JP2015076999A - Multi-phase rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多相回転機を構成するステータ巻線の中性点に接続されたバッテリと、コンデンサを有する直流電圧源と、スイッチング素子を有し、前記回転機を構成するロータを回転駆動させるべく前記スイッチング素子の操作によって前記直流電圧源の電圧を前記回転機に印加するインバータと、前記中性点及び前記バッテリが接続された状態で前記スイッチング素子を操作することで、前記直流電圧源の電圧を前記バッテリの電圧に対して昇圧する昇圧制御手段と、前記昇圧制御手段によって前記直流電圧源の電圧が前記バッテリの電圧よりも高くなっている状態で前記スイッチング素子を操作することで、前記ロータを回転駆動させる手段と、を備えるシステムに適用される多相回転機に関する。 The present invention includes a battery connected to a neutral point of a stator winding constituting a multiphase rotating machine, a DC voltage source having a capacitor, a switching element, and rotationally drives a rotor constituting the rotating machine. Therefore, by operating the switching element in a state where the inverter and the neutral point and the battery are connected to the inverter that applies the voltage of the DC voltage source to the rotating machine by operating the switching element, the DC voltage source Boosting control means for boosting the voltage with respect to the voltage of the battery, and operating the switching element in a state where the voltage of the DC voltage source is higher than the voltage of the battery by the boosting control means, And a means for rotationally driving the rotor.
この種の多相回転機としては、下記特許文献１に見られる電力変換システムに適用されるものが知られている。このシステムでは、インバータの一対の入力端子にコンデンサが接続され、バッテリの正極端子が３相回転機を構成するステータ巻線の中性点に接続されている。また、バッテリの負極端子は、上記一対の入力端子のうち低電位側の入力端子に接続されている。こうした構成によれば、コンデンサ、ステータ巻線及びインバータを、バッテリ電圧を昇圧させるための昇圧チョッパ回路として機能させることができる。ここで、ステータ巻線は、昇圧チョッパ回路を構成するリアクトルとして利用される。
As this kind of multiphase rotating machine, what is applied to a power conversion system found in
ところで、本発明者らは、回転機として、ステータコアを構成する複数のティースのそれぞれにステータ巻線が集中巻されて構成されたものを採用することを考えている。これは、例えば、分布巻されて構成された回転機と比較して、ティースへの巻線が容易であり、また、ステータ巻線のコイルエンドを小さくできることによる。 By the way, the present inventors are considering adopting a rotating machine in which stator windings are concentratedly wound around each of a plurality of teeth constituting the stator core. This is because, for example, the winding to the teeth is easier and the coil end of the stator winding can be made smaller than in a rotating machine configured by distributed winding.
ただし、集中巻されて構成された回転機は、分布巻されて構成された回転機と比較して、バッテリ電圧の昇圧に寄与するステータ巻線のインダクタンス（零相インダクタンス）が小さい傾向にある。このため、集中巻されて構成された回転機を上記電力変換システムに適用する場合、零相インダクタンスが不足し、バッテリ電圧の昇圧効果が十分に得られない懸念がある。 However, a rotating machine configured by concentrated winding tends to have a smaller inductance (zero-phase inductance) of the stator winding that contributes to boosting the battery voltage than a rotating machine configured by distributed winding. For this reason, when applying the rotary machine comprised by concentrated winding to the said power conversion system, there exists a possibility that the zero phase inductance may run short and the boosting effect of a battery voltage may not fully be acquired.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、バッテリ電圧の昇圧効果を高めることのできる多相回転機を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a multiphase rotating machine capable of enhancing the boosting effect of the battery voltage.
上記課題を解決すべく、本発明は、多相回転機（２０）を構成するステータ巻線（２６￥；３６￥；４６Ｕ１，４６Ｕ２）の中性点（Ｎ）に接続されたバッテリ（３４）と、コンデンサ（３２）を有する直流電圧源と、スイッチング素子（Ｓ￥＃）を有し、前記回転機を構成するロータ（２２；３２）を回転駆動させるべく、前記スイッチング素子の操作によって前記直流電圧源の電圧を前記回転機に印加するインバータ（３０）と、前記中性点及び前記バッテリが接続された状態で前記スイッチング素子を操作することで、前記直流電圧源の電圧を前記バッテリの電圧に対して昇圧する昇圧制御手段と、前記昇圧制御手段によって前記直流電圧源の電圧が前記バッテリの電圧よりも高くなっている状態で前記スイッチング素子を操作することで、前記ロータを回転駆動させて前記ロータに連結されたエンジン（１０）のクランク軸（１０ａ）にトルクを付与するトルク付与手段と、を備えるシステムに適用され、前記回転機は、そのステータ（２４；３４；４４）を構成する複数のティース（３０ａ〜３０ｌ；４０ａ〜４０ｉ；５０ａ〜５０ｌ）のそれぞれに前記ステータ巻線が集中巻されて構成され、周方向に隣り合う前記ティースによって形成されたスロット（２８ａ〜２８ｌ；３８ａ〜３８ｉ；４８ａ〜４８ｌ；２８ａ，２８ｂ１，２８ｂ２，２８ｃ〜２８ｌ）の数を前記ロータの極数で除算した値は、「前記回転機の相数／２」（Ｎは正の整数）以外の値となるように設定されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a battery (34) connected to a neutral point (N) of a stator winding (26 ¥; 36 ¥; 46U1, 46U2) constituting a multiphase rotating machine (20). And a DC voltage source having a capacitor (32) and a switching element (S ¥ #), and the rotor (22; 32) constituting the rotating machine is rotated to drive the DC by operating the switching element. The inverter (30) for applying the voltage of the voltage source to the rotating machine, and operating the switching element in a state where the neutral point and the battery are connected, thereby changing the voltage of the DC voltage source to the voltage of the battery. Boosting control means for boosting the voltage with respect to the battery, and operating the switching element in a state where the voltage of the DC voltage source is higher than the voltage of the battery by the boosting control means. And applying a torque to a crankshaft (10a) of the engine (10) coupled to the rotor by rotating the rotor, and the rotating machine is configured with a stator ( 24; 34; 44), each of the plurality of teeth (30a to 30l; 40a to 40i; 50a to 50l) is configured by the stator winding being concentratedly wound and formed by the teeth adjacent in the circumferential direction. The number of slots (28a to 28l; 38a to 38i; 48a to 48l; 28a, 28b1, 28b2, 28c to 28l) divided by the number of poles of the rotor is "number of phases of the rotating machine / 2" ( N is set to be a value other than a positive integer).
ステータコアのスロットの数は通常、「回転機の相数×Ｎ」（Ｎは正の整数）に設定され、ロータの極数は通常、「２×Ｎ」に設定されている。このため、スロットの数をロータの極数で除算した値は通常、「回転機の相数／２」に設定されている。 The number of slots of the stator core is normally set to “number of phases of rotating machine × N” (N is a positive integer), and the number of poles of the rotor is usually set to “2 × N”. For this reason, the value obtained by dividing the number of slots by the number of poles of the rotor is normally set to “number of phases of rotating machine / 2”.
ここで、本発明者らは、集中巻されて構成される回転機において、上記除算した値を「回転機の相数／２」以外の値となるように設定した。これにより、上記除算した値が「回転機の相数／２」に設定される場合と比較して、零相インダクタンスの主成分であるステータ巻線の漏れインダクタンスを増大できるとの知見を得た。そこで、上記発明では、上記除算した値を「回転機の相数／２」以外の値に設定した。こうした設定によれば、上記システムにおいてバッテリ電圧の昇圧に寄与する零相インダクタンスを増大させることができる。このため、上記システムにおいて、バッテリ電圧の昇圧効果を高めることができる。 Here, the present inventors set the value obtained by the above division so as to be a value other than “the number of phases of the rotating machine / 2” in the rotating machine constituted by concentrated winding. As a result, it was found that the leakage inductance of the stator winding, which is the main component of the zero-phase inductance, can be increased compared to the case where the divided value is set to “number of phases of rotating machine / 2”. . Therefore, in the above invention, the divided value is set to a value other than “the number of phases of the rotating machine / 2”. According to such setting, the zero-phase inductance that contributes to boosting the battery voltage in the system can be increased. For this reason, in the said system, the boosting effect of a battery voltage can be heightened.
ここで、上記除算した値を、「０．９」又は「１．２」に設定することが望ましい。これは、クランク軸に付与する回転機の出力トルクが過度に低下することを回避しつつ、零相インダクタンスの増大効果を得るための設定である。つまり、バッテリ電圧の昇圧効果を高める観点からすれば、ステータ巻線の漏れインダクタンスを大きくすることが望ましい。一方、回転機の出力トルクを過度に低下させない観点からすれば、ステータ巻線の漏れインダクタンスが過度に多くならないようにすることが望ましい。ここで、回転機の出力トルクを過度に低下させないとの要求は、ロータの極数とスロットの数とを近づけることで実現できる。これは、ロータの極数とスロットの数とを近づけると、ステータ巻線の漏れインダクタンスが小さくなる傾向にあるからである。 Here, it is desirable to set the divided value to “0.9” or “1.2”. This is a setting for obtaining an effect of increasing the zero-phase inductance while avoiding an excessive decrease in the output torque of the rotating machine applied to the crankshaft. That is, from the viewpoint of enhancing the boosting effect of the battery voltage, it is desirable to increase the leakage inductance of the stator winding. On the other hand, from the viewpoint of not excessively reducing the output torque of the rotating machine, it is desirable that the leakage inductance of the stator winding is not excessively increased. Here, the requirement not to excessively reduce the output torque of the rotating machine can be realized by bringing the number of rotor poles close to the number of slots. This is because the leakage inductance of the stator winding tends to decrease when the number of poles of the rotor is made closer to the number of slots.
ここで、ロータの極数は、２の整数倍に制約され、スロットの数は、回転機の相数の整数倍に制約される。こうした制約を課すことを条件として、ロータの極数とスロットの数とを近づけると、「ロータの極数：スロットの数」として、「１０：９」又は「１０：１２」が選択される。こうした選択結果から上記除算した値を導くと、上記除算した値は「０．９」又は「１．２」となる。 Here, the number of poles of the rotor is restricted to an integer multiple of 2, and the number of slots is restricted to an integer multiple of the number of phases of the rotating machine. When the number of poles of the rotor and the number of slots are brought close to each other under such a condition, “10: 9” or “10:12” is selected as “number of poles of rotor: number of slots”. When the divided value is derived from such a selection result, the divided value is “0.9” or “1.2”.
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる多相回転機を車載主機としてのエンジンを搭載した車両に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a multiphase rotating machine according to the present invention is applied to a vehicle equipped with an engine as an in-vehicle main machine will be described with reference to the drawings.
図１に示すように、車両には、エンジン１０、モータ２０、インバータ３０及び制御装置４０が備えられている。エンジン１０は、その燃焼室において吸気と燃料との混合気を燃焼させる。燃焼によって生成されたエネルギは、エンジン１０のクランク軸１０ａの回転エネルギに変換される。
As shown in FIG. 1, the vehicle includes an
モータ２０は、３相回転機であり、ロータ２２及びステータ２４を備えている。ロータ２２は、クランク軸１０ａに連結されている。また、モータ２０は、永久磁石２２ａ（例えば、ネオジム磁石）を備えている。すなわち、モータ２０は、永久磁石同期機である。特に、本実施形態では、モータ２０として、表面磁石型同期機（ＳＰＭＳＭ）を用いている。
The
ステータ２４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗを備えている。これら巻線２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗのそれぞれの一端は、中性点Ｎにて互いに接続されている。なお、モータ２０の構成については、後に詳述する。
The
インバータ３０は、￥相上アームスイッチング素子Ｓ￥ｐ（￥＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）、及び￥相下アームスイッチング素子Ｓ￥ｎの直列接続体を３組備える３相インバータである。詳しくは、￥相上，下アームスイッチング素子Ｓ￥ｐ，Ｓ￥ｎの接続点は、￥相巻線２６￥の両端のうち中性点Ｎと接続された側とは反対側（モータ２０の￥相端子）に接続されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ￥＃（＃＝ｐ，ｎ）として、電界効果トランジスタを用いている。また、スイッチング素子Ｓ￥＃には、ダイオードＤ￥＃が逆並列に接続されている。
The
インバータ３０の一対の入力端子（以下、正極端子Ｔｐ，負極端子Ｔｎ）間には、コンデンサ３２が接続されている。また、インバータ３０の負極端子Ｔｎには、バッテリ３４の負極端子が接続されている。バッテリ３４の正極端子には、中性点Ｎが接続されている。バッテリ３４は、車載補機の電源となる２次電池である。バッテリ３４としては、例えば鉛蓄電池を用いることができる。なお、本実施形態では、コンデンサ３２として、電解コンデンサを用いている。また、本実施形態において、コンデンサ３２が「直流電圧源」に相当する。
A
制御装置４０は、エンジン１０の出力トルクを制御したり、スイッチング素子Ｓ￥＃をオンオフ操作することでモータ２０を制御したりする。ここで、モータ２０の制御には、クランク軸１０ａの回転エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ３４を充電する充電制御と、バッテリ３４を電力供給源としてモータ２０を回転駆動させることで、クランク軸１０ａに初期回転を付与する（クランキングを行う）始動制御とが含まれる。すなわち、モータ２０は、発電機として機能したり、電動機として機能したりする。
The
制御装置４０は、さらに、「昇圧制御手段」に相当する昇圧処理を行う。この処理は、中性点Ｎにバッテリ３４の正極端子を接続することでインバータ３０の入力電圧を昇圧し、図２に実線にて示すように、モータ２０のトルクを増大させるための処理である。昇圧処理を行いつつ始動制御を行うことで、例えばエンジン１０の始動に要する時間を短縮することができる。なお、図２において、横軸は、モータ２０の回転速度ＮＥを示し、縦軸は、モータ２０の出力トルクＴｒｑを示している。また、本実施形態において、昇圧処理を行いつつ始動制御を行うことが「トルク付与手段」に相当する。
The
図３及び図４を用いて、昇圧処理の原理について説明する。この昇圧処理は、￥相巻線２６￥（￥＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）を昇圧チョッパ回路のリアクトルとして利用することで、バッテリ３４の端子間電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサ３２に印加する処理である。すなわち、図３に示すように、￥相下アームスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン操作することで、バッテリ３４、￥相巻線２６￥、及び￥相下アームスイッチング素子Ｓ￥ｎを備える閉回路に電流が流れ、￥相巻線２６￥に磁気エネルギが蓄積される。その後、図４に示すように、￥相下アームスイッチング素子Ｓ￥ｎをオフ操作することで、バッテリ３４、￥相巻線２６￥、ダイオードＤ￥ｐ、及びコンデンサ３２を備える閉回路に電流が流れ、￥相巻線２６￥に蓄積された磁気エネルギがコンデンサ３２に出力される。図３及び図４に示したスイッチング操作を交互に繰り返すことで、コンデンサ３２の端子間電圧Ｖｃをバッテリ３４の端子間電圧Ｖｂよりも高い状態にすることができる。
The principle of the boosting process will be described with reference to FIGS. This boosting process is a process of boosting the voltage Vb between the terminals of the
具体的には、本実施形態では、図５に示すように、矩形波制御（１８０°通電処理）に従ってスイッチング素子Ｓ￥＃を操作するに際し、￥相下アームスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン操作すべき期間（ベースオン期間）において、そのオン操作すべき期間（電気角で１８０°の期間）よりも短い期間Ｔｃを周期として￥相下アームスイッチング素子Ｓ￥ｎをオンオフ操作する。ここで、１８０°通電処理は、￥相上アームスイッチング素子Ｓ￥ｐと、これに対応する￥相下アームスイッチング素子Ｓ￥ｎとを電気角の１８０°毎に交互にオン状態としてかつ、相毎にオン操作の位相を「１２０°」ずつシフトさせた処理である。これにより、周期Ｔｃに対するオン期間の時比率（デューティＤ）によってコンデンサ３２の端子間電圧Ｖｃを制御することができる。
Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, when the switching element S ¥ # is operated according to the rectangular wave control (180 ° energization process), the $ lower arm switching element S ¥ n is turned on. In the power period (base-on period), the lower-phase arm switching element S ¥ n is turned on and off with a period Tc shorter than the period in which the on-operation is to be performed (period of 180 ° in electrical angle). Here, the 180 ° energization process is performed by alternately turning the upper-phase arm switching element S ¥ p and the corresponding lower-phase arm switching device S ¥ n on every 180 ° of electrical angle. This is a process in which the phase of the ON operation is shifted by “120 °” every time. Thereby, the voltage Vc between the terminals of the
続いて、先の図１を用いて、モータ２０の構成について詳述する。なお、図１は、モータ２０の軸方向と直交する面でモータ２０を切断した横断面図を示している。また、図１において、断面を表示するハッチングは省略している。
Next, the configuration of the
図示されるように、モータ２０は、電機子を構成する１つのステータ２４と、ステータ２４に対して回転可能に配置されたロータ２２を備えている。ロータ２２は、ロータ２２及びステータ２４の径方向において、ステータ２４の内側にステータ２４に対してギャップを有して配置されている。すなわち、モータ２０は、インナロータ型のモータである。
As shown in the figure, the
ロータ２２は、永久磁石２２ａに加えて、ロータコア２２ｂを備えている。詳しくは、ロータコア２２ｂは、その外周部に複数の永久磁石２２ａを備えている。本実施形態において、ロータコア２２ｂは、１０個の永久磁石２２ａを備えている。これら永久磁石２２ａのそれぞれは、互いに同一形状をなしており、１つの磁極を構成している。永久磁石２２ａは、ロータ２２の径方向に着磁され、かつ、周方向に隣り合う永久磁石２２ａの極性は、互いに異なる、つまり、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。なお、図１において、永久磁石２２ａに記載されている矢印の矢の部分はＮ極を示している。
The
ステータ２４は、コアシートを複数枚積層して構成され、円環状をなしている。ここで、コアシートは、電磁鋼板に複数（本実施形態では１２個）のスロット（第１〜第１２のスロット２８ａ〜２０ｌ）を打ち抜いて形成されている。これにより、ステータ２４は、スロットを介して周方向に隣り合う１２本のティース（第１〜第１２のティース３０ａ〜３０ｌ）と、これらティースを結合するバックヨーク２４ａとを備えることとなる。
The
第１〜第１２のティース３０ａ〜３０ｌは、スロットを介してステータ２４の周方向に等ピッチで配列されている。すなわち、第１〜第１２のティース３０ａ〜３０ｌのうち隣り合うティース同士のコイルピッチＰＷは互いに同一である。ここで、コイルピッチＰＷとは、周方向に隣り合うティースのうち一方の径方向に延びる中心軸線及び他方の径方向に延びる中心軸線のなす鋭角のことである。本実施形態では、ティースが１２個であるから、コイルピッチＰＷは「３０°」に設定されている。ここで、図１には、隣り合う２つのスロットのそれぞれの中心軸線として、第１，第２の中心軸線Ｌ１，Ｌ２を例示している。これら中心軸線Ｌ１，Ｌ２は、ロータ２２の回転軸と一致する中心点Ｏを通る軸線である。
The first to twelfth teeth 30a to 30l are arranged at equal pitches in the circumferential direction of the
なお、周方向に隣り合うスロットのうち、一方の中心軸線及び他方の中心軸線のなす鋭角をスロットピッチＳＰとする。ここで、これら中心軸線は、中心点Ｏを通る軸線である。本実施形態では、コイルピッチ及びスロットピッチが同一となる。 Of the slots adjacent in the circumferential direction, an acute angle formed by one central axis and the other central axis is defined as a slot pitch SP. Here, these central axes are axes passing through the center point O. In the present embodiment, the coil pitch and the slot pitch are the same.
第１〜第１２のティース３０ａ〜３０ｌのそれぞれは、バックヨーク２４ａの径方向内側からロータ２２の中心点Ｏに向かって延びるように形成されている。
Each of the first to twelfth teeth 30 a to 30 l is formed to extend from the radially inner side of the
第１〜第１２のティース３０ａ〜３０ｌのそれぞれには、ステータ巻線が集中巻されている。詳しくは、Ｕ相巻線２６Ｕは、第１〜第４のＵ相巻線２６Ｕ１〜２６Ｕ４の直列接続体からなり、Ｖ相巻線２６Ｖは、第１〜第４のＶ相巻線２６Ｖ１〜２６Ｖ４の直列接続体からなり、Ｗ相巻線２６Ｗは、第１〜第４のＷ相巻線２６Ｗ１〜２６Ｗ４の直列接続体からなる。本実施形態では、図中、時計周りに、第１のティース３０ａから第１２のティース３０ｌに向かって、第１のＵ相巻線２６Ｕ１、第２のＵ相巻線２６Ｕ２、第３のＷ相巻線２６Ｗ３、第４のＷ相巻線２６Ｗ４、第３のＶ相巻線２６Ｖ３、第４のＶ相巻線２６Ｖ４、第３のＵ相巻線２６Ｕ３、第４のＵ相巻線２６Ｕ４、第１のＷ相巻線２６Ｗ１、第２のＷ相巻線２６Ｗ２、第１のＶ相巻線２６Ｖ１、第２のＶ相巻線２６Ｖ２の順にステータ巻線が配置されている。 A stator winding is concentratedly wound around each of the first to twelfth teeth 30a to 30l. Specifically, the U-phase winding 26U is composed of a serially connected body of first to fourth U-phase windings 26U1 to 26U4, and the V-phase winding 26V is composed of the first to fourth V-phase windings 26V1 to 26V4. The W-phase winding 26W is formed of a series connection body of first to fourth W-phase windings 26W1 to 26W4. In the present embodiment, the first U-phase winding 26U1, the second U-phase winding 26U2, and the third W-phase are clockwise from the first tooth 30a toward the twelfth tooth 30l in the drawing. Winding 26W3, fourth W-phase winding 26W4, third V-phase winding 26V3, fourth V-phase winding 26V4, third U-phase winding 26U3, fourth U-phase winding 26U4, second The stator windings are arranged in the order of one W-phase winding 26W1, second W-phase winding 26W2, first V-phase winding 26V1, and second V-phase winding 26V2.
ロータ２２の各極のそれぞれに対応して、偶数個（本実施形態では２個）のティースが割り当てられている。本実施形態において、これら全てのティース３０ａ〜３０ｌには、ステータ巻線が巻回され、また、各ステータ巻線の巻数は互いに同一に設定されている。
An even number (two in this embodiment) of teeth is assigned to each pole of the
同じ相のステータ巻線であって、径方向において対向する２組のステータ巻線のそれぞれにおいて、磁束の流れる方向を互いに逆とすべく、隣り合う２つのステータ巻線の巻方向が逆向きに設定されている。詳しくは、第１のティース３０ａには、第１のＵ相巻線２６Ｕ１が巻回され、第２のティース３０ｂには、第１のＵ相巻線２６Ｕ１の巻方向とは逆方向に第２のＵ相巻線２６Ｕ２が巻回されている。また、第７のティース３０ｇには、第３のＵ相巻線２６Ｕ３が巻回され、第８のティース３０ｈには、第３のＵ相巻線２６Ｕ３の巻方向とは逆方向に第４のＵ相巻線２６Ｕ４が巻回されている。第１のＵ相巻線２６Ｕ１の両端のうち、第２のＵ相巻線２６Ｕ２と接続された側とは反対側には、Ｕ相上，下アームスイッチング素子ＳＵｐ，ＳＵｎの接続点が接続されている。一方、第４のＵ相巻線２６Ｕ４の両端のうち、第３のＵ相巻線２６Ｕ３と接続された側とは反対側には、中性点Ｎが接続されている。
In each of two pairs of stator windings facing in the radial direction, the winding directions of two adjacent stator windings are opposite to each other so that the magnetic flux flows in opposite directions. Is set. Specifically, the first teeth 30a are wound with the first U-phase winding 26U1, and the
一方、第１１のティース３０ｋには、第１のＶ相巻線２６Ｖ１が巻回され、第１２のティース３０ｌには、第１のＶ相巻線２６Ｖ１の巻方向とは逆方向に第２のＶ相巻線２６Ｖ２が巻回されている。また、第５のティース３０ｅには、第３のＶ相巻線２６Ｖが巻回され、第６のティース３０ｆには、第３のＶ相巻線２６Ｖ３の巻方向とは逆方向に第４のＶ相巻線２６Ｖ４が巻回されている。第１のＶ相巻線２６Ｖ１の両端のうち、第２のＶ相巻線２６Ｖ２と接続された側とは反対側には、Ｖ相上，下アームスイッチング素子ＳＶｐ，ＳＶｎの接続点が接続されている。一方、第４のＶ相巻線２６Ｖ４の両端のうち、第３のＶ相巻線２６Ｖ３と接続された側とは反対側には、中性点Ｎが接続されている。
On the other hand, the
他方、第９のティース３０ｉには、第１のＷ相巻線２６Ｗ１が巻回され、第１０のティース３０ｊには、第１のＷ相巻線２６Ｗ１の巻方向とは逆方向に第２のＷ相巻線２６Ｗ２が巻回されている。また、第３のティース３０ｃには、第３のＷ相巻線２６Ｗが巻回され、第４のティース３０ｄには、第３のＷ相巻線２６Ｗ３の巻方向とは逆方向に第４のＷ相巻線２６Ｗ４が巻回されている。第１のＷ相巻線２６Ｗ１の両端のうち、第２のＷ相巻線２６Ｗ２と接続された側とは反対側には、Ｗ相上，下アームスイッチング素子ＳＷｐ，ＳＷｎの接続点が接続されている。一方、第４のＷ相巻線２６Ｗ４の両端のうち、第３のＷ相巻線２６Ｗ３と接続された側とは反対側には、中性点Ｎが接続されている。
On the other hand, the first W-phase winding 26W1 is wound around the ninth tooth 30i, and the second tooth is wound around the tenth tooth 30j in the direction opposite to the winding direction of the first W-phase winding 26W1. W-phase winding 26W2 is wound. The
このように、本実施形態では、集中巻及び短節巻にて構成された１０極１２スロットのモータ２０を採用した。これは、中性点駆動システムにおいて、ステータ巻線の零相インダクタンスを増大させてバッテリ３４電圧の昇圧効果を高めるためである。
Thus, in this embodiment, the 10 pole 12
ここで、昇圧効果を高めるためには、スロットの数をロータの極数で除算した値であるスロット比率を、モータ２０の相数である「３」を「２」で除算した値以外の値に設定すればよいことが本発明者らによって見出された。これは、スロット比率を従来の「１．５」とする場合と比較して、ステータ巻線を鎖交する磁束のうちロータ２２を通過しない磁束（漏れ磁束）を多くできるためである。
Here, in order to enhance the boosting effect, a slot ratio that is a value obtained by dividing the number of slots by the number of poles of the rotor is a value other than a value obtained by dividing “3” that is the number of phases of the
ここで、バッテリ３４電圧の昇圧効果を高める観点からすれば、ステータ巻線の漏れインダクタンスを大きくすることが望ましいものの、モータ２０の出力トルクを過度に低下させない観点からすれば、ステータ巻線の漏れインダクタンスが過度に多くならないようにすることが要求される。この要求は、ロータ２２の極数とスロットの数とを近づけることで実現できる。ここで、ロータ２２の極数は、２の整数倍に制約され、スロットの数は、モータ２０の相数である「３」の整数倍に制約される。こうした制約を課すことを条件として、ロータ２２の極数とスロットの数とを近づけると、「ロータの極数：スロットの数」として、「１０：９」又は「１０：１２」が選択される。この場合、スロット比率は「０．９」又は「１．２」となる。
Here, from the viewpoint of increasing the voltage boosting effect of the
ここで、図６には、１０極１５スロット、本実施形態にかかる１０極１２スロット、及び１０極９スロットにおける零相インダクタンスの計算結果を示した。 Here, FIG. 6 shows the calculation results of the zero-phase inductance in 10 poles and 15 slots, 10 poles and 12 slots according to the present embodiment, and 10 poles and 9 slots.
図示されるように、１０極１５スロットと比較して、１０極１２スロット及び１０極９スロットの零相インダクタンスが大きくなっている。すなわち、スロット比率が「１．５」に設定される場合と比較して、スロット比率が「１．２」又は「０．９」に設定される場合の零相インダクタンスが増大している。これは、１０極１５スロットと比較して、１０極１２スロット及び１０極９スロットにおけるステータ巻線の漏れ磁束が多くなり、その結果、漏れインダクタンスが大きくなるためである。 As shown in the drawing, the zero-phase inductances of 10 poles, 12 slots, and 10 poles, 9 slots are larger than those of 10 poles, 15 slots. That is, compared with the case where the slot ratio is set to “1.5”, the zero-phase inductance is increased when the slot ratio is set to “1.2” or “0.9”. This is because, compared with the 10 pole 15 slot, the leakage flux of the stator winding in the 10 pole 12 slot and the 10 pole 9 slot increases, and as a result, the leakage inductance increases.
特に、本実施形態では、同じ相のステータ巻線であって、隣り合うステータ巻線の巻方向を逆向きに設定したことから、これらステータ巻線が巻回された一対のティースのうち一方から他方へと流れてかつロータ２２を通過しない漏れ磁束の磁路を形成しやすい。このため、零相インダクタンスの増大効果を高めやすい。
In particular, in the present embodiment, since the windings of the stator windings of the same phase and the adjacent stator windings are set in reverse directions, from one of the pair of teeth around which the stator windings are wound. It is easy to form a magnetic path of leakage flux that flows to the other side and does not pass through the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
（１）集中巻にて構成されたモータ２０のスロット比率を「１．２」に設定した。こうした設定によれば、バッテリ３４電圧の昇圧効果を高めることができる。
(1) The slot ratio of the
（２）ロータ２２の１０極のそれぞれに対応してティースを２個ずつ設けた。そして、同じ相のステータ巻線であって、隣り合うステータ巻線の巻方向を逆向きに設定した。これにより、漏れ磁束の磁路を適切に形成でき、漏れインダクタンスの増大効果を高めることができる。ちなみに、１０極１２スロットのモータの場合、１０極９スロットのモータと比較して、先の図６に示すように漏れインダクタンスが小さい。このため、１０極１２スロットのモータの場合、１０極９スロットのモータよりも出力トルクを大きくすることができる。
(2) Two teeth were provided corresponding to each of the 10 poles of the
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
本実施形態では、図７に示すように、１０極９スロットのモータ２０を採用する。ここで、図７は、モータ２０の横断面図である。なお、図７において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。また、図７では、インバータ３０等の図示を省略している。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, a 10 pole 9
図示されるように、モータ２０は、ロータ２２と、円環状のステータ３４を備えている。なお、本実施形態において、ロータ２２は、上記第１の実施形態に示したものと同じである。
As illustrated, the
ステータ３４は、第１〜第９のティース４０ａ〜４０ｉと、これらティースを結合するバックヨーク３４ａとを備えている。これにより、ステータ３４には、第１〜第９のスロット３８ａ〜３８ｉが形成されている。
The
第１〜第９のティース４０ａ〜４０ｉは、スロットを介してステータ３４の周方向に等ピッチで配列されている。すなわち、第１〜第９のティース４０ａ〜４０ｉのうち隣り合うティース同士のコイルピッチＰＷは互いに同一である。本実施形態では、ティースが９個であるから、コイルピッチＰＷは「４０°」に設定されている。第１〜第９のティース４０ａ〜４０ｉのそれぞれは、バックヨーク３４ｂの径方向内側からロータ２２の中心点Ｏに向かって延びるように形成されている。
The first to ninth teeth 40a to 40i are arranged at equal pitches in the circumferential direction of the
第１〜第９のティース４０ａ〜４０ｉのそれぞれには、ステータ巻線が集中巻されている。詳しくは、Ｕ相巻線３６Ｕは、第１〜第３のＵ相巻線３６Ｕ１〜３６Ｕ３の直列接続体からなり、Ｖ相巻線３６Ｖは、第１〜第３のＶ相巻線３６Ｖ１〜３６Ｖ３の直列接続体からなり、Ｗ相巻線３６Ｗは、第１〜第３のＷ相巻線３６Ｗ１〜３６Ｗ３の直列接続体からなる。本実施形態では、図中、時計周りに、第１のティース４０ａから第９のティース４０ｉに向かって、第１のＵ相巻線３６Ｕ１、第２のＵ相巻線３６Ｕ２、第３のＵ相巻線３６Ｕ３、第１のＶ相巻線３６Ｖ１、第２のＶ相巻線３６Ｖ２、第３のＶ相巻線３６Ｖ３、第１のＷ相巻線３６Ｗ１、第２のＷ相巻線３６Ｗ２、第３のＷ相巻線３６Ｗ３の順にステータ巻線が配置されている。 A stator winding is concentratedly wound on each of the first to ninth teeth 40a to 40i. Specifically, the U-phase winding 36U is composed of a serially connected body of first to third U-phase windings 36U1 to 36U3, and the V-phase winding 36V is composed of the first to third V-phase windings 36V1 to 36V3. The W-phase winding 36W is composed of a series connection of first to third W-phase windings 36W1 to 36W3. In the present embodiment, the first U-phase winding 36U1, the second U-phase winding 36U2, and the third U-phase are clockwise from the first tooth 40a toward the ninth tooth 40i in the drawing. Winding 36U3, first V-phase winding 36V1, second V-phase winding 36V2, third V-phase winding 36V3, first W-phase winding 36W1, second W-phase winding 36W2, The stator windings are arranged in the order of three W-phase windings 36W3.
ロータ２２の各極のそれぞれに対して、複数であってかつ奇数個（本実施形態では３個）のティースが割り当てられている。本実施形態において、これら全てのティース４０ａ〜４０ｉには、ステータ巻線が巻回され、また、各ステータ巻線の巻数は互いに同一に設定されている。
Plural and odd (three in this embodiment) teeth are assigned to each of the poles of the
同じ相の３つステータ巻線において、磁束の流れる方向を互いに逆とすべく、隣り合う２つのステータ巻線の巻方向が逆向きに設定されている。詳しくは、第１のティース４０ａには、第１のＵ相巻線３６Ｕ１が巻回され、第２のティース４０ｂには、第１のＵ相巻線３６Ｕ１の巻方向とは逆方向に第２のＵ相巻線３６Ｕ２が巻回されている。また、第３のティース４０ｃには、第１のＵ相巻線３６Ｕ１の巻方向と同方向に第３のＵ相巻線３６Ｕ３が巻回されている。
In the three stator windings of the same phase, the winding directions of two adjacent stator windings are set to be opposite to each other so that the directions in which the magnetic flux flows are opposite to each other. Specifically, the first teeth 40a are wound with the first U-phase winding 36U1, and the
第１のＵ相巻線３６Ｕ１の両端のうち、第２のＵ相巻線３６Ｕ２と接続された側とは反対側には、Ｕ相上，下アームスイッチング素子ＳＵｐ，ＳＵｎの接続点が接続されている。一方、第３のＵ相巻線３６Ｕ３の両端のうち、第２のＵ相巻線３６Ｕ２と接続された側とは反対側には、中性点Ｎが接続されている。 The connection points of the U-phase upper and lower arm switching elements SUp, SUn are connected to the opposite side of the first U-phase winding 36U1 to the side connected to the second U-phase winding 36U2. ing. On the other hand, a neutral point N is connected to the opposite side of the third U-phase winding 36U3 to the side connected to the second U-phase winding 36U2.
なお、Ｖ，Ｗ相巻線の巻回手法については、Ｕ相巻線の巻回手法と同様である。このため、本実施形態では、Ｖ，Ｗ相巻線の巻回手法の説明を省略する。 The winding method for the V and W phase windings is the same as the winding method for the U phase winding. For this reason, in this embodiment, description of the winding method of V and W phase winding is abbreviate | omitted.
このように、本実施形態では、集中巻及び短節巻にて構成された１０極９スロットのモータ２０を採用した。すなわち、スロット比率を「０．９」とした。こうした構成によっても、先の図６に示したように、零相インダクタンスを増大させることができる。
Thus, in this embodiment, the 10 pole 9
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
本実施形態では、ステータの形状、及びステータ巻線の断面形状を変更する。 In the present embodiment, the shape of the stator and the cross-sectional shape of the stator winding are changed.
図８に、本実施形態にかかるモータ２０の横断面図の一部を示す。詳しくは、図８は、モータ２０の横断面図のうち第１のティース３０ａ付近を拡大した図である。なお、図８において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
FIG. 8 shows a part of a cross-sectional view of the
図８に示すように、ステータ２４の周方向に隣り合う第１のティース３０ａ及び第２のティース３０ｂのうち、ロータ２２に対向する先端部３０ａ１，３０ｂ１同士の距離Ｗｓは、ステータ巻線（第１，第２のＵ相巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２）の断面形状を真円形状Ｃβと仮定した場合におけるこれらステータ巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２の直径Ｄｃ未満に設定されている。
As shown in FIG. 8, among the first teeth 30a and the
ここで、本実施形態において、図９に示すように、ステータ巻線の断面形状は、真円形状Ｃβのステータ巻線を潰したような楕円形状Ｃαとされている。上記先端部３０ａ１，３０ｂ１同士の距離Ｗｓは、ステータ巻線の断面の短軸の長さＬｂよりも長く設定されてかつ長軸の長さＬａよりも短く設定されている。換言すれば、ステータ巻線は、その断面形状の短軸の長さＬｂが先端部３０ａ１，３０ｂ１同士の距離よりも短く設定されてかつ長軸の長さＬａが先端部３０ａ１，３０ｂ１同士の距離よりも長く設定されている。 Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the cross-sectional shape of the stator winding is an elliptical shape Cα that is obtained by crushing the stator winding having a perfect circular shape Cβ. The distance Ws between the tip portions 30a1 and 30b1 is set longer than the length Lb of the short axis of the cross section of the stator winding and shorter than the length La of the long axis. In other words, in the stator winding, the length Lb of the short axis of the cross-sectional shape is set shorter than the distance between the tip portions 30a1 and 30b1, and the length La of the long axis is the distance between the tip portions 30a1 and 30b1. Is set longer than.
周方向に隣り合う第１，第２のティース３０ａ，３０ｂは、ステータ２４の径方向においてロータ２２内周側からロータ２２外周側へ行くほど、周方向に隣り合う第１，第２のティース３０ａ，３０ｂ同士の周方向距離ｌｆが長くなる部分が形成されるように構成されている。すなわち、第１のスロット２８ａは、ステータ２４の径方向においてロータ２２内周側からロータ２２外周側へ行くほど、周方向長さに隣り合う第１，第２のティース３０ａ，３０ｂ同士の周方向距離ｌｆが長くなるように形成されている。本実施形態では、第１のスロット２８ａのうち、径方向においてロータ２２の内周側に対向する部分を第１のスロット領域Ｓ１とし、第１のスロット領域Ｓ１に径方向に隣接する部分を第２のスロット領域Ｓ２とする。そして、第１のスロット領域Ｓ１において、ステータ巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２は、それぞれの断面形状の長軸方向が径方向に一致するように配置されている。また、第２のスロット領域Ｓ２において、ステータ巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２は、それぞれの断面形状の長軸方向が径方向と直交する方向に一致するように配置されている。
The first and
なお、これまで、Ｕ相巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２及びこれらが収容される第１のスロット２８ａについて説明したが、他の巻線及び他の巻線が収容されるスロットについても同様である。
The U-phase windings 46U1 and 46U2 and the
以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment.
（３）ステータ２４の周方向に隣り合う一対のティース３０ａ，３０ｂのうち、ロータ２２に対向する先端部３０ａ１，３０ｂ１同士の距離Ｗｓを、ステータ巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２の断面形状を真円形状Ｃβと仮定した場合におけるこれらステータ巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２の直径Ｄｃ未満に設定した。上記先端部３０ａ１，３０ｂ１同士の距離Ｗｓを短くすると、周方向に隣り合う一対のティース３０ａ，３０ｂの先端部３０ａ１，３０ｂ１間における部分的な漏れ磁束が多くなり、漏れインダクタンスが増大する。特に、上記距離Ｗｓを、断面形状が真円形状Ｃβのステータ巻線の直径Ｄｃ未満に設定することで、漏れインダクタンスの増大効果を高め、ひいては零相インダクタンスの増大効果を高めることができる。このため、先端部３０ａ１，３０ｂ１同士の距離Ｗｓを上記直径Ｄｃ未満に設定することで、バッテリ３４電圧の昇圧効果をより高めることができる。
(3) Of the pair of
（４）ステータ巻線の断面形状を楕円形状とした。また、先端部３０ａ１，３０ｂ１同士の距離Ｗｓを、ステータ巻線の断面の短軸Ｌｂの長さよりも長く設定してかつ長軸Ｌａの長さよりも短く設定した。これにより、ステータ巻線の長軸方向を径方向に一致させながらステータ巻線をスロットに挿入することで、ティースにステータ巻線を巻回することができる。 (4) The stator winding has an elliptical cross section. Further, the distance Ws between the tip portions 30a1 and 30b1 was set longer than the length of the short axis Lb of the cross section of the stator winding and set shorter than the length of the long axis La. Accordingly, the stator winding can be wound around the teeth by inserting the stator winding into the slot while aligning the major axis direction of the stator winding with the radial direction.
（５）第１のスロット領域Ｓ１において、ステータ巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２を、それぞれの断面形状の長軸方向が径方向に一致するように配置した。また、第２のスロット領域Ｓ２において、ステータ巻線４６Ｕ１，４６Ｕ２を、それぞれの断面形状の長軸方向が径方向と直交する方向に一致するように配置した。これにより、スロットにおけるステータ巻線の収容スペースを確保しつつ、ステータ巻線の巻数を確保することができる。 (5) In the first slot region S1, the stator windings 46U1 and 46U2 are arranged so that the major axis directions of the respective cross-sectional shapes coincide with the radial direction. In the second slot region S2, the stator windings 46U1 and 46U2 are arranged so that the major axis direction of each cross-sectional shape coincides with the direction orthogonal to the radial direction. Thereby, it is possible to secure the number of turns of the stator winding while securing the accommodation space for the stator winding in the slot.
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１，第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first and third embodiments.
本実施形態では、図１０に示すように、アウタロータ側のモータを採用する。なお、図１０において、先の図１，図８に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。また、図１０では、ステータ巻線及びインバータ３０等の図示を省略している。
In the present embodiment, a motor on the outer rotor side is employed as shown in FIG. In FIG. 10, the same members as those shown in FIGS. 1 and 8 are given the same reference numerals for the sake of convenience. Further, in FIG. 10, illustration of the stator winding, the
図示されるように、モータ２０は、円環状のロータ３２と、ステータ４４とを備えている。ロータ３２は、複数（１０個）の永久磁石３２ａと、これら永久磁石３２ａを連結する軟磁性体からなるバックヨーク３２ｂとを備えている。
As illustrated, the
ステータ４４は、第１〜第１２のティース５０ａ〜５０ｌを備えている。これにより、ステータ４４には、第１〜第１２のスロット４８ａ〜４８ｌが形成されている。第１〜第１２のティース５０ａ〜５０ｌは、スロットを介してステータ４４の周方向に等ピッチで配列されている。本実施形態では、ティースが９個であるから、コイルピッチＰＷは「３０°」に設定されている。
The
ここで、ステータの先端部同士の距離Ｗｓは、上記第３の実施形態と同様に、ステータ巻線の断面の短軸の長さＬｂよりも長く設定されてかつ長軸の長さＬａよりも短く設定されている。 Here, the distance Ws between the tip portions of the stator is set longer than the length Lb of the short axis of the cross section of the stator winding and is longer than the length La of the long axis, as in the third embodiment. It is set short.
以上説明した本実施形態によっても、上記第１の実施形態で得られる効果と、上記第３の実施形態の（３），（４）の効果と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the same effects as those obtained in the first embodiment and the effects (3) and (4) of the third embodiment can be obtained.
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on differences from the first embodiment.
図１１に示すように、本実施形態において、第１〜第１２のティース３０ａ〜３０ｌは、ロータ２２の１０極のそれぞれに対応して２個ずつ設けられたティースのそれぞれの形状が同一形状とならないように構成されている。なお、図１１において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
As shown in FIG. 11, in the present embodiment, each of the first to twelfth teeth 30 a to 30 l is provided with two teeth corresponding to each of the 10 poles of the
詳しくは、第２，第４，第６，第８，第１０，第１２のティース３０ｂ，３０ｄ，３０ｆ，３０ｈ，３０ｊ，３０ｌの周方向長さは、第１，第３，第５，第７，第９，第１１のティース３０ａ，３０ｃ，３０ｅ，３０ｇ，３０ｉ，３０ｋの周方向長さよりも短く設定されている。これにより、第２，第４，第６，第８，第１０，第１２のスロット２８ｂ，２８ｄ，２８ｆ，２８ｈ，２８ｊ，２８ｌのスペースは、第１，第３，第５，第７，第９，第１１のスロット２８ａ，２８ｃ，２８ｅ，２８ｇ，２８ｉ，２８ｋのスペースよりも広く形成されている。なお、図１１に、ティースの周方向長さが相違することを示すための基準として、上記第１の実施形態で示した第１，第２の中心軸線Ｌ１，Ｌ２を記載した。
Specifically, the circumferential lengths of the second, fourth, sixth, eighth, tenth, and
以上説明した本実施形態によれば、複数の極のそれぞれに対応する複数のスロットの形状が全て同一形状ではなくなる。このため、複数の極のそれぞれに対応する２つのティースであって、周方向に隣り合ってかつ形状が異なる２つのティースのうち、一方に対応する磁気回路と他方に対応する磁気回路とを不均一とすることができる。具体的には、例えば、第１のティース３０ａを含む磁気回路と、第２のティース３０ｂを含む磁気回路とを、中心点Ｏを通る軸線であって、第１のスロット２８ａの中心軸線Ｌｆに対して、非対称とすることができる。これにより、漏れインダクタンスをより増大させ、ひいては零相インダクタンスをより増大させることができる。
According to the embodiment described above, the shapes of the plurality of slots corresponding to the plurality of poles are not all the same. For this reason, the two teeth corresponding to each of the plurality of poles, which are adjacent to each other in the circumferential direction and having different shapes, do not have a magnetic circuit corresponding to one and a magnetic circuit corresponding to the other. It can be uniform. Specifically, for example, a magnetic circuit including the first tooth 30a and a magnetic circuit including the
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Sixth embodiment)
Hereinafter, the sixth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図１２に示すように、本実施形態において、第１〜第１２のティース３０ａ〜３０ｌは、これらティースのうち周方向に隣り合うティースの組の中に、コイルピッチが相違するティースの組が含まれるように構成されている。なお、図１２において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。 As shown in FIG. 12, in the present embodiment, the first to twelfth teeth 30a to 30l include a pair of teeth having a different coil pitch in a group of teeth adjacent in the circumferential direction among these teeth. It is configured to be. In FIG. 12, the same members as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals for the sake of convenience.
図示されるように、周方向に隣り合う第１のティース３０ａ及び第２のティース３０ｂのそれぞれの径方向に延びる第３，第４の中心軸線Ｌ３，Ｌ４のなす鋭角（第１のコイルピッチＰＷ１）は、周方向に隣り合う第２のティース３０ｂ及び第３のティース３０ｃのそれぞれの径方向に延びる第４，第５の中心軸線Ｌ４，Ｌ５のなす鋭角（第２のコイルピッチＰＷ２）よりも小さく設定されている。本実施形態では、第３，第４のティース３０ｃ，３０ｄの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角、第５，第６のティース３０ｅ，３０ｆの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角、第７，第８のティース３０ｇ，３０ｈの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角、第９，第１０のティース３０ｉ，３０ｊの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角、及び第１１，第１２のティース３０ｋ，３０ｌの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角は、第１のコイルピッチＰＷ１と同一の角度に設定されている。また、第４，第５のティース３０ｄ，３０ｅの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角、第６，第７のティース３０ｆ，３０ｇの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角、第８，第９のティース３０ｈ，３０ｉの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角、第１０，第１１のティース３０ｊ，３０ｋの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角、及び第１２，第１のティース３０ｌ，３０ａの径方向に延びる一対の中心軸線のなす鋭角は、第２のコイルピッチＰＷ２と同一の角度に設定されている。
As shown in the figure, acute angles (first coil pitch PW1) formed by the third and fourth central axes L3 and L4 extending in the radial direction of the first teeth 30a and the
ちなみに、本実施形態において、第１〜第１２のティース３０ａ〜３０ｌの形状は、全て同一形状に設定されている。 Incidentally, in the present embodiment, the shapes of the first to twelfth teeth 30a to 30l are all set to the same shape.
以上説明した本実施形態によれば、複数の極のそれぞれに対応する２つのティースのうち、一方に対応する磁気回路と他方に対応する磁気回路とを不均一とすることができる。これにより、漏れインダクタンスをより増大させ、ひいては零相インダクタンスをより増大させることができる。 According to the present embodiment described above, the magnetic circuit corresponding to one of the two teeth corresponding to each of the plurality of poles and the magnetic circuit corresponding to the other can be made non-uniform. As a result, the leakage inductance can be further increased, and thus the zero-phase inductance can be further increased.
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Seventh embodiment)
Hereinafter, the seventh embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図１３に、本実施形態にかかるモータ２０の横断面図を示す。なお、図１３において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。また、図１３では、ステータ巻線及びインバータ３０等の図示を省略している。
FIG. 13 shows a cross-sectional view of the
図１３に示すように、本実施形態では、ロータ２２の１０極のそれぞれに対応して２個ずつ設けられたティースのうち、ロータ２２の回転方向の最上流側のティースにおけるロータ２２と対向する部分を先端部と定義する。図１３では、ロータ２２が時計周りに回転することとし、ロータ２２の回転方向の最上流側のティースとして、第１，第３，第５，第７，第９，第１１のティース３０ａ，３０ｃ，３０ｅ，３０ｇ，３０ｉ，３０ｊを例示した。そして、これらティースに対応する先端部を、第１，第３，第５，第７，第９，第１１の先端部３０ａ１，３０ｃ１，３０ｅ１，３０ｇ１，３０ｉ１，３０ｊ１として図示した。
As shown in FIG. 13, in the present embodiment, of the two teeth corresponding to each of the 10 poles of the
第１，第３，第５，第７，第９，第１１の先端部３０ａ１，３０ｃ１，３０ｅ１，３０ｇ１，３０ｉ１，３０ｊ１のステータ２４の周方向両端のうち、ロータ２２の回転方向上流側には、第１，第３，第５，第７，第９，第１１の切欠部３０ａ２，３０ｃ２，３０ｅ２，３０ｇ２，３０ｉ２，３０ｊ２が形成されている。
Of the circumferential ends of the
以上説明した本実施形態によれば、切欠部３０ａ２，３０ｃ２，３０ｅ２，３０ｇ２，３０ｉ２，３０ｊ２が形成されることで、漏れインダクタンスの増大効果をより高め、ひいては零相インダクタンスの増大効果をより高めることができる。 According to the present embodiment described above, by forming the notches 30a2, 30c2, 30e2, 30g2, 30i2, and 30j2, the effect of increasing the leakage inductance is further enhanced, and as a result, the effect of increasing the zero-phase inductance is further enhanced. Can do.
さらに、切欠部を形成する位置を、ステータ２４の周方向両端のうちロータ２２の回転方向上流側とすることで、零相インダクタンスを高めつつ、モータ２０の出力トルクの変動（トルク脈動）を小さくすることもできる。
Furthermore, the position where the notch is formed is on the upstream side in the rotational direction of the
（第８の実施形態）
以下、第８の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Eighth embodiment)
Hereinafter, the eighth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図１４に、本実施形態にかかるモータ２０の横断面図を示す。なお、図１４において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。また、図１４では、インバータ３０等の図示を省略している。
FIG. 14 is a cross-sectional view of the
図１４に示すように、本実施形態において、スロットの数は、「３×Ｎ」以外の値である「１３」に設定されている。ここで、図１４では、第１のスロット２８ａと、第３のスロット２８ｃとに挟まれたスロットを、第１の補助スロット２８ｂ１及び第２の補助スロット１８ｂ２として図示した。なお、本実施形態において、１３個のスロットのスロットピッチは全て同一に設定されている。
As shown in FIG. 14, in the present embodiment, the number of slots is set to “13”, which is a value other than “3 × N”. Here, in FIG. 14, the slots sandwiched between the
そして、１３個のスロット２８ａ，２８ｂ１，２８ｂ２，２８ｃ〜２８ｌのうち、第１の補助スロット２８ｂ１を挟むように周方向に隣り合う第２のティース３０ｂ及び第１３のティース３０ｐのそれぞれには、ステータ巻線が巻回されていない。なお、本実施形態において、第２のＵ相巻線２６Ｕ２は除去されている。このため、Ｕ相巻線２６Ｕは、第１，第３，第４のＵ相巻線２６Ｕ１，２６Ｕ３，２６Ｕ４の直列接続体からなる。
Of the thirteen
以上説明した本実施形態によれば、ステータ巻線が巻回されていない一対のティース３０ｂ，３０ｐに挟まれるスロットであって、ステータ巻線が収容されていないスロット２８ｂ１（以下、空きスロット）を形成することができる。これにより、漏れインダクタンスの増大効果をより高めることができ、ひいては零相インダクタンスの増大効果をより高めることができる。
According to the present embodiment described above, the slot 28b1 (hereinafter referred to as an empty slot) that is sandwiched between the pair of
（第９の実施形態）
以下、第９の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Ninth embodiment)
Hereinafter, the ninth embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図１５に、本実施形態にかかるモータ２０の横断面図の一部を示す。詳しくは、図１５は、ステータ２４の一部を周方向に直線状に展開した図である。なお、図１５において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
FIG. 15 shows a part of a cross-sectional view of the
図１５に示すように、本実施形態では、異なる相のステータ巻線が収容されたスロットの周方向長さを、同じ相のステータ巻線が収容されたスロットの周方向長さよりも長く設定している。ここで、図１５では、第２のＶ相巻線２６Ｖ２，第１のＵ相巻線２６Ｕ１が収容された第１２のスロット２８ｌ、及び第２のＵ相巻線２６Ｕ２，第３のＷ相巻線２６Ｗ３が収容された第２のスロット２８ｂの周方向長さを、第１，第２のＵ相巻線２６Ｕ１，２６Ｕ２が収容された第１のスロット２８ａ、及び第３，第４のＷ相巻線２６Ｗ３，２６Ｗ４が収容された第３のスロット２８ｃの周方向長さよりも長く設定した例を図示した。なお、本実施形態では、上述した構成により、コイルピッチは全て同一に設定されていないものの、１２個のスロットのスロットピッチＳＰは同一に設定されている。
As shown in FIG. 15, in this embodiment, the circumferential length of the slot in which the stator windings of different phases are accommodated is set longer than the circumferential length of the slot in which the stator windings of the same phase are accommodated. ing. Here, in FIG. 15, the second V-phase winding 26V2, the twelfth slot 28l in which the first U-phase winding 26U1 is accommodated, the second U-phase winding 26U2, and the third W-phase winding. The circumferential length of the
以上説明した本実施形態によれば、電位差が大きい異相同士のステータ巻線を１つのスロットに入れる構成において、異相同士のステータ巻線の絶縁距離を確保することができる。 According to the present embodiment described above, the insulation distance between the different-phase stator windings can be secured in the configuration in which the different-phase stator windings having a large potential difference are placed in one slot.
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記第１の実施形態において、「ロータの極数：スロットの数」としては、「１０：１２」に限らない。要は、スロット比率が「１．２」に設定されるなら、「５×Ｍ：６×Ｍ」（Ｍは２以外の正の整数）であってもよい。また、上記第２の実施形態において、「ロータの極数：スロットの数」としては、「１０：９」に限らない。要は、スロット比率が「０，９」に設定されるなら、「１０×Ｌ：９×Ｌ」（Ｌは２以上の整数）であってもよい。これらの場合であっても、零相インダクタンスを増大させてバッテリの昇圧効果を高めることはできる。 In the first embodiment, “the number of rotor poles: the number of slots” is not limited to “10:12”. In short, if the slot ratio is set to “1.2”, it may be “5 × M: 6 × M” (M is a positive integer other than 2). In the second embodiment, “the number of rotor poles: the number of slots” is not limited to “10: 9”. In short, if the slot ratio is set to “0, 9”, it may be “10 × L: 9 × L” (L is an integer of 2 or more). Even in these cases, the boosting effect of the battery can be enhanced by increasing the zero-phase inductance.
・スロットの数をロータの極数で除算した値を、「回転機の相数／２」，「１．２」，及び「０．９」以外の値に設定してもよい。この場合であっても、零相インダクタンスを増大させてバッテリの昇圧効果を高めることはできる。 A value obtained by dividing the number of slots by the number of poles of the rotor may be set to a value other than “number of phases of rotating machine / 2”, “1.2”, and “0.9”. Even in this case, the boosting effect of the battery can be enhanced by increasing the zero-phase inductance.
・上記第８の実施形態では、空きスロットを１つ形成したがこれに限らず、複数形成してもよい。具体的には、例えば空きスロットを２つ形成する場合、２つの空きスロットのそれぞれを挟むように隣り合う一対のティースが２組存在することとなる。このため、２組のティース（周方向に隣り合う３つのティース）のそれぞれにステータ巻線が巻回されないこととなる。 In the eighth embodiment, one empty slot is formed, but the present invention is not limited to this, and a plurality of slots may be formed. Specifically, for example, when two empty slots are formed, two pairs of adjacent teeth exist so as to sandwich each of the two empty slots. For this reason, the stator winding is not wound around each of the two sets of teeth (three teeth adjacent in the circumferential direction).
・上記各実施形態では、ロータの複数の極のそれぞれに対してティースを２つ又は３つ設けたがこれに限らない。例えば、４つ以上設けてもよい。また、ロータの複数の極のそれぞれに対して設けるティースの数としては、複数に限らず、１つであってもよい。この場合であっても、スロット比率を「回転機の相数／２」以外の値に設定することにより、零相インダクタンスの増大効果を得ることはできる。 In each of the above embodiments, two or three teeth are provided for each of the plurality of poles of the rotor, but the present invention is not limited to this. For example, four or more may be provided. Further, the number of teeth provided for each of the plurality of poles of the rotor is not limited to a plurality and may be one. Even in this case, the effect of increasing the zero-phase inductance can be obtained by setting the slot ratio to a value other than “number of phases of rotating machine / 2”.
・上記第５の実施形態で説明した零相インダクタンスを増大させる手法と、上記第６の実施形態で説明した零相インダクタンスを増大させる手法とを組み合わせて用いてもよい。 -You may use combining the method of increasing the zero phase inductance demonstrated in the said 5th Embodiment, and the method of increasing the zero phase inductance demonstrated in the said 6th Embodiment.
・中性点駆動システムとしては、先の図１に示した構成に限らない。例えば、バッテリ３４の正極端子をインバータ３０の正極端子Ｔｐに接続し、バッテリ３４の負極端子を中性点Ｎに接続するとともに、中性点Ｎとインバータ３０の負極端子Ｔｎとの間にコンデンサを接続してもよい。この場合、コンデンサ３２を削除することができ、インバータ３０の正極端子Ｔｐ及び負極端子Ｔｎ間に接続される「直流電圧源」は、バッテリ３４及びコンデンサの直列接続体となる。この場合、昇圧処理によってコンデンサの充電電圧を高めることで直流電圧源の電圧を昇圧する。なお、このとき、昇圧処理は、上アームスイッチング素子Ｓ￥ｐをオンとすべき期間において、下アーム用スイッチング素子Ｓ￥ｎをオンオフ操作する処理となる。
The neutral point drive system is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the positive terminal of the
・「スイッチング素子」としては、電界効果トランジスタに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。 “Switching element” is not limited to a field effect transistor, and may be, for example, an IGBT.
・「トルク付与手段」としては、クランキングを行うべく、クランク軸１０ａにトルクを付与するものに限らない。例えば、車両の加速時にエンジンのトルクをアシストすべく、クランク軸１０ａにトルクを付与するものであってもよい。 The “torque applying means” is not limited to applying torque to the crankshaft 10a so as to perform cranking. For example, torque may be applied to the crankshaft 10a so as to assist engine torque when the vehicle is accelerated.
・「回転機」としては、ＳＰＭＳＭに限らず、例えばＩＰＭＳＭであってもよい。また、「回転機」としては、ロータに永久磁石を備える永久磁石界磁型同期機に限らず、例えば、ロータに界磁巻線を備える巻線界磁型同期機であってもよい。さらに、「回転機」としては、３相回転機に限らず、それ以外の多相回転機であってもよい。 -"Rotating machine" is not limited to SPMSM, but may be IPMSM, for example. Further, the “rotating machine” is not limited to a permanent magnet field type synchronous machine including a permanent magnet in the rotor, and may be a wound field type synchronous machine including a field winding in the rotor, for example. Furthermore, the “rotating machine” is not limited to a three-phase rotating machine, and may be other multi-phase rotating machines.
１０…エンジン、１０ａ…クランク軸、２０…モータ、２２…ロータ、２４…ステータ、２６￥…ステータ巻線、３０…インバータ、３２…コンデンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記回転機は、そのステータ（２４；３４；４４）を構成する複数のティース（３０ａ〜３０ｌ；４０ａ〜４０ｉ；５０ａ〜５０ｌ）のそれぞれに前記ステータ巻線が集中巻されて構成され、
周方向に隣り合う前記ティースによって形成されたスロット（２８ａ〜２８ｌ；３８ａ〜３８ｉ；４８ａ〜４８ｌ；２８ａ，２８ｂ１，２８ｂ２，２８ｃ〜２８ｌ）の数を前記ロータの極数で除算した値は、「前記回転機の相数／２」（Ｎは正の整数）以外の値となるように設定されていることを特徴とする多相回転機。 DC voltage source having a battery (34) connected to a neutral point (N) of a stator winding (26 ¥; 36 ¥; 46U1, 46U2) constituting a multiphase rotating machine (20), and a capacitor (32) And a switching element (S ¥ #) to apply a voltage of the DC voltage source to the rotating machine by operating the switching element to rotationally drive the rotor (22; 32) constituting the rotating machine. An inverter (30), and a boost control means for boosting the voltage of the DC voltage source with respect to the voltage of the battery by operating the switching element in a state where the neutral point and the battery are connected; By operating the switching element in a state where the voltage of the DC voltage source is higher than the voltage of the battery by the boost control means, the rotor is driven to rotate. And torque applying means for applying a torque to the crankshaft (10a) of the serial concatenated engine rotor (10), is applied to a system comprising,
The rotating machine is configured such that the stator winding is concentratedly wound on each of a plurality of teeth (30a to 30l; 40a to 40i; 50a to 50l) constituting the stator (24; 34; 44),
A value obtained by dividing the number of slots (28a to 28l; 38a to 38i; 48a to 48l; 28a, 28b1, 28b2, 28c to 28l) formed by the teeth adjacent in the circumferential direction by the number of poles of the rotor is " The multi-phase rotating machine is set to have a value other than the number of phases of the rotating machine / 2 "(N is a positive integer).
複数の前記スロット（２８ａ，２８ｂ１，２８ｂ２，２８ｃ〜２８ｌ）のうち一部のスロット（２８ｂ１）を挟むように周方向に隣り合う一対の前記ティース（３０ｂ，３０ｐ）のそれぞれには、前記ステータ巻線が巻回されていないことを特徴とする請求項１記載の多相回転機。 The number of slots is set to a number other than “the number of phases of the rotating machine × N”,
Each of the pair of teeth (30b, 30p) adjacent in the circumferential direction so as to sandwich a part of the slots (28b1) among the plurality of slots (28a, 28b1, 28b2, 28c to 28l) is provided with the stator winding. The multi-phase rotating machine according to claim 1, wherein the wire is not wound.
前記先端部同士の距離は、前記ステータ巻線の断面の短軸の長さよりも長く設定されてかつ長軸の長さよりも短く設定され、
周方向に隣り合う前記ティースは、径方向において前記ロータに対向する側から前記ロータに対向する側とは反対側へ行くほど、周方向に隣り合う前記ティース同士の周方向距離が長くなる部分が形成されるように構成され、
前記ロータ側に対向する側から前記ロータに対向する側とは反対側へ行くほど前記周方向距離が長くなる部分のうち、径方向において前記ロータと対向する部分を第１のスロット領域（Ｓ１）とし、残余の部分を第２のスロット領域（Ｓ２）とし、
前記第１のスロット領域において、前記ステータ巻線は、その断面形状の長軸方向が径方向に一致するように配置され、
前記第２のスロット領域において、前記ステータ巻線は、その断面形状の長軸方向が径方向と直交する方向に一致するように配置されていることを特徴とする請求項４記載の多相回転機。 A cross-sectional shape of the stator winding is an elliptical shape,
The distance between the tips is set longer than the length of the short axis of the cross section of the stator winding and set shorter than the length of the long axis,
The teeth adjacent in the circumferential direction have a portion in which the circumferential distance between the teeth adjacent in the circumferential direction increases as the distance from the side facing the rotor in the radial direction to the side opposite to the side facing the rotor increases. Configured to be formed,
Of the portion where the circumferential distance becomes longer from the side facing the rotor side toward the side opposite to the side facing the rotor, the portion facing the rotor in the radial direction is defined as the first slot region (S1). And the remaining portion as the second slot area (S2),
In the first slot region, the stator winding is disposed such that the major axis direction of the cross-sectional shape thereof coincides with the radial direction,
5. The multiphase rotation according to claim 4, wherein in the second slot region, the stator winding is arranged such that a major axis direction of a cross-sectional shape thereof coincides with a direction orthogonal to a radial direction. Machine.
同じ相の隣り合う前記ステータ巻線の巻方向は、互いに逆向きになるように設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多相回転機。 A plurality of teeth are provided corresponding to each of the plurality of poles of the rotor,
The multiphase rotating machine according to any one of claims 1 to 5, wherein winding directions of adjacent stator windings of the same phase are set to be opposite to each other.
前記先端部の周方向両端のうち前記ロータの回転方向の上流側には、切欠部（３０ａ２，３０ｃ２，３０ｅ２，３０ｇ２，３０ｉ２，３０ｊ２）が形成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の多相回転機。 Of the plurality of teeth provided corresponding to each of the plurality of poles of the rotor, a portion facing the rotor in the most upstream teeth in the rotation direction of the rotor is a tip portion (30a1, 30c1, 30e1, 30g1). , 30i1, 30j1)
The notch part (30a2, 30c2, 30e2, 30g2, 30i2, 30j2) is formed in the upstream of the rotation direction of the rotor among the circumferential direction both ends of the tip part. The multiphase rotating machine according to any one of the above.
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