JP2014023171A - Stator for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機用ステータに係り、特に、ロータからの漏れ磁束によってステータコイル巻線に渦電流損が生じる回転電機用ステータに関する。 The present invention relates to a stator for a rotating electrical machine, and more particularly to a stator for a rotating electrical machine in which eddy current loss occurs in a stator coil winding due to leakage magnetic flux from a rotor.
回転電機を構成するステータのコイル巻線に駆動電流が供給されることでステータは回転磁界を発生し、ロータが回転する。このとき、ロータからステータに向かう磁束の一部が漏れ磁束となってコイル巻線を貫通し、その磁束変化によって渦電流損がステータコイル巻線に生じる。 When a drive current is supplied to the coil winding of the stator that constitutes the rotating electrical machine, the stator generates a rotating magnetic field, and the rotor rotates. At this time, a part of the magnetic flux from the rotor to the stator becomes a leakage magnetic flux and penetrates the coil winding, and eddy current loss occurs in the stator coil winding due to the change in the magnetic flux.
例えば、特許文献1は、ステータコアのティースに巻回されるコイル巻線の渦電流損がステータコアの内周側であるロータ側に近いほど多く、外周側に行くほど少ないことを指摘している。そこで、コイルについて、ステータコアの内周側のコイル巻線を分割断面型とし、外周側のコイル巻線を単一断面型とすることが開示されている。 For example, Patent Document 1 points out that the eddy current loss of the coil winding wound around the teeth of the stator core increases as it approaches the rotor side, which is the inner peripheral side of the stator core, and decreases toward the outer peripheral side. Therefore, it is disclosed that the coil winding on the inner peripheral side of the stator core is a divided cross-sectional type and the coil winding on the outer peripheral side is a single cross-sectional type.
特許文献2では、回転電機巻線用導線を集合導線で構成すると、渦電流の発生を抑制し、占積率を向上させることができる反面、集合導線の剛性が高くなるため、曲げ加工等が困難になることを指摘している。そこで、一層分を平面的に複数の導体素線に分割し、その一層分を複数層重ねて積層し、各導体素線の間と、複数層の各層の間を簡易絶縁部で結合して集合導線を構成することで、曲げ加工を容易にすることが開示されている。 In Patent Document 2, if the rotating electrical machine winding conductor is composed of a collective conductor, the generation of eddy currents can be suppressed and the space factor can be improved. It points out that it will be difficult. Therefore, one layer is divided into a plurality of conductor wires in a plane, the layers are stacked in layers, and the layers between the conductor wires and the layers of the plurality of layers are coupled by a simple insulating portion. It is disclosed that a bending process is facilitated by configuring a collective conducting wire.
コイル巻線を集合導線とし、その分割数を増やせばより渦電流損を減少させることができる。しかし、集合導線の分割数を増やすと、絶縁体被覆工程の増加、導体素線を束ねる工程の複雑化、曲げや捩じり工程の困難化等が伴い、これに伴いコイル巻線の占積率が低下する。 If the coil winding is a collective conducting wire and the number of divisions is increased, eddy current loss can be further reduced. However, increasing the number of assembly conductors increases the insulation coating process, complicates the process of bundling the conductor wires, and makes the bending and twisting processes more difficult. The rate drops.
本発明の目的は、コイル巻線の占積率を確保しながら渦電流損を効果的に低減できる回転電機用ステータを提供することである。 The objective of this invention is providing the stator for rotary electric machines which can reduce an eddy current loss effectively, ensuring the space factor of a coil winding.
本発明に係る回転電機用ステータは、周方向に沿って配置される複数のティース部を有するステータコアと、ティース部に複数回巻回され、少なくとも一部は、複数の導体素線の集合である集合導線で構成されるコイル巻線部と、を備え、コイル巻線部の中で、集合導線で構成されるコイル巻線は、当該コイル巻線を通るロータの漏れ磁束の主たる向きに平行に分割された複数の導体素線が積層されることを特徴とする。 A stator for a rotating electrical machine according to the present invention is a stator core having a plurality of teeth portions arranged along a circumferential direction, and is wound around the teeth portions a plurality of times, at least a part being a set of a plurality of conductor strands. A coil winding portion constituted by a collective conducting wire, and the coil winding constituted by the collective conducting wire is parallel to the main direction of the leakage flux of the rotor passing through the coil winding. A plurality of divided conductor wires are laminated.
また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、集合導線で構成されるコイル巻線は、ロータの漏れ磁束の方向に合わせて、内周側のコイル巻線はステータコアの径方向に平行に分割された複数の導体素線が周方向に積層され、ステータコアの外周側のコイル巻線はステータコアの周方向に平行に分割された複数の導体素線が径方向に積層されることが好ましい。 In the stator for a rotating electrical machine according to the present invention, the coil winding constituted by the collective conducting wire is divided in parallel with the radial direction of the stator core in accordance with the direction of the leakage magnetic flux of the rotor. Preferably, the plurality of conductor strands are laminated in the circumferential direction, and the coil winding on the outer peripheral side of the stator core is laminated in the radial direction with a plurality of conductor strands divided in parallel to the circumferential direction of the stator core.
また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、内周側のコイル巻線の導体素線の断面形状は、外周側のコイル巻線の導体素線と同じ断面形状であることが好ましい。 In the stator for a rotating electrical machine according to the present invention, the cross-sectional shape of the conductor wire of the inner peripheral side coil winding is preferably the same as the cross-sectional shape of the conductor wire of the outer peripheral coil winding.
上記構成において、回転電機用ステータは、コイル巻線として、コイル巻線を通るロータの漏れ磁束の主たる向きに平行に分割された複数の導体素線が積層された集合導線を用いる。ロータの漏れ磁束は一様な方向ではなく、ステータコアの内周側ではステータコアの径方向に沿って流れ、ステータコアの外周側ではステータコアの周方向に沿って流れる。この漏れ磁束の方向に集合導線の分割の方向を合わせることで、渦電流のループを短くでき、渦電流損を効果的に抑制できる。また、集合導線の分割方向を変えるだけで分割数を増やさずに済むので、占積率を確保できる。 In the above-described configuration, the stator for a rotating electrical machine uses a collective conducting wire in which a plurality of conductor wires divided in parallel with the main direction of the leakage magnetic flux of the rotor passing through the coil winding are stacked as the coil winding. The leakage magnetic flux of the rotor does not flow in a uniform direction, but flows along the radial direction of the stator core on the inner circumferential side of the stator core, and flows along the circumferential direction of the stator core on the outer circumferential side of the stator core. By matching the direction of division of the collective conducting wire to the direction of the leakage magnetic flux, the eddy current loop can be shortened and eddy current loss can be effectively suppressed. Further, it is not necessary to increase the number of divisions simply by changing the dividing direction of the collective conducting wire, so that the space factor can be ensured.
そして、回転電機用ステータにおいて、ロータの漏れ磁束の方向に合わせて、内周側のコイル巻線はステータコアの径方向に平行に分割した集合導線を用い、ステータコアの外周側のコイル巻線はステータコアの周方向に平行に分割した集合導線を用いる。これによって、集合導線の分割方向を漏れ磁束の方向に合わせることができる。 In the stator for a rotating electrical machine, the inner peripheral side coil winding is divided into parallel to the radial direction of the stator core in accordance with the direction of the leakage magnetic flux of the rotor, and the outer peripheral side coil winding of the stator core is the stator core. The collective conducting wire divided in parallel with the circumferential direction is used. Thereby, the dividing direction of the collective conducting wire can be matched with the direction of the leakage magnetic flux.
また、回転電機用ステータにおいて、内周側のコイル巻線と外周側のコイル巻線は、同一断面形状の導体素線を用い、集合導体の分割方向を変更するだけである。このように、巻線の種類を増やさず、占積率を確保しながら、渦電流損を抑制できる。 Further, in the stator for a rotating electrical machine, the inner peripheral coil winding and the outer peripheral coil winding use conductor wires having the same cross-sectional shape and only change the dividing direction of the collective conductor. Thus, eddy current loss can be suppressed while ensuring the space factor without increasing the types of windings.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、コイル巻線は集中巻方式で巻回されるものを述べるが、分布巻方式で巻回されても構わない。また、コイル巻線として断面が矩形形状の平角導線を用いるものを述べるが、これは説明のための例示であって、断面が円形の丸形導線、楕円形断面の導線、矩形形状の角部を丸めた略矩形形状断面の導線等を用いてもよい。以下で述べるステータコアのティース部の数、コイル巻線の巻数、集合導線における分割数等は説明のための例示であって、回転電機用ステータの仕様に応じ、適宜変更が可能である。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, the coil winding is described as being wound by the concentrated winding method, but may be wound by the distributed winding method. In addition, a coil winding using a rectangular conductor with a rectangular cross section is described, but this is an illustrative example, and a round conductor having a circular cross section, a conductor having an elliptical cross section, and a rectangular corner. You may use the conducting wire etc. of the substantially rectangular cross section which rounded. The number of teeth portions of the stator core, the number of turns of the coil winding, the number of divisions in the collective conducting wire, etc. described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the stator for a rotating electrical machine.
以下では、全ての図面において、一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, in all the drawings, the same reference numerals are given to one or corresponding elements, and redundant description is omitted.
図1は、回転電機用ステータ10を示す図で、図1(a)は一部を破断した平面図、(b)は1つのスロットについての拡大図である。なお、図1において、回転電機用ステータ10の構成要素ではないが、ロータ6と、ロータ6を固定する回転軸8を示す。回転電機用ステータ10は、ロータ6と電磁作用的に協働して、ロータ6を回転させ、回転軸8にトルクを出力させる。
1A and 1B are diagrams showing a
回転電機用ステータ10は、ステータコア12と、ステータコア12の周方向に沿って配置される複数のティース部14と、ティース部14の一部であってロータ6に対向する先端部16と、隣接するティース部14の間の空間であるスロット部18と、スロット部18を通りティース部14に複数回巻回されるコイル巻線部20を含む。
The
ステータコア12は、内周側に複数のティース部14が配置される円環状の磁性体部材である。図1では、12個のティース部14を有するステータコア12が示されている。かかるスタータコア12は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。
The
コイル巻線部20は、予め定めた巻数でそれぞれのティース部14に集中巻方式で巻回される絶縁被覆付導線である。複数のコイル巻線部20のそれぞれに、図示されていない駆動回路から予め定めた順序で駆動信号が供給されると、複数のティース部14の先端部16に磁界が順次発生し、ロータ6に対する回転磁界が形成される。
The
インシュレータ32は、ステータコア12とコイル巻線部20との間、および同じスロット部18の中に配置される2つのコイル巻線部20との間に配置される絶縁体である。かかるインシュレータ32としては、適当なプラスチックシートを用いることができる。これに代えて、各コイル巻線部20の外周に絶縁性樹脂を塗布してもよい。
The
各ティース部14に巻回されるコイル巻線部20の巻数は予め設定される。図1では、各ティース部14に5回巻回されるコイル巻線部20が示され、コイル巻線部20のそれぞれの1巻きがコイル巻線22,24,26,28,30として示されている。ここで、コイル巻線部20の少なくとも一部には、集合導線が用いられる。
The number of turns of the
集合導線とは、断面が1本の導線で構成される単一断面型の導線に対応するもので、断面が複数の導体素線に分割され、分割された複数の導体素線を再び集合させて1本のコイル巻線としたものである。分割された複数の導体素線の間は電気的に絶縁される。集合導線は、単一断面型の導線と同じ断面積を複数に分割するので、単一断面型の導線と比較して、コイル巻線に鎖交する漏れ磁束により発生する渦電流のループが短くなり、これにより渦電流損を低下させることができる。また、適切な分割によって、スロット部18内におけるコイル巻線部20の占積率を向上させることもできる。
A collective conductor corresponds to a single cross-section type conductor composed of one conductor in cross section, and the cross section is divided into a plurality of conductor strands, and the plurality of divided conductor strands are assembled again. One coil winding. The plurality of divided conductor wires are electrically insulated. The collective conductor divides the same cross-sectional area as the single cross-section type conductor into multiple sections, so the loop of the eddy current generated by the leakage flux interlinked with the coil winding is shorter than the single cross-section type conductor. Thus, eddy current loss can be reduced. Moreover, the space factor of the
コイル巻線部20の少なくとも一部に集合導線が用いられるとは、例えば5巻きの全部を集合導線としてもよく、5巻きの中の一部を集合導線とし、残りを単一断面型の導線としてもよいことを意味する。図1(b)では、コイル巻線部20の5巻きの中で、ステータコア12の外周側の3巻きのコイル巻線22,24,26に単一断面型の導線が用いられ、ステータコア12の内周側の2巻きのコイル巻線28,30に集合導線が用いられている。なお、単一断面型の導線と、集合導線との間の接続には、導電性接着材が用いられる。これに代えて、溶接によって単一断面型の導線と集合導線との間を接続してもよい。
The fact that the collective conducting wire is used for at least a part of the
ステータコア12の内周側の2巻きのコイル巻線28,30は、いずれも、断面を3つの導体素線で分割した集合導線が用いられるが、ステータコア12の最内周側のコイル巻線30の導体素線の分割方向と、コイル巻線30よりもステータコア12の外周側のコイル巻線28の導体素線の分割方向は異なっている。
As the two
なお、図1では、各ティース部14に巻回されるコイル巻線部20の巻数を5巻きとしたが、これ以外の巻数であっても構わない。また、5巻きの中で、3巻きを単一断面型の導線、2巻きを集合導線としたが、ステータコア12において、より外周側に単一断面型の導線が巻回され、より内周側に集合導線が巻回されればよく、単一断面型の導線と集合導線の配分はこれ以外であってもよい。また、集合導線として3本の導体素線に分割されるものとしたが、これ以外の分割数であってもよい。
In FIG. 1, the number of turns of the
図2は、2つのコイル巻線28,30を比較した図で、図2(a)は、より外周側に巻回されるコイル巻線28の断面図、図2(b)は、最内周側に巻回されるコイル巻線30の断面図である。コイル巻線28,30は、それぞれ3つの導体素線34を用い、各導体素線34の外周は絶縁層36で被覆される。これによって、コイル巻線28を構成する3つの導体素線34の間は電気的に絶縁される。同様に、コイル巻線30を構成する3つの導体素線34の間も電気的に絶縁される。
FIG. 2 is a diagram comparing the two
かかる単一断面型の導線や導体素線34としては、銅線が用いられる。銅線に代えて、アルミニウム、銀、鉄、金、またはこれらの合金で構成される導線を用いてもよい。また、コイル巻線部20の絶縁被覆や導体素線34の外周の絶縁層36としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド等のイミド系樹脂が用いられる。これに代えて、ポリビニルブチラール系、ポリアミド系、エポキシ系の融着材や、エチレン−酢酸ビニル共重合系樹脂(EVA系樹脂)、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系の絶縁接着材を用いることができる。
A copper wire is used as the single cross-section conducting wire or
各導体素線34は、断面形状が矩形で、長い方の寸法がA、短い方の寸法がBの矩形の断面形状を有する。ここで、絶縁層36の厚さが寸法A,Bに比較して無視できる程度に薄いとして、A=3Bに設定される。つまり、コイル巻線28,30は、いずれも、一辺の長さがA(=3B)の正方形の断面形状を有する。コイル巻線28,30の違いは、この正方形断面を3つに分割する方向が横方向か縦方向かである。
Each
図1を参照して、図2にステータコア12の周方向と径方向を示した。図2の紙面上で横方向がステータコア12の周方向で、縦方向がステータコア12の径方向である。したがって、ステータコア12のより外周側に巻回されるコイル巻線28は、ステータコア12の周方向に平行に分割された3本の導体素線34が径方向に積層される。ステータコア12の最内周側のコイル巻線30は、ステータコア12の径方向に平行に分割された3本の導体素線34が周方向に積層される。
With reference to FIG. 1, the circumferential direction and radial direction of the
図3は、上記構成の作用効果を示す図である。図3は図1(b)に対応する図であるが、コイル巻線22,24,26,28,30に作用する漏れ磁束40が矢印で示されている。ロータ6からの磁束は、主に、ティース部14の先端部16を通って磁気抵抗の小さいティース部14を流れるが、ティース部14が磁気飽和した場合あるいは磁気飽和に近いときに、ティース部14の先端部16を通らずにティース部14から漏れてスロット部18を通る。これがコイル巻線22,24,26,28に作用する漏れ磁束40となる。
FIG. 3 is a diagram showing the effect of the above configuration. FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 1B, but the leakage
ティース部14の先端部16を通らない漏れ磁束40の方向は、ステータコア12の最内周側では、ステータコア12の径方向にほぼ平行である。漏れ磁束40は、最内周側から外周側に行くにつれ、スロット部18よりも磁気抵抗の小さいティース部14に向かうので、その向きは次第にステータコア12の周方向に平行になる。図3では、ステータコア12の最内周側に巻回されるコイル巻線30の位置では、漏れ磁束40の方向がステータコア12の径方向にほぼ平行であるが、コイル巻線30よりもステータコア12の外周側に巻回されるコイル巻線28の位置では、漏れ磁束40の方向がステータコア12の周方向にほぼ平行となる。
The direction of the leakage
コイル巻線30は、ステータコア12の径方向に平行に分割された3本の導体素線34が周方向に積層されるので、この分割方向は、コイル巻線30の位置における漏れ磁束40の主たる方向に平行である。また、コイル巻線28は、ステータコア12の周方向に平行に分割された3本の導体素線34が径方向に積層されるので、この分割方向も、コイル巻線28の位置における漏れ磁束40の主たる方向に平行である。このように、集合導線で構成されるコイル巻線28,30は、当該コイル巻線28,30を通る漏れ磁束40の主たる向きに平行に分割された複数の導体素線34が積層されている。
In the coil winding 30, three
このように集合導線の分割方向を漏れ磁束40の主たる向きに平行とすることで、渦電流のループを短くでき、渦電流損を効果的に抑制できる。例えば、コイル巻線28では、径方向の表面に略垂直に漏れ磁束40が通過するが、径方向の表面が3つの導体素線34によって3つに分割されるので、径方向の表面に流れる渦電流のループの長さが約1/3となる。同様に、コイル巻線30では、周方向の表面に略垂直に漏れ磁束40が通過するが、周方向の表面が3つの導体素線34によって3つに分割されるので、周方向の表面に流れる渦電流のループの長さが約1/3となる。これによって、漏れ磁束40の変動に起因する渦電流損を効果的に抑制できる。
Thus, by making the dividing direction of the collective conducting wire parallel to the main direction of the leakage
また、図2で説明したように、コイル巻線28,30は、同じ断面形状の導体素線34の積層方向を変更しただけであるので、コイル巻線の種類を増やす必要がない。また、コイル巻線28,30の断面積は同じであるので、占積率を維持できる。
Further, as described with reference to FIG. 2, the
6 ロータ、8 回転軸、10 回転電機用ステータ、12 ステータコア、14 ティース部、16 先端部、18 スロット部、20 コイル巻線部、22,24,26 (単一断面型導線で構成される)コイル巻線、28,30 (集合導線で構成される)コイル巻線、32 インシュレータ、34 導体素線、36 絶縁層、40 漏れ磁束。 6 Rotor, 8 Rotating shaft, 10 Rotating electrical machine stator, 12 Stator core, 14 Teeth section, 16 Tip section, 18 Slot section, 20 Coil winding section, 22, 24, 26 (Consists of single cross section type conductor) Coil winding, 28, 30 Coil winding (consisting of collective conducting wire), 32 insulator, 34 conductor wire, 36 insulating layer, 40 leakage flux.
Claims (3)
ティース部に複数回巻回され、少なくとも一部は、複数の導体素線の集合である集合導線で構成されるコイル巻線部と、
を備え、
コイル巻線部の中で、集合導線で構成されるコイル巻線は、当該コイル巻線を通るロータの漏れ磁束の主たる向きに平行に分割された複数の導体素線が積層されることを特徴とする回転電機用ステータ。 A stator core having a plurality of teeth disposed along the circumferential direction;
A coil winding portion that is wound a plurality of times around the teeth portion, and at least a part of the coil winding portion is composed of a set conducting wire that is a set of a plurality of conductor strands;
With
Among the coil winding portions, the coil winding composed of the collective conducting wire is formed by laminating a plurality of conductor wires divided in parallel in the main direction of the leakage magnetic flux of the rotor passing through the coil winding. A stator for a rotating electrical machine.
集合導線で構成されるコイル巻線は、ロータの漏れ磁束の方向に合わせて、内周側のコイル巻線はステータコアの径方向に平行に分割された複数の導体素線が周方向に積層され、ステータコアの外周側のコイル巻線はステータコアの周方向に平行に分割された複数の導体素線が径方向に積層されることを特徴とする回転電機用ステータ。 In the stator for a rotating electrical machine according to claim 1,
The coil winding composed of the collective conducting wire is laminated in the circumferential direction with a plurality of conductor wires divided in parallel to the radial direction of the stator core in accordance with the direction of the leakage magnetic flux of the rotor. The coil winding on the outer peripheral side of the stator core has a plurality of conductor wires divided in parallel to the circumferential direction of the stator core laminated in the radial direction.
内周側のコイル巻線の導体素線の断面形状は、外周側のコイル巻線の導体素線と同じ断面形状であることを特徴とする回転電機用ステータ。 The stator for a rotating electrical machine according to claim 2,
A stator for a rotating electrical machine, wherein a cross-sectional shape of a conductor wire of an inner peripheral side coil winding is the same cross-sectional shape as a conductor wire of an outer peripheral side coil winding.
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