特許 7166299 改良されたハイブリッド巻線形態を有する回転電気機械のためのステータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-27

(45)【発行日】2022-11-07

(54)【発明の名称】改良されたハイブリッド巻線形態を有する回転電気機械のためのステータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/28 20060101AFI20221028BHJP

   H02K 1/16 20060101ALI20221028BHJP

【ＦＩ】

H02K3/28 Z

H02K1/16 Z

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2019572462

(86)(22)【出願日】2018-06-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-08-27

(86)【国際出願番号】 EP2018067303

(87)【国際公開番号】W WO2019002395

(87)【国際公開日】2019-01-03

【審査請求日】2021-03-22

(31)【優先権主張番号】1756017

(32)【優先日】2017-06-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】508075579

【氏名又は名称】ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(72)【発明者】

【氏名】マリアム、アフメッド

【審査官】服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２４７７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９２３６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／２８

Ｈ０２Ｋ １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スロット（１６）が設けられた本体（１１）と、巻線（１２）であって、
－第１のタイプの第１の三相システム（ａ、ｂ、ｃ）及び第２の三相システム（ｄ、ｅ、ｆ）と、
－第２のタイプの第３の三相システム（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び第４の三相システム（Ｄ、Ｅ、Ｆ）と、
を有し、
－前記第１の三相システム（ａ、ｂ、ｃ）が前記第４の三相システム（Ｄ、Ｅ、Ｆ）に直列に接続され、
－前記第２の三相システム（ｄ、ｅ、ｆ）が前記第３の三相システム（Ａ、Ｂ、Ｃ）に直列に接続される、巻線（１２）と、を備える自動車両用の回転電気機械のためのステータ（１０）において、
－前記第１の三相システム（ａ、ｂ、ｃ）の少なくとも１つの相及び前記第３の三相システム（Ａ、Ｂ、Ｃ）の少なくとも１つの相は、スロット（１６）の１つの同じ系列内に位置され、
－前記第２の三相システム（ｄ、ｅ、ｆ）の少なくとも１つの相及び前記第４の三相システム（Ｄ、Ｅ、Ｆ）の少なくとも１つの相は、スロット（１６）の１つの同じ系列内に位置される、
ことを特徴とするステータ（１０）。

【請求項2】

前記第１の三相システムの第１の相（ａ）及び前記第３の三相システムの第１の相（Ａ）は、スロットの１つの同じ第１の系列（Ｓ１）内に位置されることを特徴とする請求項１に記載のステータ。

【請求項3】

前記第２の三相システムの第１の相（ｄ）及び前記第４の三相システムの第１の相（Ｄ）は、スロットの１つの同じ第２の系列（Ｓ２）内に位置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のステータ。

【請求項4】

前記第１の三相システムの第２の相（ｂ）及び前記第３の三相システムの第２の相（Ｂ）は、スロットの１つの同じ第３の系列（Ｓ３）内に位置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項5】

前記第２の三相システムの第２の相（ｅ）及び前記第４の三相システムの第２の相（Ｅ）は、スロットの１つの同じ第４の系列（Ｓ４）内に位置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項6】

前記第１の三相システムの第３の相（ｃ）及び前記第３の三相システムの第３の相（Ｃ）は、スロットの１つの同じ第５の系列（Ｓ５）内に位置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項7】

前記第２の三相システムの第３の相（ｆ）及び前記第４の三相システムの第３の相（Ｆ）は、スロットの１つの同じ第６の系列（Ｓ６）内に位置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項8】

前記第１の三相システムの前記第１の相（ａ）及び前記第３の三相システムの前記第１の相（Ａ）を受けるスロットの前記第１の系列（Ｓ１）は、前記第２の三相システムの前記第１の相（ｄ）及び前記第４の三相システムの前記第１の相（Ｄ）を受けるスロットの前記第２の系列（Ｓ２）と隣り合うことを特徴とする請求項２及び３に記載のステータ。

【請求項9】

前記第１の三相システムの前記第２の相（ｂ）及び前記第３の三相システムの前記第２の相（Ｂ）を受けるスロットの前記第３の系列（Ｓ３）は、前記第２の三相システムの前記第２の相（ｅ）及び前記第４の三相システムの前記第２の相（Ｅ）を受けるスロットの前記第４の系列（Ｓ４）と隣り合うことを特徴とする請求項４及び５に記載のステータ。

【請求項10】

前記第１の三相システムの前記第３の相（ｃ）及び前記第３の三相システムの前記第３の相（Ｃ）を受けるスロットの前記第５の系列（Ｓ５）は、前記第２の三相システムの前記第３の相（ｆ）及び前記第４の三相システムの前記第３の相（Ｆ）を受けるスロットの前記第６の系列（Ｓ６）と隣り合うことを特徴とする請求項６及び７に記載のステータ。

【請求項11】

前記第３の三相システム（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び前記第４の三相システム（Ｄ、Ｅ、Ｆ）はそれぞれ、ブリッジ及び／又はインバータを整流する機能を有する回路（Ｐ１、Ｐ２）に接続されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項12】

前記第１の三相システム（ａ、ｂ、ｃ）及び前記第２の三相システム（ｄ、ｅ、ｆ）がデルタタイプを成すことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項13】

前記第３の三相システム（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び前記第４の三相システム（Ｄ、Ｅ、Ｆ）がスタータイプを成すことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項14】

前記第１の三相システムの相の電圧（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）と前記第４の三相システムの対応する相の電圧（ＶＤ、ＶＥ、ＶＦ）との間の電気角差がゼロであることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項15】

前記第２の三相システムの相の電圧（Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆ）と前記第３の三相システムの対応する相の電圧（ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ）との間の電気角差がゼロであることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のステータ。

【請求項16】

前記第３の三相システム（Ａ、Ｂ、Ｃ）及び第４の三相システム（Ｄ、Ｅ、Ｆ）の相がスロット（１６）の開口の傍に位置されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のステータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、改良されたハイブリッド巻線形態を有する回転電気機械のためのステータに関する。

【背景技術】

【0002】

それ自体既知の態様で、回転電気機械は、ステータと、シャフトと一体のロータとを備える。ロータは、駆動シャフト及び／又は被駆動シャフトと一体を成す場合があり、オルタネータ、電気モータ、又は、両方のモードで動作できる可逆機械の形態を成す回転電気機械の一部となる場合がある。

【0003】

ロータは、適切な固定システムによってパケットの形態で保持される金属シートの積層体により形成される本体を備える。ロータは、例えばそれぞれが２つの隣り合うロータ歯により画定されるキャビティ内に収容される永久磁石によって形成される極を備える。或いは、ロータは、ロータアームの周りに巻回される巻線を備える、いわゆる突極ロータである場合がある。また、ロータは、極ホイールを備えるオルタネータロータの形態を成す場合もあり、極ホイール間に巻線が取り付けられる。

【0004】

更に、ステータは、例えばベアリングによって、回転するロータシャフトを支持するように構成されるケーシング内に取り付けられる。ステータは、スロットを画定する複数の歯が設けられた本体と、ステータのスロット内に挿入される巻線とを備える。巻線は、例えば、エナメルで覆われた連続ワイヤから又は溶接によって互いに接合されたピンの形態の導電要素から得られる。

【0005】

米国特許第７０３０５３３号明細書又は米国特許第７２９１９５４号明細書の文献は、デルタタイプの第１の三相システム及び第２の三相システムを備える巻線について記載する。巻線は、スタータイプの第３の三相システム及び第４の三相システムも備える。第１の三相システムは第４の三相システムに直列に接続され、また、第２の三相システムは第３の三相システムに直列に接続される。更に、第１及び第２の三相システムの位相の対は、スロットの１つの同じ系列内に位置され、一方、第３及び第４の三相システムの位相の対は、スロットの１つの同じ系列内に位置される。しかしながら、そのような形態は、デルタシステムの相電圧と対応するスターシステムの相電圧との間にゼロ以外の電気角を導入するという欠点を有する。これは、無視できない電気機械の出力電流のリップルをもたらす。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】米国特許第７０３０５３３号明細書

【文献】米国特許第７２９１９５４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、スロットが設けられた本体と、巻線であって、
－第１のタイプの第１の三相システム及び第２の三相システムと、
－第２のタイプの第３の三相システム及び第４の三相システムと、
を有し、
－第１の三相システムが第４の三相システムに直列に接続され、
－第２の三相システムが第３の三相システムに直列に接続される、巻線と、を備える自動車両用の回転電気機械のためのステータにおいて、
－第１の三相システムの少なくとも１つの相及び第３の三相システムの少なくとも１つの相は、スロットの１つの同じ系列内に位置され、
－第２の三相システムの少なくとも１つの相及び第４の三相システムの少なくとも１つの相は、スロットの１つの同じ系列内に位置される、
ことを特徴とするステータを提案することによってこの欠点を効果的に克服することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

したがって、本発明は、異なる三相システムの相間の電気角の機械的補正を可能にし、それにより、特に、回転電気機械の出力電流のリップルを最小限に抑えることができるようにする。

【0009】

１つの実施形態によれば、第１の三相システムの第１の相及び第３の三相システムの第１の相は、スロットの１つの同じ第１の系列内に位置される。

【0010】

１つの実施形態によれば、第２の三相システムの第１の相及び第４の三相システムの第１の相は、スロットの１つの同じ第２の系列内に位置される。

【0011】

１つの実施形態によれば、第１の三相システムの第２の相及び第３の三相システムの第２の相は、スロットの１つの同じ第３の系列内に位置される。

【0012】

１つの実施形態によれば、第２の三相システムの第２の相及び第４の三相システムの第２の相は、スロットの１つの同じ第４の系列内に位置される。

【0013】

１つの実施形態によれば、第１の三相システムの第３の相及び第３の三相システムの第３の相は、スロットの１つの同じ第５の系列内に位置される。

【0014】

１つの実施形態によれば、第２の三相システムの第３の相及び第４の三相システムの第３の相は、スロットの１つの同じ第６の系列内に位置される。

【0015】

１つの実施形態によれば、第１の三相システムの第１の相及び第３の三相システムの第１の相を受けるスロットの第１の系列は、第２の三相システムの第１の相及び第４の三相システムの第１の相を受けるスロットの第２の系列と隣り合う。

【0016】

１つの実施形態によれば、第１の三相システムの第２の相及び第３の三相システムの第２の相を受けるスロットの第３の系列は、第２の三相システムの第２の相及び第４の三相システムの第２の相を受けるスロットの第４の系列と隣り合う。

【0017】

１つの実施形態によれば、第１の三相システムの第３の相及び第３の三相システムの第３の相を受けるスロットの第５の系列は、第２の三相システムの第３の相及び第４の三相システムの第３の相を受けるスロットの第６の系列と隣り合う。

【0018】

１つの実施形態によれば、第３の三相システム及び第４の三相システムはそれぞれ、ブリッジ及び／又はインバータを整流する機能を有する回路に接続される。

【0019】

１つの実施形態によれば、第１の三相システム及び第２の三相システムはデルタタイプを成す。

【0020】

１つの実施形態によれば、第３の三相システム及び第４の三相システムはスタータイプを成す。

【0021】

１つの実施形態によれば、第１の三相システムの相の電圧と第４の三相システムの対応する相の電圧との間の電気角差はゼロである。

【0022】

１つの実施形態によれば、第２の三相システムの相の電圧と第３の三相システムの対応する相の電圧との間の電気角差はゼロである。

【0023】

１つの実施形態によれば、第３の三相システム及び第４の三相システムの相がスロットの開口の傍に位置される。これにより、最大電流を電気機械のファンにより生成される空気流に伝えるシステムの相を露出することによって機械の冷却を改善することができる。

【0024】

本発明は、以下に与えられる説明を読んで添付図面を検討すると、より良く理解され得る。これらの図は、例示目的でのみ与えられており、決して本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明に係る回転電気機械用のためのステータの部分断面図を示す。

【図2】本発明に係るステータの様々な三相システムの電気的設置概略図である。

【図3】本発明に係るステータのスロット内の様々な三相システムの相間結合の概略図である。

【図4】デルタシステムの相電圧と対応するスターシステムの相電圧との間の電気角の違いを示す概略図である。

【図5】電気機械の出力電流のリップルを示すグラフ表示である。

【図6】デルタシステム及びスターシステムの電流信号並びにこれらの電流信号の高調波のグラフ表示である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

同一、同様、又は、類似の要素は、ある図から別の図へと同じ参照符号を保つ。

【0027】

図１は、本体１１と巻線１２とを備える回転電気機械のためのステータ１０を示す。ステータ本体１１は、平坦なシートの軸方向積層体から成る。本体１１は、規則的な角度分布を有する歯１３を備える。これらの歯１３は、各スロット１６が２つの連続する歯１３によって画定されるようにスロット１６を画定する。スロット１６は、本体１１の軸方向端面で軸方向に開放する。また、スロット１６は、本体１１の内部に向かって径方向でも開放する。ステータ本体１１には、歯１３の自由端付近に歯根１７が設けられてもよい。

【0028】

図２において分かるように、巻線１２は、デルタタイプの第１の三相システムａ、ｂ、ｃ及び第２の三相システムｄ、ｅ、ｆを備える。巻線１２は、スタータイプの第３の三相システムＡ、Ｂ、Ｃ及び第４の三相システムＤ、Ｅ、Ｆも備える。変形例として、異なるシステムのタイプ（デルタ又はスター）が異なってもよい。第１の三相システムａ、ｂ、ｃは第４の三相システムＤ、Ｅ、Ｆに直列に接続される。第２の三相システムｄ、ｅ、ｆは第３の三相システムＡ、Ｂ、Ｃに直列に接続される。

【0029】

各相は、連続するエナメルで覆われた銅線などの導体２０の幾つかの同心の巻回部から形成される。導体２０は、ここでは円形断面を有する。或いは、スロット１６の充填を最適化するために、導体２０は、長方形、正方形、又は、平坦形状断面を有してもよい。

【0030】

２つの異なるシステムの２つの相は、各スロット１６が対応する相の導体２０を数回受けるように、スロットの系列Ｓ１～Ｓ６と関連付けられる。１つの系列の２つの連続するスロット１６は隣り合うスロット１６によって分離され、隣り合うスロット１６のそれぞれは他の相と関連付けられるスロットの他の系列に対応する。したがって、４つの３相システムの場合、２つの関連する相の導体２０は、［４（３相システム）×３（相）］／２（スロット当たりの相）ごとに、すなわち、６スロットごとに挿入される。

【0031】

デルタ三相システムの相及びスター三相システムの相は、１つの同じ数の巻回部又は異なる数の巻回部によって形成されてもよい。この場合、デルタシステム及びスターシステムの相はそれぞれ、ステータがスロットごとに４つの導体を備えるように、２つの巻回部によって形成される。

【0032】

より正確には、図３において分かるように、第１の三相システムの第１の相「ａ」及び第３の三相システムの第１の相Ａは、スロットの１つの同じ第１の系列Ｓ１内に位置される。

【0033】

第２の三相システムの第１の相ｄ及び第４の三相システムの第１の相Ｄは、スロットの１つの同じ第２の系列Ｓ２内に位置される。

【0034】

第１の三相システムの第２の相ｂ及び第３の三相システムの第２の相Ｂは、スロットの１つの同じ第３の系列Ｓ３内に位置される。

【0035】

第２の三相システムの第２の相ｅ及び第４の三相システムの第２の相Ｅは、スロットの１つの同じ第４の系列Ｓ４内に位置される。

【0036】

第１の三相システムの第３の相ｃ及び第３の三相システムの第３の相Ｃは、スロットの１つの同じ第５の系列Ｓ５内に位置される。

【0037】

第２の三相システムの第３の相ｆ及び第４の三相システムの第３の相Ｆは、スロットの１つの同じ第６の系列Ｓ６内に位置される。

【0038】

好ましくは、第１の三相システムの第１の相「ａ」及び第３の三相システムの第１の相Ａを受けるスロットの第１の系列Ｓ１は、第２の三相システムの第１の相ｄ及び第４の三相システムの第１の相Ｄを受けるスロットの第２の系列Ｓ２と隣り合う。

【0039】

第１の三相システムの第２の相ｂ及び第３の三相システムの第２の相Ｂを受けるスロットの第３の系列Ｓ３は、第２の三相システムの第２の相ｅ及び第４の三相システムの第２の相Ｅを受けるスロットの第４の系列Ｓ４と隣り合う。

【0040】

第１の三相システムの第３の相ｃ及び第３の三相システムの第３の相Ｃを受けるスロットの第５の系列Ｓ５は、第２の三相システムの第３の相ｆ及び第４の三相システムの第３の相Ｆを受けるスロットの第６の系列Ｓ６と隣り合う。

【0041】

更に、第３の三相システムＡ、Ｂ、Ｃ及び第４の三相システムＤ、Ｅ、Ｆはそれぞれ、ブリッジ及び／又はインバータを整流する機能を有する回路Ｐ１、Ｐ２にそれぞれ接続される。各回路Ｐ１、Ｐ２は、正端子Ｂ＋とシステムアースの間に取り付けられる。

【0042】

図４から明らかなように、第１の三相システムの相の電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃと第４の三相システムの対応する相の電圧ＶＤ、ＶＥ、ＶＦとの間の電気角差はゼロである。

【0043】

したがって、第１の三相システムの第１の相の電圧Ｖａと第４の三相システムの第１の相の電圧ＶＤとの間の電気角差はゼロである。第１の三相システムの第２の相の電圧Ｖｂと第４の三相システムの第２の相の電圧ＶＥとの間の電気角差はゼロである。

【0044】

第１の三相システムの第３の相の電圧Ｖｃと第４の三相システムの第３の相の電圧ＶＦとの間の電気角差はゼロである。

【0045】

更に、第２の三相システムの相の電圧Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆと第３の三相システムの対応する相の電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣとの間の電気角差はゼロである。

【0046】

したがって、第２の三相システムの第１の相の電圧Ｖｄと第３の三相システムの第１の相の電圧ＶＡとの間の電気角差はゼロである。第２の三相システムの第２の相の電圧Ｖｅと第３の三相システムの第２の相の電圧ＶＢとの間の電気角差はゼロである。第２の三相システムの第３の相の電圧Ｖｆと第３の三相システムの第３の相の電圧ＶＣとの間の電気角差はゼロである。

【0047】

図５は、本発明により、低回転速度で、電気機械の出力電流の変動を最小限に抑えながら、その強度を最大化できることを示す。実際に、１８００回転／分の速度の場合、出力電流Ｉｓは３．２Ａ程度の変動Ｖｏｎｄに関して１３２Ａに達し、一方、米国特許第７２９１９５４号明細書の文献に記載されるようなステータを備える機械の場合、機械の出力電流は３．７Ａ程度の変動に関して１２３Ａに達する。

【0048】

好適には、スラーシステムの相（第３のシステムＡ、Ｂ、Ｃ及び第４のシステムＤ、Ｅ、Ｆ）はスロット１６の開口の傍に位置され、一方、デルタシステムの相（第１のシステムａ、ｂ、ｃ及び第２のシステムｄ、ｅ、ｆ）はスロット底部１６の傍に位置される。

【0049】

これにより、最大電流を電気機械のファンにより生成される空気流に伝えるシステムの相を露出することによって機械の冷却を改善することができる。実際に、図６は、スターシステムに関する相電流ＩＹの第１の高調波Ｈ１がデルタシステムに関する相電流ＩＤｅｌｔａの高調波Ｈ１’よりも大きいことを示す。

【0050】

更に、本発明は、交流電流損失を低減できるようにする。電流ＩＤｅｌｔａに関しては第３の高調波の振幅も減少される。

【0051】

勿論、前述の説明は、単なる一例として与えられているにすぎず、様々な要素を任意の他の同等の要素と置き換える際に放置されない本発明の分野を限定するものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】