JP5602889B2 - Winding structure and rotating electric machine - Google Patents
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Description
この発明は、コイルの巻線構造、及びこの巻線構造を有する回転電機に関するものである。 The present invention relates to a coil winding structure and a rotating electrical machine having the winding structure.
従来から、回転電機として、U相、V相、W相の3相で構成された電動モータや磁石発電機が知られている。
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。
2. Description of the Related Art Conventionally, electric motors and magnet generators configured with three phases of a U phase, a V phase, and a W phase are known as rotating electrical machines.
This type of rotating electrical machine includes a stator and a rotor provided to be rotatable with respect to the stator. The stator includes an annular stator core, a plurality of tooth portions projecting radially from the stator core, and a coil wound around the teeth portion. On the other hand, the rotor includes a permanent magnet disposed so as to face the teeth portion.
When used as an electric motor, a magnetic field is formed by supplying power to the coil, and the rotor is driven by a magnetic attractive force or repulsive force generated between the permanent magnet of the rotor. On the other hand, when using as a magnet generator, the magnetic flux which flows into a teeth part changes with rotation of a rotor, and this becomes an electromotive force and an electric current flows into a coil.
この種のコイルの巻線構造としては、スター結線やデルタ結線がある。スター結線は、各相のコイルの一端を中性点で接続する結線である。デルタ結線は、各相のコイルの端末部同士を直列に接続して閉回路を形成する結線である。ここで、スター結線は、線電流と相電流が等しくなるが、デルタ結線は、線電流が相電流の√3倍に等しくなる。換言すれば、デルタ結線は、スター結線よりも細い線径のコイルを多数回ティース部に巻回する必要があるので、回転電機を磁石発電機として用いる場合は、発電量が要求値よりも大きくなってしまう。発電量が要求値よりも大きくなると、発熱量が増大してフリクションが増大してしまう。 As this type of coil winding structure, there are a star connection and a delta connection. The star connection is a connection for connecting one end of each phase coil at a neutral point. The delta connection is a connection in which the terminal portions of the coils of the respective phases are connected in series to form a closed circuit. Here, in the star connection, the line current is equal to the phase current, whereas in the delta connection, the line current is equal to √3 times the phase current. In other words, since the delta connection requires winding a coil with a wire diameter thinner than that of the star connection around the teeth portion many times, when the rotating electrical machine is used as a magnet generator, the power generation amount is larger than the required value. turn into. When the power generation amount is larger than the required value, the heat generation amount increases and the friction increases.
このため、コイルを相毎に2つのコイル群で構成し、第1コイル群のU相コイルの巻き終わり端と、第1コイル群のW相コイルの巻き始め端とを接続し、第2コイル群のV相コイルの巻き終わり端と、第2コイル群のU相コイルの巻き始め端とを接続し、第2コイル群のW相コイルの巻き終わり端と、第1コイル群のV相コイルの巻き始め端とを接続した技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
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。
For this reason, the coil is composed of two coil groups for each phase, the winding end of the U-phase coil of the first coil group and the winding start end of the W-phase coil of the first coil group are connected, and the second coil The winding end of the V-phase coil of the group and the winding start end of the U-phase coil of the second coil group are connected, the winding end of the W-phase coil of the second coil group, and the V-phase coil of the first coil group The technique which connected the winding start end of No. is disclosed (for example, refer patent document 1).
According to this
しかしながら、上述の従来技術にあっては、回転電機を電動モータとして用いる場合、線電流の値が小さくなり、トルクが小さくなってしまうという課題がある。 However, in the above-described conventional technology, when the rotating electrical machine is used as an electric motor, there is a problem that the value of the line current becomes small and the torque becomes small.
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、磁石発電機として用いる場合のフリクションの増大を抑制しつつ、電動モータとして用いる場合のトルクを大きくすることができる巻線構造、及び回転電機を提供するものである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the circumstances described above, and a winding structure that can increase torque when used as an electric motor while suppressing an increase in friction when used as a magnet generator. And a rotating electrical machine.
上記の課題を解決するために、本発明に係る巻線構造は、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。 In order to solve the above problems, a winding structure according to the present invention is a coil winding wound around a plurality of teeth provided in a stator having three phases of a U phase, a V phase, and a W phase. A plurality of U-phase coils formed by winding the coil around each tooth portion corresponding to the U-phase, and forming a U-phase coil group by forming these U-phase coils in series; Each of the teeth corresponding to the V phase is wound with the coil to form a plurality of V phase coils, and these V phase coils are formed in series to form a V phase coil group, corresponding to the W phase. A plurality of W-phase coils are formed by winding the coils around each tooth portion, and a series of these W-phase coils is formed to form a W-phase coil group. These U-phase coil group and V-phase coil group , W-phase coil groups are connected in series, An input / output unit connected to the device is provided, two phase coils of three phase coils are present between the two input / output units, and the number of these two phase coils is different. And
本発明に係る巻線構造は、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。
In the winding structure according to the present invention, one of the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil is used as a first phase coil, and the first phase existing between two input / output units. The number of coils is M, and one of the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil other than the first-phase coil is a second-phase coil and exists between the two input / output units. When the number of the second phase coils is S, the number of teeth is T, and N is a natural number of 2 or more, the number M of the first phase coils, the number S of the second phase coils, and The number T of the teeth portions is
T = 3N
M: S = ((T / 3) -1): 1
It is set so that it may satisfy | fill.
本発明に係る巻線構造は、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。 The winding structure according to the present invention is characterized in that the number M of the first phase coils is set to 5, the number S of the second phase coils is set to 1, and the number T of the tooth portions is set to 18.
本発明に係る巻線構造は、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。 The winding structure according to the present invention is characterized in that an advance angle is set with reference to the first phase coil.
本発明に係る回転電機は、上記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。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a stator having the above-described winding structure, and a rotor that is rotatably provided with respect to the stator and includes a plurality of permanent magnets.
本発明によれば、入出力部の間(線間)に存在する2相のコイル割合を不釣り合いにすることができ、線間電圧を従来とほぼ同一にしつつ、線電流を増加させることができる。このため、磁石発電機として用いる場合のフリクションの増大を抑制しつつ、電動モータとして用いる場合のトルクを大きくすることができる。 According to the present invention, the ratio of the two-phase coils existing between the input / output units (between the lines) can be unbalanced, and the line current can be increased while keeping the line voltage substantially the same as the conventional one. it can. For this reason, it is possible to increase the torque when used as an electric motor while suppressing an increase in friction when used as a magnet generator.
(回転電機)
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。
(Rotating electric machine)
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of the rotating electrical machine, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the rotating electrical machine.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the rotating
ロータ3は、有底筒状に形成されたものであって、径方向略中央に設けられたロータボス5にクランクシャフト2が取り付けられている。
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。
The rotor 3 is formed in a bottomed cylindrical shape, and the
On the
ステータ4は、円環状のステータコア17を有している。ステータコア17は、磁性材料の板材を軸線方向に積層して形成したものであって、径方向中央にロータボス5が挿通可能なボス孔15が形成されている。また、ステータコア17には、ステータ4をエンジンのケースに締結固定するためのネジ孔20が3箇所周方向に等間隔に形成されている。さらに、ステータコア17には、放射状に径方向外側に向かって延出するティース部16が等間隔に18個設けられている。
The stator 4 has an
ステータ4の外周には、隣接するティース部16間に蟻溝状のスロット19が形成されている。このスロット19は、ティース部16に電機子コイル18を巻装するためのコイル受け入れ口の役割を有する。スロット19は軸線方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に18個形成されている。また、各ティース部16には、それぞれ絶縁材であるインシュレータ24が装着されており、インシュレータ24を介して電機子コイル18が集中巻にて巻装されている。
On the outer periphery of the stator 4, dovetail-
ここで、ティース部16は、それぞれU相、V相、W相が周回り方向にこの順で割り当てられている。
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。
Here, in the
In the following description, the
(結線図)
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。
(Connection diagram)
FIG. 3 is a connection diagram of each phase coil.
As shown in the figure, each phase coil U1-W6 is delta-connected. More specifically, the U-phase coils U1 to U6 are connected in series in series to form a U-phase coil group UC. The V-phase coils V1 to V6 are connected in series in series to form a V-phase coil group VC. Each of the W-phase coils W1 to W6 is connected in series in series to form a W-phase coil group WC. Then, the terminal end of the U-phase coil group UC, that is, the terminal portion of the sixth U-phase coil U6 and the start end of the V-phase coil group VC, that is, the terminal portion of the first V-phase coil V1 are connected. Furthermore, the end of V-phase coil group VC, that is, the terminal portion of sixth V-phase coil V6, and the start end of W-phase coil group WC, that is, the terminal portion of first W-phase coil W1 are connected. In addition, the terminal of W-phase coil group WC, that is, the terminal portion of sixth W-phase coil W6 is connected to the end of U-phase coil group UC, that is, the terminal portion of first U-phase coil U1.
ここで、第1U相コイルU1と第2U相コイルU2との間に、第1ハーネス30aの一端が接続されている。また、第1V相コイルV1と第2V相コイルV2との間に、第2ハーネス30bの一端が接続されている。さらに、第1W相コイルW1と第2W相コイルW2との間に、第3ハーネス30cの一端が接続されている。これらハーネス30a,30b,30cの他端は、整流・制御されて不図示のバッテリや、照明等の負荷に接続される。これにより、各相コイルU1〜W6に不図示のバッテリから電力が供給されたり、各相コイルU1〜W6から不図示のバッテリやさまざまな負荷に電力が供給されたりする。
Here, one end of the
すなわち、第1U相コイルU1と第2U相コイルU2との間に、第1入出力部31aが設けられていることになる。また、第1V相コイルV1と第2V相コイルV2との間に、第2入出力部31bが設けられていることになる。さらに、第1W相コイルW1と第2W相コイルW2との間に、第3入出力部31cが設けられていることになる。
That is, the first input /
ここで、ティース部16に巻装されている各相コイルU1〜W6の巻回方向は、各出力部31a〜31cを境に逆方向になっている。
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。
Here, the winding directions of the phase coils U1 to W6 wound around the
That is, in the U-phase coil group UC, the winding directions of the second U-phase coil U2 to the sixth U-phase coil U6 are the same direction, but the winding direction of the second U-phase coil U2 to the sixth U-phase coil U6, The winding direction of the first U-phase coil U1 is opposite. Further, in the V-phase coil group VC, the winding directions of the second V-phase coil V2 to the sixth V-phase coil V6 are the same, but the winding directions of the second V-phase coil V2 to the sixth V-phase coil V6, The winding direction of the first V-phase coil V1 is opposite. The winding direction of the first V-phase coil V1 and the winding direction of the second U-phase coil U2 to the sixth U-phase coil U6 are the same direction.
さらに、W相コイル群WCのうち、第2W相コイルW2〜第6W相コイルW6の巻回方向は同一方向であるが、これら第2W相コイルW2〜第6W相コイルW6の巻回方向と、第1W相コイルW1の巻回方向は逆方向になっている。そして、この第1W相コイルW1の巻回方向と、第2V相コイルV2〜第6V相コイルV6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。
Further, in the W-phase coil group WC, the winding directions of the second W-phase coil W2 to the sixth W-phase coil W6 are the same direction, but the winding direction of the second W-phase coil W2 to the sixth W-phase coil W6, The winding direction of the first W-phase coil W1 is opposite. The winding direction of the first W-phase coil W1 and the winding direction of the second V-phase coil V2 to the sixth V-phase coil V6 are the same direction.
In the following description, between the first input /
このようにデルタ結線された各相コイル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。具体的には、第1入出力部31aと第2入出力部31bとの間には、第2U相コイルU2〜第6U相コイルU6の5つのU相コイルU2〜U6と、第1V相コイルV1とが存在している。また、第2入出力部31bと第3入出力部31cとの間には、第2V相コイルV2〜第6V相コイルV6の5つのV相コイルV2〜V6と、第1W相コイルW1とが存在している。さらに、第3入出力部31cと第1入出力部31aとの間には、第2W相コイルW2〜第6W相コイルW6の5つのW相コイルW2〜W6と、第1U相コイルU1とが存在している。
Each phase coil U1 to W6 thus delta-connected is in a state where there are five in-phase coils and one other phase coil when viewed between the two input / output units. Specifically, the five U-phase coils U2 to U6 of the second U-phase coil U2 to the sixth U-phase coil U6 and the first V-phase coil are provided between the first input /
ここで、各入出力部31a〜31c間に存在するコイルU1〜W6の個数と、ティース部16の個数は、以下の要件を満たすように設定されている。
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。
Here, the number of coils U1 to W6 existing between the input /
That is, one of the U-phase coils U1 to U6, the V-phase coils V1 to V6, and the W-phase coils W1 to W6 is a first-phase coil, and the number of first-phase coils existing between two input / output units. M, U-phase coils U1 to U6, V-phase coils V1 to V6, and W-phase coils W1 to W6 other than the first-phase coil are defined as second-phase coils between the two input / output units. When the number of the second phase coils present is S, the number of
T = 3N (1)
M: S = ((T / 3) -1): 1 ... (2)
It is set to satisfy.
ここで、本実施形態では、ステータコア17に、ティース部16が18個設けられているので、式(1)を満たそうとすると
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。
Here, in the present embodiment, 18
Since N = 6, N is a natural number of 2 or more.
Moreover, Formula (2) becomes M: S = ((T / 3) -1): 1 = ((18/3) -1): 1 = 5: 1. Here, in this embodiment, each phase coil U1 to W6 is in a state where there are five in-phase coils and one other phase coil when viewed between the two input / output units. Satisfy (2).
(通電パターン)
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。
(Energization pattern)
Next, an energization pattern to each phase coil when the rotating
FIG. 4 is an energization waveform diagram for each phase coil.
As shown in FIGS. 3 and 4, a so-called 120 ° energization method is adopted for each phase coil U <b> 1 to W <b> 6. The 120 ° energization method is used between the first input /
ここで、2つの入出力部間には、同相のコイルが5つ存在し、且つこの5つの相と異なる相のコイルが1つ存在している。このため、例えば、第1入出力部31aと第2入出力部31bとの間に通電を行った場合、図4に示すように、第2U相コイルU2〜第6U相コイルU6に電気角で120°通電されると共に、第1V相コイルV1に電気角で120°通電される。
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。
Here, there are five in-phase coils between the two input / output units, and one coil having a phase different from the five phases. For this reason, for example, when energization is performed between the first input /
Then, after energizing the second U-phase coil U2 to the sixth U-phase coil U6 and the first V-phase coil V1 and 120 degrees in electrical angle, the first U-phase coil U1 is energized in 120 degrees in electrical angle and the second W The phase coil W2 to the sixth W-phase coil W6 are energized 120 ° in electrical angle.
さらに、第1U相コイルU1、及び第2W相コイルW2〜第6W相コイルW6に通電を始めて電気角で120°経過後、第2V相コイルV2〜第6V相コイルV6に電気角で120°通電されると共に、第1W相コイルW1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。
Furthermore, the first U-phase coil U1 and the second W-phase coil W2 to the sixth W-phase coil W6 are energized, and after an electrical angle of 120 ° has elapsed, the second V-phase coil V2 to the sixth V-phase coil V6 are energized by an electrical angle of 120 °. At the same time, the first W-phase coil W1 is energized 120 ° in electrical angle.
By sequentially repeating these energization operations, a predetermined magnetic field is generated in the stator 4, and a magnetic attractive force or a repulsive force is generated between the magnetic field and the
ここで、本実施形態の場合、各相とも同相のコイルが合計6つ存在しているが、これら6つの同相のコイルが、全て同一の入出力部間に存在していない。すなわち、1つの相のコイルが、他の5つの相のコイルに対して位相がずれているので、この分、同一の入出力部間に同相のコイルが6つ存在する場合と比較して僅かにトルクが小さくなる。 Here, in the present embodiment, there are a total of six in-phase coils for each phase, but these six in-phase coils are not present between the same input / output units. That is, one phase coil is out of phase with respect to the other five phase coils, so this is slightly smaller than when there are six in-phase coils between the same input / output parts. The torque becomes smaller.
しかしながら、位相のずれるコイルが1つだけなので、2つの入出力部間に5つの相が存在する側に進角を合わせることにより、トルク低減を最小限に抑えることができる。つまり、第1入出力部31aと第2入出力部31bとの間では、U相に進角を合わせ、第1入出力部31aと第3入出力部31cとの間では、W相に進角を合わせ、第2入出力部31bと第3入出力部31cとの間では、V相に進角を合わせる。これにより、線間電圧を従来とほぼ同一にしつつ、回転電機1のトルク低減を抑えることができる。
However, since there is only one coil out of phase, torque reduction can be minimized by adjusting the advance angle to the side where the five phases exist between the two input / output units. That is, the advance angle is adjusted to the U phase between the first input /
続いて、回転電機1を磁石発電機として機能させる場合について説明する。
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。
Then, the case where the rotary
When functioning as a magnet generator, the rotation of the rotor 3 changes the magnetic field generated by the
このとき、2つの入出力部間には、同じタイミングで出力される同相のコイルは5つとなり、もう1つの同相のコイルの出力の位相がずれる。このため、2つの入出力部間に同相のコイルのみが存在する場合、つまり、2つの入出力部間に同相のコイルが6つ存在する場合と比較して僅かに出力が低下する。この分、回転電機1のフリクションが低下する。
At this time, there are five in-phase coils output at the same timing between the two input / output units, and the phase of the output of the other in-phase coil is shifted. For this reason, when only the in-phase coil exists between the two input / output units, that is, when the six in-phase coils exist between the two input / output units, the output slightly decreases. Accordingly, the friction of the rotating
ここで、2つの入出力部間に存在する2つの相のコイルの比率により、回転電機1のスタータモータとしての機能、及び磁石発電機としての機能が変化する。すなわち、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同じ比率に近づくほど、スタータモータの特性、及び磁石発電機の特性が低下する一方、フリクションを低下させることができる。以下に詳述する。
Here, the function as the starter motor of the rotating
図5は、縦軸を回転電機によって出力される線電流の電流値(A)とし、横軸をロータの回転数(rpm)とした場合の電流値の変化を示すグラフである。図6は、縦軸を回転電機による機械入力(W)とし、横軸をロータの回転数(rpm)とした場合の機械入力の変化を示すグラフである。
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。
FIG. 5 is a graph showing changes in the current value when the vertical axis is the current value (A) of the line current output by the rotating electrical machine and the horizontal axis is the rotational speed (rpm) of the rotor. FIG. 6 is a graph showing changes in the machine input when the vertical axis represents the machine input (W) by the rotating electrical machine and the horizontal axis represents the rotation speed (rpm) of the rotor.
In the following FIGS. 5 and 6, when the number of
図5に示すように、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同じ比率に近づくほど、回転電機1の出力が低下することが確認できる。
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。
As shown in FIG. 5, it can be confirmed that the output of the rotating
On the other hand, as shown in FIG. 6, it can be confirmed that the mechanical input of the rotating
Thus, if the ratio of the coils of the two phases is the same, the friction can be greatly reduced, but the output of the rotating
(効果)
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。
(effect)
On the other hand, according to the above-described embodiment, when the three-phase coils U1 to W6 are delta-connected, two-phase coils are present between the two input / output units, and the ratio of the two-phase coils Since the (number) is made different, it is possible to suppress a reduction in torque when the rotating
また、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、式(1)、及び式(2)を満たすように設定することにより、回転電機1全体として線間電圧を従来とほぼ同一にしつつ、線電流を増加させることができる。このため、さらに、磁石発電機として用いる場合のフリクションの増大を抑制しつつ、スタータモータとして用いる場合のトルクを大きくすることができる。
Also, one of the U-phase coils U1 to U6, the V-phase coils V1 to V6, and the W-phase coils W1 to W6 is a first-phase coil, and the number of first-phase coils existing between the two input / output units. M, U-phase coils U1 to U6, V-phase coils V1 to V6, and W-phase coils W1 to W6 other than the first-phase coil are defined as second-phase coils between the two input / output units. When the number of the second phase coils present is S, the number of
とりわけ、ステータコア17に設けられているティース部16の個数が18個のとき、2つの入出力部間に、同相のコイルを5つ、この5つの相と異なる相のコイルを1つ存在させることにより、確実に磁石発電機として用いる場合のフリクションの増大を抑制しつつ、スタータモータとして用いる場合のトルクを大きくすることができる。
In particular, when the number of
また、2つの入出力部間に存在している2つの相のコイルのうち、比率の大きい相のコイルに進角を合わせることにより、線間電圧を従来とほぼ同一にしつつ、回転電機1のトルク低減を抑えることができる。
Further, by adjusting the advance angle to the phase coil having a large ratio among the two phase coils existing between the two input / output units, the line voltage is made substantially the same as the conventional one, while the rotating
尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
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。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where the
また、上述の実施形態では、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、2つの入出力部間に2つの相のコイルが存在し、且つこれら2つの相のコイルの比率が異なっていれば、本実施形態と同様の効果を奏することができる。望ましくは、2つの入出力部間の2つの相のコイルの比率が式(2)を満たすように構成されているとよい。 In the above-described embodiment, each of the phase coils U1 to W6 is in a state where there are five in-phase coils and one other-phase coil when viewed between the two input / output units. explained. However, the present invention is not limited to this. If there are two phase coils between the two input / output units and the ratios of the two phase coils are different, the same effect as the present embodiment can be obtained. be able to. Desirably, the ratio of the coils of the two phases between the two input / output units may be configured to satisfy Expression (2).
1 回転電機
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
DESCRIPTION OF
31b Second input / output unit (input / output unit)
31c Third input / output unit (input / output unit)
U1-U6 U-phase coil UC U-phase coil group V1-V6 V-phase coil VC V-phase coil group W1-W6 W-phase coil WC W-phase coil group
Claims (5)
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。 A winding structure of a coil wound around a plurality of teeth provided in a stator composed of three phases of U phase, V phase, and W phase,
A plurality of U-phase coils are formed by winding the coils around each tooth portion corresponding to the U-phase, and a series of these U-phase coils is formed to form a U-phase coil group.
Each of the teeth corresponding to the V phase is wound with the coil to form a plurality of V phase coils, and these V phase coils are formed in series to form a V phase coil group.
Each of the teeth corresponding to the W phase is wound with the coil to form a plurality of W phase coils, and a series of these W phase coils is formed to form a W phase coil group,
These U-phase coil group, V-phase coil group, and W-phase coil group are connected in series,
An input / output unit connected to an external device is provided in the middle of each phase coil group, two phase coils of the three phase coils are present between the two input / output units, and the two phases Winding structure characterized by different number of coils.
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。 One of the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil is a first phase coil, and the number of the first phase coils existing between the two input / output units is M.
Of the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil, one other than the first-phase coil is a second-phase coil, and the second-phase coil that exists between the two input / output units. Let the number be S,
Let T be the number of teeth.
When N is a natural number of 2 or more,
The number M of the first phase coils, the number S of the second phase coils, and the number T of the teeth portions are:
T = 3N
M: S = ((T / 3) -1): 1
The winding structure according to claim 1, wherein the winding structure is set so as to satisfy.
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。 A stator having the winding structure according to any one of claims 1 to 4,
A rotating electrical machine comprising: a rotor provided rotatably with respect to the stator and having a plurality of permanent magnets.
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