JP2009213257A - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ、発電機、スタータジェネレータなどの回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine such as a motor, a generator, and a starter generator.
車両用補機の電動化に伴う負荷増大と、取り付けスペースの狭小化により、車両用交流発電機の小形化と高出力化が望まれている。車両用交流発電機の高出力化のためには、例えば、固定子巻線で発生する銅損を低減する方法がある。回転電機の固定子として、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。 Due to the increase in load accompanying the electrification of vehicular auxiliary machines and the reduction of the mounting space, it is desired to reduce the size and increase the output of the vehicular AC generator. In order to increase the output of the vehicle alternator, for example, there is a method of reducing copper loss generated in the stator winding. As a stator of a rotating electrical machine, for example, there is one described in Patent Document 1.
しかしながら、上述した回転電機の固定子では、固定子磁極毎に固定子巻線を巻回する必要があり、コイルの巻回に手間がかかり、生産性が悪かった。 However, in the stator of the rotating electric machine described above, it is necessary to wind a stator winding for each stator magnetic pole, and it takes time and effort to wind the coil, resulting in poor productivity.
本発明による回転電機では、固定子巻線が巻回された固定子磁極が円周方向に複数配置された固定子と、固定子と空隙を介して対向し、円周方向に所定間隔で極性を配置した回転子とを備える回転電機において、固定子巻線の巻回数を、各固定子磁極の位置に応じて異ならせた。
また、固定子巻線が巻回された固定子磁極と、固定子巻線が巻回されていない固定子磁極とを円周方向に配置させるようにしても良い。
さらにまた、固定子コアに配置された複数のスロットの全てに巻線が挿入されるように、複数の固定子磁極の一部に巻線を巻回すようにしても良い。
In the rotating electrical machine according to the present invention, a plurality of stator magnetic poles around which the stator winding is wound are opposed to each other in the circumferential direction, and the stator is opposed to the stator via a gap, and polarities are provided at predetermined intervals in the circumferential direction. In the rotating electrical machine including the rotor arranged with the number of turns, the number of turns of the stator winding is varied according to the position of each stator magnetic pole.
Further, the stator magnetic pole around which the stator winding is wound and the stator magnetic pole around which the stator winding is not wound may be arranged in the circumferential direction.
Furthermore, the winding may be wound around a part of the plurality of stator magnetic poles so that the winding is inserted into all of the plurality of slots arranged in the stator core.
本発明によれば、巻線作業が簡易化され、生産性が向上する。 According to the present invention, winding work is simplified and productivity is improved.
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図であって、車両用交流発電機１００の構成を示す断面図である。図２は回転子３と固定子４とをリア側から見た斜視図であり、図３は回転子３の斜視図、図４は固定子４の斜視図である。また、図５は整流回路の一例を示す図である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
-First embodiment-
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing a configuration of a
回転子３が設けられたシャフト１７の先端にはプーリ１が取り付けられており、このプーリ１と不図示のエンジンの駆動軸に取り付けられたプーリとの間にはベルトが架け回されている。シャフト１７は、フロントブラケット１４に設けられたベアリング２Ｆとリアブラケット１５に設けられたベアリング２Ｒとにより回転可能に支持されている。回転子３と僅かなギャップを介して対向配置される固定子４は、フロントブラケット１４とリアブラケット１５によって挟持されるように保持されている。
A pulley 1 is attached to the tip of a
本実施の形態では、回転子３は図３に示すようなルンデル型回転子（爪磁極型回転子）を構成しているが、ルンデル型以外の形式の回転子３を用いても良い。回転子３には、プーリ１が設けられた前側から後側へと延びる爪形磁極３０ａと、後側から前側に向かって延びる爪形磁極３０ｂとが周方向に交互に形成されている。爪形磁極３０ａ，３０ｂの内側の円筒部３１には界磁巻線１２が巻回されている。シャフト１７の後端には界磁巻線１２に給電するためのスリップリング９が設けられている。このスリップリング９に接触するブラシ８を介して車両に搭載されたバッテリーから界磁巻線１２に界磁電流が給電されると、磁束が発生する。
In the present embodiment, the
爪形磁極３０ａと爪形磁極３０ｂとの間には永久磁石１６が配置されている。この永久磁石１６は、界磁巻線１２による磁束に対してさらに磁束を増加させる補助励磁の役目を果たすものであり、必要性能に応じて省略することができる。永久磁石１６にはフェライト磁石やネオジウム磁石などが用いられる。爪形磁極３０ａ，３０ｂには、回転方向の後ろ側にベベルと呼ぶ切り欠き部が設けられている。これにより、固定子磁極間の磁気変動が滑らかになり、磁気騒音を低減することが可能となる。
A
回転子３の前後端面には、回転子３と同期して回転する冷却用のフロントファン７Ｆおよびリアファン７Ｒが設けられている。ファン７Ｆ，７Ｒの外径側には、固定子巻線５のコイルエンドが配置されている。図２に示すように、リアファン７Ｒは冷却風を軸中心から外周方向へと送風するファンを構成しており、この冷却風によって固定子巻線５のコイルエンド部分が冷却されることになる。図２では見えないが、フロントファン７Ｆもリアファン７Ｒと同様の構成をしている。なお、図３ではフロントファン７Ｆおよびリアファン７Ｒの図示を省略した。
On the front and rear end faces of the
固定子巻線５はＵ，Ｖ，Ｗの三相巻線で構成されており、図４に示すように６個の巻線５Ｕ１，５Ｕ２，５Ｖ１，５Ｖ２，５Ｗ１，５Ｗ２から成る。図５に示すように、それぞれの巻線の口出し線は、整流回路１１に接続されている。整流回路１１はダイオード等の整流素子により構成される。例えば、ダイオードを用いた場合、ダイオードのカソード端子はターミナル６に接続され、アノード側の端子は車両用交流発電機本体に電気的に接続される。なお、冷却のため風穴が設けられたリアカバー１０は、整流回路１１の保護カバーの役割を果たしている。整流回路１１で全波整流された後の直流電圧のプラス側は、ターミナル６と接続され、さらにバッテリー９９（図５参照）と接続されている。
The
図５は６つのダイオードを用いて全波整流を行う整流回路１１の構成を示したものである。Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各々において同相巻線は直列に接続され、それらは図５に示すように３相Ｙ結線で接続されている。固定子巻線５の反中性点側の端子は６個のダイオードＤ１＋〜Ｄ３−に接続されている。プラス側のダイオードのカソードは共通となっており、バッテリー９９のプラス端子に接続されている。マイナス側のダイオード端子のアノード側は同様にバッテリー９９のマイナス端子に接続されている。
FIG. 5 shows a configuration of a
バッテリー９９により界磁巻線１２に電流を流すと、図３に示す爪形磁極３０ａ，３０ｂは磁化される。この回転子３が固定子４に対して回転することにより固定子巻線５に３相の誘導起電力が発生する。発生した交流電力は、整流回路１１により全波整流されて直流電力となる。電圧調整器９８は、界磁巻線１２に流れる電流を調整して発電電圧を一定に保つために設けられたものであり、例えば、ＭＯＳＦＥＴが用いられる。制御回路９７は検出される発電電圧に応じて、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を調整する。例えば、回転数が低下して発電電圧が所定電圧値より低下した場合には界磁巻線１２の電流を増やし、逆に、高速回転時には界磁巻線１２の電流を減少する。このような構成とすることで、回転子３の回転速度が変化しても一定の出力電圧を得ることができる。
When a current is passed through the field winding 12 by the
次に、固定子４の構成を、図４および図６〜８を用いて説明する。図４に示すように、固定子４は固定子コア２１と固定子巻線５とから構成されている。固定子コア２１は、電磁鋼板を積層して構成されている。本実施の形態では、回転子３の極数は２０極で、固定子４の極数は１８極である。固定子コア２１にはティースと呼ばれる固定子磁極Ｔが、固定子コア２１の円周方向に１８個形成されている。一対の固定子磁極Ｔの間に形成される溝はスロットと呼ばれる。
Next, the structure of the
図４に示すように、固定子巻線５は、これらの固定子磁極Ｔに巻回されている。固定子巻線５は上述したようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線から成り、さらに、各Ｕ，Ｖ，Ｗ相の巻線は、機械角で１８０°ずれた（電気角で同位相）位置に配置される２つの巻線から成る。すなわち、Ｕ相巻線は、巻線５Ｕ１と、それに対して機械角で１８０°ずれた位置に配置される巻線５Ｕ２とに分割されている。２つに分割された同相の巻線５Ｕ１，５Ｕ２は直列に接続され、図５に示すように整流器１１に結線されている。Ｖ相の巻線５Ｖ１、５Ｖ２およびＷ相巻線５Ｗ１、５Ｗ２も、同様の構成となっている。
As shown in FIG. 4, the stator winding 5 is wound around these stator magnetic poles T. As described above, the stator winding 5 is composed of U-phase, V-phase, and W-phase windings, and the U-, V-, and W-phase windings are offset by 180 ° in mechanical angle (the same in electrical angle). It consists of two windings arranged in the (phase) position. That is, the U-phase winding is divided into a winding 5U1 and a winding 5U2 arranged at a position shifted by 180 ° with respect to the mechanical angle. The in-phase windings 5U1 and 5U2 divided into two are connected in series and connected to the
図６は固定子コア２１を軸方向から見た図であり、固定子コア２１の円周方向に１８個の固定子磁極Ｔ１〜Ｔ１８が形成されている。巻線５Ｕ１は、第１Ｕ相固定子磁極群ＴＵ１を構成する固定子磁極Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に設けられている。固定子磁極Ｔ２は固定子磁極Ｔ１に対して機械角で１８°ずれており、固定子磁極Ｔ３は固定子磁極Ｔ２に対して機械角で１８°ずれている。回転子３の極数は２０極であることから、機械角で１８°のずれは、電気角で１８０°のずれに対応している。
FIG. 6 is a view of the
一方、巻線５Ｕ１と同相の巻線５Ｕ２は、第１Ｕ相固定子磁極群ＴＵ１に対して機械角で１８０°ずれた位置に設けられた第２Ｕ相固定子磁極群ＴＵ２の固定子磁極Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２に設けられている。電気角では、第１Ｕ相固定子磁極群ＴＵ１と第２Ｕ相固定子磁極群ＴＵ２との位相差は０°、すなわち同位相になっている。 On the other hand, the winding 5U2 having the same phase as the winding 5U1 has a stator magnetic pole T10 of the second U-phase stator magnetic pole group TU2 provided at a position shifted by 180 ° in mechanical angle with respect to the first U-phase stator magnetic pole group TU1. Provided at T11 and T12. In electrical angle, the phase difference between the first U-phase stator pole group TU1 and the second U-phase stator pole group TU2 is 0 °, that is, the same phase.
Ｖ相の巻線５Ｖ１は、第１Ｕ相固定子磁極群ＴＵ１に対して機械角で６０°ずれた位置に設けられた第１Ｖ相固定子磁極群ＴＶ１の固定子磁極Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６に設けられている。Ｖ相の他方の巻線５Ｖ２は、第１Ｖ相固定子磁極群ＴＶ１に対して機械角で１８０°ずれた位置の第２Ｖ相固定子磁極群ＴＶ２の固定子磁極Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５に設けられている。第１Ｖ相固定子磁極群ＴＶ１と第２Ｖ相固定子磁極群ＴＶ２との位相差は、電気角で０°である。 The V-phase winding 5V1 is provided on the stator poles T4, T5, T6 of the first V-phase stator pole group TV1 provided at a position shifted by 60 ° in mechanical angle with respect to the first U-phase stator pole group TU1. It has been. The other V-phase winding 5V2 is provided on the stator poles T13, T14, and T15 of the second V-phase stator pole group TV2 at a position shifted by 180 ° in mechanical angle with respect to the first V-phase stator pole group TV1. ing. The phase difference between the first V-phase stator pole group TV1 and the second V-phase stator pole group TV2 is 0 ° in electrical angle.
また、Ｗ相の巻線５Ｗ１は、第１Ｖ相固定子磁極群ＴＶ１に対して機械角で６０°ずれた位置に設けられた第１Ｗ相固定子磁極群ＴＷ１の固定子磁極Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９に設けられている。Ｖ相の他方の巻線５Ｗ２は、第１Ｗ相固定子磁極群ＴＷ１に対して機械角で１８０°ずれた位置の第２Ｗ相固定子磁極群ＴＷ２の固定子磁極Ｔ１６，Ｔ１７，Ｔ１８に設けられている。第１Ｗ相固定子磁極群ＴＷ１と第２Ｗ相固定子磁極群ＴＷ２との位相差は、電気角で０°である。 Further, the W-phase winding 5W1 is fixed to the stator poles T7, T8, T9 of the first W-phase stator pole group TW1 provided at a position shifted by 60 ° in mechanical angle with respect to the first V-phase stator pole group TV1. Is provided. The other V-phase winding 5W2 is provided on the stator magnetic poles T16, T17, and T18 of the second W-phase stator magnetic pole group TW2 at a position shifted by 180 ° in mechanical angle with respect to the first W-phase stator magnetic pole group TW1. ing. The phase difference between the first W-phase stator pole group TW1 and the second W-phase stator pole group TW2 is 0 ° in electrical angle.
第１Ｕ相固定子磁極群ＴＵ１、第１Ｖ相固定子磁極群ＴＶ１、第１Ｗ相固定子磁極群ＴＷ１の位相差はそれぞれ電気角で１２０°となっており、回転子３が回転すると三相の誘導起電力が得られる。また、隣接する相の固定子磁極の間隔、例えば固定子磁極Ｔ３と固定子磁極Ｔ４との間隔は機械角で２４°に設定されている。このように、固定子磁極Ｔは、同一磁極群内では回転子３の極ピッチとほぼ等しい１８°の角度で配置されているため、隣接する他の相の固定子磁極との間隔は１８°よりも大きな２４°となる。これにより、１８個のスロットＡ，Ｂのうち、隙間幅の大きいスロットＡが６つ形成される。
The phase difference between the first U-phase stator pole group TU1, the first V-phase stator pole group TV1, and the first W-phase stator pole group TW1 is 120 ° in electrical angle. An induced electromotive force is obtained. Further, the interval between the stator magnetic poles of adjacent phases, for example, the interval between the stator magnetic pole T3 and the stator magnetic pole T4 is set to 24 ° in mechanical angle. As described above, the stator magnetic pole T is disposed at an angle of 18 ° which is substantially equal to the pole pitch of the
図７は、Ｕ相巻線５Ｕ１のみが巻回された固定子４を示す斜視図である。上述したように、巻線５Ｕ１は第１Ｕ相固定子磁極群ＴＵ１に巻装される。符号ｕ１は巻線５Ｕ１の巻き始めを示し、符号Ｕ１は巻線５Ｕ１の巻き終わりを示している。すなわち、隙間幅の大きなスロットＡの側からＵ相の固定子磁極Ｔ１に巻線を巻き始め、固定子磁極Ｔ１に対して図示右回りに６回巻回す。その後、固定子磁極Ｔ１と固定子磁極Ｔ２との間のスロットＢから巻線を固定子磁極Ｔ２の図示上側端面へと引き出し、その巻線を固定子磁極Ｔ２と固定子磁極Ｔ３との間のスロットＢへと入れる。そして、固定子磁極Ｔ３に対して巻線を図示右回りに６回巻回し、巻き終わりＵ１をスロットＡから図示上側に引き出す。
FIG. 7 is a perspective view showing the
他の固定子巻線５Ｕ２、５Ｖ１、５Ｖ２、５Ｗ１、５Ｗ２も、図４に示したように同様に固定子磁極Ｔに巻回されている。図８は、固定子４を内周側から見た展開図であり、回転子３の磁極位置も併せて示した。なお、図８では、固定子巻線５の状態を見やすくするために、巻線の巻数を２回に減らして描いている。図８に示す例では、固定子磁極間ピッチが１８°の部分に形成される隙間幅の小さいスロットＢには２本の巻線が収納され、固定子磁極間ピッチが２４°の部分に形成された隙間幅の大きなスロットＡには４本の巻線が収納されている。すなわち、収納される巻線の数が多いスロットＡは、巻線数の少ないスロットＢよりも隙間幅が大きく設定されている。
The other stator windings 5U2, 5V1, 5V2, 5W1, and 5W2 are similarly wound around the stator magnetic pole T as shown in FIG. FIG. 8 is a development view of the
上述した固定子巻線５を採用した回転電機は、以下に説明するような作用効果を奏する。
（生産性の向上）
図９は、上述した固定子巻線５と従来の固定子巻線とを比較して示す図である。図９（ｂ）は上述した固定子巻線５の巻線５Ｕ１を示したものであり、図９（ａ）は従来の固定子巻線の対応する部分の構成を示したものである。図９（ａ）に示すように、従来の構成の場合にはＵ相巻線Ｕ＋，Ｕ−，Ｕ＋が３つの固定子磁極Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に均等に巻かれている。一方、図９（ｂ）に示す巻線５Ｕ１の場合、固定子磁極Ｔ１，Ｔ３にそれぞれ２Ｎ回巻かれており、固定子磁極Ｔ２は巻線が渡っているだけである。そのため、本実施の形態では、巻線が巻回される固定子磁極の数が１つ減り、割合で表すと２／３となるため、巻線作業が簡略化され、生産性が向上する。なお、異なる相が一緒に収納されるスロットＡには、スロットＢの２倍の巻線を収納する必要があるが、上述したようにスロットＡの隙間幅をスロットＢよりも大きく設定しているので、巻線を収納するのに十分なスロット面積が確保されている。
The rotating electrical machine that employs the stator winding 5 described above has the following operational effects.
(Improve productivity)
FIG. 9 is a diagram showing a comparison between the above-described stator winding 5 and a conventional stator winding. FIG. 9B shows the winding 5U1 of the stator winding 5 described above, and FIG. 9A shows the configuration of the corresponding portion of the conventional stator winding. As shown in FIG. 9A, in the case of the conventional configuration, U-phase windings U +, U−, U + are evenly wound around three stator magnetic poles T1, T2, T3. On the other hand, in the case of the winding 5U1 shown in FIG. 9B, each of the stator magnetic poles T1 and T3 is wound 2N times, and the stator magnetic pole T2 is merely wound. Therefore, in the present embodiment, the number of stator magnetic poles around which the winding is wound is reduced by 1 and becomes 2/3 when expressed in proportion, so that the winding work is simplified and the productivity is improved. The slot A in which different phases are stored together needs to store twice as many windings as the slot B, but the gap width of the slot A is set larger than the slot B as described above. Therefore, a sufficient slot area is secured to accommodate the winding.
（性能向上）
図９において回転子３による磁力線を模式的に示すと、図９（ａ）の場合には磁力線と巻線とが鎖交する回数は右側の巻線から順にＮ，２Ｎ，Ｎとなるので、合計で４Ｎとなる。一方、図９（ｂ）の場合には左右両方の巻線でそれぞれ２Ｎ回鎖交しているので、合計で４Ｎとなり、磁力線との鎖交の回数では同等となっている。しかし、上述したように巻線作業が簡略化されることで、スロット内の巻線の占積率を従来よりも高くすることが可能となる。そのため、従来よりも太い巻線を選択することができ、銅損（ジュール損）の低減が可能となる。
(Performance Improvement)
9 schematically shows the magnetic lines of force generated by the
上述した実施の形態では、固定子磁極Ｔに固定子巻線５を直接巻き回して巻装する構成としているが、予め形成された固定子巻線５を固定子磁極Ｔに挿入するような構成としても良い。その場合も、固定子磁極Ｔに挿入する巻線の数を従来よりも少なくできるので、作業効率の向上を図ることができ、生産性が向上する。 In the embodiment described above, the stator winding 5 is wound directly around the stator magnetic pole T. However, the stator winding 5 formed in advance is inserted into the stator magnetic pole T. It is also good. Also in this case, since the number of windings inserted into the stator magnetic pole T can be reduced as compared with the prior art, the working efficiency can be improved and the productivity is improved.
（冷却効果の向上）
図１１と図１２を用いて本実施の形態の交流発電機１００における冷却構造について説明する。図１１は、図１の断面図に冷却風の流れを示したものである。シャフト１７が回転駆動されると、回転子３とともに、回転子３の回転軸方向端部に設けられたフロントファン７Ｆおよびリアファン７Ｒが回転する。これにより、フロントブラケット１４、リアブラケット１５に形成された複数の風穴から、外部の空気が軸方向に沿って交流発電機１００の内部に流入し、流入した冷却風はファン７Ｆ，７Ｒによって外径方向に吹き出される。ファン７Ｆ，７Ｒの外側には固定子巻線５のコイルエンドが位置しており、冷却風はこのコイルエンドを通過して、ブラケット１４，１５の側面に形成された風穴より外部に吹き出される。
(Improved cooling effect)
A cooling structure in
図１２は回転子３および固定子４をリアブラケット側から見た図である。リアファン７Ｒにより外径方向に吹き出された冷却風は、固定子巻線５のコイルエンドに吹き付けられる。固定子コア２１の固定子磁極Ｔ２，Ｔ５，Ｔ８，Ｔ１１，Ｔ１４，Ｔ１７には巻線が巻回されていないため、コイルエンドの無い隙間部分となっている。
FIG. 12 is a view of the
一方、従来の交流発電機やモータなどの回転電機における固定子では、図９（ａ）に示したように全ての固定子磁極に巻線が巻回されているため、ほぼ等しい高さのコイルエンドが円周方向に連続的に配置されるため、冷却風の外径方向への流れに対する妨げとなっていた。そのため、従来ではコイルエンドを十分に冷却することができず、固定子巻線の温度上昇を抑制できないという欠点があった。 On the other hand, in a stator in a rotating electrical machine such as a conventional AC generator or motor, coils are wound around all the stator magnetic poles as shown in FIG. Since the end is continuously arranged in the circumferential direction, it is an obstacle to the flow of the cooling air in the outer diameter direction. For this reason, conventionally, the coil end cannot be sufficiently cooled, and the temperature rise of the stator winding cannot be suppressed.
これに対し、本実施の形態では、コイルエンドが無い隙間部分があるため通風抵抗が小さくなり、コイルエンドに吹き付けられた冷却風はこの隙間部分を通って矢印で示すように外径方向にスムーズに流れる。その結果、冷却性能の向上により固定子巻線５の温度上昇を抑えることができ、銅損（ジュール損）の低減が可能となる。また、冷却風がスムーズに流れるため、冷却風による騒音を低減することができる。 On the other hand, in this embodiment, since there is a gap portion without the coil end, the ventilation resistance is reduced, and the cooling air blown to the coil end passes smoothly through the gap portion in the outer diameter direction as indicated by an arrow. Flowing into. As a result, the temperature rise of the stator winding 5 can be suppressed by improving the cooling performance, and the copper loss (joule loss) can be reduced. Further, since the cooling air flows smoothly, noise due to the cooling air can be reduced.
上述した実施の形態では、図４，６に示したように、同相の巻線を２つに分割し、対向する固定子磁極Ｔに巻装するようにしたが、図１０に示すように、同相の巻線をひとかたまりにして配置するようにしても構わない。ただし、回転子３が回転してＵ，Ｖ，Ｗ相での発電が順に行われた際、例えば、Ｕ相の発電が行われているときには吸引力によって回転子３がＵ相の固定子磁極方向へ引きつけられる。そのため、回転子３をすりこぎ状に回転させるような力が発生するという不都合が生じる。一方、本実施の形態のように、同相の巻線を対向するように配置することで、そのような吸引力を打ち消すようにすることができる。
In the above-described embodiment, as shown in FIGS. 4 and 6, the in-phase winding is divided into two and wound around the opposing stator pole T, but as shown in FIG. The windings having the same phase may be arranged as a group. However, when the
（変形例）
図１３，１４は、第１の実施の形態の変形例を示す図である。この変形例では、固定子４１を、６つの巻線５Ｕ１〜５Ｗ２に対応した６つの固定子コア２１を用いて構成する。図１３は固定子４１を示す図であり、固定子４１は、Ｕ相巻線５Ｕ１が設けられたＵ相分割固定子４Ｕ１、Ｕ相巻線５Ｕ２が設けられたＵ相分割固定子４Ｕ２、Ｖ相巻線５Ｖ１が設けられたＶ相分割固定子４Ｖ１、Ｖ相巻線５Ｖ２が設けられたＶ相分割固定子４Ｖ２、Ｗ相巻線５Ｗ１が設けられたＷ相分割固定子４Ｗ１、Ｗ相巻線５Ｗ２が設けられたＷ相分割固定子４Ｗ２を有する。巻線５Ｕ１〜５Ｗ２の構成は、上述した実施の形態と同様である。
(Modification)
13 and 14 are diagrams showing a modification of the first embodiment. In this modification, the
図１４（ａ）はＵ相分割固定子４Ｕ１の構成を示す図であり、図４（ｂ）はＵ相分割固定子４Ｕ１に設けられた分割固定子コア２１Ｕ１を示す図である。すなわち、固定子コア２１は、巻線が異なる分割固定子コア間にまたがらないように、６つの分割固定子コア２１Ｕ１，２１Ｕ２，２１Ｖ１，２１Ｖ２，２１Ｗ１，２１Ｗ２に分割される。これらの分割固定子コア２１Ｕ１〜２１Ｗ２は、図１４（ｂ）に示したものと同一構造を有しているので、ここでは図示を省略する。
FIG. 14A is a diagram illustrating a configuration of the U-phase split stator 4U1, and FIG. 4B is a diagram illustrating a split stator core 21U1 provided in the U-phase split stator 4U1. That is, the
Ｕ相分割固定子４Ｕ１は、分割固定子コア２１Ｕ１にＵ相巻線５Ｕ１を巻装することで構成される。分割固定子コア２１Ｕ１は、Ｕ相固定子磁極Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を有しており、それらは周方向に連続して配置される。Ｕ相巻線５Ｕ１の巻線構造は上述した実施の形態と同様であり、巻線をＵ相固定子磁極Ｔ１に６回巻回したならば、巻線をＵ相固定子磁極Ｔ２の端面を這わせるように固定子磁極Ｔ２と固定子磁極Ｔ３との間のスロットへと引き回し、さらに、Ｕ相固定子磁極Ｔ３にＵ相固定子磁極Ｔ１に巻きつけた際と同方向に巻回す。なお、その他の分割固定子４Ｕ２〜４Ｗ２の巻線構成も図１４（ａ）に示したものと同様であり、説明を省略する。 U-phase split stator 4U1 is configured by winding U-phase winding 5U1 around split stator core 21U1. The divided stator core 21U1 has U-phase stator magnetic poles T1, T2, and T3, which are continuously arranged in the circumferential direction. The winding structure of the U-phase winding 5U1 is the same as that of the above-described embodiment. If the winding is wound around the U-phase stator magnetic pole T1, the end face of the U-phase stator magnetic pole T2 is connected to the winding. The coil is wound around the slot between the stator magnetic pole T2 and the stator magnetic pole T3 so as to be twisted, and is further wound in the same direction as when the U-phase stator magnetic pole T3 is wound around the U-phase stator magnetic pole T1. The other winding configurations of the divided stators 4U2 to 4W2 are the same as those shown in FIG.
図１４（ｂ）に示すように、分割固定子コア２１Ｕ１は、コアバック４０とＵ相固定子磁極Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３とを有しており、Ｕ相固定子磁極Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、コアバック４０より内径側に突出するように形成されている。上述した固定子コア２１と同様、分割固定子コア２１Ｕ１は電磁鋼板を積層して形成される。また、コアバック４０の周方向端部には凹部４０ａが形成され、もう一方の周方向端部には、奥部４０ａと嵌合する形状を有した凸部４０ｂが形成されている。
As shown in FIG. 14B, the split stator core 21U1 has a core back 40 and U-phase stator magnetic poles T1, T2, and T3, and the U-phase stator magnetic poles T1, T2, and T3 are It is formed so as to protrude from the core back 40 toward the inner diameter side. Similar to the
図１３に示すような円環状の固定子４を組み立てる際には、６つの分割固定子コア２１Ｕ１〜２１Ｗ２の各々に、対応する巻線を装着した後に、分割固定子コア２１Ｕ１の凹部４０ａを一方に隣接する分割固定子コアの凸部４０ｂと嵌合させ、凸部４０ｂを分割固定子コア２１Ｕ１の他方に隣接する分割固定子コアの凹部４０ａに嵌合させる。その後、嵌合部を溶接等により接合することで、一体となった円環状の固定子４１を得る。
When the
このように、変形例における固定子４１では、分割固定子コアのそれぞれに予め巻線を巻装して各分割固定子４Ｕ１〜４Ｗ２を形成してから、円環状の固定子４１とするようにしているので、巻線の巻装作業が容易になり、生産性の向上を図ることができる。また、電磁鋼板をプレス加工などで打ち抜いて固定子コアを作成する場合、上述した実施の形態の場合よりも材料の捨て代が少なく済み、コストを低減することができる。なお、ここでは、分割固定子コアに連続する１組の巻線が設けられるように固定子４１を分割したが、複数組の巻線が分割固定子コアに巻装されるように分割しても良い。
As described above, in the
−第２の実施の形態−
図１５，１６は、車両用交流発電機１００の第２の実施の形態を説明する図である。図１５は固定子４２の斜視図、図１６は固定子コア２１を軸方向から見た図である。第２の実施の形態の交流発電機１００は２０極２４スロットの構造が採用されており、固定子コア２１の形状と、固定子巻線５の巻装の仕方とが異なり、その他の構造は第１の実施の形態と同様である。以下では、構造の異なる固定子４２について説明し、その他の部分については説明を省略する。
-Second Embodiment-
FIGS. 15 and 16 are diagrams for explaining a second embodiment of the
図１５に示すように、固定子４２は固定子コア２１と固定子巻線５とから構成される。固定子コア２１は図１６に示すように１８個の固定子磁極Ｔ１〜Ｔ２４が円周方向に等ピッチ（機械角で１５°）で形成されている。すなわち、隙間幅の等しいスロットが２４個形成されている。一方、固定子巻線５はＵ相巻線５Ｕ、Ｖ相巻線５Ｖ、Ｗ相巻線５Ｗを有し、各相毎に４つの巻線が設けられている。すなわち、Ｕ相巻線は４つのＵ相巻線５Ｕ１、５Ｕ２、５Ｕ３、５Ｕ４が周方向に分割して配置され、Ｖ相巻線は４つのＶ相巻線５Ｖ１〜５Ｖ４が周方向に分割して配置され、Ｗ相巻線は４つのＷ相巻線５Ｗ１〜５Ｗ４が周方向に分割して配置されている。
As shown in FIG. 15, the
図１５に示すように、２４個の巻線５Ｕ１〜５Ｗ４は固定子コア２１の固定子磁極に対して１個置きに巻かれている。固定子磁極Ｔ１に巻装されたＵ相巻線５Ｕ１に対して、Ｕ相巻線５Ｕ２は、機械角で９０°ずれた位置の固定子磁極Ｔ７に巻装されている。また、Ｕ相巻線５Ｕ３は、固定子磁極Ｔ７に対して機械角で９０°ずれた位置にある固定子磁極Ｔ１３に巻装されており、Ｕ相巻線５Ｕ４は、固定子磁極Ｔ１３に対して機械角で９０°ずれた位置にある固定子磁極Ｔ１９に巻装されている。電気角で見た場合、固定子磁極Ｔ１、Ｔ７、Ｔ１３、Ｔ１９は位相差が１８０°であるため、固定子磁極Ｔ１に巻装される巻線５Ｕ１の巻回方向を順方向とすると、巻線５Ｕ２は逆方向で固定子磁極Ｔ７に巻回され、巻線５Ｕは順方向で固定子磁極Ｔ１３に巻回され、巻線５Ｕ４は逆方向で固定子磁極Ｔ１９に巻回されるように、それぞれのＵ相巻線を結線している。
As shown in FIG. 15, the 24
同様に、Ｖ相巻線５Ｖ１，５Ｖ２，５Ｖ３，５Ｖ４は、順に固定子磁極Ｔ９，Ｔ１５，Ｔ２１，Ｔ２７に巻装され、Ｗ相巻線５Ｗ１，５Ｗ２，５Ｗ３，５Ｗ４は、順に固定子磁極Ｔ１７，Ｔ２３，Ｔ５，Ｔ１１に巻装されている。また、巻線間の結線の仕方も上述したＵ相の場合と同様である。 Similarly, the V-phase windings 5V1, 5V2, 5V3, and 5V4 are wound around the stator magnetic poles T9, T15, T21, and T27 in order, and the W-phase windings 5W1, 5W2, 5W3, and 5W4 are sequentially wound on the stator magnetic pole T17. , T23, T5, and T11. Further, the way of connecting the windings is the same as in the case of the U phase described above.
このような構成としたことにより、第２の実施の形態では、固定子巻線に巻回された固定子磁極と固定子巻線に巻回されない固定子磁極とが１つおきに円周方向に配置されることになる。そのため、全ての固定子磁極に対して均等に巻線を巻回していた従来の構成と比較した場合、巻線が巻回される固定子磁極の数が半分になるので、巻線作業の効率化が図れ、生産性が向上する。 With such a configuration, in the second embodiment, every other stator magnetic pole wound around the stator winding and every other stator magnetic pole not wound around the stator winding in the circumferential direction. Will be placed. Therefore, when compared with the conventional configuration in which windings are wound evenly on all stator poles, the number of stator poles around which the windings are wound is halved. To improve productivity.
ところで、従来の場合と同等の出力性能とするためには、スロット内の巻線数を同数とすれば良く、各巻線の巻回数を従来の場合の２倍とすれば良い。巻回数が増えると、巻線のコイルエンドの高さが増加するが、それにより、コイルエンドに効果的に冷却風が吹き付けられることになる。さらに、図１５に示すように、巻線が設けられていない固定子磁極の部分が冷却風の通り道となるため、コイルエンドの部分に隙間が形成されるため、外径方向への冷却風の流れがスムーズとなって十分な風量を確保することができ、冷却効率の向上を図ることができる。また、通風抵抗の低下による冷却風の騒音低減も図れる。 By the way, in order to obtain the same output performance as in the conventional case, the number of windings in the slot may be the same, and the number of turns of each winding may be doubled in the conventional case. As the number of windings increases, the height of the coil end of the winding increases, which effectively blows cooling air to the coil end. Further, as shown in FIG. 15, the stator magnetic pole portion where no winding is provided becomes a passage for the cooling air, and a gap is formed in the coil end portion. The flow becomes smooth, a sufficient air volume can be secured, and the cooling efficiency can be improved. In addition, the noise of the cooling air can be reduced by reducing the ventilation resistance.
なお、第１の実施の形態の図９に示した例では、第１Ｕ相固定子磁極群ＴＵ１を構成する３つの固定子磁極Ｔ１〜Ｔ３の内の、２つの固定子磁極Ｔ１，Ｔ３に巻線５Ｕ１を巻き回したが、図１７のように巻線数がアンバランスな巻線構造としても良い。図１７では、固定子磁極Ｔ１，Ｔ３にそれぞれ１．５Ｎ回巻回し、固定子磁極Ｔ２には０．５Ｎ回巻回すようにした。磁力線と巻線とが鎖交する回数は右側の巻線から順に１．５Ｎ、Ｎ、１．５Ｎとなるので、合計で４Ｎとなる。この場合、巻線を巻装する固定子磁極の数は増加するが、巻線５Ｕ１の合計巻数は３．５Ｎとなる。そのため、銅損を低減することができる。また、固定子磁極Ｔ２は巻数が少なく、その部分のコイルエンド高さが低くなるので冷却風の通り道となり、従来よりも冷却性が向上する。 In the example shown in FIG. 9 of the first embodiment, winding is performed on two stator magnetic poles T1 and T3 among the three stator magnetic poles T1 to T3 constituting the first U-phase stator magnetic pole group TU1. Although the wire 5U1 is wound, a winding structure in which the number of windings is unbalanced as shown in FIG. 17 may be used. In FIG. 17, the stator magnetic poles T1 and T3 are each wound 1.5N times, and the stator magnetic pole T2 is wound 0.5N times. The number of times the magnetic field lines and the windings are linked is 1.5N, N, and 1.5N in order from the right winding, so that the total is 4N. In this case, the number of stator magnetic poles around which the winding is wound increases, but the total number of turns of the winding 5U1 is 3.5N. Therefore, copper loss can be reduced. Further, the stator magnetic pole T2 has a small number of turns, and the coil end height at that portion is low, so that it becomes a passage for cooling air, and the cooling performance is improved as compared with the prior art.
なお、図１７では３つの固定子磁極に巻回された同相の巻線の巻数を異ならせたが、固定子磁極の数は３つに限らず、２でも４以上でもこのようなアンバランスな巻き方をすることができる。例えば、第２の実施の形態のように２０極２４スロットの構成の場合には、例えば、図１５に示すＵ相巻線５Ｕ１の一部を、隣の固定子磁極Ｔ２に巻回すようにしてアンバランスな巻線構造とする。 In FIG. 17, the number of turns of the in-phase winding wound around the three stator magnetic poles is varied. However, the number of stator magnetic poles is not limited to three, and such an unbalance may be 2 or 4 or more. You can wind it. For example, in the case of the configuration of 20 poles and 24 slots as in the second embodiment, for example, a part of the U-phase winding 5U1 shown in FIG. 15 is wound around the adjacent stator magnetic pole T2. An unbalanced winding structure.
上述した実施の形態では車両用交流発電機を例に説明したが、本発明はモータ、発電機、スタータジェネレータなどの種々の回転電機に適用することができる。モータの場合、図１８に示すようなインバータ回路９５を用いて回転駆動する。なお、固定子巻線５の構成は、図５に示したものと同様である。インバータ回路９５には６つのスイッチング素子９２と６つのダイオード９１とを備えており、スイッチング素子９２をドライブ回路でオンオフ制御してＵ，Ｖ，Ｗ相巻線に供給される電流を制御し、回転子３を回転駆動する。スイッチング素子９２には、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが用いられる。９３は回転子３の回転位置を検出するためのセンサであり、例えば、ホールセンサが用いられる。マイコン９４は、ホールセンサ９３の検出信号に基づいてドライブ回路９６へ制御信号を出力する。
In the above-described embodiment, the vehicular AC generator has been described as an example. However, the present invention can be applied to various rotating electric machines such as a motor, a generator, and a starter generator. In the case of a motor, it is rotationally driven using an
また、上述した実施の形態では爪磁極型回転子を例としたが、本発明は種々の回転子に適用可能であり、表面磁石型回転子、埋め込み磁石型回転子、誘導子を有するかご型回転子、リラクタンス型回転子など回転電機として成立する回転子すべてに適用可能である。なお、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何ら限定されるものではない。 Further, in the embodiment described above, the claw magnetic pole type rotor is taken as an example, but the present invention can be applied to various rotors, and a cage type having a surface magnet type rotor, an embedded magnet type rotor, and an inductor. The present invention can be applied to all rotors established as rotating electric machines such as rotors and reluctance type rotors. Note that the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.
３：回転子、４，４１，４２：固定子、４Ｕ１〜４Ｗ２：分割固定子、５：固定子巻線、７Ｆ：フロントファン、７Ｒ：リアファン、１１：整流回路、１２：界磁巻線、１６：永久磁石、２１：固定子コア、２１Ｕ１〜２１Ｗ２：分割固定子コア、３０ａ，３０ｂ：爪形磁極、９５：インバータ回路、１００：車両用交流発電機、Ａ，Ｂ：スロット、Ｔ，Ｔ１〜Ｔ２４：固定子磁極
3: Rotor, 4, 41, 42: Stator, 4U1-4W2: Split stator, 5: Stator winding, 7F: Front fan, 7R: Rear fan, 11: Rectifier circuit, 12: Field winding , 16: Permanent magnet, 21: Stator core, 21U1 to 21W2: Split stator core, 30a, 30b: Claw-shaped magnetic pole, 95: Inverter circuit, 100: AC generator for vehicle, A, B: Slot, T, T1 to T24: Stator magnetic pole
Claims (13)
前記固定子と空隙を介して対向し、円周方向に所定間隔で極性を配置した回転子とを備えたことを特徴とする回転電機。 A stator core in which a plurality of stator magnetic poles and slots are alternately arranged in the circumferential direction, and a portion of the plurality of stator magnetic poles are wound so that windings are inserted into all of the plurality of slots. A stator having a stator winding,
A rotating electrical machine comprising: a rotor facing the stator via a gap and having a polarity arranged at a predetermined interval in a circumferential direction.
前記複数のスロットは、複数の相の巻線が挿入される第１のスロットと、一つの相の巻線が挿入される第２のスロットとを有し、
前記第１のスロットの幅を前記第２のスロットの幅よりも大きく設定したことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The plurality of slots include a first slot into which a plurality of phase windings are inserted, and a second slot into which one phase winding is inserted,
A rotating electric machine characterized in that a width of the first slot is set larger than a width of the second slot.
前記一つの相の巻線が挿入されるスロットを挟む固定子磁極の角度ピッチを、前記回転子の極の角度ピッチと略等しく設定したことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 2,
An electrical rotating machine characterized in that an angular pitch of stator magnetic poles sandwiching a slot into which the winding of one phase is inserted is set to be substantially equal to an angular pitch of the rotor poles.
巻線を前記複数の固定子磁極の内の第１の固定子磁極に巻回した後に、隣接する第２の固定子磁極を跨いでその次に配置された第３の固定子磁極に架け渡し、さらに該第３の固定子磁極に巻回すことにより、同相の固定子巻線を前記第１および第２の固定子磁極に巻装したことを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3,
After winding the winding around the first stator magnetic pole among the plurality of stator magnetic poles, the winding is bridged to the third stator magnetic pole arranged next, straddling the adjacent second stator magnetic pole. Further, a rotating electric machine characterized in that a stator winding of the same phase is wound around the first and second stator magnetic poles by winding the third stator magnetic pole around the third stator magnetic pole.
前記固定子に設けられる固定子巻線を前記固定子コアの円周方向に配置される６つの巻線に分割して、分割されたそれらの巻線をそれぞれ固定子磁極に巻回したことを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 4,
The stator winding provided in the stator is divided into six windings arranged in the circumferential direction of the stator core, and the divided windings are wound around the stator magnetic poles, respectively. A rotating electric machine that is characterized.
前記固定子コアを円周方向に複数の分割固定子コアに分割し、連続する巻線が異なる分割固定子コア間に跨らないように前記固定子巻線を分割したことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5,
The stator core is divided into a plurality of divided stator cores in the circumferential direction, and the stator windings are divided so that continuous windings do not straddle between different divided stator cores. Electric.
前記分割固定子コアには同相の巻線が巻装されていることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 6,
A rotating electric machine characterized in that windings of the same phase are wound around the split stator core.
前記固定子巻線が巻回された固定子磁極と前記固定子巻線に巻回されていない固定子磁極とが、前記固定子の円周方向に交互に配置されていることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The stator magnetic pole wound around the stator winding and the stator magnetic pole not wound around the stator winding are alternately arranged in the circumferential direction of the stator. Rotating electric machine.
前記複数の固定子磁極の内の対向する一対の固定子磁極には、同一相の巻線が巻回されていることを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 8,
A rotating electrical machine characterized in that windings of the same phase are wound around a pair of opposing stator magnetic poles among the plurality of stator magnetic poles.
前記回転子と一体に回転し、前記固定子巻線のコイルエンドへ送風する冷却ファンを備えたことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 9,
A rotating electrical machine comprising a cooling fan that rotates integrally with the rotor and blows air to a coil end of the stator winding.
前記固定子と空隙を介して対向し、円周方向に所定間隔で極性を配置した回転子とを備え、
同相の固定子巻線を２以上の前記固定子磁極の各々に巻回すとともに、前記２以上の固定子磁極の巻線の巻回数を固定子磁極の位置に応じて異ならせたことを特徴とする回転電機。 A stator in which a plurality of stator magnetic poles are arranged in a circumferential direction, and a stator winding is wound around each of the stator magnetic poles;
A rotor that faces the stator via a gap and has a polarity arranged at predetermined intervals in the circumferential direction;
A stator winding having the same phase is wound around each of the two or more stator magnetic poles, and the number of windings of the two or more stator magnetic poles is varied depending on the position of the stator magnetic pole. Rotating electric machine.
前記回転子は外部から回転駆動され、その回転子の回転により前記固定子巻線に発生する電力を出力することを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 11,
The rotating electrical machine is characterized in that the rotor is rotationally driven from the outside and outputs electric power generated in the stator winding by the rotation of the rotor.
前記回転子を、爪磁極型回転子としたことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 12,
A rotating electric machine characterized in that the rotor is a claw magnetic pole type rotor.
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