(57)【要約】【課題】回転電機用ステータにおいて、コイル巻線の占積率を確保しながら渦電流損を効果的に低減することである。【解決手段】回転電機用ステータ１０は、周方向に沿って配置される複数のティース部１４を有するステータコア１２と、ティース部１４に複数回巻回され、少なくとも一部は、複数の導体素線の集合である集合導線で構成されるコイル巻線部２０とを備える。コイル巻線部２０の中で、内周側のコイル巻線３０はステータコア１２の径方向に平行に分割された複数の導体素線が周方向に積層され、ステータコア１２の外周側のコイル巻線２８は、ステータコア１２の周方向に平行に分割された複数の導体素線が径方向に積層される。導体素線の分割方向は、当該コイル巻線２８，３０を通る漏れ磁束の主たる向きに平行である。【選択図】図１
2014023171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って配置される複数のティース部を有するステータコアと、
ティース部に複数回巻回され、少なくとも一部は、複数の導体素線の集合である集合導線で構成されるコイル巻線部と、
を備え、
コイル巻線部の中で、集合導線で構成されるコイル巻線は、当該コイル巻線を通るロータの漏れ磁束の主たる向きに平行に分割された複数の導体素線が積層されることを特徴とする回転電機用ステータ。
【請求項２】
請求項1に記載の回転電機用ステータにおいて、
集合導線で構成されるコイル巻線は、ロータの漏れ磁束の方向に合わせて、内周側のコイル巻線はステータコアの径方向に平行に分割された複数の導体素線が周方向に積層され、ステータコアの外周側のコイル巻線はステータコアの周方向に平行に分割された複数の導体素線が径方向に積層されることを特徴とする回転電機用ステータ。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機用ステータにおいて、
内周側のコイル巻線の導体素線の断面形状は、外周側のコイル巻線の導体素線と同じ断面形状であることを特徴とする回転電機用ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機用ステータに係り、特に、ロータからの漏れ磁束によってステータコイル巻線に渦電流損が生じる回転電機用ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機を構成するステータのコイル巻線に駆動電流が供給されることでステータは回転磁界を発生し、ロータが回転する。このとき、ロータからステータに向かう磁束の一部が漏れ磁束となってコイル巻線を貫通し、その磁束変化によって渦電流損がステータコイル巻線に生じる。
【０００３】
例えば、特許文献１は、ステータコアのティースに巻回されるコイル巻線の渦電流損がステータコアの内周側であるロータ側に近いほど多く、外周側に行くほど少ないことを指摘している。そこで、コイルについて、ステータコアの内周側のコイル巻線を分割断面型とし、外周側のコイル巻線を単一断面型とすることが開示されている。
【０００４】
特許文献２では、回転電機巻線用導線を集合導線で構成すると、渦電流の発生を抑制し、占積率を向上させることができる反面、集合導線の剛性が高くなるため、曲げ加工等が困難になることを指摘している。そこで、一層分を平面的に複数の導体素線に分割し、その一層分を複数層重ねて積層し、各導体素線の間と、複数層の各層の間を簡易絶縁部で結合して集合導線を構成することで、曲げ加工を容易にすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１１０１１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８８７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コイル巻線を集合導線とし、その分割数を増やせばより渦電流損を減少させることができる。しかし、集合導線の分割数を増やすと、絶縁体被覆工程の増加、導体素線を束ねる工程の複雑化、曲げや捩じり工程の困難化等が伴い、これに伴いコイル巻線の占積率が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、コイル巻線の占積率を確保しながら渦電流損を効果的に低減できる回転電機用ステータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機用ステータは、周方向に沿って配置される複数のティース部を有するステータコアと、ティース部に複数回巻回され、少なくとも一部は、複数の導体素線の集合である集合導線で構成されるコイル巻線部と、を備え、コイル巻線部の中で、集合導線で構成されるコイル巻線は、当該コイル巻線を通るロータの漏れ磁束の主たる向きに平行に分割された複数の導体素線が積層されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、集合導線で構成されるコイル巻線は、ロータの漏れ磁束の方向に合わせて、内周側のコイル巻線はステータコアの径方向に平行に分割された複数の導体素線が周方向に積層され、ステータコアの外周側のコイル巻線はステータコアの周方向に平行に分割された複数の導体素線が径方向に積層されることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、内周側のコイル巻線の導体素線の断面形状は、外周側のコイル巻線の導体素線と同じ断面形状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成において、回転電機用ステータは、コイル巻線として、コイル巻線を通るロータの漏れ磁束の主たる向きに平行に分割された複数の導体素線が積層された集合導線を用いる。ロータの漏れ磁束は一様な方向ではなく、ステータコアの内周側ではステータコアの径方向に沿って流れ、ステータコアの外周側ではステータコアの周方向に沿って流れる。この漏れ磁束の方向に集合導線の分割の方向を合わせることで、渦電流のループを短くでき、渦電流損を効果的に抑制できる。また、集合導線の分割方向を変えるだけで分割数を増やさずに済むので、占積率を確保できる。
【００１２】
そして、回転電機用ステータにおいて、ロータの漏れ磁束の方向に合わせて、内周側のコイル巻線はステータコアの径方向に平行に分割した集合導線を用い、ステータコアの外周側のコイル巻線はステータコアの周方向に平行に分割した集合導線を用いる。これによって、集合導線の分割方向を漏れ磁束の方向に合わせることができる。
【００１３】
また、回転電機用ステータにおいて、内周側のコイル巻線と外周側のコイル巻線は、同一断面形状の導体素線を用い、集合導体の分割方向を変更するだけである。このように、巻線の種類を増やさず、占積率を確保しながら、渦電流損を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る実施の形態における回転電機用ステータの平面図と一部拡大図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の回転電機用ステータにおいて、断面積が同じ導線素線を用いて、集合導線の分割の方向を変更する様子を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の回転電機用ステータにおいて、漏れ磁束の方向と集合導線の分割の方向の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、コイル巻線は集中巻方式で巻回されるものを述べるが、分布巻方式で巻回されても構わない。また、コイル巻線として断面が矩形形状の平角導線を用いるものを述べるが、これは説明のための例示であって、断面が円形の丸形導線、楕円形断面の導線、矩形形状の角部を丸めた略矩形形状断面の導線等を用いてもよい。以下で述べるステータコアのティース部の数、コイル巻線の巻数、集合導線における分割数等は説明のための例示であって、回転電機用ステータの仕様に応じ、適宜変更が可能である。
【００１６】
以下では、全ての図面において、一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、回転電機用ステータ１０を示す図で、図１（ａ）は一部を破断した平面図、（ｂ）は1つのスロットについての拡大図である。なお、図１において、回転電機用ステータ１０の構成要素ではないが、ロータ６と、ロータ６を固定する回転軸８を示す。回転電機用ステータ１０は、ロータ６と電磁作用的に協働して、ロータ６を回転させ、回転軸８にトルクを出力させる。
【００１８】
回転電機用ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２の周方向に沿って配置される複数のティース部１４と、ティース部１４の一部であってロータ６に対向する先端部１６と、隣接するティース部１４の間の空間であるスロット部１８と、スロット部１８を通りティース部１４に複数回巻回されるコイル巻線部２０を含む。
【００１９】
ステータコア１２は、内周側に複数のティース部１４が配置される円環状の磁性体部材である。図１では、１２個のティース部１４を有するステータコア１２が示されている。かかるスタータコア１２は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。
【００２０】
コイル巻線部２０は、予め定めた巻数でそれぞれのティース部１４に集中巻方式で巻回される絶縁被覆付導線である。複数のコイル巻線部２０のそれぞれに、図示されていない駆動回路から予め定めた順序で駆動信号が供給されると、複数のティース部１４の先端部１６に磁界が順次発生し、ロータ６に対する回転磁界が形成される。
【００２１】
インシュレータ３２は、ステータコア１２とコイル巻線部２０との間、および同じスロット部１８の中に配置される２つのコイル巻線部２０との間に配置される絶縁体である。かかるインシュレータ３２としては、適当なプラスチックシートを用いることができる。これに代えて、各コイル巻線部２０の外周に絶縁性樹脂を塗布してもよい。
【００２２】
各ティース部１４に巻回されるコイル巻線部２０の巻数は予め設定される。図１では、各ティース部１４に５回巻回されるコイル巻線部２０が示され、コイル巻線部２０のそれぞれの１巻きがコイル巻線２２，２４，２６，２８，３０として示されている。ここで、コイル巻線部２０の少なくとも一部には、集合導線が用いられる。
【００２３】
集合導線とは、断面が1本の導線で構成される単一断面型の導線に対応するもので、断面が複数の導体素線に分割され、分割された複数の導体素線を再び集合させて１本のコイル巻線としたものである。分割された複数の導体素線の間は電気的に絶縁される。集合導線は、単一断面型の導線と同じ断面積を複数に分割するので、単一断面型の導線と比較して、コイル巻線に鎖交する漏れ磁束により発生する渦電流のループが短くなり、これにより渦電流損を低下させることができる。また、適切な分割によって、スロット部１８内におけるコイル巻線部２０の占積率を向上させることもできる。
【００２４】
コイル巻線部２０の少なくとも一部に集合導線が用いられるとは、例えば５巻きの全部を集合導線としてもよく、５巻きの中の一部を集合導線とし、残りを単一断面型の導線としてもよいことを意味する。図１（ｂ）では、コイル巻線部２０の５巻きの中で、ステータコア１２の外周側の３巻きのコイル巻線２２，２４，２６に単一断面型の導線が用いられ、ステータコア１２の内周側の２巻きのコイル巻線２８，３０に集合導線が用いられている。なお、単一断面型の導線と、集合導線との間の接続には、導電性接着材が用いられる。これに代えて、溶接によって単一断面型の導線と集合導線との間を接続してもよい。
【００２５】
ステータコア１２の内周側の２巻きのコイル巻線２８，３０は、いずれも、断面を３つの導体素線で分割した集合導線が用いられるが、ステータコア１２の最内周側のコイル巻線３０の導体素線の分割方向と、コイル巻線３０よりもステータコア１２の外周側のコイル巻線２８の導体素線の分割方向は異なっている。
【００２６】
なお、図１では、各ティース部１４に巻回されるコイル巻線部２０の巻数を５巻きとしたが、これ以外の巻数であっても構わない。また、５巻きの中で、３巻きを単一断面型の導線、２巻きを集合導線としたが、ステータコア１２において、より外周側に単一断面型の導線が巻回され、より内周側に集合導線が巻回されればよく、単一断面型の導線と集合導線の配分はこれ以外であってもよい。また、集合導線として３本の導体素線に分割されるものとしたが、これ以外の分割数であってもよい。
【００２７】
図２は、２つのコイル巻線２８，３０を比較した図で、図２（ａ）は、より外周側に巻回されるコイル巻線２８の断面図、図２（ｂ）は、最内周側に巻回されるコイル巻線３０の断面図である。コイル巻線２８，３０は、それぞれ３つの導体素線３４を用い、各導体素線３４の外周は絶縁層３６で被覆される。これによって、コイル巻線２８を構成する３つの導体素線３４の間は電気的に絶縁される。同様に、コイル巻線３０を構成する３つの導体素線３４の間も電気的に絶縁される。
【００２８】
かかる単一断面型の導線や導体素線３４としては、銅線が用いられる。銅線に代えて、アルミニウム、銀、鉄、金、またはこれらの合金で構成される導線を用いてもよい。また、コイル巻線部２０の絶縁被覆や導体素線３４の外周の絶縁層３６としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド等のイミド系樹脂が用いられる。これに代えて、ポリビニルブチラール系、ポリアミド系、エポキシ系の融着材や、エチレン−酢酸ビニル共重合系樹脂（ＥＶＡ系樹脂）、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系の絶縁接着材を用いることができる。
【００２９】
各導体素線３４は、断面形状が矩形で、長い方の寸法がＡ、短い方の寸法がＢの矩形の断面形状を有する。ここで、絶縁層３６の厚さが寸法Ａ，Ｂに比較して無視できる程度に薄いとして、Ａ＝３Ｂに設定される。つまり、コイル巻線２８，３０は、いずれも、一辺の長さがＡ（＝３Ｂ）の正方形の断面形状を有する。コイル巻線２８，３０の違いは、この正方形断面を３つに分割する方向が横方向か縦方向かである。
【００３０】
図1を参照して、図２にステータコア１２の周方向と径方向を示した。図２の紙面上で横方向がステータコア１２の周方向で、縦方向がステータコア１２の径方向である。したがって、ステータコア１２のより外周側に巻回されるコイル巻線２８は、ステータコア１２の周方向に平行に分割された３本の導体素線３４が径方向に積層される。ステータコア１２の最内周側のコイル巻線３０は、ステータコア１２の径方向に平行に分割された３本の導体素線３４が周方向に積層される。
【００３１】
図３は、上記構成の作用効果を示す図である。図３は図１（ｂ）に対応する図であるが、コイル巻線２２，２４，２６，２８，３０に作用する漏れ磁束４０が矢印で示されている。ロータ６からの磁束は、主に、ティース部１４の先端部１６を通って磁気抵抗の小さいティース部１４を流れるが、ティース部１４が磁気飽和した場合あるいは磁気飽和に近いときに、ティース部１４の先端部１６を通らずにティース部１４から漏れてスロット部１８を通る。これがコイル巻線２２，２４，２６，２８に作用する漏れ磁束４０となる。
【００３２】
ティース部１４の先端部１６を通らない漏れ磁束４０の方向は、ステータコア１２の最内周側では、ステータコア１２の径方向にほぼ平行である。漏れ磁束４０は、最内周側から外周側に行くにつれ、スロット部１８よりも磁気抵抗の小さいティース部１４に向かうので、その向きは次第にステータコア１２の周方向に平行になる。図３では、ステータコア１２の最内周側に巻回されるコイル巻線３０の位置では、漏れ磁束４０の方向がステータコア１２の径方向にほぼ平行であるが、コイル巻線３０よりもステータコア１２の外周側に巻回されるコイル巻線２８の位置では、漏れ磁束４０の方向がステータコア１２の周方向にほぼ平行となる。
【００３３】
コイル巻線３０は、ステータコア１２の径方向に平行に分割された３本の導体素線３４が周方向に積層されるので、この分割方向は、コイル巻線３０の位置における漏れ磁束４０の主たる方向に平行である。また、コイル巻線２８は、ステータコア１２の周方向に平行に分割された３本の導体素線３４が径方向に積層されるので、この分割方向も、コイル巻線２８の位置における漏れ磁束４０の主たる方向に平行である。このように、集合導線で構成されるコイル巻線２８，３０は、当該コイル巻線２８，３０を通る漏れ磁束４０の主たる向きに平行に分割された複数の導体素線３４が積層されている。
【００３４】
このように集合導線の分割方向を漏れ磁束４０の主たる向きに平行とすることで、渦電流のループを短くでき、渦電流損を効果的に抑制できる。例えば、コイル巻線２８では、径方向の表面に略垂直に漏れ磁束４０が通過するが、径方向の表面が３つの導体素線３４によって３つに分割されるので、径方向の表面に流れる渦電流のループの長さが約１／３となる。同様に、コイル巻線３０では、周方向の表面に略垂直に漏れ磁束４０が通過するが、周方向の表面が３つの導体素線３４によって３つに分割されるので、周方向の表面に流れる渦電流のループの長さが約１／３となる。これによって、漏れ磁束４０の変動に起因する渦電流損を効果的に抑制できる。
【００３５】
また、図２で説明したように、コイル巻線２８，３０は、同じ断面形状の導体素線３４の積層方向を変更しただけであるので、コイル巻線の種類を増やす必要がない。また、コイル巻線２８，３０の断面積は同じであるので、占積率を維持できる。
【符号の説明】
【００３６】
６  ロータ、８  回転軸、１０  回転電機用ステータ、１２  ステータコア、１４  ティース部、１６  先端部、１８  スロット部、２０  コイル巻線部、２２，２４，２６  （単一断面型導線で構成される）コイル巻線、２８，３０  （集合導線で構成される）コイル巻線、３２  インシュレータ、３４  導体素線、３６  絶縁層、４０  漏れ磁束。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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