CN101873018A - 车辆驱动用旋转电机及使用该车辆驱动用旋转电机的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冷却性优良的车辆驱动用旋转电机及使用该车辆驱动用旋转电机的车辆。该车辆驱动用旋转电机具有：定子，其具有定子铁心和线圈，该定子铁心在周向形成有多个沿旋转轴方向延伸的槽，该线圈插入到所述槽中；转子，其与所述定子隔着空隙而被设置成旋转自如，其中，所述线圈由导线构成，所述线圈的线圈端部中的从所述槽突出的所述导线的突出部分的截面被成形为大致梯形形状。

Description

车辆驱动用旋转电机及使用该车辆驱动用旋转电机的车辆
技术领域
本发明涉及车辆驱动用旋转电机及通过旋转电机驱动的车辆。
背景技术
对于近来的地球暖化，使用旋转电机作为车辆驱动源的车辆的开发不断进展。存在作为车辆驱动源，仅以旋转电机、或以发动机和旋转电机为主动力的前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动的车辆。在这样的车辆中，存在旋转电机与发动机和变速器进行机械地连接，且在发动机与变速器之间或在变速器中安装旋转电机的情况。
这样的车辆驱动用旋转电机要求小型高输出。在日本特开平11-075334号公报中公开有如下的旋转电机：其具有定子铁心，该定子铁心在内周侧具备开口的多个槽，且在各槽中插入多个大致U字形状的段导体。
由于车辆驱动用旋转电机要求小型高输出，因此需要快速释放定子的热量。然而，在上述现有技术中，由于是在各个槽中插入大致U字形状的段导体的方式，因此例如当缩短轴向线圈端高度的尺寸时，存在热量的散热性下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷却性优良的车辆驱动用旋转电机。另外，本发明的目的在于提供一种使用了散热性优良的小型高输出的旋转电机的具有紧凑的动力传动系的车辆。
附图说明
图1是示出包括本发明的实施方式的旋转电机的旋转电机装置的整体结构的剖面图。
图2是示出本发明的实施方式的旋转电机的结构的立体图。
图3A、3B是本发明的实施方式的旋转电机的线圈端部的立体图。
图4A、4B、4C是本发明的实施方式的旋转电机的线圈端部的剖面立体图。
图5是本发明的实施方式的旋转电机的具备B字形状的绝缘体的线圈端部的剖面立体图。
图6A、6B是示出本发明的实施方式的旋转电机的大致梯形形状的线圈成形方法。
图7是示出搭载本发明的一实施方式的旋转电机的车辆的第一结构的框图。
图8是示出搭载本发明的一实施方式的旋转电机的车辆的第二结构的框图。
图9是示出搭载本发明的一实施方式的旋转电机的混合动力汽车中的发动机、旋转电机、变速器的第一配置例的框图。
图10是示出搭载本发明的一实施方式的旋转电机的混合动力汽车中的发动机、旋转电机、变速器的第二配置例的框图。
符号说明：
10  转子
12  轴
14A、14B  轴承
18  永久磁铁
20  定子
21  定子铁心
28  间隙
50  壳体
60  线圈端部
130  箱体
140  泵
150  积存部
153  制冷剂通路
154A、154B  制冷剂出口
300  大致梯形形状
610、630  凹模
620  凸模
BA  供电充电用蓄电池
ENG  发动机
FW  前轮侧驱动轮
PC  电力变换装置
RF  制冷剂
RM  旋转电机
RW  后轮侧驱动轮
TM  变速器
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式的旋转电机进行说明。
本实施方式中说明的旋转电机适用于机动车的驱动用电动机，其尽管小型高输出但冷却性优良。并且能够使用截面为大致矩形形状的导体，能够提高槽内的占空系数，因此提高了旋转电机的效率。
在现有的旋转电机中，使用导体截面为大致矩形形状的导体来实现小型化，但是当热量最多的线圈端部的轴向高度缩短时，存在热量的散热性降低，结果旋转电机的冷却效率变差的问题。
本实施方式的旋转电机通过将线圈端部的线圈截面的一部分形成为大致梯形形状，在不使现有的线圈端高度尺寸变高的情况下就使旋转电机的定子的热量快速释放掉，提高作为旋转电机的冷却性能。
以下，使用图1至图2，对本发明的一实施方式的旋转电机的结构进行说明。
图1是示出包括本发明的一实施方式的旋转电机的旋转电机装置的整体结构的剖面图。本实施方式中说明的旋转电机RM是混合动力汽车用的旋转电机。旋转电机RM搭载在发动机与变速器之间或搭载在变速器中，并且旋转电机RM要求小型高输出。因此，温度上升成为问题，需要将作为车辆的主动力使用的旋转电机RM的定子铁心或线圈所产生的热量快速释放掉。
旋转电机RM的周围由箱体130包围。在此，当旋转电机RM配置在发动机与变速器之间时，箱体130由发动机的箱体和变速器的箱体构成。另外，当旋转电机RM搭载在变速器中时，箱体130由变速器的箱体构成。
旋转电机RM是永久磁铁内置型的三相同步电动机。通过向定子线圈供给大电流(例如400A)的三相交流电，旋转电机RM作为电动机进行工作。另外，当旋转电机RM由发动机驱动时，其作为发电机而起作用，输出三相交流的发电电力。在作为发电机进行工作时，从定子线圈输出的电流比作为电动机工作时小(例如100A)。另外，本例中使用的旋转电机RM是旋转轴方向的厚度比外径小的扁平型的旋转电机。
旋转电机RM具备转子10、定子20、壳体50。转子10隔着间隙配置在定子20的内周侧。转子10固定在轴12上。轴12的两端由轴承14A、14B支承，从而轴12能够旋转。壳体50通过例如冲裁加工而形成为圆筒状，定子20由壳体保持。即，定子20的外周固定在壳体50的内周。壳体50的外周固定在箱体130的内周侧。
在箱体130的底部(将旋转电装置搭载在车辆上的情况的铅垂方向)形成有制冷剂RF的积存部150。例如使用绝缘油作为制冷剂RF。定子20的下部侧的一部分浸渍在积存部150中积存的制冷剂RF中。泵(未图示)吸引积存部150中积存的制冷剂RF，并使其经由制冷剂通路152从在箱体130的上部形成的制冷剂出口154A、154B喷出。制冷剂出口154A、154B设置在定子20的定子线圈两端部(线圈端部)的上部。另外，在定子的周向多个部位设置有制冷剂出口154A、154B。
从制冷剂出口154A、154B喷出的制冷剂RF直接喷到定子线圈的两端的线圈端部60(包括图2所示的线圈端部60A、60B)上，对定子线圈的线圈端部60进行冷却。带走定子20的热量的制冷剂RF积存到箱体130的下部，在此，利用泵使该制冷剂RF强制地通过制冷剂通路152进行循环，并再次从制冷剂出口154A、154B喷出，对定子20进行冷却。
如图2所示，旋转电机RM具备转子10和定子20。
转子10具备转子铁心16和插入到该转子铁心16上形成的孔内的永久磁铁18。永久磁铁18也可以使用每一极不是一个而是分割成多个的磁铁。
在定子20和定子铁心21上，U相、V相、W相定子线圈分别以分布卷绕的方式构成。
由于旋转电机RM搭载在发动机与变速器之间或搭载在变速器中，因此要求旋转电机RM小型高输出。因此，温度上升成为问题，需要将作为车辆的主动力使用的旋转电机RM的定子铁心21或线圈所产生的热量快速释放掉。
如图3A、3B所示，在线圈端部60A、60B中，从设置在定子铁心21上的槽25突出的导线的突出部分的截面形成为大致梯形形状300，由此，增加定子铁心21及线圈与制冷剂RF接触的接触面积，从而提高定子铁心21或线圈所产生的热量的散热性。
在此，所谓大致梯形形状300是通过对平角导线进行线圈成形而使相面对的一组边为大致平行的四边形，并将大致平行的两条对边分别作为上底和下底。例如，作为大致梯形形状300，包括等腰梯形。
图4A表示将导线截面不为大致梯形形状时的线圈端部的立体图作为比较例。图4B表示导线截面为大致梯形形状时的线圈端部的立体图。图4C表示导线截面为大致梯形形状，且使导线在旋转电机的旋转方向上交替错开而构成的线圈端部的立体图。
图4A所示的比较例的情况下，制冷剂RF通过间隙28而对线圈进行冷却。然而，这种情况下线圈的各导线与制冷剂RF接触的接触面积少而无法有效发挥热的传导。图4B、4C所示的结构的情况，制冷剂RF与线圈的各导线接触的接触面积增加而能够有效地传导由线圈产生的热量，提高冷却效率。在此，如图1所示，制冷剂RF的喷出口(制冷剂出口154A、154B)设置在制冷剂RF与构成线圈端部60A、60B的线圈的突出部分接触的位置。
如图5所示，以夹在两条导线之间的方式设置绝缘体200，该两条导线在相同的槽25内相邻。绝缘体200从相邻的两条导线之间的夹持部900围绕径向内侧(图5中下侧)的导线，而且，沿与围绕在下侧的导线上的部分相同方向围绕径向外侧(图5中上侧)的导线的周围，绝缘体200的一个端部在夹持部900中以夹在绝缘体200的一个面与下侧的导线之间的方式进行固定。绝缘体200的另一个端部在夹持部900中以夹在绝缘体200的另一个面与上侧的导线之间的方式进行固定。绝缘体200例如是绝缘纸。在夹持部900中，形成围绕下侧的导线的绝缘纸的部分与围绕上侧的导线的绝缘纸的部分相互重叠的重叠部。尤其，如最近机动车驱动用的旋转电机所示，使用电压超过100V，且根据情况不同也存在施加400V或600V的电压的情况，而如上所述，通过将导线截面形成为大致梯形形状且使各导线在旋转电机的旋转方向上交替错开，能够提高线圈的各导线间的可靠性，从而进一步提高冷却性。
图6A、6B示出将导线形成为大致梯形形状的成形方法。
图6A示出将单一的导线成形为大致梯形形状的情况。通过凹模610和凸模620包夹导线，将导线的截面成形为沿模具的形状的大致梯形形状。如此，将导线成形为大致梯形形状300，插入到定子铁心21中。
图6B示出将多个导线成形为大致梯形形状的情况。通过凹模630包夹多条导线，将各导线的截面成形为沿模具的形状的大致梯形形状。将形成为大致梯形形状300的导线插入定子铁心21。通过所述模具能够将构成线圈的各导线成形为再现性优良的大致梯形形状。
从制冷剂出口154A、154B喷出的制冷剂RF从间隙28直接喷到定子线圈的线圈端部60A、60B上，通过将从定子铁心21的槽25突出的导线部分成形为大致梯形形状300，能够增加线圈与制冷剂RF的接触面积，能够提高冷却性能。
另外，在定子20的清漆涂敷工序中，在所述线圈的线圈端部60A、60B涂敷清漆，通过将从槽25突出的导线部分成形为大致梯形形状300而使线圈的表面积增加，由此增加清漆的附着量，提高从定子20发热的冷却效率，能够降低定子20的温度上升。
如以上说明所述，在本实施方式中，定子线圈所产生的热量经由清漆向定子铁心21传导。由于与空气层相比，清漆层更容易传导热量，因此定子20的冷却效率提高，即使旋转电机小型化，也能够得到温度上升也低、性能不会下降、寿命长的旋转电机。并且，由于能够增加清漆的填充量，因此能够提高电绝缘耐力。
使用图7，对搭载本实施方式的旋转电机的车辆的第一结构进行说明。图7是以四轮驱动为前提的混合动力汽车的动力传动系。
作为前轮侧的主动力，具有发动机ENG和旋转电机RM。发动机ENG和旋转电机RM产生的动力由变速器TM变速，将动力传递给前轮侧驱动轮FW。另外，在后轮的驱动中，配置在后轮侧的旋转电机RM’与后轮侧驱动轮RW机械地连接，传递动力。
旋转电机RM进行发动机ENG的起动，并且，根据车辆的行驶状态，对驱动力的产生和回收车辆减速时的能量作为电能的发电力的产生进行切换。旋转电机RM的驱动、发电动作通过电力变换装置PC进行控制，以与车辆的运转状况对应，使转矩及转速适当。从蓄电池BA经由电力变换装置PC供给旋转电机RM的驱动所需的电力。并且，旋转电机RM进行发电动作时，经由电力变换装置PC向蓄电池BA补充电能。
在此，作为前轮侧的动力源的旋转电机RM配置在发动机ENG与变速器TM之间，具有图1～图6中说明的结构。作为后轮侧的驱动力源的旋转电机RM’可以使用同样的旋转电机，也可以使用其它通常结构的旋转电机。
此外，在图7的结构中，不安装后轮驱动侧旋转电机RM’而不将后轮作为驱动轮，由此成为前轮驱动混合动力汽车的结构。
图8示出以后轮驱动为前提的混合动力汽车的动力传动系。
在前轮侧具有发动机ENG和旋转电机RM作为主动力，使用变速器TM对发动机ENG和旋转电机RM产生的动力进行变速，并将动力传递给后轮侧驱动轮RW。
旋转电机RM进行发动机ENG的起动，并且，根据车辆的行驶状态，对驱动力的产生和回收车辆减速时的能量作为电能的发电力的产生进行切换。旋转电机RM的驱动、发电动作通过电力变换装置PC进行控制，以与车辆的运转状况对应，使转矩及转速适当。从蓄电池BA经由电力变换装置PC供给旋转电机RM的驱动所需的电力。并且，旋转电机RM进行发电动作时，经由电力变换装置PC向蓄电池BA补充电能。
在此，作为后轮侧的动力源的旋转电机RM配置在发动机ENG与变速器TM之间，具有图1～图6中说明的结构。
并且，在图8所示的动力传动系中，如通常的机动车所示，通过增加从变速器的输出部向前轮侧传递动力的机构而成为四轮驱动车的结构。
接下来，使用图9及图10，对搭载本实施方式的旋转电机的混合动力汽车中的发动机ENG、旋转电机RM、变速器TM的配置进行说明。
图9是示出搭载本发明的一实施方式的旋转电机的混合动力汽车中的发动机ENG、旋转电机RM、变速器TM的第一配置例的框图。图10是示出搭载本发明的一实施方式的旋转电机的混合动力汽车中的发动机ENG、旋转电机RM、变速器TM的第二配置例的框图。
混合动力汽车中的发动机ENG、旋转电机RM、变速器TM的配置大体分为两种。
第一，如图9所示，发动机ENG、旋转电机RM、变速器TM分别独立构成，且在发动机ENG与变速器TM之间机械地连接有旋转电机RM，变速器TM的输出被传递给驱动轮WH。
第二，如图10所示，发动机ENG和变速器TM独立构成并机械地连接，在变速器TM内部搭载有旋转电机RM且变速器TM与旋转电机RM机械地连接。变速器TM的输出被传递给驱动轮WH。
在以上的结构中，作为驱动轮WH的动力源的旋转电机RM具有图1～图6中说明的结构。
如以上说明所示，根据本发明的一实施方式，能够提供一种冷却性优良的旋转电机。另外，能够提供一种使用了散热性优良的小型高输出的旋转电机的具有紧凑的动力传动系的车辆。

Claims (9)

1.一种车辆驱动用旋转电机，该车辆驱动用旋转电机具有：
定子，其具有定子铁心和线圈，该定子铁心在周向形成有多个沿旋转轴方向延伸的槽，该线圈插入到所述槽中；
转子，其与所述定子隔着空隙而被设置成旋转自如，
所述线圈由导线构成，所述线圈的线圈端部中的从所述槽突出的所述导线的突出部分的截面被成形为大致梯形形状。
2.根据权利要求1所述的车辆驱动用旋转电机，其中，
所述车辆驱动用旋转电机还具备所述制冷剂的喷出口，该制冷剂的喷出口设置在制冷剂与所述突出部分接触的位置。
3.根据权利要求1所述的车辆驱动用旋转电机，其中，
所述车辆驱动用旋转电机具有重叠部，还具备插入所述槽中的绝缘纸。
4.根据权利要求1所述的车辆驱动用旋转电机，其中，
所述导线为平角线，通过模具将所述突出部分的截面成形为大致梯形形状。
5.根据权利要求1所述的车辆驱动用旋转电机，其中，
所述定子由通过冲压加工而形成为圆筒状的壳体保持。
6.一种车辆，该车辆具有发动机和旋转电机作为驱动轮的驱动源，所述发动机和所述旋转电机的动力通过变速器变速而向所述驱动轮传递动力，其中，
所述旋转电机具有：定子，其具有定子铁心和线圈，该定子铁心在周向形成有多个沿旋转轴方向延伸的槽，该线圈插入到所述槽中；转子，其与所述定子隔着空隙而被设置成旋转自如，
所述线圈由导线构成，所述线圈的线圈端部中的从所述槽突出的所述导线的突出部分的截面被成形为大致梯形形状。
7.根据权利要求6所述的车辆，其中，
所述发动机、所述旋转电机、所述变速器分别独立构成，在所述发动机与所述变速器之间机械地连接有所述旋转电机。
8.根据权利要求6所述的车辆，其中，
所述发动机和所述变速器独立构成，所述发动机与所述变速器机械地连接，
所述变速器的内部搭载有所述旋转电机且所述变速器与所述旋转电机机械地连接。
9.根据权利要求6所述的车辆，其中，
所述旋转电机具备第一旋转电机和第二旋转电机，
所述车辆具有所述发动机和所述第一旋转电机作为前轮侧驱动轮的驱动源，所述发动机和所述第一旋转电机的动力通过所述变速器变速而向所述前轮侧驱动轮传递动力，
所述第二旋转电机作为后轮侧驱动轮的驱动源而发挥功能。
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