JP2014143787A - 巻線構造、及び回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】U相に対応する各ティース部にそれぞれU相コイルU1〜U6を形成し、これらを一連に形成してU相コイル群UCを形成し、V相に対応する各ティース部にそれぞれV相コイルV1〜V6を形成し、これらを一連に形成してV相コイル群VCを形成し、W相に対応する各ティース部にそれぞれW相コイルW1〜W6を形成し、これらを一連に形成してW相コイル群WCを形成し、これらU相コイル群UC、V相コイル群VC、W相コイル群WCを直列接続し、各相コイル群UC,VC,WCの途中に、それぞれ入出力部31a,31b,31cを設け、2つの入出力部間に2つの相コイルを存在させ、且つこれら2つの相コイルの個数を異ならせた。
【選択図】図3
Description
この種の回転電機は、ステータと、このステータに対して回転自在に設けられたロータを備えている。ステータは、円環状のステータコアと、このステータコアから径方向に突設された複数のティース部と、このティース部に巻装されたコイルとを備えている。一方、ロータは、ティース部に対向するように配置された永久磁石を備えている。
そして、電動モータとして使用する場合には、コイルに給電することにより磁界が形成され、ロータの永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によってロータが駆動される。一方、磁石発電機として用いる場合には、ロータが回転することによりティース部に流れる磁束が変化し、これが起電力となってコイルに電流が流れるようになっている。
この特許文献1によれば、中性点を設けることなく、3相のコイルで閉回路を形成しつつ、スター結線の性質を併せ持つことができる。このため、回転電機を磁石発電機として用いる場合の発電量を抑えることができ、フリクションが増大してしまうことを抑制できる。
T=3N
M:S=((T/3)−1):1
を満たすように設定されていることを特徴とする。
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、回転電機の平面図、図2は、回転電機の縦断面図である。
図1、図2に示すように、回転電機1は、例えば自動二輪車に用いられるアウターロータ型のスタータ用の磁石発電機とスタータモータ(電動モータ)機能とが一体化されたものであって、エンジンのクランクシャフト2の先端に固定されたロータ3と、エンジンのケース(不図示)に固定されるステータ4とを備えている。
ロータ3の周壁7には、内周面側に複数の永久磁石8が周方向に磁極が交互となるように設けられている。
以下の説明では、U相に対応するティース部16に、周方向に沿って順番にU1〜U6の番号を付し、これらU相に対応するティース部16に巻装される電機子コイル18を、第1U相コイルU1〜第6U相コイルU6とする。また、V相に対応するティース部16に、周方向に沿って順番にV1〜V6の番号を付し、これらV相に対応するティース部16に巻装される電機子コイル18を、第1V相コイルV1〜第6V相コイルV6とする。さらに、W相に対応するティース部16に、周方向に沿って順番にW1〜W6の番号を付し、これらW相に対応するティース部16に巻装される電機子コイル18を、第1W相コイルW1〜第6W相コイルW6とする。
図3は、各相コイルの結線図である。
同図に示すように、各相コイルU1〜W6は、デルタ結線されている。より具体的には、各U相コイルU1〜U6は、一連に直列接続されてU相コイル群UCを形成している。各V相コイルV1〜V6は、一連に直列接続されてV相コイル群VCを形成している。各W相コイルW1〜W6は、一連に直列接続されてW相コイル群WCを形成している。そして、U相コイル群UCの終端、つまり、第6U相コイルU6の端末部と、V相コイル群VCの始端、つまり、第1V相コイルV1の端末部とを接続する。さらに、V相コイル群VCの終端、つまり、第6V相コイルV6の端末部と、W相コイル群WCの始端、つまり、第1W相コイルW1の端末部とを接続する。また、W相コイル群WCの終端、つまり、第6W相コイルW6の端末部と、U相コイル群UCの始端、つまり、第1U相コイルU1の端末部とを接続する。
すなわち、U相コイル群UCのうち、第2U相コイルU2〜第6U相コイルU6の巻回方向は同一方向であるが、これら第2U相コイルU2〜第6U相コイルU6の巻回方向と、第1U相コイルU1の巻回方向は逆方向になっている。また、V相コイル群VCのうち、第2V相コイルV2〜第6V相コイルV6の巻回方向は同一方向であるが、これら第2V相コイルV2〜第6V相コイルV6の巻回方向と、第1V相コイルV1の巻回方向は逆方向になっている。そして、この第1V相コイルV1の巻回方向と、第2U相コイルU2〜第6U相コイルU6の巻回方向とが同一方向になっている。
尚、以下の説明において、第1入出力部31aと第2入出力部31bとの間、第1入出力部31aと第3入出力部31cとの間、及び第2入出力部31bと第3入出力部31cとの間の何れかの間のことをいう場合、単に2つの入出力部間と称して説明する。
すなわち、U相コイルU1〜U6、V相コイルV1〜V6、及びW相コイルW1〜W6のうちの1つを第1相コイルとし、2つの入出力部間に存在する第1相コイルの個数をMとし、U相コイルU1〜U6、V相コイルV1〜V6、及びW相コイルW1〜W6のうち、第1相コイル以外の1つを第2相コイルとし、2つの入出力部間に存在する前記第2相コイルの個数をSとし、ティース部16の個数をTとし、Nを2以上の自然数としたとき、第1相コイルの個数M、第2相コイルの個数S、及びティース部16の個数Tは、
T=3N ・・・(1)
M:S=((T/3)−1):1・・・(2)
を満たすように設定されている。
18=3×6
となり、N=6なのでNは2以上の自然数となる。
また、式(2)は、M:S=((T/3)−1):1=((18/3)−1):1=5:1となる。ここで、本実施形態では、各相コイルU1〜W6は、2つの入出力部間でみると、同相のコイルが5つ、他の相のコイルが1つ存在した状態になっているので式(2)を満たす。
次に、図3、図4に基づいて、回転電機1をスタータモータとして機能させる場合の各相コイルへの通電パターンについて説明する。
図4は、各相コイルへの通電波形図である。
図3、図4に示すように、各相コイルU1〜W6へは、所謂120°通電方式が採用される。120°通電方式は、第1入出力部31aと第2入出力部31bとの間、第1入出力部31aと第3入出力部31cとの間、第2入出力部31bと第3入出力部31cとの間に順次通電を行い、且つ何れの入出力部31a〜31c間にも電気角で120°の間、通電を行い、この後、電気角で60°の間、通電を遮断する。
そして、第2U相コイルU2〜第6U相コイルU6、及び第1V相コイルV1に通電を始めて電気角で120°経過後、第1U相コイルU1に電気角で120°通電されると共に、第2W相コイルW2〜第6W相コイルW6に電気角で120°通電される。
これらの通電動作が順次繰り返されることにより、ステータ4に所定の磁界が発生し、この磁界とロータ3の永久磁石8との間に磁気的な吸引力や反発力が生じてロータ3が回転する。
磁石発電機として機能させる場合、ロータ3が回転することにより、このロータ3の永久磁石8による磁界が変化し、これによって、各相コイルU1〜W6に起電力が生じる。そして、各相コイルU1〜W6に生じた起電力が線電流となって、それぞれ入出力部31a,31b,31cを介して出力される。
尚、以下の図5、図6において、ステータコア17に設けられているティース部16の個数は18個とし、2つの入出力部間に同相のコイルだけが存在する場合(△)、本実施形態である2つの入出力部間に存在する2つの相のコイルの比率が5:1の場合(△Y(5−1))、2つの入出力部間に存在する2つの相のコイルの比率が4:2の場合(△Y(4−2))、2つの入出力部間に存在する2つの相のコイルの比率が3:3の場合(△Y(3−3))について比較する。
一方、図6に示すように、回転電機1の出力が低下するほど、回転電機1の機械入力が低下し、フリクションが低下することが確認できる。
このように、2つの相のコイルの比率を同じにすると、フリクションを大幅に低下させることができるが、この分、回転電機1の出力も大幅に低減してしまい、トルク性能や発電性能のバランスのよい回転電機1とはいいにくい。
これに対し、上述の実施形態によれば、3相のコイルU1〜W6をデルタ結線するにあたって、2つの入出力部間に2つの相のコイルを存在させ、且つこれら2つの相のコイルの比率(個数)を異ならせたので、回転電機1をスタータモータとして用いる場合のトルクが低下してしまうことを抑制しつつ、回転電機1を磁石発電機として用いる場合の発電時の出力も抑え、フリクションの増大を抑制することができる。このため、スタータモータ、及び磁石発電機の両者で用いる回転電機1において、トルク性能や発電性能のバランスのよい回転電機1を提供することができる。
例えば、上述の実施形態では、ステータコア17に、ティース部16が18個設けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ティース部16の個数が、式(1)を満たし、且つNが2以上に設定されていればよい。
3 ロータ
4 ステータ
8 永久磁石
16 ティース部
18 電機子コイル
31a 第1入出力部(入出力部)
31b 第2入出力部(入出力部)
31c 第3入出力部(入出力部)
U1〜U6 U相コイル
UC U相コイル群
V1〜V6 V相コイル
VC V相コイル群
W1〜W6 W相コイル
WC W相コイル群
Claims (5)
- U相、V相、及びW相の3相からなるステータに設けられた複数のティース部に巻装されるコイルの巻線構造であって、
U相に対応する各ティース部に、それぞれ前記コイルを巻装して複数のU相コイルを形成し、これらU相コイルを一連に形成してU相コイル群を形成し、
V相に対応する各ティース部に、それぞれ前記コイルを巻装して複数のV相コイルを形成し、これらV相コイルを一連に形成してV相コイル群を形成し、
W相に対応する各ティース部に、それぞれ前記コイルを巻装して複数のW相コイルを形成し、これらW相コイルを一連に形成してW相コイル群を形成し、
これらU相コイル群、V相コイル群、W相コイル群を直列接続し、
各相コイル群の途中に、それぞれ外部機器に接続される入出力部を設け、2つの前記入出力部間に、3つの相コイルのうちの2つの相コイルを存在させ、且つこれら2つの相コイルの個数を異ならせたことを特徴とする巻線構造。 - 前記U相コイル、前記V相コイル、及び前記W相コイルのうちの1つを第1相コイルとし、2つの前記入出力部間に存在する前記第1相コイルの個数をMとし、
前記U相コイル、前記V相コイル、及び前記W相コイルのうち、前記第1相コイル以外の1つを第2相コイルとし、2つの前記入出力部間に存在する前記第2相コイルの個数をSとし、
前記ティース部の個数をTとし、
Nを2以上の自然数としたとき、
前記第1相コイルの個数M、前記第2相コイルの個数S、及び前記ティース部の個数Tは、
T=3N
M:S=((T/3)−1):1
を満たすように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の巻線構造。 - 前記第1相コイルの個数Mを5、前記第2相コイルの個数Sを1、前記ティース部の個数Tを18に設定したことを特徴とする請求項2に記載の巻線構造。
- 前記第1相コイルを基準に進角を設定したことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の巻線構造。
- 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の巻線構造を有するステータと、
前記ステータに対して回転自在に設けられ、複数の永久磁石を有するロータとを備えたことを特徴とする回転電機。
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2013
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