す模式図であり、横軸は電気角θを表している。
　図６（ａ）～図６（ｃ）に示すように、ロータ１３０が図示Ｒ方向に回転すると、軸方向から見たときに磁石１３２がティース１１１ｔに重なり、通過することで、コイル鎖交磁束φが図６（ｄ）に示すように変化する。なお、軸方向から見たときに磁石１３２とティース１１１ｔが重なる領域の面積を、以下では重なり量と記す。
　磁石１３２がティース１１１ｔに近づき（図６（ａ）および図６（ｄ）の点Ａ０参照）、軸方向から見たときに磁石１３２がティース１１１ｔに重なり始めると（図６（ｂ）および図６（ｄ）の点Ｂ０参照）、コイル鎖交磁束φが急激に増加する。その後、重なり量に変化が無い状態となるが、磁石１３２の端部で磁束の漏れが生じているので、鎖交磁束φは、一定とはならずに緩やかに変化する。磁石１３２とティース１１１ｔの重なり量が減り始めると（図６（ｃ）および図６（ｄ）の点Ｃ０参照）、コイル鎖交磁束φが急激に減少する。
　第１コイル１１２での誘起電圧は、コイル鎖交磁束φの微分値に比例する（∝－ｄφ／ｄｔ）ため、Ｕ相の無負荷誘起電圧の波形は、図６（ｅ）に示すように、矩形波状になる。これは、誘起電圧波形に多くの高調波成分が重畳されているためである。なお、Ｖ相やＷ相の無負荷誘起電圧の波形も同様の形状となる。高調波成分は、振動や騒音、モータ効率の低下の原因となるため、誘起電圧波形は、できる限り正弦波形状に近づけることが好ましい。
　本願発明者は、鎖交磁束φが急激に増減する領域（電気角範囲）に着目し、鎖交磁束φが急激に増減することを抑制するために、磁石１３２の移動に伴って誘導電流が流れる第２コイル１２０を設け、鎖交磁束φに影響を与える磁束φｇを生成することで、比較例に比べて誘起電圧波形を正弦波状に近づける構成を見出した。
　図７（ａ）および図７（ｂ）は、本実施の形態において、回転するロータ１３０の磁石１３２と、ステータ１１０のティース１１１ｔとの位置関係の変化を模式的に示す斜視図である。図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、本実施の形態において、回転するロータ１３０の磁石１３２と、ステータ１１０のティース１１１ｔとの位置関係の変化を模式的に示す側面図である。図８（ｄ）はロータ１３０が回転することによりＵ相巻線を鎖交する磁束、すなわちコイル鎖交磁束φの変化を示す模式図であり、横軸は電気角θを表している。図８（ｄ）に示す点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）のそれぞれの位置における鎖交磁束φを表している。図８（ｅ）は、ロータ１３０の回転によって、磁石１３２の磁束φｍが第１コイル１１２に鎖交することによって生成されるＵ相の無負荷誘起電圧の変化を示す模式図であり、横軸は電気角θを表している。
　磁石１３２がティース１１１ｔに近づき（図８（ａ）および図８（ｄ）の点Ａ１参照）、軸方向から見たときに磁石１３２がティース１１１ｔに重なり始めると（図７（ａ）および図８（ｂ）参照）、ティース１１１ｔを通過する磁石１３２の磁束φｍが急激に増加
する。
　ここで、磁石１３２の磁束φｍによりティース１１１ｔが磁化することに起因して、誘起電圧が発生すると、第２コイル１２０に誘導電流Ｉｇが発生する。第２コイル１２０に誘導電流Ｉｇが発生すると、第２コイル１２０には磁石１３２の磁束φｍと反対向きの磁束φｇが発生する。
　その後、第１コイル１１２を鎖交する磁石１３２の磁束φｍが増加から減少に転じると、第２コイル１２０に流れる誘導電流Ｉｇの向きが逆転する。磁石１３２とティース１１１ｔの重なり量が減り始めると（図７（ｂ）および図８（ｃ）参照）、ティース１１１ｔを通過する磁束φｍが急激に減少し、第２コイル１２０に流れる誘導電流Ｉｇが増加する。これにより、第２コイル１２０には磁石１３２の磁束φｍと同じ向きの磁束φｇが発生する。
　比較例では、磁石１３２とティース１１１ｔの重なり量が増加し始めた直後や、磁石１３２とティース１１１ｔの重なり量が減少し始めた直後において、誘起電圧波形が急激に変化していた。これに対して、本実施の形態では、重なり量が増加し始めるタイミングや、減少し始めるタイミング、すなわち重なり量が急激に変化する状況において第２コイル１２０で発生する磁束φｇが最大になるため、磁束φｇにより磁石磁束φｍの急激な増減の影響を抑制することができる。これにより、本実施の形態では、図８（ｄ）に示すように、鎖交磁束φの変化を正弦波状に近づけることができる。その結果、図８（ｅ）に示すように、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができる。
　図９は、本実施の形態に係る回転電機によるＵ相の誘起電圧波形ｗ１（実線）、および、比較例に係る回転電機によるＵ相の誘起電圧波形ｗ０（破線）を模式的に示した図である。図９に示すように、比較例では矩形状の誘起電圧波形であったが、本実施の形態では、誘起電圧の立上がりや立下りを緩やかに変化させることができるので、比較例に比べて誘起電圧波形を正弦波形状に近づけることができる。
　上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
　ティース１１１ｔとスロット１１１ｓとが円周方向に交互に複数配置されてなるステータ１１０と、回転軸１４０に固着され、ステータ１１０と空隙を介して配置されたロータ１３０と、ステータ１１０およびロータ１３０を収容するハウジング２０とを備え、ティース１１１ｔには、電力変換装置１１から電力が供給される第１コイル１１２と、始端と終端が短絡された第２コイル１２０とが装着されている。このような本実施の形態によれば、鎖交磁束φが急激に増減する領域（電気角範囲）において、第２コイル１２０により大きな磁束φｇを発生させることで、鎖交磁束φの変化を抑制することができるので、第２コイル１２０を備えていない比較例に比べて、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができる。その結果、振動や騒音を抑え、モータ効率の向上を図ることができる。また、本実施形態は、スキュー構造を採用する場合に比べて簡単な構造であるため、コストの増加を抑えつつ、誘起電圧波形を正弦波状に近づけることができる。
－第２の実施の形態－
　図１０～図１３を参照して第２の実施の形態に係る回転電機ユニットについて説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１０は第２の実施の形態に係る回転電機２００の構成を示す断面斜視図であり、図１１は第２の実施の形態に係るステータ２１０の斜視図である。
　第１の実施の形態では、ステータ１１０およびロータ１３０が軸方向に沿って並べて配置され、ステータ１１０とロータ１３０間に空隙としてのアキシャルギャップが形成されたアキシャルギャップ型回転電機（図３参照）を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。
　第２の実施の形態に係る回転電機は、ラジアルギャップ型回転電機である。回転電機２００は、回転軸２４０に固着されるロータ２３０がステータ２１０の径方向内側に配置され、ステータ２１０とロータ２３０間には、空隙としてのラジアルギャップが形成されている。
　ステータ２１０を構成する固定子鉄心は、円環形状の電磁鋼板が複数枚積層してなる。図１１に示すように、ステータ２１０には、軸方向に平行な複数のスロット２１１ｓが周方向に等間隔となるように形成されている。スロット２１１ｓ間にはティース２１１ｔが形成されている。つまり、ステータ２１０は、ティース２１１ｔとスロット２１１ｓとが円周方向に交互に複数配置されている。
　各ティース２１１ｔは環状のコアバック２１１ｂと一体となっている。各ティース２１１ｔには、絶縁性を有する材料からなるボビン２５０を介して第１コイル２１２が集中巻きで巻回されている。ボビン２５０は、コアバック２１１ｂに当接される鍔部２５０ｂと、鍔部２５０ｂから径方向に延在し、ティース２１１ｔの外周側面を覆う覆い部２５０ａとを有している。各ティース２１１ｔは、第１コイル２１２によって発生した回転磁界をロータ２３０に導き、ロータ２３０に回転トルクを発生させる働きをする。
　図１２はステータ２１０の一部を示す斜視図である。図１３（ａ）は第２コイル２２０を示す図であり、図１３（ｂ）は第２コイル２２０が装着されていない状態のステータ２１０の一部を示す斜視図である。図１２および図１３（ｂ）に示すように、第１コイル２１２はボビン２５０の鍔部２５０ｂの端面から径方向に所定距離に亘って集中巻きで巻回され、ティース２１１ｔの端部が第１コイル２１２から突出している。この突出している部分を、以下では突出端部２１１ｅと記す。
　一のティース２１１ｔに装着された第１コイル２１２の端線は、他のティース２１１ｔに装着された第１コイル２１２の端線に結線されて、図１に示すＵ相巻線１８Ｕ、Ｖ相巻線１８ＶおよびＷ相巻線１８Ｗが形成される。
　図１３（ａ）に示すように、第２コイル２２０は、ロータ２３０の回転による磁石の移動に応じてティース２１１ｔの外周に沿って誘導電流がループして流れるように、始端と終端とが短絡されている。第２コイル２２０は、各ティース２１１ｔの突出端部２１１ｅに装着される巻線部２２０ａと、巻線部２２０ａ同士を接続する接続部２２０ｂとを有し、全体としてリング状を呈している。巻線部２２０ａは、１回あるいは複数回、ティース２１１ｔの突出端部２１１ｅに巻回されてなる。第２コイル２２０は、１本の導線を曲げ加工して形成してもよいし、複数の巻線部２２０ａを形成し、その後、各巻線部２２０ａ同士の始端と終端を接続部２２０ｂで接続することで形成してもよい。なお、第２コイル２２０は、絶縁膜で外周が覆われている。
　このような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
　次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
　上述した実施の形態では、各ティース１１１ｔ，２１１ｔの突出端部１１１ｅ，２１１ｅに第２コイル１２０，２２０の巻線部１２０ａ，２２０ａが装着され、各巻線部１２０ａ，２２０ａが接続部１２０ｂ，２２０ｂで接続されている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、複数のティース１１１ｔ，２１１ｔのそれぞれに、第２コイルを装着してもよい。つまり、接続部１２０ｂ，２２０ｂを省略してもよい。
（変形例１－１）
　図１４を参照して、第１の実施の形態の第２コイル１２０に代えて、複数のティース１１１ｔのそれぞれに第２コイル１２０Ｖを装着した例について説明する。本変形例では、各巻線部１２０ａ同士は接続されておらず、複数のコア１１１のそれぞれに、第２コイル１２０Ｖが装着されている。ティース１１１ｔごとに一つずつ装着される第２コイル１２０Ｖは、１回あるいは複数回、巻回され、始端と終端とが短絡されている。このような変形例によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
（変形例１－２）
　図１５を参照して、第２の実施の形態の第２コイル２２０に代えて、複数のティース２１１ｔのそれぞれに第２コイル２２０Ｖを装着した例について説明する。本変形例では、各巻線部２２０ａ同士は接続されておらず、複数のティース２１１ｔのそれぞれに、第２コイル２２０Ｖが装着されている。ティース２１１ｔごとに一つずつ装着される第２コイル２２０Ｖは、１回あるいは複数回、巻回され、始端と終端とが短絡されている。このような変形例によれば、第２の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
（変形例１－３）
　Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線のうちのいずれか一つまたは２つが巻回されるティースにのみ第２コイルを装着してもよい。
（変形例１－４）
　Ｕ相巻線が巻回されるティースのそれぞれに巻線部を装着し、接続部で接続したＵ相用第２コイルと、Ｖ相巻線が巻回されるティースのそれぞれに巻線部を装着し、接続部で接続したＶ相用第２コイルと、Ｗ相巻線が巻回されるティースのそれぞれに巻線部を装着し、接続部で接続したＷ相用第２コイルとを設けてもよい。
（変形例２）
　必要に応じて第２コイルに位相補償部３２５を設けてもよい。
（変形例２－１）
　図１６を参照して、第１の実施の形態において位相補償部３２５を設ける一例について説明する。本変形例では、Ｕ相巻線を構成する第１コイル１１２が装着されるティース１１１ｔの突出端部１１１ｅに装着される巻線部１２０ａに位相補償部３２５が設けられている。位相補償部３２５は、第２コイル１２０に直列で接続されるキャパシタで構成される。
　第１の実施の形態で説明した比較例では、次の過程を経て誘起電圧が発生する。
　（過程１）磁石１３２の磁束φｍによりティース１１１ｔが磁化する。
　（過程２）第１コイル１１２で誘起電圧が発生する。
　これに対して、第１の実施の形態では、次の過程を経て誘起電圧が発生する。
　（過程１）磁石１３２の磁束φｍによりティース１１１ｔが磁化する。
　（過程２）第２コイル１２０に誘導電流Ｉｇが発生する。
　（過程３）磁束φｇが発生し、鎖交磁束φが補正される。
　（過程４）第１コイル１１２で誘起電圧が発生する。
　したがって、誘起電圧が発生する過程が、比較例に比べて、第１の実施の形態の方が多くなる。このため、第１コイル１１２に発生する電圧と、第２コイル１２０に発生する電圧間に位相差が生じる場合がある。そこで、本変形例では、第２コイル１２０に、位相を補償するための位相補償部３２５を設けている。
　図１７は、キャパシタ容量Ｃとキャパシタ電圧Ｖｃとの関係を示す図である。横軸は周波数ｆを表し、縦軸はキャパシタ電圧Ｖｃを表している。グラフでは、３つの特性を示しており、最も容量Ｃが小さい特性Ｃ１を一点鎖線で示し、最も容量Ｃが大きい特性Ｃ３を破線で示し、容量Ｃが特性Ｃ１の容量と特性Ｃ３の容量の間にある特性Ｃ２を実線で示している。図示するように、キャパシタの容量Ｃを大きくするほど、キャパシタ電圧Ｖｃが小さくなる。したがって、位相補償部３２５による電圧の影響を小さくするために、位相補償部３２５を構成するキャパシタの容量Ｃはできる限り大きい方が望ましい。本実施の形態では、位相補償部３２５を設けることで回転電機ユニットのサイズが大きくならない程度に、キャパシタの容量Ｃをできる限り大きくしている。
　このように、必要に応じて位相補償部３２５を設けることで、第１コイル１１２に発生する電圧と第２コイル１２０に発生する電圧間の位相差を低減することができる。なお、位相補償部３２５は、Ｕ相巻線が巻回されたティース１１１ｔに装着される巻線部１２０ａにのみ設ける例について説明したが、Ｖ相巻線やＷ相巻線が巻回されたティース１１１ｔに装着される巻線部１２０ａに位相補償部３２５を設けてもよい。
（変形例２－２）
　図１８に示すように、上述した（変形例１－１）に係る回転電機ユニットにおいて、所定の第２コイル１２０Ｖに位相補償部３２５を設けるようにしてもよい。
（変形例２－３）
　図１９に示すように、上述した第２の実施の形態に係る回転電機ユニットにおいて、所定の巻線部２２０ａに位相補償部３２５を設けるようにしてもよい。
（変形例２－４）
　図２０に示すように、上述した（変形例１－２）に係る回転電機ユニットにおいて、所定の第２コイル２２０Ｖに位相補償部３２５を設けるようにしてもよい。
（変形例３）
　第２の実施の形態では、ロータ２３０がステータ２１０の径方向内側に配置されたインナーロータ型の回転電機２００について説明したが、ロータ２３０がステータ２１０の径方向外側に配置されたアウターロータ型の回転電機に本発明を適用してもよい。
（変形例４）
　上述した実施の形態では、ティース１１１ｔ，２１１ｔのロータ１３０，２３０側端部に第２コイル１２０，２２０を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。第２コイル１２０，２２０と第１コイル１１２，２１２の位置関係は上述した実施の形態に限定されず、たとえば、ティース１１１ｔの保持部材１１３側端部に第２コイル１２０を巻回してもよいし、ティース２１１ｔのコアバック２１１ｂ側端部に第２コイル２２０を巻回してもよい。
（変形例５）
　第１の実施の形態では、２ロータ１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。１ロータ１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機に本発明を適用することもできる。
（変形例６）
　ロータの種類は、上記した実施の形態に限定されない。たとえば、磁石１３２の代わりに、突極を有するロータを備えたスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）を採用してもよい。
　本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
１０　回転電機ユニット
１１　電力変換装置
１２　回転電機
１３　バッテリ
１４　インバータ回路
１５ａ，１５ｂ　ＩＧＢＴ
１６ａ，１６ｂ　フライホイールダイオード
１７　平滑コンデンサ
１８Ｎ　中性点
１８Ｕ　Ｕ相巻線
１８Ｖ　Ｖ相巻線
１８Ｗ　Ｗ相巻線
１９　交流ケーブル
２０　ハウジング
２１　箱状部
２２　円筒状部
２２ａ　筒部
２２ｂ　フロントブラケット
２２ｃ　リヤブラケット
２２ｆ　フランジ
２５　パワーコネクタ
２６　信号コネクタ
１００　回転電機
１１０　ステータ
１１１　コア
１１１ｅ　突出端部
１１１ｓ　スロット
１１１ｔ　ティース
１１２　第１コイル
１１３　保持部材
１２０，１２０Ｖ　第２コイル
１２０ａ　巻線部
１２０ｂ　接続部
１３０　ロータ
１３１　構造材
１３２　磁石
１３３　軸孔
１３４　凹部
１４０　回転軸
２００　回転電機
２１０　ステータ
２１１ｂ　コアバック
２１１ｅ　突出端部
２１１ｓ　スロット
２１１ｔ　ティース
２１２　第１コイル
２２０，２２０Ｖ　第２コイル
２２０ａ　巻線部
２２０ｂ　接続部
２３０　ロータ
２４０　回転軸
２５０　ボビン
２５０ａ　覆い部
２５０ｂ　鍔部
３２５　位相補償部

Claims (5)

  1. 　ティースとスロットとが円周方向に交互に複数配置されてなるステータと、
    　回転軸に固着され、前記ステータと空隙を介して配置されたロータと、
    　前記ステータおよび前記ロータを収容するハウジングとを備え、
    　前記ティースには、制御装置から電力が供給される第１ステータコイルと、始端と終端が短絡された第２ステータコイルとが装着されている回転電機。
  2. 　請求項１に記載の回転電機において、
    　前記第２ステータコイルには、位相を補償する位相補償部が設けられている回転電機。
  3. 　請求項１または２に記載の回転電機において、
    　前記ステータおよび前記ロータは、前記回転軸の軸方向に沿って並べて配置され、
    　前記ステータと前記ロータ間には、前記空隙としてのアキシャルギャップが形成されている回転電機。
  4. 　請求項１または２に記載の回転電機において、
    　前記ロータは、前記ステータの径方向内側、または径方向外側に配置され、
    　前記ステータと前記ロータ間には、前記空隙としてのラジアルギャップが形成されている回転電機。
  5. 　請求項１または２に記載の回転電機において、
    　前記回転電機と、前記回転電機を駆動する電力変換装置とが、前記ハウジングにより一体的に保持されている回転電機。
PCT/JP2015/068118 2014-06-24 2015-06-24 回転電機 WO2015199105A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016529616A JPWO2015199105A1 (ja) 2014-06-24 2015-06-24 回転電機

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014129001 2014-06-24
JP2014-129001 2014-06-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015199105A1 true WO2015199105A1 (ja) 2015-12-30

Family

ID=54938185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/068118 WO2015199105A1 (ja) 2014-06-24 2015-06-24 回転電機

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2015199105A1 (ja)
WO (1) WO2015199105A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017200416A (ja) * 2016-04-25 2017-11-02 株式会社空 回転電機

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5648277U (ja) * 1980-09-03 1981-04-28
JP2006288081A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Fujitsu General Ltd アキシャルギャップ型電動機

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6965183B2 (en) * 2003-05-27 2005-11-15 Pratt & Whitney Canada Corp. Architecture for electric machine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5648277U (ja) * 1980-09-03 1981-04-28
JP2006288081A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Fujitsu General Ltd アキシャルギャップ型電動機

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017200416A (ja) * 2016-04-25 2017-11-02 株式会社空 回転電機

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2015199105A1 (ja) 2017-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7095731B2 (ja) 回転電機
JP5730736B2 (ja) 永久磁石式回転電機および永久磁石式回転電機を備えた車両
JP6585826B2 (ja) 回転電機の固定子及びそれを用いた回転電機
US8896178B2 (en) Synchronous electric motor drive system having slit windings
WO2013145976A1 (ja) 回転電機のステータ構造
US9227518B2 (en) Rotary electric machine and in-vehicle rotary electric machine system
WO2020075416A1 (ja) 回転電機
JP2012222940A (ja) 回転電機及び回転電機駆動システム
JP2012222941A (ja) 回転電機
JP7113003B2 (ja) 回転電機の回転子及びこれを備えた回転電機
JP2014054094A (ja) モータ駆動システム
WO2014188757A1 (ja) 回転電機の回転子、回転電機、電動駆動システム、及び電動車両
JP6670767B2 (ja) 回転電機
JP5914618B2 (ja) 回転電機及び電気自動車
WO2015199105A1 (ja) 回転電機
JP5650276B2 (ja) 回転子及びこれを備えた回転電機
WO2013179491A1 (ja) 回転電機、回転電機用ステータおよび車両
WO2012168977A1 (ja) 回転電機
JP6626768B2 (ja) 回転電機の固定子、及びこれを備えた回転電機
JP5114354B2 (ja) 分割コアおよびそれを用いた回転電機
JP6926893B2 (ja) 回転電機
WO2014157049A1 (ja) 磁石式発電機
CN111033951A (zh) 无刷电机
JP2022180915A (ja) 電動駆動システム
JP2006014582A (ja) 永久磁石発電機

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15811084

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016529616

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15811084

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1