CN112470369B - 旋转电机的定子 - Google Patents
旋转电机的定子 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112470369B CN112470369B CN201980048856.7A CN201980048856A CN112470369B CN 112470369 B CN112470369 B CN 112470369B CN 201980048856 A CN201980048856 A CN 201980048856A CN 112470369 B CN112470369 B CN 112470369B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- stator
- portions
- magnet
- radial direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
作为与支承为旋转自如的转子(40)同轴地配置的定子(50)的旋转电机的定子包括:圆环状的定子铁芯(52);以及由绝缘膜(82b)覆盖的多相的定子绕组(51)。定子绕组具有相对于上述转子的磁体部(42)沿旋转电机的旋转轴的径向相对的磁体相对部(83);以及在比磁体相对部更靠旋转轴的轴向外侧的位置处将同相的磁体相对部彼此连接的拐弯部(84)。设置于轴向的两侧的拐弯部中的至少一个是散热促进拐弯部(841)。散热促进拐弯部设置成异相的散热促进拐弯部彼此沿轴向部分地重叠,并相对于磁体相对部沿径向突出。沿轴向重合的异相的散热促进拐弯部包括:设置于在轴向上最靠近定子铁芯的位置的最内层拐弯部(841U);以及设置于在轴向上比最内层拐弯部远离定子铁芯的位置的外层拐弯部(841V、841W)。最内层拐弯部朝径向的突出量是与外层拐弯部朝径向的突出量不同的突出量。
Description
相关申请的援引
本申请以2018年7月25日申请的日本专利申请2018-139470号专利为基础,此处援引其记载内容。
技术领域
本公开涉及一种旋转电机的定子。
背景技术
在专利文献1中公开了如下技术:以防止效率的降低、产生转矩的降低为目的,在旋转电机的定子绕组中,将线圈边端较长的绕组和线圈边端较短的绕组组合来形成两相的绕组。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开昭61-224841号公报
在现有技术的结构中,在线圈彼此的重叠部分处,由于向线圈通电而产生的热量容易滞留,线圈的温度容易上升。由于线圈的温度异常地上升,在形成线圈的导线的膜上产生热劣化而使线圈的绝缘性降低等,旋转电机有可能无法正常地发挥作用。在上述的观点中、或者在未提及的其他观点中,对旋转电机的定子要求进一步的改良。
发明内容
本公开的目的在于提供一种散热性能较高的旋转电机的定子。
本公开的第一方式中的旋转电机的定子包括:圆环状的定子铁芯;以及由绝缘膜覆盖的多相的定子绕组,上述定子与支承为旋转自如的转子同轴地配置。定子绕组具有:磁体相对部,上述磁体相对部与转子的磁体部沿径向相对;以及拐弯部,上述拐弯部在比磁体相对部更靠旋转轴的轴向外侧的位置处将同相的磁体相对部彼此连接。设置于轴向的两侧的拐弯部中的至少一个是散热促进拐弯部。散热促进拐弯部设置成异相的散热促进拐弯部彼此沿轴向部分地重叠,并且相对于磁体相对部沿径向突出。包括:最内层拐弯部,上述最内层拐弯部设置于在沿轴向重合的异相的散热促进拐弯部中、在轴向上最靠近定子铁芯的位置;以及外层拐弯部,上述外层拐弯部设置于在轴向上比最内层拐弯部远离定子铁芯的位置。最内层拐弯部朝径向的突出量是与外层拐弯部朝径向的突出量不同的突出量。
根据公开的旋转电机的定子,在形成散热促进拐弯部的最内层拐弯部和外层拐弯部中,最内层拐弯部朝径向的突出量是与外层拐弯部朝径向的突出量不同的突出量。因此,与最内层拐弯部朝径向的突出量等于外层拐弯部朝径向的突出量的情况相比,能够确保最内层拐弯部和外层拐弯部沿轴向不重叠的部分较大,从而促进向空气中的散热。因此,与最内层拐弯部和外层拐弯部的大部分重叠的情况相比,容易确保与空气的接触面积较大,并且在最内层拐弯部中产生的热量难以滞留。因此,能够提供散热性能较高的旋转电机的定子。
附图说明
参照附图和以下详细的记述,可以更明确本公开的上述目的、其他目的、特征和优点。附图如下所述。
图1是旋转电机的纵剖视立体图。
图2是旋转电机的纵剖视图。
图3是图2的III-III线剖视图。
图4是放大表示图3的一部分的剖视图。
图5是旋转电机的分解图。
图6是逆变器单元的分解图。
图7是表示定子绕组的安培匝数与转矩密度之间的关系的转矩线图。
图8是转子和定子的横剖视图。
图9是放大表示图8的一部分的图。
图10是定子的横剖视图。
图11是定子的纵剖视图。
图12是定子绕组的立体图。
图13是表示导线的结构的立体图。
图14是表示线材的结构的示意图。
图15是表示第n层的各导线的形态的图。
图16是表示第n层和第n+1层的各导线的侧视图。
图17是表示实施方式的磁体的电角度与磁通密度之间的关系的图。
图18是表示比较例的磁体的电角度与磁通密度之间的关系的图。
图19是旋转电机的控制系统的电路图。
图20是表示控制装置的电流反馈控制处理的功能框图。
图21是表示控制装置的转矩反馈控制处理的功能框图。
图22是第二实施方式的转子和定子的横剖视图。
图23是放大表示图22的一部分的图。
图24是具体表示磁体部的磁通的流动的图。
图25是另一例的定子的剖视图。
图26是另一例的定子的剖视图。
图27是另一例的定子的剖视图。
图28是另一例的定子的剖视图。
图29是表示另一例中第n层和第n+1层的各导线的侧视图。
图30是另一例的定子的剖视图。
图31是第一实施方式的旋转电机的纵剖视图。
图32是第一实施方式的定子的立体图。
图33是放大表示图32的一部分的图。
图34是第一实施方式的定子的俯视图。
图35是放大表示图34的一部分的图。
具体实施方式
参照附图对多个实施方式进行说明。在多个实施方式中,有时对于功能上和/或结构上对应的部分和/或关联的部分标注相同的附图标记,或者标注相差百以上的数位的附图标记。对于对应的部分和/或关联的部分,可以参照其他实施方式的说明。
(第一实施方式)
以下,将参照图1至图21对作为能应用本实施方式的旋转电机10的定子50的基础方式的旋转电机10进行说明。
本实施方式的旋转电机10是同步式多相交流电动机,是外转子结构(外转结构)。图1至图5示出了旋转电机10的概要。图1是旋转电机10的纵剖视立体图,图2是旋转电机10的沿着旋转轴11的方向上的纵剖视图,图3是旋转电机10的与旋转轴11正交的方向上的横剖视图(图2的III-III线剖视图),图4是放大表示图3的一部分的剖视图,图5是旋转电机10的分解图。另外,在图3中,为了便于图示,除了旋转轴11之外,省略了表示切断面的阴影。在以下的记载中,将旋转轴11延伸的方向设为轴向,将从旋转轴11的中心放射状地延伸的方向设为径向,将以旋转轴11为中心圆周状地延伸的方向设为周向。
旋转电机10大致包括轴承部20、外壳30、转子40、定子50以及逆变器单元60。上述各构件均和旋转轴11一起同轴地配置,以规定顺序在轴向上组装,从而构成旋转电机10。
轴承部20具有:在轴向上彼此分开地配置的两个轴承21、22;以及保持上述轴承21、22的保持构件23。轴承21、22例如是径向滚珠轴承,并且分别具有:外圈25、内圈26以及配置于上述外圈25与内圈26之间的多个滚珠27。保持构件23呈圆筒状,并且在该保持构件23的径向内侧组装轴承21、22。此外,旋转轴11和转子40旋转自如地支承于轴承21、22的径向内侧。
外壳30具有呈圆筒状的周壁部31和设置在该周壁部31的轴向两端部中的一个端部的端面部32。周壁部31的轴向两端部中的端面部32的相反侧成为开口部33,外壳30构成为端面部32的相反侧通过开口部33全面敞开。在端面部32的中央形成有圆形的孔34,在插通于上述孔34的状态下,轴承部20通过螺钉、铆钉等固定件而固定。此外,在外壳30内、即在由周壁部31和端面部32划分出的内部空间收容有转子40和定子50。在本实施方式中,旋转电机10是外转子型,并且在外壳30内,在呈筒状的转子40的径向内侧配置有定子50。转子40在轴向上在端面部32一侧悬臂支承于旋转轴11。
转子40具有:形成为中空筒状的转子主体41;以及设于该转子主体41的径向内侧的环状的磁体部42。转子主体41呈大致杯状,具有作为磁体保持构件的功能。转子主体41具有:呈筒状的磁体保持部43;同样呈筒状且直径小于磁体保持部43的固定部44;以及作为将上述磁体保持部43和固定部44连接的部位的中间部45。在磁体保持部43的内周面安装有磁体部42。
在固定部44的通孔44a插通有旋转轴11,在该插通状态下,固定部44固定到旋转轴11。即,转子主体41通过固定部44固定到旋转轴11。另外,固定部44最好通过利用了凹凸的花键结合、键结合、焊接或铆接等固定到旋转轴11。由此,转子40和旋转轴11一体地旋转。
此外,轴承部20的轴承21、22被组装到固定部44的径向外侧。如上所述,由于轴承部20固定于外壳30的端面部32,因此旋转轴11和转子40能旋转地支承于外壳30。由此,转子40在外壳30内旋转自如。
转子40仅在轴向两侧中的单侧设有固定部44,由此,转子40悬臂支承于旋转轴11。此处,转子40的固定部44在轴向上不同的两个位置处由轴承部20的轴承21、22支承为能旋转。即,转子40在转子主体41的轴向的两侧端部中的一侧,被轴向两个部位的轴承21、22支承为能旋转。因此,即使是转子40悬臂支承于旋转轴11的结构,也能实现转子40的稳定旋转。在这种情况下,在转子40的相对于轴向中心位置向单侧偏移的位置处,转子40由轴承21、22支承。
此外,在轴承部20中,对于靠近转子40的中心(图的下侧)的轴承22和其相反侧(图的上侧)的轴承21,外圈25、内圈26与滚珠27之间的间隙尺寸不同,例如,靠近转子40的中心的轴承22与其相反侧的轴承21相比,间隙尺寸更大。在这种情况下,在靠近转子40的中心的一侧,即使转子40的抖动、因部件公差引起的不平衡所导致的振动作用于轴承部20,也能良好地吸收上述抖动、振动的影响。具体而言,通过在靠近转子40的中心(图的下侧)的轴承22中利用预压使游隙尺寸(间隙尺寸)变大,从而能通过上述游隙部分吸收在悬臂结构中产生的振动。上述预压可以是恒定位置预压,也可以通过在轴承22的轴向外侧(图的上侧)的台阶插入预压用弹簧、波形垫圈等来施加。
另外,中间部45构成为在径向中心侧和其外侧具有轴向的台阶。在这种情况下,在中间部45中,径向的内侧端部和外侧端部的轴向的位置不同,由此,磁体保持部43和固定部44在轴向上部分重叠。即,磁体保持部43比固定部44的基端部(图的下侧的里侧端部)向轴向外侧突出。根据本结构,与中间部45无台阶地设为平板状的情况相比,能够在转子40的重心附近的位置使转子40支承于旋转轴11,从而能实现转子40的稳定动作。
根据上述中间部45的结构,转子40中,在径向上包围固定部44并且靠近中间部45内的位置,环状地形成有收容轴承部20的一部分的轴承收容凹部46,并且在径向上包围轴承收容凹部46并且靠近中间部45外的位置,形成有收容后述的定子50的定子绕组51的线圈边端部54的线圈收容凹部47。此外,上述各收容凹部46、47配置为在径向的内外相邻。即,轴承部20的一部分和定子绕组51的线圈边端部54配置为在径向内外重叠。由此,能够缩短旋转电机10中轴向的长度尺寸。
能够通过使线圈边端部54向径向的内侧或外侧弯曲来减小该线圈边端部54的轴向尺寸,从而能够缩短定子轴长。线圈边端部54的弯曲方向最好考虑和转子40的组装。假设将定子50组装在转子40的径向内侧,则在对于该转子40的插入前端侧,线圈边端部54最好向径向内侧弯曲。其相反一侧的弯曲方向可以是任意的,但是出于制造的考量优选为空间上富余的外径侧。关于该弯曲情况下的线圈边端部54,使用图31至图35在后面详细描述。
并且,磁体部42由多个磁体构成,该多个磁体配置为在磁体保持部43的径向内侧沿周向交替地改变磁极。在后面详细描述磁体部42。
定子50设于转子40的径向内侧。定子50具有卷绕形成为大致筒状的定子绕组51以及配置于其径向内侧的定子铁芯52,定子绕组51配置为夹着规定的气隙与圆环状的磁体部42相对。定子绕组51由多个相绕组构成。通过以规定间距将在周向上排列的多根导线彼此连接来构成上述各相绕组。在本实施方式中,通过使用U相、V相和W相的三相绕组以及X相、Y相和Z相的三相绕组并且使用上述三相两组的相绕组,从而将定子绕组51构成为六相的相绕组。
定子铁芯52通过由软磁性材料构成的层叠钢板形成为圆环状,并组装在定子绕组51的径向内侧。
定子绕组51具有线圈侧部53和线圈边端部54、55,上述线圈侧部53是在轴向上与定子铁芯52重叠的部分并且位于定子铁芯52的径向外侧,上述线圈边端部54、55在轴向上向定子铁芯52的一端侧和另一端侧分别突出。线圈侧部53在径向上与定子铁芯52、转子40的磁体部42分别相对。在转子40的内侧配置有定子50的状态下,轴向两侧的线圈边端部54、55中的位于轴承部20的一侧(图的上侧)的线圈边端部54收容于由转子40的转子主体41形成的线圈收容凹部47。在后面详细描述定子50。
逆变器单元60具有:通过螺栓等紧固件固定于外壳30的单元基座61;以及组装于上述单元基座61的多个电气组件62。单元基座61具有:固定于外壳30的开口部33侧的端部的端板部63;以及一体地设于上述端板部63并在轴向上延伸的壳体部64。端板部63在其中心部具有圆形的开口部65,并且以从开口部65的周缘部立起的方式形成壳体部64。
定子50组装于壳体部64的外周面。即,壳体部64的外径尺寸与定子铁芯52的内径尺寸相同,或者略小于定子铁芯52的内径尺寸。通过将定子铁芯52组装于壳体部64的外侧,使定子50和单元基座61一体化。此外,由于单元基座61固定于外壳30,因此在将定子铁芯52组装于壳体部64的状态下,定子50处于与外壳30一体化的状态。
此外,壳体部64的径向内侧是收容电气组件62的收容空间,在该收容空间以包围旋转轴11的方式配置有电气组件62。壳体部64具有作为收容空间形成部的作用。电气组件62构成为包括:构成逆变器电路的半导体模块66、控制基板67以及电容器模块68。
此处,除了上述图1至图5之外,还使用逆变器单元60的分解图即图6进一步说明逆变器单元60的结构。
在单元基座61中,壳体部64具有筒状部71和端面部72,该端面部72设于在上述筒状部71的轴向两端部中的一个端部(轴承部20侧的端部)。筒状部71的轴向两端部中的端面部72的相反侧通过端板部63的开口部65全面敞开。在端面部72的中央形成有圆形的孔73,并且旋转轴11能插通于该孔73。
壳体部64的筒状部71是对配置于其径向外侧的转子40、定子50与配置于其径向内侧的电气组件62之间进行分隔的分隔部,转子40、定子50与电气组件62分别配置成夹着筒状部71在径向内外排列。
此外,电气组件62是构成逆变器电路的电气部件,具有动力运行功能和发电功能,上述动力运行功能使电流以规定顺序向定子绕组51的各相绕组流动从而使转子40旋转,上述发电功能伴随旋转轴11的旋转而输入流向定子绕组51的三相交流电流,作为发电电力向外部输出。另外,电气组件62也可以仅具有动力运行功能和发电功能中的任意一方。例如,当旋转电机10用作车辆用动力源时,发电功能是向外部输出再生电力的再生功能。
作为电气组件62的具体结构,在旋转轴11的周围设有呈中空圆筒状的电容器模块68,并且在该电容器模块68的外周面上沿着周向并排配置有多个半导体模块66。电容器模块68包括彼此并联连接的多个平滑用电容器68a。具体地,电容器68a是层叠有多个薄膜电容器而成的层叠式薄膜电容器,且横截面呈梯形。通过环状地并排配置有十二个电容器68a而构成电容器模块68。
另外,在电容器68a的制造过程中,例如,使用多个薄膜层叠而成的规定宽度的长条薄膜,将薄膜宽度方向设为梯形高度方向,并且以梯形的上底和下底交替的方式将长条薄膜切断为等腰梯形,从而制作电容器元件。然后,通过将电极等安装于上述电容器元件来制作电容器68a。
半导体模块66具有例如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor:金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor:绝缘栅双极型晶体管)等半导体开关元件,并且形成为大致板状。在本实施方式中,旋转电机10包括两组三相绕组,由于针对每个三相绕组设有逆变器电路,因此将共计十二个半导体模块66设于电气组件62。
半导体模块66以夹在壳体部64的筒状部71与电容器模块68之间的状态配置。半导体模块66的外周面与筒状部71的内周面抵接,半导体模块66的内周面与电容器模块68的外周面抵接。在这种情况下,在半导体模块66中产生的热量经由壳体部64传递至端板部63,并从端板部63释放。
半导体模块66最好在外周面侧即在径向上,在半导体模块66与筒状部71之间具有间隔件69。在这种情况下,在电容器模块68中与轴向正交的横截面的截面形状为正十二边形,而筒状部71的内周面的横截面形状为圆形,因此,间隔件69的内周面为平坦面,外周面为曲面。间隔件69也可以在各半导体模块66的径向外侧以连接为圆环状的方式一体地设置。另外,筒状部71的内周面的横截面形状也可以是与电容器模块68相同的十二边形。在这种情况下,间隔件69的内周面和外周面最好均为平坦面。
此外,在本实施方式中,在壳体部64的筒状部71形成有供冷却水流通的冷却水通路74,在半导体模块66中产生的热量也向在冷却水通路74中流动的冷却水释放。即,壳体部64包括水冷机构。如图3、图4所示,冷却水通路74形成为环状,以包围电气组件62(半导体模块66和电容器模块68)。半导体模块66沿着筒状部71的内周面配置,在径向内外与上述半导体模块66重叠的位置设有冷却水通路74。
由于在筒状部71的外侧配置有定子50,在内侧配置有电气组件62,因此定子50的热量从筒状部71的外侧传递至筒状部71并且半导体模块66的热量从内侧传递至筒状部71。在这种情况下,能同时冷却定子50和半导体模块66,从而能高效地释放旋转电机10中的发热构件的热量。
此外,电气组件62包括:在轴向上设于电容器模块68的一个端面的绝缘片75;以及设于另一个端面的配线模块76。在这种情况下,电容器模块68的轴向两端面中的一个端面(轴承部20侧的端面)与壳体部64的端面部72相对,并且以夹着绝缘片75的状态与端面部72重合。此外,配线模块76组装于另一个端面(开口部65侧的端面)。
配线模块76具有由合成树脂材料制成并呈圆形板状的主体部76a以及埋设于其内部的多个母线76b、76c,并且通过该母线76b、76c和半导体模块66、电容器模块68电连接。具体地,半导体模块66具有从其轴向端面延伸的连接销66a,并且该连接销66a在主体部76a的径向外侧连接到母线76b。此外,母线76c在主体部76a的径向外侧向与电容器模块68相反的一侧延伸,并且在其前端部连接到配线构件79(参照图2)。
如上所述,根据在电容器模块68的轴向两侧分别设有绝缘片75和配线模块76的结构,作为电容器模块68的散热路径,形成有从电容器模块68的轴向两端面到端面部72和筒状部71的路径。由此,能够从电容器模块68中设有半导体模块66的外周面以外的端面部散热。即,不仅能朝径向散热还能朝轴向散热。
此外,由于电容器模块68呈中空圆筒状,并且在其内周部隔着规定的间隙配置有旋转轴11,因此电容器模块68的热量也能从上述中空部释放。在这种情况下,由于通过旋转轴11的旋转而产生气流,从而提高了上述冷却效果。
圆板状的控制基板67安装于配线模块76。控制基板67具有形成有规定的配线图案的印刷电路板(PCB),在上述板上安装有由各种IC、微型计算机等构成的控制装置77。控制基板67通过螺钉等固定件固定于配线模块76。控制基板67在其中央部具有供旋转轴11插通的插通孔67a。
此外,在配线模块76的轴向两侧中的电容器模块68的相反侧设有控制基板67,配线模块76的母线76c从该控制基板67的两面的一侧向另一侧延伸。在上述结构中,控制基板67最好设有避免与母线76c的干涉的切口。例如,最好切除呈圆形的控制基板67的外缘部的一部分。
如上所述,根据在壳体部64所包围的空间内收容有电气组件62,在其外侧层状地设有外壳30、转子40以及定子50的结构,能理想地屏蔽在逆变器电路中产生的电磁噪波。即,在逆变器电路中,利用基于规定载波频率的PWM控制进行各半导体模块66中的开关控制,虽然认为上述开关控制会产生电磁噪波,但是能通过电气组件62的径向外侧的外壳30、转子40、定子50等理想地屏蔽上述电磁噪波。
在筒状部71中,在端板部63的附近形成有通孔78,该通孔78供将筒状部71的外侧的定子50和内侧的电气组件62电连接的配线构件79(参照图2)插通。如图2所示,配线构件79通过压接、焊接等分别连接到定子绕组51的端部和配线模块76的母线76c。配线构件79是例如母线,其接合面优选是压扁的。通孔78最好设于一个部位或者多个部位,在本实施方式中,在两个部位设有通孔78。根据在两个部位设有通孔78的结构,能够分别通过配线构件79容易地将从两组的三相绕组延伸的绕组端子接线,从而适用于进行多相接线。
如上所述,在外壳30内,如图4所示,从径向外侧依次设有转子40和定子50,并且在定子50的径向内侧设有逆变器单元60。此处,在将外壳30的内周面的半径设为d的情况下,在距旋转中心d×0.705的距离的径向外侧配置有转子40和定子50。在这种情况下,若将从转子40和定子50中的径向内侧的定子50的内周面(即定子铁芯52的内周面)向径向内侧的区域设为第一区域X1,将在径向上从定子50的内周面到外壳30之间的区域设为第二区域X2,则第一区域X1的横截面的面积大于第二区域X2的横截面的面积。此外,构成为在转子40的磁体部42和定子绕组51在轴向上重叠的范围观察,第一区域X1的体积大于第二区域X2的体积。
另外,若将转子40和定子50设为磁路组件,则构成为在外壳30内,从上述磁路组件的内周面向径向内侧的第一区域X1的体积大于在径向上从磁路组件的内周面到外壳30之间的第二区域X2的体积。
接着,更详细地说明转子40和定子50的结构。
一般,作为旋转电机的定子的结构,已知一种结构,在由层叠钢板制成并且呈圆环状的定子铁芯上沿周向设置多个切槽,并且在该切槽内卷绕定子绕组。具体地,定子铁芯具有以规定间隔从轭部沿径向延伸的多个极齿,沿周向相邻的极齿之间形成有切槽。而且,在切槽内例如在径向上收容有多层导线,由该导线构成定子绕组。
但是,根据上述的定子结构,在定子绕组通电时,伴随定子绕组的磁动势增加,在定子铁芯的极齿部分产生磁饱和,认为这会导致旋转电机的转矩密度被限制。即,认为在定子铁芯中,由定子绕组的通电产生的旋转磁通集中于极齿,从而产生磁饱和。
此外,一般地,作为旋转电机的IPM转子的结构,已知一种结构,在d轴配置有永磁体,在q轴配置有转子铁芯。在这种情况下,通过使d轴附近的定子绕组励磁,根据弗莱明定律,励磁磁通从定子流入转子的q轴。而且由此认为在转子的q轴铁芯部分产生了大范围的磁饱和。
图7是示出了表示定子绕组的磁动势的安培匝数[AT]和转矩密度[Nm/L]的关系的转矩线图。虚线表示一般的IPM转子式旋转电机的特性。如图7所示,在一般的旋转电机中,由于在定子中增加磁动势会使切槽之间的极齿部分和q轴铁芯部分这两个部位产生磁饱和,从而导致转矩的增加被限制。这样,在上述一般的旋转电机中,安培匝数设计值限制为X1。
因此,在本实施方式中,为了克服磁饱和引起的转矩限制,在旋转电机10中赋予以下所示的结构。即,作为第一方案,为了使定子中在定子铁芯的极齿处产生的磁饱和消失,在定子50中采用无切槽结构,并且为了使IPM转子的q轴铁芯部分处产生的磁饱和消失,采用SPM转子。根据第一方案,虽然能够使产生磁饱和的上述两个部位的部分消失,但是认为会使低电流区域的转矩减少(参照图7的单点划线)。因此,作为第二方案,为了通过实现SPM转子的磁通增强来挽回转矩减少,在转子40的磁体部42中采用使磁体磁路变长来提高磁力的极性各向异性结构。
此外,作为第三方案,在定子绕组51的线圈侧部53中采用使导线的径向厚度变小的扁平导线结构,以挽回转矩的减少。此处,认为通过上述提高了上述磁力的极性各向异性结构,在相对的定子绕组51会产生更大的涡电流。然而,根据第三方案,由于是在径向上较薄的扁平导线结构,因此能抑制定子绕组51中的径向的涡电流的产生。这样,根据上述第一至第三的各结构,如图7的实线所示,能采用磁力较高的磁体来实现转矩特性的大幅改进,并且还能减轻磁力较高的磁体会导致产生较大的涡电流的担忧。
此外,作为第四方案,采用利用极性各向异性结构并具有与正弦波相近的磁通密度分布的磁体部。由此,能够通过后述的脉冲控制等来提高正弦波匹配率从而实现转矩增强,并且由于是与径向磁体相比更缓和的磁通变化,因此还能进一步抑制涡电流损耗。
此外,作为第五方案,将定子绕组51设为聚集并捻合多股线材的线材导体结构。由此,基波分量被集电而流过大电流,并且由于线材各自的截面积变小,因此与在径向上变薄的第三方案相比,能够更有效地抑制在扁平导线结构中沿周向扩展的导线处产生的起因于周向的涡电流的产生。而且,由于捻合了多股线材,相对于来自导体的磁动势,能够抵消相对于电流通电方向根据右旋法则产生的磁通相对应的涡电流。
这样,当进一步增加第四方案、第五方案时,在采用第二方案的磁力较高的磁体的同时,可以进一步抑制由上述较高的磁力引起的涡电流损耗并且实现转矩增强。
以下,对上述的定子50的无切槽结构、定子绕组51的扁平导线结构以及磁体部42的极性各向异性结构分别增加说明。此处,首先对定子50的无切槽结构和定子绕组51的扁平导线结构进行说明。图8是转子40和定子50的横剖视图,图9是放大表示图8所示的转子40和定子50的一部分的图。图10是示出了定子50的横截面的剖视图,图11是示出了定子50的纵截面的剖视图。此外,图12是定子绕组51的立体图。另外,图8和图9中,用箭头表示磁体部42中磁体的磁化方向。
如图8至图11所示,定子铁芯52在轴向上层叠有多个电磁钢板,并且呈在径向上具有规定厚度的圆筒状,定子绕组51组装于定子铁芯52的径向外侧。定子铁芯52的外周面构成导线设置部。定子铁芯52的外周面呈没有凹凸的曲面状,在该外周面上沿周向并排配置有多个导线组81。定子铁芯52作为背轭发挥作用,该背轭成为用于使转子40旋转的磁路的一部分。在这种情况下,成为在沿周向相邻的各导线组81之间没有设置由软磁性材料制成的极齿(即铁芯)的结构(即无切槽结构)。在本实施方式中,构成为密封部57的树脂材料进入上述各导线组81的间隙56。即,关于密封部57的密封前的状态,在定子铁芯52的径向外侧以分别隔开导线间区域即间隙56的方式以规定间隔沿周向配置有导线组81,由此构成无切槽结构的定子50。密封部57提供导线间构件。
另外,沿周向排列的各导线组81之间设有极齿的结构是指,极齿在径向上具有规定厚度并且在周向上具有规定宽度,从而在各导线组81之间形成磁路的一部分即磁体磁路的结构。关于这一点,在各导线组81之间没有设置极齿的结构是指没有形成上述的磁路的结构。
如图10和图11所示,定子绕组51由密封部57密封,该密封部57由作为密封件的合成树脂材料构成。在图10的横截面观察,构成为,密封部57是在各导线组81之间、即间隙56填充合成树脂材料而设置的,通过密封部57在各导线组81之间夹设绝缘构件。即,密封部57在间隙56中作为绝缘构件发挥作用。密封部57在定子铁芯52的径向外侧设置在包括所有各导线组81的范围、即径向的厚度尺寸大于各导线组81的径向的厚度尺寸的范围。
此外,在图11的纵截面观察,密封部57设置在包括定子绕组51的拐弯部84的范围。在定子绕组51的径向内侧,密封部57设置在包括定子铁芯52的端面的至少一部分的范围。在这种情况下,定子绕组51中除了各相的相绕组的端部、即和逆变器电路连接的连接端子之外的大致整体被树脂密封。
根据密封部57设置在包括定子铁芯52的端面的范围的结构,能够通过密封部57将定子铁芯52的层叠钢板向轴向内侧按压。由此,能够使用密封部57保持各钢板的层叠状态。另外,虽然在本实施方式中,没有对定子铁芯52的内周面进行树脂密封,但是取而代之,还可以构成为对包括了定子铁芯52的内周面的定子铁芯52的整体进行树脂密封。
当旋转电机10作为车辆动力源使用时,密封部57优选由高耐热性氟树脂、环氧树脂、PPS树脂、PEEK树脂、LCP树脂、硅树脂、PAI树脂、PI树脂等构成。此外,当从抑制由膨胀差引起的开裂的观点出发考虑线性膨胀系数时,期望是与定子绕组51的导线的外膜相同的材质。即,期望排除线性膨胀系数一般为其他树脂的成倍以上的硅树脂。另外,在像电动车辆那样,不具有利用了燃烧的装置的电气产品中,具有180℃左右的耐热性的PPO树脂、酚醛树脂、FRP树脂也成为候补。在旋转电机的周围温度看作低于100℃的领域中,没有上述限定。
旋转电机10的转矩与磁通的大小成比例。此处,当定子铁芯具有极齿时,定子处的最大磁通量依赖并限制于极齿处的饱和磁通密度,但是当定子铁芯不具有极齿时,定子处的最大磁通量不被限制。因此,在增加对于定子绕组51的通电电流来实现旋转电机10的转矩增加这方面,是有利的结构。
截面呈扁平矩形的多个导线82在径向上排列配置,从而构成定子铁芯52的径向外侧的各导线组81。各导线82以在横截面中“径向尺寸<周向尺寸”的方向配置。由此,在各导线组81中实现了径向的薄壁化。此外,实现了径向的薄壁化的同时,导体区域平坦地延伸到以往有极齿的区域,成为扁平导线区域结构。由此,通过在周向上扁平化来增加导体的截面积,从而抑制了由于薄壁化而使截面积变小所导致的导线的发热量的增加。另外,即使是在周向上排列多股导线并使上述导线并联接线的结构,也会发生导体膜这部分导致的导体截面积下降,但是能够得到基于相同的理由的效果。
由于没有切槽,因此,根据本实施方式的定子绕组51,能够将其周向一周的导体区域设计为大于间隙区域。另外,现有的车辆用旋转电机中,定子绕组的周向一周的导体区域/间隙区域自然在1以下。另一方面,在本实施方式中,将各导线组81设置成导体区域与间隙区域相等或者导体区域大于间隙区域。此处,如图10所示,若将在周向上配置有导线82(即后述的直线部83)的导线区域设为WA,将相邻的导线82之间的导线间区域设为WB,则导线区域WA在周向上大于导线间区域WB。
旋转电机10的转矩与导线组81的径向的厚度大致成反比。关于这点,通过在定子铁芯52的径向外侧使导线组81的厚度变薄,成为对实现旋转电机10的转矩增加这方面有利的结构。作为上述的理由,是因为能够缩小从转子40的磁体部42到定子铁芯52的距离(即没有铁的部分的距离),从而降低磁阻。由此,能够增大永磁体与定子铁芯52的交链磁通,从而能增强转矩。
导线82由导体82a的表面被绝缘膜82b包覆的包覆导线构成,从而在径向上互相重合的导线82彼此之间以及在导线82与定子铁芯52之间分别确保绝缘性。导线82的绝缘膜82b的厚度例如为80μm,这比通常使用的导线的膜厚度(20~40μm)厚。由此,即使不在导线82与定子铁芯52之间夹设绝缘纸等,也能够确保上述两者之间的绝缘性。另外,除了用于连接的露出部分之外,由导线82构成的各相绕组通过绝缘膜82b保持绝缘性。作为露出部分,例如是输入输出端子部、形成星形接线时的中性点部分。在导线组81中,使用树脂固接、自熔包覆线,将在径向上相邻的各导线82互相固接。由此,抑制了导线82彼此相互摩擦导致的绝缘破坏、振动以及声音。
在本实施方式中,导体82a构成为多股线材86的集合体。具体地,如图13所示,导体82a通过将多股线材86捻合而形成为捻线状。此外,如图14所示,线材86构成为将较细的纤维状的导电构件87捆扎而成的复合体。例如,线材86是CNT(碳纳米管)纤维的复合体,作为CNT纤维,使用包括了以硼置换至少一部分碳的含硼微细纤维的纤维。作为碳微细纤维,除了CNT纤维以外,还可以使用气相生长法碳纤维(VGCF)等,但优选使用CNT纤维。另外,线材86的表面由搪瓷、PEEK树脂、PPS树脂等高分子绝缘层覆盖。
由于在上述导体82a中捻合多股线材86而构成,因此能够抑制各线材86处的涡电流的产生,并且实现导体82a的涡电流的减小。此外,通过捻合各线材86,在一股线材86中产生了磁场的施加方向互相相反的部位,从而抵消反电动势。因此,仍然能够减小涡电流。尤其是,通过用纤维状的导电构件87构成线材86,能够细线化并大幅增加捻合次数,从而进一步理想地减小涡电流。
如上所述,导线82最好是截面呈扁平矩形,在径向上并排配置有多个的构件,例如将多股线材86以捻合的状态集合,并且在该状态下利用合成树脂等固化为期望的形状而成形。
各导线82弯折形成为在周向上以规定的配置图案配置,由此,作为定子绕组51形成每相的相绕组。如图12所示,在定子绕组51中,通过各导线82中的在轴向上直线状地延伸的直线部83形成线圈侧部53,通过在轴向上比线圈侧部53更朝两外侧突出的拐弯部84形成线圈边端部54、55。交替地重复直线部83和拐弯部84,从而各导线82构成为波形的一连串的导线。直线部83配置于在径向上与磁体部42相对的位置,在磁体部42的轴向外侧的位置隔着规定间隔配置的同相的直线部83彼此通过拐弯部84互相连接。另外,直线部83相当于“磁体相对部”。
在本实施方式中,定子绕组51通过分布绕组而卷绕形成为圆环状。在这种情况下,线圈侧部53中,针对每相在周向上以与磁体部42的一极对对应的间隔配置有直线部83,在线圈边端部54、55中,每相的各直线部83通过形成为大致V字形的拐弯部84互相连接。与一极对对应而成对的各直线部83的各自的电流的方向互相相反。此外,在一方的线圈边端部54和另一方的线圈边端部55,由拐弯部84连接的一对直线部83的组合分别不同,通过在周向上重复上述线圈边端部54、55处的连接,使定子绕组51形成为大致圆筒状。
更具体地,定子绕组51中,每相使用两对导线82来构成各相的绕组,定子绕组51中的一方的三相绕组(U相、V相、W相)和另一方的三相绕组(X相、Y相、Z相)设于径向内外的两层。在这种情况下,若将绕组的相数设为S,将导线82的对数设为m,则针对各极对形成有2×S×m=2Sm个导线组81。在本实施方式中,由于相数S为3、对数m为2且是8极对(16极)的旋转电机,因此在周向上配置有2×3×2×8=96个导线组81。
在图12所示的定子绕组51中构成为,在线圈侧部53中,在径向内外的两层重叠配置有直线部83,并且在线圈边端部54、55中,拐弯部84从在径向内外重叠的各直线部83以互相沿周向相反的方向在周向上延伸。即,在沿径向相邻的各导线82中,除了成为线圈端的部分之外,拐弯部84的方向互相相反。
此处,对定子绕组51中导线82的卷绕结构进行具体的说明。在本实施方式中,构成为将形成为波形的多个导线82设置成在径向内外多层(例如两层)地重叠。图15是表示第n层的各导线82的形态的图,图15的(a)表示从定子绕组51的侧方观察到的导线82的形状,图15的(b)表示从定子绕组51的轴向一侧观察到的导线82的形状。另外,在图15中,将配置有导线组81的位置分别表示为D1、D2、D3…。此外,为了便于说明,仅表示了三股导线82,将其设为第一导线82_A,第二导线82_B、第三导线82_C。
各导线82_A~82_C中,直线部83均配置于第n层的位置、即在径向上相同的位置,在周向上每6个位置(相当于3×m对)分开的直线部83彼此通过拐弯部84互相连接。换言之,各导线82_A~82_C中,在以转子40的轴心为中心的同一个节圆上,每隔五个的直线部83均通过拐弯部84互相连接。例如,在第一导线82_A中,一对直线部83分别配置于D1、D7,上述一对直线部83彼此通过倒V字形的拐弯部84连接。此外,其他的导线82_B、82_C在相同的第n层中分别配置为使周向的位置错开一个位置。在这种情况下,由于各导线82_A~82_C均配置于相同层,因此认为拐弯部84会互相干涉。因此,在本实施方式中,在各导线82_A~82_C的拐弯部84形成使其一部分沿径向偏置的干涉避免部。
具体地,各导线82_A~82_C的拐弯部84具有:在同一个节圆上沿周向延伸的部分即倾斜部84a;以及从倾斜部84a向比上述同一个节圆靠近径向内侧(图15的(b)中为上侧)的位置偏移,并且在其他节圆上沿周向延伸的部分即顶部84b、倾斜部84c以及返回部84d。顶部84b、倾斜部84c以及返回部84d相当于干涉避免部。另外,倾斜部84c也可以是相对于倾斜部84a向径向外侧偏移的结构。
即,各导线82_A~82_C的拐弯部84夹着周向的中央位置即顶部84b在其两侧具有一方侧的倾斜部84a和另一方侧的倾斜部84c,上述各倾斜部84a、84c的径向的位置(图15的(a)中为纸面前后方向的位置,图15的(b)中为上下方向的位置)互相不同。例如,第一导线82_A的拐弯部84构成为,以n层的D1位置为起点位置沿着周向延伸并在周向的中央位置即顶部84b向径向(例如径向内侧)弯曲后,再次朝周向弯曲,由此,再次沿着周向延伸,进而在返回部84d处再次向径向(例如径向外侧)弯曲,从而到达终点位置即n层的D9位置。
根据上述结构,在导线82_A~82_C中构成为,一方的各倾斜部84a从上方以第一导线82_A→第二导线82_B→第三导线82_C的顺序沿上下排列,并且各导线82_A~82_C的上下在顶部84b处交换,另一方的各倾斜部84c从上方以第三导线82_C→第二导线82_B→第一导线82_A的顺序沿上下排列。因此,能够使各导线82_A~82_C不互相干涉地在周向上配置。
此处,在沿径向重叠多个导线82来形成导线组81的结构中,连接到多层的各直线部83中的径向内侧的直线部83的拐弯部84和连接到径向外侧的直线部83的拐弯部84最好配置为比上述各直线部83彼此更沿径向远离。此外,当多层导线82在拐弯部84的端部即和直线部83的边界部附近向径向的相同侧弯曲时,最好不发生因上述相邻层的导线82彼此的干涉使绝缘性受损的情况。
例如在图15的D7~D9中,沿径向重叠的各导线82在拐弯部84的返回部84d处分别向径向弯曲。在这种情况下,如图16所示,最好使第n层的导线82和第n+1层的导线82的弯曲部的曲率半径不同。具体地,使径向内侧(第n层)的导线82的曲率半径R1小于径向外侧(第n+1层)的导线82的曲率半径R2。
此外,最好使第n层的导线82和第n+1层的导线82的径向的偏移量不同。具体地,使径向内侧(第n层)的导线82的偏移量S1大于径向外侧(第n+1层)的导线82的偏移量S2。
根据上述结构,即使在沿径向重叠的各导线82沿相同方向弯曲的情况下,也能理想地避免各导线82的相互干涉。由此,会得到良好的绝缘性。
接着,对转子40中磁体部42的结构进行说明。在本实施方式中,作为永磁体,假设残留磁通密度Br=1.0[T]、矫顽力bHc=400[kA/m]以上。由于通过相间励磁施加5000~10000[AT],因此,若使用一极对中的25[mm]的永磁体,则bHc=10000[A],从而不会退磁。此处,在本实施方式中,由于利用了通过取向来控制易磁化轴的永磁体,因此能够使上述磁体内部的磁路长度比以往具有1.0[T]以上的直线取向磁体的磁路长度长。即,除了能用较少的磁体量来实现每一极对的磁路长度之外,与利用了以往的直线取向磁体的设计相比,即使暴露在严酷的高温条件下,也能保持其可逆退磁范围。此外,本申请的发明人发现了一种结构,即使使用现有技术的磁体,也能得到与极性各向异性磁体相近的特性。
如图8和图9所示,磁体部42呈圆环状,并设于转子主体41的内侧(详细而言磁体保持部43的径向内侧)。磁体部42具有分别是极性各向异性磁体并且磁极互相不同的第一磁体91和第二磁体92。第一磁体91和第二磁体92在周向上交替配置。第一磁体91是在转子40中成为N极的磁体,第二磁体92是在转子40中成为S极的磁体。第一磁体91和第二磁体92是由例如钕磁体等稀土类磁体构成的永磁体。
在各磁体91、92中,磁化方向分别在作为磁极中心的d轴与作为磁极边界的q轴之间圆弧状地延伸。在各磁体91、92中,在d轴侧,磁化方向是径向,在q轴侧,磁化方向是周向。在磁体部42中,由于通过各磁体91、92使磁通在相邻的N极与S极之间圆弧状地流动,因此与例如径向各向异性磁体相比,磁体磁路更长。因此,如图17所示,磁通密度分布接近正弦波。其结果是,与图18中作为比较例而示出的径向各向异性磁体的磁通密度分布不同,能使磁通集中在磁极位置,并且能提高旋转电机10的转矩。另外,在图17和图18中,横轴表示电角度,纵轴表示磁通密度。此外,在图17和图18中,横轴的90°表示d轴(即,磁极中心),横轴的0°、180°表示q轴。
另外,磁通密度分布的正弦波匹配率最好是例如40%以上的值。这样,与使用正弦波匹配率为30%左右的径向取向磁体或使用平行取向磁体的情况相比,能够可靠地提高波形中央部分的磁通量。此外,若将正弦波匹配率设为60%以上,则与称为海尔贝克阵列的磁通集中阵列相比,能可靠地提高波形中央部分的磁通量。
在图18所示的比较例中,磁通密度在q轴附近急剧变化。磁通密度的变化越急剧,在定子绕组51产生的涡电流越增加。与此相对,在本实施方式中,磁通密度分布接近正弦波。因此,在q轴附近,磁通密度的变化小于径向各向异性磁体的磁通密度的变化。由此,能抑制涡电流的产生。
此外,在磁体部42中,在各磁体91、92的d轴附近(即磁极中心),在与磁极面正交的方向产生磁通,上述磁通呈越远离磁极面则越远离d轴的圆弧状。此外,越是与磁极面正交的磁通,则磁通越强。在这一点上,在本实施方式的旋转电机10中,由于如上所述使各导线组81沿径向变薄,因此导线组81的径向的中心位置靠近磁体部42的磁极面,从而能够在定子50中从转子40接收较强的磁体磁通。
此外,在定子50的定子绕组51的径向内侧,即在夹着定子绕组51的转子40的相反侧设有圆筒状的定子铁芯52。因此,在将定子铁芯52用作磁路的一部分的同时,从各磁体91、92的磁极面延伸的磁通被定子铁芯52吸引并绕定子铁芯52一周。在这种情况下,能够优化磁体磁通的方向和路径。
接着,对控制旋转电机10的控制系统的结构进行说明。图19是旋转电机10的控制系统的电路图,图20是示出了控制装置110的控制处理的功能框图。
在图19中,作为定子绕组51示出了两组三相绕组51a、51b,三相绕组51a由U相绕组、V相绕组和W相绕组构成,三相绕组51b由X相绕组、Y相绕组和Z相绕组构成。针对每个三相绕组51a、51b,分别设有第一逆变器101和第二逆变器102。逆变器101、102由具有上下臂的全桥电路构成,该上下臂的数量与相绕组的相数相同,通过设于各臂的开关(半导体开关元件)的接通断开对定子绕组51的各相绕组中的通电电流进行调节。
直流电源103和平滑用电容器104并联连接到各逆变器101、102。直流电源103由例如多个单电池串联连接的组电池构成。另外,逆变器101、102的各开关相当于图1等所示的半导体模块66,电容器104相当于图1等所示的电容器模块68。
控制装置110包括具有CPU、各种存储器的微型计算机,基于旋转电机10中的各种检测信息、动力运行驱动和发电的请求,通过逆变器101、102的各开关的接通断开实施通电控制。控制装置110相当于图6所示的控制装置77。旋转电机10的检测信息包括:例如由解析器等角度检测器检测出的转子40的旋转角度(电角度信息)、由电压传感器检测出的电源电压(逆变器输入电压)、以及由电流传感器检测出的各相的通电电流。控制装置110生成并输出对逆变器101、102的各开关进行操作的操作信号。另外,例如当旋转电机10用作车辆用动力源时,发电的请求是再生驱动的请求。
第一逆变器101在由U相、V相和W相构成的三相中分别包括上臂开关Sp和下臂开关Sn的串联连接体。各相的上臂开关Sp的高电位侧端子连接到直流电源103的正极端子,各相的下臂开关Sn的低电位侧端子连接到直流电源103的负极端子(接地)。在各相的上臂开关Sp与下臂开关Sn之间的中间连接点分别连接有U相绕组、V相绕组和W相绕组的一端。上述各相绕组被星形接线(Y接线),并且各相绕组的另一端在中性点处互相连接。
第二逆变器102具有与第一逆变器101相同的结构,在由X相、Y相和Z相构成的三相中分别包括上臂开关Sp和下臂开关Sn的串联连接体。各相的上臂开关Sp的高电位侧端子连接到直流电源103的正极端子,各相的下臂开关Sn的低电位侧端子连接到直流电源103的负极端子(接地)。在各相的上臂开关Sp与下臂开关Sn之间的中间连接点分别连接有X相绕组、Y相绕组和Z相绕组的一端。上述各相绕组被星形接线(Y接线),并且各相绕组的另一端在中性点处互相连接。
图20示出了控制U相、V相和W相的各相电流的电流反馈控制处理以及控制X相、Y相和Z相的各相电流的电流反馈控制处理。此处首先对U相、V相和W相侧的控制处理进行说明。
在图20中,电流指令值设定部111使用转矩-dq映射,基于对于旋转电机10的动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值、对电角度θ进行时间微分而得到的电角速度ω,来设定d轴的电流指令值和q轴的电流指令值。另外,电流指令值设定部111在U相、V相、W相侧和X相、Y相、Z相侧共用设置。另外,例如当将旋转电机10用作车辆用动力源时,发电转矩指令值是再生转矩指令值。
dq转换部112将针对各相设置的电流传感器检测到的电流检测值(各相电流)转换为以励磁方向为d轴的正交二维旋转坐标系的分量即d轴电流和q轴电流。
d轴电流反馈控制部113计算d轴的指令电压作为用于将d轴电流反馈控制为d轴的电流指令值的操作量。此外,q轴电流反馈控制部114计算q轴的指令电压作为用于将q轴电流反馈控制为q轴的电流指令值的操作量。在上述各反馈控制部113、114中,基于d轴电流和q轴电流的与电流指令值的偏差,使用PI反馈方法来计算指令电压。
三相转换部115将d轴和q轴的指令电压转换为U相、V相和W相的指令电压。另外,上述各部111~115是实施基于dq转换理论的基波电流的反馈控制的反馈控制部,U相、V相和W相的指令电压是反馈控制值。
然后,操作信号生成部116使用周知的三角波载波比较方法,基于三相的指令电压生成第一逆变器101的操作信号。具体地,操作信号生成部116通过基于用电源电压使三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制,来生成各相的上下臂的开关操作信号(占空比信号)。
此外,在X相、Y相、Z相侧也具有相同的结构,dq转换部122将针对各相设置的电流传感器检测到的电流检测值(各相电流)转换为以励磁方向为d轴的正交二维旋转坐标系的分量即d轴电流和q轴电流。
d轴电流反馈控制部123计算d轴的指令电压,q轴电流反馈控制部124计算q轴的指令电压。三相转换部125将d轴和q轴的指令电压转换为X相、Y相和Z相的指令电压。然后,操作信号生成部126基于三相的指令电压生成第二逆变器102的操作信号。具体地,操作信号生成部126通过基于用电源电压使三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制,来生成各相的上下臂的开关操作信号(占空比信号)。
驱动器117基于由操作信号生成部116、126生成的开关操作信号,使各逆变器101、102中的各三相的开关Sp、Sn接通和断开。
接着,对转矩反馈控制处理进行说明。在例如高旋转区域和高输出区域等各逆变器101、102的输出电压变大的运转条件下,主要以旋转电机10的高输出化、减小损耗为目的来使用上述处理。控制装置110基于旋转电机10的运转条件,选择并执行转矩反馈控制处理和电流反馈控制处理中的任意一方的处理。
图21示出了与U相、V相和W相对应的转矩反馈控制处理以及与X相、Y相和Z相对应的转矩反馈控制处理。另外,在图21中,对于与图20相同的结构标注相同的符号而省略说明。此处首先对U相、V相和W相侧的控制处理进行说明。
电压振幅计算部127基于对旋转电机10的动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值、对电角度θ进行时间微分而得到的电角速度ω,计算电压矢量的大小的指令值即电压振幅指令。
转矩推定部128a基于由dq转换部112转换的d轴电流和q轴电流来计算与U相、V相和W相对应的转矩推定值。另外,转矩推定部128a基于设定d轴电流、q轴电流和电压振幅指令的关系的映射信息,来计算电压振幅指令即可。
转矩反馈控制部129a计算电压矢量的相位的指令值即电压相位指令,作为用于将转矩推定值反馈控制为动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的操作量。在转矩反馈控制部129a中,基于转矩推定值相对于动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的偏差,使用PI反馈方法计算出电压相位指令。
操作信号生成部130a基于电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ,生成第一逆变器101的操作信号。具体地,操作信号生成部130a基于电压振幅指令、电压相位指令和电角度θ计算三相的指令电压,通过基于用电源电压使计算出的三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制,来生成各相中的上下臂的开关操作信号。
顺便提一下,操作信号生成部130a也可以基于设定电压振幅指令、电压相位指令、电角度θ、开关操作信号的关系的映射信息即脉冲模式信息、电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ,来生成开关操作信号。
此外,在X相、Y相、Z相侧也具有相同的结构,转矩推定部128b基于由dq转换部122转换的d轴电流和q轴电流,计算与X相、Y相、Z相对应的转矩推定值。
转矩反馈控制部129b计算电压相位指令,作为用于将转矩推定值反馈控制为动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的操作量。在转矩反馈控制部129b中,基于转矩推定值相对于动力运行转矩指令值或发电转矩指令值的偏差,使用PI反馈方法计算出电压相位指令。
操作信号生成部130b基于电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ,生成第二逆变器102的操作信号。具体地,操作信号生成部130b基于电压振幅指令、电压相位指令和电角度θ计算三相的指令电压,通过基于用电源电压使计算出的三相的指令电压标准化的信号和三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制,来生成各相中的上下臂的开关操作信号。驱动器117基于由操作信号生成部130a、130b生成的开关操作信号,使各逆变器101、102中的各三相的开关Sp、Sn接通和断开。
顺便提一下,操作信号生成部130b也可以基于设定电压振幅指令、电压相位指令、电角度θ、开关操作信号的关系的映射信息即脉冲模式信息、电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ,来生成开关操作信号。
根据以上详细叙述的本实施方式,能够得到以下优异效果。
在定子50中,构成为在沿定子绕组51的周向相邻的直线部83之间(即,相邻的磁体相对部之间)未设置由软磁性材料构成的极齿。根据上述结构,与在各直线部83之间设置极齿的情况相比,能够通过使相邻的各直线部83靠近来增大导体截面积,能够减小伴随着定子绕组51的通电而产生的发热。在各直线部83之间未设置极齿的所谓无切槽结构中,能够通过不设置直线部83之间的极齿来消除磁饱和,从而能增大向定子绕组51的通电电流。在这种情况下,能够理想地应对发热量伴随上述通电电流的增大而增加的情况。综上,能够优化定子50处的散热性能。
构成为在将定子铁芯52组装于定子绕组51的组装状态下,沿周向相邻的直线部83之间未设置由软磁性材料构成的极齿。在这种情况下,相对于转子40设置在径向相反侧的定子铁芯52作为背轭发挥作用,由此,即使在各直线部83之间不存在极齿,也能够形成适当的磁路。
构成为通过密封件来密封定子绕组51,由此在定子绕组51中在沿周向相邻的直线部83之间设置绝缘构件。由此,即使各直线部83配置于沿周向相互接近的位置,也能够在该直线部83中确保良好的绝缘性。
在定子绕组51中,使导线82形成为扁平状而使直线部83的径向厚度变薄,因此,能够使该直线部83的径向中心位置靠近转子40的磁体部42。由此,能够通过采用无切槽结构来实现定子50中的磁饱和的抑制,并且能够提高定子绕组51的直线部83的磁通密度来实现转矩的增强。另外,如上所述,由于能够使沿周向相邻的直线部83彼此相互接近,因此,即使将导线82形成为扁平状,也能够确保导体截面积。
由于将定子绕组51的各导线82设为多个线材86的集合体,因此,能够实现导线82的电流流通路径的细线化。由此,即使在来自磁体部42的磁场与导线82交链的情况下产生涡电流,也能够得到导线82相对于该涡电流的涡电流抑制效果。其结果是,能够降低流过导线82的涡电流。
另外,由于各导线82通过将线材86捻合而构成,因此在各线材86中产生磁场的施加方向互相相反的部位,从而抵消由交链磁场引起的反电动势。其结果是,能够提高在导线82中流动的涡电流的降低效果。
由于各线材86由纤维状的导电构件87构成,因此,能够使导线82中的电流流通路径更细线化,另外,能够进一步增大电流流通路径的捻合次数。由此,能够提高涡电流的降低效果。另外,线材86最好至少由碳纳米管纤维构成。
在具有无切槽结构的定子50中,与导线间区域WB相比,能够使导线区域WA沿周向扩张在定子铁芯52中未设置极齿的量。由此,能够理想地实现在周向上使导线区域WA大于导线间区域WB的结构。
定子绕组51的拐弯部84具有沿径向偏移来避免与其他拐弯部84干涉的干涉避免部,因此能够将不同的拐弯部84彼此沿径向分开配置。由此,能够在拐弯部84中也实现散热性的提高,进而进一步提高定子50的散热性能。
作为在定子50的同一个节圆上避免各导线82的拐弯部84中的相互干涉的结构,拐弯部84构成为具有:在同一个节圆上沿周向延伸的部分即倾斜部84a(相当于第一部分);以及从倾斜部84a向比上述同一个节圆靠径向内侧的位置偏移,并且在其他节圆上沿周向延伸的部分即顶部84b、倾斜部84c及返回部84d(相当于第二部分)。因此,能够适当地避免拐弯部84中的相互干涉。
由于连接到多层的各直线部83中的径向内侧的直线部83的拐弯部84和连接到径向外侧的直线部83的拐弯部84配置为比上述直线部83彼此更沿径向远离,因此,能够提高拐弯部84中的散热性能。
由于使拐弯部84中的弯曲部的曲率半径在连接到径向内侧的直线部83的拐弯部84中与连接到径向外侧的直线部83的拐弯部84中不同,因此,能够理想地分开配置上述各拐弯部84。
由于使从拐弯部84中的弯曲部的直线部83起算的径向偏移量在连接到径向内侧的直线部83的拐弯部84中与连接到径向外侧的直线部83的拐弯部84中不同,因此,能够理想地分开配置上述各拐弯部84。
以下,使用图31至图35对本实施方式的定子50的详细结构进行说明。在图31中,定子50在定子铁芯52的外侧包括定子绕组51。定子绕组51包括线圈侧部53和线圈边端部54、55。线圈侧部53与转子40中的磁体部42相对,并沿着磁体部42在轴向上笔直地延伸。
线圈边端部54、55的多个拐弯部84向转子40的与磁体部42相反的一侧弯折,拐弯部84彼此沿旋转轴11的轴向重叠。换言之,定子绕组51以沿着定子铁芯52的方式使线圈边端部54、55向径向内侧弯折,由线圈边端部54和线圈边端部55夹持定子铁芯52。
线圈边端部54、55中的、形成位于远离端板部63的一侧的线圈边端部54的拐弯部84的一部分位于比定子铁芯52的内周面更靠旋转轴11的径向内侧的位置。换言之,在形成线圈边端部54的拐弯部84中,形状不同的拐弯部84彼此沿径向互相偏移,存在沿轴向互相重叠的部分和不重叠的部分。
另一方面,在线圈边端部54、55中的、形成位于靠近端板部63的一侧的线圈边端部55的拐弯部84沿径向的突出量彼此相等。换言之,形成线圈边端部55的拐弯部84沿径向互相不偏移,在线圈边端部55整体中,拐弯部84彼此沿轴向互相重叠的部分比形成线圈边端部54的拐弯部84多。线圈边端部55位于比圆环状的定子铁芯52的内周面更靠旋转轴11的径向外侧的位置。线圈边端部54和线圈边端部55是彼此非对称的形状。
在线圈边端部54中朝径向的突出量较大的定子绕组51在线圈边端部55中朝轴向的突出量较小。另一方面,在线圈边端部54中朝径向的突出量较小的定子绕组51在线圈边端部55中朝轴向的突出量较大。即,加上线圈边端部54和线圈边端部55的定子绕组51的长度为彼此大致相等的长度。
从径向内侧保持定子铁芯52的壳体部64是沿轴向延伸的圆筒形。壳体部64位于线圈边端部55的径向内侧。换言之,在线圈边端部55侧,壳体部64设置成在轴向上比定子铁芯52突出得更长。另一方面,壳体部64不位于线圈边端部54的径向内侧。换言之,在线圈边端部54侧,壳体部64的轴向上的端部与定子铁芯52的轴向上的端部共面,以定子铁芯52为基准的向轴向的延伸高度为零。因此,与线圈边端部54侧相比,壳体部64的线圈边端部55侧的以定子铁芯52为基准的朝轴向的延伸高度更高。
在图32中,定子50在圆环状的定子铁芯52的外侧包括U相、V相、W相这三相的定子绕组51。即,定子绕组51由作为U相绕组的U相定子绕组51U、作为V相绕组的V相定子绕组51V以及作为W相绕组的W相定子绕组51W这三种相绕组形成。在本实施方式中,在以下的说明中,为了区分线圈边端部54侧的拐弯部84和线圈边端部55侧的拐弯部84的目的,作为拐弯部84的符号,使用拐弯部841和拐弯部846这两个符号进行说明。即,对在线圈边端部54、55中的、位于远离端板部63的一侧的线圈边端部54侧的拐弯部84标注拐弯部841的标号。另一方面,对在线圈边端部54、55中的、位于靠近端板部63的一侧的线圈边端部55侧的拐弯部84标注拐弯部846的符号。
拐弯部841包括作为U相定子绕组51U的拐弯部841的U相拐弯部841U、作为V相的拐弯部841的V相拐弯部841V以及作为W相的拐弯部841的W相拐弯部841W。与拐弯部841相同地,拐弯部846也具有U相拐弯部846U、V相拐弯部846V和W相拐弯部846W这三种。与拐弯部841相同地,线圈侧部53也具有U相线圈侧部53U、V相线圈侧部53V和W相线圈侧部53W这三种。
U相定子绕组51U包括U相线圈侧部53U和U相拐弯部841U、846U。V相定子绕组51V包括V相线圈侧部53V和V相拐弯部841V、846V。W相定子绕组51W具有W相线圈侧部53W和W相拐弯部841W、846W。
U相定子绕组51U、V相定子绕组51V、W相定子绕组51W在定子铁芯52的外周面以同相的定子绕组51彼此不接触的方式沿周向每隔规定数量规则地配置。即,在定子50的周向上,与U相定子绕组51U相邻地配置有V相定子绕组51V和W相定子绕组51W。与V相定子绕组51V相邻地配置有U相定子绕组51U和W相定子绕组51W。与W相定子绕组51W相邻地配置有U相定子绕组51U和V相定子绕组51V。因此,U相定子绕组51U彼此在定子50中沿周向等间隔地排列设置。V相定子绕组51V彼此在定子50中沿周向等间隔地排列设置。W相定子绕组51W彼此在定子50中沿周向等间隔地排列设置。
关于各相的定子绕组51的导线82的长度,在拐弯部841最长的U相定子绕组51U中,拐弯部846最短。另一方面,在拐弯部841最短的W相定子绕组51W中,拐弯部846最长。即,U相定子绕组51U的导体长度、V相定子绕组51V的导体长度以及W相定子绕组51W的导体长度是彼此相等的长度。另外,U相定子绕组51U的粗细、V相定子绕组51V的粗细以及W相定子绕组51W的粗细是彼此相等的粗细。但是,不需要各相的定子绕组51是严格相等的长度和粗细,只要是与彼此的定子绕组51中的电阻值相同程度地一致的程度相等的长度及粗细即可。
在图33中,形成拐弯部841的导线组81由沿径向排列的四股导线82构成。即,在从径向外侧朝向径向内侧的方向上,U相拐弯部841U按照第一U相拐弯部841U1、第二U相拐弯部841U2、第三U相拐弯部841U3和第四U相拐弯部841U4的顺序构成。与U相拐弯部841U相同地,在从径向外侧朝向径向内侧的方向上,V相拐弯部841V按照第一V相拐弯部841V1、第二V相拐弯部841V2、第三V相拐弯部841V3和第四V相拐弯部841V4的顺序构成。与U相拐弯部841U相同地,在从径向外侧朝向径向内侧的方向上,W相拐弯部841W按照第一W相拐弯部841W1、第二W相拐弯部841W2、第三W相拐弯部841W3和第四W相拐弯部841W4的顺序构成。导线组81和导线82均提供导线部。
形成拐弯部841的导线82包括:向径向内侧延伸的部分即两个倾斜部841a;向周向延伸的部分即顶部841b;以及将倾斜部841a和顶部841b连接的两个角部841e。拐弯部841呈在径向外侧具有敞开端的U字形。
在拐弯部841中,U相拐弯部841U位于比V相拐弯部841V、W相拐弯部841W更靠近定子铁芯52的轴向内侧。即,U相拐弯部841U提供拐弯部841中的位于最内层的最内层拐弯部。
另一方面,V相拐弯部841V和W相拐弯部841W位于比U相拐弯部841U更远离定子铁芯52的方向即轴向外侧。即,V相拐弯部841V和W相拐弯部841W提供外层拐弯部。此外,作为外层拐弯部的W相拐弯部841W位于比U相拐弯部841U、V相拐弯部841V更靠轴向外侧的位置。即,W相拐弯部841W提供拐弯部841中的位于最外层的最外层拐弯部。此外,作为外层拐弯部的V相拐弯部841V位于作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U与作为最外层拐弯部的W相拐弯部841W之间。即,V相拐弯部841V提供拐弯部841中的位于最内层与最外层之间的中层的中层拐弯部。
在图34中,对于作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U,从径向最外侧到径向最内侧的距离即U相拐弯部841U的最大突出量用最内层最大突出量LU表示。对于作为中层拐弯部的V相拐弯部841V,从径向最外侧到径向最内侧的距离即V相拐弯部841V的最大突出量用中层最大突出量LV表示。对于作为最外层拐弯部的W相拐弯部841W,从径向最外侧到径向最内侧的距离即W相拐弯部841W的最大突出量用最外层最大突出量LW表示。
最内层最大突出量LU大于中层最大突出量LV。最外层最大突出量LW小于中层最大突出量LV。即,在拐弯部841的径向的突出量中,最内层最大突出量LU最大,最外层最大突出量LW最小。
此处,突出量是指以线圈侧部53所处的面即定子铁芯52的外周面为基准而沿径向突出的长度。此外,突出量是根据形成弯曲部841的每股导线82而确定的量,在U相拐弯部841U中,第一U相拐弯部841U1、第二U相拐弯部841U2、第三U相拐弯部841U3和第四U相拐弯部841U4分别具有不同的突出量。最内层最大突出量LU与第四U相拐弯部841U4的突出量相等。中层最大突出量LV与第四V相拐弯部841V4的突出量相等。最外层最大突出量LW与第四W相拐弯部841W4的突出量相等。
在图33中,U相拐弯部841U的第二U相拐弯部841U2朝径向的突出量与定子铁芯52的径向的厚度尺寸大致相等。第一U相拐弯部841U1的径向突出量比第二U相拐弯部841U2的径向突出量小了第一U相拐弯部841U1的厚度的量。
第三U相拐弯部841U3朝径向的突出量是定子铁芯52的径向的厚度尺寸的两倍左右的大小。即,第三U相拐弯部841U3的朝径向的突出量大于定子铁芯52的厚度尺寸。因此,U相拐弯部841U的至少一部分突出到比定子铁芯52的内周面更靠径向内侧的位置。第四U相拐弯部841U4的径向突出量比第三U相拐弯部841U3的径向突出量大了第四U相拐弯部841U4的厚度的量。
第二U相拐弯部841U2朝径向的突出量小于第三U相拐弯部841U3朝径向的突出量。即,第一U相拐弯部841U1和第二U相拐弯部841U2提供突出量较小的小拐弯部。另一方面,第三U相拐弯部841U3和第四U相拐弯部841U4提供突出量较大的大拐弯部。
与U相拐弯部841U相同地,在V相拐弯部841V中,第一V相拐弯部841V1和第二V相拐弯部841V2是小拐弯部,第三V相拐弯部841V3和第四V相拐弯部841V4是大拐弯部。但是,V相拐弯部841V的大拐弯部即第三V相拐弯部841V3和第四V相拐弯部841V4朝径向的突出量小于第三U相拐弯部841U3和第四U相拐弯部841U4朝径向的突出量。另一方面,第二V相拐弯部841V2朝径向的突出量是与第二U相拐弯部841U2朝径向的突出量大致相等的大小。
在大拐弯部与小拐弯部之间形成有空隙。即,第二U相拐弯部841U2和第三U相拐弯部841U3彼此沿径向分隔,在第二U相拐弯部841U2与第三U相拐弯部841U3之间形成有空隙。另外,在第二V相拐弯部841V2与第三V相拐弯部841V3之间也形成有空隙。V相拐弯部841V的第二V相拐弯部841V2与第三V相拐弯部841V3之间的空隙的大小小于U相拐弯部841U的第二U相拐弯部841U2与第三U相拐弯部841U3之间的空隙的大小。
在W相拐弯部841W中,第二W相拐弯部841W2的突出量与第三W相拐弯部841W3的突出量相差导线82的厚度左右的量。即,在第二W相拐弯部841W2与第三W相拐弯部841W3之间形成的间隙极小。换言之,W相拐弯部841W的第二W相拐弯部841W2与第三W相拐弯部841W3之间的空隙的大小小于V相拐弯部841V的第二V相拐弯部841V2与第三V相拐弯部841V3之间的空隙的大小。
在图35中,作为小拐弯部的第二V相拐弯部841V2的角部841e的弯曲外侧的曲率半径Ra与作为大拐弯部的第三V相拐弯部841V3的角部841e的弯曲内侧的曲率半径Rb的大小不同。曲率半径Ra在第二V相拐弯部841V2的两个部位的角部841e的弯曲外侧的大小相同。曲率半径Rb在第三V相拐弯部841V3的两个部位的角部841e的弯曲内侧的大小相同。对曲率半径Ra和曲率半径Rb进行规定的角部841e彼此相对。此处,若假设在第二V相拐弯部841V2与第三V相拐弯部841V3之间未形成空隙,导线82彼此无间隙地接触的情况,则曲率半径Ra与曲率半径Rb的大小相等。即,在V相拐弯部841V中,通过改变曲率半径Ra和曲率半径Rb的大小,在第二V相拐弯部841V2与第三V相拐弯部841V3之间产生空隙。
在V相拐弯部841V中,曲率半径Ra大于曲率半径Rb。即,第二V相拐弯部841V2以与第三V相拐弯部841V3相比描绘缓和的曲线的方式弯曲。由此,在V相拐弯部841V中形成空隙,并且能够使四股导线82不费力地弯曲并拐弯。在U相拐弯部841U中,与V相拐弯部841V相同地,第二U相拐弯部841U2也以与第三U相拐弯部841U3相比描绘缓和的曲线的方式以较大的曲率半径弯曲。
第一U相拐弯部841U1朝径向的突出量与第一V相拐弯部841V1朝径向的突出量的大小相等。第二U相拐弯部841U2朝径向的突出量与第二V相拐弯部841V2朝径向的突出量的大小相等。第四W相拐弯部841W4的突出量小于第一V相拐弯部841V1的突出量。因此,W相拐弯部841W的顶部841b设置在与U相拐弯部841U的顶部841b及V相拐弯部841V的顶部841b沿径向偏移的位置处。换言之,W相拐弯部841W的顶部841b与其他拐弯部841的顶部841b沿轴向不重叠。
以下,对线圈边端部54的散热进行说明。在定子绕组51中伴随通电而产生发热。由于该发热,定子绕组51的温度上升。但是,定子绕组51的温度越上升,定子绕组51与周围的空气的温度差越大,因此,定子绕组51的热量积极地向空气中散热。此处,从定子绕组51向空气散热的散热量根据定子绕组51与周围的空气的接触面积的大小而变化。即,对于定子绕组51中与空气的接触面积较大的部分,定子绕组51的热量积极地向空气中散热,温度难以上升。另一方面,对于定子绕组51中与空气的接触面积较小的部分,难以向空气中散热,热滞留而温度容易上升。因此,为了提高从定子绕组51的散热性能,需要使温度较低的空气与定子绕组51尽可能多地接触。
线圈边端部54由作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U、作为中层拐弯部的V相拐弯部841V以及作为最外层拐弯部的W相拐弯部841W这三种拐弯部841构成。此处,假设U相拐弯部841U、V相拐弯部841V和W相拐弯部841W这三种拐弯部841彼此沿径向不偏移,且朝径向的突出量彼此相等的情况。在这种情况下,在作为最外层拐弯部的W相拐弯部841W的外侧没有妨碍与空气接触的构件,与其他的拐弯部841相比,与空气的接触面积较大,从而散热性能较高。另一方面,作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U在内侧配置有定子铁芯52,并且在外侧配置有作为中层拐弯部的V相拐弯部841V和作为最外层拐弯部的W相拐弯部841W。因此,在U相拐弯部841U的内侧和外侧这两侧,存在妨碍与空气接触的构件。因此,U相拐弯部841U的散热性能至少比W相拐弯部841W的散热性能容易变低。
然而,在拐弯部841中,U相拐弯部841U朝径向的突出量、V相拐弯部841V朝径向的突出量以及W相拐弯部841W朝径向的突出量是彼此不同的突出量。换言之,U相拐弯部841U、V相拐弯部841V和W相拐弯部841W这三种拐弯部841彼此沿径向偏移地配置。因此,作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U的至少一部分为在外侧没有配置其他拐弯部841的部分。对于作为中层拐弯部的V相拐弯部841V也相同地,存在在外侧没有配置其他拐弯部841的部分。因此,作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U和作为中层拐弯部的V相拐弯部841V提供具有对向空气中的散热进行促进的部分的散热促进拐弯部841。此外,W相拐弯部841W沿轴向与其他拐弯部841重叠的量也较小。换言之,W相拐弯部841W的轴向内侧与空气的接触面积较大。因此,W相拐弯部841W提供促进散热的散热促进拐弯部841。
此外,在形成U相拐弯部841U的第二U相拐弯部841U2与第三U相拐弯部841U3之间形成有空隙。假设,假定在第二U相拐弯部841U2与第三U相拐弯部841U3之间未形成空隙。在这种情况下,在U相拐弯部841U的周围流动的空气无法进入形成U相拐弯部841U的四股导线82之间。即,第二U相拐弯部841U2与第三U相拐弯部841U3彼此接触的面积无法包括在U相拐弯部841U与空气的接触面积内。然而,在U相拐弯部841U中,在第二U相拐弯部841U2与第三U相拐弯部841U3之间形成有空隙。因此,空气能够进入第二U相拐弯部841U2与第三U相拐弯部841U3之间。即,第二U相拐弯部841U2和第三U相拐弯部841U3彼此相向的部分的面积能够包括在U相拐弯部841U与空气的接触面积内。因此,容易确保U相拐弯部841U与空气的接触面积较大。
在图31中,由于转子40旋转而在旋转电机10的内部产生风。产生的风的一部分沿着位于转子40的内侧的定子50流动。此时,在线圈边端部54、55处,风的流动方式因部位而不同。即,与保持定子铁芯52的壳体部64相比,沿轴向较大地延伸出的线圈边端部55的风的通路被限制,风难以流动。另一方面,与线圈边端部55相比,线圈边端部54的妨碍风的流动的构件较少,较多的风容易流动。因此,与靠近端板部63侧的线圈边端部55相比,远离端板部63侧的线圈边端部54更容易有助于提高定子绕组51的散热性能。换言之,与将形成线圈边端部55的拐弯部846的形状设为散热性能较高的形状相比,将形成线圈边端部54的拐弯部841的形状设为散热性能较高的形状能够提高定子绕组51整体的散热性能。但是,与仅将拐弯部841、846中的任一方设为散热性能较高的形状的情况相比,将拐弯部841、846这两方设为散热性能较高的形状更容易提高定子绕组51整体的散热性能。
根据上述实施方式,作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U朝径向的突出量与作为外层拐弯部的V相拐弯部841V及W相拐弯部841W朝径向的突出量是不同的突出量。换言之,U相拐弯部841U具有较多的不与V相拐弯部841V及W相拐弯部841W沿轴向重叠的部分。因此,同U相拐弯部841U与其他拐弯部841沿轴向重叠的情况相比,能够确保与空气的接触面积更大,并且因附近的转子40的旋转而导致的风的流通也变好,因此能够促进U相拐弯部841U向空气中的散热。另外,在V相拐弯部841V、W相拐弯部841W中,也能够与U相拐弯部841U相同地促进向空气中的散热。因此,能够抑制拐弯部841的异常的温度上升,从而容易地发挥旋转电机10的适当性能。特别地,对位于拐弯部841中的、最容易滞留热量的最内层的U相拐弯部841U中的向空气中的散热进行促进,这对于使旋转电机10适当地动作方面是非常重要的。
U相拐弯部841U在第二U相拐弯部841U2等小拐弯部与第三U相拐弯部841U3等大拐弯部之间包括空隙。因此,能够确保在U相拐弯部841U周围流动的空气与U相拐弯部841U的接触面积较大。因此,能够提高U相拐弯部841U的散热性能。另外,在V相拐弯部841V、W相拐弯部841W中,也能够与U相拐弯部841U相同地通过设置空隙来促进向空气中的散热。
作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U中的空隙大于作为外层拐弯部的V相拐弯部841V及W相拐弯部841W中的空隙。因此,提高位于最容易滞留热量的最内层的U相拐弯部841U的散热性能,容易防止U相定子绕组51U的温度与其他定子绕组51的温度相比过高。
作为小拐弯部的第二V相拐弯部841V2的角部841e的曲率半径Ra大于作为大拐弯部的第三V相拐弯部841V3的角部841e的曲率半径Rb。因此,在V相拐弯部841V中,容易在第二V相拐弯部841V2与第三V相拐弯部841V3之间形成空隙。即,在将多股导线82弯折而构成的拐弯部841中,能够使导线82不费力地拐弯,并且抑制对角部841e施加过度的负载,从而容易维持适当地拐弯的状态。
设置于轴向两侧的拐弯部84中的仅一个是散热促进拐弯部841。换言之,设置于轴向两侧的拐弯部84是彼此非对称的形状。因此,与将拐弯部84的两侧设为散热促进拐弯部841的情况相比,容易识别定子50的方向。因此,当组装构成旋转电机10的各部件时,容易防止弄错部件的方向而进行组装。另外,能够确保定子绕组51的设计自由度较高。
散热促进拐弯部841设置于定子铁芯52的轴向两侧的拐弯部84中的、在壳体部64中比定子铁芯52更靠轴向外侧的部分的延伸高度较小的一侧的拐弯部841。因此,在通过壳体部64难以阻碍空气的流动的拐弯部841中,能够促进散热。因此,与将同种的散热促进拐弯部841设置于与拐弯部841相反的一侧的拐弯部846侧的情况相比,容易得到更大的散热促进效果。
U相定子绕组51U的电阻值、V相定子绕组51V的电阻值以及W相定子绕组51W的电阻值是彼此相等的大小。即,异相的定子绕组51彼此的导体长度及粗细是彼此相等的长度。因此,能够使异相的定子绕组51彼此的电阻值相互一致,从而将导线82在通电时异相的定子绕组51彼此的发热量设为相同程度。因此,容易抑制仅特定的定子绕组51的发热量异常地变大,定子绕组51的特定部位成为异常的高温的情况。
作为最内层拐弯部的U相拐弯部841U朝径向的最内层最大突出量LU大于V相拐弯部841V朝径向的中层最大突出量LV及W相拐弯部841W朝径向的最外层最大突出量LW。因此,不仅U相拐弯部841U的顶部841b,而且倾斜部841a也能够促进散热。因此,容易提高位于最容易滞留热量的最内层的U相拐弯部841U的散热性能。
V相拐弯部841V朝径向的中层最大突出量LV大于W相拐弯部841W朝径向的最外层最大突出量LW。并且,U相拐弯部841U朝径向的最内层最大突出量LU大于V相拐弯部841V朝径向的中层最大突出量LV。换言之,按照容易滞留热量的顺序,将散热促进拐弯部841朝径向的突出量设定得较大。因此,定子绕组51越位于容易滞留热量的轴向内侧,越使散热促进拐弯部841处的散热性能提高,由此能够抑制定子绕组51整体中的每个部位的温度差变得过大。
形成散热促进拐弯部841的U相拐弯部841U的最内层最大突出量LU大于定子铁芯52的厚度尺寸。因此,能够抑制由于定子铁芯52位于U相拐弯部841U的轴向内侧而导致空气变得难以流动的情况。因此,容易构成为空气在U相拐弯部841U的轴向外侧和轴向内侧这两面积极地流动。因此,容易提高U相拐弯部841U的散热性能。
在U相拐弯部841U中,也可以在第二U相拐弯部841U2与第三U相拐弯部841U3之间以外的部分形成空隙。例如,也可以在第一U相拐弯部841U1与第二U相拐弯部841U2之间形成空隙。此外,也可以通过在第三U相拐弯部841U3与第四U相拐弯部841U4之间形成空隙等,从而在U相拐弯部841U中形成多个空隙。这样,能够确保U相拐弯部841U中的空隙的数量较多。即,通过形成三个尺寸较小的空隙而不是形成一个尺寸较大的空隙,能够确保U相拐弯部841U中的空隙的大小较大。因此,能够提高U相拐弯部841U的散热性能。此处,形成多个空隙也能够应用于U相拐弯部841U以外的拐弯部841。
上述的定子50的详细结构是不仅适用于第一实施方式,而且适用于所有实施方式的结构。
以下,以与第一实施方式的不同点为中心,对其他实施方式进行说明。
(第二实施方式)
在本实施方式中,改变转子40中的磁体部42的极性各向异性结构,以下进行详细的说明。
如图22和图23所示,使用称为海尔贝克阵列的磁体阵列来构成磁体部42。即,磁体部42具有:将磁化方向(磁极的方向)设为径向的第一磁体131;以及将磁化方向(磁极的方向)设为周向的第二磁体132,以规定间隔在周向上配置有第一磁体131,并且在沿周向相邻的第一磁体131之间的位置配置有第二磁体132。第一磁体131和第二磁体132是由例如钕磁体等稀土类磁体构成的永磁体。
第一磁体131以使与定子50相对的一侧(径向内侧)的极交替为N极、S极的方式在周向上互相分开配置。此外,第二磁体132配置为在与各第一磁体131相邻的位置处周向的磁极方向交替地成为反向。
此外,在第一磁体131的径向外侧、即转子主体41的磁体保持部43侧配置有由软磁性材料构成的磁性体133。例如磁性体133最好由电磁钢板、软铁和压粉铁心材料构成。在这种情况下,磁性体133的周向的长度与第一磁体131的周向的长度(尤其是第一磁体131的外周部的周向的长度)相同。此外,在使第一磁体131和磁性体133一体化的状态下的该一体物的径向的厚度与第二磁体132的径向的厚度相同。换言之,第一磁体131的径向厚度比第二磁体132的径向厚度薄了磁性体133的量。各磁体131、132和磁性体133例如通过粘接剂互相固接。在磁体部42中第一磁体131的径向外侧是与定子50相反的一侧,磁性体133设于径向上的第一磁体131的两侧中的与定子50相反的一侧(定子相反侧)。
在磁性体133的外周部形成有键134,该键134是向径向外侧、即转子主体41的磁体保持部43的一侧突出的凸部。此外,在磁体保持部43的内周面形成有键槽135,该键槽135是收容磁性体133的键134的凹部。键134的突出形状和键槽135的槽形状相同,并且与形成于各磁性体133的键134对应地形成有数量与键134相同的键槽135。通过键134和键槽135的卡合来抑制第一磁体131及第二磁体132与转子主体41的周向(旋转方向)上的位置偏移。另外,最好将键134和键槽135(凸部和凹部)设于转子主体41的磁体保持部43和磁性体133中的任一个,也可以与上述相反地,在磁性体133的外周部设置键槽135并且在转子主体41的磁体保持部43的内周部设置键134。
此处,在磁体部42中,能通过交替地排列第一磁体131和第二磁体132来增加第一磁体131处的磁通密度。因此,在磁体部42中,能够产生磁通的单面集中,从而实现靠近定子50的一侧的磁通强化。
此外,通过在第一磁体131的径向外侧即定子相反侧配置有磁性体133,能抑制第一磁体131的径向外侧的局部磁饱和,进而能抑制因磁饱和而产生的第一磁体131的退磁。由此,最终能够增加磁体部42的磁力。换言之,本实施方式的磁体部42构成为在第一磁体131中将容易产生退磁的部分更换为磁性体133。
图24是具体表示磁体部42中的磁通的流动的图,图24的(a)表示使用在磁体部42中不具有磁性体133的现有结构的情况,图24的(b)表示使用在磁体部42中具有磁性体133的本实施方式的结构的情况。另外,在图24中,将转子主体41的磁体保持部43和磁体部42直线状地展开表示,图的下侧为定子侧,上侧为定子相反侧。
在图24的(a)的结构中,第一磁体131的磁极面和第二磁体132的侧面分别与磁体保持部43的内周面接触。此外,第二磁体132的磁极面与第一磁体131的侧面接触。在这种情况下,在磁体保持部43产生了穿过第二磁体132的外侧路径进入和第一磁体131接触的接触面的磁通F1、以及与磁体保持部43大致平行且吸引第二磁体132的磁通F2的磁通的合成磁通。因此,担心在磁体保持部43中在第一磁体131和第二磁体132的接触面附近产生局部磁饱和。
与此相对,在图24的(b)的结构中,由于在第一磁体131的定子相反侧,在第一磁体131的磁极面与磁体保持部43的内周面之间设有磁性体133,因此在上述磁性体133处允许磁通通过。因此,能够抑制磁体保持部43处的磁饱和,并且提高对于退磁的耐力。
此外,在图24的(b)的结构中,与图24的(a)不同,能够消除促进磁饱和的F2。由此,能有效地提高整个磁路的磁导。通过上述结构,即使在严酷的高温条件下也能保持上述磁路特性。
此外,与现有的SPM转子中的径向磁体相比,穿过磁体内部的磁体磁路更长。因此,能够使磁体磁导上升,提高磁力,从而增强转矩。此外,能通过使磁通集中在d轴的中央来提高正弦波匹配率。尤其是,当通过PWM控制使电流波形成为正弦波或梯形波、或者利用120度通电的开关IC时,能更有效地增强转矩。
(其他实施方式)
例如也可以如下所述改变上述实施方式。
·在上述实施方式中,构成为将定子铁芯52的外周面设为没有凹凸的曲面状,以规定间隔在该外周面并排配置多个导线组81,但是也可以对此进行变更。例如,如图25所示,定子铁芯52具有圆环状的轭部141和突起部142,其中,上述轭部141设于定子绕组51的径向两侧中的与转子相反的一侧(图的下侧),上述突起部142以从上述轭部141朝向沿周向相邻的直线部83之间突出的方式延伸。突起部142以规定间隔设于轭部141的径向外侧即转子40侧。定子绕组51的各导线组81和突起部142在周向上卡合,将突起部142用作定位部并且将其沿周向并排配置。另外,突起部142相当于“绕组间构件”。突起部142提供导线间构件。
突起部142构成为,从轭部141起算的径向的厚度尺寸小于径向内外的多层直线部83中的沿径向与轭部141相邻的直线部83的径向的厚度尺寸的1/2(图的H1)。通过上述突起部142的厚度限制,在沿周向相邻的导线组81(即直线部83)之间突起部142不作为极齿发挥作用,无法形成由极齿形成的磁路。也可以不针对沿周向排列的各导线组81之间全部设置突起部142,只要在沿周向相邻的至少一组导线组81之间设置突起部142即可。突起部142的形状可以是矩形、圆弧形等任意的形状。
此外,也可以在定子铁芯52的外周面设有一层直线部83。因此,广义上,突起部142的从轭部141起算的径向的厚度尺寸只要小于直线部83的径向的厚度尺寸的1/2即可。
另外,当假设以旋转轴11的轴心为中心并且穿过沿径向与轭部141相邻的直线部83的径向的中心位置的假想圆时,突起部142最好呈在上述假想圆的范围内从轭部141突出的形状,换言之不向假想圆的径向外侧(即转子40侧)突出的形状。
根据上述结构,限制了突起部142的径向的厚度尺寸,并且在沿周向相邻的直线部83之间不作为极齿发挥作用,因此与在各直线部83之间设有极齿的情况相比,能够拉近相邻的各直线部83。由此,能够增大导体截面积,从而能减小伴随定子绕组51的通电而产生的发热。在上述结构中,能够通过不设置极齿来消除磁饱和,从而能增大向定子绕组51的通电电流。在这种情况下,能够理想地应对发热量伴随上述通电电流的增大而增加的情况。此外,在定子绕组51中,拐弯部84具有沿径向偏移来避免和其他拐弯部84的干涉的干涉避免部,因此能够将不同的拐弯部84彼此沿径向分开配置。由此,能够在拐弯部84中也实现散热性的提高。综上,能够优化定子50处的散热性能。
此外,若定子铁芯52的轭部141和转子40的磁体部42(即各磁体91、92)分开规定距离以上,则突起部142的径向的厚度尺寸不限于图25的H1。具体地,若轭部141和磁体部142分开2mm以上,则突起部142的径向的厚度尺寸也可以是图25的H1以上。例如,也可以是,当直线部83的径向厚度尺寸超过2mm,并且导线组81由径向内外的两层导线82构成时,在与轭部141不相邻的直线部83即从轭部141起算第二层的导线82的一半位置的范围,设置突起部142。在这种情况下,只要突起部142的径向厚度尺寸不超过“H1×3/2”,就能够通过增大导线组81中的导体截面积来大幅得到上述效果。
此外,定子铁芯52也可以是图26所示的结构。另外,在图26中,省略了密封部57,但是也可以设有密封部57。在图26中,为了便于说明,将磁体部42和定子铁芯52直线状地展开表示。
在图26的结构中,定子50在沿周向相邻的导线82(即直线部83)之间具有作为绕组间构件的突起部142。此处,当将在磁体部42的与一极对应的范围,由定子绕组51的通电而励磁的突起部142的周向的宽度尺寸设为Wt,将突起部142的饱和磁通密度设为Bs,将磁体部42的与一极对应的周向的宽度尺寸设为Wm,将磁体部42的残留磁通密度设为Br时,突起部142由满足下式的磁性材料构成。
Wt×Bs≤Wm×Br…(1)
详细地,在本实施方式中,定子绕组51的三相绕组是分布绕组,在上述定子绕组51中,对于磁体部42的一极,突起部142的数量即各导线组81之间的间隙56的数量为“3×m”个。另外,m是导线82的对数。在这种情况下,当定子绕组51以各相规定顺序通电时,在一极内与两相对应的突起部142被励磁。因此,当将突起部142(即间隙56)的周向的宽度尺寸设为A时,在磁体部42的与一极对应的范围,由定子绕组51的通电而励磁的突起部142的周向的宽度尺寸Wt为“2×A×m”。接着,在这样规定了宽度尺寸Wt的基础上,在定子铁芯52中,突起部142由满足上述(1)的关系的磁性材料构成。另外,宽度尺寸Wt是在一极内相对导磁率大于1的部分的周向尺寸。
此外,当将定子绕组51设为集中绕组时,在定子绕组51中,相对于磁体部42的一极对(即两极),突起部142的数量、即各导线组81之间的间隙56的数量为“3×m”个。在这种情况下,当定子绕组51以各相规定顺序通电时,在一极内与一相对应的突起部142被励磁。因此,在磁体部42的与一极对应的范围,由定子绕组51的通电而励磁的突起部142的周向的宽度尺寸Wt是“A×m”。而且,在这样规定了宽度尺寸Wt的基础上,突起部142由满足上述(1)的关系的磁性材料构成。
顺便提一下,在钕磁体、钐钴磁体、铁氧体磁体之类的BH积为20[MGOe(kJ/m3)]以上的磁体中,Bd为1.0[T]以上,在铁中Br为2.0[T]以上。因此,作为高输出电动机,在定子铁芯52中,突起部142只要是满足Wt<1/2×Wm的关系的磁性材料即可。
在上述实施方式中,构成为将覆盖定子绕组51的密封部57在定子铁芯52的径向外侧设置在包含所有各导线组81的范围、即设置在径向的厚度尺寸大于各导线组81的径向的厚度尺寸的范围,但是也可以对此进行变更。例如,如图27所示,构成为将密封部57设为使导线82的一部分突出。更具体地,构成为将密封部57设为使导线组81中的最靠径向外侧的导线82的一部分朝径向外侧、即定子50侧露出的状态。在这种情况下,密封部57的径向的厚度尺寸最好与各导线组81的径向的厚度尺寸相同或者小于上述厚度尺寸。
·如图28所示,也可以构成为各导线组81没有被密封部57密封。即,构成为没有使用覆盖定子绕组51的密封部57。在这种情况下,在沿周向排列的各导线组81之间形成有空隙。提供如下结构:将沿周向排列的各导线组81之间设为空隙的结构的定子绕组51仅由导线组81形成,并且在各导线组81之间未设置密封部57等导线间构件。
·也可以构成为定子50不包括定子铁芯52。在这种情况下,定子50由图12所示的定子绕组51构成。另外,也可以构成为,在不包括定子铁芯52的定子50中,通过密封件来密封定子绕组51。或者,也可以构成为,代替由软磁性材料构成的定子铁芯52,定子50包括由合成树脂等非磁性材料构成的圆环状的绕组保持部。
·在定子绕组51的导线组81中,作为避免在径向内外重叠的各导线82的干涉的结构,如图29的(a)所示,也可以是在第n层和第n+1层处使拐弯部84的导线偏移的方向相反的结构。即,将与多层的各直线部83连接且在径向内外重叠的各拐弯部84设为沿径向的不同方向弯曲的结构。由此,仍然能够将各拐弯部84理想地分开配置。另外,本结构优选适用于绝缘最严格的部分、或者用于多层中的最终层或开始层。
或者,如图29的(b)所示,也可以设为在第n层和第n+1层处使轴向上的导线偏移位置(图的上下方向的位置)不同的结构。在这种情况下,即使各层的拐弯部84处的曲率半径相同,也能够抑制相互的干涉。
·在上述实施方式中,在定子绕组51中,设为通过拐弯部84将位于以旋转轴11为中心的同一个节圆上的位置的直线部83彼此连接,并且该拐弯部84包括干涉避免部的结构,但是也可以对此进行变更。例如,在定子绕组51中,也可以是通过拐弯部84将位于以旋转轴11为中心的不同节圆上的位置的直线部83彼此、即不同层的直线部83彼此连接的结构。总之,只要是拐弯部84具有沿径向偏移来避免与其他拐弯部84干涉的干涉避免部的结构即可。
·如图30的(a)所示,在定子绕组51的导线组81中,也可以是各导线82的直线部83以沿径向(图的上下方向)相对的一对相对面彼此不平行的状态配置的结构。此外,在图30的(a)中,各导线组81被密封部57密封。根据本结构,能够在沿径向排列的各直线部83彼此之间夹设作为非发热部的密封件,在该非发热部中,能够使定子绕组51通电时在直线部83产生的热量扩散。由此,能够提高导线组81处的散热性能。
此外,即使是沿周向相邻的各直线部83之间没有夹设极齿的结构,也能够使密封件适当地进入各导线组81的直线部83彼此之间,进而良好地固定各直线部83。但是,在图30(a)的结构中,也可以是不设置密封部57的结构。在这种情况下,能够在沿径向排列的直线部83彼此之间夹设作为非发热部的空隙,仍然能够提高导电线组81处的散热性能。
·如图30的(b)所示,也可以构成为在定子50的导线组81中,将各导线82的直线部83配置成径向内外四层,一对相对面彼此的间隙尺寸沿周向大小不同,并且较大的一侧在沿径向排列的各间隙中交替地反向。此外,在图30的(b)中,各导线组81被密封部57密封。只要直线部83的层数为三层以上即可。根据本结构,能够在沿径向排列的各直线部83中适当地进行热量的扩散。
另外,在旋转电机10动作时,即使旋转方向正反调换而交替,也能够良好地得到保持各直线部83的保持力。
·在定子绕组51中,也可以构成为在径向上将导线82的直线部83设为单层。此外,在将直线部83在径向内外配置为多层的情况下,该层的数量可以是任意的,还可以设为3层、4层、5层、6层等。
·在上述实施方式中,将旋转轴11设为在轴向上向旋转电机10的一端侧和另一端侧这两者突出,但是也可以对此进行变更,构成为仅向一端侧突出。在这种情况下,旋转轴11最好设为,由轴承部20悬臂支承的部分为端部,向其轴向外侧延伸。在本结构中,由于构成为旋转轴11不向逆变器单元60的内部突出,因此可以更多地使用逆变器单元60的内部空间,详细地,更多使用筒状部71的内部空间。
·作为将旋转轴11支承为旋转自如的结构,也可以构成为,在转子40的轴向一端侧和另一端侧的两个部位设置轴承。在这种情况下,在图1的结构中,轴承最好夹着逆变器单元60设于一端侧和另一端侧的两个部位。
·在上述实施方式中,在转子40中,将转子主体41的中间部45设为沿轴向具有台阶的结构,但是也可以对此进行变更,消除中间部45的台阶而设为平板状。
·在上述实施方式中,构成为在定子绕组51的导线82中将导体82a设为多股线材86的集合体,但是可以对此进行变更,也可以构成为使用截面呈矩形的矩形导线作为导线82。此外,也可以构成为,使用截面呈圆形或截面呈椭圆形的圆导线作为导线82。
·在上述实施方式中,构成为在定子50的径向内侧设置逆变器单元60,但是除此之外,也可以构成为在定子50的径向内侧不设置逆变器单元60。在这种情况下,能将定子50的径向内侧的内部区域作为空间。此外,能在上述内部区域配置与逆变器单元60不同的部件。
·在旋转电机10中,也可以构成为不包括外壳30。在这种情况下,也可以构成为在例如轮、其他车辆部件的一部分中保持转子40、定子50等。
·也能够将本公开应用于内转子结构(内转结构)的旋转电机。在这种情况下,例如在外壳30内,最好从径向外侧依次设有定子50、转子40,在转子40的径向内侧设有逆变器单元60。在上述实施方式中,作为转子列举了SPM转子,但也能够应用于IPM转子。在这种情况下,直线部83提供以夹着规定的气隙及转子铁芯(未图示)与磁体部42相对的方式配置的磁体相对部。
另外,本说明书的公开不限于例示的实施方式。公开包括例示的实施方式和本领域技术人员基于其进行的变形方式。例如,公开不限于实施方式中所示出的部件和/或要素的组合。公开可以以各种组合来实施。公开可以具有能追加到实施方式的追加部分。公开包括省略了实施方式的部件和/或元件的实施方式。公开包括一个实施方式与另一个实施方式之间的部件和/或元件的替代或组合。公开的技术范围不限于实施方式的记载。公开的若干技术范围应理解为由权利要求书的记载表示,并且还包括与权利要求书的记载等同的意思和范围内的所有变形。
Claims (12)
1.一种旋转电机的定子,包括:
圆环状的定子铁芯;以及
由绝缘膜覆盖的多相的定子绕组,
所述旋转电机的定子是与支承为旋转自如的转子同轴地配置的定子,其特征在于,
所述定子绕组具有:
磁体相对部,所述磁体相对部相对于所述转子的磁体部沿旋转电机的旋转轴的径向相对;以及
拐弯部,所述拐弯部在比所述磁体相对部更靠所述旋转轴的轴向外侧的位置处将同相的所述磁体相对部彼此连接,
设置于所述轴向的两侧的所述拐弯部中的至少一个是散热促进拐弯部,
所述散热促进拐弯部设置成异相的所述散热促进拐弯部彼此沿所述轴向部分地重叠,并且相对于所述磁体相对部沿所述径向突出,所述散热促进拐弯部包括:
最内层拐弯部,所述最内层拐弯部设置于在沿所述轴向重合的异相的所述散热促进拐弯部中、在所述轴向上最靠近所述定子铁芯的位置;以及
外层拐弯部,所述外层拐弯部设置于在所述轴向上比所述最内层拐弯部远离所述定子铁芯的位置,
所述最内层拐弯部朝所述径向的突出量是与所述外层拐弯部朝所述径向的突出量不同的突出量。
2.如权利要求1所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述定子绕组在同相中具有两股以上的导线,
所述散热促进拐弯部在同相中包括:朝所述径向的突出量小的小拐弯部;以及朝所述径向的突出量比所述小拐弯部大的大拐弯部,
在所述小拐弯部与所述大拐弯部的所述径向之间包括空隙。
3.如权利要求2所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述最内层拐弯部的所述空隙大于所述外层拐弯部的所述空隙。
4.如权利要求2或3所述的旋转电机的定子,其特征在于,
在沿所述径向彼此相对的所述小拐弯部和所述大拐弯部中,所述小拐弯部的角部的弯曲外侧的曲率半径大于所述大拐弯部的所述角部的弯曲内侧的曲率半径。
5.如权利要求3所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述轴向的两侧的所述拐弯部中的仅一个是所述散热促进拐弯部。
6.如权利要求5所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述定子铁芯由壳体部保持,所述壳体部设置成比所述定子铁芯更向所述轴向外侧延伸,
所述散热促进拐弯部设置于所述定子铁芯的所述轴向两侧的所述拐弯部中的、在所述壳体部中比所述定子铁芯更靠所述轴向外侧的部分的高度即延伸高度较小的一侧的所述拐弯部。
7.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的定子,其特征在于,
异相的所述定子绕组彼此的电阻值是相互相等的大小。
8.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述最内层拐弯部朝所述径向的最大突出量大于所述外层拐弯部朝所述径向的最大突出量。
9.如权利要求8所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述外层拐弯部包括:
最外层拐弯部,所述最外层拐弯部设置在沿所述轴向重合的所述散热促进拐弯部中、最远离所述定子铁芯的位置;以及
中层拐弯部,所述中层拐弯部设置在所述最外层拐弯部与所述最内层拐弯部之间,
所述中层拐弯部朝所述径向的最大突出量大于所述最外层拐弯部朝所述径向的最大突出量,所述最内层拐弯部朝所述径向的最大突出量大于所述中层拐弯部朝所述径向的最大突出量。
10.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述散热促进拐弯部朝所述径向的最大突出量大于所述定子铁芯的厚度尺寸。
11.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述定子绕组具有导线部,所述导线部在与所述转子相对的位置处以规定间隔沿所述旋转轴的周向配置,
所述导线部的所述径向的厚度尺寸小于一磁极内的与一相对应的所述周向的宽度尺寸。
12.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的定子,其特征在于,
所述定子绕组具有导线部,所述导线部在与所述转子相对的位置处以规定间隔沿所述旋转轴的周向配置,
在所述定子中,
构成为在所述周向上的各所述导线部之间设置导线间构件,并且作为所述导线间构件,使用当将一磁极中的所述导线间构件的所述周向的宽度尺寸设为Wt,将所述导线间构件的饱和磁通密度设为Bs,将一磁极中的所述磁体部的所述周向的宽度尺寸设为Wm,将所述磁体部的残留磁通密度设为Br时,满足Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料或非磁性材料,
或者构成为在所述周向上的各所述导线部之间没有设置所述导线间构件。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018-139470 | 2018-07-25 | ||
JP2018139470A JP6958504B2 (ja) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | 回転電機の固定子 |
PCT/JP2019/021178 WO2020021844A1 (ja) | 2018-07-25 | 2019-05-29 | 回転電機の固定子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112470369A CN112470369A (zh) | 2021-03-09 |
CN112470369B true CN112470369B (zh) | 2023-09-29 |
Family
ID=69180642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201980048856.7A Active CN112470369B (zh) | 2018-07-25 | 2019-05-29 | 旋转电机的定子 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6958504B2 (zh) |
CN (1) | CN112470369B (zh) |
WO (1) | WO2020021844A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2023110431A (ja) * | 2022-01-28 | 2023-08-09 | 株式会社デンソー | コイル体、電気子及びステータ |
DE102022121743A1 (de) * | 2022-08-29 | 2024-02-29 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Stator und Kit-of-parts |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1829044A (zh) * | 2005-03-01 | 2006-09-06 | 本田技研工业株式会社 | 定子、马达及定子的制造方法 |
JP2009071995A (ja) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Denso Corp | 回転電機の固定子 |
JP2010028958A (ja) * | 2008-07-17 | 2010-02-04 | Toyota Motor Corp | 回転電機及び回転電機冷却システム |
JP2010226903A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Toyota Motor Corp | 回転電機用コイル及びステータ |
CN103262391A (zh) * | 2010-12-14 | 2013-08-21 | 三菱电机株式会社 | 车用旋转电机及其中使用的定子的制造方法 |
JP2014212638A (ja) * | 2013-04-19 | 2014-11-13 | 株式会社デンソー | 回転電機の固定子 |
JP2018102018A (ja) * | 2015-04-23 | 2018-06-28 | 三菱電機株式会社 | 回転電機の回転子 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61224841A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-06 | Toshiba Corp | 単層同心巻三相固定子巻線 |
JP6410104B2 (ja) * | 2015-07-31 | 2018-10-24 | 株式会社デンソー | 回転電機の固定子及びその固定子を備えた回転電機 |
-
2018
- 2018-07-25 JP JP2018139470A patent/JP6958504B2/ja active Active
-
2019
- 2019-05-29 CN CN201980048856.7A patent/CN112470369B/zh active Active
- 2019-05-29 WO PCT/JP2019/021178 patent/WO2020021844A1/ja active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1829044A (zh) * | 2005-03-01 | 2006-09-06 | 本田技研工业株式会社 | 定子、马达及定子的制造方法 |
JP2009071995A (ja) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Denso Corp | 回転電機の固定子 |
JP2010028958A (ja) * | 2008-07-17 | 2010-02-04 | Toyota Motor Corp | 回転電機及び回転電機冷却システム |
JP2010226903A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Toyota Motor Corp | 回転電機用コイル及びステータ |
CN103262391A (zh) * | 2010-12-14 | 2013-08-21 | 三菱电机株式会社 | 车用旋转电机及其中使用的定子的制造方法 |
JP2014212638A (ja) * | 2013-04-19 | 2014-11-13 | 株式会社デンソー | 回転電機の固定子 |
JP2018102018A (ja) * | 2015-04-23 | 2018-06-28 | 三菱電機株式会社 | 回転電機の回転子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020018093A (ja) | 2020-01-30 |
WO2020021844A1 (ja) | 2020-01-30 |
JP6958504B2 (ja) | 2021-11-02 |
CN112470369A (zh) | 2021-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7095731B2 (ja) | 回転電機 | |
US20200336027A1 (en) | Rotating electrical machine system | |
US11863023B2 (en) | Rotating electrical machine | |
CN114552828B (zh) | 旋转电机 | |
JP7238318B2 (ja) | 回転電機 | |
JP7056441B2 (ja) | 回転電機 | |
US11368073B2 (en) | Rotating electrical machine | |
US11664693B2 (en) | Rotating electrical machine | |
JP7010204B2 (ja) | 回転電機及び回転電機の製造方法 | |
CN113287260B (zh) | 控制装置和旋转电机系统 | |
CN112470369B (zh) | 旋转电机的定子 | |
WO2020145078A1 (ja) | 制御装置及び回転電機システム | |
JP7031539B2 (ja) | 回転電機 | |
CN112840526B (zh) | 旋转电机 | |
JP7056473B2 (ja) | 回転電機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |