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公開番号2021093836
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210617
出願番号2019223061
出願日20191210
発明の名称回転電機
出願人本田技研工業株式会社
代理人特許業務法人創成国際特許事務所
主分類H02K 3/28 20060101AFI20210521BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】各相のコイルの構造変更を極力少なくすると共に出力を向上させることを可能とする回転電機を提供する。
【解決手段】ステータコア11の複数のスロット12には、複数の二股形状のセグメントコイル41の要素導体(脚部)42が、ステータコア11の径方向に並ぶようにして配置され、要素導体42の先端部43同士を接合することにより各相のコイル21Xが構成される。各スロット12に配置される要素導体42の個数(所定数)は、その半数が偶数となる個数である。各スロット12の内周側及び外周側のそれぞれの半数の要素導体42の、他の要素導体42との接合部の総数は、上記所定数よりも小さい奇数個である。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
複数のスロットが周方向に並ぶように形成されたステータコアと、
該ステータコアに装着される複数相のコイルとを備えると共に、
前記ステータコアの周方向で所定の間隔を存する2つのスロットに各々配置されると共に、該2つのスロットの一方のスロットでは前記ステータコアの径方向での内周寄りの位置に配置され、他方のスロットでは前記径方向での外周寄りの位置に配置される2つの要素導体と、前記ステータコアの軸心方向の両端のうちの第1端側で前記2つの要素導体を連結する渡り部導体とを各々有する複数のセグメントコイルを、各相のコイルの構成要素として備えており、各相のコイルは、該複数のセグメントコイルの各要素導体の先端部同士が前記ステータコアの軸方向の両端のうちの第2端側で接合された構造のコイルであり、
さらに、前記ステータコアの各スロットには、所定数の要素導体が前記径方向に並ぶと共に、前記複数相のうちの同一の相のコイルの要素導体のみが配置されるスロットと、二つ以上の相のコイルの要素導体が配置されるスロットとが前記周方向に交互に並ぶように、前記所定数の要素導体が配置される回転電機であって、
前記各スロットに配置される要素導体の個数である前記所定数は、その半数が偶数となる個数に設定されており、
前記各スロットに配置される前記所定数の要素導体のうち、内周寄りの半数の要素導体のそれぞれの他のスロットの要素導体との接合部の総数と、外周寄りの半数の要素導体のそれぞれの他のスロットの要素導体との接合部の総数とは、前記所定数の半数よりも小さい奇数個となるように、前記所定数の要素導体のそれぞれが、他のスロットの要素導体と接合されることを特徴とする回転電機。
続きを表示(約 430 文字)【請求項2】
請求項1記載の回転電機において、
前記各スロットに配置される前記所定数の要素導体のうち、内周寄りの半数の要素導体のそれぞれの他のスロットの要素導体との接合部の総数と、前記所定数の半数よりも1だけ小さい奇数個であることを特徴とする回転電機。
【請求項3】
請求項1又は2記載の回転電機において、
前記各相のコイルが、前記径方向で隣り合い、且つ、互いに並列接続される2つのセグメントコイルの対を、前記周方向に一定間隔で備えるように、前記各相のコイルの複数のセグメントコイルの要素導体同士が前記第2端側で接合されることを特徴とする回転電機。
【請求項4】
請求項3記載の回転電機において、
前記セグメントコイルの各対を構成する2つのセグメンントコイルは、前記径方向で最も内周寄りの要素導体と、該要素導体に前記径方向で隣り合う要素導体とをそれぞれ含むセグメントコイルであることを特徴とする回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、ステータに装着されるステータコイルを備える回転電機に関する。
続きを表示(約 6,000 文字)【背景技術】
【0002】
従来、例えば特許文献1に見られる如く、二股形状(略U字形状)に形成された導体線により構成されたセグメントコイルの複数を直列に接続した構造のコイルを、ステータコアに装着される各相のコイルとして備える回転電機が知られている。
【0003】
この回転電機では、ステータコアの内周部に周方向に一定間隔で並ぶように形成された複数のスロットにおいて、ステータコアの周方向に一定の間隔を有する2つのスロットの各対に、セグメントコイルの2つの脚部としての要素導体がステータコアの軸方向の一端側から挿入される。各要素導体は、スロットをステータコアの軸心方向に貫通して、該ステータコアの他端側に突出される。
【0004】
この場合、各セグメントコイルは、その2つの要素導体(脚部)がステータコアの周方向に間隔を有することに加えて、ステータコアの径方向に所定間隔を有するように形成されている。そして、各セグメントコイルの一方の要素導体はステータコアの内周寄りの位置で、各対の2つのスロットのうちの一方のスロット内に配置され、他方の要素導体はステータコアの外周寄りの位置で、他方のスロット内に配置される。そして、各スロットには、ステータコアの外周寄り位置に4個の要素導体がステータコアの径方向に並ぶと共に、ステータコアの内周周寄り位置に4個の要素導体がステータコアの径方向に並ぶようにして、8個のセグメントコイルのそれぞれの要素導体が挿入される。
【0005】
また、ステータコアの軸方向の他端側に突出された各要素導体(脚部)の先端部は、ステータコアの周方向に折り曲げられる(以降、該先端部を折り曲げ部という)。この場合、各要素導体の折り曲げ部の折り曲げ量(スロットに配置される要素導体の直線部から折り曲げ部の先端部までの間隔(ステータコアの周方向での間隔))は互いに同一である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2015−23670号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、回転電機の出力(単位時間当たりの出力エネルギー)をさらに増加させることが望まれる場合がある。この場合、回転電機の出力の向上のためには、1磁極当たりのコイルのターン数を少なくすることが考えられる。例えば、特許文献1に見られる如き構造の回転電機で、ステータコアの各スロットに配置する要素導体の個数を8個よりも少なくすることが考えられる。
【0008】
しかるに、各スロットに配置する要素導体の個数を少なくすると、要素導体同士の接続形態や、必要部品の構成を、従来のものから大きく変更しなければならない場合がある。ひいては、回転電機の製造コストを抑制する妨げとなる虞がある。
【0009】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、各相のコイルの構造変更を極力少なくすると共に出力を向上させることを可能とする回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の回転電機は、上記の目的を達成するために、複数のスロットが周方向に並ぶように形成されたステータコアと、
該ステータコアに装着される複数相のコイルとを備えると共に、
前記ステータコアの周方向で所定の間隔を存する2つのスロットに各々配置されると共に、該2つのスロットの一方のスロットでは前記ステータコアの径方向での内周寄りの位置に配置され、他方のスロットでは前記径方向での外周寄りの位置に配置される2つの要素導体と、前記ステータコアの軸心方向の両端のうちの第1端側で前記2つの要素導体を連結する渡り部導体とを各々有する複数のセグメントコイルを、各相のコイルの構成要素として備えており、各相のコイルは、該複数のセグメントコイルの各要素導体の先端部同士が前記ステータコアの軸方向の両端のうちの第2端側で接合された構造のコイルであり、
さらに、前記ステータコアの各スロットには、所定数の要素導体が前記径方向に並ぶと共に、前記複数相のうちの同一の相のコイルの要素導体のみが配置されるスロットと、二つ以上の相のコイルの要素導体が配置されるスロットとが前記周方向に交互に並ぶように、前記所定数の要素導体が配置される回転電機であって、
前記各スロットに配置される要素導体の個数である前記所定数は、その半数が偶数となる個数に設定されており、
前記各スロットに配置される前記所定数の要素導体のうち、内周寄りの半数の要素導体のそれぞれの他のスロットの要素導体との接合部の総数と、外周寄りの半数の要素導体のそれぞれの他のスロットの要素導体との接合部の総数とは、前記所定数の半数よりも小さい奇数個となるように、前記所定数の要素導体のそれぞれが、他のスロットの要素導体と接合されることを特徴とする(第1発明)。
【0011】
かかる第1発明によれば、各スロットの内周寄りの半数(=前記所定数の半分の個数)の要素導体のうちの少なくとも2つの要素導体を、他のスロットの要素導体に対して並列に接続することが可能となると共に、各スロットの外周寄りの半数(=前記所定数の半分の個数)の要素導体のうちの少なくとも2つの要素導体を、他のスロットの要素導体に対して並列に接続することが可能となる。
【0012】
この結果、各スロットの内周寄りの半数の要素導体のそれぞれの他のスロットの要素導体との接合部の総数と、外周寄りの半数の要素導体のそれぞれの他のスロットの要素導体との接合部の総数とが、前記所定数の半数と同じである従来の態様に比して、各相のコイルの1磁極当たりのターン数を少なくすることが可能となる。ひいては、上記従来の態様に比して、回転電機の出力(単位時間当たりの出力エネルギー)を向上させることが可能となる。
【0013】
また、前記第2端側での要素導体同士の接続構成以外は、従来の態様と同様の構成を採用できる。このため、従来の態様に対して、各相のコイルの構造変更を極力少なくすると共に出力を向上させることが可能となる。
【0014】
さらに、従来の生産設備の多くを、大幅な仕様変更を必要とすることなく、利用できる。例えば各セグメントコイルを作成する機械、各セグメントコイルの脚部としての要素導体をステータコアのスロットに挿入する機械として、従来のものを利用できる。従って、ステータコアに各相のコイルを装着してなるステータを、低コストで製造し得る。
【0015】
上記第1発明では、前記各スロットに配置される前記所定数の要素導体のうち、内周寄りの半数の要素導体のそれぞれの他のスロットの要素導体との接合部の総数と、前記所定数の半数よりも1だけ小さい奇数個であり得る(第2発明)
【0016】
これによれば、各スロットの所定数の要素導体のうち、並列接続する要素導体の対の個数を最小限に留めることができるので、前記第2端側での要素導体年の接続パターンが複雑になるのを防止することができる。
【0017】
上記第1発明又は第2発明では、前記各相のコイルが、前記径方向で隣り合い、且つ、互いに並列接続される2つのセグメントコイルの対を、前記周方向に一定間隔で備えるように、前記各相のコイルの複数のセグメントコイルの要素導体同士が前記第2端側で接合されることが好ましい(第3発明)。
【0018】
これれによれば、上記セグメントコイルの対の内周寄りの隣り合う2つの要素導体を並列接続する共に、外周寄り隣り合う2つの要素導体を並列接続することになるので、それぞれの要素導体同士の接合を行い易くなる。
【0019】
上記第4発明では、前記セグメントコイルの各対を構成する2つのセグメンントコイルは、前記径方向で最も内周寄りの要素導体と、該要素導体に前記径方向で隣り合う要素導体とをそれぞれ含むセグメントコイルであることが好ましい(第4発明)。
【0020】
これによれば、並列接続する各対のセグメントコイルが、前記径方方向で最も内周側で隣り合うのセグメントコイルであるので、各相のコイルの渦電流損を極力抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
本発明の実施形態(第1実施形態及び第2実施形態)の回転電機のステータコアを示す図。
実施形態の回転電機のステータコイルの全体の回路構成を示す回路図。
実施形態におけるセグメントコイルを渡り部導体側から見た斜視図。
第1実施形態における各相のコイルのセグメントコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図。
図5Aは第1実施形態におけるU相コイルの一部のコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図、図5Bは該一部のコイルの要素導体の接続の形態を例示する図。
図6Aは第1実施形態におけるU相コイルの一部のコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図、図6Bは該一部のコイルの要素導体の接続の形態を例示する図。
第2実施形態における各相のコイルのセグメントコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図。
図8Aは第2実施形態におけるU相コイルの一部のコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図、図8Bは該一部のコイルの要素導体の接続の形態を例示する図。
図9Aは第2実施形態におけるU相コイルの一部のコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図、図9Bは該一部のコイルの要素導体の接続の形態を例示する図。
第3実施形態における各相のコイルのセグメントコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図。
図11Aは第3実施形態におけるU相コイルの一部のコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図、図11Bは該一部のコイルの要素導体の接続の形態を例示する図。
図12Aは第3実施形態におけるU相コイルの一部のコイルの要素導体の配置と接続の形態とを例示する図、図12Bは該一部のコイルの要素導体の接続の形態を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【0022】
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態を図1〜6Bを参照して以下に説明する。本実施形態の回転電機は、ロータ1の周囲に配置される略筒状のステータコア11と、ステータコア11に装着されるステータコイル21とを備える。
【0023】
ステータコア11の内周部には、図1に示すように、複数のスロット12が、ステータコア11の周方向(ステータコア11の軸心周り方向)に一定間隔のピッチで並ぶように形成されている。各スロット12は、ステータコア11をその軸心方向に貫通するように形成されている。
【0024】
ステータコイル21は、図2に示すように、U相コイル21U、V相コイル21V、及びW相コイル21Wの3相のコイルにより構成される。以降の説明では、U相、V相、W相を区別する必要が無い場合に、任意の1つの相に対応する構成要素の参照符号に「X」を付加する。例えば、U相コイル21U、V相コイル21V、及びW相コイル21Wのうちの任意の1つのコイルをコイル21Xと表記する。この場合、「X」は、U、V、Wのいずれかを意味する。
【0025】
本実施形態では、各相のコイル21Xは、2個のコイル21X1,21X2を直列に接続してなるコイルと、2個のコイル21X3,21X4を直列に接続してなるコイルとを並列に接続して構成される。そして、U相、V相、W相のコイル21U,21V,21Wのそれぞれの一端が中性点22にて相互に接続される。また、各相のコイル21Xの他端は、各相毎に、コイル21Xの通電電流の入出部となる電流入出端子23Xにそれぞれ接続される。
【0026】
各相のコイル21X1〜21X4のそれぞれは、その部分的な構成要素として、図4に示すようにスロット12にそれぞれ配置される複数(所定数)の要素導体42を備えている。詳細は後述するが、各要素導体42は、図3に示す如く二股形状(略U字形状)に形成されたセグメントコイル41の2つの脚部のうちの一方の脚部に相当する部分である。
【0027】
各要素導体42は、スロット12をステータコア11の軸方向に直線状に貫通するように該スロット12に挿入される。そして、各相のコイル21X1〜21X4のそれぞれは、複数(所定数)の要素導体42を、直列に接続することにより構成される。
【0028】
図4では、ステータコア11の軸方向を紙面に垂直な方向、ステータコア11の周方向を横方向、ステータコア11の径方向を縦方向とし、スロット12の全体のうちの一部の複数のスロット12に配置される各要素導体42を、ステータコア11の軸方向の一端側(後述の第1端側)から見た形態で記載している。また、図4では、説明の便宜上、太線で示す要素導体42と細線で示す要素導体42とを混在させて記載している。これらのことは、後述の図5A、図6A、図7、図8A、図9A、図10、図11A及び図12Aにおいても同様である。
【0029】
ここで、本実施形態では、ステータコイル21により生成する磁極の極対数(N極及びS極の対の個数)は、一例として、例えば6極対(全12極)とされている。そして、前記したように、ステータコイル21の相数は3相であり、各相のコイル21Xは、コイル21X1,21X2を直列接続したものと、コイル21X3,21X4を直列接続したものとを並列接続することにより構成される。
【0030】
このため、本実施形態では、1極当たりのスロット数NがN=3×2=6個とされている。そして、総計72(=6×12)個のスロット12がステータコア11に形成されている。また、各スロット12には、8個の要素導体42が、ステータコア11の径方向に8層に整列するようにして配置される。
(【0031】以降は省略されています)

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