CN104852520B - 旋转电机单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转电机单元，其同时满足驱动用马达及发电用发电机的不同需求特性，且生产性较高。定子线圈(15A)具有收纳于规定数量的槽(14A)的外周侧的外周侧绕组部(51)及收纳于规定数量的槽(14A)的内周侧的内周侧绕组部(52)，外周侧绕组部(51)与内周侧绕组部(52)共享槽(14A)，从定子铁心(13A)、(13B)的另一面13d侧的角度来看，内周侧绕组部(52)配置为相对于外周侧绕组部(51)向规定方向至少错开一个槽。发电机(10A)配置为使内周侧绕组部(52)相对于外周侧绕组部(51)错开的方向与能量回收时产生的发电转矩方向相同，马达(10B)配置为使内周侧绕组部(52)相对于外周侧绕组部(51)错开的方向与驱动时产生的驱动转矩方向相反。

Description

旋转电机单元
技术领域
本发明涉及一种包括驱动用马达与发电用发电机两个旋转电机的旋转电机单元。
背景技术
现有技术中，作为一种混合动力系统，公开了一种混合动力汽车的驱动装置，其包括驱动用马达与发电用马达两个马达，以提高燃油效率(例如，参见专利文献1)。在这样的驱动装置中，为了提高生产性，有时会使用具有如下特点的驱动马达和发电用马达：其以相同的方式卷绕定子槽内的线圈，包含槽内的线圈配置的定子的轴向剖面、即电磁部的剖面形状相同。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开专利WO2009/128288说明书
发明内容
发明要解决的课题
但是，混合动力系统中使用的驱动用马达及发电用马达分别需要具有不同的特性。即，为了提高加速性能，驱动用马达需要高转矩，另一方面，为了提高静音性，发电用马达需要抑制转矩脉动。但是，当使用电磁部的剖面形状相同的驱动用马达与发电用马达的情况下，难以满足两种特性，需要设定处于两者中间的特性。另一方面，可以考虑使用电磁部的剖面形状不同的驱动用马达与发电用马达，但这会成为增加成本的主要原因，故不理想。
本发明就是鉴于上述课题而做出的发明，其目的在于提供一种旋转电机单元，其同时满足驱动用马达及发电用发电机的不同需求特性，且生产性高。
发明要解决的课题
为了达成上述目的，技术方案1中的发明为一种旋转电机单元(例如，后述实施方式中的旋转电机单元10)，其包括驱动用马达(例如，后述实施方式中的马达10B)及发电用发电机(例如，后述实施方式中的发电机10A)两个旋转电机，其特征在于，
所述各旋转电机具有定子(例如，后述实施方式中的定子12A及定子12B)，其中，所述定子包括:定子铁心(例如，后述实施方式中的定子铁心13A及定子铁心13B)，其中，沿轴向贯穿的多个槽(例如，后述实施方式中的槽14A、14B)以等间隔配置在该定子铁心的圆周方向上；以及多相的定子线圈(例如，后述实施方式中的定子线圈15A、15B)，其以分布式绕组的方式分别配置在所述多个槽内，
所述各相的定子线圈具有：外周侧绕组部(例如，后述实施方式中的外周侧绕组部51)，其被收纳于规定数量的所述槽的外周侧；和内周侧绕组部(例如，后述实施方式中的内周侧绕组部52)，其被收纳于规定数量的所述槽的内周侧，
所述外周侧绕组部与所述内周侧绕组部共享所述槽，并且从轴向的一侧(例如，后述实施方式中的定子铁心13A、13B的另一面13d侧)的角度来看，所述内周侧绕组部配置为相对于所述外周侧绕组部向规定方向(例如，后述实施方式中的顺时针方向)至少错开一个槽，
所述驱动用马达的所述定子线圈的错开方向与转矩方向相反，
所述发电用发电机的所述定子线圈的错开方向与转矩方向相同。
技术方案2中的发明除了具有技术方案1的结构外，其特征在于，所述驱动用马达的所述定子与所述发电用发电机的所述定子在同一旋转轴线上彼此相向配置。
技术方案3中的发明除了具有技术方案1或2的结构外，其特征在于，所述定子线圈由线圈段(例如，后述实施方式中的线圈段20)构成，
向所述驱动用马达及所述发电用发电机的所述定子线圈供电的配电部件(例如，后述实施方式中的配电部件24A、24B)在轴向上配置于所述驱动用马达与所述发电用发电机之间。
发明的效果
根据技术方案1的发明，由于在驱动用马达与发电用发电机上使用具有相同的电磁部的剖面形状的定子，因而能够提高生产性，且能够同时满足驱动用马达与发电用发电机的不同转矩特性。
根据技术方案2的发明，只改变定子的配置，即可通过现有的控制方法，将具有相同的电磁部的剖面形状的定子用于驱动用马达与发电用发电机，且能够同时满足不同转矩特性。
根据技术方案3的发明，通过将配电部件配置到驱动用马达与发电用发电机之间，可以使驱动用马达与发电用发电机共享配电部件，从而控制了成本。
附图说明
图1为本发明中的旋转电机单元的定子的立体图。
图2为图1所示的定子的纵剖面图。
图3为构成定子线圈的线圈段的立体图。
图4为从线圈段的连接部侧的角度看发电用发电机及驱动用马达的图。
图5为图2所示的发电用发电机的V-V线剖面图及驱动用马达的V’-V’线剖面图。
图6中，(a)为发电用发电机的定子的立体图，(b)为驱动用马达的定子的立体图。
图7中，(a)为驱动用马达及发电用发电机的转矩特性，(b)为示出驱动用马达及发电用发电机的转矩与脉动之关系的图表。
符号说明
10……旋转电机单元
10A……发电机(发电用发电机，旋转电机)
10B……马达(驱动用马达，旋转电机)
12A、12B……定子
13A、13B……定子铁心
14、14A、14B……槽
15A、15B、15Au、15Av、15Aw、15Bu、15Bv、15Bw……定子线圈
20、20u、20v、20w……线圈段
24A、24B……配电部件
51……外周侧绕组部
52……内周侧绕组部
具体实施方式
下面，基于附图来说明本发明的一个实施方式中的旋转电机单元。此外，附图按照符号的朝向来看。
如图1及图2所示，本实施方式的旋转电机单元10具有收纳于机壳11内且在轴向上相向配置的发电机10A与马达10B。发电机10A与马达10B具有定子12A、12B，及旋转自如地配置在定子12A、12B的内侧的转子40A、40B(参见图5)。
发电机10A的定子12A包括：定子铁心13A，在其圆周方向上以指定间隔配置有沿轴向贯穿的多个槽14A；和多相(例如，U相，V相，W相)定子线圈15A(15Au，15Av，15Aw)，其被收纳于槽14A。马达10B的定子12B包括：定子铁心13B，在其圆周方向上以指定间隔配置有沿轴向贯穿的多个槽14B；和多相(例如，U相，V相，W相)定子线圈15B(15Bu，15Bv，15Bw)，其被收纳于槽14B。
在图2中，机壳11构成为具有左箱11a、中箱11b及右箱11c。通过使螺栓16插通螺栓孔17b，将定子铁心13A固定于中箱11b，其中，所述螺栓孔17b设置于定子铁心13A的向径向突出的多个安装部17a上。另外，同样地，通过使螺栓16插通螺栓孔17b，将定子铁心13B固定于右箱11c，其中，所述螺孔17b设置于定子铁心13B的向径向突出的多个安装部17a上。
发电机10A及马达10B为分段线圈型的旋转电机，如图3所示，定子线圈15A、15B具有多个大致呈U形的线圈段20，该线圈段20由一对脚部21i、21o、和在一边的端部连接两脚部21i、21o的连接部22构成。多个线圈段20按照指定条数，以将较宽的面相对的方式，将剖面为长方形的导线(扁线)排列成1排作为一束，插入各槽14A、14B。另外，连接部22的中央沿排列方向形成弯曲成S形的S形弯曲部23，以分别使一边的脚部21i插入槽14A、14B的径向内侧的部分，另一边的脚部21o插入另外的槽14A、14B的径向外侧的部分。
并且，亦如图5所示，在定子线圈15A、15B中，在多个连接部22配置在定子铁心13A、13B的一个面13c侧的状态下，一对脚部21i、21o以穿过槽14A、14B突出出来的方式配置，将从槽14A、14B突出出来的脚部21i、21o的突出部分21a向圆周方向弯曲，在定子铁心13A、13B的另一面13d侧接合相对应的脚部，从而以分布式绕组来构成定子线圈15A、15B。
具体而言，如图5所示，以U相的定子线圈15Au、15Bu为例来进行说明，例如，一对线圈段20u1从定子铁心13A、13B的一个面13c侧挿入，一对线圈段20u1的一边的脚部21i配置在相邻的两个槽14A、14B的内周侧，同时，一对线圈段20u1的另一边的脚部21o插入两个槽14A、14B的外周侧，其中，该两个槽14A、14B从插入了一边的脚部21i的槽14A、14B沿顺时针方向分别离开5个槽的距离。
进一步，另外一对线圈段20u2的一边的脚部21i插入两个槽14A、14B的内周侧，该两个槽14A、14B相对于一对线圈段20u1的另一边的脚部21o插入其外周侧的两个槽14A、14B沿顺时针方向错开一个槽。同时，一对线圈段20u2的另一边的脚部21o插入两个槽14A、14B的外周侧，其中，该两个槽14A、14B从插入了一边的脚部21i的槽14A、14B沿顺时针方向分别离开5个槽。以下，同样将12对线圈段20u插入定子铁心13A、13B所对应的各槽14A、14B。
然后，使向定子铁心13A、13B的另一面13d侧突出的各线圈段20u的脚部21i、21o在圆周方向上弯曲，并连接对应的脚部，各线圈段20u连接为环状，从而形成分布式绕组形式的U相的定子线圈15Au、15Bu。
通过这样连接，U相的定子线圈15Au、15Bu具备收纳于规定数量的槽14A、14B外周侧的外周侧绕组部51、和收纳于规定数量的槽14A、14B内周侧的内周侧绕组部52。并且，外周侧绕组部51与内周侧绕组部52共享一个槽14A、14B，并且内周侧绕组部52相对于外周侧绕组部51沿顺时针方向错开一个槽而配置。即，各线圈段20u的一边的脚部21i形成内周侧绕组部52，另一脚部21o形成外周侧绕组部51，且内周侧绕组部52相对于外周侧绕组部51沿顺时针方向错开一个槽而配置。
然后，以与U相的12对线圈段20u相同的方法，将V相的12对线圈段20v及W相的12对线圈段20w插入槽14A、14B，将从槽14A、14B突出的脚部21i、21o在圆周方向上弯曲，对应连接相应的脚部21i、21o形成V相、W相的定子线圈15Au、15Aw、15Bu、15Bw。
由此，V相的定子线圈15Av、15Bv及W相的定子线圈15Aw、15Bw也与U相的定子线圈15Au、15Bu同样，具有收纳于规定数量的槽14A、14B外周侧的外周侧绕组部51、和收纳于规定数量的槽14A、14B内周侧的内周侧绕组部52，外周侧绕组部51与内周侧绕组部52共享一个槽14A、14B，并且，在图6中，内周侧绕组部52相对于外周侧绕组部51沿顺时针方向错开一个槽配置。
此外，发电机10A的定子12A及马达10B的定子12B除了轴向长度(层积厚度)不同外具有相同的结构。即，定子12A、12B的定子铁心13A、13B的轴向宽度不同，与此相对应，线圈段20的脚部21的轴向长度不同，但包括上述定子线圈15A、15B的卷绕方法等在内其他的构成都相同。
但定子12A、定子12B的轴向长度也可以相同，此时，定子12A、12B构成为同一定子。
另外，在定子铁心13A、13B的另一面13d上配置有配电部件24A、24B，其用于连接各相的对应线圈段20的脚部21，及连接中间点。配电部件24A、24B中，弯曲形成有分别具有导电性的多个长条金属板，配电部件24A、24B延伸至比线圈段20彼此之间的接合部分21b更靠轴向外侧而配置。
如图6所示，从定子铁心13A、13B的另一面13d侧的角度来看时，配电部件24A、24B配置在相对于通过定子12A、12B的旋转轴线O且沿垂直方向延伸的线段VL的右侧，同时配置在通过定子12A、12B的旋转轴线O且沿水平方向延伸的线段HL的上方。
并且，定子12A、12B配置为：使配置有对应的线圈段20彼此间的脚部21的接合部分21b的一侧、即定子铁心13A、13B的另一面13d彼此相对。
由此，如图2所示，配电部件24A、24B在旋转轴线方向上配置于定子12A与定子12B之间，同时在周向上间隔配置。
另外，如图1及图2所示，机壳11的上部设置有电源端子台28A、28B，电源端子台28A经由3条(U相、V相、W相)配线部件31A，与定子12A的定子线圈15A电连接，电源端子台28B经由3条(U相、V相、W相)配线部件31B，与定子12B的定子线圈15B电连接。
与配电部件24A、24B同样地，在从定子铁心13A、13B的另一面13d侧的角度来看时，配线部件31A、31B配置在相对于线段VL的右侧，且配置在线段HL的上方。
并且，通过使定子12A、12B的定子铁心13A、13B的另一面13d彼此相对配置，配线部件31A、31B与配电部件24A、24B同样地，在旋转轴线方向上配置在定子12A与定子12B之间(参见图2)。另外，在从旋转轴线方向的角度来看时，配线部件31A、31B分开配置在相对于通过定子12A、12B的旋转轴线O沿垂直方向延伸的线段VL的两侧，且配置在通过定子12A、12B的旋转轴线O沿水平方向延伸的线段HL的上方(参见图1)。
配线部件31A、31B分别具有导线26U、26V、26W及连接端子27U、27V、27W。配线部件31A、31B的各连接端子27U、27V、27W与设置在电源端子台28A、28B的内部连接部29A、29B上的端子(未图示)连接。另外，从机壳11向外部突出的电源端子台28A、28B的外部连接部30A、30B上配置有与内部连接部29A、29B的端子传导的外部端子(未图示)，经由未图示的导电线缆与外部设备连接。
另外，如图5所示，转子40A、40B夹隔间隙可旋转地配置于定子12A、12B的内侧，且具有：转子铁芯41A、41B，其叠层多个相同形状的圆板状电磁钢板而形成；和多个永久磁铁43A、43B，其利用填充材料分别填埋入设置于转子铁芯41A、41B上的多个磁铁挿入孔42A、42B而成。
多个磁铁挿入孔42A、42B以指定间隔形成为朝向转子铁芯41A、41B的外周方向打开的大致V形，各永久磁铁43A、43B边针对每一对磁铁挿入孔42A、42B改变磁极的朝向，边分别插入各磁铁挿入孔42A、42B。另外，相邻的一对磁铁挿入孔42A、42B之间设置有用于防止磁短路的空隙44A、44B。
如果使这样构成的发电机10A的转子40A旋转，则通过与转子40A的旋转方向相反的方向上产生的发电转矩，在定子线圈15A产生回馈电力，从而起到发电机的作用。另外，如果向马达10B的定子线圈15B供给电流，则转子40B会产生驱动转矩，从而起到马达的作用。
这里，在本实施方式中，发电机10A配置为使内周侧绕组部52相对于外周侧绕组部51错开的方向与能量回馈时产生的发电转矩方向为相同的方向；马达10B配置为使内周侧绕组部52相对于外周侧绕组部51错开的方向与驱动产生的驱动转矩方向为相反方向。
即，如图7(a)所示，如上所述，卷绕有定子线圈的旋转电机的驱动转矩特性随着产生的驱动转矩的方向而不同。例如，当向定子线圈供给电流，从而产生与定子线圈的错开方向(内周侧绕组部52相对于外周侧绕组部51的错开方向)相反的方向(图5中箭头CCW方向)的驱动转矩时，驱动转矩特性呈曲线Ta；产生与定子线圈的错开方向相同的方向(图5中箭头CW方向)的驱动转矩时，驱动转矩特性呈曲线Tb。曲线Ta的最大转矩比曲线Tb的最大转矩大约5％，可提高加速性能，优选用作汽车的驱动用马达10B。
另外，如图7(b)所示，如上所述，卷绕有定子线圈的旋转电机的转矩特性(脉动的大小)随转子的旋转方向而不同。使定子线圈产生与定子线圈的错开方向相同的方向(图5中为箭头CW方向)的发电转矩时的转矩特性为曲线Tc，产生与定子线圈的错开方向相反的方向(图5中为箭头CCW方向)的发电转矩时的转矩特性变为曲线Td。曲线Tc的转矩特性与曲线Td的转矩特性相比，脉动降低大约40％，优选用作追求静音性的发电用发电机10A。
因此，通过在发电机10A中产生与定子线圈15A的错开方向相同的方向的发电转矩，在马达10B中产生与定子线圈15B的错开方向相反的方向的驱动转矩，具有相同电磁部剖面形状的旋转电机能够满足发电机10A与马达10B的不同需求特性。
并且，在如图2所示的本实施方式的发电机10A及马达10B的配置中，转子40A的发电时的旋转方向R1与转子40B的驱动时的旋转方向R2相反。
如上说明所示，根据本实施方式中的旋转电机单元10，多相的定子线圈15的各相分别具有收纳于规定数量的槽14的外周侧的外周侧绕组部51及收纳于规定数量的槽14的内周侧的内周侧绕组部52，外周侧绕组部51与内周侧绕组部52共享槽14，内周侧绕组部52配置为相对于外周侧绕组部51沿指定方向至少错开一个槽。并且，发电机10A配置为内周侧绕组部52相对于外周侧绕组部51错开的方向与能量回馈时产生的发电转矩方向相同，马达10B配置为内周侧绕组部52相对于外周侧绕组部51错开的方向与驱动时产生的驱动转矩方向相反。由此，通过在发电机10A与马达10B中使用具有相同的电磁部剖面形状的定子12A、12B，即使在发电机10A与马达10B的轴向长度不同的情况下，定子线圈15A、15B的卷绕方式相同，制作变得容易，能够提高生产性。另外，能够同时满足发电机10A与马达10B需求不同的转矩特性。
另外，由于发电机10A的定子12A与马达10B的定子12B在同一轴线上彼此相对配置，故只需改变定子12A、12B的配置，通过现有的控制方法，即可将具有相同的电磁部剖面形状的定子12A、12B用于发电机10A与马达10B，且能够同时满足不同转矩特性。
而且，通过将配电部件24A、24B在轴向上配置到发电机10A与马达10B之间，可以将配电部件24A、24B作为共用部件，从而可以削减部件数量，控制成本。
此外，本发明并非仅限于上述实施方式，可以适当进行变形、改良等。虽然以混合动力汽车作为适用车辆进行了说明，但是本发明并不限于此，例如，也可以是仅以马达为驱动源的电动汽车。
另外，虽然说明了由线圈段形成的定子线圈，但是并不限于此，只要是相同的卷绕方式，可以采用任意的线圈。
而且，在本实施方式中，各配电部件在轴向上配置于驱动用马达与发电用发电机之间，但是本发明并不限于此，例如，各配电部件在轴向上亦可配置在相对于各自的定子铁心的同一侧。

Claims (3)

1.一种旋转电机单元，其具有驱动用马达和发电用发电机两个旋转电机，其特征在于，
所述各旋转电机具有定子，其中，所述定子包括：定子铁心，其中，沿轴向贯穿的多个槽以等间隔配置在该定子铁心的圆周方向上；以及多相的定子线圈，其以分布式绕组的方式分别配置在所述多个槽内，
所述各相的定子线圈具有：外周侧绕组部，其被收纳于规定数量的所述槽的外周侧；和内周侧绕组部，其被收纳于规定数量的所述槽的内周侧，
所述外周侧绕组部与所述内周侧绕组部共享所述槽，并且从轴向一侧的角度来看，所述内周侧绕组部相对于所述外周侧绕组部向规定方向至少错开一个槽而配置，从而使得，旋转电机的最大转矩随着转矩方向而不同，
所述发电用发电机与所述驱动用马达中使用具有相同的电磁部剖面形状的定子，
所述驱动用马达的所述定子线圈的错开方向与转矩方向相反，
所述发电用发电机的所述定子线圈的错开方向与转矩方向相同。
2.根据权利要求1所述的旋转电机单元，其特征在于，
所述驱动用马达的所述定子与所述发电用发电机的所述定子在同一旋转轴线上彼此相向配置。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机单元，其特征在于，
所述定子线圈由线圈段构成，
向所述驱动用马达及所述发电用发电机的所述定子线圈供电的配电部件在轴向上配置于所述驱动用马达与所述发电用发电机之间。
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