JP5754424B2 - Rotating electric machine stator - Google Patents
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Description
本発明は、ロータへ向けて突出する複数のティースが互いに間隔をおいて配列され、ティース間にスロットが形成されたステータコアと、スロット内を通ってティースに巻装されたコイルと、を備える回転電機のステータに関する。 The present invention provides a rotation including a stator core in which a plurality of teeth projecting toward a rotor are arranged at intervals and a slot is formed between the teeth, and a coil wound around the tooth through the slot. The present invention relates to an electric stator.
下記特許文献1の回転電機では、ロータに近接するコイルの先端部分を分割断面型の巻線部とすることで、コイルに鎖交する磁束の変動により発生する渦電流の低減を図っている。 In the rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1 described below, the tip portion of the coil that is close to the rotor is a split-section winding portion, thereby reducing eddy currents that are generated due to fluctuations in magnetic flux interlinking with the coil.
ステータとロータとの間で磁束を作用させる際に、ステータのティース内を流れる磁束が飽和してくると、磁束がティースから漏れ出し、隣接するティース間(スロット内)に位置するコイルを流れ出すようになる。このティース間のコイルを流れる漏れ磁束が変動すると、コイルに渦電流が発生する。 When the magnetic flux acts between the stator and the rotor, if the magnetic flux flowing in the stator teeth saturates, the magnetic flux leaks from the teeth and flows out through the coil located between adjacent teeth (in the slot). become. When the leakage magnetic flux flowing through the coil between the teeth fluctuates, an eddy current is generated in the coil.
特許文献1では、コイルを複数の領域に分割した分割断面型の巻線とすることで、渦電流の低減を図っている。しかし、ティース間のコイルを流れる漏れ磁束が変動すると、分割された各領域に発生する渦電流によって、コイル内を循環する循環電流が発生し、この循環電流による損失が発生する。 In Patent Document 1, an eddy current is reduced by using a winding having a divided cross-sectional shape in which a coil is divided into a plurality of regions. However, when the leakage magnetic flux flowing through the coil between the teeth fluctuates, a circulating current circulating in the coil is generated by the eddy current generated in each divided region, and a loss due to this circulating current occurs.
本発明に係る回転電機のステータは、ティース間のコイルを流れる漏れ磁束の変動によりコイル内に循環電流が発生するのを抑制し、この循環電流による損失を抑制することを目的とする。 The stator of the rotating electrical machine according to the present invention aims to suppress the generation of a circulating current in the coil due to the fluctuation of the leakage magnetic flux flowing through the coil between the teeth, and to suppress the loss due to the circulating current.
本発明に係る回転電機のステータは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。 The stator of the rotating electrical machine according to the present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.
本発明に係る回転電機のステータは、ロータへ向けて突出する複数のティースが互いに間隔をおいて配列され、ティース間にスロットが形成されたステータコアと、スロット内を通ってティースに巻装されたコイルと、を備える回転電機のステータであって、コイルは、複数の素線を集合させた集合導体をスロット内に有し、集合導体がスロット内でティース突出方向に重ねられてティースに巻装されており、前記ティース突出方向に重ねられた集合導体におけるティース先端側及びティース根本側の集合導体のうち、ティース先端側の集合導体だけが、180°捩じられることで複数の素線の配置が180°転位する位相反転がスロット内で繰り返され、前記ティース先端側の集合導体は、スロットの一端と他端とで複数の素線の配置が等しく、スロットの一端と他端間に複数の素線の前記位相反転箇所を奇数箇所有することを要旨とする。
In the stator of the rotating electrical machine according to the present invention, a plurality of teeth protruding toward the rotor are arranged at intervals from each other, and a stator core having slots formed between the teeth, and the teeth are wound around the slots. A coil having a collective conductor in which a plurality of strands are assembled in a slot, and the collective conductor is overlapped in the teeth projecting direction in the slot and wound around the tooth. Among the assembly conductors on the teeth tip side and the teeth root side of the assembly conductors stacked in the teeth projecting direction, only the assembly conductor on the teeth tip side is twisted by 180 ° to dispose a plurality of strands. The phase inversion of 180 ° is repeated within the slot, and the aggregate conductor on the tip end side of the teeth has the same arrangement of a plurality of strands at one end and the other end of the slot. In addition, the gist of the invention is that the phase inversion portions of a plurality of strands are odd-numbered between one end and the other end of the slot.
本発明によれば、ティース間の漏れ磁束の変動により集合導体に渦電流が発生しても、スロット内全体で素線に流れる渦電流が互いに打ち消しあう。その結果、集合導体に循環電流が発生するのを抑制することができ、循環電流による損失を抑制することができる。 According to the present invention, even if an eddy current is generated in the collective conductor due to the fluctuation of the leakage magnetic flux between the teeth, the eddy currents flowing through the wires in the entire slot cancel each other. As a result, generation of a circulating current in the collective conductor can be suppressed, and loss due to the circulating current can be suppressed.
以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1〜4は本発明の実施形態に係るステータを備える回転電機の概略構成を示す図である。図1はステータ軸あるいはロータ回転軸(以下単に回転軸とする)方向から見たステータ12及びロータ14の概略構成図を示し、図2は回転軸と直交する方向から見たステータ12及びロータ14の概略構成図を示し、図3は回転軸方向から見たステータ12の概略構成図を示し、図4は回転軸と直交する方向から見たステータ12の概略構成図を示す。本実施形態に係る回転電機は、回転が固定されたステータ12と、ステータ12に対し相対回転可能なロータ14と、を備える。図1,2に示す例では、回転軸と直交する径方向においてステータ12とロータ14が所定の微小空隙を空けて対向配置され、ロータ14がステータ12の内周側に配置されている。
1-4 is a figure which shows schematic structure of a rotary electric machine provided with the stator which concerns on embodiment of this invention. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the
ロータ14は、ロータコア31と、ロータコア31にその周方向に沿って配設された複数の永久磁石32と、を含む。ステータ12は、ステータコア21と、ステータコア21に配設された複数相(例えば3相)のコイル22と、を含む。ステータコア21には、ロータ14へ向けて径方向内側に突出する複数のティース23が回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて(等間隔で)配列されており、周方向に隣接するティース23間には、スロット24が回転軸方向に沿って延びて形成されている。図1,2に示す例では、各ティース23の突出方向は径方向に一致し、複数のティース23の配列方向は周方向に一致し、スロット24の延設方向は回転軸方向に一致する。コイル22がティース23間のスロット24を通ってティース23に例えば分布巻等の巻装方式で巻装されることで、ステータ12に磁極が構成される。
The
図3,4に示すように、コイル22は、複数の素線(細線)44を集合させて接合した集合導体42をスロット24内に有し、スロット24内を回転軸方向に沿って延びる集合導体42が径方向(ティース突出方向)に複数重ねられてティース23に巻装されている。図3では、ティース23及びコイル22を周方向に関して部分的に図示しているが、図示を省略している部分の構成は、図示している部分と同様の構成で実現可能である。各素線44は、導体線と、導体線の外周を覆う絶縁体層とを含んで構成され、スロット24内では絶縁体層により電気的に互いに絶縁され、スロット24の外部で電気的に接続される。このように、素線44を集合させた(太断面線で分割した)集合導体42を単位として各スロット24内に配置されるコイルターンが形成される。そして、各コイルターン(集合導体42)毎に部品構成されており、各コイルターン間は例えば溶接等により接合されている。図3,4に示す例では、スロット24内には、集合導体42が径方向に沿って一列に4層並んで配置されている。なお、図3,4に示す例では、4層の集合導体42が径方向に並べられているが、径方向に並べる集合導体42の数については任意に設定可能である。また、図3,4に示す例では、集合導体42を構成する素線44の数が、(周方向に4本)×(径方向に4本)で、計16本であるが、集合導体42を構成する素線44の数についても任意に設定可能である。また、スロット24の外部では、コイル22を必ずしも集合導体42で構成する必要はない。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
本実施形態では、図4に示すように、集合導体42は、スロット24の一端24aから他端24eへ向かうにつれて、その中心軸まわりに捩じられている(撚られている)ことで、各素線44の配置が転位している。さらに、回転軸方向におけるスロット24の一端24aと他端24e間を延びる集合導体42は、スロット24内において、複数の素線44の配置が奇数回位相反転している。この場合における素線44の位相反転とは、集合導体42の中心軸に対して素線44が180°点対称の位置に移動した状態をいう。図4に示すように、集合導体42は、スロット24の一端24aと他端24eとで、複数の素線44の配置が等しい(同相である)。そして、スロット24の一端24aと他端24e間の回転軸方向距離をLとすると、スロット24の一端24aから回転軸方向距離L/4のスロット位置24bでは、スロット24の一端24aと比較して、集合導体42が180°捩じられていることで、複数の素線44の配置が180°位相反転している。そして、スロット24の一端24aから回転軸方向距離L/2のスロット位置(中央位置)24cでは、スロット位置24bと比較して、集合導体42が180°捩じられていることで、複数の素線44の配置が180°位相反転している。さらに、スロット24の一端24aから回転軸方向距離3×L/4のスロット位置24dでは、スロット位置24cと比較して、集合導体42が180°捩じられていることで、複数の素線44の配置が180°位相反転している。さらに、集合導体42は、スロット位置24dからスロット24の他端24eにかけて、180°捩じられている。図4では、最も径方向内側の(最もロータ14に近い)集合導体42のみ、素線44の構成を図示しているが、図示を省略している他の集合導体42における素線44の構成についても、図示している部分と同様の構成で実現可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
このように、集合導体42は、スロット24内において捩じられ、各素線44の配置がスロット24内で異なる位置に転位している。さらに、集合導体42は、複数の素線44の位相反転箇所をスロット24内に奇数箇所(図4に示す例ではスロット位置24b,24c,24dの3箇所)有する。ただし、同コイルターン(集合導体42)内で各素線44の配置を転位(位相反転)させ、異なるコイルターン(集合導体42)間では各素線44の配置を転位(位相反転)させない。また、スロット24内でのみ各素線44の配置を転位させ、スロット24外では各素線44の配置を転位させない。さらに、集合導体42においては、複数の素線44の位相反転箇所間の距離(スロット位置24b,24c,24d間の距離)が均等であることが好ましい。また、図4に示す例では、集合導体42を構成する各素線44の配置のスロット24内での位相反転回数が3回であるが、集合導体42を構成する各素線44の配置のスロット24内での位相反転回数については、例えば1回や5回等、奇数回を満たす範囲で任意に設定可能である。
As described above, the
回転電機では、複数相(3相)のコイル22に交流電流を流すことで、各ティース23が順次磁化され、周方向に回転する回転磁界がステータ12に形成される。そして、ステータ12に発生した回転磁界とロータ14の永久磁石32で発生した界磁束との電磁気相互作用(吸引及び反発作用)により、ロータ14にトルク(磁石トルク)を作用させてロータ14を回転駆動することができる。このように、回転電機を、コイル22への供給電力を利用してロータ14に動力を発生させる電動機として機能させることができる。一方、回転電機を、ロータ14の動力を利用してコイル22に電力を発生させる発電機として機能させることもできる。また、ロータ14は、永久磁石32が設けられた構成に限られるものではなく、例えばコイルが設けられた構成や、磁気抵抗の変化によりリラクタンストルクを利用する構成であってもよい。
In the rotating electrical machine, each
ステータ12とロータ14との間にトルクを作用させる際には、ステータ12とロータ14との間で磁束が作用し、磁束がティース23内を径方向に流れる。ただし、ティース23内を流れる磁束が飽和してくると、磁束がティース23から漏れ出し、隣接するティース23間(スロット24内)を周方向に流れ出すようになる。特に、ロータ14のトルクが大きい場合には、ティース23内を流れる磁束が飽和しやすくなり、磁束がティース23間を周方向に流れやすくなる。このティース23間の漏れ磁束は、集合導体42(各素線44)内を周方向に流れる。そして、ティース23間の集合導体42を流れる漏れ磁束が変動すると、各素線44に渦電流が発生し、これにより集合導体42に循環電流が発生することで、この循環電流による損失が発生する。
When torque is applied between the
これに対して本実施形態では、集合導体42はスロット24内において捩じられ、各素線44の配置がスロット24内で異なる位置に転位している。その結果、ティース23間の漏れ磁束の変動により各素線44に発生する渦電流の向きも同時に変わり、スロット24内全体(スロット24の一端24aと他端24e間)で考えると渦電流が互いに打ち消し合う。例えば図4に示すように、スロット24の一端24aとスロット位置24b間の素線aに流れる渦電流46aの向きと、スロット位置24bとスロット位置24c間の素線aに流れる渦電流46bの向きが逆転し、互いに打ち消しあう。そして、スロット位置24cとスロット位置24d間の素線aに流れる渦電流46cの向きと、スロット位置24dとスロット24の他端24e間の素線aに流れる渦電流46dの向きが逆転し、互いに打ち消しあう。このように、スロット位置24b,24c,24d(位相反転箇所)前後で素線に流れる渦電流の向きが逆転し、スロット24内全体で素線aに流れる渦電流が互いに打ち消し合う。そして、他の素線についても、スロット24内全体で考えると渦電流が互いに打ち消し合う。その結果、集合導体42に循環電流が発生するのを抑制することができ、循環電流による損失を抑制することができる。さらに、素線44内を循環する電流の閉ループが小さくなるため、複数の素線44の位相反転箇所間の距離(スロット位置24b,24c,24d間の距離)が均等でない場合であっても、循環電流による損失を小さくすることができる。
On the other hand, in this embodiment, the
以上の実施形態では、径方向に並べられた集合導体42の必ずしもすべてについて、各素線44の配置をスロット24内で位相反転させる必要はない。例えばロータ14との距離が近い径方向内側(ティース先端側)の集合導体42についてだけ、各素線44の配置をスロット24内で奇数回位相反転させ、ロータ14から離れる径方向外側(ティース根元側)の集合導体42については、各素線44の配置をスロット24内で位相反転させないことも可能である。
In the above embodiment, it is not necessary to reverse the phase of the arrangement of the
以上の実施形態では、コイル22を分布巻でティース23に巻装した場合について説明したが、コイル22を分布巻以外の巻装方式、例えば集中巻でティース23に巻装することも可能である。
In the above embodiment, the case where the
以上の実施形態では、本発明をラジアル型の回転電機に適用した場合について説明したが、本発明をアキシャル型の回転電機に適用することも可能である。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a radial type rotating electric machine has been described. However, the present invention can also be applied to an axial type rotating electric machine.
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
12 ステータ、14 ロータ、21 ステータコア、22 コイル、23 ティース、24 スロット、31 ロータコア、32 永久磁石、42 集合導体、44 素線。 12 stators, 14 rotors, 21 stator cores, 22 coils, 23 teeth, 24 slots, 31 rotor cores, 32 permanent magnets, 42 collective conductors, 44 strands.
Claims (1)
スロット内を通ってティースに巻装されたコイルと、
を備える回転電機のステータであって、
コイルは、複数の素線を集合させた集合導体をスロット内に有し、集合導体がスロット内でティース突出方向に重ねられてティースに巻装されており、
前記ティース突出方向に重ねられた集合導体におけるティース先端側及びティース根本側の集合導体のうち、ティース先端側の集合導体だけが、180°捩じられることで複数の素線の配置が180°転位する位相反転がスロット内で繰り返され、
前記ティース先端側の集合導体は、スロットの一端と他端とで複数の素線の配置が等しく、スロットの一端と他端間に複数の素線の前記位相反転箇所を奇数箇所有する、回転電機のステータ。 A plurality of teeth protruding toward the rotor are arranged at intervals, and a stator core having slots formed between the teeth;
A coil wound around the teeth through the slot;
A stator of a rotating electric machine comprising:
The coil has an assembly conductor in which a plurality of strands are assembled in a slot, and the assembly conductor is overlapped in the teeth protruding direction in the slot and wound around the teeth.
Of the collective conductors on the tooth tip side and the root side of the collective conductors stacked in the teeth protruding direction, only the collective conductor on the tooth tip side is twisted by 180 ° so that the arrangement of the plurality of strands is shifted by 180 °. Phase inversion is repeated in the slot,
The assembly conductor on the tip end side of the teeth has the same arrangement of a plurality of strands at one end and the other end of the slot, and has the odd number of the phase inversion portions of the plurality of strands between the one end and the other end of the slot. Stator.
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