JP6432579B2 - 多相巻線および回転電機 - Google Patents
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Description
図1には、実施形態に係る多相巻線の基本構成が示されている。この例では、車載電池などの直流電源からの直流電力が供給されるインバータ10を有し、このインバータ10から3相交流電流が出力される。インバータ10は周知の構成でよく、例えば正負母線間に2つのスイッチング素子が直列接続されたレグを3本有し、各スイッチング素子の所定のスイッチングによって各レグの中間部分から3相の交流電流を出力するものとできる。インバータ10から出力される交流電流は、互いに120°位相がずれたもので、これら3相を便宜的にA,B,C相と呼び、3相の線電流をIa,Ib,Icと表す。なお、3相交流電流は、インバータ10から出力されるものでなく、3相交流の動力用電源などからのものでもよい。
「回転電機の構成」
図4には、構成例1の回転電機を示す。固定子40は、環状の鉄芯42とこれに巻回される巻線44とからなる。鉄芯42は、環状のヨーク42aと、このヨーク42aの周方向所定距離毎に設けられ内方に向けて伸びるティース42bとを有し、隣接するティース42b間に形成されるスロットに各相の巻線44が配置される。また、固定子40の内側に同心状に円筒状の回転子50が径方向に所定間隔をあけて配置されている。
図5には、構成例2の回転電機を示す。この例では、鉄芯42に分布巻の巻線を巻回した固定子40の内側に、リラクタンストルクを発生する回転子50を配置している。
図6には、構成例3の回転電機を示す。この例では、固定子40は、巻きピッチ60°の集中巻で構成している。固定子40のスロット数は12スロットから6スロットに変更されている。鉄芯42の6つのティース42bにそれぞれ1相の巻線を巻回しており、1つのスロットでは、周方向両側に巻回する2相の巻線が配置されている。このように、巻きピッチが60°で1つのティース毎に巻線が巻回されることから、鉄芯42から軸方向に飛び出す巻線端部(コイルエンド)において、互いに重ねる必要はない。また、回転子50は、図4と同じ、一対の永久磁石52を備えたものである。
図7には、構成例4の電動機を示す。この例では、固定子40は、巻きピッチ120°の集中巻で構成している。従って、各相巻線は、巻線端部で互いに重なる構造となる。
図9には、構成例5の回転電機を示す。この例では、固定子40は、スロットが24個であり、巻きピッチ120°の集中巻で構成している。すなわち、図6と同様に互いの巻線を重ねることなく、巻きピッチ60°に相当する巻き方としており、1つのティース42bに1相の巻線44が集中巻で巻回されており、図示のようにU,U’,U,U’,V,V’,V,V’,W,W’,W,W’相の巻線が順番に形成され、これが機械角180°に形成され、これがもう1セット設けられている。また、回転子50は10個の永久磁石(N極、S極が交互に5つずつ設けられている)を備える。このように、固定子40の集中巻のスロット数と、回転子50の極数が割り切れない分数となる分数スロット集中巻となっている。なお、分数スロットの巻線の詳細については、特開2010−28957号公報などを参照されたい。
図10には、構成例6の電動機を示す。この例では、構成例5の巻きピッチを120°にし、図7の構成と同様に互いに軸方向端部で重ねながら巻く集中巻構成としている。すなわち、2つのティース42bに跨がって、1相の巻線を集中巻きしている。
図11には、構成例7の電動機を示す。この例では、固定子40は、トロイダル巻で構成している。回転子50は、図4,6と同様の2極の永久磁石を備えている。
図12は分布巻の空芯コイルで固定子40が形成されている。すなわち、機械角90°に、電気角360°の6相の巻線44が空芯で巻回されている。例えば、第1象限の0°から反時計回りに、0°から開始される巻線が配置するスペースをスロットとすれば、スロットは0°、15°、30°・・・と15°毎に位置する。また、各スロットについて、内側スロットと外側スロットがある。
図13は集中巻の空芯コイルである。固定子40は内側と外側の2層となっており、各層に、U,V,W相、U’,V’,W’相の集中巻きの巻線が配置される。この例では、機械角360°に4セットの巻線が配置されており、U,U’,V,V’,W,W’の各相巻線は、周方向において機械角で15°(電気角で60°)ずれて配置されている。
ここで、構成例4,5−6の6相の多相巻線によって、高調波の発生を抑制して、回転電機をスムーズに回転できることを説明する。
通常の集中巻巻線に三相電流を流した場合の巻線起磁力を図14に示す。図14の横軸は電気角で、縦軸は起磁力の大きさを表す。図の上部の絵は三相巻線の配置を表している。図14から、通常の集中巻の巻線起磁力は、電気1周期の1次成分の他、2次高調波も存在することが分かる。
上述した特開2010−28957号公報にも挙げられているステータ9スロット/ロータ8極の分数スロット集中巻の巻線起磁力を図17に示す。このように、9スロット分数スロット集中巻の巻線起磁力には、電気1周期における1次成分の他、4次成分と5次成分の高調波が重畳していることが分かる。これらの高調波成分により、それぞれ8極、10極で回転電機を駆動することが可能になる。
デルタ結線で接続した3相の巻線に流れる電流は、端子に流れてくる線電流から各相に流れるときに、その電流の振幅は1:√3になり、位相は30°ずれる。この性質を利用し、2並列にしたデルタ結線の3相巻線において、それぞれの接続順を入れ替えることで線電流からの位相のずれ方が反転しあい、結果的に回転電機の各相巻線に流れる電流位相は60°ずつずれることになる。
Claims (4)
- 3相交流によって駆動される2つの3相巻線を含む多相巻線であって、
2つの3相巻線は、それぞれデルタ結線で接続されており、
一方の3相巻線の3相をU,V,W相として、U相の巻終りとV相の巻始め、V相の巻終りとW相の巻始め、W相の巻終りとU相の巻始めを接続し、
他方の3相巻線の3相をU’,V’,W’相として、U’相の巻終りとW’相の巻始め、W’相の巻終りとV’相の巻始め、V’相の巻終りとU’相の巻始めを接続し、
2つの3相巻線に供給される3相の線電流をABC相として、A相はU相とU’相の巻始め、B相はV相とV’相の巻始め、C相はW相とW’相の巻始めにそれぞれ供給される、
多相巻線。 - 請求項1に記載の多相巻線であって、
磁極対の1極対分の電気角を360°としたときに、
(i)巻ピッチが180°の重ね巻の分布巻、(ii)巻ピッチが180°以外の同心巻の分布巻、(iii)巻ピッチが60°の集中巻、(iv)巻ピッチが120°の集中巻、(v)分数スロット集中巻、(vi)半径方向に巻くトロイダル巻、
のいずれかである、
多相巻線。 - 請求項1に記載の多相巻線であって、
分数スロット集中巻であって、
(i)各相巻線を重ねない集中巻、(ii)各相巻線を互いを重ねながら巻く集中巻、のいずれかである、
多相巻線。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の多相巻線と、
(i)複数の永久磁石を備えた永久磁石型回転子、(ii)かご型導体などを備えた誘導型回転子、(iii)鉄芯のみで構成しリラクタンストルクを発生する同期型回転子、(iv)界磁巻線を備えた同期型回転子、のいずれか1つと、
を含む、
回転電機。
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