JP2018078735A - Rotary electric machine stator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、３相ステータコイルを含む回転電機ステータに関する。 The present invention relates to a rotating electric machine stator including a three-phase stator coil.
回転電機のステータにおいて、円環状のステータコアの内周面から突出する複数のティースに分布巻きで複数のコイルを巻回させる場合がある。このとき、ステータコアの隣り合うティースの間にはスロットが形成される。この場合において、１相当たりで１つのスロットだけずれて複数のティースに同相のコイルを巻回してコイル群を形成する場合がある。 In a stator of a rotating electrical machine, a plurality of coils may be wound by distributed winding around a plurality of teeth protruding from the inner peripheral surface of an annular stator core. At this time, a slot is formed between adjacent teeth of the stator core. In this case, a coil group may be formed by winding the same-phase coil around a plurality of teeth with a shift of one slot per phase.
上記のように１相当たりで１つのスロットだけずれて複数のティースに同相のコイルを巻回してコイル群を形成する構成では、コイルに交流電流が供給される場合にトルクリップルが生じやすい。具体的には、この構成では、複数のティースは、両側の２つのスロットに同相のコイルが挿入されてなる同相間ティースと、両側の２つのスロットに異相のコイルが挿入されてなる異相間ティースとが、周方向に交互に配置されることにより構成される。この構成では、回転電機の使用時に、コイルに交流電流が流れることにより、隣り合う同相間ティースと異相間ティースとに、半径方向において逆方向の電磁加振力が発生する。また、異相間ティースに加わる半径方向の電磁加振力の絶対値は、同相間ティースに加わる半径方向の電磁加振力の絶対値より大きい。これにより、電磁加振力の差に基づくトルクリップルが生じやすい。また、トルクリップルの影響は、特に回転電機の高トルク領域で顕著になる。このため、高トルク領域でのトルクリップルの低減が望まれる。また、回転方向の違いでトルクリップルの低減効果に差がないこと、及び低トルク領域でのトルク低下を抑制することも望まれる。 As described above, in the configuration in which the coil group is formed by winding the same-phase coils around a plurality of teeth with a shift of one slot per phase, torque ripple is likely to occur when an alternating current is supplied to the coils. Specifically, in this configuration, a plurality of teeth are in-phase teeth in which in-phase coils are inserted in two slots on both sides, and in-phase teeth in which different-phase coils are inserted in two slots on both sides. Are arranged alternately in the circumferential direction. In this configuration, when an electric rotating machine is used, an alternating current flows through the coil, so that an electromagnetic excitation force in the opposite direction in the radial direction is generated between adjacent in-phase teeth and out-of-phase teeth. Further, the absolute value of the radial electromagnetic excitation force applied to the interphase teeth is greater than the absolute value of the radial electromagnetic excitation force applied to the interphase teeth. Thereby, the torque ripple based on the difference of electromagnetic exciting force tends to arise. Further, the influence of torque ripple becomes significant particularly in the high torque region of the rotating electrical machine. For this reason, reduction of torque ripple in a high torque region is desired. In addition, it is also desired that there is no difference in the effect of reducing torque ripple due to the difference in the rotation direction, and it is desired to suppress a torque drop in a low torque region.
特許文献１に記載された構成では、トルクリップルを低減するために、各ティースに周方向及び軸方向に対し傾斜する方向にスリット部を形成することが記載されている。しかしながらこの構成では、構造が複雑であり、加工工数の増加を招く。 In the configuration described in Patent Document 1, it is described that slit portions are formed in each tooth in a direction inclined with respect to the circumferential direction and the axial direction in order to reduce torque ripple. However, in this configuration, the structure is complicated and the number of processing steps is increased.
本発明の目的は、回転電機ステータにおいて、回転方向に無関係に高トルク領域でのトルクリップルを低減し、かつ、低トルク領域でのトルク低下を抑制し、かつ、加工工数の増加を抑制することである。 An object of the present invention is to reduce torque ripple in a high torque region regardless of the direction of rotation in a rotating electrical machine stator, suppress a torque decrease in a low torque region, and suppress an increase in processing man-hours. It is.
本発明に係る回転電機ステータは、円環状のヨークと、前記ヨークの内周面の周方向複数位置から突出するティースとを有し、隣り合う前記ティースの間にスロットが形成されたステータコアと、複数の前記ティースに分布巻きで巻回された３相ステータコイルとを含む回転電機ステータである。前記３相ステータコイルは、１相当たりで１つの前記スロットだけずれて前記複数のティースに巻回された同相の複数のコイルを含むコイル群により形成される。前記複数のティースは、両側の２つの前記スロットに同相の前記コイルが挿入されてなる同相間ティースと、両側の２つの前記スロットに異相の前記コイルが挿入されてなる異相間ティースとを含み、前記同相間ティースと前記異相間ティースとが、周方向において１つずつ交互に配置されることにより構成される。前記同相間ティース及び前記異相間ティースのうち、前記異相間ティースのみにおいて、付け根部に軸方向全長に貫通するように形成された貫通孔を有し、前記貫通孔の周方向長さは、当該異相間ティースの付け根部の周方向長さから当該異相間ティースの先端の周方向長さを減じた値以下であり、前記貫通孔は、当該異相間ティースの周方向中央位置を通過する平面であって中心軸を含む平面に対し対称に配置される。 A rotating electrical machine stator according to the present invention has an annular yoke and teeth protruding from a plurality of positions in the circumferential direction of the inner peripheral surface of the yoke, and a stator core in which a slot is formed between the adjacent teeth; A rotating electrical machine stator including a three-phase stator coil wound around a plurality of teeth by distributed winding. The three-phase stator coil is formed by a coil group including a plurality of coils of the same phase wound around the plurality of teeth with a shift of one slot per phase. The plurality of teeth includes in-phase teeth in which the coils of the same phase are inserted into the two slots on both sides, and inter-phase teeth in which the coils of the different phases are inserted into the two slots on both sides, The in-phase teeth and the out-of-phase teeth are alternately arranged one by one in the circumferential direction. Of the in-phase teeth and the out-of-phase teeth, only in the out-of-phase teeth, the base portion has a through hole formed to penetrate the entire length in the axial direction, and the circumferential length of the through hole is It is not more than the value obtained by subtracting the circumferential length of the tip of the interphase teeth from the circumferential length of the base portion of the interphase teeth, and the through hole is a plane passing through the circumferential center position of the interphase teeth. Thus, they are arranged symmetrically with respect to a plane including the central axis.
本発明に係る回転電機ステータによれば、回転方向に無関係に高トルク領域でのトルクリップルを低減でき、かつ、低トルク領域でのトルク低下を抑制でき、かつ、加工工数の増加を抑制できる。 According to the rotating electrical machine stator according to the present invention, torque ripple in the high torque region can be reduced regardless of the rotation direction, torque reduction in the low torque region can be suppressed, and increase in the number of processing steps can be suppressed.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、及び個数は、説明のための例示であって、回転電機ステータの仕様に応じて適宜変更することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The shapes, materials, and numbers described below are illustrative examples, and can be appropriately changed according to the specifications of the rotating electrical machine stator. In the following description, identical elements are denoted by the same reference symbols in all drawings. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.
図１は、実施形態の回転電機ステータ１２を含む回転電機１０を軸方向一方側から見た図である。図２Ａは、図１に示す回転電機ステータ１２において磁束が通過する状態を示している図１の周方向一部の模式図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ部拡大図である。
FIG. 1 is a view of a rotating
回転電機ステータ１２は、回転電機ロータ４０と組み合わされて回転電機１０を構成する。以下では、回転電機ステータ１２、回転電機ロータ４０は、それぞれステータ１２、ロータ４０と記載する。
The rotating
回転電機１０は、３相交流電流で駆動する磁石付の同期電動機である。例えば、回転電機１０は、ハイブリッド車両を駆動するモータとして、または、発電機として、または、その両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられる。
The rotating
回転電機１０は、ステータ１２の半径方向内側にロータ４０を対向配置することにより形成される。ロータ４０は、円筒状のロータコア４２の周方向複数位置に磁石４４を配置することにより形成される。磁石４４は、ロータ４０の半径方向に磁化され、その磁化方向は周方向に隣り合う磁石４４で逆になる。これにより、ロータ４０の外周面には、Ｎ極とＳ極とが周方向において交互に形成される。ロータ４０は内側に回転軸４６が挿通された状態で固定され、回転軸４６の両端部はケース（図示せず）に回転可能に支持される。なお、ロータにおいて２つの磁石を１組として外径側に広がるＶ字形に配置することにより１つの磁極を構成し、隣り合う磁極で半径方向についての磁気特性を異ならせる構成としてもよい。
The rotating
ステータ１２は、ケースの内側に固定されたステータコア１４と、３相ステータコイル２０とを含む。ステータコア１４は、例えば複数の円環状の鋼板（電磁鋼板）が軸方向に積層されて、カシメ等により一体に連結されて円筒状に構成される。ステータコア１４は、円環状のヨーク１５と、複数のティース１６とを有する。複数のティース１６は、ヨーク１５の内周面において、周方向に等間隔で離れた複数位置から半径方向内側に向かって突出する。例えば、ステータコア１４は４８個のティース１６を有する。ここで、「周方向」とはステータ１２の中心軸Ｏを中心とする円周方向をいい、「半径方向」とはステータ１２の中心軸Ｏに対し直交するステータ１２の半径方向をいい、「軸方向」とはステータ１２の軸方向をいう。
また、各ティース１６は、半径方向外側で周方向長さが最大であり、半径方向内側に向かうほど周方向長さが小さくなるように、周方向中央を通る半径方向の中央線Ｃ１（図２Ａ）に対し周方向両側面が傾斜してテーパ面となっている。また、ステータコア１４の内周面の複数位置において、隣り合うティース１６の間には溝形状のスロット１８が形成される。
Each
さらに、複数のティース１６のうち、１つ置きのティース１６であって、両側のスロット１８に異相のコイルが挿入される異相間ティースＴ２（図２Ａ）では、付け根部に軸方向に貫通する貫通孔１７が形成される。これにより、高トルク領域でのトルクリップルを低減できる。これについては、後で詳しく説明する。
Further, in the interphase teeth T2 (FIG. 2A), which are
３相ステータコイル２０は、ステータコア１４の複数のティース１６に分布巻きによって巻回される。さらに、３相ステータコイル２０は、１相当たりで１つのスロット１８だけずれて複数のティース１６に巻回された同相の複数のコイルを含むコイル群により形成される。具体的には、３相ステータコイル２０は、Ｕ相コイル群２２ｕ、Ｖ相コイル群２２ｖ、及びＷ相コイル群２２ｗを含む。
The three-
図２Ａ、図２Ｂでは、Ｕ相コイル群２２ｕ、Ｖ相コイル群２２ｖ、及びＷ相コイル群２２ｗの構成要素を、それぞれ丸の内側にＵ，Ｖ，Ｗの符号、またはＵ、Ｖ，Ｗの上側に横線を付した符号で模式的に示している。なお、図２Ａ、図２Ｂでは、ステータコア１４の細部の構成を分かりやすくするために、図１の構成に対しティース１６の数を少なくして示しているが、基本構成は図１と同様である。図２Ａ、図２Ｂではステータコア１４の形状を分かりやすくするためにステータコア１４に砂地を付している。
2A and 2B, the constituent elements of the
図１に戻って、Ｕ相コイル群２２ｕは、第１Ｕ相コイル２３ｕと第２Ｕ相コイル２４ｕとを含んで構成される。第１Ｕ相コイル２３ｕは、１磁極ピッチに相当する６スロットずつ離れた２つのスロット１８に周方向両端が挿入された複数の第１Ｕ相単位コイル部を直列に接続して、ステータコア１４を１周させることにより構成される。第２Ｕ相コイル２４ｕは、６スロットずつ離れた２つのスロット１８に周方向両端が挿入された複数の第２Ｕ相単位コイル部を直列に接続して、ステータコア１４を１周させることにより構成される。第１Ｕ相コイル２３ｕが挿入されるスロット１８に対し、第２Ｕ相コイル２４ｕが挿入されるスロット１８は、ステータコア１４の周方向一方側（図１の右側）に１スロットだけずれている。
Returning to FIG. 1, the
図１では、２つの黒丸を結ぶ円弧状の実線により、１つの第１Ｕ相単位コイル部または第２Ｕ相単位コイル部を示している。黒丸は、単位コイル部のうち、スロット１８に挿入される部分を示している。第１Ｕ相コイル２３ｕは、複数のスロット１８の最外周部に配置され、第２Ｕ相コイル２４ｕは、複数のスロット１８において、第１Ｕ相コイル２３ｕより半径方向内側にずれた部分に配置される。
In FIG. 1, one first U-phase unit coil portion or second U-phase unit coil portion is indicated by an arc-shaped solid line connecting two black circles. A black circle indicates a portion of the unit coil portion that is inserted into the
Ｖ相コイル群２２ｖ及びＷ相コイル群２２ｗも、Ｕ相コイル群２２ｕと同様に構成される。具体的には、Ｖ相コイル群２２ｖは、第１Ｖ相コイル２３ｖと第２Ｖ相コイル２４ｖとを含んで構成される。第１Ｖ相コイル２３ｖは、６スロットずつ離れた２つのスロット１８に周方向両端が挿入された複数の第１Ｖ相単位コイル部を直列に接続して、ステータコアを１周させることにより構成される。第２Ｖ相コイル２４ｖは、６スロットずつ離れた２つのスロット１８に周方向両端が挿入された複数の第２Ｖ相単位コイル部を直列に接続して、ステータコアを１周させることにより構成される。第１Ｖ相コイル２３ｖが挿入されるスロット１８に対し、第２Ｖ相コイル２４ｖが挿入されるスロット１８は、ステータコア１４の周方向一方側に１スロットだけずれている。
The V-
図１では、２つの黒丸を結ぶ円弧状の破線により、１つの第１Ｖ相単位コイル部または第２Ｖ相単位コイル部を示している。第１Ｖ相コイル２３ｖは、複数のスロット１８において、第２Ｕ相コイル２４ｕより半径方向内側にずれた部分に配置される。第２Ｖ相コイル２４ｖは、複数のスロット１８において、第１Ｖ相コイル２３ｖより半径方向内側にずれた部分に配置される。
In FIG. 1, one first V-phase unit coil portion or one second V-phase unit coil portion is indicated by an arc-shaped broken line connecting two black circles. The first V-
Ｗ相コイル群２２ｗは、第１Ｗ相コイル２３ｗと第２Ｗ相コイル２４ｗとを含んで構成される。第１Ｗ相コイル２３ｗは、６スロットずつ離れた２つのスロット１８に周方向両端が挿入された複数の第１Ｗ相単位コイル部を直列に接続して、ステータコアを１周させることにより構成される。第２Ｗ相コイル２４ｗは、６スロットずつ離れた２つのスロット１８に周方向両端が挿入された複数の第２Ｗ相単位コイル部を直列に接続して、ステータコアを１周させることにより構成される。第１Ｗ相コイル２３ｖが挿入されるスロット１８に対し、第２Ｗ相コイル２４ｗが挿入されるスロット１８は、ステータコア１４の周方向一方側に１スロットだけずれている。
W-
図１では、２つの黒丸を結ぶ円弧状の一点鎖線により、１つの第１Ｗ相単位コイル部または第２Ｗ相単位コイル部を示している。第１Ｗ相コイル２３ｗは、複数のスロット１８において、第２Ｖ相コイル２４ｖより半径方向内側にずれた部分に配置される。第２Ｗ相コイル２４ｗは、複数のスロット１８において、第１Ｗ相コイル２３ｗより半径方向内側にずれた部分に配置される。
In FIG. 1, one first W-phase unit coil portion or second W-phase unit coil portion is indicated by an arc-like one-dot chain line connecting two black circles. The first W-
各単位コイル部は、対応する５つのティース１６に所定回数分、巻回される。同相で周方向に隣り合う単位コイル部は、互いに対応する複数のティースに逆方向に巻回される。第１Ｕ相コイル２３ｕ、第１Ｖ相コイル２３ｖ、第１Ｗ相コイル２３ｗのそれぞれの一方端は端子２５ｕ、２５ｖ、２５ｗに接続され、それぞれの他方端は第１中性点（図示せず）に共通に接続される。第２Ｕ相コイル２４ｕ、第２Ｖ相コイル２４ｖ、第２Ｗ相コイル２４ｗのそれぞれの一方端は端子２６ｕ、２６ｖ、２６ｗに接続され、それぞれの他方端は第２中性点（図示せず）に共通に接続される。なお、各相のコイル２３ｕ、２４ｕ、２３ｖ、２４ｖ、２３ｗ、２４ｗは、それぞれ６スロット離れた２つのスロットに挿入されながら、複数のティースの軸方向一方端と軸方向他方端とを、周方向に交互に覆うようにクランク形に巻かれた構成としてもよい。
Each unit coil portion is wound around the corresponding five
Ｕ相の端子２５ｕ、２６ｕには、直流電源に接続されたインバータ（図示せず）からＵ相ケーブルを介してＵ相交流電流が供給される。また、Ｖ相の端子２５ｖ、２６ｖには、インバータからＶ相ケーブルを介して、Ｕ相交流電流とは１２０度位相が異なるＶ相交流電流が供給される。Ｗ相の端子２５ｗ、２６ｗには、インバータからＷ相ケーブルを介して、Ｕ相及びＶ相の交流電流とは１２０度位相が異なるＷ相交流電流が供給される。
The U-phase AC current is supplied to the
図１の構成で、ティース１６の数は、４８個に限定するものではなく、例えばロータ４０に含まれる磁石の磁極数の６倍になるように決定される。
In the configuration of FIG. 1, the number of
このように構成されるので、複数のティース１６は、両側の２つのスロット１８に同相（例えばＵ相）のコイルが挿入されてなる同相間ティースと、両側の２つのスロット１８に異相（例えばＵ相、Ｖ相）のコイルが挿入されてなる異相間ティースとを含む。以下では、同相間ティースに符号Ｔ１を付し、異相間ティースに符号Ｔ２を付して説明する。図２に示すように、複数のティース１６は、同相間ティースＴ１と異相間ティースＴ２とが、周方向において１つずつ交互に配置されることにより構成される。これにより、隣り合う２スロットに同相コイルが挿入された状態で複数のティースに分布巻きで３相ステータコイルが巻回される。
With this configuration, the plurality of
さらに、同相間ティースＴ１及び異相間ティースＴ２のうち、異相間ティースＴ２のみには、付け根部１６ａ（図２Ｂ）において軸方向全長に貫通するように貫通孔１７が形成される。貫通孔１７は、例えば軸方向一方側から見た形状が矩形である。貫通孔は、軸方向一方側から見た形状を円形等、他の形状としてもよい。また、貫通孔１７の周方向長さＬ１（図２Ｂ）は、当該異相間ティースＴ２の付け根部１６ａの周方向長さＬ２から当該異相間ティースＴ２の先端の周方向長さｂを減じた値以下（Ｌ１≦Ｌ２−ｂ）である。さらに、貫通孔１７は、当該異相間ティースＴ２の周方向中央位置（中央線Ｃ１）を通過する平面であってステータの中心軸Ｏを含む平面に対し対称に配置される。同相間ティースＴ１と異相間ティースＴ２とで、貫通孔１７の有無の違いを除いて、全体の形状は先端部を含めて同一である。
Further, of the in-phase teeth T1 and the out-of-phase teeth T2, only the in-phase teeth T2 are formed with through
例えば、図２Ｂに示すように、異相間ティースＴ２の付け根端において、貫通孔１７の周方向一端（図２Ｂの右端）から異相間ティースＴ２の周方向一端（図２Ｂの右端）までの長さをａ１とする。また、異相間ティースＴ２の付け根端において、貫通孔１７の周方向他端（図２Ｂの左端）から異相間ティースＴ２の周方向他端（図２Ｂの左端）までの長さをａ２とする。また、異相間ティースＴ２の先端の周方向長さをｂとする。このとき、ａ１＝ａ２で、かつ、ａ１＋ａ２＝ｂとなるように、貫通孔１７を形成する。
For example, as shown in FIG. 2B, the length from the circumferential end of the through-hole 17 (the right end in FIG. 2B) to the circumferential end of the interphase tooth T2 (the right end in FIG. 2B) at the base end of the interphase tooth T2. Is a1. In addition, the length from the other circumferential end of the through hole 17 (left end in FIG. 2B) to the other circumferential end of the interphase teeth T2 (left end in FIG. 2B) at the base end of the interphase teeth T2 is a2. Moreover, let the circumferential direction length of the front-end | tip of the interphase teeth T2 be b. At this time, the through
上記のステータ１２によれば、貫通孔１７を有する異相間ティースＴ２での磁束飽和を、貫通孔がない同相間ティースＴ１より早く生じさせることで、高トルク領域でのトルクリップルを低減できる。
According to the
トルクリップルを低減できる効果について説明する。上記のように隣り合う２スロットに同相コイルが挿入される分布巻きのステータにおいて、３相ステータコイル２０に３相交流電流が供給されると、ステータコア１４の内部には磁束が発生する。その発生した磁束は、同相間ティースＴ１及び異相間ティースＴ２のそれぞれを通過するように、ロータ４０からエアギャップを介してステータ１２のヨーク１５へ、またはヨーク１５からエアギャップを介してロータ４０に流れる。図２Ａでは、すべてのティース１６でヨーク１５に向かって磁束が流れるように示しているが、ロータの回転時にはロータの回転位置の変化に応じて同相間ティースＴ１と異相間ティースＴ２とで逆方向に磁束が流れる。
The effect of reducing torque ripple will be described. In the distributed winding stator in which the in-phase coils are inserted into the two adjacent slots as described above, when a three-phase alternating current is supplied to the three-
図３は、ステータの比較例において、同相間ティースＴ１に加わる電磁加振力と、異相間ティースＴ２に加わる電磁加振力との関係を示している図である。図４は、比較例において、複数のティース１６のそれぞれの半径方向に加わる回転２４次成分の電磁加振力とティース１６を通過する磁束数とを示している図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the electromagnetic excitation force applied to the in-phase teeth T1 and the electromagnetic excitation force applied to the inter-phase teeth T2 in the stator comparative example. FIG. 4 is a diagram showing an electromagnetic excitation force of a rotating 24-order component applied in the radial direction of each of the plurality of
図３に示す比較例では、図１、図２に示す実施形態の構成において、すべてのティース１６に貫通孔が形成されていない。この比較例において、上記のように同相間ティースＴ１と異相間ティースＴ２とに磁束が流れるときには、各ティースＴ１，Ｔ２に図３に示すような電磁加振力が発生する。図３では、同相間ティースＴ１と異相間ティースＴ２との周方向位置を横軸方向に分けて示している。「電磁加振力」は、３相ステータコイル２０に交流電流が供給されたときに、その交流電流により発生する回転磁界と、ロータ４０の磁石４４との相互作用によって、ティース１６に対しティース１６を振動させるように加わる力である。例えば、図１に示したようにロータが８個の磁石４４を含み、４対の磁石対が形成される場合には、４の整数倍の回転次数を有する電磁加振力が発生する。具体的には、４次、８次、１２次、１６次、２０次、２４次・・・の回転次数成分の電磁加振力が生じる。このうち、３相ステータコイルに供給される交流電流の基本周波数ｆの６倍である６ｆの電磁加振力に相当する２４の次数成分の電磁加振力が、回転電機の振動に大きい影響を及ぼすことが知られている。
In the comparative example shown in FIG. 3, the through holes are not formed in all the
電磁加振力はティース１６の先端部分に集中的に印加される。また、ティース１６に加わる電磁加振力は、同相間ティースＴ１と異相間ティースＴ２とで、半径方向及び周方向について逆方向に加わる。具体的には、同相間ティースＴ１に加わる電磁加振力は、図３の黒で塗りつぶした矢印で示すように半径方向外側に向かう成分と、周方向一方側に向かう成分とに分けて示される。一方、異相間ティースＴ２に加わる電磁加振力は、図３の白抜き矢印で示すように半径方向内側に向かう成分と、周方向他方側に向かう成分とに分けて示される。これにより、隣り合う２スロットに同相コイルが挿入された分布巻きのステータにおいて、隣り合う同相間ティースＴ１と異相間ティースＴ２とには、互いに逆方向の電磁加振力が印加される。また、電磁加振力は、ティースＴ１，Ｔ２の先端部分に半径方向に印加される成分と周方向に印加される成分とを持ち、半径方向の成分が周方向の成分に対し大きい。
The electromagnetic excitation force is intensively applied to the tip portion of the
図４に示すように、電磁加振力の回転２４次成分では、同相間ティースＴ１の先端に半径方向成分Ｆ１が半径方向外側に加わるときに、異相間ティースＴ２の先端には、半径方向成分Ｆ２が半径方向内側に加わる。また、異相間ティースＴ２を通過する磁束数が同相間ティースＴ１を通過する磁束数より多いことにより、異相間ティースＴ２に加わる半径方向成分Ｆ２の絶対値が同相間ティースＴ１に加わる半径方向成分Ｆ１の絶対値より大きい。これによって、隣り合うティースＴ１，Ｔ２に半径方向に印加される電磁加振力が不均衡となり、両者の電磁加振力の差に相当する成分がステータコア１４全体の半径方向に作用する。この結果、ステータコア１４が半径方向に振動する。この半径方向の振動は、回転電機の回転時のトルクリップルの原因となる。このため、トルクリップルの低減のためには、各ティースＴ１，Ｔ２の電磁加振力の大きさを近づけるように、異相間ティースＴ２に流れる磁束を抑制することが必要である。
As shown in FIG. 4, in the rotational 24th order component of the electromagnetic excitation force, when the radial component F1 is applied radially outward to the tip of the in-phase tooth T1, the tip of the interphase tooth T2 has a radial component. F2 is added radially inward. Further, since the number of magnetic fluxes passing through the in-phase teeth T2 is larger than the number of magnetic fluxes passing through the in-phase teeth T1, the absolute value of the radial component F2 applied to the in-phase teeth T2 is the radial component F1 applied to the in-phase teeth T1. Greater than the absolute value of. As a result, the electromagnetic excitation force applied to the adjacent teeth T1, T2 in the radial direction becomes unbalanced, and a component corresponding to the difference between the electromagnetic excitation forces acts on the
図１から図２Ｂに示す実施形態では、上記のように異相間ティースＴ２の付け根部のみに貫通孔１７を形成している。これにより、回転電機に高トルクを発生させるように各ティースＴ１，Ｔ２を通過する磁束が多くなる場合には、異相間ティースＴ２で同相間ティースＴ１より先に磁束飽和を生じさせることができる。このため、同相間ティースＴ１と異相間ティースＴ２とで通過する磁束数を近づけることができる。したがって、同相間ティースと異相間ティースとで逆方向に加わる電磁加振力が相殺しあうので、ステータコア全体に加わる電磁加振力の２４次成分を略０とすることができる。この結果、高トルク領域で回転電機に生じるトルクリップルを低減できる。また、トルクリップルの低減により、回転電機の振動及び騒音も低減できる。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 2B, the through-
また、上記の図１から図２Ｂに示した実施形態によれば、貫通孔１７がステータコア１４の軸方向全長に貫通するように形成されるので、特許文献１に記載された構成のように、ステータコアの軸方向及び周方向に対し傾斜したスリット部を形成する必要がない。このため、ステータコアの形状を単純化できることにより、加工工数の低減を図れる。
In addition, according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 2B, the through
また、実施形態によれば、貫通孔１７の周方向長さが、当該異相間ティースＴ２の付け根部の周方向長さから当該異相間ティースＴ２の先端の周方向長さを減じた値以下である。これにより、異相間ティースＴ２の先端を通過する磁束数が異相間ティースの付け根部において貫通孔１７により制限されることがない。このため、低トルク領域でのトルク低下を抑制できるので、トルク低下を補う電流をステータコイルに流す必要がない。これによりエネルギ損失の悪化を抑制できる。
Moreover, according to the embodiment, the circumferential length of the through-
一方、高トルク領域において、異相間ティースＴ２の先端を通過する磁束数より付け根部を通過する磁束数が多くなることはないが、貫通孔１７の存在により磁束の流れが妨げられやすい。これにより高トルク領域では、上記のように異相間ティースＴ２で同相間ティースＴ１より磁束飽和を早く生じやすいので、トルクリップル、振動及び騒音を低減できる。 On the other hand, in the high torque region, the number of magnetic fluxes passing through the root portion does not increase more than the number of magnetic fluxes passing through the tips of the interphase teeth T2, but the flow of magnetic flux is likely to be hindered by the presence of the through holes 17. As a result, in the high torque region, magnetic flux saturation is likely to occur earlier in the interphase teeth T2 than in the inphase teeth T1 as described above, so that torque ripple, vibration, and noise can be reduced.
また、異相間ティースＴ２の貫通孔１７は、当該異相間ティースＴ２の周方向中央位置を通過する平面であってステータの中心軸を含む平面に対し対称に配置される。これにより、回転電機の回転方向に無関係に高トルク領域でのトルクリップル、振動及び騒音を低減できる。
The through-
図５は、ステータの比較例と、実施形態に相当する実施例とにおいて、回転電機のトルクと、磁気強制力の回転６次成分の振幅とについて比較した計算結果を示している。この図５の計算結果では、比較例と実施例とで、図１から図２Ｂに示す構成において、ロータが６個の磁石を含み３対の磁極対を形成する構成とした。また、比較例では、ティースの付け根部に貫通孔が形成されていない。このとき、比較例では、３の整数倍の回転次数である６次成分の磁気強制力が大きくなる。ここで、「磁気強制力」は、３相ステータコイルに３相交流電流が供給されることによりステータとロータとの間で作用する磁気吸引力または磁気反発力である。磁気強制力は、ロータの回転角に応じて変動する。図５の計算結果では、トルク及び磁気強制力の振幅を、３相ステータコイルに供給される最大電流（電流値）との関係で示している。 FIG. 5 shows calculation results comparing the torque of the rotating electrical machine and the amplitude of the rotating sixth-order component of the magnetic forcing force in the stator comparative example and the example corresponding to the embodiment. In the calculation result of FIG. 5, the comparative example and the example have a configuration in which the rotor includes six magnets and forms three magnetic pole pairs in the configuration shown in FIGS. 1 to 2B. In the comparative example, no through hole is formed at the base of the tooth. At this time, in the comparative example, the magnetic forcing force of the sixth-order component, which is the rotation order of an integer multiple of 3, is increased. Here, the “magnetic forcing force” is a magnetic attractive force or a magnetic repulsive force that acts between the stator and the rotor when a three-phase alternating current is supplied to the three-phase stator coil. The magnetic forcing force varies according to the rotation angle of the rotor. In the calculation results of FIG. 5, the amplitudes of torque and magnetic forcing are shown in relation to the maximum current (current value) supplied to the three-phase stator coil.
図５に示す計算結果から、実施例では回転電機のトルクを比較例に対しほとんど変化させることなく、磁気強制力の振幅を比較例に比べて大きく低下させることができた。これにより、実施例によれば、トルクリップル、回転電機の振動及び騒音を低減できる。また、実施例は、比較例に比べてトルクの低下がほとんどないので、トルク低下を補うための電流をステータコイルに流す必要がない。これにより、エネルギ損失の悪化を抑制できる。 From the calculation results shown in FIG. 5, in the example, the amplitude of the magnetic forcing force could be greatly reduced as compared with the comparative example without changing the torque of the rotating electrical machine with respect to the comparative example. Thereby, according to the embodiment, it is possible to reduce torque ripple, vibration and noise of the rotating electrical machine. Further, since the embodiment has almost no torque reduction as compared with the comparative example, it is not necessary to supply a current for compensating the torque reduction to the stator coil. Thereby, deterioration of energy loss can be suppressed.
１０ 回転電機、１２ 回転電機ステータ、１４ ステータコア、１５ ヨーク、１６ ティース、１６ａ 付け根部、１７ 貫通孔、１８ スロット、２０ ３相ステータコイル、２２ｕ Ｕ相コイル群、２２ｖ Ｖ相コイル群、２２ｗ Ｗ相コイル群、２３ｕ 第１Ｕ相コイル、２４ｕ 第２Ｕ相コイル、２３ｖ 第１Ｖ相コイル、２４ｖ 第２Ｖ相コイル、２３ｗ 第１Ｗ相コイル、２４ｗ 第２Ｗ相コイル、２５ｕ、２５ｖ、２５ｗ、２６ｕ、２６ｖ、２６ｗ 端子、４０ 回転電機ロータ、４２ ロータコア、４４ 磁石、４６ 回転軸。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記３相ステータコイルは、１相当たりで１つの前記スロットだけずれて前記複数のティースに巻回された同相の複数のコイルを含むコイル群により形成され、
前記複数のティースは、両側の２つの前記スロットに同相の前記コイルが挿入されてなる同相間ティースと、両側の２つの前記スロットに異相の前記コイルが挿入されてなる異相間ティースとを含み、前記同相間ティースと前記異相間ティースとが、周方向において１つずつ交互に配置されることにより構成され、
前記同相間ティース及び前記異相間ティースのうち、前記異相間ティースのみにおいて、付け根部に軸方向全長に貫通するように形成された貫通孔を有し、
前記貫通孔の周方向長さは、当該異相間ティースの付け根部の周方向長さから当該異相間ティースの先端の周方向長さを減じた値以下であり、
前記貫通孔は、当該異相間ティースの周方向中央位置を通過する平面であって中心軸を含む平面に対し対称に配置される、回転電機ステータ。 A stator core having an annular yoke and teeth projecting from a plurality of circumferential positions on the inner peripheral surface of the yoke, and a slot formed between adjacent teeth, and a plurality of teeth wound with distributed winding A rotating electrical machine stator including a rotated three-phase stator coil,
The three-phase stator coil is formed by a coil group including a plurality of coils in the same phase wound around the plurality of teeth with a shift of one slot per phase.
The plurality of teeth includes in-phase teeth in which the coils of the same phase are inserted into the two slots on both sides, and inter-phase teeth in which the coils of the different phases are inserted into the two slots on both sides, The in-phase teeth and the out-of-phase teeth are arranged alternately one by one in the circumferential direction,
Of the in-phase teeth and the out-of-phase teeth, only in the out-of-phase teeth, the base portion has a through hole formed so as to penetrate the entire length in the axial direction,
The circumferential length of the through hole is equal to or less than the value obtained by subtracting the circumferential length of the tip of the interphase teeth from the circumferential length of the base portion of the interphase teeth,
The said through-hole is a rotary electric machine stator arrange | positioned symmetrically with respect to the plane which passes the circumferential direction center position of the said different phase teeth, and includes a central axis.
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| JP2020005370A (en) * | 2018-06-26 | 2020-01-09 | ダイハツ工業株式会社 | Rotary machine |
| CN113922532A (en) * | 2021-10-28 | 2022-01-11 | 哈尔滨工业大学 | Alternating current permanent magnet torque motor adopting radial unequal tooth widths |
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