回転電機の巻線構造
【課題】 循環電流の発生が抑制される回転電機の巻線構造を提供する。
【解決手段】 ステータ巻線において、直列コイルＡ，Ｂは並列に接続され、直列コイルＡは直列に接続されたＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕを含み、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、ステータコア１００の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがステータコア１００の径方向に対向するように配設され、直列コイルＢは直列に接続されたＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕを含み、Ｕ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、ステータコア１１０の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがステータコア１１０の径方向に対向するように配設されている。
【解決手段】 ステータ巻線において、直列コイルＡ，Ｂは並列に接続され、直列コイルＡは直列に接続されたＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕを含み、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、ステータコア１００の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがステータコア１００の径方向に対向するように配設され、直列コイルＢは直列に接続されたＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕを含み、Ｕ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、ステータコア１１０の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがステータコア１１０の径方向に対向するように配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の巻線構造に関し、特に、コア体と巻線部とを備えた回転電機の巻線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機の巻線構造としては、たとえば、特開２０００−２１７２９０号公報や特開平１０−３１３５５７号公報に記載されたものなどが挙げられる。
【０００３】
特開２０００−２１７２９０号公報においては、各相ごとに相対する極位置関係にある巻線同士を並列に接続し、この並列接続の巻線を直列に接続して一相の巻線とした電動機が開示されている。
【０００４】
また、特開平１０−３１３５５７号公報においては、対向する巻線の巻線数を調整することにより、不平衡磁気吸引力を調整した回転電機が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２１７２９０号公報
【特許文献２】特開平１０−３１３５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転電機の回転子と固定子とが偏芯して設けられる場合がある。ここで、直列コイルを並列に接続した巻線構造においては、偏芯による起電力のアンバランスにより、並列回路内に循環電流が生じ、この結果、回転電機の駆動時の振動、ノイズが増大する場合がある。
【０００６】
しかしながら、特開２０００−２１７２９０号公報に記載されたように、各コイルごとに並列回路を形成した場合、接続点が多くなるために作業性が低下し、体格も大きくなる。
【０００７】
一方、特開２０００−２１７２９０号公報に記載された巻線構造は、巻線数を調整するものであって、巻線の配置を調整するものではない。
【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、循環電流の発生が抑制される回転電機の巻線構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機の巻線構造は、ティースを有するコア体と、コア体のティースに巻付けられる巻線部とを備え、巻線部は第１と第２コイル群を有し、第１と第２コイル群は並列に接続され、第１コイル群は直列に接続された複数の第１コイルを含み、複数の第１コイルはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、コア体の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがコア体の径方向に対向するように配置され、第２コイル群は直列に接続された複数の第２コイルを含み、複数の第２コイルはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、コア体の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがコア体の径方向に対向するように配置される。
【００１０】
上記構成によれば、コア体の周方向において分離された直列コイルの一方と他方とがコア体の径方向に対向するように配設されるので、回転子と固定子とが偏芯して設けられた場合でも、電磁気的なバランスが保たれ、並列回路内に循環電流が生じることが抑制される。そして、直列に接続されたコイルはその接続順に交互に逆向きに巻回されるので、コイル捻れを緩和しながらコイルの巻取りを行なうことができる。結果として、直列コイルの連続巻きを容易に行なうことができる。
【００１１】
上記回転電機の巻線構造において、好ましくは、第１コイル群は、コア体の周方向に隣接する複数の第１コイルを含みながらコア体の周方向に分離され、第２コイル群は、コア体の周方向に隣接する複数の第２コイルを含みながらコア体の周方向に分離される。
【００１２】
分布巻きの巻線構造においては、コア体の周方向に隣接するコイルは逆向きに巻回される。したがって、第１と第２コイル群が該コア体の周方向に隣接する複数のコイルを含む場合にも、該複数のコイルをその直列接続順に交互に逆向きに巻回することができる。結果として、直列コイルの連続巻きを容易に行なうことができる。また、直列コイルの一部を隣接させることで、複数のコイル間を接続する渡り線を短くして、回転電機の小型化を図ることができる。
【００１３】
上記回転電機の巻線構造は、好ましくは、コア体の周方向に互いにずれて形成された複数相の巻線部を備える。
【００１４】
これにより、複数相を有する回転電機の巻線構造が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転電機の巻線構造において、並列回路内に流れる循環電流の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に基づく回転電機の巻線構造の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１７】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造が設けられる回転電機を示した軸方向断面図である。図１を参照して、回転電機は、ステータ１と、ロータ２とを備える。ステータ１は、「コア体」としてのステータコア１００と、ステータコア１００に巻付けられるステータ巻線（図１には図示せず。）とを有する。
【００１８】
図２は、図１に示される回転電機のステータ巻線構造を示した図である。図２を参照して、「巻線部」としてのステータ巻線１１０は、Ｕ相コイル１１０Ｕと、Ｖ相コイル１１０Ｖと、Ｗ相コイル１１０Ｗとを有する。各相コイル１１０Ｕ，１１０Ｖ，１１０Ｗの一方端は、三相ケーブルである給電ケーブルの対応する各相に接続されるＵ相端子１２０Ｕ，Ｖ相端子１２０Ｖ，Ｗ相端子１２０Ｗである。また、各相コイル１１０Ｕ，１１０Ｖ，１１０Ｗの他方端は、一点に共通接続され、中性点Ｎとなる。
【００１９】
図３は、図２に示された巻線構造が設けられたステータ１を示した上面図である。図３を参照して、ステータコア１００は、中空円筒形状からなり、周方向に配列された４８個のティース（たとえばティース１００Ａ〜１００Ｅ）を内周面に有する。Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕは、Ｕ相コイル１１０Ｕ（図２）を構成し、Ｖ相コイル１１１Ｖ〜１１８Ｖは、Ｖ相コイル１１０Ｖ（図２）を構成し、Ｗ相コイル１１１Ｗ〜１１８Ｗは、Ｗ相コイル１１０Ｗ（図２）を構成する。各相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕ，１１１Ｖ〜１１８Ｖ，１１１Ｗ〜１１８Ｗの各々は、略円弧形状から成る。Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕは、最外周に配置される。Ｖ相コイル１１１Ｖ〜１１８Ｖは、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕの内側であって、それぞれ、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕに対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。Ｗ相コイル１１１Ｗ〜１１８Ｗは、Ｖ相コイル１１１Ｖ〜１１８Ｖの内側であって、それぞれ、Ｖ相コイル１１１Ｖ〜１１８Ｖに対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。
【００２０】
各相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕ，１１１Ｖ〜１１８Ｖ，１１１Ｗ〜１１８Ｗの各々は、対応する複数のティースの各々に直列に巻回される。たとえば、Ｕ相コイル１１１Ｕは、ティース１００Ａ〜１００Ｅに所定回数巻回されて形成される。
【００２１】
その他のコイル１１２Ｕ〜１１８Ｕ，１１１Ｖ〜１１８Ｖ，１１１Ｗ〜１１８Ｗについても、それぞれ対応するティースに巻回され、Ｕ相コイル１１１Ｕと同じようにして形成される。
【００２２】
各相コイルは、隣接する同相のコイルと逆向きに巻回される。たとえば、Ｕ相コイル１１１Ｕは、Ｕ相コイル１１８Ｕと逆向きに巻回され、Ｕ相コイル１１２Ｕは、Ｕ相コイル１１１Ｕと逆向き、すなわち、Ｕ相コイル１１８Ｕと同じ向きに巻回される。Ｕ相コイル１１１Ｕの巻回方向を「第１方向」とし、Ｕ相コイル１１２Ｕの巻回方向を「第２方向」とすると、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１３Ｕ，１１５Ｕ，１１７Ｕが「第１方向」に巻回され、Ｕ相コイル１１２Ｕ，１１４Ｕ，１１６Ｕ，１１８Ｕが「第２方向」に巻回される。
【００２３】
図４は、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕを含む巻線構造を模式的に示した図である。また、図５は、図４に示される巻線構造を示した等価回路図である。図４，図５を参照して、「第１コイル群（直列コイルＡ）」を構成する複数の「第１コイル」としてのＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕは、直列に接続され、その一方端がＵ相端子１２０Ｕであり、他方端が中性点Ｎである。「第２コイル群（直列コイルＢ）」を構成する複数の「第２コイル」としてのＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕは、直列に接続され、その一方端がＵ相端子１２０Ｕであり、他方端が中性点Ｎである。すなわち、本実施の形態に係る巻線構造においては、直列に接続された複数のコイルの集合体であるＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕ（直列コイルＡ）およびＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕ（直列コイルＢ）が、並列に接続されている。
【００２４】
図４に示すように、「直列コイルＡ」であるＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕは、ステータコア１００の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがステータコア１００の径方向に対向するように配設される。より具体的には、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２ＵとＵ相コイル１１５Ｕ，１１６Ｕとは、ステータコア１００の周方向に１８０°ずれて形成されている。
【００２５】
また、「直列コイルＢ」であるＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕは、ステータコア１００の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがステータコア１００の径方向に対向するように配設される。より具体的には、Ｕ相コイル１１３Ｕ，１１４ＵとＵ相コイル１１７Ｕ，１１８Ｕとは、ステータコア１００の周方向に１８０°ずれて形成されている。
【００２６】
図６は、図４に示される巻線構造と比較される１つの巻線構造を模式的に示した図である。また、図７は、図６に示される巻線構造を示した等価回路図である。図６，図７を参照して、本比較例に係る巻線構造は、基本的には、図４，図５に示される巻線構造と同様の構成を有するが、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕの接続状態が、図４，図５に示される巻線構造と異なる。すなわち、本比較例においては、直列に接続された複数のコイルの集合体であるＵ相コイル１１１Ｕ〜１１４Ｕ（直列コイルＡ）およびＵ相コイル１１５Ｕ〜１１８Ｕ（直列コイルＢ）が、並列に接続されている。
【００２７】
本比較例に係る巻線構造においては、図６に示されるように、ステータ１に対してロータ２が偏芯して設けられた場合に、図７に示すように、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１４Ｕ（直列コイルＡ）における起電力２００の和と、Ｕ相コイル１１５Ｕ〜１１８Ｕ（直列コイルＢ）における起電力２００の和とが不均衡となる状態が生じる。この結果、２つの直列コイルによる並列回路内に流れる循環電流３００が発生する。この結果、三相回路間に電流差が生じ、起磁力に２ｆ（ｆ：電気周波数）の高調波が発生する。この結果、ステータ１に作用する力の変動が生じ、回転電機の駆動時の振動、ノイズが増大する場合がある。
【００２８】
たとえば、回転電機が搭載されるハイブリッド車においては、走行中にエンジンを停止させるモード（たとえば、低車速時に蓄電機構から電力が供給された回転電機により走行するＥＶ走行モードや、減速時に車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し蓄電機構に回収する回生モードなど）があり、暗騒音が低く、ギアノイズやモータノイズが比較的聞こえやすくなっている。したがって、回転電機の駆動時の騒音を抑制することは重要である。また、回転電機を車両に搭載する際に、スペースや重量の制約から伝達系、共振系のノイズ対策を採ることが制限される場合がある。これらの制約条件を満たしながら回転電機の駆動時の騒音を抑制することは重要である。
【００２９】
一方で、効率的に高出力、高トルクを得る観点からは、ステータ１とロータ２とのギャップは極力小さく設定されることが好ましい。しかしながら、該ギャップが小さく設定されることで、僅かな偏芯であってもステータ−ロータ間のギャップに及ぼす影響は大きくなり、結果として、大きな起振力が生じやすい。また、製作の都合上、ステータ１とロータ２との偏芯量を、図６，図７に示される巻線構造において循環電流３００が全く生じない程度にまで抑えることは難しい。そして、制御システムによって偏芯に伴なう電流の不均衡を抑制しようとする場合、該システムは複雑なものになる。
【００３０】
これに対し、本実施の形態においては、上記のように、第１と第２コイル群が、それぞれステータコア１００の周方向において分離され、分離された部分の一方と他方とがステータコア１００の径方向に対向するように配設されることで、ステータ１とロータ２とが偏芯して設けられた場合でも、電磁気的なバランスが保たれ（図５）、並列回路内に循環電流が生じることが抑制される。この結果、回転電機駆動時の振動、ノイズが抑制される。また、回転電機駆動時の損失が低減され、動作効率が向上する。
【００３１】
図８は、図４に示される巻線構造と比較される他の巻線構造を模式的に示した図である。また、図９は、図８に示される巻線構造を示した等価回路図である。図８，図９を参照して、本比較例に係る巻線構造は、基本的には、図４，図５に示される巻線構造と同様の構成を有するが、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕの接続状態が、図４，図５に示される巻線構造と異なる。すなわち、直列に接続された複数のコイルの集合体であるＵ相コイル１１１Ｕ，１１３Ｕ，１１５Ｕ，１１７Ｕ（直列コイルＡ）およびＵ相コイル１１２Ｕ，１１４Ｕ，１１６Ｕ，１１８Ｕ（直列コイルＢ）が、並列に接続されている。
【００３２】
本比較例に係る巻線構造においては、直列コイルＡに含まれるＵ相コイル１１１Ｕ，１１３Ｕ，１１５Ｕ，１１７Ｕと、直列コイルＢに含まれるＵ相コイル１１２Ｕ，１１４Ｕ，１１６Ｕ，１１８Ｕとが互いに逆向きに巻回されている。そして、直列コイルＡに含まれるＵ相コイル１１１Ｕ，１１３Ｕ，１１５Ｕ，１１７Ｕの巻回方向は全て同じ方向であり、直列コイルＢに含まれるＵ相コイル１１２Ｕ，１１４Ｕ，１１６Ｕ，１１８Ｕの巻回方向は全て同じ方向である。
【００３３】
図１０は、巻線を形成する巻線機（たとえば、フライヤー式巻線機）を示した概略図である。ステータコイルは、巻線機により形成された後にインサータを用いてステータコアに組付けられる。図１０を参照して、巻付け枠４に巻線３が巻回され、コイルが形成される。この際に、巻線３が矢印ＤＲ１の方向に捻れやすい傾向にある（本願明細書では、上記捻れを「コイル捻れ」と称する場合がある。）。図８，図９に示される巻線構造のように、直列コイルの巻線方向が全て同じであると、コイル巻取り時にコイル捻れ量が順次増大し、直列コイルの連続巻きが困難になる場合がある。一方で、コイル捻れを生じさせずにコイルを形成するためには、別段の設備が必要になる。このことは、工程の煩雑化やコストアップの要因になる。
【００３４】
これに対し、本実施の形態においては、図５に示すように、直列コイルＡを構成するＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕが、その接続順に交互に逆向きに巻回されている。同様に、直列コイルＢを構成するＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕが、その接続順に交互に逆向きに巻回されている。これにより、コイル捻れを緩和しながらコイルの巻取りを行なうことができる。具体的には、たとえば、Ｕ相コイル１１１Ｕの巻取り時に生じたコイル捻れをＵ相コイル１１２Ｕの巻取り時に緩和することができる。結果として、直列コイルＡ，Ｂの連続巻きを容易に行なうことができる。
【００３５】
また、図８，図９に示される巻線構造においては、Ｕ相端子１２０Ｕに接続される入力線と、中性点Ｎに接続されるＧＮＤ線とが周方向に近接している。この結果、巻線構造の絶縁性能が低下する。これに対し、本実施の形態に係る巻線構造においては、入力線とＧＮＤ線とが、絶縁性を確保できる程度に周方向に離間している。
【００３６】
なお、本実施の形態に係る巻線構造においては、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６ＵおよびＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕは、ステータコア１００の周方向に隣接する複数のコイルを含みながらステータコア１００の周方向に分離される。具体的には、たとえば、「第１コイル群」としてのＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕは、ステータコア１００の周方向に隣接するＵ相コイル１１１Ｕ，１１２ＵとＵ相コイル１１５Ｕ，１１６Ｕとを含みながらステータコア１００の周方向に分離されている。
【００３７】
一般に、本実施の形態のような分布巻きの巻線構造においては、ステータコア１００の周方向に隣接するコイルは逆向きに巻回される。そして、上述したように、「直列コイル」を形成する一部のコイルを隣接させることで、複数のコイル間を接続する渡り線を短くして、コイルエンドの小型化を図ることができる。
【００３８】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る巻線構造は、ティース（たとえばティース１００Ａ〜１００Ｅ）を有するステータコア１００と、ステータコア１００のティースに巻付けられるステータ巻線１１０とを備え、ステータ巻線１１０は直列コイルＡ，Ｂを有し、直列コイルＡ，Ｂは並列に接続され、直列コイルＡは直列に接続されたＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕを含み、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、ステータコア１００の周方向において分離し、かつ、分離された一方（Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ）と他方（Ｕ相コイル１１５Ｕ，１１６Ｕ）とがステータコア１００の径方向に対向するように配設され、直列コイルＢは直列に接続されたＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕを含み、Ｕ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、ステータコア１１０の周方向において分離し、かつ、分離された一方（Ｕ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ）と他方（Ｕ相コイル１１７Ｕ，１１８Ｕ）とがステータコア１１０の径方向に対向するように配設されている。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、Ｕ相コイルの場合について説明したが、Ｖ相コイル，Ｗ相コイルについても同様の思想は当然に適用可能である。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造が設けられる回転電機を示した軸方向断面図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造を示した図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造が設けられたステータを示した上面図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造の詳細を模式的に示した図である。
【図５】図４に示される巻線構造を示した等価回路図である。
【図６】図４に示される巻線構造と比較される１つの巻線構造の詳細を模式的に示した図である。
【図７】図６に示される巻線構造を示した等価回路図である。
【図８】図４に示される巻線構造と比較される他の巻線構造の詳細を模式的に示した図である。
【図９】図８に示される巻線構造を示した等価回路図である。
【図１０】巻線を形成する巻線機を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ステータ、２ ロータ、３ 巻線、４ 巻付け枠、１００ ステータコア、１１０ ステータ巻線、１１０Ｕ〜１１８Ｕ Ｕ相コイル、１１０Ｖ〜１１８Ｖ Ｖ相コイル、１１０Ｗ〜１１８Ｗ Ｗ相コイル、１２０Ｕ Ｕ相端子、１２０Ｖ Ｖ相端子、１２０Ｗ Ｗ相端子、２００ 起電力、３００ 循環電流、Ｎ 中性点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の巻線構造に関し、特に、コア体と巻線部とを備えた回転電機の巻線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機の巻線構造としては、たとえば、特開２０００−２１７２９０号公報や特開平１０−３１３５５７号公報に記載されたものなどが挙げられる。
【０００３】
特開２０００−２１７２９０号公報においては、各相ごとに相対する極位置関係にある巻線同士を並列に接続し、この並列接続の巻線を直列に接続して一相の巻線とした電動機が開示されている。
【０００４】
また、特開平１０−３１３５５７号公報においては、対向する巻線の巻線数を調整することにより、不平衡磁気吸引力を調整した回転電機が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２１７２９０号公報
【特許文献２】特開平１０−３１３５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転電機の回転子と固定子とが偏芯して設けられる場合がある。ここで、直列コイルを並列に接続した巻線構造においては、偏芯による起電力のアンバランスにより、並列回路内に循環電流が生じ、この結果、回転電機の駆動時の振動、ノイズが増大する場合がある。
【０００６】
しかしながら、特開２０００−２１７２９０号公報に記載されたように、各コイルごとに並列回路を形成した場合、接続点が多くなるために作業性が低下し、体格も大きくなる。
【０００７】
一方、特開２０００−２１７２９０号公報に記載された巻線構造は、巻線数を調整するものであって、巻線の配置を調整するものではない。
【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、循環電流の発生が抑制される回転電機の巻線構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機の巻線構造は、ティースを有するコア体と、コア体のティースに巻付けられる巻線部とを備え、巻線部は第１と第２コイル群を有し、第１と第２コイル群は並列に接続され、第１コイル群は直列に接続された複数の第１コイルを含み、複数の第１コイルはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、コア体の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがコア体の径方向に対向するように配置され、第２コイル群は直列に接続された複数の第２コイルを含み、複数の第２コイルはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、コア体の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがコア体の径方向に対向するように配置される。
【００１０】
上記構成によれば、コア体の周方向において分離された直列コイルの一方と他方とがコア体の径方向に対向するように配設されるので、回転子と固定子とが偏芯して設けられた場合でも、電磁気的なバランスが保たれ、並列回路内に循環電流が生じることが抑制される。そして、直列に接続されたコイルはその接続順に交互に逆向きに巻回されるので、コイル捻れを緩和しながらコイルの巻取りを行なうことができる。結果として、直列コイルの連続巻きを容易に行なうことができる。
【００１１】
上記回転電機の巻線構造において、好ましくは、第１コイル群は、コア体の周方向に隣接する複数の第１コイルを含みながらコア体の周方向に分離され、第２コイル群は、コア体の周方向に隣接する複数の第２コイルを含みながらコア体の周方向に分離される。
【００１２】
分布巻きの巻線構造においては、コア体の周方向に隣接するコイルは逆向きに巻回される。したがって、第１と第２コイル群が該コア体の周方向に隣接する複数のコイルを含む場合にも、該複数のコイルをその直列接続順に交互に逆向きに巻回することができる。結果として、直列コイルの連続巻きを容易に行なうことができる。また、直列コイルの一部を隣接させることで、複数のコイル間を接続する渡り線を短くして、回転電機の小型化を図ることができる。
【００１３】
上記回転電機の巻線構造は、好ましくは、コア体の周方向に互いにずれて形成された複数相の巻線部を備える。
【００１４】
これにより、複数相を有する回転電機の巻線構造が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転電機の巻線構造において、並列回路内に流れる循環電流の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に基づく回転電機の巻線構造の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１７】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造が設けられる回転電機を示した軸方向断面図である。図１を参照して、回転電機は、ステータ１と、ロータ２とを備える。ステータ１は、「コア体」としてのステータコア１００と、ステータコア１００に巻付けられるステータ巻線（図１には図示せず。）とを有する。
【００１８】
図２は、図１に示される回転電機のステータ巻線構造を示した図である。図２を参照して、「巻線部」としてのステータ巻線１１０は、Ｕ相コイル１１０Ｕと、Ｖ相コイル１１０Ｖと、Ｗ相コイル１１０Ｗとを有する。各相コイル１１０Ｕ，１１０Ｖ，１１０Ｗの一方端は、三相ケーブルである給電ケーブルの対応する各相に接続されるＵ相端子１２０Ｕ，Ｖ相端子１２０Ｖ，Ｗ相端子１２０Ｗである。また、各相コイル１１０Ｕ，１１０Ｖ，１１０Ｗの他方端は、一点に共通接続され、中性点Ｎとなる。
【００１９】
図３は、図２に示された巻線構造が設けられたステータ１を示した上面図である。図３を参照して、ステータコア１００は、中空円筒形状からなり、周方向に配列された４８個のティース（たとえばティース１００Ａ〜１００Ｅ）を内周面に有する。Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕは、Ｕ相コイル１１０Ｕ（図２）を構成し、Ｖ相コイル１１１Ｖ〜１１８Ｖは、Ｖ相コイル１１０Ｖ（図２）を構成し、Ｗ相コイル１１１Ｗ〜１１８Ｗは、Ｗ相コイル１１０Ｗ（図２）を構成する。各相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕ，１１１Ｖ〜１１８Ｖ，１１１Ｗ〜１１８Ｗの各々は、略円弧形状から成る。Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕは、最外周に配置される。Ｖ相コイル１１１Ｖ〜１１８Ｖは、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕの内側であって、それぞれ、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕに対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。Ｗ相コイル１１１Ｗ〜１１８Ｗは、Ｖ相コイル１１１Ｖ〜１１８Ｖの内側であって、それぞれ、Ｖ相コイル１１１Ｖ〜１１８Ｖに対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。
【００２０】
各相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕ，１１１Ｖ〜１１８Ｖ，１１１Ｗ〜１１８Ｗの各々は、対応する複数のティースの各々に直列に巻回される。たとえば、Ｕ相コイル１１１Ｕは、ティース１００Ａ〜１００Ｅに所定回数巻回されて形成される。
【００２１】
その他のコイル１１２Ｕ〜１１８Ｕ，１１１Ｖ〜１１８Ｖ，１１１Ｗ〜１１８Ｗについても、それぞれ対応するティースに巻回され、Ｕ相コイル１１１Ｕと同じようにして形成される。
【００２２】
各相コイルは、隣接する同相のコイルと逆向きに巻回される。たとえば、Ｕ相コイル１１１Ｕは、Ｕ相コイル１１８Ｕと逆向きに巻回され、Ｕ相コイル１１２Ｕは、Ｕ相コイル１１１Ｕと逆向き、すなわち、Ｕ相コイル１１８Ｕと同じ向きに巻回される。Ｕ相コイル１１１Ｕの巻回方向を「第１方向」とし、Ｕ相コイル１１２Ｕの巻回方向を「第２方向」とすると、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１３Ｕ，１１５Ｕ，１１７Ｕが「第１方向」に巻回され、Ｕ相コイル１１２Ｕ，１１４Ｕ，１１６Ｕ，１１８Ｕが「第２方向」に巻回される。
【００２３】
図４は、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕを含む巻線構造を模式的に示した図である。また、図５は、図４に示される巻線構造を示した等価回路図である。図４，図５を参照して、「第１コイル群（直列コイルＡ）」を構成する複数の「第１コイル」としてのＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕは、直列に接続され、その一方端がＵ相端子１２０Ｕであり、他方端が中性点Ｎである。「第２コイル群（直列コイルＢ）」を構成する複数の「第２コイル」としてのＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕは、直列に接続され、その一方端がＵ相端子１２０Ｕであり、他方端が中性点Ｎである。すなわち、本実施の形態に係る巻線構造においては、直列に接続された複数のコイルの集合体であるＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕ（直列コイルＡ）およびＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕ（直列コイルＢ）が、並列に接続されている。
【００２４】
図４に示すように、「直列コイルＡ」であるＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕは、ステータコア１００の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがステータコア１００の径方向に対向するように配設される。より具体的には、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２ＵとＵ相コイル１１５Ｕ，１１６Ｕとは、ステータコア１００の周方向に１８０°ずれて形成されている。
【００２５】
また、「直列コイルＢ」であるＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕは、ステータコア１００の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とがステータコア１００の径方向に対向するように配設される。より具体的には、Ｕ相コイル１１３Ｕ，１１４ＵとＵ相コイル１１７Ｕ，１１８Ｕとは、ステータコア１００の周方向に１８０°ずれて形成されている。
【００２６】
図６は、図４に示される巻線構造と比較される１つの巻線構造を模式的に示した図である。また、図７は、図６に示される巻線構造を示した等価回路図である。図６，図７を参照して、本比較例に係る巻線構造は、基本的には、図４，図５に示される巻線構造と同様の構成を有するが、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕの接続状態が、図４，図５に示される巻線構造と異なる。すなわち、本比較例においては、直列に接続された複数のコイルの集合体であるＵ相コイル１１１Ｕ〜１１４Ｕ（直列コイルＡ）およびＵ相コイル１１５Ｕ〜１１８Ｕ（直列コイルＢ）が、並列に接続されている。
【００２７】
本比較例に係る巻線構造においては、図６に示されるように、ステータ１に対してロータ２が偏芯して設けられた場合に、図７に示すように、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１４Ｕ（直列コイルＡ）における起電力２００の和と、Ｕ相コイル１１５Ｕ〜１１８Ｕ（直列コイルＢ）における起電力２００の和とが不均衡となる状態が生じる。この結果、２つの直列コイルによる並列回路内に流れる循環電流３００が発生する。この結果、三相回路間に電流差が生じ、起磁力に２ｆ（ｆ：電気周波数）の高調波が発生する。この結果、ステータ１に作用する力の変動が生じ、回転電機の駆動時の振動、ノイズが増大する場合がある。
【００２８】
たとえば、回転電機が搭載されるハイブリッド車においては、走行中にエンジンを停止させるモード（たとえば、低車速時に蓄電機構から電力が供給された回転電機により走行するＥＶ走行モードや、減速時に車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し蓄電機構に回収する回生モードなど）があり、暗騒音が低く、ギアノイズやモータノイズが比較的聞こえやすくなっている。したがって、回転電機の駆動時の騒音を抑制することは重要である。また、回転電機を車両に搭載する際に、スペースや重量の制約から伝達系、共振系のノイズ対策を採ることが制限される場合がある。これらの制約条件を満たしながら回転電機の駆動時の騒音を抑制することは重要である。
【００２９】
一方で、効率的に高出力、高トルクを得る観点からは、ステータ１とロータ２とのギャップは極力小さく設定されることが好ましい。しかしながら、該ギャップが小さく設定されることで、僅かな偏芯であってもステータ−ロータ間のギャップに及ぼす影響は大きくなり、結果として、大きな起振力が生じやすい。また、製作の都合上、ステータ１とロータ２との偏芯量を、図６，図７に示される巻線構造において循環電流３００が全く生じない程度にまで抑えることは難しい。そして、制御システムによって偏芯に伴なう電流の不均衡を抑制しようとする場合、該システムは複雑なものになる。
【００３０】
これに対し、本実施の形態においては、上記のように、第１と第２コイル群が、それぞれステータコア１００の周方向において分離され、分離された部分の一方と他方とがステータコア１００の径方向に対向するように配設されることで、ステータ１とロータ２とが偏芯して設けられた場合でも、電磁気的なバランスが保たれ（図５）、並列回路内に循環電流が生じることが抑制される。この結果、回転電機駆動時の振動、ノイズが抑制される。また、回転電機駆動時の損失が低減され、動作効率が向上する。
【００３１】
図８は、図４に示される巻線構造と比較される他の巻線構造を模式的に示した図である。また、図９は、図８に示される巻線構造を示した等価回路図である。図８，図９を参照して、本比較例に係る巻線構造は、基本的には、図４，図５に示される巻線構造と同様の構成を有するが、Ｕ相コイル１１１Ｕ〜１１８Ｕの接続状態が、図４，図５に示される巻線構造と異なる。すなわち、直列に接続された複数のコイルの集合体であるＵ相コイル１１１Ｕ，１１３Ｕ，１１５Ｕ，１１７Ｕ（直列コイルＡ）およびＵ相コイル１１２Ｕ，１１４Ｕ，１１６Ｕ，１１８Ｕ（直列コイルＢ）が、並列に接続されている。
【００３２】
本比較例に係る巻線構造においては、直列コイルＡに含まれるＵ相コイル１１１Ｕ，１１３Ｕ，１１５Ｕ，１１７Ｕと、直列コイルＢに含まれるＵ相コイル１１２Ｕ，１１４Ｕ，１１６Ｕ，１１８Ｕとが互いに逆向きに巻回されている。そして、直列コイルＡに含まれるＵ相コイル１１１Ｕ，１１３Ｕ，１１５Ｕ，１１７Ｕの巻回方向は全て同じ方向であり、直列コイルＢに含まれるＵ相コイル１１２Ｕ，１１４Ｕ，１１６Ｕ，１１８Ｕの巻回方向は全て同じ方向である。
【００３３】
図１０は、巻線を形成する巻線機（たとえば、フライヤー式巻線機）を示した概略図である。ステータコイルは、巻線機により形成された後にインサータを用いてステータコアに組付けられる。図１０を参照して、巻付け枠４に巻線３が巻回され、コイルが形成される。この際に、巻線３が矢印ＤＲ１の方向に捻れやすい傾向にある（本願明細書では、上記捻れを「コイル捻れ」と称する場合がある。）。図８，図９に示される巻線構造のように、直列コイルの巻線方向が全て同じであると、コイル巻取り時にコイル捻れ量が順次増大し、直列コイルの連続巻きが困難になる場合がある。一方で、コイル捻れを生じさせずにコイルを形成するためには、別段の設備が必要になる。このことは、工程の煩雑化やコストアップの要因になる。
【００３４】
これに対し、本実施の形態においては、図５に示すように、直列コイルＡを構成するＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕが、その接続順に交互に逆向きに巻回されている。同様に、直列コイルＢを構成するＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕが、その接続順に交互に逆向きに巻回されている。これにより、コイル捻れを緩和しながらコイルの巻取りを行なうことができる。具体的には、たとえば、Ｕ相コイル１１１Ｕの巻取り時に生じたコイル捻れをＵ相コイル１１２Ｕの巻取り時に緩和することができる。結果として、直列コイルＡ，Ｂの連続巻きを容易に行なうことができる。
【００３５】
また、図８，図９に示される巻線構造においては、Ｕ相端子１２０Ｕに接続される入力線と、中性点Ｎに接続されるＧＮＤ線とが周方向に近接している。この結果、巻線構造の絶縁性能が低下する。これに対し、本実施の形態に係る巻線構造においては、入力線とＧＮＤ線とが、絶縁性を確保できる程度に周方向に離間している。
【００３６】
なお、本実施の形態に係る巻線構造においては、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６ＵおよびＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕは、ステータコア１００の周方向に隣接する複数のコイルを含みながらステータコア１００の周方向に分離される。具体的には、たとえば、「第１コイル群」としてのＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕは、ステータコア１００の周方向に隣接するＵ相コイル１１１Ｕ，１１２ＵとＵ相コイル１１５Ｕ，１１６Ｕとを含みながらステータコア１００の周方向に分離されている。
【００３７】
一般に、本実施の形態のような分布巻きの巻線構造においては、ステータコア１００の周方向に隣接するコイルは逆向きに巻回される。そして、上述したように、「直列コイル」を形成する一部のコイルを隣接させることで、複数のコイル間を接続する渡り線を短くして、コイルエンドの小型化を図ることができる。
【００３８】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る巻線構造は、ティース（たとえばティース１００Ａ〜１００Ｅ）を有するステータコア１００と、ステータコア１００のティースに巻付けられるステータ巻線１１０とを備え、ステータ巻線１１０は直列コイルＡ，Ｂを有し、直列コイルＡ，Ｂは並列に接続され、直列コイルＡは直列に接続されたＵ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕを含み、Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ，１１５Ｕ，１１６Ｕはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、ステータコア１００の周方向において分離し、かつ、分離された一方（Ｕ相コイル１１１Ｕ，１１２Ｕ）と他方（Ｕ相コイル１１５Ｕ，１１６Ｕ）とがステータコア１００の径方向に対向するように配設され、直列コイルＢは直列に接続されたＵ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕを含み、Ｕ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ，１１７Ｕ，１１８Ｕはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、ステータコア１１０の周方向において分離し、かつ、分離された一方（Ｕ相コイル１１３Ｕ，１１４Ｕ）と他方（Ｕ相コイル１１７Ｕ，１１８Ｕ）とがステータコア１１０の径方向に対向するように配設されている。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、Ｕ相コイルの場合について説明したが、Ｖ相コイル，Ｗ相コイルについても同様の思想は当然に適用可能である。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造が設けられる回転電機を示した軸方向断面図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造を示した図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造が設けられたステータを示した上面図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係る巻線構造の詳細を模式的に示した図である。
【図５】図４に示される巻線構造を示した等価回路図である。
【図６】図４に示される巻線構造と比較される１つの巻線構造の詳細を模式的に示した図である。
【図７】図６に示される巻線構造を示した等価回路図である。
【図８】図４に示される巻線構造と比較される他の巻線構造の詳細を模式的に示した図である。
【図９】図８に示される巻線構造を示した等価回路図である。
【図１０】巻線を形成する巻線機を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ステータ、２ ロータ、３ 巻線、４ 巻付け枠、１００ ステータコア、１１０ ステータ巻線、１１０Ｕ〜１１８Ｕ Ｕ相コイル、１１０Ｖ〜１１８Ｖ Ｖ相コイル、１１０Ｗ〜１１８Ｗ Ｗ相コイル、１２０Ｕ Ｕ相端子、１２０Ｖ Ｖ相端子、１２０Ｗ Ｗ相端子、２００ 起電力、３００ 循環電流、Ｎ 中性点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティースを有するコア体と、
前記コア体のティースに巻付けられる巻線部とを備え、
前記巻線部は第１と第２コイル群を有し、
前記第１と第２コイル群は並列に接続され、
前記第１コイル群は直列に接続された複数の第１コイルを含み、
複数の前記第１コイルはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、前記コア体の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とが前記コア体の径方向に対向するように配置され、
前記第２コイル群は直列に接続された複数の第２コイルを含み、
複数の前記第２コイルはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、前記コア体の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とが前記コア体の径方向に対向するように配置される、回転電機の巻線構造。
【請求項２】
前記第１コイル群は、前記コア体の周方向に隣接する複数の前記第１コイルを含みながら前記コア体の周方向に分離され、
前記第２コイル群は、前記コア体の周方向に隣接する複数の前記第２コイルを含みながら前記コア体の周方向に分離される、請求項１に記載の回転電機の巻線構造。
【請求項３】
前記コア体の周方向に互いにずれて形成された複数相の前記巻線部を備えた、請求項１または請求項２に記載の回転電機の巻線構造。
【請求項１】
ティースを有するコア体と、
前記コア体のティースに巻付けられる巻線部とを備え、
前記巻線部は第１と第２コイル群を有し、
前記第１と第２コイル群は並列に接続され、
前記第１コイル群は直列に接続された複数の第１コイルを含み、
複数の前記第１コイルはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、前記コア体の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とが前記コア体の径方向に対向するように配置され、
前記第２コイル群は直列に接続された複数の第２コイルを含み、
複数の前記第２コイルはその直列接続順に交互に逆向きに巻回され、前記コア体の周方向において分離し、かつ、分離された一方と他方とが前記コア体の径方向に対向するように配置される、回転電機の巻線構造。
【請求項２】
前記第１コイル群は、前記コア体の周方向に隣接する複数の前記第１コイルを含みながら前記コア体の周方向に分離され、
前記第２コイル群は、前記コア体の周方向に隣接する複数の前記第２コイルを含みながら前記コア体の周方向に分離される、請求項１に記載の回転電機の巻線構造。
【請求項３】
前記コア体の周方向に互いにずれて形成された複数相の前記巻線部を備えた、請求項１または請求項２に記載の回転電機の巻線構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−３１１７３３（Ｐ２００６−３１１７３３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３２５７１（Ｐ２００５−１３２５７１）
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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