JP2020129861A

JP2020129861A - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP2020129861A
Application number: JP2019020506A
Authority: JP
Inventors: 芳永久保田; Yoshinaga Kubota
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2020-08-27
Also published as: CN111541315A; CN111541315B

Abstract

【課題】トルクリプルの低減が可能な回転電機のステータを提供する。【解決手段】回転電機のステータ１１は、回転電機の軸方向に分割された第１ステータ１１Ａ及び第２ステータ１１Ｂを備える。第１ステータ１１Ａは、各極の複数のティース１２において、第１長さａ１を有する第１ティース１２ａ１と、第１長さａ１よりも短い第２長さａ２を有する第２ティース１２ａ２と、を含む。第２ステータ１１Ｂは、第３長さａ３を有する第３ティース１２ａ３と、第３長さａ３よりも長い第４長さａ４を有する第４ティース１２ａ４と、を含む。第１ステータ１１Ａ及び第２ステータ１１Ｂは、第１ティース１２ａ１と第３ティース１２ａ３が軸方向で重なるように、且つ、第２ティース１２ａ２と第４ティース１２ａ４が軸方向で重なるように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

車両駆動用モータでは、広くＩＰＭ（Interior Permanent Magnet：磁石埋込式）同期電動機が採用され、近年のモータ制御技術の向上によって、滑らかな走りが実現されつつある。

しかし、ＩＰＭ同期電動機のモータ自体が発生するトルクには、その構造上からトルクリプル(トルク脈動)があるため、低速運転時の脈動や高速運転時の騒音・振動の要因の一つとなっている。

このトルクリプルを低減する方法として、例えば特許文献１のように、ロータ表面のマグネットの両脇部に、ロータ磁極の一極置きに溝を設ける方法がある。一極置きに溝を設けることで、溝あり極が発生するトルクリプル波形を、溝なし極が発生するトルクリプル波形に対して位相を反転させられるようにして、溝のみでトルクリプルを抑える形状とする方法である。

特許第５４３３１９８号公報

しかしながら、特許文献１のようにロータ外周での溝による脈動抑制だけでは、トルクリプルによる低速運転時の脈動や高速運転時の騒音・振動が残り、さらなるトルクリプルの低減が望まれている。

本発明は、さらなるトルクリプルの低減が可能な回転電機のステータを提供する。

本発明は、
各極に複数のティース及びスロットを有する回転電機のステータであって、
前記ステータは、前記回転電機の軸方向に分割された第１ステータ及び第２ステータを備え、
前記第１ステータは、前記各極の前記複数のティースにおいて、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが第１長さを有する第１ティースと、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが前記第１長さよりも短い第２長さを有する第２ティースと、を含み、
前記第２ステータは、前記各極の前記複数のティースにおいて、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが第３長さを有する第３ティースと、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが前記第３長さよりも長い第４長さを有する第４ティースと、を含み、
前記第１ステータ及び前記第２ステータは、前記第１ティースと第３ティースが前記軸方向で重なるように、且つ、前記第２ティースと第４ティースが前記軸方向で重なるように配置される。

本発明によれば、トルクリプルを低減することができる。

本発明の一実施形態の回転電機のステータにおける、１極分の斜視図である。図１の１極分のステータにおけるティースと、ロータとの配置構造を示す図である。第１ステータの１極分のティースの構成と構造を示す斜視図である。第２ステータの１極分のティースの構成と構造を示す斜視図である。図１の１極分の第１ステータ及び第２ステータそれぞれにおけるティース近傍の電気角１周期分のパーミアンス分布を示す図である。図１の１極分のステータ（第１ステータ及び第２ステータ）におけるティース近傍の電気角１周期分のパーミアンス分布を示す図である。比較例の回転電機の１極分のステータにおけるティース近傍の電気角１周期分のパーミアンス分布を示す図である。

以下、本発明の一実施形態の回転電機のステータについて、図面を参照して詳細に説明する。以下では、６極対のＩＰＭ回転電機を例に説明する。

本発明の一実施形態の回転電機のステータ１１は、図１及び図２に示すように、複数のティース１２とスロット１４とを有する。ステータ１１には、各スロット１４に複数のコイル１３が収容されるように、コイル１３が巻回されている。スロット１４の底（溝底）は、回転電機の軸心を中心として同一の径寸法に設定されている。本実施形態では、１極分のステータ１１において、ティース１２は、６つ（６本）で構成されている。

ステータ１１は、図１に示すように、回転電機の軸方向で分割された第１ステータ１１Ａ及び第２ステータ１１Ｂを備える。図２に示すように、ステータ１１の径方向内側には、ステータ１１に対し回転自在にロータ２１が配置される。ロータ２１には、各極に３つの永久磁石２２が埋め込まれている。

第１ステータ１１Ａは、図３Ａに示すように、スロット１４の底からティース１２の先端までの長さが第１長さａ１を有する第１ティース１２ａ１と、スロット１４の底からティース１２の先端までの長さが第１長さａ１よりも短い第２長さａ２を有する第２ティース１２ａ２と、を有する。第１ティース１２ａ１及び第２ティース１２ａ２は、周方向に交互に配置されている。

第２ステータ１１Ｂは、図３Ｂに示すように、スロット１４の底からティース１２の先端までの長さが第３長さａ３を有する第３ティース１２ａ３と、スロット１４の底からティース１２の先端までの長さが第３長さａ３よりも長い第４長さａ４を有する第４ティース１２ａ４と、を有する。第３ティース１２ａ３及び第４ティース１２ａ４は、周方向に交互に配置されている。

第１ステータ１１Ａ及び２ステータ１１Ｂは、第１ティース１２ａ１と第３ティース１２ａ３とが回転電機の軸方向で重なるように、且つ、第２ティース１２ａ２と第４ティース１２ａ４とが軸方向で重なるように配置される。

ここで、第１長さａ１と第４長さａ４は略等しく、第２長さａ２と第３長さａ３は略等しいことが好ましい。これにより、第１ステータ１１Ａ及び２ステータ１１Ｂを同一形状とすることができる。以下の説明では、第１長さａ１と第４長さａ４は等しく、第２長さａ２と第３長さａ３は等しいものとして説明する。

＜本実施形態の回転電機のパーミアンス特性＞
次に、本発明の上記実施形態の回転電機のパーミアンス特性について、図３と図４を参照して説明する。
図４は、本発明の第１実施形態に係る回転電機の１極分の第１ステータ１１Ａ及び第２ステータ１１Ｂそれぞれにおけるティース１２近傍の電気角１周期分のパーミアンス分布を示す図である。図４において、縦軸は磁束の通りやすさであるパーミアンス（単位は例えば、「ＷｂＡ−１」）を表し、横軸はティースを含むステータの位置を電気角（ｄｅｇ：ｄｅｇｒｅｅ、度）を表している。

図４において、上記実施形態に係る回転電機においては、第１ステータ１１Ａのティース１２を１本毎にスロット１４の底からティース１２の先端までの長さを変化（ａ１、ａ２）させて配置したことにより、磁束の通りやすさの空間的なパーミアンス分布が６０ｄｅｇ毎に変化している。すなわち、１２次の山を１ティース毎に凹ませることで、１２次のパーミアンス変動を緩やかにしている。図４に示すように、磁束の通りやすさの空間的な分布が電気角１２次の変動が小さいため、磁気脈動が小さくなる。

また、第２ステータ１１Ｂのティース１２を１本毎にスロット１４の底からティース１２の先端までの長さを変化（ａ３、ａ４）させて配置したことにより、磁束の通りやすさの空間的なパーミアンス分布が６０ｄｅｇ毎に変化している。すなわち、１２次の山を１ティース毎に凹ませることで、１２次のパーミアンス変動を緩やかにしている。図４に示すように、磁束の通りやすさの空間的な分布が電気角１２次の変動が小さいため、磁気脈動が小さくなる。

しかしながら、第１ステータ１１Ａ及び第２ステータ１１Ｂそれぞれのパーミアンス分布は、電気角１周期で６回の比較的大きな変動が発生するため６次のパーミアンス変動が発生し、それゆえ電気角６次の振動が発生しやすくなってしまう。

ここで、ステータ１１では、第１ステータ１１Ａ及び第２ステータ１１Ｂが、第１ティース１２ａ１と第３ティース１２ａ３が軸方向で重なるように、且つ、第２ティース１２ａ２と第４ティース１２ａ４が軸方向で重なるように配置されている。したがって、第１ステータ１１Ａの第１ティース１２ａ１と第２ステータ１１Ｂの第３ティース１２ａ３とによってパーミアンス変動を相殺することができるとともに、第１ステータ１１Ａの第２ティース１２ａ２と第２ステータ１１Ｂの第４ティース１２ａ４とによってパーミアンス変動を相殺することができる。これにより、図５に示すように、回転電機の１２次のトルクリプルが低減される。

＜比較例の回転電機の動作特性＞
図６は比較例の回転電機のパーミアンス特性を示す図である。
第１比較例の回転電機では、ステータのティースのスロットの底からティースの先端までの長さを全て同じ長さ（上記実施形態の第２長さａ２、第４長さａ４）としたものである。

本実施形態の回転電機では、図６に記載の比較例の回転電機と比べて、１２次のパーミアンス変動が明らかに低減している。本実施形態の回転電機では、１極対での電気角１２次のパーミアンス変動が小さいので、回転電機全体としてのトルクリプル（磁気脈動）を低減できる。したがって、電気角１２次のトルクリプル（パーミアンス分布）は、機械角回転７２次（６極対×１２次）のトルクリプル（トルク分布）に相当するので、比較例の回転電機よりも本実施形態の回転電機の方が、機械角で７２次のトルクリプルが低減されている。このようにトルクリプルが低減すると回転電機の運転時における騒音や振動が低減する。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、１極内のティースは、６本に限定されず、極数やコイル（巻線）の構成によって、１極内のティースの本数を６本以外の本数にしてもよい。

また、上記実施形態では、６極対の回転電機の場合で説明したが６極対の回転電機に限定されず、他の極数対でも応用可能である。

さらに、この回転電機としては、電動機でも発電機でも適用できる。また同期形の回転電機でも誘導形の回転電機にも適用できる。

本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１）各極に複数のティース（ティース１２）及びスロット（スロット１４）を有する回転電機のステータ（ステータ１１）であって、
前記ステータは、前記回転電機の軸方向に分割された第１ステータ（第１ステータ１１Ａ）及び第２ステータ（第２ステータ１１Ｂ）を備え、
前記第１ステータは、前記各極の前記複数のティースにおいて、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが第１長さ（第１長さａ１）を有する第１ティース（第１ティース１２ａ１）と、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが前記第１長さよりも短い第２長さ（第２長さａ２）を有する第２ティース（第２ティース１２ａ２）と、を含み、
前記第２ステータは、前記各極の前記複数のティースにおいて、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが第３長さ（第３長さａ３）を有する第３ティース（第３ティース１２ａ３）と、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが前記第３長さよりも長い第４長さ（第４長さａ４）を有する第４ティース（第４ティース１２ａ４）と、を含み、
前記第１ステータ及び前記第２ステータは、前記第１ティースと第３ティースが前記軸方向で重なるように、且つ、前記第２ティースと第４ティースが前記軸方向で重なるように配置される、回転電機のステータ。

（１）によれば、第１ステータの第１ティースと第２ステータの第３ティースによってパーミアンス変動を相殺することができるとともに、第１ステータの第３ティースと第２ステータの第４ティースによってパーミアンス変動を相殺することができる。これにより、回転電機のトルクリプルを低減することができる。

（２）（１）に記載の回転電機のステータであって、
前記第１ステータにおいて、前記第１ティース及び前記第２ティースが周方向に交互に配置され、
前記第２ステータにおいて、前記第３ティース及び前記第４ティースが周方向に交互に配置されている、回転電機のステータ。

（２）によれば、第１ステータにおいて第１ティース及び第２ティースが周方向に交互に配置され、第２ステータにおいて第３ティース及び第４ティースが周方向に交互に配置されているので、全てのティースにおけるパーミアンス変動を相殺することができ、回転電機のトルクリプルをより適切に低減することができる。

（３）（１）又は（２）に記載の回転電機のステータであって、
前記第１長さと前記第４長さは、略等しく、
前記第２長さと前記第３長さは、略等しい、回転電機のステータ。

（３）によれば、第１長さと第４長さは略等しく、第２長さと第３長さは略等しいので、第１ステータと第２ステータとを略同一形状にすることができる。

（４）（３）に記載の回転電機のステータであって、
前記第１ステータ及び前記第２ステータは、同一形状を有する、回転電機のステータ。

（４）によれば、第１ステータ及び第２ステータを同一形状とすることで、ステータの製造を容易にできるともに、製造コストを抑制できる。

１１ステータ（回転電機のステータ）
１２ティース
１４スロット
１１Ａ第１ステータ
１１Ｂ第２ステータ
１２ａ１第１ティース
１２ａ２第２ティース
１２ａ３第３ティース
１２ａ４第４ティース
ａ１第１長さ
ａ２第２長さ
ａ３第３長さ
ａ４第４長さ

Claims

各極に複数のティース及びスロットを有する回転電機のステータであって、
前記ステータは、前記回転電機の軸方向に分割された第１ステータ及び第２ステータを備え、
前記第１ステータは、前記各極の前記複数のティースにおいて、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが第１長さを有する第１ティースと、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが前記第１長さよりも短い第２長さを有する第２ティースと、を含み、
前記第２ステータは、前記各極の前記複数のティースにおいて、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが第３長さを有する第３ティースと、前記スロットの底から前記ティースの先端までの長さが前記第３長さよりも長い第４長さを有する第４ティースと、を含み、
前記第１ステータ及び前記第２ステータは、前記第１ティースと第３ティースが前記軸方向で重なるように、且つ、前記第２ティースと第４ティースが前記軸方向で重なるように配置される、回転電機のステータ。
請求項１に記載の回転電機のステータであって、
前記第１ステータにおいて、前記第１ティース及び前記第２ティースが周方向に交互に配置され、
前記第２ステータにおいて、前記第３ティース及び前記第４ティースが周方向に交互に配置されている、回転電機のステータ。
請求項１又は２に記載の回転電機のステータであって、
前記第１長さと前記第４長さは、略等しく、
前記第２長さと前記第３長さは、略等しい、回転電機のステータ。
請求項３に記載の回転電機のステータであって、
前記第１ステータ及び前記第２ステータは、同一形状を有する、回転電機のステータ。