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公開番号2021158850
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211007
出願番号2020058642
出願日20200327
発明の名称回転電機
出願人株式会社アイシン
代理人特許業務法人R&C
主分類H02K 3/28 20060101AFI20210910BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】セグメントコンダクタを用いた分数スロット構成の回転電機を重巻構成で実現する。
【解決手段】セグメントコンダクタからなる重巻構成のコイルを収容した複数のスロットを有するステータとロータ2とを備えた分数スロット構成の回転電機であって、毎極毎相スロット数の既約帯分数表示をa+b/cとしたとき、a周回分のコイルは、ロータ2の磁極数と同数の極コイル10がステータの全周に隣接して配置された状態で、周方向に隣接する極コイル10が順に電気的に接続された隣極コイル群10Aで構成されており、(a+1)周目のコイルは、全周を磁極数/c等分した範囲に、b個の極コイル10と(c-b)個の極コイル10に相当するブランクからなる極コイル欠落部とが順不同で隣接し周方向Xで直近の極コイル10が電気的に接続された連極コイルが配置されており、周方向に隣接する磁極数/c個の連極コイルを順に電気的に接続して周回する連極コイル群で構成されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
セグメントコンダクタからなる重巻構成のコイルを収容した複数のスロットを有するステータと、当該ステータと対向し複数の磁極を有するロータとを備え、前記ステータのスロット数を相数及び前記ロータの磁極数で除算した毎極毎相スロット数が、1/2を超え、且つ、既約分数表示で分母が2以上の分数スロット構成の回転電機であって、
前記毎極毎相スロット数の既約帯分数表示をa+b/c(aはゼロ又は正の整数、bおよびcは正の整数でb<c)としたとき、
a周回分の前記コイルは、前記ロータの前記磁極数と同数の極コイルが前記ステータの全周に隣接して配置された状態で、周方向に隣接する前記極コイルが順に電気的に接続された隣極コイル群で構成されており、
(a+1)周目の前記コイルは、前記全周を前記磁極数/c等分した範囲に、b個の前記極コイルと(c−b)個の前記極コイルに相当するブランクからなる極コイル欠落部とが順不同で隣接し前記周方向で直近の前記極コイルが電気的に接続された連極コイルが配置されており、前記周方向に隣接する前記磁極数/c個の前記連極コイルを順に電気的に接続して周回する連極コイル群で構成されており、
前記隣極コイル群は、前記スロットの最外径側および最内径側に配置され隣接する前記極コイルを電気的に接続する一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれない前記極コイルと、前記一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれる前記極コイルとが、前記周方向に交互に並んでおり、
前記連極コイル群は、前記極コイル間の前記ブランクの数が全て奇数の場合、前記一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれない前記極コイルのみで構成され、前記極コイル間の前記ブランクの数が全て偶数(ゼロを含む)の場合、又は、前記極コイル間の前記ブランクの数として奇数および偶数(ゼロを含む)が混在する場合、前記一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれない前記極コイルと、前記一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれる前記極コイルとで構成されている回転電機。ここで、a周回は同一方向である。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
2周目以降の前記隣極コイル群又は前記連極コイル群は、前周目の前記隣極コイル群に対して、前記a周回方向と反対方向に1スロットピッチずれている請求項1に記載の回転電機。
【請求項3】
前記スロットの径方向の層相帯配置として前記スロットの底部の層を1として前記スロットの開口部に向かって昇順に数えた場合、偶数層は、奇数層に対して、前記毎極毎相スロット数を相数で乗算した毎極スロット数に対する直近の整数で構成される所定スロット数、前記周方向に移動させて構成されており、
前記偶数層の前記奇数層に対する前記所定スロット数の移動方向は、cが4以上の場合は前記a周回方向(a=0のときは(a+1)周回方向)と同一方向であり、
前記偶数層どうし又は前記奇数層どうしの前記層相帯配置は、夫々前記周方向で同一の構成であり、
前記コイルの相始端は、前記スロットの前記底部において前記周方向に連続する同相のコイルサイドが配置される前記スロットの数である連スロット数が、前記毎極毎相スロット数の直近の整数で大きい方の相帯のa周回方向側(a=0のときは(a+1)周回方向側)の端の前記スロットから引き出される請求項1又は2に記載の回転電機。
【請求項4】
前記相始端を引き出す前記スロットが含まれる相帯は、前記スロットの前記底部の層相帯を構成する前記連スロット数が相対的に少ない相帯(a=0の場合は前記連スロット数がゼロである前記ブランク)に対し、前記周方向で最短距離にある奇数番目の前記連スロット数が相対的に多い相帯(a=0の場合は前記連スロット数が1)である請求項3に記載の回転電機。
【請求項5】
前記周方向が前記a周回方向(a=0のときは(a+1)周回方向)である請求項4に記載の回転電機。
【請求項6】
前記隣極コイル接続用同層接続部は、前記スロットの最外径側および最内径側に配置されている請求項1から5のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項7】
前記ブランクを渡り前記連極コイル内又は前記連極コイル間の前記極コイルを順に電気的に接続する極コイル接続部は、前記極コイル接続部が渡る前記ブランクの数が奇数の場合、前記スロットの最外径側の層と最内径側の層とを接続しており、前記極コイル接続部が渡る前記ブランクの数が偶数(ゼロを含まない)の場合、前記スロットの最外径側の層どうし、又は、前記スロットの最内径側の層どうしを接続している請求項1から6のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項8】
前記セグメントコンダクタは、2つの前記スロットに収容される一対のコイルサイドと、前記一対のコイルサイドを電気的に接続し、コイルエンドに配置される1つのターンコイルエンドと、を有しており、
前記極コイルの前記ターンコイルエンドは、前記a周回方向(a=0のときは(a+1)周回方向)で、前記スロットの外径側から内径側に1層分傾斜又は屈曲した短節ピッチで構成されている請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、セグメントコンダクタからなるコイルを収容した複数のスロットを有するステータと、ステータと対向し複数の磁極を有するロータとを備えた回転電機に関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、セグメントコンダクタからなる重巻構成のコイルを備え、ステータのスロット数を相数及びロータの磁極数で除算した毎極毎相スロット数が自然数である整数スロット構成の回転電機が知られている(例えば、特許文献1〜2参照)。
【0003】
特許文献1に記載の回転電機は、ステータの周方向に所定のスロット間隔で巻回される分布巻構成の単位コイルを2n個配置して形成され、1番目の単位コイルが挿入される2つのスロットのうち1つが、n番目の単位コイルが挿入される2つのスロットのうちの1つと同じであり、(n+1)番目の単位コイルが挿入される2つのスロットのうち1つが、2n番目の単位コイルが挿入される2つのスロットのうちの1つと同じである。この構成により、同じスロットに配置される異なる単位コイル間の電位差を、相内電位差の約半分にすることができると記載されている。
【0004】
特許文献2に記載の回転電機は、ステータの周方向に所定のスロット間隔で巻回される分布巻構成の単位コイルとしてU字状の導体セグメントを用いており、導体セグメントの脚部が径方向にオフセットした状態で折り曲げられた形状を有し、径方向に隣り合う導体セグメントの脚部同士が電気的に接続されている。この構成により、巻始の導体セグメントと巻終の導体セグメントとが同じスロット内で隣接することなく配置され、導体セグメント間の最大電位差を低減できると記載されている。
【0005】
また、セグメントコンダクタからなるコイルを備え、毎極毎相スロット数が既約分数表示で分母が2以上の分数スロット構成の回転電機が知られている(例えば、特許文献3参照)。特許文献3に記載の技術は、セグメントコンダクタを波巻構成にすることにより、1つのスロット内に異相のセグメント導体が混在する分数スロット構成の回転電機を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2012−16195号公報
特開2014−103707号公報
特開2008−172926号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
分数スロット構成の回転電機は、整数スロット構成の回転電機に比べて良好なトルクリップル特性を少ないスロット数で実現できるため、有用である。しかしながら、特許文献1〜2に記載の技術は、整数スロット構成の回転電機であり、分数スロット構成の回転電機に適用できない。特許文献3に記載の技術は、分数スロット構成の回転電機であるが、短節ピッチと長節ピッチの繰り返しである波巻構成を採用しており、総コイル長が短節ピッチを主とした場合の重巻構成に比べて長くなり、製造コストが増大する。
【0008】
そこで、セグメントコンダクタを用いた分数スロット構成の回転電機を重巻構成で実現することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る回転電機の特徴構成は、セグメントコンダクタからなる重巻構成のコイルを収容した複数のスロットを有するステータと、当該ステータと対向し複数の磁極を有するロータとを備え、前記ステータのスロット数を相数及び前記ロータの磁極数で除算した毎極毎相スロット数が、1/2を超え、且つ、既約分数表示で分母が2以上の分数スロット構成の回転電機であって、前記毎極毎相スロット数の既約帯分数表示をa+b/c(aはゼロ又は正の整数、bおよびcは正の整数でb<c)としたとき、a周回分の前記コイルは、前記ロータの前記磁極数と同数の極コイルが前記ステータの全周に隣接して配置された状態で、周方向に隣接する前記極コイルが順に電気的に接続された隣極コイル群で構成されており、(a+1)周目の前記コイルは、前記全周を前記磁極数/c等分した範囲に、b個の前記極コイルと(c−b)個の前記極コイルに相当するブランクからなる極コイル欠落部とが順不同で隣接し前記周方向で直近の前記極コイルが電気的に接続された連極コイルが配置されており、前記周方向に隣接する前記磁極数/c個の前記連極コイルを順に電気的に接続して周回する連極コイル群で構成されており、前記隣極コイル群は、前記スロットの最外径側および最内径側に配置され隣接する前記極コイルを電気的に接続する一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれない前記極コイルと、前記一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれる前記極コイルとが、前記周方向に交互に並んでおり、前記連極コイル群は、前記極コイル間の前記ブランクの数が全て奇数の場合、前記一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれない前記極コイルのみで構成され、前記極コイル間の前記ブランクの数が全て偶数(ゼロを含む)の場合、又は、前記極コイル間の前記ブランクの数として奇数および偶数(ゼロを含む)が混在する場合、前記一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれない前記極コイルと、前記一対の隣極コイル接続用同層接続部に挟まれる前記極コイルとで構成されている点にある。ここで、a周回は同一方向である。
【0010】
本構成により、セグメントコンダクタを用いた分数スロット構成の回転電機を重巻構成で実現することができる。また、本構成では、大部分を占める極コイルの単位コイルを共通化できるため、製造コストを低減することができる。
【0011】
他の特徴構成は、2周目以降の前記隣極コイル群又は前記連極コイル群は、前周目の前記隣極コイル群に対して、前記a周回方向と反対方向に1スロットピッチずれている点にある。
【0012】
本構成により、コイルエンドが均等に配置され、コンパクト化を図ることができる。
【0013】
他の特徴構成は、前記スロットの径方向の層相帯配置として前記スロットの底部の層を1として前記スロットの開口部に向かって昇順に数えた場合、偶数層は、奇数層に対して、前記毎極毎相スロット数を相数で乗算した毎極スロット数に対する直近の整数で構成される所定スロット数、前記周方向に移動させて構成されており、前記偶数層の前記奇数層に対する前記所定スロット数の移動方向は、cが4以上の場合は前記a周回方向(a=0のときは(a+1)周回方向)と同一方向であり、前記偶数層どうし又は前記奇数層どうしの前記層相帯配置は、夫々前記周方向で同一の構成であり、前記コイルの相始端は、前記スロットの前記底部において前記周方向に連続する同相のコイルサイドが配置される前記スロットの数である連スロット数が、前記毎極毎相スロット数の直近の整数で大きい方の相帯の前記a周回方向側(a=0のときは(a+1)周回方向側)の端の前記スロットから引き出される点にある。
【0014】
本構成により、セグメントコンダクタを用いた分数スロット構成の回転電機を重巻構成で実現することができる。
【0015】
他の特徴構成は、前記相始端を引き出す前記スロットが含まれる相帯は、前記スロットの前記底部の層相帯を構成する前記連スロット数が相対的に少ない相帯(a=0の場合は前記連スロット数がゼロである前記ブランク)に対し、前記周方向で最短距離にある奇数番目の前記連スロット数が相対的に多い相帯(a=0の場合は前記連スロット数が1)である点にある。
【0016】
本構成により、(a+1)周目のコイルにおいて、ブランクを渡り連極コイル内又は連極コイル間の極コイルを電気的に接続するコイルエンド長を短縮することができる。
【0017】
他の特徴構成は、前記相始端を引き出す前記スロットが含まれる相帯は、前記スロットの前記底部の層相帯を構成する前記連スロット数が相対的に少ない相帯(a=0の場合は前記連スロット数がゼロである前記ブランク)に対し、前記a周回方向(a=0のときは(a+1)周回方向)で最短距離にある奇数番目の前記連スロット数が相対的に多い相帯(a=0の場合は前記連スロット数が1)である点にある。
【0018】
本構成により、(a+1)周目のコイルにおいて、ブランクを渡り連極コイル内又は連極コイル間の極コイルを電気的に接続するコイルエンド長を短縮することができる。
【0019】
他の特徴構成は、前記隣極コイル接続用同層接続部は、前記スロットの最外径側および最内径側に配置されている点にある。
【0020】
本構成のように隣極コイル接続用同層接続部を最外径側および最内径側に配置すれば、隣極コイル群及び連極コイル群のコイルエンドと干渉させずに隣極コイル接続用同層接続部を配置することが可能となり、コンパクト化を図ることができる。
【0021】
他の特徴構成は、前記ブランクを渡り前記連極コイル内又は前記連極コイル間の前記極コイルを順に電気的に接続する極コイル接続部は、前記極コイル接続部が渡る前記ブランクの数が奇数の場合、前記スロットの最外径側の層と最内径側の層とを接続しており、前記極コイル接続部が渡る前記ブランクの数が偶数(ゼロを含まない)の場合、前記スロットの最外径側の層どうし、又は、前記スロットの最内径側の層どうしを接続している点にある。
【0022】
本構成により、連極コイル群のコイルエンドが均等に配置され、コンパクト化を図ることができる。
【0023】
他の特徴構成は、前記セグメントコンダクタは、2つの前記スロットに収容される一対のコイルサイドと、前記一対のコイルサイドを電気的に接続し、コイルエンドに配置される1つのターンコイルエンドと、を有しており、前記極コイルの前記ターンコイルエンドは、前記a周回方向(a=0のときは(a+1)周回方向)で、前記スロットの外径側から内径側に1層分傾斜又は屈曲した短節ピッチで構成されている点にある。
【0024】
本構成のように、大部分を占める極コイルのターンコイルエンドを短節ピッチとすれば、総コイル長を短くすることが可能となり、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
回転電機の一部拡大断面図である。
8極60スロットの相配置の一例を示す模式図である。
8極60スロットのU相における1周目の巻線構成を示す模式図である。
8極60スロットのU相における2周目の巻線構成を示す模式図である。
8極60スロットのU相における3周目の巻線構成を示す模式図である。
8極60スロットの全体巻線構成を示す模式図である。
最外径側の隣極コイル接続用同層接続部の単位コイルを示す模式図である。
極コイルの単位コイルを示す模式図である。
最内径側の隣極コイル接続用同層接続部の単位コイルを示す模式図である。
連極コイル接続部の単位コイルを示す模式図である。
8極36スロットのU相における巻線構成を示す模式図である。
8極30スロットのU相における巻線構成を示す模式図である。
10極36スロットのU相における巻線構成を示す模式図である。
10極42スロットのU相における巻線構成を示す模式図である。
8極42スロットのU相における巻線構成を示す模式図である。
8極18スロットのU相における巻線構成を示す模式図である。
8極60スロットのU相における短節ピッチの巻線構成を示す模式図である。
8極60スロットのU相における長節ピッチの巻線構成を示す模式図である。
図15の相始端位置の変形例を示す模式図である。
図15の相始端位置の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下に、本発明に係る回転電機の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、回転電機の一例として、三相交流同期電動機(以下、モータMと称する。)として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【0027】
[基本構成]
図1に示すように、モータMは、セグメントコンダクタ(以下、「巻線」と称する。)で構成された複数の単位コイル11(コイルの一例)のコイルサイド11aを収容する複数のスロット32を有するステータ3と、ステータ3と対向し複数の永久磁石22(磁極の一例)を有するロータ2とを備えている。以下の説明において、ロータ2の回転方向又は逆回転方向を周方向X、ロータ2の半径方向を径方向Y、ロータ2の回転軸芯と平行な方向を軸方向Z(直交方向)と称する。また、周方向Xのうち、ロータ2が回転する方向を回転方向X1及びその逆方向を逆回転方向X2、径方向Yのうち、ステータ3からロータ2に向かう方向(スロット32の開口側に向かう方向)を径内方向Y1と称し、ロータ2からステータ3に向かう方向を径外方向Y2(スロット32の底部側に向かう方向)と称する。
【0028】
ステータ3は、筒状のステータコア31を有しており、ステータコア31は複数の磁性鋼板を積層して形成されている。ステータコア31は、径外方向Y2側で環状に形成されたヨーク部31aと、ヨーク部31aから径内方向Y1に突出する複数のティース部31bと、複数のティース部31bの突出端において周方向Xに沿って配置されるフランジ部31cとで構成されている。隣接するティース部31bの間には、巻線で構成された単位コイル11のコイルサイド11aを収容するスロット32が形成されており、複数のスロット32が、複数のティース部31bと同じ数だけ設けられている。
【0029】
ロータ2は、複数の磁性鋼板を積層して形成される筒状のロータコア21と、ロータコア21に埋設された複数の永久磁石22とを有している。このロータコア21は不図示の軸部材に支持されており、ロータ2がステータ3に対して回転方向X1及び逆回転方向X2に相対回転可能に構成されている。永久磁石22は、希土類系磁石等で構成されており、N極とS極とが周方向Xに沿って交互に配置されている。なお、複数の永久磁石22の外周面をロータコア21から露出させても良い。
【0030】
本実施形態のモータMは、ステータ3のスロット32の数を相数(本実施形態では3相)及びロータ2の磁極数で除算した値(以下、毎極毎相スロット数又はNsppとも称する。)は1/2よりも大きく、毎極毎相スロット数を既約分数で表示したとき、分母が2以上の分数スロットで構成されている。以下、毎極毎相スロット数を既約帯分数表示する場合は、a+b/c(aは整数部分、b/cは既約分数部でb<c、ここでaはゼロ又は正の整数、bおよびcは正の整数)と表現する。例えば、8極60スロットのモータMでは、毎極毎相スロット数が5/2(a=2,b=1,c=2)となる。
(【0031】以降は省略されています)

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