本发明涉及一种旋转电机以及配备该旋转电机的车辆。
背景技术:
作为用作车辆驱动用的旋转电机的绕组技术,已知有专利文献1中所记载那样的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2012-29370号公报
技术实现要素:
发明要解决的问题
另外,电动汽车等当中所搭载的旋转电机要求高扭矩、低噪音。因此,本发明的目的在于提供一种高扭矩且低噪音的旋转电机。
解决问题的技术手段
(1)本发明的第1优选形态的旋转电机的特征在于,包括:定子铁心,其形成有多个槽;多相的定子绕组,其具有多个波形卷绕的环绕绕组,所述波形卷绕的环绕绕组具有槽导体及跨接导体,所述槽导体被插通在定子铁心的各槽内,构成多个层中的任一个,所述跨接导体连接被插通在不同槽内的槽导体的同一侧端部彼此而构成线圈端部;以及转子,其相对于定子铁心隔着空隙旋转自如地受到支承,环绕绕组包括具有第1跨接导体作为跨接导体的第1环绕绕组和具有第2跨接导体作为跨接导体的第2环绕绕组,第1搭接导体以如下的方式连接所述槽导体间:在将每极槽数设为n时,在一线圈端部以槽距np=n跨过槽,在另一线圈端部以槽距np=n跨过槽,第2搭接导体以如下的方式连接槽导体间:在将每极槽数设为n时,在一线圈端部以槽距np=n+1跨过槽,在另一线圈端部以槽距np=n-1跨过槽,定子绕组具有多个由同一相的多个槽导体构成的一组槽导体组。
(2)本发明的第2优选形态的旋转电机的特征在于,包括:定子铁心,其形成有多个槽;多相的定子绕组,其具有多个波形卷绕的环绕绕组,所述波形卷绕的环绕绕组具有槽导体及跨接导体,所述槽导体被插通在定子铁心的各槽内,构成6以上的偶数个层中的任一个,所述跨接导体连接被插通在不同槽内的槽导体的同一侧端部彼此而构成线圈端部;以及转子,其相对于定子铁心隔着空隙旋转自如地受到支承,跨接导体以如下的方式连接槽导体间:在将每极槽数设为n时,在一线圈端部以槽距np=n跨过槽,在另一线圈端部以槽距np=n跨过槽,定子绕组具有多个由同一相的多个槽导体构成的一组槽导体组,槽导体组的多个槽导体以槽及层相邻的方式插通在沿定子铁心周向连续排列的规定数量ns的槽内,在将每极每相槽数设为nspp、将层数设为2×nl1时,规定数量ns被设定为ns=nspp+nl1-1。
(3)本发明的第3优选形态的旋转电机的特征在于包括:定子铁心,其形成有多个槽;多相的定子绕组,其具有多个波形卷绕的环绕绕组,所述波形卷绕的环绕绕组具有槽导体及跨接导体,所述槽导体被插通在定子铁心的各槽内,构成6以上的偶数个层中的任一个,所述跨接导体连被接插通在不同槽内的槽导体的同一侧端部彼此而构成线圈端部;以及转子,其相对于定子铁心隔着空隙旋转自如地受到支承,跨接导体以如下的方式连接槽导体间:在将每极槽数设为n时,在一线圈端部以槽距np=n+1跨过槽,在另一线圈端部以槽距np=n-1跨过槽,定子绕组具有多个由同一相的多个槽导体构成的一组槽导体组,槽导体组的多个槽导体以槽及层相邻的方式插通在沿定子铁心周向连续排列的规定数量ns的槽内,在将每极每相槽数设为nspp时,规定数量ns被设定为ns=nspp+1。
(4)本发明的优选形态的车辆的特征在于,包括:本发明的第1~3中任一优选形态的旋转电机;电池,其供给直流电;以及转换装置,其将电池的直流电转换为交流电而供给至旋转电机,所述车辆将旋转电机的扭矩用作驱动力。
发明的效果
根据本发明,对于旋转电机以及配备旋转电机的车辆,可谋求高扭矩化且低噪音化。
附图说明
图1为表示混合动力型电动汽车的概略构成的图。
图2为电力转换装置600的电路图。
图3为旋转电机200的截面图。
图4为定子230及转子250的截面图。
图5为定子230的立体图。
图6为定子绕组238的接线图。
图7为表示第1实施方式的u1相绕组群的图。
图8为表示第1实施方式的u2相绕组群的图。
图9为第1实施方式的u1相绕组群的一部分的放大图。
图10为第1实施方式的u2相绕组群的一部分的放大图。
图11为第1实施方式的槽导体233a的配置图。
图12为普通槽导体的配置(比较例1)的概略图。
图13为第1实施方式的槽导体233a的配置的概略图。
图14为表示第1实施方式和比较例1的感应电压波形的图。
图15为表示第1实施方式和比较例1的感应电压波形的高次谐波分析结果的图。
图16为表示第1实施方式和比较例1的扭矩波形的图。
图17为表示第1实施方式和比较例1的扭矩波形的高次谐波分析结果的图。
图18为表示第1实施方式和比较例2的扭矩波形的图。
图19为表示第1实施方式和比较例2的扭矩波形的高次谐波分析结果的图。
图20为第1实施方式的槽导体233a的配置的概略图。
图21为第1实施方式的变形例(变形例1)的槽导体233a的配置的概略图。
图22为第1实施方式的变形例(变形例2)的槽导体233a的配置的概略图。
图23为第1实施方式的变形例(变形例3)的槽导体233a的配置的概略图。
图24为第1实施方式的变形例(变形例4)的槽导体233a的配置的概略图。
图25为第1实施方式的变形例(变形例5)的槽导体233a的配置的概略图。
图26为第1实施方式的变形例(变形例6)的槽导体233a的配置的概略图。
图27为表示第2实施方式的u1相绕组群的图。
图28为表示第2实施方式的u2相绕组群的图。
图29为第2实施方式的u1相绕组群的一部分的放大图。
图30为第2实施方式的u2相绕组群的一部分的放大图。
图31为第2实施方式的槽导体233a的配置图。
图32为普通槽导体的配置(比较例1)的概略图。
图33为第2实施方式的槽导体233a的配置的概略图。
图34为表示第2实施方式和比较例1的感应电压波形的图。
图35为表示第2实施方式和比较例1的感应电压波形的高次谐波分析结果的图。
图36为表示第2实施方式和比较例1的扭矩波形的图。
图37为表示第2实施方式和比较例1的扭矩波形的高次谐波分析结果的图。
图38为表示第2实施方式和比较例2的扭矩波形的图。
图39为表示第2实施方式和比较例2的扭矩波形的高次谐波分析结果的图。
图40为第2实施方式的槽导体233a的配置的概略图。
图41为第2实施方式的变形例(变形例7)的槽导体233a的配置的概略图。
图42为第2实施方式的变形例(变形例8)的槽导体233a的配置的概略图。
图43为表示第3实施方式的u1相绕组群的图。
图44为表示第3实施方式的u2相绕组群的图。
图45为第3实施方式的u1相绕组群的一部分的放大图。
图46为第3实施方式的u2相绕组群的一部分的放大图。
图47为第3实施方式的槽导体233a的配置图。
图48为普通槽导体的配置(比较例1)的概略图。
图49为第3实施方式的槽导体233a的配置的概略图。
图50为表示第3实施方式和比较例1的感应电压波形的图。
图51为表示第3实施方式和比较例1的感应电压波形的高次谐波分析结果的图。
图52为表示第3实施方式和比较例1的扭矩波形的图。
图53为表示第3实施方式和比较例1的扭矩波形的高次谐波分析结果的图。
图54为表示第3实施方式和比较例2的扭矩波形的图。
图55为表示第3实施方式和比较例2的扭矩波形的高次谐波分析结果的图。
图56为第3实施方式的槽导体233a的配置的概略图。
图57为第3实施方式的变形例(变形例9)的槽导体233a的配置的概略图。
图58为第3实施方式的变形例(变形例10)的槽导体233a的配置的概略图。
具体实施方式
本发明的旋转电机可运用于仅通过旋转电机来行驶的纯粹的电动汽车、或者通过发动机和旋转电机双方加以驱动的混合动力型电动汽车,而下面是以混合动力型电动汽车为例进行说明。
-第1实施方式-
图1为表示搭载本发明的一实施方式的旋转电机的混合动力型电动汽车的概略构成的图。车辆100中搭载有发动机120、第1旋转电机200、第2旋转电机202及电池180。在需要旋转电机200、202的驱动力的情况下,电池180经由电力转换装置600对旋转电机200、202供给直流电,在再生行驶时,从旋转电机200、202接收直流电。电池180与旋转电机200、202之间的直流电的授受是经由电力转换装置600来进行。此外,虽然没有图示,但车辆中搭载有供给低电压电力(例如,14伏系电力)的电池,对以下所说明的控制电路供给直流电。
发动机120及旋转电机200、202的转矩经由变速器130和差动齿轮160而传递至前轮110。变速器130由变速器控制装置134控制,发动机120由发动机控制装置124控制。电池180由电池控制装置184控制。变速器控制装置134、发动机控制装置124、电池控制装置184、电力转换装置600及综合控制装置170通过通信线路174而连接在一起。
综合控制装置170相较于变速器控制装置134、发动机控制装置124、电力转换装置600及电池控制装置184而言为上位的控制装置,经由通信线路174分别从变速器控制装置134、发动机控制装置124、电力转换装置600及电池控制装置184接收表示各装置的各状态的信息。综合控制装置170根据获取到的这些信息来运算各控制装置的控制指令。运算出的控制指令经由通信线路174而发送至各控制装置。
高电压电池180由锂离子电池或镍氢电池等二次电池构成,输出250伏至600伏或以上的高电压直流电。电池控制装置184将电池180的充放电状况、构成电池180的各单位电池的状态经由通信线路174而输出至综合控制装置170。
当综合控制装置170根据来自电池控制装置184的信息而判断电池180需要充电时,对电力转换装置600发出发电运转的指示。此外,综合控制装置170主要进行发动机120及旋转电机200、202的输出扭矩的管理、发动机120的输出扭矩与旋转电机200、202的输出扭矩的综合扭矩和扭矩分配比的运算处理,并将基于该运算处理结果的控制指令发送至变速器控制装置134、发动机控制装置124及电力转换装置600。电力转换装置600根据来自综合控制装置170的扭矩指令,以产生与指令一致的扭矩输出或发电电力的方式控制旋转电机200、202。
电力转换装置600中设置有构成变换器的功率半导体,所述变换器用以运转旋转电机200、202。电力转换装置600根据来自综合控制装置170的指令来控制功率半导体的开关动作。该功率半导体的开关动作使得旋转电机200、202作为电动机或发电机而运转。
在使旋转电机200、202作为电动机运转的情况下,来自高电压电池180的直流电被供给至电力转换装置600的变换器的直流端子。电力转换装置600控制功率半导体的开关动作而将所供给的直流电转换为3相交流电来供给至旋转电机200、202。另一方面,在使旋转电机200、202作为发电机运转的情况下,旋转电机200、202的转子由施加自外部的转矩加以旋转驱动,在旋转电机200、202的定子绕组中产生3相交流电。所产生的3相交流电经电力转换装置600转换为直流电,该直流电被供给至高电压电池180,由此对电池180充电。
图2展示图1的电力转换装置600的电路图。电力转换装置600中设置有旋转电机200用的第1变换器装置和旋转电机202用的第2变换器装置。第1变换器装置包括功率模块610、控制功率模块610的各功率半导体21的开关动作的第1驱动电路652、以及检测旋转电机200的电流的电流传感器660。驱动电路652设置在驱动电路基板650上。
另一方面,第2变换器装置包括功率模块620、控制功率模块620中的各功率半导体21的开关动作的第2驱动电路656、以及检测旋转电机202的电流的电流传感器662。驱动电路656设置在驱动电路基板654上。设置在控制电路基板646上的控制电路648、电容器模块630以及安装在连接器基板642上的收发电路644在第1变换器装置和第2变换器装置中共用。
功率模块610、620根据从各自对应的驱动电路652、656输出的驱动信号来进行动作。功率模块610、620分别将供给自电池180的直流电转换为三相交流电,并将该电力供给至对应的旋转电机200、202的电枢绕组即定子绕组。此外,功率模块610、620将旋转电机200、202的定子绕组中感应出的交流电转换为直流而供给至高电压电池180。
如图2所记载,功率模块610、620具备3相桥接电路,对应于3相的串联电路分别电性并联在电池180的正极侧与负极侧之间。各串联电路包括构成上臂的功率半导体21和构成下臂的功率半导体21,这些功率半导体21串联在一起。如图2所示,功率模块610和功率模块620的电路构成大致相同,此处以功率模块610为代表进行说明。
在本实施方式中,使用igbt(绝缘栅型双极晶体管)21作为开关用功率半导体元件。igbt21具备集极、发射极及栅极这3个电极。在igbt21的集极与发射极之间电性连接有二极管38。二极管38具备阴极及阳极这2个电极,以从igbt21的发射极去往集极的方向为正方向的方式,将阴极电性连接于igbt21的集极,将阳极电性连接于igbt21的发射极。
再者,也可使用mosfet(金属氧化物半导体型场效应晶体管)作为开关用功率半导体元件。mosfet具备漏极、源极及栅极这3个电极。在mosfet的情况下,由于在源极与漏极之间配备有从漏极去往源极的方向为正方向的寄生二极管,因此无须设置图2的二极管38。
各相的臂是igbt21的发射极与igbt21的集极电性串联而构成。再者,在本实施方式中,虽然各相的各上下臂的igbt仅图示有1个,但由于要控制的电流容量较大,因此实际上是多个igbt电性并联而构成。以下,为简化说明,以1个功率半导体的形式进行说明。
在图2所示的例子中,各相的各上下臂分别由3个igbt构成。各相的各上臂的igbt21的集极与电池180的正极侧电性连接,各相的各下臂的igbt21的源极与电池180的负极侧电性连接。各相的各臂的中性点(上臂侧igbt的发射极与下臂侧igbt的集极的连接部分)与对应旋转电机200、202的对应相的电枢绕组(定子绕组)电性连接。
驱动电路652、656构成用以控制对应的变换器装置610、620的驱动部,根据输出自控制电路648的控制信号而产生用以驱动igbt21的驱动信号。各驱动电路652、656中产生的驱动信号分别被输出至对应的功率模块610、620的各功率半导体元件的栅极。在驱动电路652、656中分别设置有6个产生供给至各相的各上下臂的栅极的驱动信号的集成电路,将6个集成电路作为1个单元块而构成。
控制电路648构成各变换器装置610、620的控制部,由运算用以使多个开关用功率半导体元件动作(导通/断开)的控制信号(控制值)的微型计算机构成。来自上位控制装置的扭矩指令信号(扭矩指令值)、电流传感器660、662的传感器输出、旋转电机200、202中所搭载的旋转传感器的传感器输出被输入至控制电路648。控制电路648根据这些输入信号来运算控制值,并对驱动电路652、656输出用以控制开关时刻的控制信号。
安装在连接器基板642上的收发电路644用以将电力转换装置600与外部的控制装置之间电性连接,经由图1的通信线路174与其他装置进行信息的收发。电容器模块630构成用以抑制因igbt21的开关动作而产生的直流电压的变动的平滑电路,与第1功率模块610、第2功率模块620中的直流侧的端子电性并联。
图3展示图1的旋转电机200的截面图。再者,旋转电机200与旋转电机202具有大致相同的结构,以下以旋转电机200的结构为代表例进行说明。但是,以下所展示的结构无须旋转电机200、202双方都采用,可以仅一方采用。
在壳体212的内部保持有定子230,定子230包括定子铁心232和定子绕组238。在定子铁心232的内周侧,隔着空隙222以可旋转的方式保持有转子250。转子250包括固定在转轴218上的转子铁心252、永磁铁254以及非磁性体的盖板226。壳体212具有设置有轴承216的一对端部支架214,转轴218由这些轴承216以旋转自如的方式加以保持。
在转轴218上设置有检测转子250的极的位置和转速的旋转变压器(レゾルバ)224。来自该旋转变压器224的输出被导入至图2所示的控制电路648。控制电路648根据所导入的输出将控制信号输出至驱动电路652。驱动电路652将基于该控制信号的驱动信号输出至功率模块610。功率模块610根据控制信号来进行开关动作,将供给自电池180的直流电转换为3相交流电。该3相交流电被供给至图3所示的定子绕组238,在定子230中产生旋转磁场。3相交流电流的频率根据旋转变压器224的输出值加以控制,3相交流电流的针对转子250的相位也同样地根据旋转变压器224的输出值加以控制。
图4为表示定子230及转子250的截面的图,展示了图3的a-a截面图。再者,图4中省略了壳体212、转轴218及定子绕组238的记载。在定子铁心232的内周侧,以跨及全周的方式均等地配置有大量的槽237和齿部236。在图4中,不对全部槽及齿部标注符号,仅代表性地对一部分齿部和槽标注有符号。在槽237内设置有槽绝缘材料(图示省略),安装有构成图3的定子绕组238的u相、v相、w相的多个相绕组。在本实施方式中,等间隔地形成有48个槽237。
此外,在转子铁心252的外周附近,沿周向等间隔地配设有8个用以插入矩形磁铁的多个孔253。各孔253是沿轴向形成,在这些孔253内分别埋入有永磁铁254,通过粘接剂等加以固定。孔253的圆周方向的宽度被设定得比永磁铁254(254a、254b)的圆周方向的宽度大,永磁铁254的两侧的孔空间257作为磁隙而发挥功能。该孔空间257可埋入粘接剂,也可利用成型用树脂与永磁铁254凝固成一体。永磁铁254作为转子250的场磁极而发挥作用,本实施方式中为8极构成。
永磁铁254的磁化方向朝着径向,磁化方向的朝向按每一场磁极反转。即,若永磁铁254a的定子侧那一面为n极、轴侧那一面为s极,则相邻永磁铁254b的定子侧那一面为s极、轴侧那一面为n极。并且,这些永磁铁254a、254b沿圆周方向交替配置。
永磁铁254可在磁化之后插入至孔253内,也可在插入至转子铁心252的孔253内之后赋予强力磁场而加以磁化。但由于磁化后的永磁铁254为强力磁铁,因此,若是在转子250中固定永磁铁254之前将磁铁磁化,则在固定永磁铁254时会在其与转子铁心252之间产生强大的吸引力而妨碍装配作业。此外,有因永磁铁254的强大吸引力而导致铁粉等粉尘附着在永磁铁254上之虞。因此,在考虑旋转电机的生产率的情况下,优选在插入至转子铁心252之后对永磁铁254进行磁化。
再者,永磁铁254可使用钕系、钐系烧结磁铁、或者铁氧体磁铁、钕系粘结磁铁等。永磁铁254的剩余磁通密度为0.4~1.4t左右。
当通过将3相交流电流流至定子绕组238而在定子230中产生旋转磁场时,该旋转磁场作用于转子250的永磁铁254a、254b而产生扭矩。该扭矩以从永磁铁254发出的磁通中与各相绕组交链的分量与正交于流至各相绕组的交流电流的交链磁通的分量的积表示。此处,交流电流是以成为正弦波状的方式受到控制,因此,交链磁通的基波分量与交流电流的基波分量的积成为扭矩的时间平均分量,交链磁通的高次谐波分量与交流电流的基波分量的积成为扭矩的高次谐波分量即扭矩脉动。也就是说,要减少扭矩脉动,减少交链磁通的高次谐波分量即可。换句话说,由于交链磁通与转子的旋转角速度的积为感应电压,因此,减少交链磁通的高次谐波分量等于减少感应电压的高次谐波分量。
图5为定子230的立体图。在本实施方式中,定子绕组238是以波形绕法缠绕在定子铁心232上。在定子铁心232的两端面形成有定子绕组238的线圈端部241。此外,在定子铁心232的一端面侧引出有定子绕组238的引出线242。引出线242是以对应于u相、v相、w相中的各方的方式引出。
图6为定子绕组238的接线图,展示了接线方式以及各相绕组的电性相位关系。本实施方式的定子绕组238采用的是双星形接线,由u1相绕组群、v1相绕组群、w1相绕组群构成的第1星形接线与由u2相绕组群、v2相绕组群、w2相绕组群构成的第2星形接线并联在一起。u1、v1、w1相绕组群及u2、v2、w2相绕组群分别由6个环绕绕组构成,u1相绕组群具有环绕绕组u11~u16,v1相绕组群具有环绕绕组v11~v16,w1相绕组群具有环绕绕组w11~w16,u2相绕组群具有环绕绕组u21~u26,v2相绕组群具有环绕绕组v21~v26,w2相绕组群具有环绕绕组w21~w26。如图6所示,第1星形接线及第2星形接线的u相彼此、v相彼此、w相彼此电性连接,其连接部与电流传感器660连接。
如图6所示,v相及w相与u相为大致相同的构成,以各自所感应出的电压的相位在电角度上错开120度的方式配置。此外,各环绕绕组的角度表示的是相对的相位。如图6所示,在本实施方式中,定子绕组238采用的是并联接线的双星(2y)接线,但也可根据旋转电机的驱动电压将它们串联而设为单星(1y)接线。
图7、图8为表示定子绕组238的u相绕组的详细接线的图。如上所述,在定子铁心232上形成有48个槽237(参考图4),图7、图8中展示的符号01、02、~、47、48表示槽编号。
图7的(a)表示u1相绕组群的环绕绕组u15、u16。图7的(b)表示u1相绕组群的环绕绕组u13、u14。图7的(c)表示u1相绕组群的环绕绕组u11、12。
图8的(a)表示u2相绕组群的环绕绕组u21、22。图8的(b)表示u2相绕组群的环绕绕组u23、u24。图8的(c)表示u2相绕组群的环绕绕组u25、u26。
如图7、图8所示,各环绕绕组u11~u26由插通在槽内的槽导体233a、以及连接插通在不同槽内的槽导体233a的同一侧端部彼此而构成线圈端部241(参考图5)的跨接导体233b构成。例如,在图7的(a)所示的被插通于槽编号05的槽237内的槽导体233a的情况下,图示上侧的端部通过构成上侧线圈端部的跨接导体233b与被插通于槽编号48的槽237内的槽导体233a的上侧端部连接,相反,下侧端部通过构成下侧线圈端部的跨接导体233b与被插通于槽编号12的槽237内的槽导体233a的下侧端部连接。通过利用跨接导体233b以这种形态连接槽导体233a,形成波形卷绕的环绕绕组。
如后文所述,在本实施方式中,在1槽内从内周侧到外周侧排列插通6根槽导体233a,从内周侧起依序称为层1、层2、层3、层4、层5、层6。在图7、图8中,环绕绕组u15、u16、u21及u22的实线部分表示层1,虚线部分表示层2。在环绕绕组u13、u14、u23及u24中,实线部分表示层3,虚线部分表示层4。在环绕绕组u11、u12、u25及u26中,实线部分表示层5,虚线部分表示层6。
虽然没有使用图7、图8来进行说明,但图7的(a)所示的环绕绕组u15、u16、图7的(c)所示的环绕绕组u11、u12、图8的(a)所示的环绕绕组u21、22以及图8的(c)所示的环绕绕组u25、u26是以基于后文叙述的不规则槽距的波形绕法加以缠绕。图7的(b)所示的环绕绕组u13、u14以及图8的(b)所示的环绕绕组u23、u24是以基于后文叙述的普通槽距的波形绕法加以缠绕。关于不规则槽距及普通槽距,将在图9、图10的说明部分加以说明。
再者,环绕绕组u11~u26可由连续的导体形成,也可将分段线圈插通在槽内,之后通过焊接等将分段线圈彼此加以连接。在使用分段线圈的情况下,可在将分段线圈插通至槽237之前预先成形相较于定子铁心232的端部而言位于轴向两端的线圈端部241,从而可在异相间或同相间容易地设置恰当的绝缘距离。结果,可抑制因igbt21的开关动作而产生的浪涌电压所引起的部分放电,在绝缘上较为有效。
此外,环绕绕组所使用的导体可为扁线、圆线、或者具有多根细线的导体,但为了提高占空系数以实现小型高输出化、高效率化,扁线较为适合。
图9放大表示图7所示的u1相绕组群的一部分。图10放大表示图8所示的u2相绕组群的一部分。图9、10中展示的是包含跨接线部分的约4极的量。下面,使用图9对u1相绕组群的缠绕方法进行说明,使用图10对u2相绕组群的缠绕方法进行说明。
如图9的(c)所示,定子绕组群u1从引出线进入至槽编号01的层6,通过跨接导体233b而跨过5个槽,之后槽导体233a进入至槽编号06的层5。接着,从槽编号06的层5跨过7个槽而进入至槽编号13的层6。
如此,以引出有引出线的线圈端部侧(图示下侧)的跨接导体233b的跨越量为槽距np=7、相反侧的线圈端部侧(图示上侧)的跨接导体233b的跨越量为槽距np=5的方式,以波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号42的层5为止。将这种波形绕法称为“不规则槽距的波形绕法”。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为图6所示的环绕绕组u11。
接着,从槽编号42的层5出来的定子绕组跨过6个槽而进入至槽编号48的层6。从槽编号48的层6起为图6所示的环绕绕组u12。与环绕绕组u11的情况一样,环绕绕组u12也是以不规则槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧被设定为槽距np=7,在相反侧被设定为槽距np=5,以波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号41的层5为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u12。
再者,由于环绕绕组u12是以相对于环绕绕组u11而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u11与环绕绕组u12也是以错开30度的方式记载。
进而,如图9的(b)、(c)所示,从槽编号41的层5出来的定子绕组通过跨越7个槽的跨接线而进入至槽编号48的层4。从槽编号48的层4起为图6所示的环绕绕组u13。环绕绕组u13中,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧和相反侧均被设定为槽距np=6,以波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号42的层3为止。将这种波形绕法称为“普通槽距的波形绕法”。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u13。
接着,从槽编号42的层3出来的定子绕组跨过5个槽而进入至槽编号47的层4。从槽编号47的层4起为图6所示的环绕绕组u14。与环绕绕组u13的情况一样,环绕绕组u14也是以普通槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧和相反侧均被设定为槽距np=6,以波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号41的层3为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u14。
再者,由于环绕绕组u14是以相对于环绕绕组u13而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u13与环绕绕组u14也是以错开30度的方式记载。
进而,如图9的(a)、(b)所示,从槽编号41的层3出来的定子绕组通过跨越7个槽的跨接线而进入至槽编号48的层2。从槽编号48的层2起为图6所示的环绕绕组u15。与环绕绕组u11的情况一样,环绕绕组u15也是以不规则槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧设定为槽距np=7,在相反侧设定为槽距np=5,以波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号41的层1为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u15。
接着,从槽编号41的层1出来的定子绕组跨过6个槽而进入至槽编号47的层2。从槽编号47的层2起为图6所示的环绕绕组u16。与环绕绕组u15的情况一样,环绕绕组u16也是以不规则槽距的波形绕法缠绕。跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧被设定为槽距np=7,在相反侧被设定为槽距np=5,以波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号40的层1为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u16。
再者,由于环绕绕组u16是以相对于环绕绕组u15而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u15与环绕绕组u16也是以错开30度的方式记载。
此外,由于u13、u14的跨接导体233b的跨越量不同于u11、u12、u15、u16,因此交链的磁通量产生差异。
图10所示的定子绕组群u2也是以与定子绕组群u1的各层的情况相同的跨越量加以缠绕。环绕绕组u21从槽编号46的层1起以不规则槽距的波形绕法缠绕至槽编号05的层2为止,环绕绕组u22从槽编号47的层1起以不规则槽距的波形绕法缠绕至槽编号06的层2为止。其后,定子绕组从槽编号06的层2经由跨接线而进入至槽编号47的层3,以普通槽距的波形绕法缠绕至槽编号05的层4为止作为环绕绕组u23。其后,以普通槽距的波形绕法将定子绕组从槽编号48的层3缠绕至槽编号06的层4为止,由此形成环绕绕组u24。接着,定子绕组从槽编号06的层4经由跨接线而进入至槽编号47的层5,以不规则槽距的波形绕法缠绕至槽编号06的层6为止作为环绕绕组u25。其后,以不规则槽距的波形绕法将定子绕组从槽编号48的层5缠绕至槽编号07的层6为止,由此形成环绕绕组u26。
如上所述,定子绕组群u1由环绕绕组u11、u12、u13、u14、u15、u16构成,在定子绕组群u1中感应出各环绕绕组的相位经合成而得的电压。同样地,在定子绕组群u2的情况下,也感应出环绕绕组u21、u22、u23、u24、u25、u26的相位经合成而得的电压。如图6所示,定子绕组群u1与定子绕组群u2并联连接,但定子绕组群u1、u2各自所感应出的电压之间无相位差,即便是并联连接也不会发生流通循环电流等的失衡。当然,也可为串联。
图11为主要表示定子铁心232中的槽导体233a的配置的图,展示了图7~10的槽编号46~槽编号13。再者,转子的旋转方向是图中的从左到右的方向。在本实施方式中,在2个极也就是电角度360度的范围配置有12个槽237,例如,图11的槽编号01至槽编号12相当于2个极的量。因此,每极槽数n为6,每极每相槽数nspp为2(=6/3)。各槽237内,定子绕组238的槽导体233a各插通有6根。
各槽导体233a是以矩形表示,而在该矩形中分别图示有表示u相、v相、w相的符号u11~u26、v、w、表示从有引出线那一侧到相反侧的方向的叉形标记“×”、表示其反方向的黑圆点标记“●”。此外,将处于槽237的最内周侧(槽开口侧)的槽导体233a称为层1,到外周侧(槽底侧)依序称为层2、层3、层4、层5、层6。此外,符号01~12为与图7~10所示的符号相同的槽编号。再者,仅u相的槽导体233a以表示环绕绕组的符号u11~u26表示,v相及w相的槽导体233a则以表示相的符号v、w表示。
图11中以虚线234围绕的12个槽导体233a为全部由u相的槽导体233a构成的槽导体组234。展示具体例。例如,中央所展示的槽导体组234具有槽编号06、07的层6内所配设的环绕绕组u25、u26的槽导体233a、槽编号05、06的层5至层2内所配设的环绕绕组u12、u11、u23、u24、u14、u13、u21、u22的槽导体233a、槽编号04、05的层1内所配设的环绕绕组u16、u15的槽导体233a。
通常,在每极槽数n为6、每极每相槽数nspp为2、槽237内的槽导体233a的层数为6的情况下,大多采用像图12所示那样配置u相(v相、w相也一样)的槽导体233a的构成。在该情况下,图示右侧的槽导体组与图示左侧的槽导体组的间隔为6槽距(np=6),即,为每极槽数n为6时的普通槽距。而且,同一相的环绕绕组以不在定子铁心232的周向上错开的方式配设。
另一方面,本实施方式的构成如下,即,如图13所示,将图12所示的层1的2根槽导体233a朝与转子的旋转方向相反的方向(图中的左方)错开1槽距的量,而且将层6的2根槽导体233a朝旋转方向(图中的右方)错开1槽距的量。因此,如图13所示,连接层6及层5的环绕绕组u11的槽导体233a的跨接导体233b的跨越量为5槽距(np=5),连接层5及层6的环绕绕组u26的跨接导体233b的跨越量为7槽距(np=7)。此外,连接层2及层1的环绕绕组u15的槽导体233a的跨接导体233b的跨越量为5槽距(np=5),连接层1及层2的环绕绕组u22的跨接导体233b的跨越量为7槽距(np=7)。环绕绕组u12、u25、u16、u21也一样,为以如下的方式连接槽导体233a间的不规则槽距的环绕绕组:在一线圈端部以7槽距(np=7)跨过槽,在另一线圈端部以5槽距跨过槽。
在该情况下,不仅是u相,v相及w相的对应的各槽导体233a也同样地错开1槽距的量,因此,如图11所示,u、v、w相分别形成同一形状的槽导体组234。即,在转子的旋转方向上依序配置有为u相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为w相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组、为v相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为u相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组、为w相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为v相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组。
在本实施方式中,如图11所示,包括不规则槽距的环绕绕组以及普通槽距的环绕绕组两方,不规则槽距的环绕绕组构成为在将每极槽数设为n(=6)时跨接导体233b以在一线圈端部以槽距np=n+1(=7)跨过槽、在另一线圈端部以槽距np=n-1(=5)跨过槽的方式连接槽导体233a间,普通槽距的环绕绕组构成为跨接导体233b以在两线圈端部均以槽距np=n(=6)跨过槽的方式连接槽导体233a间。
如上所述,各相定子绕组包括由插通在沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns的槽内的多个槽导体233a构成的槽导体组234、以及连接多个槽导体233a的线圈端部侧的跨接导体233b。槽导体233a以槽及层相邻的方式插通至各槽237。在将每极每相槽数设为nspp、将不规则槽距的环绕绕组的层数设为2×nl2时,规定槽数ns被设定为ns=nspp+nl2。在本实施方式中,如图13所示,由于nspp=2、nl2=2,因此ns=4。
再者,为了之后的说明,将普通槽距的环绕绕组的层数定义为2×nl1。当以如此方式定义时,整体的层数为2×(nl1+nl2)。在本实施方式中,由于nl1=1、nl2=2,因此可知,整体的层数为2×(1+2)=6,与槽237的层数6(层1~6)相吻合。
使用图13,对本实施方式的槽导体组234进一步进行说明。槽导体组234可分为图13的以虚线表示的槽导体小组235(235a、235b)。槽导体小组235由在定子铁心232的径向上相邻、相互与跨接导体233b连接的内周侧层和外周侧层构成。
将跨接导体233b为普通槽距的槽导体小组235设为第1槽导体小组235a。将第1槽导体小组235a的内周侧层称为第1内周侧层,将第1槽导体小组235a的外周侧层称为第1外周侧层。在本实施方式中,由层3(第1内周侧层)、层4(第1外周侧层)构成1个(nl1=1)第1槽导体小组235a。
此外,将跨接导体233b为不规则槽距的槽导体小组235设为第2槽导体小组235b。将第2槽导体小组235b的内周侧层称为第2内周侧层,将第2槽导体小组235b的外周侧层称为第2外周侧层。在本实施方式中,由层1(第2内周侧层)、层2(第2外周侧层)构成1个第2槽导体小组235b。由层5(第2内周侧层)、层6(第2外周侧层)构成另1个第2槽导体小组235b。因此,如上所述,槽导体组234具有合计2个(nl2=2)第2槽导体小组235b。
第1内周侧层的槽导体233a与第1外周侧层的槽导体233a以使定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。即,具体为如下配置。利用图13的由层3、4构成的第1槽导体小组235a对第1槽导体小组235a的构成进行具体说明。第1内周侧层(层3)的槽导体233a(u14、u13)中的左端的槽导体233a(u14)与第1外周侧层(层4)的槽导体233a(u23、u24)中的左端的槽导体233a(u23)配置在同一槽内,右端的槽导体233a(u13、u24)也是以同样的位置关系加以配置。
第2内周侧层的槽导体233a与第2外周侧层的槽导体233a遵循相互沿定子铁心周向错开1槽距而配置这一规则。即,具体为如下配置。利用图13的由层1、2构成的第2槽导体小组235b进行具体说明。第2内周侧层(层1)的槽导体233a(u16、u15)中的左端的槽导体233a(u16)与第2外周侧层(层2)的槽导体233a(u21、u22)中的左端的槽导体233a(u21)错开1槽距而配置,右端的槽导体233a(u15、u22)也是以同样的位置关系加以配置。
在定子铁心232的径向上相邻的槽导体小组235以使相互接触那一侧的定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。将其称为规则a。利用图13进行具体说明。可知,由层1、2构成的第2槽导体小组235b与由层3、4构成的第1槽导体小组235a在图示上下方向(定子铁心232的径向)上接触,以其两端对齐的方式配置。即,左端的u21的槽导体233a与左端的u14的槽导体233a设置在同一槽内。由于左端的配置的原因,右端也是对齐的。即,以使定子铁心周向两端对齐的方式配置。由层3、4构成的第1槽导体小组235a与由层5、6构成的第2槽导体小组235b之间也是遵循规则a来配置。再者,图13中仅图示了第1槽导体小组235a与第2槽导体小组235b相接触的例子,但即便第1槽导体小组235a彼此相接触、第2槽导体小组235b彼此相接触,在原则上也遵循规则a。若多个槽导体小组235遵循该规则a,则上述关系式ns=nspp+nl2成立。
此处,在与通过图12所示的缠绕方法而成的旋转电机(以下,称为比较例1)的作用效果以及通过专利文献1(日本专利特开2012-29370号公报)的图22(a)中所记载的缠绕方法而成的旋转电机(以下,称为比较例2)的作用效果进行对比的情况下说明图11等所示的本实施方式的旋转电机的作用效果。再者,比较例2中,虽然将不规则槽距的环绕绕组的槽导体错开的方向与本实施方式的旋转电机相反,但这是定义的问题,可以认为是相互在同一方向上错开。
图14~图17将本实施方式的旋转电机的作用效果与比较例1的作用效果进行了对比。
图14为表示本实施方式的旋转电机的感应电压波形以及比较例1的旋转电机的感应电压波形的图。此外,图15展示了对图14的各感应电压波形进行高次谐波分析而得的结果。
如图14所示,可知,与比较例1的旋转电机的感应电压波形相比,本实施方式的旋转电机的感应电压波形接近正弦波。此外,如图15的高次谐波分析结果所示,可知,在本实施方式中,与比较例1相比,尤其可减少5次和7次的高次谐波分量。
图16针对本实施方式的旋转电机的情况和比较例1的旋转电机的情况而展示了通交流电流的情况下的扭矩波形。此外,图17展示对图16所示的各扭矩波形进行高次谐波分析而得的结果。如图17的高次谐波分析结果所示,可知,尤其可减少6次扭矩脉动。这展示出通过将绕组配置设为图7~11所示那样的配置而减少了感应电压即交链磁通的5次和7次的分量这一情况。
图18、图19将本实施方式的发明的作用效果与比较例2的作用效果进行了对比。
图18针对本实施方式的旋转电机的情况和比较例2的旋转电机的情况而展示了通交流电流的情况下的扭矩波形。此外,图19展示对图18所示的各扭矩波形进行高次谐波分析而得的结果。如图18、图19所示,可知,在本实施方式中,与比较例2相比,平均扭矩大。
通过以上的作用效果的对比,根据本实施方式,可获得与比较例1相比扭矩脉动小且噪音低、与比较例2相比平均扭矩大的旋转电机。在这个意义上,本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
第1实施方式的旋转电机具有以下构成,取得以下作用效果。
(1)旋转电机200(旋转电机202也一样)中的各相定子绕组包括插通在多个槽237内的多个槽导体233a、以及在线圈端部241连接槽导体233a的两端的跨接导体233b。并且,如图9、图10等所示,被插通于槽237的层1、2以及层5、6内的槽导体233a是由不规则槽距的跨接导体233b加以连接。此外,如图9、图10等所示,被插通于槽237的层3、4内的槽导体233a是由普通槽距的跨接导体233b加以连接。
在将每极槽数设为n(=6)时,普通槽距的跨接导体233b(第1跨接导体)以在一线圈端部241以槽距np=n(=6)跨过槽237、在另一线圈端部241以槽距np=n(=6)跨过槽237的方式连接槽导体233a间。
在将每极槽数设为n(=6)时,不规则槽距的跨接导体233b(第2跨接导体)以在一线圈端部241以槽距np=n+1(=7)跨过槽237、在另一线圈端部241以槽距np=n-1(=5)跨过槽237的方式连接槽导体233a间。
定子绕组238具有多个由同一相的多个槽导体233a构成的一组槽导体组234。
由此,本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
(2)进而,具体而言,可具有如下构成。即,
槽导体组234的多个槽导体233a以槽237及层相邻的方式插通至沿定子铁心232的周向连续排列的规定数量ns(=4)的槽237内。
在将每极每相槽数设为nspp(=2)、将具有不规则槽距的跨接导体233b的第2环绕绕组的层数设为2×nl2(nl2=2)时,规定数量ns(=4)被设定为ns=nspp+nl2(=4)。
例如,通过上述具体构成(2),本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
(3)槽导体组234的具体构成如下。即,
槽导体组234是包含多个槽导体小组235而构成。在定子铁心232的径向上相邻的槽导体小组235以使相互接触那一侧的定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。
槽导体组234具有nl1(=1)个第1槽导体小组235a作为槽导体小组235,该第1槽导体小组235a由在定子铁心232的径向上相邻、相互与普通槽距的跨接导体233b(第1跨接导体)连接的第1内周侧层及第1外周侧层构成。即,由层3(第1内周侧层)、层4(第1外周侧层)构成1个第1槽导体小组235a。
此外,槽导体组234具有nl2(=2)个第2槽导体小组235b作为槽导体小组235,该第2槽导体小组235b由在定子铁心232的径向上相邻、相互与不规则槽距的跨接导体233b(第2跨接导体)连接的第2内周侧层及第2外周侧层构成。即,由层1(第2内周侧层)、层2(第2外周侧层)构成1个第2槽导体小组235b。由层5(第2内周侧层)、层6(第2外周侧层)构成另1个第2槽导体小组235b。因此,如上所述,槽导体组234具有合计2个第2槽导体小组235b。
第1内周侧层的槽导体233a与第1外周侧层的槽导体233a以使定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。
第2内周侧层的槽导体233a与第2外周侧层的槽导体233a以相互沿定子铁心周向错开1槽距的方式配置。
通过上述具体构成(3),本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
-第1实施方式的变形例-
图20为表示第1实施方式的旋转电机的槽导体组234(234a)的图,是与图13相同的图。第1实施方式例如能以如下方式变形。以图20为基准,对第1实施方式的变形例进行说明。
<变形例1>
图21为表示变形例1的旋转电机的槽导体组234(234b)的图。与第1实施方式(图20)一样,变形例1为每极槽数n=6、nspp=2、层数=6的设定。与第1实施方式的不同点在于,层3、4变为不规则槽距的环绕绕组(nl2=1),层1、2、5、6变为普通槽距的环绕绕组。在本变形例中,遵循上述规则a,在定子铁心232的径向上相邻的槽导体小组235以使相互接触那一侧的定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。因此,沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=3,所以与第1实施方式一样,ns=nspp+nl2成立。即便像本变形例这样变形,与第1实施方式一样,也可取得与比较例1相比扭矩脉动小噪音低、与比较例2相比平均扭矩大的效果。
<变形例2>
图22为表示变形例2的旋转电机的槽导体组234(234c)的图。变形例2为每极槽数n=6、nspp=2、层数=8的设定。在变形例2中,层1、2、7、8为不规则槽距的环绕绕组(nl2=2),层3、4、5、6为普通槽距的环绕绕组。在本变形例中,遵循上述规则a,在定子铁心232的径向上相邻的槽导体小组235以使相互接触那一侧的定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。因此,沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=4,所以与第1实施方式一样,ns=nspp+nl2成立。即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
<变形例3>
图23为表示变形例3的旋转电机的槽导体组234(234d)的图。变形例3为每极槽数n=6、nspp=2、层数=8的设定。在变形例3中,层3、4、5、6为不规则槽距的环绕绕组(nl2=2),层1、2、7、8为普通槽距的环绕绕组。在本变形例中,遵循上述规则a,在定子铁心232的径向上相邻的槽导体小组235以使相互接触那一侧的定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。因此,沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=4,所以与第1实施方式一样,ns=nspp+nl2成立。即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
<变形例4>
图24为表示变形例4的旋转电机的槽导体组234(234e)的图。变形例4为每极槽数n=6、nspp=2、层数=8的设定。在变形例4中,层1、2、7、8为不规则槽距的环绕绕组(nl2=2),层3、4、5、6为普通槽距的环绕绕组。在本变形例中,不遵循上述规则a。基本而言,在定子铁心232的径向上相邻的槽导体小组235以使相互接触那一侧的定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。但是,在由层3、4构成的槽导体小组235与由层5、6构成的槽导体小组235之间有1槽距的错位。即,在层4与层5之间有1槽距的错位。因此,上述关系式ns=nspp+nl2不成立。取而代之,后文叙述的另一关系式成立。在本变形例中,沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=5。因此,ns=nspp+nl2+1这一不同于第1实施方式的关系式成立。变形例4的构成类似于变形例2。在变形例2中,由于遵循规则a,因此没有该错位,所以上述关系式ns=nspp+nl2成立。另一方面,在变形例4中,由于在层4与层5之间有1槽距的错位,因此不同于第1实施方式的关系式ns=nspp+nl2+1成立。但即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
<变形例5>
图25为表示变形例5的旋转电机的槽导体组234(234f)的图。变形例5为每极槽数n=9、nspp=3、层数=6的设定。在变形例5中,层1、2、5、6为不规则槽距的环绕绕组(nl2=2),层3、4为普通槽距的环绕绕组。在本变形例中,遵循上述规则a,在定子铁心232的径向上相邻的槽导体小组235以使相互接触那一侧的定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。因此,沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=5,所以与第1实施方式一样,ns=nspp+nl2成立。即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=3、层数=6的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=3、层数=6的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
<变形例6>
图26为表示变形例6的旋转电机的槽导体组234(234g)的图。变形例6为每极槽数n=9、nspp=3、层数=6的设定。在变形例6中,层3、4为不规则槽距的环绕绕组(nl2=1),层1、2、5、6为普通槽距的环绕绕组。在本变形例中,遵循上述规则a,在定子铁心232的径向上相邻的槽导体小组235以使相互接触那一侧的定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。因此,沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=4,所以与第1实施方式一样,ns=nspp+nl2成立。即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=3、层数=6的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=3、层数=6的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
-第2实施方式-
下面,对第2实施方式进行说明。对于与第1实施方式相同的构成(例如,图1~6中所记载的构成),省略说明。
图27、图28为表示定子绕组238的u相绕组的详细接线的图。在定子铁心232上形成有48个槽237(参考图4),图27、图28中展示的符号01、02、~、47、48表示槽编号。
图27的(a)表示u1相绕组群的环绕绕组u15、u16。图27的(b)表示u1相绕组群的环绕绕组u13、u14。图7的(c)表示u1相绕组群的环绕绕组u11、12。
图28的(a)表示u2相绕组群的环绕绕组u21、22。图8的(b)表示u2相绕组群的环绕绕组u23、u24。图8的(c)表示u2相绕组群的环绕绕组u25、u26。
如图27、图28所示,各环绕绕组u11~u26由插通在槽内的槽导体233a以及跨接导体233b构成,该跨接导体233b连接插通在不同槽内的槽导体233a的同一侧端部彼此而构成线圈端部241(参考图5)。例如,在图27的(a)中展示的被插通于槽编号05的槽237内的槽导体233a的情况下,图示上侧的端部通过构成上侧线圈端部的跨接导体233b与被插通于槽编号47的槽237内的槽导体233a的上侧端部连接,相反,下侧端部通过构成下侧线圈端部的跨接导体233b与被插通于槽编号11的槽237内的槽导体233a的下侧端部连接。通过利用跨接导体233b以这种形态连接槽导体233a,形成波形卷绕的环绕绕组。
在本实施方式中,与第1实施方式一样,也是在1槽内从内周侧到外周侧排列插通6根槽导体233a,从内周侧起依序称为层1、层2、层3、层4、层5、层6。在图27、图28中,环绕绕组u15、u16、u21及u22的实线部分表示层1,虚线部分表示层2。在环绕绕组u13、u14、u23及u24中,实线部分表示层3,虚线部分表示层4。在环绕绕组u11、u12、u25及u26中,实线部分表示层5,虚线部分表示层6。
图27、图28所示的第2实施方式的环绕绕组u11~16、u21~26都是以第1实施方式中说明过的基于普通槽距的波形绕法缠绕。使用图29、图30对详情进行说明。
再者,环绕绕组u11~u26可由连续的导体形成,也可将分段线圈插通在槽内,之后通过焊接等将分段线圈彼此加以连接。在使用分段线圈的情况下,可在将分段线圈插通至槽237之前预先成形相较于定子铁心232的端部而言位于轴向两端的线圈端部241,从而可在异相间或同相间容易地设置恰当的绝缘距离。结果,可抑制因igbt21的开关动作而产生的浪涌电压所引起的部分放电,在绝缘上较为有效。
此外,环绕绕组所使用的导体可为扁线、圆线、或者具有多根细线的导体,但为了提高占空系数以实现小型高输出化、高效率化,扁线较为适合。
图29放大表示图27所示的u1相绕组群的一部分。图30放大表示图28所示的u2相绕组群的一部分。图29、30中展示的是包含跨接线的部分的约4极的量。下面,使用图29对u1相绕组群的缠绕方法进行说明,使用图30对u2相绕组群的缠绕方法进行说明。
如图29的(c)所示,定子绕组群u1从引出线进入至槽编号01的层6,通过跨接导体233b而跨过6个槽,之后槽导体233a进入至槽编号07的层5。接着,从槽编号07的层5跨过6个槽而进入至槽编号13的层6。
如此,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧(图示下侧)、相反侧(图示上侧)均被设定为槽距np=6,采用基于普通槽距的波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号43的层5为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为图6所示的环绕绕组u11。第2实施方式的环绕绕组均为基于普通槽距的波形绕法。但是,被插通的槽的位置在定子铁心232的周向上相互错开。详情将于后文叙述。
接着,从槽编号43的层5出来的定子绕组跨过5个槽而进入至槽编号48的层6。从槽编号48的层6起为图6所示的环绕绕组u12。环绕绕组u12也是以普通槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧(图示下侧)、相反侧(图示上侧)均被设定为槽距np=6,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号42的层5为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u12。
再者,由于环绕绕组u12是以相对于环绕绕组u11而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u11与环绕绕组u12也是以错开30度的方式记载。
进而,如图29的(b)、(c)所示,从槽编号42的层5出来的定子绕组通过跨越6个槽的跨接线而进入至槽编号48的层4。从槽编号48的层4起为图6所示的环绕绕组u13。环绕绕组u13也是以普通槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均被设定为槽距np=6,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号42的层3为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u13。
接着,从槽编号42的层3出来的定子绕组跨过5个槽而进入至槽编号47的层4。从槽编号47的层4起为图6所示的环绕绕组u14。环绕绕组u14也是以普通槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均被设定为槽距np=6,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号41的层3为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u14。
再者,由于环绕绕组u14是以相对于环绕绕组u13而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u13与环绕绕组u14也是以错开30度的方式记载。
进而,如图29的(a)、(b)所示,从槽编号41的层3出来的定子绕组通过跨越6个槽的跨接线而进入至槽编号47的层2。从槽编号47的层2起为图6所示的环绕绕组u15。环绕绕组u15也是以普通槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧、相反侧均设定为槽距np=6,以波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号41的层1为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u15。
接着,从槽编号41的层1出来的定子绕组跨过6个槽而进入至槽编号47的层2。从槽编号47的层2起为图6所示的环绕绕组u16。环绕绕组u16也是以普通槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧被设定为槽距np=7、在相反侧被设定为槽距np=5,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号40的层1为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u16。
再者,由于环绕绕组u16是以相对于环绕绕组u15而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u15与环绕绕组u16也是以错开30度的方式记载。
此外,由于环绕绕组u11~16都是以普通槽距的波形绕法缠绕而使得跨接导体233b的跨越量相等,因此交链的磁通量相等。但是,由于被插通的槽的位置在定子铁心232的周向上相互错开,因此产生了相位差。具体而言,环绕绕组u11、u13、u15分别插通至槽编号07、06、05的槽237。与环绕绕组u11、u13、u15相邻的环绕绕组u12、u14、u16分别插通至槽编号06、05、04的槽237。如此,被插通的槽的位置在定子铁心232的周向上相互错开。因此,环绕绕组之间产生了相位差。
与定子绕组群u1的各层的情况一样,图30所示的定子绕组群u2也都是以普通槽距的波形绕法缠绕。以普通槽距的波形绕法将环绕绕组u21从槽编号46的层1缠绕至槽编号04的层2为止,以普通槽距的波形绕法将环绕绕组u22从槽编号47的层1缠绕至槽编号05的层2为止。其后,定子绕组从槽编号05的层2经由跨接线而进入至槽编号47的层3,以普通槽距的波形绕法缠绕至槽编号05的层4为止作为环绕绕组u23。其后,以普通槽距的波形绕法将定子绕组从槽编号48的层3缠绕至槽编号06的层4为止,由此形成环绕绕组u24。接着,定子绕组从槽编号06的层4经由跨接线而进入至槽编号48的层5,以普通槽距的波形绕法缠绕至槽编号06的层6为止作为环绕绕组u25。其后,以普通槽距的波形绕法将定子绕组从槽编号01的层5缠绕至槽编号07的层6为止,由此形成环绕绕组u26。
如上所述,定子绕组群u1由环绕绕组u11、u12、u13、u14、u15、u16构成,在定子绕组群u1中感应出各环绕绕组的相位经合成而得的电压。同样地,在定子绕组群u2的情况下,也感应出环绕绕组u21、u22、u23、u24、u25、u26的相位经合成而得的电压。如图6所示,定子绕组群u1与定子绕组群u2并联在一起,但定子绕组群u1、u2各自所感应出的电压之间无相位差,即便是并联连接也不会发生流通循环电流等的失衡。当然,也可为串联连接。
图31为主要表示定子铁心232中的槽导体233a的配置的图,展示了图27~30的槽编号46~槽编号13。再者,转子的旋转方向是图中的从左到右的方向。在本实施方式中,2极的量也就是电角度360度配置有12个槽237,例如,图31的槽编号01到槽编号12相当于2极的量。因此,每极槽数n为6,每极每相槽数nspp为2(=6/3)。各槽237内,定子绕组238的槽导体233a各插通有6根。
各槽导体233a是以矩形表示,而在该矩形中分别图示有表示u相、v相、w相的符号u11~u26、v、w、表示从有引出线那一侧到相反侧的方向的叉形标记“×”、表示其反方向的黑圆点标记“●”。此外,将处于槽237的最内周侧(槽开口侧)的槽导体233a称为层1,到外周侧(槽底侧)依序称为层2、层3、层4、层5、层6。此外,符号01~12是与图27~30所示的符号相同的槽编号。再者,仅u相的槽导体233a以表示环绕绕组的符号u11~u26表示,v相及w相的槽导体233a则以表示相的符号v、w表示。
图31中以虚线234围绕的12个槽导体233a为全部由u相的槽导体233a构成的槽导体组234。展示具体例。例如,中央所展示的槽导体组234具有槽编号06、07的层6及层5内所配设的环绕绕组u25、u26、u12、u11的槽导体233a、槽编号05、06的层4及层2内所配设的环绕绕组u23、u24、u14、u13的槽导体233a、槽编号04、05的层2及层1内所配设的环绕绕组u21、u22、u16、u15的槽导体233a。
通常,在每极槽数n为6、每极每相槽数nspp为2、槽237内的槽导体233a的层数为6的情况下,大多采用像图32那样配置u相(v相、w相也一样)的槽导体233a的构成。在该情况下,图示右侧的槽导体组与图示左侧的槽导体组的间隔为6槽距(np=6),即,为每极槽数n为6时的普通槽距。而且,同一相的环绕绕组以不在定子铁心232的周向上错开的方式配设。再者,图32是图11的再次展示。
另一方面,本实施方式的构成如下,即,如图33所示,将图32所示的层2及层1的4根槽导体233a朝与转子的旋转方向相反的方向(图中的左方)错开1槽距的量,而且将层5及层6的4根槽导体233a朝旋转方向(图中的右方)错开1槽距的量。在第2实施方式中,由于通过跨接导体233b而相互连接的2个层均被错开,因此仅产生普通槽距而不产生不规则槽距。因此,例如,连接层6及层5的环绕绕组u11的槽导体233a的跨接导体233b的跨越量为6槽距(np=6)。同样地,连接层5及层6的环绕绕组u26的跨接导体233b的跨越量为6槽距(np=6)。其他环绕绕组中也是一样的。
在该情况下,不仅是u相,v相及w相的对应的各槽导体233a也同样地错开1槽距的量,因此,如图31所示,u、v、w相分别形成同一形状的槽导体组234。即,在转子的旋转方向上依序配置有为u相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为w相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组、为v相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为u相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组、为w相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为v相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组。
在本实施方式中,如图31所示,仅包括以如下方式连接槽导体233a间的普通槽距的环绕绕组:在将每极槽数设为n(=6)时,跨接导体233b以在两线圈端部均以槽距np=n(=6)跨过槽的方式连接槽导体233a间。若像第1实施方式中定义的那样将普通槽距的环绕绕组的层数设为2×nl1,则在本实施方式中因所有层都是普通槽距的环绕绕组的层,因此全部层数以2×nl1表示。在本实施方式中,由于全部层数为6,因此nl1=3。
如上所述,各相定子绕组包括由插通在沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns的槽内的多个槽导体233a构成的槽导体组234、以及连接多个槽导体233a的线圈端部侧的跨接导体233b。槽导体233a以槽及层相邻的方式插通至各槽237。在将每极每相槽数设为nspp、将层数设为2×nl1时,规定槽数ns被设定为ns=nspp+nl1-1。在本实施方式中,如图33所示,由于nspp=2、nl1=3,因此ns=4。
使用图33,对本实施方式的槽导体组234进一步进行说明。槽导体组234可分为槽导体小组235。各槽导体小组235由在定子铁心232的径向上相邻、相互与跨接导体233b连接的内周侧层和外周侧层构成。再者,在本实施方式中,所有槽导体小组235都是普通槽距的环绕绕组的第1槽导体小组235a。在图33中,槽导体小组235a以虚线表示。槽导体小组235、第1槽导体小组235a的定义与第1实施方式相同。槽导体小组235由在定子铁心232的径向上相邻、相互与跨接导体233b连接的内周侧层和外周侧层构成。下面,使用图33进行具体说明。
在本实施方式中,由层1(第1内周侧层)、层2(第1外周侧层)构成第1个第1槽导体小组235a。由层3(第1内周侧层)、层4(第1外周侧层)构成第2个第1槽导体小组235a。由层5(第1内周侧层)、层6(第1外周侧层)构成第3个第1槽导体小组235a。因此,如上所述,槽导体组234具有合计3个(nl1=3)第1槽导体小组235a。
在1个第1槽导体小组235a中,内周侧层的槽导体与外周侧层的槽导体以使定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。
对第1槽导体小组235a彼此的位置关系进行说明。多个第1槽导体小组235a以在定子铁心周向上逐一错开1槽距的方式配置。将该配置的规则称为规则b。例如,由层1、2构成的第1槽导体小组235a和由层3、4构成的第1槽导体小组235a是以在定子铁心周向上逐一错开1槽距的方式进行配置,由此使得环绕绕组u22的槽导体233a和环绕绕组u14的槽导体233a配置在同一槽237内。
若采取本实施方式这样的构成,则上述关系式ns=nspp+nl1-1成立。
此处,在与通过图32所示的缠绕方法而成的旋转电机(以下,称为比较例1)的作用效果以及通过专利文献1(日本专利特开2012-29370号公报)的图22(a)中所记载的缠绕方法而成的旋转电机(以下,称为比较例2)的作用效果进行对比的情况下说明图31等所示的本实施方式的旋转电机的作用效果。再者,比较例2中,虽然将不规则槽距的环绕绕组的槽导体错开的方向与本实施方式的旋转电机相反,但这是定义的问题,可以认为是相互在同一方向上错开。
图34~图37将本实施方式的旋转电机的作用效果与比较例1的作用效果进行了对比。
图34为表示本实施方式的旋转电机的感应电压波形以及比较例1的旋转电机的感应电压波形的图。此外,图35展示了对图34的各感应电压波形进行高次谐波分析而得的结果。
如图34所示,可知,与比较例1的旋转电机的感应电压波形相比,本实施方式的旋转电机的感应电压波形接近正弦波。此外,如图35的高次谐波分析结果所示,可知,在本实施方式中,与比较例1相比,尤其可减少5次和7次的高次谐波分量。
图36针对本实施方式的旋转电机的情况和比较例1的旋转电机的情况而展示了通交流电流的情况下的扭矩波形。此外,图37展示对图36所示的各扭矩波形进行高次谐波分析而得的结果。如图37的高次谐波分析结果所示,可知,尤其可减少6次的扭矩脉动。这展示出通过将绕组配置设为图27~31所示那样的配置而减少了感应电压即交链磁通的5次和7次的分量这一情况。
图38、图39将本实施方式的发明的作用效果与比较例2的作用效果进行了对比。
图38针对本实施方式的旋转电机的情况和比较例2的旋转电机的情况而展示了通交流电流的情况下的扭矩波形。此外,图39展示对图38所示的各扭矩波形进行高次谐波分析而得的结果。如图38、图39所示,可知,在本实施方式中,与比较例2相比,平均扭矩大。
通过以上的作用效果的对比,根据本实施方式,可获得与比较例1相比扭矩脉动小噪音低、与比较例2相比平均扭矩大的旋转电机。在这个意义上,本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
如此,在第2实施方式中,也取得与第1实施方式相同的作用效果。
第2实施方式的旋转电机具有以下构成,取得以下作用效果。
(1)旋转电机200(旋转电机202也一样)中的各相定子绕组包括插通在多个槽237内的多个槽导体233a、以及在线圈端部241连接槽导体233a的两端的跨接导体233b。并且,如图29、图30等所示,槽导体233a在层1~6即所有层中都是以普通槽距的跨接导体233b加以连接。
在将每极槽数设为n时,普通槽距的跨接导体233b以如下的方式连接槽导体233a间,即在一线圈端部241以槽距np=n跨过槽237,在另一线圈端部241以槽距np=n跨过槽237。
定子绕组238具有多个由同一相的多个槽导体233a构成的一组槽导体组234。
槽导体组234的多个槽导体233a以槽237及层相邻的方式插通在沿定子铁心232的周向连续排列的规定数量ns的槽内。
在将每极每相槽数设为nspp、将层数设为2×nl1时,规定数量ns被设定为ns=nspp+nl1-1。
由此,本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
(2)具体而言,具有如下构成。
槽导体组234具有nl1个第1槽导体小组235a,该第1槽导体小组235a由在定子铁心232的径向上相邻、相互与跨接导体233b连接的内周侧层及外周侧层构成。
内周侧层的槽导体与外周侧层的槽导体以使定子铁心232的周向两端对齐的方式配置。
nl1个槽导体小组以在定子铁心周向上逐一错开1槽距的方式配置。
通过上述具体构成(2),本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
-第2实施方式的变形例-
图40为表示第2实施方式的旋转电机的槽导体组234(234h)的图,是与图33相同的图。第2实施方式例如能以如下方式变形。以图40为基准,对第2实施方式的变形例进行说明。
<变形例7>
图41为表示变形例7的旋转电机的槽导体组234(234i)的图。变形例7为每极槽数n=6、nspp=2、层数=8的设定。在变形例7中,层1~8均为普通槽距的环绕绕组(nl1=4)。与第2实施方式相比,本变形例的层数增加了2层。结果,第1槽导体小组235a增加了1组。在本变形例中,第1槽导体小组235a彼此的配置也遵循上述规则b。由于沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=5,因此可知,与第2实施方式一样,ns=nspp+nl1-1成立。即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
<变形例8>
图42为表示变形例8的旋转电机的槽导体组234(234j)的图。变形例8为每极槽数n=9、nspp=3、层数=6的设定。在变形例8中,层1~6均为普通槽距的环绕绕组(nl1=3)。与第2实施方式相比,本变形例的每极每相槽数nspp增加了1个,成为3。在本变形例中,第1槽导体小组235a彼此的配置也遵循上述规则b。由于沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=5,因此可知,与第2实施方式一样,ns=nspp+nl1-1成立。即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=3、层数=6的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=3、层数=6的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
-第3实施方式-
下面,对第3实施方式进行说明。对于与第1实施方式相同的构成(例如,图1~6中所记载的构成),省略说明。
图43、图44为表示定子绕组238的u相绕组的详细接线的图。在定子铁心232上形成有48个槽237(参考图4),图43、图44中展示的符号01、02、~、47、48表示槽编号。
图43的(a)表示u1相绕组群的环绕绕组u15、u16。图43的(b)表示u1相绕组群的环绕绕组u13、u14。图43的(c)表示u1相绕组群的环绕绕组u11、12。
图44的(a)表示u2相绕组群的环绕绕组u21、22。图44的(b)表示u2相绕组群的环绕绕组u23、u24。图44的(c)表示u2相绕组群的环绕绕组u25、u26。
如图43、图44所示,各环绕绕组u11~u26由插通在槽内的槽导体233a以及的跨接导体233b构成,跨接导体233b连接插通在不同槽内的槽导体233a的同一侧端部彼此而构成线圈端部241(参考图5)。例如,在图43的(a)所示的插通于槽编号05的槽237内的槽导体233a的情况下,图示上侧的端部通过构成上侧线圈端部的跨接导体233b与插通于槽编号48的槽237内的槽导体233a的上侧端部连接,相反,下侧端部通过构成下侧线圈端部的跨接导体233b与插通于槽编号12的槽237内的槽导体233a的下侧端部连接。通过利用跨接导体233b以这种形态连接槽导体233a,形成波形卷绕的环绕绕组。
如后文所述,在本实施方式中,在1个槽内从内周侧到外周侧排列插通6根槽导体233a,从内周侧起依序称为层1、层2、层3、层4、层5、层6。在图43、图44中,环绕绕组u15、u16、u21及u22的实线部分表示层1,虚线部分表示层2。在环绕绕组u13、u14、u23及u24中,实线部分表示层3,虚线部分表示层4。在环绕绕组u11、u12、u25及u26中,实线部分表示层5,虚线部分表示层6。
图43、图44所示的第3实施方式的环绕绕组u11~16、u21~26均以第1实施方式中说明过的基于不规则槽距的波形绕法缠绕。使用图45、图46对详情进行说明。
再者,环绕绕组u11~u26可由连续的导体形成,也可将分段线圈插通在槽内,之后通过焊接等将分段线圈彼此加以连接。在使用分段线圈的情况下,可在将分段线圈插通至槽237之前预先成形相较于定子铁心232的端部而言位于轴向两端的线圈端部241,从而可在异相间或同相间容易地设置恰当的绝缘距离。结果,可抑制因igbt21的开关动作而产生的浪涌电压所引起的部分放电,在绝缘上较为有效。
此外,环绕绕组所使用的导体可为扁线、圆线、或者具有多根细线的导体,但为了提高占空系数以实现小型高输出化、高效率化,扁线较为适合。
图45放大表示图43所示的u1相绕组群的一部分。图46放大表示图44所示的u2相绕组群的一部分。图45、46展示的是包含跨接线的部分的约4极的量。下面,使用图45对u1相绕组群的缠绕方法进行说明,使用图46对u2相绕组群的缠绕方法进行说明。
如图45的(c)所示,定子绕组群u1从引出线进入至槽编号48的层6,通过跨接导体233b而跨过5个槽,之后槽导体233a进入至槽编号05的层5。接着,从槽编号05的层5跨过7个槽而进入至槽编号12的层6。
如此,以引出有引出线的线圈端部侧(图示下侧)的跨接导体233b的跨越量为槽距np=7、相反侧的线圈端部侧(图示上侧)的跨接导体233b的跨越量为槽距np=5的方式,采用不规则槽距的波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号41的层5为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为图6所示的环绕绕组u11。
接着,从槽编号41的层5出来的定子绕组跨过6个槽而进入至槽编号47的层6。从槽编号47的层6起为图6所示的环绕绕组u12。环绕绕组u12也是以不规则槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧被设定为槽距np=7、在相反侧被设定为槽距np=5,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号40的层5为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u12。
再者,由于环绕绕组u12是以相对于环绕绕组u11而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u11与环绕绕组u12也是以错开30度的方式记载。
进而,如图45的(b)、(c)所示,从槽编号40的层5出来的定子绕组通过跨越8个槽的跨接线而进入至槽编号48的层4。从槽编号48的层4起为图6所示的环绕绕组u13。环绕绕组u13也是以不规则槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧被设定为槽距np=7,在相反侧被设定为槽距np=5,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号41的层3为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u13。
接着,从槽编号41的层3出来的定子绕组跨过6个槽而进入至槽编号47的层4。从槽编号47的层4起为图6所示的环绕绕组u14。环绕绕组u14也是以不规则槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧被设定为槽距np=7,在相反侧被设定为槽距np=5,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号40的层3为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u14。
再者,由于环绕绕组u14是以相对于环绕绕组u13而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u13与环绕绕组u14也是以错开30度的方式记载。
进而,如图45的(a)、(b)所示,从槽编号40的层3出来的定子绕组通过跨越8个槽的跨接线而进入至槽编号48的层2。从槽编号48的层2起为图6所示的环绕绕组u15。环绕绕组u15也是以不规则槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧被设定为槽距np=7,在相反侧被设定为槽距np=5,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号41的层1为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u15。
接着,从槽编号41的层1出来的定子绕组跨过6个槽而进入至槽编号47的层2。从槽编号47的层2起为图6所示的环绕绕组u16。环绕绕组u16也是以不规则槽距的波形绕法缠绕。即,跨接导体233b的跨越量在有引出线那一侧被设定为槽距np=7,在相反侧被设定为槽距np=5,采用波形绕法以绕定子铁心232一周的方式将定子绕组缠绕至槽编号40的层1为止。到此处为止的大致1周的量的定子绕组为环绕绕组u16。
再者,由于环绕绕组u16是以相对于环绕绕组u15而错开1槽距的方式缠绕,因此产生相当于1槽距的电角度的相位差。在本实施方式中,1槽距相当于电角度30度,在图6中,环绕绕组u15与环绕绕组u16也是以错开30度的方式记载。
图46所示的定子绕组群u2也是以与定子绕组群u1的各层的情况相同的跨越量加以缠绕。以不规则槽距的波形绕法将环绕绕组u21从槽编号46的层1缠绕至槽编号05的层2为止,以不规则槽距的波形绕法将环绕绕组u22从槽编号47的层1缠绕至槽编号06的层2为止。其后,定子绕组从槽编号06的层2经由跨接线而进入至槽编号46的层3,以不规则槽距的波形绕法缠绕至槽编号05的层4为止作为环绕绕组u23。其后,以不规则槽距的波形绕法将定子绕组从槽编号47的层3缠绕至槽编号06的层4为止,由此形成环绕绕组u24。接着,定子绕组从槽编号06的层4经由跨接线而进入至槽编号46的层5,以不规则槽距的波形绕法缠绕至槽编号05的层6为止作为环绕绕组u25。其后,以不规则槽距的波形绕法将定子绕组从槽编号47的层5缠绕至槽编号06的层6为止,由此形成环绕绕组u26。
如上所述,定子绕组群u1由环绕绕组u11、u12、u13、u14、u15、u16构成,在定子绕组群u1中感应出各环绕绕组的相位经合成而得的电压。同样地,在定子绕组群u2的情况下,也感应出环绕绕组u21、u22、u23、u24、u25、u26的相位经合成而得的电压。如图6所示,定子绕组群u1与定子绕组群u2并联连接,但定子绕组群u1、u2各自所感应出的电压之间无相位差,即便是并联连接也不会发生流通循环电流等的失衡。当然,也可为串联连接。
图47为主要表示定子铁心232中的槽导体233a的配置的图,展示了图43~46的槽编号46~槽编号13。再者,转子的旋转方向是图中的从左到右的方向。在本实施方式中,2极的量也就是电角度360度配置有12个槽237,例如,图47的槽编号01到槽编号12相当于2极的量。因此,每极槽数n为6,每极每相槽数nspp为2(=6/3)。各槽237内,定子绕组238的槽导体233a各插通有6根。
各槽导体233a是以矩形表示,而在该矩形中分别图示有表示u相、v相、w相的符号u11~u26、v、w、表示从有引出线那一侧到相反侧的方向的叉形标记“×”、表示其反方向的黑圆点标记“●”。此外,将处于槽237的最内周侧(槽开口侧)的槽导体233a称为层1,到外周侧(槽底侧)依序称为层2、层3、层4、层5、层6。此外,符号01~12是与图43~46所示的符号相同的槽编号。再者,仅u相的槽导体233a以表示环绕绕组的符号u11~u26表示,v相及w相的槽导体233a则以表示相的符号v、w表示。
图47中以虚线234围绕的12个槽导体233a为全部由u相的槽导体233a构成的槽导体组234。展示具体例。例如,中央所展示的槽导体组234具有槽编号05、06的层6内所配设的环绕绕组u25、u26的槽导体233a、槽编号04、05的层5内所配设的环绕绕组u12、u11的槽导体233a、槽编号05、06的层4内所配设的环绕绕组u23、u22的槽导体233a、槽编号04、05的层3内所配设的环绕绕组u14、u13的槽导体233a、槽编号05、06的层2内所配设的环绕绕组u21、u22的槽导体233a、槽编号04、05的层1内所配设的环绕绕组u16、u15的槽导体233a。
通常,在每极槽数n为6、每极每相槽数nspp为2、槽237内的槽导体233a的层数为6的情况下,大多采用像图48所示那样配置u相(v相、w相也一样)的槽导体233a的构成。在该情况下,图示右侧的槽导体组与图示左侧的槽导体组的间隔为6槽距(np=6),即,为每极槽数n为6时的普通槽距。而且,同一相的环绕绕组以不在定子铁心232的周向上错开的方式配设。再者,图48是图11的再次展示。
另一方面,本实施方式的构成如下,即,如图49所示,将图48所示的层2、4、6的2根槽导体233a朝转子的旋转方向(图中的右方)错开1槽距的量。因此,如图49所示,连接层6及层5的环绕绕组u11的槽导体233a的跨接导体233b的跨越量为5槽距(np=5),连接层5及层6的环绕绕组u26的跨接导体233b的跨越量为7槽距(np=7)。环绕绕组u12的槽导体233a的跨越量与环绕绕组u11相同。环绕绕组u25的槽导体233a的跨越量与环绕绕组u26相同。此外,在层4、3的环绕绕组、层2、1的环绕绕组中也一样,为不规则槽距。
在该情况下,不仅是u相,v相及w相的对应的各槽导体233a也同样地错开1槽距的量,因此,如图47所示,u、v、w相分别形成同一形状的槽导体组234。即,在转子的旋转方向上依序配置有为u相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为w相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组、为v相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为u相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组、为w相且由叉形标记的槽导体233a构成的槽导体组、为v相且由黑圆点标记的槽导体233a构成的槽导体组。
在本实施方式中,如图47所示,仅包括以如下的方式连接槽导体233a间的不规则槽距的环绕绕组:在将每极槽数设为n(=6)时跨接导体233b在一线圈端部以槽距np=n+1(=7)跨过槽,在另一线圈端部以槽距np=n-1(=5)跨过槽。不包括第1实施方式等当中所展示的普通槽距的环绕绕组。
如上所述,各相定子绕组包括由插通在沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns的槽内的多个槽导体233a构成的槽导体组234、以及连接多个槽导体233a的线圈端部侧的跨接导体233b。槽导体233a以槽及层相邻的方式插通至各槽237。在将每极每相槽数设为nspp时,规定槽数ns被设定为ns=nspp+1。在本实施方式中,如图49所示,由于nspp=2,因此ns=3。
使用图49,对本实施方式的槽导体组234进一步进行说明。槽导体组234可分为图13的以虚线表示的槽导体小组235。槽导体小组235由在定子铁心232的径向上相邻、相互与跨接导体233b连接的内周侧层和外周侧层构成。本实施方式的槽导体小组235仅由3个第2槽导体小组235b(参考第1实施方式)构成。由于图49所示的第2槽导体小组235b与图13所示的第2槽导体小组235b相同,因此省略第2槽导体小组235b的内部构成的说明。
本实施方式的槽导体组234具有3个第2槽导体小组235b。第2槽导体小组235b彼此按照使定子铁心232的周向两端对齐这一规则配置。将该规则称为规则c。即,u12、u14、u16的槽导体233a被配置在同一槽内,u25、u22、u23、u13、u21、u15的槽导体233a被配置在同一槽内,u26、u24、u22的槽导体233a被配置在同一槽内。若仅第2槽导体小组235b以如上方式配置,则上述关系式ns=nspp+1成立。
此处,在与通过图48所示的缠绕方法而成的旋转电机(以下,称为比较例1)的作用效果以及通过专利文献1(日本专利特开2012-29370号公报)的图22(a)中所记载的缠绕方法而成的旋转电机(以下,称为比较例2)的作用效果进行对比的情况下说明图47等所示的本实施方式的旋转电机的作用效果。再者,比较例2中,虽然将不规则槽距的环绕绕组的槽导体错开的方向与本实施方式的旋转电机相反,但这是定义的问题,可以认为是相互在同一方向上错开。
图50~图53将本实施方式的旋转电机的作用效果与比较例1的作用效果进行了对比。
图50为表示本实施方式的旋转电机的感应电压波形以及比较例1的旋转电机的感应电压波形的图。此外,图51展示了对图50的各感应电压波形进行高次谐波分析而得的结果。
如图51所示,可知,与比较例1的旋转电机的感应电压波形相比,本实施方式的旋转电机的感应电压波形接近正弦波。此外,如图51的高次谐波分析结果所示,可知,在本实施方式中,与比较例1相比,尤其可减少5次和7次的高次谐波分量。
图52针对本实施方式的旋转电机的情况和比较例1的旋转电机的情况而展示了通交流电流的情况下的扭矩波形。此外,图53展示对图52所示的各扭矩波形进行高次谐波分析而得的结果。如图53的高次谐波分析结果所示,可知,尤其可减少6次的扭矩脉动。这展示出通过将绕组配置设为图43~47所示那样的配置而减少了感应电压即交链磁通的5次和7次的分量这一情况。
图54、图55将本实施方式的发明的作用效果与比较例2的作用效果进行了对比。
图54针对本实施方式的旋转电机的情况和比较例2的旋转电机的情况而展示了通交流电流的情况下的扭矩波形。此外,图55展示对图54所示的各扭矩波形进行高次谐波分析而得的结果。如图54、图55所示,可知,在本实施方式中,与比较例2相比,平均扭矩大。
通过以上的作用效果的对比,根据本实施方式,可获得与比较例1相比扭矩脉动小噪音低、与比较例2相比平均扭矩大的旋转电机。在这个意义上,本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
第3实施方式的旋转电机具有以下构成,取得以下作用效果。
(1)旋转电机200(旋转电机202也一样)中的各相定子绕组包括插通在多个槽237内的多个槽导体233a、以及在线圈端部241连接槽导体233a的两端的跨接导体233b。并且,如图45、图46等所示,槽导体233a在层1~6即所有层中都是以不规则槽距的跨接导体233b加以连接。
在将每极槽数设为n时,不规则槽距的跨接导体233b以在一线圈端部241以槽距np=n+1跨过槽237、在另一线圈端部241以槽距np=n-1跨过槽237的方式连接槽导体233a间。
定子绕组238具有多个由同一相的多个槽导体233a构成的一组槽导体组234。
槽导体组234的多个槽导体233a以槽及层相邻的方式插通在沿定子铁心232的周向连续排列的规定数量ns的槽内。
将每极每相槽数设为nspp,规定数量ns被设定为ns=nspp+1。
由此,本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
(2)进而,具体而言,可具有如下构成。即,
槽导体组234具有nl2个第2槽导体小组235b,该第2槽导体小组235b由在定子铁心232的径向上相邻、相互与跨接导体233b连接的内周侧层及外周侧层构成。
内周侧层的槽导体与外周侧层的槽导体以相互沿定子铁心周向错开1槽距的方式配置。
nl2个第2槽导体小组235b以使定子铁心的周向两端对齐的方式配置。
通过上述具体构成(2),本实施方式的旋转电机可获得高扭矩且低噪音的旋转电机。此外,在配备该旋转电机的车辆中,可谋求高扭矩化且低噪音化。
-第3实施方式的变形例-
图56为表示第3实施方式的旋转电机的槽导体组234(234k)的图,是与图49相同的图。第3实施方式例如能以如下方式变形。以图56为基准,对第3实施方式的变形例进行说明。
<变形例9>
图57为表示变形例9的旋转电机的槽导体组234(234l)的图。变形例9为每极槽数n=6、nspp=2、层数=8的设定。在变形例9中,层1~8均为不规则槽距的环绕绕组。与第3实施方式相比,本变形例的层数增加了2层。结果,第2槽导体小组235b增加了1组。多个第2槽导体小组235b按照上述规则c配置。由于沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=3,因此上述关系式ns=nspp+1成立。该关系式成立的理由如下。当按照规则c进行配置时,第2槽导体小组235b彼此不会产生错位。因此,上述关系式与第2槽导体小组235b的数量无关,并不取决于第2槽导体小组235b的数量即nl2。即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=2、层数=8的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
<变形例10>
图58为表示变形例10的旋转电机的槽导体组234(234m)的图。变形例10为每极槽数n=9、nspp=3、层数=6的设定。在变形例10中,层1~6均为不规则槽距的环绕绕组(nl2=3)。与第3实施方式相比,本变形例的每极每相槽数nspp增加了1个,成为3。在本变形例中,第2槽导体小组235b彼此的配置也遵循上述规则c。由于沿定子铁心周向连续排列的规定槽数ns=4,因此可知,与第3实施方式一样,ns=nspp+1成立。即便像本变形例这样变形,也可取得与nspp=3、层数=6的设定下的相当于比较例1的比较例相比扭矩脉动小噪音低、与nspp=3、层数=6的设定下的相当于比较例2的比较例相比平均扭矩大的效果。
在第1~第3实施方式中,以nspp=2或3、层数=6或8的例子进行了说明,但本发明并不限定于此。3以上的nspp、8以上的偶数层也会取得同样的效果。
再者,通过将层数即1个槽237所具有的槽导体的数量(槽导体数)设为6以上,线圈布局的自由度将会增加。结果,可进一步减少高次谐波或者高次谐波所引起的扭矩脉动。
本发明并不限定于以上所展示的内容。在本发明的技术思想的范围内想出的其他形态也包含在本发明的范围内。
符号说明
100车辆
120发动机
180电池
200、202旋转电机
230定子
232定子铁心
233a槽导体
233b跨接导体
234、234a~234m槽导体组
235槽导体小组
235a第1槽导体小组
235b第2槽导体小组
237槽
238定子绕组
241线圈端部
250转子
600电力转换装置
u11~u16、u21~u26、v11~v16、v21~v26、w11~w16、w21~w26环绕绕组。