CN116491049A - 旋转电机 - Google Patents

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CN116491049A
CN116491049A CN202180079387.2A CN202180079387A CN116491049A CN 116491049 A CN116491049 A CN 116491049A CN 202180079387 A CN202180079387 A CN 202180079387A CN 116491049 A CN116491049 A CN 116491049A
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Abstract

本发明涉及旋转电机。旋转电机(400)是内转子式的旋转电机,具备:转子(410),具有配置成环状的磁铁部(412);以及定子(430),具有多相的定子绕组(431),在上述定子的径向内侧配置有上述转子。旋转电机具备:有底筒状的第一壳体(450),被以包围上述定子的状态设置,并在轴向的第一端侧具有底部(454);以及第二壳体(470),设置为在上述第一壳体的与上述第一端相反侧的第二端侧封闭该第一壳体的开放端。上述转子具有沿轴向延伸的圆筒状的旋转轴(416),上述第二壳体具有插入上述旋转轴的中空部内的固定轴部(472),在上述固定轴部与上述旋转轴之间设置能够旋转地支承该旋转轴的轴承(491)。

Description

旋转电机
相关申请的交叉引用
本申请基于2020年11月27日申请的日本申请编号2020-197409号,并在此引用其记载内容。
技术领域
该说明书中的公开涉及旋转电机。
背景技术
以往,已知一种具备具有多个磁极的转子和具有多相的定子绕组的定子的旋转电机。另外,在旋转电机中,已知在与定子一体化的壳体设置轴承,通过该轴承能够旋转地支承转子的结构。例如在专利文献1中记载了在内转子结构的轮内马达中,以包围定子的外周侧的方式设置壳体,并且在设置于该壳体的轴承突部通过轴承能够旋转地支承转子的结构。
专利文献1:日本特开2004-129389号公报
然而,在上述专利文献1所记载的轮内马达中,在壳体的轴承突部中通过轴承能够旋转地支承转子,对该壳体要求用于轴支承转子的强度。然而,在壳体被设置为高强度的构件的结构中,在该壳体中例如限制实现散热性提高、轻型化方面的自由度。因此,认为有技术上的改善的余地。
发明内容
本公开是鉴于上述情况而完成的,目的在于在旋转电机中提高设计的自由度。
该说明书中的公开的多个方式为了实现每个目的而采用相互不同的技术手段。该说明书所公开的目的、特征、以及效果通过参照后续的详细的说明以及附图而变得更加明确。
方式1是内转子式的旋转电机,具备:转子,具有配置成环状的磁铁部;以及定子,具有多相的定子绕组,在上述定子的径向内侧配置有上述转子,上述旋转电机具备:
有底筒状的第一壳体,被以包围上述定子的状态设置,并在轴向的第一端侧具有底部;以及
第二壳体,设置为在上述第一壳体的与上述第一端相反侧的第二端侧封闭该第一壳体的开放端,
上述转子具有沿轴向延伸的圆筒状的旋转轴,
上述第二壳体具有插入上述旋转轴的中空部内的固定轴部,在上述固定轴部与上述旋转轴之间设置能够旋转地支承该旋转轴的轴承。
上述结构的旋转电机具有内转子结构,转子配置在径向内侧,定子配置在径向外侧,通过轴承能够旋转地支承与转子一体地设置的旋转轴。另外,以包围定子的方式设置有底筒状的第一壳体,并以封闭该第一壳体的开放端侧(第二端侧)的方式设置第二壳体。而且,构成为,使设置于第二壳体的固定轴部插入旋转轴的中空部,并且在固定轴部与旋转轴之间设置有轴承。
在上述结构中,通过第一壳体和第二壳体中的第二壳体即不是包围定子的一侧的壳体,经由轴承能够旋转地支承转子的旋转轴。该情况下,在设置为包围定子的第一壳体中,与第二壳体相比缓和强度的要求。因此,在第一壳体中,缓和强度要求所带来的设计的自由度增加,能够容易地应对提高散热性、轻型化的要求。
方式2是在方式1的基础上,上述第一壳体是比上述第二壳体高导热的构件,上述第二壳体是比上述第一壳体高强度的构件。
根据上述结构,包围定子的第一壳体使散热性优先,经由轴承支承旋转轴的第二壳体使强度优先。由此,能够从第一壳体适当地释放在定子产生的热量,并且能够确保第二壳体中的旋转轴的支承强度。另外,虽然高强度材料有重量变重的倾向,但仅使各壳体中第二壳体为高强度的构件,所以也能够实现作为旋转电机的重量减轻。该情况下,在旋转电机中,能够提高与散热性、重量相关的设计的自由度。
方式3是在方式1或者2的基础上,上述转子具有支承上述磁铁部的转子架,上述转子架在轴向一端侧具有端板部,上述旋转轴被设置为在轴向上从上述端板部向与上述磁铁部相反侧延伸,在上述旋转轴的中空部中,在轴向上比上述端板部更靠反磁铁部侧的位置设置上述轴承,通过该轴承能够旋转地支承上述旋转轴,在上述旋转轴中与上述端板部相反侧的轴向端部能够结合通过本旋转电机而被赋予旋转的旋转对象物。
在上述结构中,在旋转轴的轴向一端侧设置转子架,在旋转轴的轴向另一端侧能够结合相对于本旋转电机的旋转对象物。另外,在旋转轴的中空部中,在轴向上比转子架的端板部更靠反磁铁部侧的位置设置轴承。该情况下,通过在径向上不与磁铁部重复的位置设置轴承,同在径向上与磁铁部重复的位置设置轴承的结构相比,能够使磁铁部的径向内侧的区域变大。由此,能够在磁铁部的径向内侧的区域配置传感器组、电气部件、旋转电机安装用的安装结构等,能够实现该区域的有效利用。另外,能够一同考虑负载作用于旋转轴中与端板部相反侧的轴向端部,将轴承配置于适当的位置。此外,在轮内马达中,车轮相当于旋转对象物。
方式4是在方式3的基础上,上述固定轴部以贯通设置于上述端板部的贯通孔的状态设置,轴向上的上述端板部的两侧中一侧为第一轴部,另一侧为第二轴部,在上述第一轴部以及上述第二轴部中的成为上述磁铁部的径向内侧的第一轴部的外侧设置对上述转子的旋转进行检测的旋转传感器,在第二轴部的外侧设置上述轴承。
在上述结构中,在第二壳体的固定轴部中,隔着转子架的端板部成为两侧的部分分别为第一轴部、第二轴部,第一轴部侧的区域和第二轴部侧的区域通过端板部在轴向上被分隔。因此,在第一轴部的外侧设置旋转传感器,并在第二轴部的外侧设置轴承的结构中,能够抑制轴承对旋转传感器的影响。
方式5是在方式3或者4的基础上,在上述转子中的上述磁铁部的径向内侧形成有由上述第二壳体和上述转子架包围的封闭空间,在上述封闭空间配置有对上述转子的旋转进行检测的旋转传感器。
在上述结构中,在转子中的磁铁部的径向内侧,在由第二壳体和转子架形成的封闭空间配置旋转传感器。该情况下,旋转传感器与旋转电机的外部隔离,所以能够良好地保持旋转传感器的设置环境。例如,能够抑制异物附着于旋转传感器、旋转传感器被淋水。
方式6是在方式1~5中任意一个方式的基础上,上述旋转轴插入设置在上述第一壳体中的上述底部的贯通孔,在上述底部与上述旋转轴之间设置滑动密封件。
在上述结构中,在旋转轴的内周面侧,在与第二壳体的固定轴部之间设置轴承,在旋转轴的外周面侧,在与第一壳体的底部之间设置滑动密封件。换句话说,旋转轴能够通过轴承相对于第二壳体的固定轴部相对旋转,并且,能够通过滑动密封件相对于第一壳体的底部相对旋转。由此,从径向内侧以及外侧通过各壳体分别能够旋转地支承旋转轴,能够实现能够进行旋转轴的适当的支承的支承结构。
方式7是在方式1~6中任意一个方式的基础上,上述第二壳体具有直径比上述固定轴部大的圆筒部,上述圆筒部被配置为以接近状态与成为上述磁铁部的径向内侧的转子内周面对置,上述圆筒部的径向内侧成为在轴向上在上述固定轴部的相反侧开放的空间部。
在上述结构中,在第二壳体中,直径比固定轴部大的圆筒部以接近状态与转子内周面对置,该圆筒部的径向内侧成为在轴向上在固定轴部的相反侧开放的空间部。该情况下,通过第二壳体的圆筒部从内侧覆盖转子中的磁铁部的内周侧而与外部划分,并且在圆筒部内确保空间部而能够有效利用该空间部。
方式8是在方式7的基础上,在上述转子中的上述磁铁部的径向内侧,上述转子内周面与上述圆筒部对置的区域成为润滑油通过的润滑油路径。
在上述结构中,转子内周面与圆筒部对置的区域成为润滑油通过的润滑油路径。该情况下,通过利用第二壳体的圆筒部限制旋转电机的内部中润滑油通过的区域,能够适当地进行润滑油的供给。
方式9是在方式1~8中任意一个方式的基础上,是被作为与车辆的车轮一体地设置的轮内马达使用的旋转电机,上述第二壳体能够相对于车体固定,上述旋转轴通过相对于上述车轮固定而能够与该车轮一体旋转。
在作为轮内马达的旋转电机中,构成为,将定子和保持该定子的壳体固定于车体,由壳体承受车重。在该前提下,在本方式中,构成为,由以包围定子的状态保持的第一壳体和设置在第一壳体的开放端侧的第二壳体中的第二壳体承受车重,所以能够成为第二壳体使承载优先的结构。另外,在第一壳体中,不需要承受车重,使散热性优先,能够使用高散热材料。
此外,如方式3那样,在径向上不与磁铁部重复的位置设置轴承的结构中,能够利用磁铁部的径向内侧的区域适当地配置用于将轮内马达(旋转电机)安装于车体侧的转向节、连杆等安装结构。
另外,如方式7那样,通过在第二壳体设置直径比固定轴部大的圆筒部,并将该圆筒部的径向内侧设为在轴向上在固定轴部的相反侧开放的空间部,从而与上述同样地能够适当地配置用于将轮内马达(旋转电机)安装于车体侧的转向节、连杆等安装结构。
附图说明
关于本公开的上述目的以及其它目的、特征及优点,参照附图并通过下述的详细描述会变得更加明确。在该附图中:
图1是表示第一实施方式中的旋转电机的整体的立体图,
图2是旋转电机的俯视图,
图3是旋转电机的纵剖视图,
图4是旋转电机的横剖视图,
图5是旋转电机的分解剖视图,
图6是转子的剖视图,
图7是表示磁铁单元的剖面结构的部分横剖视图,
图8是对于实施方式的磁铁示出电角度与磁通密度的关系的图,
图9是对于比较例的磁铁示出电角度与磁通密度的关系的图,
图10是定子单元的立体图,
图11是定子单元的纵剖视图,
图12是从轴向一侧观察铁芯组件的立体图,
图13是从轴向另一侧观察铁芯组件的立体图,
图14是铁芯组件的横剖视图,
图15是铁芯组件的分解剖视图,
图16是表示三相的各相绕组中的部分绕组的连接状态的电路图,
图17是横向排列第一线圈模块和第二线圈模块并对比表示的侧视图,
图18是横向排列第一部分绕组和第二部分绕组并对比表示的侧视图,
图19是表示第一线圈模块的结构的图,
图20是图19(a)中的20-20线剖视图,
图21是表示绝缘罩的结构的立体图,
图22是表示第二线圈模块的结构的图,
图23是图22(a)中的23-23线剖视图,
图24是表示绝缘罩的结构的立体图,
图25是表示在周向排列各线圈模块的状态下的薄膜材料的重叠位置的图,
图26是表示第一线圈模块相对于铁芯组件的组装状态的俯视图,
图27是表示第一线圈模块以及第二线圈模块相对于铁芯组件的组装状态的俯视图,
图28是表示基于固定销的固定状态的纵剖视图,
图29是汇流条模块的立体图,
图30是表示汇流条模块的纵剖面的一部分的剖视图,
图31是表示将汇流条模块组装到定子保持架的状态的立体图,
图32是固定汇流条模块的固定部分的纵剖视图,
图33是表示将中继构件安装到壳体罩的状态的纵剖视图,
图34是中继构件的立体图,
图35是表示旋转电机的控制系统的电路图,
图36是表示由控制装置进行的电流反馈控制处理的功能框图,
图37是表示由控制装置进行的转矩反馈控制处理的功能框图,
图38是表示变形例中磁铁单元的剖面结构的部分横剖视图,
图39是表示内转子结构的定子单元的结构的图,
图40是表示线圈模块相对于铁芯组件的组装状态的俯视图,
图41是表示第二实施方式中的旋转电机的整体的立体图,
图42是旋转电机的俯视图,
图43是旋转电机的纵剖视图,
图44是旋转电机的横剖视图,
图45是将旋转电机的结构要素分解表示的分解剖视图,
图46是表示定子单元的整体的立体图,
图47是定子单元的分解剖视图,
图48是定子单元的纵剖视图,
图49是表示部分绕组的结构的立体图,
图50是表示内壳体的结构的立体图,
图51是表示旋转电机中的润滑油路径的纵剖视图,
图52是变形例中的旋转电机的纵剖视图。
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,有时对功能上以及/或者结构上对应的部分以及/或者相关联的部分附加相同的参照附图标记,或者附加相差百以上的位的参照附图标记。对于对应的部分以及/或者相关联的部分,能够参照其它实施方式的说明。
本实施方式中的旋转电机例如用作车辆动力源使用。但是,旋转电机能够作为工业用、车辆用、飞机用、家电用、OA设备用、游戏机用等广泛地使用。此外,在以下的各实施方式彼此中,在图中对相互相同或者同等的部分附加相同的附图标记,对于相同的附图标记的部分引用其说明。
(第一实施方式)
本实施方式所涉及的旋转电机10是同步式多相交流马达,为外转子结构(外转结构)的马达。图1~图5表示旋转电机10的概要。图1是表示旋转电机10的整体的立体图,图2是旋转电机10的俯视图,图3是旋转电机10的纵剖视图(图2的3-3线剖视图),图4是旋转电机10的横剖视图(图3的4-4线剖视图),图5是将旋转电机10的结构要素分解表示的分解剖视图。在以下的记载中,在旋转电机10中,将旋转轴11延伸的方向设为轴向,将从旋转轴11的中心呈放射状地延伸的方向设为径向,并将以旋转轴11为中心呈圆周状地延伸的方向设为周向。
旋转电机10大致具备:旋转电机主体,具有转子20、定子单元50以及汇流条模块200;和壳体241及壳体罩242,被设置为包围该旋转电机主体。这些各构件均相对于与转子20一体地设置的旋转轴11同轴地配置,通过按照规定顺序在轴向上进行组装而构成旋转电机10。旋转轴11被分别设置于定子单元50以及壳体241的一对轴承12、13支承,并能够在该状态下旋转。此外,轴承12、13例如是具有内圈、外圈以及配置在它们之间的多个滚珠的径向滚珠轴承。通过旋转轴11的旋转,例如车辆的车轴旋转。旋转电机10能够通过将壳体241固定于车体框架等而搭载于车辆。
在旋转电机10中,定子单元50被设置为包围旋转轴11,在该定子单元50的径向外侧配置有转子20。定子单元50具有定子60、和组装在其径向内侧的定子保持架70。转子20和定子60隔着气隙在径向上对置配置,转子20与旋转轴11一起一体旋转,从而转子20在定子60的径向外侧旋转。转子20相当于“励磁元件”,定子60相当于“电枢”。
图6是转子20的纵剖视图。如图6所示,转子20具有大致圆筒状的转子架21和固定于该转子架21的环状的磁铁单元22。转子架21具有呈圆筒状的圆筒部23、和设置在该圆筒部23的轴向一端的端板部24,通过使它们一体化来构成转子架。转子架21作为磁铁保持构件发挥作用,在圆筒部23的径向内侧呈环状地固定磁铁单元22。在端板部24形成有贯通孔24a,在插入到该贯通孔24a的状态下,通过螺栓等紧固件25将旋转轴11固定于端板部24。旋转轴11具有沿与轴向交叉(正交)的方向延伸的凸缘11a,在该凸缘11a与端板部24面接合的状态下,在旋转轴11固定转子架21。
磁铁单元22具有:圆筒状的磁铁保持架31、固定在该磁铁保持架31的内周面的多个磁铁32、以及固定在轴向两侧中与转子架21的端板部24相反侧的端板33。磁铁保持架31在轴向上具有与磁铁32相同的长度尺寸。磁铁32以从径向外侧被磁铁保持架31包围的状态设置。磁铁保持架31以及磁铁32以在轴向一侧的端部与端板33抵接的状态被固定。磁铁单元22相当于“磁铁部”。
图7是表示磁铁单元22的剖面结构的部分横剖视图。在图7中以箭头示出磁铁32的易磁化轴的方向。
在磁铁单元22中,磁铁32沿着转子20的周向排列设置为极性交替地改变。由此,磁铁单元22在周向具有多个磁极。磁铁32是极性各向异性的永磁铁,使用内禀矫顽力在400[kA/m]以上且剩余磁通密度Br在1.0[T]以上的烧结钕磁铁而构成。
在磁铁32中径向内侧(定子60侧)的周面是进行磁通的授受的磁通作用面34。磁铁单元22在磁铁32的磁通作用面34中使磁通集中产生于磁极中心亦即d轴附近的区域。具体而言,在磁铁32中,在d轴侧(靠近d轴的部分)和q轴侧(靠近q轴的部分),易磁化轴的方向不同,在d轴侧,易磁化轴的方向成为与d轴平行的方向,在q轴侧,易磁化轴的方向成为与q轴正交的方向。该情况下,沿着易磁化轴的方向形成圆弧状的磁铁磁路。总之,磁铁32构成为取向成在磁极中心即d轴侧,与磁极边界即q轴侧相比,易磁化轴的方向更平行于d轴。
在磁铁32中,磁铁磁路形成为圆弧状,由此磁铁磁路长度比磁铁32的径向的厚度尺寸长。由此,磁铁32的磁导上升,虽然是相同的磁铁量,但能够发挥与磁铁量多的磁铁同等的能力。
磁铁32将在周向上相邻的两个作为一组来构成一个磁极。换句话说,在磁铁单元22中在周向上排列的多个磁铁32在d轴以及q轴分别具有分割面,这些各磁铁32以相互抵接或者接近的状态配置。磁铁32如上述那样具有圆弧状的磁铁磁路,在q轴上在周向上相邻的磁铁32彼此的N极和S极面对面。因此,能够实现q轴附近的磁导的提高。另外,隔着q轴两侧的磁铁32相互吸引,所以这些各磁铁32能够保持彼此的接触状态。因此,最终有助于提高磁导。
在磁铁单元22中,由于通过各磁铁32使磁通在邻接的N、S极间呈圆弧状流动,例如与径向各向异性磁铁相比磁铁磁路变长。因此,如图8所示,磁通密度分布接近正弦波。其结果,与图9中作为比较例示出的径向各向异性磁铁的磁通密度分布不同,能够使磁通集中于磁极的中心侧,能够提高旋转电机10的转矩。另外,在本实施方式的磁铁单元22中,与以往的海尔贝克阵列的磁铁相比,也能够确认磁通密度分布有差异。此外,在图8以及图9中,横轴表示电角度,纵轴表示磁通密度。另外,在图8以及图9中,横轴的90°表示d轴(即磁极中心),横轴的0°、180°表示q轴。
换句话说,根据上述结构的各磁铁32,在磁铁单元22中,增强了d轴的磁铁磁通,并且抑制q轴附近的磁通变化。由此,能够适当地实现在各磁极中从q轴到d轴的表面磁通变化缓和的磁铁单元22。
磁通密度分布的正弦波匹配率例如只要设为40%以上的值即可。这样一来,与使用正弦波匹配率为30%左右的径向取向磁铁、平行取向磁铁的情况相比,能够可靠地提高波形中央部分的磁通量。另外,若将正弦波匹配率设为60%以上,则与海尔贝克阵列那样的磁通集中阵列相比,能够可靠地提高波形中央部分的磁通量。
在图9所示的径向各向异性磁铁中,在q轴附近磁通密度急剧地变化。磁通密度的变化越急剧,在后述的定子60的定子绕组61中涡流越增加。另外,定子绕组61侧中的磁通变化也变得急剧。与此相对,在本实施方式中,磁通密度分布成为接近正弦波的磁通波形。因此,在q轴附近,磁通密度的变化比径向各向异性磁铁的磁通密度的变化小。由此,能够抑制涡流的产生。
在磁铁32中,在径向外侧的外周面以包含d轴的规定范围形成凹部35,并且在径向内侧的内周面以包含q轴的规定范围形成凹部36。该情况下,根据磁铁32的易磁化轴的方向,在磁铁32的外周面在d轴附近磁铁磁路变短,并且在磁铁32的内周面在q轴附近磁铁磁路变短。因此,考虑到在磁铁32中在磁铁磁路长度较短的位置难以产生足够的磁铁磁通,在该磁铁磁通较弱的位置削除磁铁。
此外,也可以构成为在磁铁单元22中使用与磁极相同的数目的磁铁32。例如,磁铁32可以将在周向上相邻的两个磁极中各磁极的中心亦即d轴间设置为一个磁铁。该情况下,磁铁32成为周向的中心成为q轴、且在d轴具有分割面的结构。另外,磁铁32也可以不是将周向的中心作为q轴的结构,而是将周向的中心作为d轴的结构。作为磁铁32,也可以是使用连接为圆环状的圆环磁铁的结构,来代替使用磁极数的两倍的数目的磁铁,或者与磁极数相同的数目的磁铁的结构。
如图3所示,在旋转轴11的轴向两侧中与转子架21的结合部的相反侧的端部(图的上侧的端部)设置有作为旋转传感器的解析器41。解析器41具备固定于旋转轴11的解析器转子、和在该解析器转子的径向外侧对置配置的解析器定子。解析器转子呈圆板环状,在使旋转轴11插入的状态下同轴地设置于旋转轴11。解析器定子具有定子铁芯和定子线圈,被固定于壳体罩242。
接下来,对定子单元50的结构进行说明。图10是定子单元50的立体图,图11是定子单元50的纵剖视图。此外,图11是与图3相同的位置上的纵剖视图。
作为概要,定子单元50具有定子60和其径向内侧的定子保持架70。另外,定子60具有定子绕组61和定子铁芯62。而且,构成为,使定子铁芯62与定子保持架70一体化并设置为铁芯组件CA,对该铁芯组件CA组装构成定子绕组61的多个部分绕组151。此外,定子绕组61相当于“电枢绕组”,定子铁芯62相当于“电枢铁芯”,定子保持架70相当于“电枢保持构件”。另外,铁芯组件CA相当于“支承构件”。
此处首先对铁芯组件CA进行说明。图12是从轴向一侧观察铁芯组件CA时的立体图,图13是从轴向另一侧观察铁芯组件CA时的立体图,图14是铁芯组件CA的横剖视图,图15是铁芯组件CA的分解剖视图。
铁芯组件CA如上述那样具有定子铁芯62、和组装在其径向内侧的定子保持架70。换言之,通过在定子保持架70的外周面一体地组装定子铁芯62而构成。
定子铁芯62作为在轴向层叠有由作为磁性体的电磁钢板构成的铁芯片62a的铁芯片层叠体而构成,并且呈在径向具有规定的厚度的圆筒状。在定子铁芯62中成为转子20侧的径向外侧组装有定子绕组61。定子铁芯62的外周面呈没有凹凸的曲面状。定子铁芯62作为背轭发挥作用。定子铁芯62例如通过在轴向层叠冲裁成圆环板状的多个铁芯片62a而构成。但是,也可以使用具有螺旋铁芯结构的构件作为定子铁芯62。在螺旋铁芯结构的定子铁芯62中,使用带状的铁芯片,通过将该铁芯片卷绕形成为环状并且在轴向上层叠,从而整体构成圆筒状的定子铁芯62。
在本实施方式中,定子60具有不具有用于形成槽的齿的无槽结构,但该结构也可以使用以下的(A)~(C)中任意一个。
(A)在定子60中,在周向上的各导线部(后述的中间导线部152)之间设置导线间构件,并且作为该导线间构件,在将一个磁极中的导线间构件的周向的宽度尺寸设为Wt,将导线间构件的饱和磁通密度设为Bs,将一个磁极中的磁铁32的周向的宽度尺寸设为Wm,并将磁铁32的剩余磁通密度设为Br的情况下,使用Wt×Bs≤Wm×Br的关系的磁性材料。
(B)在定子60中,在周向上的各导线部(中间导线部152)之间设置导线间构件,并且使用非磁性材料作为该导线间构件。
(C)在定子60中,构成为在周向上的各导线部(中间导线部152)之间未设置导线间构件。
另外,如图15所示,定子保持架70具有外筒构件71和内筒构件81,并通过将外筒构件71设为径向外侧,将内筒构件81设为径向内侧并将它们组装为一体而构成。这些各构件71、81例如由铝、铸铁等金属,或者碳纤维增强塑料(CFRP)构成。
外筒构件71是将外周面以及内周面均设为正圆状的曲面的圆筒构件,在轴向一端侧形成有向径向内侧延伸的环状的凸缘72。在该凸缘72中,在周向上以规定间隔形成有向径向内侧延伸的多个突出部73(参照图13)。另外,在外筒构件71中轴向一端侧以及另一端侧分别形成有在轴向与内筒构件81对置的对置面74、75,在该对置面74、75形成有呈环状地延伸的环状槽74a、75a。
另外,内筒构件81是具有比外筒构件71的内径尺寸小的外径尺寸的圆筒构件,其外周面成为与外筒构件71同心的正圆状的曲面。在内筒构件81中轴向一端侧形成有向径向外侧延伸的环状的凸缘82。内筒构件81以在轴向与外筒构件71的对置面74、75抵接的状态组装于外筒构件71。如图13所示,外筒构件71以及内筒构件81通过螺栓等紧固件84相互组装。具体而言,在内筒构件81的内周侧,在周向上以规定间隔形成有向径向内侧延伸的多个突出部83,在使该突出部83的轴向端面与外筒构件71的突出部73重叠的状态下,通过紧固件84紧固该突出部73、83彼此。
如图14所示,在外筒构件71和内筒构件81相互组装的状态下,在外筒构件71的内周面与内筒构件81的外周面之间形成有环状的缝隙,该缝隙空间成为使冷却水等制冷剂流通的制冷剂通路85。制冷剂通路85在定子保持架70的周向上设置为环状。更详细而言,在内筒构件81设置有在其内周侧向径向内侧突出、且在其内部形成有入口侧通路86和出口侧通路87的通路形成部88,这些各通路86、87在内筒构件81的外周面开口。另外,在内筒构件81的外周面设置有用于将制冷剂通路85分隔为入口侧和出口侧的分隔部89。由此,从入口侧通路86流入的制冷剂在制冷剂通路85在周向上流动,之后,从出口侧通路87流出。
入口侧通路86以及出口侧通路87的一端侧沿径向延伸并在内筒构件81的外周面开口,并且另一端侧沿轴向延伸并在内筒构件81的轴向端面开口。在图12示出通向入口侧通路86的入口开口86a和通向出口侧通路87的出口开口87a。此外,入口侧通路86以及出口侧通路87通向安装于壳体罩242的入口端口244以及出口端口245(参照图1),制冷剂经由这些各端口244、245流入、流出。
在外筒构件71与内筒构件81的接合部分设置有用于抑制制冷剂通路85的制冷剂的泄漏的密封材料101、102(参照图15)。具体而言,密封材料101、102例如为O型环,被收容在外筒构件71的环状槽74a、75a,并且以被外筒构件71以及内筒构件81压缩的状态设置。
另外,如图12所示,内筒构件81在轴向一端侧具有端板部91,在该端板部91设置有沿轴向延伸的中空筒状的轴套部92。轴套部92被设置为包围用于使旋转轴11插入的插入孔93。在轴套部92设置有用于固定壳体罩242的多个紧固部94。另外,在端板部91,在轴套部92的径向外侧设置有沿轴向延伸的多个支柱部95。该支柱部95是成为用于固定汇流条模块200的固定部的部位,但其详细后述。另外,轴套部92成为保持轴承12的轴承保持构件,在设置于其内周部的轴承固定部96固定轴承12(参照图3)。
另外,如图12、图13所示,在外筒构件71以及内筒构件81形成有为了固定后述的多个线圈模块150而使用的凹部105、106。
具体而言,如图12所示,在内筒构件81的轴向端面,详细而言是端板部91中成为轴套部92的周围的轴向外侧端面,在周向上等间隔地形成有多个凹部105。另外,如图13所示,在外筒构件71的轴向端面,详细而言是凸缘72的轴向外侧的端面,在周向上等间隔地形成有多个凹部106。这些凹部105、106被设置为排列在与铁芯组件CA同心的假想圆上。凹部105、106在周向上分别设置于相同的位置,其间隔以及个数也相同。
然而,为了确保相对于定子保持架70的组装的强度,定子铁芯62以产生相对于定子保持架70的径向的压缩力的状态被组装。具体而言,通过热压配合或者压入,相对于定子保持架70以规定的过盈量嵌合固定定子铁芯62。该情况下,定子铁芯62以及定子保持架70可以说是在产生其中一方对另一方的径向的应力的状态下被组装的。另外,在使旋转电机10高转矩化的情况下,例如考虑使定子60大径化,在这样的情况下,为了使定子铁芯62相对于定子保持架70的结合变得稳固而变大定子铁芯62的紧固力。然而,若变大定子铁芯62的压缩应力(换言之,残留应力),则有可能产生定子铁芯62的破损。
因此在本实施方式中,在定子铁芯62以及定子保持架70相互以规定的过盈量嵌合固定的结构中,构成为在定子铁芯62以及定子保持架70中的径向的彼此的对置部分设置通过周向的卡合来限制定子铁芯62的周向上的位移的限制部。换句话说,如图12~图14所示,在径向上在定子铁芯62与定子保持架70的外筒构件71之间,在周向上以规定间隔设置有作为限制部的多个卡合构件111,通过该卡合构件111,抑制定子铁芯62与定子保持架70的周向上的位置偏移。另外在该情况下,可以构成为在定子铁芯62以及外筒构件71的至少任意一方设置凹部,使卡合构件111与该凹部卡合。也可以构成为在定子铁芯62以及外筒构件71的任意一方设置凸部来代替卡合构件111。
在上述结构中,定子铁芯62以及定子保持架70(外筒构件71)除了以规定的过盈量嵌合固定之外,还通过卡合构件111的限制以彼此的周向位移被限制的状态设置。因此即、使假设定子铁芯62以及定子保持架70中的过盈量比较小,也能够抑制定子铁芯62的周向的位移。另外,由于即使过盈量比较小也获得所希望的位移抑制效果,所以能够抑制过盈量过大而引起的定子铁芯62的破损。其结果,能够适当地抑制定子铁芯62的位移。
也可以构成为在内筒构件81的内周侧以包围旋转轴11的方式形成有环状的内部空间,在该内部空间例如配置构成作为电力转换器的逆变器的电气部件。电气部件例如是对半导体开关元件、电容器进行封装化而成的电气模块。通过在与内筒构件81的内周面抵接的状态下配置电气模块,能够利用流过制冷剂通路85的制冷剂来冷却电气模块。此外,也能够在内筒构件81的内周侧消除多个突出部83,或者减小突出部83的突出高度,由此扩张内筒构件81的内周侧的内部空间。
接下来,对相对于铁芯组件CA组装的定子绕组61的结构进行详细说明。定子绕组61组装到铁芯组件CA的状态如图10、图11所示,构成定子绕组61的多个部分绕组151以在周向上排列的状态组装在铁芯组件CA的径向外侧即、定子铁芯62的径向外侧。
定子绕组61具有多个相绕组,通过在周向上按照规定顺序配置各相的相绕组而形成为圆筒状(环状)。在本实施方式中,通过使用U相、V相以及W相的相绕组,定子绕组61成为具有三相的相绕组的结构。
如图11所示,定子60在轴向上具有相当于在径向上与转子20中的磁铁单元22对置的线圈侧部CS的部分和相当于该线圈侧部CS的轴向外侧即线圈端部CE的部分。该情况下,定子铁芯62在轴向上设置在相当于线圈侧部CS的范围。
在定子绕组61中各相的相绕组分别具有多个部分绕组151(参照图16),该部分绕组151个别地作为线圈模块150而设置。换句话说,线圈模块150通过一体地设置各相的相绕组中的部分绕组151而构成,并通过与极数相应的规定量的线圈模块150构成定子绕组61。通过在周向上按照规定顺序排列配置各相的线圈模块150(部分绕组151),从而在定子绕组61的线圈侧部CS中按照规定顺序排列配置各相的导线部。在图10示出线圈侧部CS中的U相、V相以及W相的导线部的排列顺序。在本实施方式中,将磁极数设为24,但该数目是任意的。
在定子绕组61中,通过按照各相并联或者串联连接各线圈模块150的部分绕组151来构成各相的相绕组。图16是表示三相的各相绕组中的部分绕组151的连接状态的电路图。在图16中,示出各相的相绕组中的部分绕组151分别并联连接的状态。
如图11所示,线圈模块150组装在定子铁芯62的径向外侧。该情况下,线圈模块150以其轴向两端部分比定子铁芯62更向轴向外侧(即线圈端部CE侧)突出的状态组装。换句话说,定子绕组61具有相当于比定子铁芯62更向轴向外侧突出的线圈端部CE的部分和相当于比线圈端部C更靠轴向内侧的线圈侧部CS的部分。
线圈模块150具有两种形状,一种是具有部分绕组151在线圈端部CE向径向内侧即定子铁芯62侧折弯的形状,另一种是具有部分绕组151在线圈端部CE不向径向内侧折弯,而在轴向上呈直线状地延伸的形状。在以下的说明中,为了方便,将在轴向两端侧具有弯曲形状的部分绕组151也称为“第一部分绕组151A”,并将具有该第一部分绕组151A的线圈模块150称为“第一线圈模块150A”。另外,将不具有轴向两端侧的弯曲形状的部分绕组151也称为“第二部分绕组151B”,并将具有该第二部分绕组151B的线圈模块150称为“第二线圈模块150B”。
图17是横向排列第一线圈模块150A和第二线圈模块150B并对比示出的侧视图,图18是横向排列第一部分绕组151A和第二部分绕组151B并对比示出的侧视图。如这些各图所示,各线圈模块150A、150B、各部分绕组151A、151B的轴向长度相互不同,并且轴向两侧的端部形状相互不同。第一部分绕组151A在侧视时大致呈C形,第二部分绕组151B在侧视时大致呈I形。在第一部分绕组151A中,在轴向两侧安装有作为“第一绝缘罩”的绝缘罩161、162,在第二部分绕组151B中,在轴向两侧安装有作为“第二绝缘罩”的绝缘罩163、164。
接下来,对线圈模块150A、150B的结构进行详细说明。
此处首先对线圈模块150A、150B中的第一线圈模块150A进行说明。图19(a)是表示第一线圈模块150A的结构的立体图,图19(b)是将第一线圈模块150A中构成部件分解示出的立体图。另外,图20是图19(a)中的20-20线剖视图。
如图19(a)、(b)所示,第一线圈模块150A具有:将导线材料CR多重卷绕而构成的第一部分绕组151A、以及安装于该第一部分绕组151A中轴向一端侧以及另一端侧的绝缘罩161、162。绝缘罩161、162由合成树脂等绝缘材料成形。
第一部分绕组151A具有:相互平行且直线状地设置的一对中间导线部152、以及在轴向两端分别连接一对中间导线部152的一对搭接部153A,通过这一对中间导线部152和一对搭接部153A形成为环状。一对中间导线部152隔开规定的线圈间距而设置,在周向上在一对中间导线部152之间能够配置其它相的部分绕组151的中间导线部152。在本实施方式中,构成为一对中间导线部152隔开两个线圈间距而设置,在一对中间导线部152之间各配置一个其它两相的部分绕组151中的中间导线部152。
一对搭接部153A在轴向两侧分别成为相同的形状,均作为相当于线圈端部CE(参照图11)的部分而设置。各搭接部153A被设置为向与中间导线部152正交的方向即、与轴向正交的方向折弯。
如图18所示,第一部分绕组151A在轴向两侧具有搭接部153A,第二部分绕组151B在轴向两侧具有搭接部153B。这些各部分绕组151A、151B的搭接部153A、153B的形状相互不同,为了使其区别变得明确,将第一部分绕组151A的搭接部153A也记载为“第一搭接部153A”,并将第二部分绕组151B的搭接部153B记载为“第二搭接部153B”。
在各部分绕组151A、151B中,中间导线部152被设置为在线圈侧部CS在周向上各排列一个的线圈侧导线部。另外,各搭接部153A、153B作为在线圈端部CE处将在周向上不同的两个位置的同相的中间导线部152彼此连接的线圈端导线部而设置。
如图20所示,第一部分绕组151A通过以导线集合部分的横剖面成为四边形的方式将导线材料CR多重地卷绕而形成。图20示出中间导线部152的横剖面,在该中间导线部152中以在周向以及径向上排列的方式将导线材料CR多重地卷绕。换句话说,第一部分绕组151A通过在中间导线部152中在周向上排列多列导线材料CR,并且在径向上排列多列导线材料,从而形成为横剖面大致成为矩形形状。此外,在第一搭接部153A的前端部,通过向径向的折弯,从而将导线材料CR以沿轴向和径向排列的方式多重地卷绕的结构。在本实施方式中,通过以同心卷绕的方式卷绕导线材料CR来构成第一部分绕组151A。但是,导线材料CR的卷绕方法是任意的,也可以代替同心卷绕,而通过α卷绕多重地卷绕导线材料CR。
在第一部分绕组151A中,从轴向两侧的第一搭接部153A中的一个第一搭接部153A(图19(b)的上侧的第一搭接部153A)引出导线材料CR的端部,该端部成为绕组端部154、155。绕组端部154、155分别是成为导线材料CR的卷绕开始端以及卷绕结束端的部分。绕组端部154、155中的一方与电流输入输出端子连接,另一方与中性点连接。
在第一部分绕组151A中,各中间导线部152以覆盖有片状的缘被覆体157。此外,在图19(a)中,以在中间导线部152上覆盖绝缘被覆体157、且在绝缘被覆体157的内侧存在中间导线部152的状态示出第一线圈模块150A,但为了方便,将该相应部分设为中间导线部152(后述的图22(a)也相同)。
绝缘被覆体157使用至少具有中间导线部152中的轴向的绝缘覆盖范围的长度作为轴向尺寸的薄膜材料FM,并通过在中间导线部152的周围卷装该薄膜材料FM而设置。薄膜材料FM例如由PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)膜构成。更具体而言,薄膜材料FM包含:薄膜基材、以及设置在该薄膜基材的两面中的单面且具有发泡性的粘合层。而且,薄膜材料FM以通过粘合层粘合的状态卷装于中间导线部152。此外,也能够使用非发泡性的粘合剂作为粘合层。
如图20所示,中间导线部152通过导线材料CR在周向以及径向上排列而使横剖面大致呈矩形形状,薄膜材料FM以使周向的端部重叠的状态覆盖于中间导线部152的周围,由此设置绝缘被覆体157。薄膜材料FM是纵向尺寸比中间导线部152的轴向长度长、且横向尺寸比中间导线部152的一周长度长的矩形片,以与中间导线部152的截面形状对应地设置折痕的状态卷绕于中间导线部152。在中间导线部152卷装了薄膜材料FM的状态下,中间导线部152的导线材料CR与薄膜基材之间的缝隙通过粘合层中的发泡而被填埋。另外,在薄膜材料FM的重叠部分OL中,薄膜材料FM的周向上的端部彼此通过粘合层接合。
在中间导线部152中,在两个周向侧面以及两个径向侧面以覆盖它们的全部的方式设置绝缘被覆体157。该情况下,在包围中间导线部152的绝缘被覆体157中,在与其它相的部分绕组151中的中间导线部152的对置部分即、中间导线部152的两个周向侧面中一方设置薄膜材料FM重叠的重叠部分OL。在本实施方式中,在一对中间导线部152中,在周向的相同侧分别设置重叠部分OL。
在第一部分绕组151A中,在从中间导线部152到轴向两侧的第一搭接部153A中被绝缘罩161、162覆盖的部分(即、成为绝缘罩161、162的内侧的部分)的范围中设置绝缘被覆体157。在图17中,可以说在第一线圈模块150A中,AX1的范围是未被绝缘罩161、162覆盖的部分,在与该范围AX1相比向上下扩张的范围内设置绝缘被覆体157。
接下来,对绝缘罩161、162的结构进行说明。
绝缘罩161安装于第一部分绕组151A的轴向一侧的第一搭接部153A,绝缘罩162安装于第一部分绕组151A的轴向另一侧的第一搭接部153A。其中,图21(a)、(b)表示绝缘罩161的结构。图21(a)、(b)是从不同的两个方向观察绝缘罩161的立体图。
如图21(a)、(b)所示,绝缘罩161具有:成为周向的侧面的一对侧面部171、轴向外侧的外面部172、轴向内侧的内面部173以及径向内侧的前面部174。这些各部171~174分别形成为板状,以仅径向外侧开放的方式相互结合为立体状。一对侧面部171分别在组装到铁芯组件CA的状态下以朝向铁芯组件CA的轴心延伸的方向设置。因此,在周向上排列配置了多个第一线圈模块150A的状态下,在相邻的各第一线圈模块150A中,绝缘罩161的侧面部171彼此抵接或者以接近状态相互对置。由此,在周向上邻接的各第一线圈模块150A中能够实现相互的绝缘,并且进行适当的环状配置。
在绝缘罩161中,在外面部172设置有用于引出第一部分绕组151A的绕组端部154的开口部175a,在前面部174设置有用于引出第一部分绕组151A的绕组端部155的开口部175b。该情况下,构成为,一个绕组端部154从外面部172向轴向引出,与此相对,另一个绕组端部155从前面部174向径向引出。
另外,在绝缘罩161中,在一对侧面部171中,在成为前面部174的周向两端的位置即各侧面部171与前面部174交叉的位置设置有沿轴向延伸的半圆状的凹部177。并且,在外面部172中,在以周向上的绝缘罩161的中心线为基准在周向两侧对称的位置设置有沿轴向延伸的一对突起部178。
补充说明绝缘罩161的凹部177。如图20所示,第一部分绕组151A的第一搭接部153A呈向径向内外中径向内侧即铁芯组件CA侧凸出的弯曲状。在这样的结构中,在周向上相邻的第一搭接部153A之间形成越靠近第一搭接部153A的前端侧则宽度越宽的缝隙。因此在本实施方式中,构成为,利用在周向上排列的第一搭接部153A之间的缝隙,在绝缘罩161的侧面部171中成为第一搭接部153A的弯曲部的外侧的位置设置凹部177。
此外,也可以构成为在第一部分绕组151A设置温度检测部(热敏电阻),在这样的结构中,可以在绝缘罩161设置用于引出从温度检测部延伸的信号线的开口部。该情况下,能够适当地将温度检测部收容在绝缘罩161内。
虽然省略基于图示的详细的说明,但轴向另一个绝缘罩162具有与绝缘罩161大致相同的结构。绝缘罩162与绝缘罩161同样地具有一对侧面部171、轴向外侧的外面部172、轴向内侧的内面部173以及径向内侧的前面部174。另外,在绝缘罩162中,在一对侧面部171中,在成为前面部174的周向两端的位置设置有半圆状的凹部177,并且在外面部172设置一对突起部178。作为与绝缘罩161的不同点,绝缘罩162构成为不具有用于引出第一部分绕组151A的绕组端部154、155的开口部。
在绝缘罩161、162中,轴向的高度尺寸(即、一对侧面部171以及前面部174的轴向的宽度尺寸)不同。具体而言,如图17所示,绝缘罩161的轴向的高度尺寸W11与绝缘罩162的轴向的高度尺寸W12成为W11>W12。换句话说,认为在多重地卷绕导线材料CR的情况下,需要在与绕组卷绕方向(环绕方向)正交的方向切换(变线)导线材料CR的卷绕段,绕组宽度由于该切换而变大。作为补充,绝缘罩161、162中的绝缘罩161是覆盖包含导线材料CR的卷绕开始端以及卷绕结束端的侧的第一搭接部153A的部分,通过包含导线材料CR的卷绕开始端以及卷绕结束端,从而与其它部分相比导线材料CR的卷绕量(重叠量)变多,其结果可能导致绕组宽度变大。进一步考虑到这一点,绝缘罩161的轴向的高度尺寸W11比绝缘罩162的轴向的高度尺寸W12大。由此,与绝缘罩161、162的高度尺寸W11、W12为相互相同的尺寸的情况不同,能够抑制由于绝缘罩161、162而限制导线材料CR的卷绕数等不良情况。
接下来,对第二线圈模块150B进行说明。
图22(a)是表示第二线圈模块150B的结构的立体图,图22(b)是在第二线圈模块150B中将构成部件分解示出的立体图。另外,图23是图22(a)中的23-23线剖视图。
如图22(a)、(b)所示,第二线圈模块150B具有:与第一部分绕组151A相同地多重卷绕导线材料CR而构成的第二部分绕组151B、以及安装于该第二部分绕组151B中轴向一端侧以及另一端侧的绝缘罩163、164。绝缘罩163、164由合成树脂等绝缘材料成形。
第二部分绕组151B具有:相互平行且直线状地设置的一对中间导线部152、以及在轴向两端分别连接一对中间导线部152的一对第二搭接部153B,通过这些一对中间导线部152和一对第二搭接部153B形成为环状。在第二部分绕组151B中,一对中间导线部152与第一部分绕组151A的中间导线部152构成相同。与此相对,一对第二搭接部153B与第一部分绕组151A的第一搭接部153A构成不同。第二部分绕组151B的第二搭接部153B被设置为不向径向折弯,而从中间导线部152呈直线状地沿轴向延伸。在图18中对比明示部分绕组151A、151B的不同。
在第二部分绕组151B中,从轴向两侧的第二搭接部153B中的一个第二搭接部153B(图22(b)的上侧的第二搭接部153B)引出导线材料CR的端部,其端部成为绕组端部154、155。而且,在第二部分绕组151B中,也与第一部分绕组151A同样地,绕组端部154、155中的一方与电流输入输出端子连接,另一方与中性点连接。
在第二部分绕组151B中,与第一部分绕组151A同样地以各中间导线部152覆盖有片状的绝缘被覆体157的状态设置。绝缘被覆体157使用至少具有中间导线部152中的轴向的绝缘覆盖范围的长度作为轴向尺寸的薄膜材料FM,并通过在中间导线部152的周围卷装该薄膜材料FM而设置。
与绝缘被覆体157相关的结构在各部分绕组151A、151B中也大致相同。换句话说,如图23所示,薄膜材料FM以使其周向的端部重叠的状态覆盖在中间导线部152的周围。在中间导线部152中,在两个周向侧面以及两个径向侧面以覆盖它们的全部的方式设置绝缘被覆体157。该情况下,在包围中间导线部152的绝缘被覆体157中,在与其它相的部分绕组151中的中间导线部152的对置部分即、中间导线部152的两个周向侧面中的一个周向侧面设置薄膜材料FM重叠的重叠部分OL。在本实施方式中,在一对中间导线部152中,在周向的相同的侧分别设置有重叠部分OL。
在第二部分绕组151B中,在从中间导线部152到轴向两侧的第二搭接部153B中被绝缘罩163、164覆盖的部分(即成为绝缘罩163、164的内侧的部分)为止的范围内置绝缘被覆体157。在图17中,可以说在第二线圈模块150B中AX2的范围是未被绝缘罩163、164覆盖的部分,在与该范围AX2相比向上下扩张的范围内设置绝缘被覆体157。
在各部分绕组151A、151B中,均在包含搭接部153A、153B的一部分的范围设置绝缘被覆体157。即,在各部分绕组151A、151B中,在中间导线部152和搭接部153A、153B中接着中间导线部152而呈直线状地延伸的部分设置有绝缘被覆体157。但是,在各部分绕组151A、151B中,由于其轴向长度不同,所以绝缘被覆体157的轴向范围也不同。
接下来,对绝缘罩163、164的结构进行说明。
绝缘罩163安装于第二部分绕组151B的轴向一侧的第二搭接部153B,绝缘罩164安装于第二部分绕组151B的轴向另一侧的第二搭接部153B。其中,图24(a)、(b)表示绝缘罩163的结构。图24(a)、(b)是从不同的两个方向观察绝缘罩163的立体图。
如图24(a)、(b)所示,绝缘罩163具有:成为周向的侧面的一对侧面部181、轴向外侧的外面部182、径向内侧的前面部183以及径向外侧的后面部184。这些各部181~184分别形成为板状,并以仅轴向内侧开放的方式相互结合为立体状。一对侧面部181分别在组装到铁芯组件CA的状态下以朝向铁芯组件CA的轴心延伸的方向设置。因此,在周向上排列配置了多个第二线圈模块150B的状态下,在相邻的各第二线圈模块150B中,绝缘罩163的侧面部181彼此以抵接或者接近状态相互对置。由此,在周向上邻接的各第二线圈模块150B中能够实现相互的绝缘,并且能够进行适当的环状配置。
在绝缘罩163中,在前面部183设置有用于引出第二部分绕组151B的绕组端部154的开口部185a,在外面部182设置有用于引出第二部分绕组151B的绕组端部155的开口部185b。
在绝缘罩163的前面部183设置有向径向内侧突出的突出部186。突出部186被设置为在成为从绝缘罩163的周向一端到另一端之间的中央的位置比第二搭接部153B更向径向内侧突出。在俯视时,突出部186呈越靠近径向内侧则越细的锥形形状,在其前端部设置沿轴向延伸的贯通孔187。此外,突出部186只要比第二搭接部153B更向径向内侧突出,并且在成为从绝缘罩163的周向一端到另一端之间的中央的位置具有贯通孔187,则其构成是任意的。但是,若假定与轴向内侧的绝缘罩161的重叠状态,则为了避免与绕组端部154、155的干扰而优选在周向上形成为宽度较窄。
突出部186在径向内侧的前端部处轴向的厚度台阶状地变薄,在该变薄的低台阶部186a设置贯通孔187。该低台阶部186a相当于在第二线圈模块150B组装到铁芯组件CA的状态下,距离内筒构件81的轴向端面的高度比第二搭接部153B的高度低的部位。
另外,如图23所示,在突出部186设置有在轴向上贯通的贯通孔188。由此,在绝缘罩161、163在轴向上重叠的状态下,能够通过贯通孔188向绝缘罩161、163之间填充粘合剂。
虽然省略基于图示的详细的说明,但轴向另一个绝缘罩164具有与绝缘罩163大致相同的结构。绝缘罩164与绝缘罩163同样地具有:一对侧面部181、轴向外侧的外面部182、径向内侧的前面部183以及径向外侧的后面部184,并且具有设置在突出部186的前端部的贯通孔187。另外,作为与绝缘罩163的不同点,绝缘罩164构成为不具有用于引出第二部分绕组151B的绕组端部154、155的开口部。
在绝缘罩163、164中,一对侧面部181的径向的宽度尺寸不同。具体而言,如图17所示,绝缘罩163中的侧面部181的径向的宽度尺寸W21与绝缘罩164中的侧面部181的径向的宽度尺寸W22为W21>W22。换句话说,绝缘罩163、164中的绝缘罩163是覆盖包含导线材料CR的卷绕开始端以及卷绕结束端的侧的第二搭接部153B的部分,通过包含导线材料CR的卷绕开始端以及卷绕结束端,从而与其它部分相比导线材料CR的卷绕量(重叠量)变多,其结果可能导致绕组宽度变大。考虑到这点,绝缘罩163的径向的宽度尺寸W21比绝缘罩164的径向的宽度尺寸W22大。由此,与绝缘罩163、164的宽度尺寸W21、W22为相互相同的尺寸的情况不同,能够抑制由于绝缘罩163、164而限制导线材料CR的卷绕数目这样的不良情况。
图25是表示在周向上排列了各线圈模块150A、150B的状态下的薄膜材料FM的重叠位置的图。如上述那样在各线圈模块150A、150B中,在中间导线部152的周围,以在与其它相的部分绕组151中的中间导线部152的对置部分即、中间导线部152的周向侧面重叠的方式覆盖薄膜材料FM(参照图20、图23)。而且,在周向上排列了各线圈模块150A、150B的状态下,薄膜材料FM的重叠部分OL在周向两侧中均配置在相同的侧(图的周向右侧)。由此,构成为在周向上相邻的异相的部分绕组151A、151B中的各中间导线部152中,薄膜材料FM的重叠部分OL彼此在周向上不重合。该情况下,构成为在周向上排列的各中间导线部152之间均最多重叠三枚薄膜材料FM。
接下来,对与各线圈模块150A、150B相对于铁芯组件CA的组装相关的结构进行说明。
各线圈模块150A、150B构成为,轴向长度相互不同,并且部分绕组151A、151B的搭接部153A、153B的形状相互不同,以将第一线圈模块150A的第一搭接部153A作为轴向内侧,将第二线圈模块150B的第二搭接部153B作为轴向外侧的状态安装于铁芯组件CA。对绝缘罩161~164而言,在各线圈模块150A、150B的轴向一端侧,绝缘罩161、163在轴向上重叠,并且在轴向另一端侧,绝缘罩162、164在轴向上重叠的状态下,相对于铁芯组件CA固定这些各绝缘罩161~164。
图26是表示在第一线圈模块150A组装到铁芯组件CA的状态下多个绝缘罩161在周向上排列的状态的俯视图,图27是表示在第一线圈模块150A以及第二线圈模块150B组装到铁芯组件CA的状态下多个绝缘罩161、163在周向上排列的状态的俯视图。另外,图28(a)是表示在各线圈模块150A、150B组装到铁芯组件CA的状态下基于固定销191的固定前的状态的纵剖视图,图28(b)是表示在各线圈模块150A、150B组装到铁芯组件CA的状态下基于固定销191的固定后的状态的纵剖视图。
如图26所示,在将多个第一线圈模块150A组装到铁芯组件CA的状态下,多个绝缘罩161分别配置为使侧面部171彼此为抵接或者接近状态。各绝缘罩161被配置为侧面部171彼此对置的分界线LB与内筒构件81的轴向端面的凹部105一致。该情况下,在周向上相邻的绝缘罩161的侧面部171彼此成为抵接或者接近状态,由此通过这些绝缘罩161的各凹部177形成沿轴向延伸的贯通孔部,并成为该贯通孔部与凹部105的位置一致的状态。
另外,如图27所示,相对于铁芯组件CA以及第一线圈模块150A的一体物还组装第二线圈模块150B。伴随该组装,多个绝缘罩163分别配置为使侧面部181彼此为抵接或者接近状态。在该状态下,各搭接部153A、153B被配置为在周向上在中间导线部152排列的圆上相互交叉。各绝缘罩163被配置为突出部186在轴向上与绝缘罩161重叠,并且突出部186的贯通孔187与通过绝缘罩161的各凹部177形成的贯通孔部在轴向上相连。
此时,绝缘罩163的突出部186通过设置于绝缘罩161的一对突起部178被引导至规定位置,从而绝缘罩163侧的贯通孔187的位置与绝缘罩161侧的贯通孔部和内筒构件81的凹部105一致。换句话说,在将各线圈模块150A、150B组装到铁芯组件CA的状态下,由于绝缘罩161的凹部177位于绝缘罩163的里侧,所以有可能难以相对于绝缘罩161的凹部177进行突出部186的贯通孔187的对位。对于这一点,通过利用绝缘罩161的一对突起部178引导绝缘罩163的突出部186,从而绝缘罩163相对于绝缘罩161的对位变得容易。
而且,如图28(a)、(b)所示,在绝缘罩161与绝缘罩163的突出部186的重叠的部分中与它们卡合的状态下,进行基于作为固定构件的固定销191的固定。更具体而言,在使内筒构件81的凹部105、绝缘罩161的凹部177以及绝缘罩163的贯通孔187对位的状态下,在这些凹部105、177以及贯通孔187中插入固定销191。由此,相对于内筒构件81一体地固定绝缘罩161、163。根据本结构,在周向上相邻的各线圈模块150A、150B在线圈端部CE通过共用的固定销191相对于铁芯组件CA固定。优选固定销191由导热性较好的材料构成,例如为金属销。
如图28(b)所示,固定销191被组装到绝缘罩163的突出部186中的低台阶部186a。在该状态下,固定销191的上端部向低台阶部186a的上方突出,但未比绝缘罩163的上表面(外面部182)更向上方突出。该情况下,固定销191比绝缘罩161与绝缘罩163的突出部186(低台阶部186a)的重叠的部分的轴向高度尺寸长,具有向上方突出的富余量,所以考虑在将固定销191插入凹部105、177以及贯通孔187时(即固定销191的固定作业时)容易进行该作业。另外,由于固定销191的上端部未比绝缘罩163的上表面(外面部182)更向上方突出,所以能够抑制由于固定销191的突出而定子60的轴长变长等不良情况。
在基于固定销191的绝缘罩161、163的固定后,通过设置于绝缘罩163的贯通孔188进行粘合剂的填充。由此,在轴向重叠的绝缘罩161、163相互稳固地结合。此外,在图28(a)、(b)中,为了方便,在从绝缘罩163的上表面到下表面为止的范围示出贯通孔188,但实际上构成为在通过冲切等形成的薄板部设置贯通孔188。
如图28(b)所示,构成为,基于固定销191的各绝缘罩161、163的固定位置成为比定子铁芯62更靠径向内侧(图的左侧)的定子保持架70的轴向端面,并相对于该定子保持架70进行基于固定销191的固定。换句话说,构成为将第一搭接部153A相对于定子保持架70的轴向端面固定。该情况下,由于在定子保持架70设置有制冷剂通路85,所以在第一部分绕组151A产生的热量从第一搭接部153A直接传递到定子保持架70的制冷剂通路85附近。另外,固定销191被插入定子保持架70的凹部105,通过该固定销191促进向定子保持架70侧传递热量。通过这样的结构,实现定子绕组61的冷却性能的提高。
在本实施方式中,在线圈端部CE中,在轴向内外各重叠地配置十八个绝缘罩161、163,另一方面在定子保持架70的轴向端面,在与各绝缘罩161、163数目相同的十八个位置设置凹部105。而且,构成为在该十八个位置的凹部105进行基于固定销191的固定。
虽然未图示,但对于轴向相反侧的绝缘罩162、164也是同样的。即,首先在第一线圈模块150A组装时,在周向上相邻的绝缘罩162的侧面部171彼此成为抵接或者接近状态,从而通过这些绝缘罩162的各凹部177形成沿轴向延伸的贯通孔部,并成为该贯通孔部与外筒构件71的轴向端面的凹部106的位置一致的状态。然后,通过组装第二线圈模块150B,绝缘罩164侧的贯通孔187的位置与绝缘罩163侧的贯通孔部和外筒构件71的凹部106一致,通过将固定销191插入这些凹部106、177、贯通孔187,绝缘罩162、164相对于外筒构件71一体地固定。
在各线圈模块150A、150B相对于铁芯组件CA的组装时,可以先对铁芯组件CA在其外周侧预先安装全部的第一线圈模块150A,之后,进行全部的第二线圈模块150B的组装和基于固定销191的固定。或者,也可以先通过一个固定销191将两个第一线圈模块150A和一个第二线圈模块150B固定于铁芯组件CA,之后,依次反复进行第一线圈模块150A的组装、第二线圈模块150B的组装以及基于固定销191的固定。
接下来,对汇流条模块200进行说明。
汇流条模块200是与定子绕组61中各线圈模块150的部分绕组151电连接,按照各相将各相的部分绕组151的一端并联连接,并且将这些各部分绕组151的另一端在中性点处连接的绕组连接构件。图29是汇流条模块200的立体图,图30是表示汇流条模块200的纵剖面的一部分的剖视图。
汇流条模块200具有:呈圆环状的环状部201、从该环状部201延伸的多个连接端子202、以及按照每个相绕组设置的三个输入输出端子203。环状部201例如由树脂等绝缘构件形成为圆环状。
如图30所示,环状部201具有大致呈圆环板状且在轴向层叠为多层(在本实施方式中为五层)的层叠板204,并以夹在这些各层叠板204之间的状态设置四个汇流条211~214。各汇流条211~214均呈圆环状,由U相用的汇流条211、V相用的汇流条212、W相用的汇流条213以及中性点用的汇流条214构成。这些各汇流条211~214在环状部201内以使板面对置的方式在轴向上排列配置。各层叠板204和各汇流条211~214通过粘合剂相互接合。优选使用粘合片作为粘合剂。但是也可以构成为涂布液状或者半液状的粘合剂。而且,在各汇流条211~214分别以使其从环状部201向径向外侧突出的方式连接有连接端子202。
在环状部201的上表面即、设置为五层的层叠板204的最表层侧的层叠板204的上表面设置有呈环状地延伸的突起部201a。
此外,汇流条模块200只要以各汇流条211~214埋设在环状部201内的状态设置即可,也可以使以规定间隔配置的各汇流条211~214一体地嵌入成形。另外,各汇流条211~214的配置并不限定于全部在轴向上排列并且全部的板面朝向相同方向的结构,也可以是在径向上排列的结构、在轴向上排列两列并且在径向上排列两列的结构、包含板面延伸的方向不同的汇流条的结构等。
在图29中,各连接端子202被设置为在环状部201的周向上排列,并且在径向外侧沿轴向延伸。连接端子202包含:与U相用的汇流条211连接的连接端子、与V相用的汇流条212连接的连接端子、与W相用的汇流条213连接的连接端子、以及与中性点用的汇流条214连接的连接端子。连接端子202设置为与线圈模块150中的各部分绕组151的绕组端部154、155数目相同,在这些各连接端子202各连接有一个各部分绕组151的绕组端部154、155。由此,汇流条模块200分别与U相的部分绕组151、V相的部分绕组151、W相的部分绕组151连接。
输入输出端子203例如由汇流条材料构成,以沿轴向延伸的方向设置。输入输出端子203包含:U相用的输入输出端子203U、V相用的输入输出端子203V以及W相用的输入输出端子203W。这些输入输出端子203在环状部201内按照各相分别与各汇流条211~213连接。通过这些各输入输出端子203,从未图示的逆变器对定子绕组61的各相的相绕组进行电力的输入输出。
此外,也可以构成为在汇流条模块200一体地设置检测各相的相电流的电流传感器。该情况下,可以在汇流条模块200设置电流检测端子,通过该电流检测端子,对未图示的控制装置输出电流传感器的检测结果。
另外,环状部201具有向内周侧突出的多个突出部205,作为相对于定子保持架70的被固定部,在该突出部205形成有沿轴向延伸的贯通孔206。
图31是表示将汇流条模块200组装到定子保持架70的状态的立体图,图32是固定汇流条模块200的固定部分的纵剖视图。此外,组装汇流条模块200之前的定子保持架70的结构请参照图12。
在图31中,汇流条模块200以包围内筒构件81的轴套部92的方式设置在端板部91上。汇流条模块200在通过相对于内筒构件81的支柱部95(参照图12)的组装而进行了定位的状态下,通过螺栓等紧固件217的紧固被固定在定子保持架70(内筒构件81)。
更详细而言,如图32所示,在内筒构件81的端板部91设置有沿轴向延伸的支柱部95。而且,汇流条模块200在使支柱部95插入到设置于多个突出部205的贯通孔206的状态下,通过紧固件217固定于支柱部95。在本实施方式中,使用由铁等金属材料构成的止动板220来固定汇流条模块200。止动板220具备:具有使紧固件217插入的插入孔221的被紧固部222、按压汇流条模块200的环状部201的上表面的按压部223、以及设置在被紧固部222与按压部223之间的弯曲部224。
在止动板220的安装状态下,在止动板220的插入孔221插入了紧固件217的状态下,紧固件217与内筒构件81的支柱部95螺合。另外,成为止动板220的按压部223与汇流条模块200的环状部201的上表面抵接的状态。该情况下,随着紧固件217被拧入支柱部95,止动板220被压向图的下方,与之相应地,环状部201被按压部223向下方按压。伴随着紧固件217的螺合产生的向图的下方的按压力通过弯曲部224传递至按压部223,所以在伴随弯曲部224中的弹力的状态下,进行按压部223的按压。
如上述那样在环状部201的上表面设置有环状的突起部201a,止动板220的按压部223侧的前端能够与突起部201a抵接。由此,能够抑制止动板220的向图的下方的按压力向径向外侧释放。换句话说,成为伴随紧固件217的螺合产生的按压力适当地传递到按压部223的侧的结构。
此外,如图31所示,在汇流条模块200组装到定子保持架70的状态下,输入输出端子203设置在相对于与制冷剂通路85相通的入口开口86a以及出口开口87a在周向上成为180度相反侧的位置。但是,也可以在相同位置(即接近位置)集中设置这些输入输出端子203和各开口86a、87a。
接下来,对将汇流条模块200的输入输出端子203与旋转电机10的外部的外部装置电连接的中继构件230进行说明。
如图1所示,在旋转电机10中,设置为汇流条模块200的输入输出端子203从壳体罩242向外侧突出,并在该壳体罩242的外侧与中继构件230连接。中继构件230是对从汇流条模块200延伸的各相的输入输出端子203与从逆变器等外部装置延伸的各相的电力线的连接进行中继的构件。
图33是表示在壳体罩242安装了中继构件230的状态的纵剖视图,图34是中继构件230的立体图。如图33所示,在壳体罩242形成有贯通孔242a,并通过该贯通孔242a能够引出输入输出端子203。
中继构件230具有固定于壳体罩242的主体部231和插入壳体罩242的贯通孔242a的端子插入部232。端子插入部232具有各插入一个各相的输入输出端子203的三个插入孔233。这三个插入孔233的剖面开口呈长条状,以长边方向均大致相同的方向排列而形成。
在主体部231安装有按照各相设置的三个中继汇流条234。中继汇流条234弯曲形成为大致L形,并通过螺栓等紧固件235并固定于主体部231,并且通过螺栓以及螺母等紧固件236被固定于插入到端子插入部232的插入孔233的状态的输入输出端子203的前端部。
此外,虽然省略图示,但在中继构件230能够连接从外部装置延伸的各相的电力线,并能够按照各相进行对输入输出端子203的电力的输入输出。
接下来,对控制旋转电机10的控制系统的结构进行说明。图35是旋转电机10的控制系统的电路图,图36是表示控制装置270的控制处理的功能框图。
如图35所示,定子绕组61由U相绕组、V相绕组以及W相绕组构成,在该定子绕组61连接相当于电力转换器的逆变器260。逆变器260由具有与相数相同的数目的上下臂的全桥电路构成,按照各相设置由上臂开关261以及下臂开关262构成的串联连接体。这些各开关261、262通过驱动器263进行接通断开,通过该接通断开对各相的相绕组进行通电。各开关261、262例如由MOSFET、IGBT等半导体开关元件构成。另外,在各相的上下臂,与开关261、262的串联连接体并联地连接有向各开关261、262供给在开关时需要的电荷的电荷供给用的电容器264。
在上下臂的各开关261、262之间的中间连接点分别连接有U相绕组、V相绕组、W相绕组的一端。这些各相绕组被星形接线(Y接线),各相绕组的另一端在中性点相互连接。
控制装置270具备由CPU、各种存储器构成的微机,基于旋转电机10中的各种检测信息、动力运行驱动以及发电的要求,通过各开关261、262的接通断开实施通电控制。旋转电机10的检测信息例如包含由解析器等角度检测器检测到的转子20的旋转角度(电角度信息)、由电压传感器检测到的电源电压(逆变器输入电压)、由电流传感器检测到的各相的通电电流。控制装置270例如通过规定的开关频率(载波频率)的PWM控制、矩形波控制实施各开关261、262的接通断开控制。控制装置270既可以是内置于旋转电机10的内置控制装置,也可以是设置在旋转电机10的外部的外部控制装置。
另外,由于本实施方式的旋转电机10具有无槽结构(无齿结构),所以定子60的电感减少而电时间常数变小,在该电时间常数较小的状况下,期望提高开关频率(载波频率),并且使开关速度加快。在这一点上,通过与各相的开关261、262的串联连接体并联连接电荷供给用的电容器264,从而布线电感降低,即使是使开关速度加快的结构也能够采取适当的浪涌对策。
逆变器260的高电位侧端子与直流电源265的正极端子连接,低电位侧端子与直流电源265的负极端子(地线)连接。直流电源265例如通过串联连接多个单电池的组电池而构成。另外,在逆变器260的高电位侧端子以及低电位侧端子,与直流电源265并联地连接有平滑用的电容器266。
图36是表示控制U、V、W相的各相电流的电流反馈控制处理的框图。
在图36中,电流指令值设定部271使用转矩-dq映射,基于针对旋转电机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进行时间微分得到的电角速度,设定d轴的电流指令值和q轴的电流指令值。此外,例如在旋转电机10被用作车辆用动力源的情况下,发电转矩指令值是再生转矩指令值。
dq转换部272将按照每相设置的电流传感器的电流检测值(三个相电流)转换为将励磁方向(direction of an axis of a magnetic field,or field direction:磁场轴线方向或者磁场方向)作为d轴的正交二维旋转坐标系的成分亦即d轴电流和q轴电流。
d轴电流反馈控制部273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。另外,q轴电流反馈控制部274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。在这些各反馈控制部273、274中,基于d轴电流以及q轴电流相对于电流指令值的偏差,使用PI反馈方法计算指令电压。
三相转换部275将d轴以及q轴的指令电压转换为U相、V相以及W相的指令电压。此外,上述的各部271~275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相以及W相的指令电压是反馈控制值。
操作信号生成部276使用公知的三角波载波比较方式,基于三相的指令电压,生成逆变器260的操作信号。具体而言,操作信号生成部276通过基于以电源电压将三相的指令电压标准化后的信号与三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制,生成各相中的上下臂的开关操作信号(占空比信号)。由操作信号生成部276生成的开关操作信号被输出到逆变器260的驱动器263,通过驱动器263使各相的开关261、262接通断开。
接着,对转矩反馈控制处理进行说明。例如在高旋转区域以及高输出区域等逆变器260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、损耗降低为目的而使用该处理。控制装置270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以及电流反馈控制处理中的任意一个处理。
图37是表示与U、V、W相对应的转矩反馈控制处理的框图。
电压振幅计算部281基于针对旋转电机10的动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值、和对电角度θ进行时间微分得到的电角速度,计算电压向量的大小的指令值亦即电压振幅指令。
dq转换部282与dq转换部272同样地将按照每相设置的电流传感器的电流检测值转换为d轴电流和q轴电流。转矩估计部283基于d轴电流和q轴电流来计算与U、V、W相对应的转矩估计值。此外,转矩估计部283基于将d轴电流、q轴电流以及电压振幅指令建立关系的映射信息,计算电压振幅指令即可。
转矩反馈控制部284计算电压向量的相位的指令值亦即电压相位指令,作为用于将转矩估计值反馈控制为动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值的操作量。在转矩反馈控制部284中,基于转矩估计值相对于动力运行转矩指令值或者发电转矩指令值的偏差,使用PI反馈方法计算电压相位指令。
操作信号生成部285基于电压振幅指令、电压相位指令以及电角度,生成逆变器260的操作信号。具体而言,操作信号生成部285基于电压振幅指令、电压相位指令以及电角度θ来计算三相的指令电压,通过基于以电源电压将计算出的三相的指令电压标准化后的信号与三角波信号等载波信号的大小比较的PWM控制,生成各相中的上下臂的开关操作信号。由操作信号生成部285生成的开关操作信号被输出到逆变器260的驱动器263,通过驱动器263使各相的开关261、262接通断开。
另外,操作信号生成部285也可以基于将电压振幅指令、电压相位指令、电角度θ以及开关操作信号建立关系的映射信息亦即脉冲图形信息、电压振幅指令、电压相位指令以及电角度,生成开关操作信号。
(变形例)
以下,对与上述第一实施方式相关的变形例进行说明。
·也可以如以下那样变更磁铁单元22中的磁铁32的结构。在图38所示的磁铁单元22中,磁铁32中易磁化轴的方向相对于径向倾斜,沿着该易磁化轴的方向形成直线状的磁铁磁路。换句话说,磁铁32构成为在定子60侧(径向内侧)的磁通作用面34a与反定子侧(径向外侧)的磁通作用面34b之间易磁化轴的方向相对于d轴倾斜,并以成为在周向上在定子60侧接近d轴、且在反定子侧远离d轴的方向的方式进行直线的取向。在本结构中,也能够使磁铁32的磁铁磁路长度比径向的厚度尺寸长,能够实现磁导的提高。
·在磁铁单元22中也能够使用海尔贝克阵列的磁铁。
·在各部分绕组151中,搭接部153的折弯的方向也可以是径向内外中的任何一个,作为与铁芯组件CA的关系,第一搭接部153A既可以向铁芯组件CA的侧折弯,或者第一搭接部153A也可以向铁芯组件CA的相反侧折弯。另外,第二搭接部153B只要成为在第一搭接部153A的轴向外侧在周向上跨过该第一搭接部153A的一部分的状态,则可以向径向内外的任何一个折弯。
·也可以不具有两种部分绕组151(第一部分绕组151A、第二部分绕组151B)作为部分绕组151,而具有一种部分绕组151。具体而言,可以将部分绕组151形成为在侧视时大致呈L形或者大致呈Z形。构成为在将部分绕组151形成为在侧视时大致L形的情况下,设置为在轴向一端侧,搭接部153向径向内外的任意一个折弯,在轴向另一端侧,搭接部153不向径向折弯。另外,构成为在将部分绕组151形成为在侧视时大致为Z形的情况下,在轴向一端侧以及轴向另一端侧,搭接部153在径向相互向相反方向折弯。无论在哪种情况下,如上述那样只要构成为通过覆盖搭接部153的绝缘罩将线圈模块150相对于铁芯组件CA固定即可。
·在上述的结构中,对在定子绕组61中,按照每个相绕组并联连接全部的部分绕组151的结构进行了说明,但也可以变更该构成。例如,也可以构成为将各相绕组的全部的部分绕组151分为多个并联连接组,并将该多个并联连接组串联连接。换句话说,也可以构成为将各相绕组中的全部n个部分绕组151分为各n/2个的两组并联连接组,或者分为各n/3个的三组并联连接组等,并将它们串联连接。或者,也可以构成为在定子绕组61中按照各相绕组将多个部分绕组151全部串联连接。
·也可以构成为旋转电机10中的定子绕组61具有两相的相绕组(U相绕组以及V相绕组)。该情况下,例如在部分绕组151中,构成为将一对中间导线部152隔开一个线圈间距而固定,并在一对中间导线部152之间配置一个另一相的部分绕组151中的中间导线部152即可。
·也能够代替外转子式的表面磁铁型旋转电机,而将旋转电机10具体化为内转子式的表面磁铁型旋转电机。图39(a)、(b)是表示内转子结构的情况下的定子单元300的结构的图。其中图39(a)是表示将线圈模块310A、310B组装到铁芯组件CA的状态的立体图,图39(b)是表示各线圈模块310A、310B所包含的部分绕组311A、311B的立体图。在本例中,通过在定子铁芯62的径向外侧组装定子保持架70来构成铁芯组件CA。另外,构成为在定子铁芯62的径向内侧组装多个线圈模块310A、310B。
部分绕组311A具有大致与已叙述的第一部分绕组151A相同的结构,具有一对中间导线部312、和在轴向两侧向铁芯组件CA的侧(径向外侧)折弯形成的搭接部313A。另外,部分绕组311B具有大致与已叙述的第二部分绕组151B相同的结构,具有一对中间导线部312、和在轴向两侧设置为在轴向外侧在周向上跨过搭接部313A的搭接部313B。在部分绕组311A的搭接部313A安装有绝缘罩315,在部分绕组311B的搭接部313B安装有绝缘罩316。
在绝缘罩315中,在周向两侧的侧面部设置有沿轴向延伸的半圆状的凹部317。另外,在绝缘罩316设置有比搭接部313B更向径向外侧突出的突出部318,在该突出部318的前端部设置沿轴向延伸的贯通孔319。
图40是表示将线圈模块310A、310B组装到铁芯组件CA的状态的俯视图。此外,在图40中,在定子保持架70的轴向端面在周向上等间隔地形成有多个凹部105。另外,定子保持架70具有基于液状制冷剂或者空气的冷却结构,例如在外周面形成多个散热片作为空冷结构。
在图40中,绝缘罩315、316以在轴向上重叠的状态配置。另外,设置在绝缘罩315的侧面部的凹部317、和绝缘罩316的突出部318中设置在成为从绝缘罩316的周向一端到另一端之间的中央的位置的贯通孔319在轴向上相连,通过这些各部进行基于固定销321的固定。
另外,在图40中,构成为固定销321对各绝缘罩315、316的固定位置成为比定子铁芯62更靠径向外侧的定子保持架70的轴向端面,相对于该定子保持架70进行基于固定销321的固定。该情况下,由于在定子保持架70设置有冷却结构,所以在部分绕组311A、311B产生的热量容易传递至定子保持架70。由此,能够提高定子绕组61的冷却性能。
·旋转电机10所使用的定子60也可以具有从背轭延伸的突起部(例如齿)。在这种情况下,也可以对背轭进行线圈模块150等相对于定子铁芯的组装。
·作为旋转电机,并不限定于星形接线的旋转电机,也可以是Δ接线的旋转电机。
·作为旋转电机10,也能够代替将励磁元件作为转子、将电枢作为定子的旋转励磁形的旋转电机,而采用将电枢作为转子、将励磁元件作为定子的旋转电枢形的旋转电机。
(第二实施方式)
接下来,对第二实施方式中的旋转电机400进行说明。本实施方式的旋转电机400被用作车辆的轮内马达。图41~图45表示旋转电机400的概要。图41是表示旋转电机400的整体的立体图,图42是旋转电机400的俯视图,图43是旋转电机400的纵剖视图(图42的43-43线剖视图),图44是旋转电机400的横剖视图(图43的44-44线剖视图),图45是分解旋转电机400的结构要素示出的分解剖视图。
旋转电机400是内转子式的表面磁铁型旋转电机。旋转电机400构成为,大致具备具有转子410和包含定子430而成的定子单元420的旋转电机主体,固定于定子单元420的内壳体470被固定于未图示的车体,并且固定于转子410的轮支承构件401被固定于未图示的车轮的轮毂。在本实施方式中,与轮支承构件401结合的车轮轮毂成为旋转电机400的旋转对象物。要求这些内壳体470以及轮支承构件401为高强度,例如由钢铁材料构成。
以下对转子410的结构进行说明。
如图45所示,转子410具有大致圆筒状的转子架411和固定于该转子架411的环状的磁铁单元412。转子架411具有呈圆筒状的筒状部413和设置在该筒状部413的轴向一端的端板部414,在筒状部413的径向外侧将磁铁单元412固定为环状。转子架411作为磁铁保持构件发挥作用。端板部414在其中央部具有在轴向上向磁铁单元412的侧延伸的圆筒状的突起部415。在突起部415形成有贯通孔415a。在转子架411中,筒状部413和突起部415被设置为从端板部414向与轴向相同的方向延伸,成为内外双重。
磁铁单元412由配置为沿着转子410的周向交替地改变极性的多个永磁铁构成。磁铁单元412相当于“磁铁部”。由此,磁铁单元412在周向上具有多个磁极。磁铁单元412具有在第一实施方式的图6、图7中作为磁铁单元22进行了说明的结构,作为永磁铁,使用内禀矫顽力在400[kA/m]以上且剩余磁通密度Br在1.0[T]以上的烧结钕磁铁而构成。
磁铁单元412与图7的磁铁单元22同样地分别具有极性各向异性的多个永磁铁,这些各磁铁在d轴侧(靠近d轴的部分)和q轴侧(靠近q轴的部分)易磁化轴的方向不同,在d轴侧易磁化轴的方向成为与d轴平行的方向,在q轴侧易磁化轴的方向成为与q轴正交的方向。该情况下,沿着易磁化轴的方向形成圆弧状的磁铁磁路。总之,各磁铁构成为取向成在磁极中心即d轴侧,与磁极边界即q轴侧相比,易磁化轴的方向更平行于d轴。
此外,磁铁单元412的各磁铁可以在周向上通过粘合等相互固定,并且在外周部安装纱线等固定构件进行一体化。另外,可以在各磁铁的轴向端部安装圆环状的端板构件。
另外,转子410具有被设置为从转子架411的端板部414向与磁铁单元412相反侧延伸的圆筒状的旋转轴416。旋转轴416与转子架411的筒状部413以及突起部415同心,并通过螺栓等固定件417相对于端板部414固定。旋转轴416具有比突起部415的内径尺寸大的内径尺寸。因此,转子架411的端板部414在旋转轴416的内周侧具有向径向内侧突出的凸缘状的突出部。
在旋转轴416中与转子架411相反侧的轴向另一端通过螺栓等固定件402固定有轮支承构件401,轮支承构件401与转子410一起旋转。此外,旋转轴416例如可以由钢材铁料形成。
接下来,对定子单元420的结构进行说明。图46是表示定子单元420的整体的立体图,图47是定子单元420的分解剖视图,图48是定子单元420的纵剖视图。
作为概要,定子单元420具有:定子430、被设置为包围定子430的外壳体450、以及布线模块460。定子430具有定子绕组431和定子铁芯432。外壳体450呈有底筒状,并构成为在轴向一端侧亦即开放端侧组装内壳体470。此外,外壳体450相当于“第一壳体”,内壳体470相当于“第二壳体”。
在定子430中,定子绕组431具有三相的相绕组,各相的相绕组分别由多个部分绕组441构成。部分绕组441根据旋转电机400的极数而设置,按照各相并联或者串联连接多个部分绕组441。在本实施方式中,将磁极数设为24,但该数目是任意的。
如图48所示,定子430在轴向上具有:相当于在径向上与定子铁芯432对置的线圈侧部CS的部分、和相当于该线圈侧部CS的轴向外侧的线圈端部CE的部分。线圈侧部CS也是在径向上与转子410的磁铁单元412对置的部分。部分绕组441被组装到定子铁芯432的径向内侧。该情况下,部分绕组441以其轴向两端部分比定子铁芯432更向轴向外侧(即、线圈端部CE侧)突出的状态组装。
图49是表示部分绕组441的结构的立体图。部分绕组441通过多重地卷绕导线材料而构成。部分绕组441具有:相互平行且呈直线状地设置的一对中间导线部442、以及在轴向两端分别连接一对中间导线部442的一对搭接部443、444,通过这些一对中间导线部442和一对搭接部443、444形成为环状。一对中间导线部442隔开规定的线圈间距而设置,在周向上能够在一对中间导线部442之间配置其它相的部分绕组441的中间导线部442。在本实施方式中,构成为,一对中间导线部442隔开两个线圈间距而设置,在一对中间导线部442之间各配置一个其它两相的部分绕组441中的中间导线部442。
在部分绕组441中,各中间导线部442以覆盖有片状的绝缘被覆体445的状态设置。绝缘被覆体445的结构与上述的第一实施方式中的部分绕组151的绝缘被覆体157相同。即,绝缘被覆体445使用至少具有中间导线部442中的轴向的绝缘覆盖范围的长度作为轴向尺寸的薄膜材料,并通过在中间导线部442的周围卷装该薄膜材料而设置。另外,绝缘被覆体445以使薄膜材料的周向的端部重叠在中间导线部442的周围的状态设置。
轴向两侧的各搭接部443、444均作为相当于线圈端部CE(参照图48)的部分而设置,各搭接部443、444中的一个搭接部443向径向弯曲而形成。换句话说,部分绕组441在轴向一端侧线圈端部(搭接部)向径向弯曲,并且在轴向另一端侧线圈端部(搭接部)不向径向弯曲,而从侧方观察大致为L形。
在各部分绕组441中,中间导线部442作为在线圈侧部CS在周向上各排列一个的线圈侧导线部而设置。另外,各搭接部443、444作为在线圈端部CE中将在周向上不同的两个位置的同相的中间导线部442彼此连接的线圈端导线部而设置。
在部分绕组441中,与上述的部分绕组151同样地通过以导线集合部分的横剖面成为四边形的方式多重地卷绕导线材料而形成。对于中间导线部442而言,通过在周向上排列多列导线材料,并且在径向上排列多列导线材料,从而形成为横剖面大致成为矩形形状(参照图20)。
此外,在部分绕组441中,可以构成为在线圈端部(搭接部)安装绝缘罩,并通过该绝缘罩确保各部分绕组441的线圈端部彼此的绝缘性。绝缘罩可以例如如图19(a)、(b)所示,从径向组装于部分绕组441的搭接部443,或者如图22(a)、(b)所示,从轴向组装于部分绕组441的搭接部443。
如图47所示,在定子430中,在周向上排列配置多个部分绕组441。具体而言,多个部分绕组441各一半的组装方向在轴向以及径向上反转,一半的部分绕组441在轴向一端侧(图的上侧)以弯曲侧的搭接部443向径向外侧弯曲的状态组装,剩余的一半的部分绕组441在轴向另一端侧(图的下侧)以弯曲侧的搭接部443向径向内侧弯曲的状态组装。该情况下,在轴向两端分别避免搭接部443、444彼此的干扰,在该状态下,中间导线部442以在周向上排列的方式配置。另外实际上,在各中间导线部442之间夹着绝缘被覆体445,通过该绝缘被覆体445成为形成彼此的绝缘(相间绝缘)的状态。
定子绕组431通过多个部分绕组441形成为环状,在其径向外侧组装定子铁芯432。定子铁芯432构成为在轴向层叠由作为磁性体的电磁钢板构成的铁芯片的铁芯片层叠体,呈在径向具有规定的厚度的圆筒状。定子铁芯432的内周面以及外周面呈没有凹凸的曲面状。定子铁芯432作为背轭发挥作用。例如在轴向层叠冲裁成圆环板状的多个铁芯片构成定子铁芯432。但是,也可以使用具有螺旋铁芯结构的构件作为定子铁芯432。
此外,定子绕组431相对于定子铁芯432的组装可以通过独立地将部分绕组441组装于定子铁芯432来进行,也可以通过由多个部分绕组441形成环状的定子绕组431之后,将该定子绕组431组装于定子铁芯432来进行。
如图48所示,外壳体450具有分别呈圆筒状的外筒构件451和内筒构件452,并通过将外筒构件451设为径向外侧、将内筒构件452设为径向内侧并一体地组装它们而构成。这些各构件451、452例如由铝、铸铁等金属,或者碳纤维增强塑料(CFRP)构成。
外筒构件451的筒部的内径尺寸比内筒构件452的筒部的外径尺寸大。因此,在外筒构件451的径向内侧组装了内筒构件452的状态下,在这些各构件451、452之间形成环状的缝隙,该缝隙空间成为使冷却水等制冷剂流通的制冷剂通路453。制冷剂通路453在外壳体450的周向设置为环状。此外,虽然省略图示,但在外筒构件451形成有成为制冷剂的入口的入口侧通路、和成为制冷剂的出口的出口侧通路,从入口侧通路流入的制冷剂在制冷剂通路453中沿周向流动,之后,从出口侧通路流出。
如图47所示,外筒构件451以及内筒构件452在轴向一端侧具有向径向外侧延伸的凸缘,通过在该凸缘组装螺栓等固定件,而一体地结合外筒构件451以及内筒构件452。此外,也可以在外筒构件451以径向外侧延伸的方式设置有散热片,作为散热部。
在外壳体450的径向内侧,详细而言在内筒构件452的径向内侧组装有定子铁芯432。例如通过粘合进行定子铁芯432相对于外壳体450(内筒构件452)的组装。另外,也可以构成为通过热压配合或者压入,以规定的过盈量将定子铁芯432嵌合固定于外壳体450。
另外,如图48所示,外筒构件451在轴向一端侧具有底部454,在该底部454的中央形成贯通孔455。在贯通孔455能够插入转子410的旋转轴416(参照图43)。
在外筒构件451的底部454以从轴向内侧的端面沿轴向延伸的方式设置有环状槽456。在将定子430组装到外壳体450时,环状槽456成为收容定子绕组431的线圈端部的线圈端收容部。换句话说,如上述那样定子绕组431由多个部分绕组441构成,在该部分绕组441的轴向一端侧线圈端部(搭接部)向径向弯曲,并且在轴向另一端侧线圈端部(搭接部)不向径向弯曲。该情况下,在部分绕组441中线圈端部的一部分即未向径向弯曲的搭接部444向轴向突出,但该突出部分收容于环状槽456。
接下来,对布线模块460进行说明。布线模块460是与定子绕组431中各部分绕组441电连接的绕组连接构件,通过该布线模块460,按照每一相并联或者串联连接各相的部分绕组441,并且各相的相绕组进行中性点连接。布线模块460设置在定子绕组431的轴向两端中一端侧,具体而言设置在与转子架411的端板部414相反侧(参照图43)。
如图47所示,布线模块460具有:呈圆环状的环状部461、和沿着该环状部461在周向上排列设置的多个连接端子462。环状部461例如由树脂等绝缘构件形成为圆环状。在环状部461埋设有各相的布线和中性点用的布线(均省略图示),在这些各布线电连接连接端子462。连接端子462按照每个部分绕组441设置,并且分别固定在沿轴向延伸的方向。
如图46所示,在定子绕组431中,呈环状地排列配置未向径向弯曲的搭接部444,并以从径向外侧包围该搭接部444的方式设置布线模块460。换句话说,布线模块460的环状部461形成为直径比由在周向上排列的搭接部444形成的圆环部大。在布线模块460中在周向上以规定间隔设置有固定销463,作为用于固定该布线模块460的固定部。固定销463沿轴向延伸,其一端固定于定子铁芯432或者外壳体450,从而在定子单元420安装布线模块460。
图50是表示内壳体470的结构的立体图。内壳体470具有:设置在轴向一端侧并固定于外壳体450的大径部471、和设置在轴向另一端侧并支承转子410的旋转轴416的固定轴部472,在轴向上,在大径部471与固定轴部472之间设置直径比大径部471小且比固定轴部472大的中间筒部473。此外,固定轴部472也可以如图示那样具有沿轴向延伸的中空部。中间筒部473相当于“圆筒部”。
大径部471具有与定子绕组431的轴向一端侧的线圈端部(搭接部)和布线模块460对应的直径尺寸。在大径部471设置有收容定子绕组431的线圈端部和布线模块460的圆环状的收容部474。收容部474作为在轴向上朝向旋转电机400的中央侧开口的环状槽部而设置。
另外,在大径部471设置有用于安装端子台480的安装部475。安装部475在大径部471向径向外侧突出,并且具有向径向延伸的中空部476,该中空部476与收容部474连通。端子台480是与布线模块460电连接的布线连接部,通过连接从未图示的外部装置延伸的各相的电力线,能够按照各相进行电力的输入输出。在端子台480安装到安装部475的状态下,端子台480的布线端子481经由安装部475的中空部476通过未图示的中继线与布线模块460电连接。端子台480能够通过螺丝等从内壳体470分离,例如在电力等规格不同的情况下能够进行端子台480的变更。
在本实施方式中,在定子绕组431的线圈端部的径向外侧(搭接部444的径向外侧)设置布线模块460。因此,能够不在径向上跨过定子绕组431的线圈端部(搭接部444),而进行布线模块460与端子台480的连接。
在内壳体470中,固定轴部472以比转子410的旋转轴416的内径尺寸小的外形尺寸形成,中间筒部473以比转子架411的内径尺寸小的外形尺寸形成。
另外,在内壳体470中,固定轴部472与中间筒部473之间通过中间端板部477封闭,在该中间端板部477形成有用于固定后述的解析器493的环状的突出部478。
接下来,对包含上述的转子410、定子单元420、内壳体470的旋转电机400的整体结构进行说明。
如图43所示,在内壳体470的固定轴部472组装轴承491,并通过该轴承491能够旋转地支承转子410的旋转轴416。轴承491例如是径向滚珠轴承,具有外轮、内轮以及配置在这些外轮以及内轮之间的多个滚珠。轴承491的内轮组装于固定轴部472侧,外轮组装于旋转轴416侧。此外,轴承491也可以是代替滚珠而使用滚子作为转动体的滚子轴承(滚针轴承、滚锥轴承)。另外,也可以在轴向上排列配置两个轴承作为轴承491。
旋转轴416被设置为在轴向上从转子架411的端板部414向与磁铁单元412相反侧延伸,轴承491在轴向上设置在比端板部414更靠反磁铁单元侧的位置。该情况下,在径向上不与磁铁单元412重复的位置设置轴承491。
此处,外壳体450例如由铝、铸铁等金属,或者碳纤维增强塑料(CFRP)构成,内壳体470例如由铁钢材料构成。换句话说,外壳体450是比内壳体470高导热的构件,内壳体470是比外壳体450高强度的构件。该情况下,包围定子430的外壳体450成为使散热性优先的构件,经由轴承491支承旋转轴416的内壳体470成为使强度优先的构件。由此,在定子430产生的热量能够适当地从外壳体450释放,并且能够确保内壳体470中的旋转轴416的支承强度。
另外,在转子410的径向外侧以包围该转子410的方式配设有定子单元420。定子单元420以外壳体450的轴向一端侧(开放端侧)通过螺栓等固定件固定于内壳体470的大径部471的状态被组装到转子410的外周侧。换句话说,内壳体470被设置为在外壳体450的开放端侧封闭该开放端。
在外壳体450中的外筒构件451的底部454与旋转轴416之间设置有圆环状的滑动密封件492。换句话说,作为旋转轴416相对于定子单元420以及内壳体470的支承结构,在旋转轴416的内周面侧,在与内壳体470的固定轴部472之间设置轴承491,在旋转轴416的外周面侧,在与外壳体450的底部454之间设置滑动密封件492。由此,旋转轴416能够通过轴承491相对于内壳体470的固定轴部472相对旋转,并且能够通过滑动密封件492相对于外壳体450的底部454相对旋转。此外,作为滑动密封件492,能够使用由合成树脂、橡胶等形成的环状密封件。
在转子410与内壳体470经由轴承491一体化的状态下,在转子架411的内周侧形成被转子架411和内壳体470包围的环状的封闭空间SA。而且,在该封闭空间SA内设置作为旋转传感器的解析器493。解析器493呈圆环状,并具有作为固定物的固定于内壳体470的突出部478的解析器定子、和作为旋转物的固定于转子架411的突起部415的解析器转子。在解析器定子的径向内侧对置配置有解析器转子。
此处,内壳体470的固定轴部472以贯通设置于转子架411的端板部414的贯通孔415a的状态设置,轴向上的端板部414的两侧中一侧成为第一轴部472a,另一侧成为第二轴部472b(参照图45)。而且,在第一轴部472a以及第二轴部472b中成为转子架411(磁铁单元412)的径向内侧的第一轴部472a的外侧设置解析器493,在第二轴部472b的外侧设置轴承491。该情况下,第一轴部472a侧的区域和第二轴部472b侧的区域通过端板部414在轴向上被分隔,能够抑制轴承491对解析器493的影响。
而且,在定子单元420和内壳体470组装到转子410的状态下,通过螺栓等固定件402在轴向一端固定轮支承构件401。
在旋转电机400中,内壳体470的中间筒部473被配置为以接近状态与转子架411的内周面(转子内周面)对置。而且,中间筒部473的径向内侧成为在轴向上在固定轴部472的相反侧开放的空间部SX。该情况下,可以在空间部SX配置用于将旋转电机400安装于车体侧的转向节、连杆等安装结构。
另外,在转子架411的径向内侧,转子架411的内周面(转子内周面)与中间筒部473对置的区域成为润滑油通过的润滑油路径。该情况下,润滑油可以流过图51所示的箭头Y的路径。换句话说,使润滑油从设置在内壳体470的大径部471的入口部流入旋转电机400的内侧空间。而且,在使润滑油通过转子架411与中间筒部473对置的第一区域、和转子架411与固定轴部472对置的第二区域之后,从设置在内壳体470的大径部471的出口部排出润滑油即可。此外,在第一区域中,除了轴向之外还在周向上流动润滑油。
根据以上详述的本实施方式,能够得到以下的优异的效果。
在旋转电机400中,构成为,通过外壳体450和内壳体470中的内壳体470即、不是包围定子430的一侧的壳体,经由轴承491能够旋转地支承旋转轴416。该情况下,在设置为包围定子430的外壳体450中,与内壳体470相比缓和强度的要求。因此,在外壳体450中,缓和强度要求所带来的设计的自由度增加,能够容易地应对提高散热性、轻型化的要求。
包围定子430的外壳体450使散热性优先,经由轴承491支承旋转轴416的内壳体470使强度优先。由此,能够适当地从外壳体450释放在定子430产生的热量,并且确保内壳体470中的旋转轴416的支承强度。另外,虽然高强度材料有重量变重的倾向,但仅使各壳体中内壳体470为高强度的构件,所以也能够实现作为旋转电机400的重量减轻。该情况下,在旋转电机400中,能够提高与散热性、重量相关的设计的自由度。
构成为在旋转轴416的中空部在轴向上比转子架411的端板部414更靠反磁铁单元侧的位置设置轴承491。该情况下,通过在径向上不与磁铁单元412重复的位置设置轴承491,同在径向上与磁铁单元412重复的位置设置轴承491的结构相比,能够使磁铁单元412的径向内侧的区域变大。由此,能够在磁铁单元412的径向内侧的区域配置传感器组、电气部件、旋转电机安装用的安装结构等,并能够实现该区域的有效利用。另外,在作为轮内马达的旋转电机400中,能够一同考虑负载作用在旋转轴416的与端板部414相反侧的轴向端部(前端部),将轴承491配置在适当的位置。
在内壳体470的固定轴部472中,构成为分别将隔着转子架411的端板部414成为两侧的部分设为第一轴部472a和第二轴部472b,通过端板部414在轴向上分隔第一轴部472a侧的区域和第二轴部472b侧的区域。而且,在第一轴部472a的外侧设置解析器493,在第二轴部472b的外侧设置轴承491。该情况下,能够抑制轴承491对解析器493的影响。
在转子架411的径向内侧,在由转子架411和内壳体470形成的封闭空间SA配置解析器493。该情况下,解析器493与旋转电机400的外部隔离,所以能够良好地保持解析器493的设置环境。例如,能够抑制异物附着于解析器493、解析器493被淋水。
能够通过轴承491使旋转轴416相对于内壳体470的固定轴部472相对旋转,并且,能够通过滑动密封件492相对于外壳体450的底部454相对旋转。由此,分别从径向内侧以及外侧通过各壳体450、470能够旋转地支承旋转轴416,能够实现能够进行旋转轴416的适当的支承的支承结构。
此外,作为旋转轴416相对于外壳体450的支承结构,不使用轴承而使用滑动密封件492,所以认为对外壳体450的支承强度要求比较小,能够抑制外壳体450的散热性能降低。
在内壳体470中,使直径比固定轴部472大的中间筒部473以接近状态与转子架411的内周面(转子内周面)对置,并且将该中间筒部473的径向内侧设为在轴向上在固定轴部472的相反侧开放的空间部SX。该情况下,通过内壳体470的中间筒部473从内侧覆盖转子架411的内周侧而与外部划分,并且在中间筒部473内确保空间部SX且能够有效利用。
将转子架411的内周面(转子内周面)与内壳体470的中间筒部473对置的区域作为润滑油通过的润滑油路径。该情况下,在旋转电机400的内部中通过内壳体470的中间筒部473限制润滑油通过的区域,能够适当地进行润滑油的供给。
在作为轮内马达的旋转电机400中,构成为在车体固定定子430和保持该定子的壳体,而壳体承受车重。在该前提下,在本实施方式中,构成为通过以包围定子430的状态保持的外壳体450和设置在外壳体450的开放端侧的内壳体470中的内壳体470承受车重,所以能够使内壳体470构成为使承载优先。另外,在外壳体450中,不需要承受车重,使散热性优先,能够使用高散热材料。
(第二实施方式的变形例)
·也可以如图52所示那样变更旋转电机400的结构。在图52的旋转电机400中,构成为变更解析器493的位置,在内壳体470的固定轴部472的前端部安装解析器493。该情况下,不需要在封闭空间SA内确保解析器493的设置区域,而能够使中间端板部477接近转子架411的端板部414。因此,与图43的结构相比,能够使内壳体470的中间筒部473向轴向扩张。换句话说,成为内壳体470的中间筒部473以及中间端板部477分别与转子架411接近地对置的结构。由此,在内壳体470中能够扩大中间筒部473内的空间部SX的容积。
·在上述结构中,在转子410中,构成为使转子架411和旋转轴416为不同构件,并通过固定件417将旋转轴416固定于转子架411的端板部414,但也可以变更该结构,而构成为使转子架411与旋转轴416一体地成形。
·在旋转电机400中,也可以构成为不设置基于制冷剂通路453的制冷剂的循环的冷却结构(水冷结构),而仅设置空冷散热片等空冷结构,作为外壳体450的冷却结构。
·也可以变更定子绕组431的结构。例如,也可以代替使用了多个部分绕组441的集中卷绕结构,而通过波状卷绕等分布卷绕结构构成定子绕组431。另外,在定子430中,也可以构成为代替在定子铁芯432不设置槽的无槽结构,而在定子铁芯432设置槽,并在该槽卷绕定子绕组431。
·旋转电机400的用途也可以是车辆的行驶用马达以外,也可以是包括飞机在内的广泛用于移动体的旋转电机、用于工业用或者家庭用的电气设备的旋转电机。
该说明书中的公开并不限定于例示的实施方式。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现。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/或要素的实施方式。公开包括一个实施方式与另一个实施方式之间的部件和/或要素的替代或组合。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含义和范围内的所有变更。

Claims (9)

1.一种旋转电机,是内转子式的旋转电机(400),具备:转子(410),具有配置成环状的磁铁部(412);以及定子(430),具有多相的定子绕组(431),在上述定子的径向内侧配置有上述转子,上述旋转电机具备:
有底筒状的第一壳体(450),被以包围上述定子的状态设置,并在轴向的第一端侧具有底部(454);以及
第二壳体(470),设置为在上述第一壳体的与上述第一端相反侧的第二端侧封闭该第一壳体的开放端,
上述转子具有沿轴向延伸的圆筒状的旋转轴(416),
上述第二壳体具有插入上述旋转轴的中空部内的固定轴部(472),在上述固定轴部与上述旋转轴之间设置能够旋转地支承该旋转轴的轴承(491)。
2.根据权利要求1所述的旋转电机,其中,
上述第一壳体是比上述第二壳体高导热的构件,
上述第二壳体是比上述第一壳体高强度的构件。
3.根据权利要求1或者2所述的旋转电机,其中,
上述转子具有支承上述磁铁部的转子架(411),
上述转子架在轴向一端侧具有端板部(414),
上述旋转轴被设置为在轴向上从上述端板部向与上述磁铁部相反侧延伸,
在上述旋转轴的中空部中,在轴向上比上述端板部更靠反磁铁部侧的位置设置上述轴承,通过该轴承能够旋转地支承上述旋转轴,
在上述旋转轴中与上述端板部相反侧的轴向端部能够结合通过本旋转电机而被赋予旋转的旋转对象物。
4.根据权利要求3所述的旋转电机,其中,
上述固定轴部以贯通设置于上述端板部的贯通孔(415a)的状态设置,轴向上的上述端板部的两侧中的一侧为第一轴部(472a),另一侧为第二轴部(472b),
在上述第一轴部以及上述第二轴部中的成为上述磁铁部的径向内侧的第一轴部的外侧设置对上述转子的旋转进行检测的旋转传感器(493),在第二轴部的外侧设置上述轴承。
5.根据权利要求3或者4所述的旋转电机,其中,
在上述转子中的上述磁铁部的径向内侧形成有由上述第二壳体和上述转子架包围的封闭空间(SA),
在上述封闭空间配置有对上述转子的旋转进行检测的旋转传感器(493)。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的旋转电机,其中,
上述旋转轴插入设置在上述第一壳体中的上述底部的贯通孔(455),在上述底部与上述旋转轴之间设置有滑动密封件(492)。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的旋转电机,其中,
上述第二壳体具有直径比上述固定轴部大的圆筒部(473),
上述圆筒部被配置为以接近状态与成为上述磁铁部的径向内侧的转子内周面对置,
上述圆筒部的径向内侧成为在轴向上在上述固定轴部的相反侧开放的空间部。
8.根据权利要求7所述的旋转电机,其中,
在上述转子中的上述磁铁部的径向内侧,上述转子内周面与上述圆筒部对置的区域成为润滑油通过的润滑油路径。
9.根据权利要求1~8中任意一项所述的旋转电机,其中,
是被作为与车辆的车轮一体地设置的轮内马达使用的旋转电机,
上述第二壳体能够相对于车体固定,上述旋转轴通过相对于上述车轮固定而能够与该车轮一体旋转。
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US7445067B2 (en) * 2006-08-31 2008-11-04 American Axle & Manufacturing, Inc. Electric wheel motor assembly
KR101323777B1 (ko) * 2012-05-31 2013-10-29 김용환 중공의 축을 구비하는 전기자동차용 모터
CN111169274A (zh) * 2018-11-13 2020-05-19 舍弗勒技术股份两合公司 轮毂电机驱动系统及机动车
CN210327168U (zh) * 2019-09-06 2020-04-14 福建佶龙机械科技股份有限公司 一种用于大直径工业吊扇的内转子直驱电机

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