(57)【要約】【課題】円環状のステータにおいて磁気飽和の発生を抑制する。【解決手段】ステータ１２のステータコア１６は、円環状のヨーク２０と、ヨーク２０の内周面において周方向の複数の位置に突出して設けられた複数のティース２２と、を有する。互いに隣り合うティース２２の間にスロット２４が形成されている。複数のティース２２にステータコイル１８が巻回されている。複数の凸部３２が、ヨーク２０の外周面において周方向の複数の位置に設けられている。凸部３２は、その外周面上の位置であって、ヨーク２０内の磁束密度が他の部分よりも高い部分に対応するスロット２４の少なくとも同一直線上の位置に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のヨークと、前記ヨークの内周面において周方向の複数の位置に突出して設けられた複数のティースと、を有し、互いに隣り合うティースの間にスロットが形成されたステータコアと、
前記複数のティースに巻回されたステータコイルと、
前記ヨークの外周面において周方向の複数の位置に設けられた複数の凸部と、
を有し、
前記凸部は、前記外周面上の位置であって、前記ヨーク内の磁束密度が他の部分よりも高い部分に対応するスロットの少なくとも同一直線上の位置に設けられている、
ことを特徴とする回転電機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のステータに関し、特に、ステータにおける磁気飽和の発生を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
環状のステータコアの内周部に複数相のステータコイルが巻回されたステータを備えた回転電機が知られている。例えば、３相回転電機では、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルがステータコアに巻回されている。
【０００３】
特許文献１には、外周面に直線部が形成されたステータコアが開示されている。その直線部には、その直線部での磁気飽和の発生を抑制するための凸部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、円環状のステータにおいては、スロットからステータコアの外周面までの距離が一様であるため、ステータコア内の磁界分布を考慮せずにステータコアの外周面に単に凸部を設けただけでは、磁気飽和の発生を抑制できるとは限らない。
【０００６】
本発明の目的は、円環状のステータにおいて磁気飽和の発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、円環状のヨークと、前記ヨークの内周面において周方向の複数の位置に突出して設けられた複数のティースと、を有し、互いに隣り合うティースの間にスロットが形成されたステータコアと、前記複数のティースに巻回されたステータコイルと、前記ヨークの外周面において周方向の複数の位置に設けられた複数の凸部と、を有し、前記凸部は、前記外周面上の位置であって、前記ヨーク内の磁束密度が他の部分よりも高い部分に対応するスロットの少なくとも同一直線上の位置に設けられている、ことを特徴とする回転電機のステータである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、円環状のステータにおいて磁気飽和の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る回転電機を軸方向から見た図である。
【図２】ステータコアに形成された磁界分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機１０を軸方向から見た図である。
【００１１】
回転電機１０は、３相交流電流で駆動する磁石付きの同期電動機である。回転電機１０は、例えば、ハイブリッド車両を駆動するモータ、発電機、又は、その両方の機能を有するモータジェネレータとして用いられる。
【００１２】
回転電機１０は、大別してステータ１２とロータ１４とを含む。ステータ１２は、図示しないケースの内側に固定されたステータコア１６と、ステータコイル１８と、を含む。ステータコア１６は、例えば複数の円環状の鋼板（例えば珪素鋼板等の電磁鋼板）が軸方向に積層されて、カシメ等によって一体に連結されて円環状に構成される。電磁鋼板の積層体に代えて、磁性粉末を一体成形してステータコア１６を形成してもよい。ステータコア１６は、円環状のヨーク２０と、ヨーク２０の内周面において径方向に向かって突出し、所定間隔で周方向に配置された複数のティース２２と、を含む。互いに隣り合うティース２２の間には溝状のスロット２４が形成されている。ここで、「周方向」は、ステータ１２の中心軸Ｏを中心とする円周方向であり、「径方向」は、ステータ１２の中心軸Ｏに直交するステータ１２の径方向であり、「軸方向」は、ステータ１２の軸方向である。
【００１３】
ステータコイル１８は、３相の分布巻コイルであり、相巻線が複数のティース２２に跨って巻回されて形成される。図１には、ステータコイル１８の一部の巻回が示されている。ステータコイル１８は、具体的には、Ｕ相巻線１８ｕ、Ｖ相巻線１８ｖ、及び、Ｗ相巻線１８ｗを含む。ここで、各スロット２４に付したＵ，Ｖ，Ｗは、そのスロット２４に巻回される巻線の相を示す。
【００１４】
Ｕ相巻線１８ｕは、第１Ｕ相巻線１８ｕ１と第２Ｕ相巻線１８ｕ２とを含む。第１Ｕ相巻線１８ｕ１は、Ｕと付されたスロット２４に挿入され、その挿入されたスロット２４から周方向に延びて６スロット分隔てた次のＵと付されたスロット２４に挿入され、これを繰り返すことで形成される。同様に、第２Ｕ相巻線１８ｕ２は、Ｕと付されたスロット２４に挿入され、その挿入されたスロット２４から周方向に延びて６スロット分隔てた次のＵと付されたスロット２４に挿入され、これを繰り返すことで形成される。第２Ｕ相巻線１８ｕ２は、第１Ｕ相巻線１８ｕ１が挿入されるスロット２４に対して周方向の隣のスロット２４に挿入される。
【００１５】
Ｖ相巻線１８ｖは、第１Ｖ相巻線１８ｖ１と第２Ｖ相巻線１８ｖ２とを含む。第１Ｖ相巻線１８ｖ１は、Ｖと付されたスロット２４に挿入され、その挿入されたスロット２４から周方向に延びて６スロット分隔てた次のＶと付されたスロット２４に挿入され、これを繰り返すことで形成される。同様に、第２Ｖ相巻線１８ｖ２は、Ｖと付されたスロット２４に挿入され、その挿入されたスロット２４から周方向に延びて６スロット分隔てた次のＶと付されたスロット２４に挿入され、これを繰り返すことで形成される。第２Ｖ相巻線１８ｖ２は、第１Ｖ相巻線１８ｖ１が挿入されるスロット２４に対して周方向の隣のスロット２４に挿入される。
【００１６】
Ｗ相巻線１８ｗは、第１Ｗ相巻線１８ｗ１と第２Ｗ相巻線１８ｗ２とを含む。第１Ｗ相巻線１８ｗ１は、Ｗと付されたスロット２４に挿入され、その挿入されたスロット２４から周方向に延びて６スロット分隔てた次のＷと付されたスロット２４に挿入され、これを繰り返すことで形成される。同様に、第２Ｗ相巻線１８ｗ２は、Ｗと付されたスロット２４に挿入され、その挿入されたスロット２４から周方向に延びて６スロット分隔てた次のＷと付されたスロット２４に挿入され、これを繰り返すことで形成される。第２Ｗ相巻線１８ｗ２は、第１Ｗ相巻線１８ｗ１が挿入されるスロット２４に対して周方向の隣のスロット２４に挿入される。
【００１７】
Ｕ相巻線１８ｕには、例えば、直流電源に接続された図示しないインバータからＵ相ケーブルを介してＵ相交流電流が供給される。Ｖ相巻線１８ｖには、インバータからＶ相ケーブルを介して、Ｕ相交流電流とは位相が１２０度異なるＶ相交流電流が供給される。Ｗ相巻線１８ｗには、インバータからＷ相ケーブルを介して、Ｕ相及びＶ相の交流電流とは位相が１２０度異なるＷ相購入電流が供給される。
【００１８】
ステータ１２の径方向の内側にロータ１４が配置されている。ロータ１４は、円筒状のロータコア２６と、ロータコア２６において周方向の複数の位置に配置された複数の磁石２８と、を含む。磁石２８は、ロータ１４の径方向に磁化されており、その磁化方向は周方向に隣り合う磁石２８同士で逆になる。これにより、ロータ１４の外周面には、Ｎ極とＳ極とが周方向において交互に形成される。ロータ１４は内側に回転軸３０が挿通された状態で固定されており、回転軸３０の両端部は図示しないケースに回転可能に支持されている。
【００１９】
本実施形態では、１極１相当たりに２個のスロット２４が形成されている。つまり、スロット２４は、ロータ１４の磁極数に対して、１相当たり２個の割合で形成されている。本実施形態では、一例として、磁極数は８個であり、相数は３個であるため、４８個（＝８×３×２）のスロット２４が形成されている。スロット２４の数は一例に過ぎず、例えば、３の倍数のスロット２４が形成されてもよい。また、１極１相当たりのスロット２４の数も一例に過ぎず、１極１相当たり１個のスロット２４が形成されてもよい。
【００２０】
また、ステータ１２は、ヨーク２０の外周面に周方向に沿って設けられた複数の凸部３２を含む。凸部３２は、ヨーク２０の外周面において、１スロット２４おきに、つまり、１個のスロット２４を間にして、スロット２４に対応する位置（スロット２４の径方向の少なくとも同一直線上の位置）に設けられている。凸部３２の周方向の幅は、例えば、スロット２４の周方向の幅以上の幅である。凸部３２の先端部は、例えば直線状や曲線状の面を有している。凸部３２は、先端ほど幅が狭くなる形状を有していてもよいし、幅が一定の形状を有していてもよい。凸部３２は、例えば、ステータコア１６と同じ材料によって構成される。また、複数の凸部３２の中の少なくとも一部の凸部３２は、ヨーク２０の外周面上の位置であって、ヨーク２０において磁束密度が他の部分よりも高い位置に対応するスロット２４の径方向の少なくとも同一直線上の位置に設けられている。
【００２１】
以下、図２を参照して、ステータコア１６に形成される磁界分布と凸部３２の設置位置との関係について説明する。図２は、ステータコア１６の一部を示しており、ステータコア１６の磁界分布を解析した結果を表わしている。磁束密度の高さは濃淡として表現されている。濃い部分の磁束密度は、薄い部分の磁束密度よりも高い。ロータ１４に設けられた磁石２８からの磁束は、主に、ティース２２を通ってヨーク２０内を流れる。ステータコア１６においては、仮に凸部３２が設けられていない場合、スロット２４の底部からステータコア１６の外周面までの距離が、ステータコア１６の他の部分よりも短いため、スロット２４が形成されている部分で鉄心が不足しがちである。そのため、ヨーク２０においてスロット２４に対応する部分（スロット２４の径方向の同一直線上の部分）は、ヨーク２０の他の部分と比べると磁束が飽和しやすい。図２に示す例では、仮に凸部３２が設けられていない場合、ヨーク２０において、Ｖが付されたスロット２４（Ｖ相巻線１８ｖが挿入されるスロット２４）の径方向の同一線上の部分３４（スロット２４の背部、破線で囲む部分）の磁束密度が、他の部分の磁束密度より高くなっており、その部分３４にて磁束が飽和している。つまり、スロット２４の背部において磁気飽和が生じている。磁束が飽和すると漏れ磁束が発生し、漏れ磁束が増加すると、コイルの励磁電流が増加するので、銅損が増大して回転電機の効率が低下する。
【００２２】
本実施形態では、ヨーク２０の外周面上の位置であって、磁束密度が他の部分よりも高くて磁気飽和が発生し得る部分に対応する位置に凸部３２が設けられている。図２に示す例では、磁気飽和が発生し得る部分３４に対応する位置（部分３４の径方向の少なくとも同一直線上の位置）に凸部３２が設けられている。磁気飽和が発生し得る部分３４において、凸部３２の厚さ（高さ）の分、スロット２４の底部からステータコア１６の外周面（凸部３２の先端面）までの距離が、凸部３２を設けていない場合と比べて長くなる。それ故、凸部３２を設けていない場合と比べて、部分３４にて磁束が飽和し難くなり、磁気飽和の発生を抑制することが可能となる。
【００２３】
なお、図１に示す例では、１個のスロット２４おきに（１個のスロット２４を間にして）、スロット２４に対応する位置（スロット２４の径方向の少なくとも同一直線上の位置）に凸部３２が設けられているが、この構成は一例に過ぎない。凸部３２は、磁束密度が他の部分よりも高い部分（磁気飽和が発生し得る部分）に対応する位置に設けられていれば、１個のスロット２４おきに設けられていなくてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１０  回転電機、１２  ステータ、１４  ロータ、１６  ステータコイル、２０  ヨーク、２２  ティース、２４  スロット、２６  ロータコア、２８  磁石、３０  回転軸、３２  凸部。
【図１】
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【図２】
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