CN116998108A - 旋转电机以及旋转电机的控制方法 - Google Patents

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CN116998108A
CN116998108A CN202280018018.7A CN202280018018A CN116998108A CN 116998108 A CN116998108 A CN 116998108A CN 202280018018 A CN202280018018 A CN 202280018018A CN 116998108 A CN116998108 A CN 116998108A
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松田匡史
高桥裕树
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Abstract

旋转电机的电枢绕组(700)具有电独立的2个系统的绕组,在径向上,第一系统的电枢绕组(701)配置在比第二系统的电枢绕组(702)更靠近上述励磁元件侧,具备控制向上述第一系统的电枢绕组以及上述第二系统的电枢绕组的电流的电流控制装置(270)。上述电流控制装置考虑基于径向上的到上述励磁元件为止的距离的差异的、来自上述励磁元件的磁通波形的差异,来使向上述第一系统的电枢绕组的电流波形与向上述第二系统的电枢绕组的电流波形不同。

Description

旋转电机以及旋转电机的控制方法
相关申请的交叉引用
本申请基于在2021年3月1日申请的日本申请号2021-032027号,因此在此引用其记载内容。
技术领域
本发明涉及旋转电机以及旋转电机的控制方法。
背景技术
以往,提出像专利文献1那样利用无齿、无槽的定子铁芯的旋转电机。在无齿、无槽的旋转电机中,能够抑制齿槽转矩、转矩脉动。
专利文献1:日本特开2019-24295号公报
然而,在像专利文献1那样利用无齿的定子铁芯的情况下,磁铁磁通不会通过齿,因此来自磁铁的磁通波形根据与磁铁相距的距离而变化。若尽管在径向内外来自磁铁的磁通波形大幅不同,但在径向内外仍使流过线圈的电流波形一致,则很难使转矩波形成为理想的正弦波形状。因此,振动、噪声有可能变大。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的,主要目的在于提供能够抑制振动、噪声的旋转电机以及旋转电机的控制方法。
用于解决上述课题的第一方案提供一种旋转电机,具备:励磁元件,具有多个磁极;以及无齿构造的电枢,具有电枢绕组以及支承部件,上述电枢绕组包含多个部分绕组,上述支承部件设置在上述电枢绕组的径向内侧以及径向外侧中的与上述励磁元件相反侧并且支承上述多个部分绕组,上述励磁元件以及上述电枢中的任一方为转子,其中,在上述旋转电机中,上述电枢绕组具有电独立的2个系统的绕组,在径向上,第一系统的电枢绕组配置在比第二系统的电枢绕组更靠近上述励磁元件侧,具备电流控制装置,该电流控制装置控制向上述第一系统的电枢绕组以及上述第二系统的电枢绕组的电流,上述电流控制装置考虑基于径向上的到上述励磁元件为止的距离的差异的、来自上述励磁元件的磁通波形的差异,来使向上述第一系统的电枢绕组的电流波形与向上述第二系统的电枢绕组的电流波形不同。
电流控制装置考虑基于径向上的到励磁元件为止的距离的差异的、来自励磁元件的磁通波形的差异,来使向第一系统的电枢绕组的电流波形与向第二系统的上述电枢绕组的电流波形不同。因此,能够在径向内外使转矩波形接近正弦波形状。因此,能够使旋转电机以低振动、低噪声驱动。
在第二方案中,根据第一方案,上述电流控制装置对应于通过上述第一系统的电枢绕组的磁通波形与通过上述第二系统的电枢绕组的磁通波形相比峰值变大的情况,减小向上述第一系统的电枢绕组的电流波形中的峰值。
由此,能够抑制转矩波形的峰值突出,抑制转矩脉动。
在第三方案中,根据第一或者第二方案,上述电枢绕组由三相的相绕组构成,构成上述第一系统的电枢绕组的各相的相绕组在周向上与同相的且构成上述第二系统的电枢绕组的相绕组分别配置在相同的位置。
由此,能够容易地进行制造。
在第四方案中,根据第一或者第二方案,上述电枢绕组由六相的相绕组构成,构成上述第一系统的电枢绕组的各相绕组相对于构成上述第二系统的电枢绕组的各相绕组在周向上分别错开地配置,以使得分别在电角度上相差一个规定角度。
由此,与由三相构成的情况相比,能够抑制产生转矩脉动。
在第五方案中,根据第一至第三方案中的任一方案,在上述旋转电机的动作点为高旋转区域的情况下,上述电流控制装置使电流仅流过上述第二系统的电枢绕组。
由此,在高旋转区域中,切换绕组,使电流仅流过第二系统的电枢绕组,由此能够减少匝数,使其高速旋转。此时,通过使电流流过与励磁元件分开距离的第二系统的电枢绕组,能够有效地抑制感应电压。另外,与第一系统的电枢绕组相比,磁通波形平缓地变化,因此能够容易抑制转矩脉动。此外,在低旋转区域中,切换绕组,使电流流过第一系统和第二系统的电枢绕组,由此能够增加匝数,实现高转矩的输出。
第六方案提供一种旋转电机的控制方法,由旋转电机的控制装置实施,上述旋转电机具备:励磁元件,具有多个磁极;以及无齿构造的电枢,具有电枢绕组以及支承部件,上述电枢绕组包含多个部分绕组,上述支承部件设置在上述电枢绕组的径向内侧以及径向外侧中的与上述励磁元件相反侧并且支承上述多个部分绕组,上述励磁元件以及上述电枢中的任一方为转子,上述电枢绕组具有电独立的2个系统的绕组,在径向上,第一系统的电枢绕组配置在比第二系统的电枢绕组更靠近上述励磁元件侧,上述控制装置具有控制向上述第一系统的电枢绕组以及上述第二系统的电枢绕组的电流的电流控制功能,考虑基于径向上的到上述励磁元件为止的距离的差异的、来自上述励磁元件的磁通波形的差异,来使向上述第一系统的电枢绕组的电流波形与向上述第二系统的电枢绕组的电流波形不同。
由此,能够得到与第一方案相同的效果。
附图说明
参照附图并通过下述的详细描述,关于本发明的上述目的以及其他的目的、特征、优点变得更明确。其附图为,
图1是表示第一实施方式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构造的局部横剖视图。
图8是针对实施方式的磁铁表示电角度与磁通密度的关系的图。
图9是针对比较例的磁铁表示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是将第一线圈模块和第二线圈模块横向排列并对比表示的侧视图。
图18是将第一部分绕组和第二部分绕组横向排列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的(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的(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是表示将各线圈模块沿周向排列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是母线模块的立体图。
图30是表示母线模块的纵剖面的一部分的剖视图。
图31是表示将母线模块组装于定子保持件的状态的立体图。
图32是固定母线模块的固定部分的纵剖视图。
图33是表示将中继部件安装于外壳罩的状态的纵剖视图。
图34是中继部件的立体图。
图35是表示旋转电机的控制系统的电气电路图。
图36是表示基于控制装置的电流反馈控制处理的功能框图。
图37是表示基于控制装置的转矩反馈控制处理的功能框图。
图38是在变形例中表示磁铁单元的剖面构造的局部横剖视图。
图39是表示内转子构造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的旋转电机的控制系统的电气电路图。
图42是表示第二实施方式的部分绕组的配置的横剖视图。
图43是表示第二实施方式的部分绕组的连接状态的电路图。
图44的(a)是表示通过第一绕组群的磁通波形、流过第一绕组群的电流波形、基于第一绕组群的转矩波形的图,图44的(b)是表示通过第二绕组群的磁通波形、流过第二绕组群的电流波形、基于第二绕组群的转矩波形的图。
图45是表示变形例的部分绕组的连接状态的电路图。
图46是表示变形例的部分绕组的配置的横剖视图。
图47是表示变形例的部分绕组的连接状态的电路图。
图48是表示变形例的第一部分绕组以及第二部分绕组的概况的侧视图。
图49是表示变形例的第一部分绕组以及第二部分绕组的概况的侧视图。
图50是表示变形例的第一部分绕组以及第二部分绕组的概况的侧视图。
图51是表示变形例的第一部分绕组以及第二部分绕组的概况的侧视图。
具体实施方式
一边参照附图,一边对多个实施方式进行说明。在多个实施方式中,有时对功能上和/或构造上对应的部分和/或关联的部分标注相同的参照附图标记、或者百以上的位不同的参照附图标记。对于对应的部分和/或关联的部分,能够参照其他的实施方式的说明。
本实施方式中的旋转电机例如作为车辆动力源使用。但是,旋转电机能够作为产业用、车辆用、航空机用、家电用、OA设备用、游戏机用等而被广泛使用。此外,在以下的各实施方式相互中,在图中,对于相互相同或者均等的部分标注相同附图标记,对于相同附图标记的部分引用其说明。
(第一实施方式)
本实施方式的旋转电机10是同步式多相交流电机,是外转子构造(外转构造)。在图1~图5中表示旋转电机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的中心呈放射状延伸的方向设为径向,将以旋转轴11为中心呈圆周状延伸的方向设为周向。
旋转电机10大致具备:具有转子20、定子单元50以及母线模块200的旋转电机主体;以及设置为包围该旋转电机主体的外壳241以及外壳罩242。这些各部件均相对于一体地设置于转子20的旋转轴11同轴地配置,通过以规定顺序沿轴向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以及外壳241的一对轴承12、13支承,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。通过将外壳241固定于车身框架等,能够将旋转电机10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以及组装于该定子60的径向内侧的定子保持件70。转子20与定子60隔着气隙在径向上对置配置,转子20与旋转轴11一同一体旋转,由此转子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、以及固定于该转子架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、以及设置于该圆筒部23的轴向一端的端板部24,通过将它们一体化而构成转子架21。转子架21作为磁铁保持部件发挥功能,在圆筒部23的径向内侧呈环状地固定有磁铁单元22。在端板部24形成有贯通孔24a,在插通于该贯通孔24a的状态下,利用螺栓等紧固件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,将转子架21固定于旋转轴11。
磁铁单元22具有:圆筒状的磁铁保持件31、固定于该磁铁保持件31的内周面的多个磁铁32、以及固定于轴向两侧中的与转子架21的端板部24相反侧的端板33。磁铁保持件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件31包围的状态设置。磁铁保持件31以及磁铁32在轴向一侧的端部以与端板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的剖面构造的局部横剖视图。在图7中,用箭头表示磁铁32的易磁化轴的方向。
在磁铁单元22中,磁铁32被排列设置成极性沿着转子20的周向交替变化。由此,磁铁单元22在周向上具有多个磁极。磁铁32是极性各向异性的永久磁铁,使用内禀矫顽力为400[kA/m]以上并且剩余磁通密度Br为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,在磁极中心即d轴附近的区域集中地产生磁通。具体而言,在磁铁32中,易磁化轴的方向在d轴侧(靠近d轴的部分)和q轴侧(靠近q轴的部分)不同,在d轴侧,易磁化轴的方向为与d轴平行的方向,在q轴侧,易磁化轴的方向为与q轴正交的方向。在该情况下,沿着易磁化轴的方向形成有圆弧状的磁铁磁路。总之,磁铁32构成为进行取向,以使得在磁极中心即d轴侧,与磁极边界即q轴侧相比,易磁化轴的方向与d轴平行。
在磁铁32中,磁铁磁路形成为圆弧状,由此与磁铁32的径向的厚度尺寸相比,磁铁磁路长度较长。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1组而构成1个磁极。即,在磁铁单元22中沿周向排列的多个磁铁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。如上所述,磁铁32具有圆弧状的磁铁磁路,在q轴中沿周向相邻的磁铁32彼此的N极与S极相对。因此,能够实现q轴附近的磁导的提高。另外,两侧的磁铁32夹着q轴相互吸引,这些各磁铁32能够保持相互的接触状态。因此,仍然有助于磁导的提高。
在磁铁单元22中,通过各磁铁32,磁通在邻接的N、S极间呈圆弧状流动,因此例如与径向各向异性磁铁相比,磁铁磁路较长。因此,如图8所示,磁通密度分布接近正弦波。其结果为,与图9中作为比较例表示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,与现有的海尔贝克阵列的磁铁相比,能够确认存在磁通密度分布的差异。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。
即,根据上述结构的各磁铁32,在磁铁单元22中强化d轴处的磁铁磁通,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轴的表面磁通变化平缓的磁铁单元22。
磁通密度分布的正弦波匹配率例如为40%以上的值即可。这样,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,如果将正弦波匹配率设为60%以上,则与海尔贝克阵列这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,磁通密度在q轴附近急剧地变化。磁通密度的变化越急剧,则在后述的定子60的定子绕组61中涡流越增加。另外,定子绕组61侧的磁通变化也急剧。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轴的规定范围形成有凹部35,并且在径向内侧的内周面以包含q轴的规定范围形成有凹部36。在该情况下,根据磁铁32的易磁化轴的方向,在磁铁32的外周面,磁铁磁路在d轴附近变短,并且在磁铁32的内周面,磁铁磁路在q轴附近变短。因此,考虑到在磁铁32中在磁铁磁路长度较短的场所很难产生充分的磁铁磁通,而在该磁铁磁通弱的场所删除磁铁。
此外,在磁铁单元22中,也可以采用使用与磁极相同的数量的磁铁32的结构。例如,磁铁32可以作为一个磁铁设置在d轴之间,上述d轴是在周向上相邻的两个磁极中各磁极的中心。在该情况下,磁铁32成为周向的中心为q轴,并且在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设为q轴的结构,而是将周向的中心设为d轴的结构。作为磁铁32,也可以取代使用磁极数的2倍的数量的磁铁、或者与磁极数相同的数量的磁铁的结构,而采用使用呈圆环状连结的圆环磁铁的结构。
如图3所示,在旋转轴11的轴向两侧中的与转子架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旋转变压器41。旋转变压器41具备:固定于旋转轴11的旋转变压器转子、以及在该旋转变压器转子的径向外侧对置配置的旋转变压器定子。旋转变压器转子呈圆板环状,在使旋转轴11插通的状态下与旋转轴11同轴地设置。旋转变压器定子具有定子铁芯和定子线圈,固定于外壳罩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相同的位置处的纵剖视图。
作为其概要,定子单元50具有定子60和该定子60的径向内侧的定子保持件70。另外,定子60具有定子绕组61和定子铁芯62。而且,采用如下的结构:将定子铁芯62和定子保持件70一体化而设置为铁芯组件CA,将构成定子绕组61的多个部分绕组151组装于该铁芯组件CA。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”,定子保持件70相当于“电枢保持部件”。另外,铁芯组件CA相当于“支承部件”。
这里,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的立体图,图13是从轴向另一侧观察铁芯组件CA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。
如上所述,铁芯组件CA具有定子铁芯62、以及组装于该定子铁芯62的径向内侧的定子保持件70。换言之,将定子铁芯62一体地组装于定子保持件70的外周面而构成。
定子铁芯62构成为将由作为磁性体的电磁钢板构成的铁芯片62a沿轴向层叠而成的铁芯片层叠体,呈在径向上具有规定厚度的圆筒状。在定子铁芯62中在成为转子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作为背轭发挥功能。定子铁芯62例如是将冲裁形成为圆环板状的多张铁芯片62a沿轴向层叠而构成的。但是,作为定子铁芯62,也可以使用具有螺旋铁芯构造的结构。在螺旋铁芯构造的定子铁芯62中,使用带状的铁芯片,该铁芯片卷绕形成为环状,并且在轴向上层叠,由此整体上构成圆筒状的定子铁芯62。
在本实施方式中,定子60具备不具有用于形成槽的齿的无槽构造,但该结构也可以使用以下的(A)~(C)中的任一个。
(A)在定子60中,在周向上的各导线部(后述的中间导线部152)之间设置导线间部件,并且作为该导线间部件,使用在将1个磁极中的导线间部件的周向的宽度尺寸设为Wt、将导线间部件的饱和磁通密度设为Bs、将1个磁极中的磁铁32的周向的宽度尺寸设为Wm、将磁铁32的剩余磁通密度设为Br的情况下,成为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)之间设置导线间部件,并且作为该导线间部件,使用非磁性材料。
(C)在定子60中,成为在周向上的各导线部(中间导线部152)之间不设置导线间部件的结构。
另外,如图15所示,定子保持件70具有外筒部件71和内筒部件81,通过将外筒部件71设为径向外侧,将内筒部件81设为径向内侧并将它们一体组装而构成。这些各部件71、81例如由铝、铸铁等金属、或者碳纤维强化塑料(CFRP)构成。
外筒部件71是将外周面以及内周面均设为正圆状的曲面的圆筒部件,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上,沿周向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,在外筒部件71中在轴向一端侧以及另一端侧分别形成有在轴向上与内筒部件81对置的对置面74、75,在该对置面74、75形成有呈环状延伸的环状槽74a、75a。
另外,内筒部件81为具有比外筒部件71的内径尺寸小的外径尺寸的圆筒部件,其外周面为与外筒部件71同心的正圆状的曲面。在内筒部件81中在轴向一端侧形成有向径向外侧延伸的环状的凸缘82。内筒部件81以在轴向上与外筒部件71的对置面74、75抵接的状态组装于外筒部件71。如图13所示,外筒部件71以及内筒部件81通过螺栓等紧固件84而相互组装。具体而言,在内筒部件81的内周侧,沿周向以规定间隔形成有向径向内侧延伸的多个突出部83,在将该突出部83的轴向端面与外筒部件71的突出部73重叠的状态下,该突出部73、83彼此由紧固件84紧固。
如图14所示,在外筒部件71与内筒部件81相互组装的状态下,在外筒部件71的内周面与内筒部件81的外周面之间形成有环状的间隙,该间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在定子保持件70的周向上设置为环状。更详细地说,在内筒部件81设置有通路形成部88,该通路形成部88在其内周侧向径向内侧突出,并且在其内部形成有入口侧通路86和出口侧通路87,这些各通路86、87在内筒部件81的外周面开口。另外,在内筒部件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中沿周向流动,然后,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而在内筒部件81的外周面开口,并且另一端侧沿轴向延伸而在内筒部件81的轴向端面开口。在图12中,表示与入口侧通路86相通的入口开口86a和与出口侧通路87相通的出口开口87a。此外,入口侧通路86以及出口侧通路87与安装于外壳罩242的入口端口244以及出口端口245(参照图1)相通,制冷剂经由这些各端口244、245出入。
在外筒部件71与内筒部件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,以收纳于外筒部件71的环状槽74a、75a并且由外筒部件71以及内筒部件81压缩的状态设置。
另外,如图12所示,内筒部件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凸台部92。凸台部92被设置为包围用于使旋转轴11插通的插通孔93。在凸台部92设置有用于固定外壳罩242的多个紧固部94。另外,在端板部91,在凸台部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是成为用于固定母线模块200的固定部的部位,但其详细情况后述。另外,凸台部92为保持轴承12的轴承保持部件,在设置于其内周部的轴承固定部96固定有轴承12(参照图3)。
另外,如图12、图13所示,在外筒部件71以及内筒部件81形成有用于固定后述的多个线圈模块150的凹部105、106。
具体而言,如图12所示,在内筒部件81的轴向端面、详细地说在端板部91中成为凸台部92的周围的轴向外侧端面,沿周向等间隔地形成有多个凹部105。另外,如图13所示,在外筒部件71的轴向端面、详细地说在凸缘72的轴向外侧的端面,沿周向等间隔地形成有多个凹部106。这些凹部105、106被设置为在与铁芯组件CA同心的假想圆上排列。凹部105、106分别设置在周向上相同的位置,其间隔以及个数也相同。
然而,为了确保定子铁芯62相对于定子保持件70的组装的强度,定子铁芯62以产生相对于定子保持件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,以规定的过盈量将定子铁芯62嵌合固定于定子保持件70。在该情况下,可以说定子铁芯62以及定子保持件70以产生其中一方向另一方的径向的应力的状态被组装。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,在该情况下,为了使定子铁芯62相对于定子保持件70的结合稳固,增大定子铁芯62的紧固力。然而,若增大定子铁芯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以及定子保持件70相互以规定的过盈量嵌合固定的结构中,采用在定子铁芯62以及定子保持件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的周向的位移的限制部的结构。即,如图12~图14所示,在径向上定子铁芯62与定子保持件70的外筒部件71之间,沿周向以规定间隔设置有作为限制部的多个卡合部件111,通过该卡合部件111而抑制定子铁芯62与定子保持件70的周向的位置偏移。此外,在该情况下,可以采用在定子铁芯62以及外筒部件71中的至少任一方设置凹部,在该凹部中使卡合部件111卡合的结构。也可以采用取代卡合部件111,在定子铁芯62以及外筒部件71中的任一方设置凸部的结构。
在上述结构中,除了定子铁芯62以及定子保持件70(外筒部件71)以规定的过盈量嵌合固定之外,还以通过卡合部件111的限制来限制相互的周向位移的状态设置。因此,即使定子铁芯62以及定子保持件70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,即使过盈量比较小也能够得到期望的位移抑制效果,因此能够抑制因过盈量过大而引起的定子铁芯62的破损。其结果为,能够适当地抑制定子铁芯62的位移。
也可以采用如下的结构,在内筒部件81的内周侧以包围旋转轴11的方式形成环状的内部空间,在该内部空间配置有例如构成作为电力变换器的逆变器的电气部件。电气部件例如是将半导体开关元件、电容器封装化而成的电气模块。通过以与内筒部件81的内周面抵接的状态配置电气模块,能够利用在制冷剂通路85中流动的制冷剂进行电气模块的冷却。此外,在内筒部件81的内周侧,也可以不设置多个突出部83,或者减小突出部83的突出高度,由此扩展内筒部件81的内周侧的内部空间。
接下来,详细地说明组装于铁芯组件CA的定子绕组61的结构。定子绕组61组装于铁芯组件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以沿周向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,通过将各相的相绕组沿周向以规定顺序配置而形成为圆筒状(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,从而成为定子绕组61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沿径向与转子20中的磁铁单元22对置的线圈侧部CS的部分以及相当于该线圈侧部CS的轴向外侧即线圈端部CE的部分。在该情况下,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中各相的相绕组各自具有多个部分绕组151(参照图16),该部分绕组151单独地设置为线圈模块150。即,线圈模块150是将各相的相绕组中的部分绕组151一体地设置而构成的,通过与极数对应的规定量的线圈模块150构成定子绕组61。通过将各相的线圈模块150(部分绕组151)沿周向以规定顺序排列配置,从而在定子绕组61的线圈侧部CS中将各相的导线部以规定顺序排列配置。在图10中,表示线圈侧部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,但该数量是任意的。
在定子绕组61中,按照每个相将各线圈模块150的部分绕组151并联或者串联连接,由此构成各相的相绕组。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,表示将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。在该情况下,线圈模块150以其轴向两端部分比定子铁芯62向轴向外侧(即线圈端部CE侧)突出的状态被组装。即,定子绕组61具有相当于比定子铁芯62向轴向外侧突出的线圈端部CE的部分以及相当于比其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,其中一种具有在线圈端部CE处部分绕组151向径向内侧、即定子铁芯62侧折弯的形状,另一种具有在线圈端部CE处部分绕组151不向径向内侧折弯,而沿轴向呈直线状延伸的形状。在以下的说明中,为了方便,也将在轴向两端侧具有折曲形状的部分绕组151称为“第一部分绕组151A”,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,也将不具有轴向两端侧的折曲形状的部分绕组151称为“第二部分绕组151B”,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是将第一线圈模块150A和第二线圈模块150B横向排列并对比表示的侧视图,图18是将第一部分绕组151A和第二部分绕组151B横向排列并对比表示的侧视图。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在侧面观察时呈大致C字形,第二部分绕组151B在侧面观察时呈大致I字形。在第一部分绕组151A的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的轴向两侧安装有作为“第二绝缘罩”的绝缘罩163、164。
接下来,详细地说明线圈模块150A、150B的结构。
这里,首先,对线圈模块150A、150B中的第一线圈模块150A进行说明。图19的(a)是表示第一线圈模块150A的结构的立体图,图19的(b)是在第一线圈模块150A中将结构部件分解表示的立体图。另外,图20是图19的(a)中的20-20线剖视图。
如图19的(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、以及安装在该第一部分绕组151A中的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:相互平行且设置成直线状的一对中间导线部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,通过这些一对中间导线部152和一对搭接部153A形成为环状。一对中间导线部152分开规定的线圈间距而设置,在周向上在一对中间导线部152之间能够配置其他相的部分绕组151的中间导线部152。在本实施方式中,成为如下的结构:一对中间导线部152分开2个线圈间距而设置,在一对中间导线部152之间,其他两相的部分绕组151中的中间导线部152各配置一个。
一对搭接部153A在轴向两侧分别为相同的形状,均设置为相当于线圈端部CE(参照图11)的部分。各搭接部153A设置为与中间导线部152正交的朝向、即向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,为了明确其区别,也将第一部分绕组151A的搭接部153A记载为“第一搭接部153A”,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沿周向各排列一个的线圈侧部导线部。另外,各搭接部153A、153B被设置为在线圈端部CE,将沿周向不同的2个位置的同相的中间导线部152彼此连接的线圈端部导线部。
如图20所示,第一部分绕组151A是以使导线集合部分的横剖面为四边形的方式将导线材料CR多重卷绕而形成的。图20表示中间导线部152的横剖面,在该中间导线部152中以沿周向以及径向排列的方式将导线材料CR多重卷绕。即,第一部分绕组151A形成为在中间导线部152中导线材料CR沿周向以多列排列,并且沿径向以多列排列,由此横剖面成为大致矩形状。此外,成为如下的结构:在第一搭接部153A的前端部,通过向径向的折弯,从而导线材料CR以在轴向以及径向上排列的方式被多重卷绕。在本实施方式中,通过同心卷绕来卷绕导线材料CR,由此构成第一部分绕组151A。但是,导线材料CR的卷绕方式是任意的,也可以取代同心卷绕,通过阿尔法卷绕将导线材料CR多重卷绕。
在第一部分绕组151A中,导线材料CR的端部从轴向两侧的第一搭接部153A中的一个第一搭接部153A(图19的(b)的上侧的第一搭接部153A)引出,其端部为绕组端部154、155。绕组端部154、155分别是成为导线材料CR的卷绕开始以及卷绕结束的部分。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中以在各中间导线部152上覆盖有片状的绝缘包覆体157的状态设置。此外,在图19的(a)中表示第一线圈模块150A在中间导线部152覆盖有绝缘包覆体157,并且在绝缘包覆体157的内侧存在中间导线部152的状态,但为了方便,将该部分作为中间导线部152(后述的图22的(a)也同样)。
绝缘包覆体157是通过使用作为轴向尺寸至少具有中间导线部152的轴向的绝缘包覆范围的长度的薄膜材料FM,并将该薄膜材料FM卷装于中间导线部152的周围而设置的。薄膜材料FM例如由PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜构成。更具体而言,薄膜材料FM包含薄膜基材、以及设置于该薄膜基材的两面中的单面且具有发泡性的粘接层。而且,薄膜材料FM在利用粘接层粘接的状态下卷装于中间导线部152。此外,作为粘接层,也可以使用非发泡性的粘接剂。
如图20所示,通过使导线材料CR在周向以及径向上排列,从而中间导线部152的横剖面呈大致矩形状,在中间导线部152的周围,以使薄膜材料FM的周向的端部重叠的状态覆盖薄膜材料FM,由此设置绝缘包覆体157。薄膜材料FM是纵向尺寸比中间导线部152的轴向长度长,并且横向尺寸比中间导线部152的1周长度长的矩形片,与中间导线部152的剖面形状匹配地以带有折痕的状态卷装于中间导线部152。在中间导线部152卷装有薄膜材料FM的状态下,中间导线部152的导线材料CR与薄膜基材之间的间隙被粘接层中的发泡填埋。另外,在薄膜材料FM的重叠部分OL中,薄膜材料FM的周向的端部彼此通过粘接层接合。
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全部的方式设置有绝缘包覆体157。在该情况下,在包围中间导线部152的绝缘包覆体157中,在与其他相的部分绕组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方设置有薄膜材料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,在周向的相同的一侧分别设置有重叠部分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)为止的范围,设置有绝缘包覆体157。就图17而言,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,在比该范围AX1上下扩展的范围设置有绝缘包覆体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,在图21的(a)、(b)中表示绝缘罩161的结构。图21的(a)、(b)是从不同的两个方向观察绝缘罩161的立体图。
如图21的(a)、(b)所示,绝缘罩161具有成为周向的侧面的一对侧面部171、轴向外侧的外表面部172、轴向内侧的内表面部173、径向内侧的前表面部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呈立体状相互结合。一对侧面部171分别以在向铁芯组件CA的组装状态下朝向铁芯组件CA的轴心延伸的朝向设置。因此,在多个第一线圈模块150A沿周向排列配置的状态下,在相邻的各第一线圈模块150A中绝缘罩161的侧面部171彼此以抵接或者接近的状态相互对置。由此,在沿周向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优选的环状配置。
在绝缘罩161中,在外表面部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,在前表面部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。在该情况下,成为如下的结构,一个绕组端部154从外表面部172沿轴向引出,与此相对,另一个绕组端部155从前表面部174沿径向引出。
另外,在绝缘罩161中,在一对侧面部171,在成为前表面部174的周向两端的位置、即各侧面部171与前表面部174交叉的位置设置有沿轴向延伸的半圆状的凹部177。并且,在外表面部172,在以周向上的绝缘罩161的中心线为基准而在周向两侧成为对称的位置设置有沿轴向延伸的一对突起部178。
对于绝缘罩161的凹部177补充说明。如图20所示,第一部分绕组151A的第一搭接部153A呈向径向内外中的径向内侧、即铁芯组件CA侧凸出的弯曲状。在该结构中,在沿周向相邻的第一搭接部153A之间形成有越靠第一搭接部153A的前端侧则宽度越宽的间隙。因此,在本实施方式中,采用如下的结构,利用沿周向排列的第一搭接部153A之间的间隙,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,也可以采用在第一部分绕组151A设置温度检测部(热敏电阻)的结构,在该结构中,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。在该情况下,能够在绝缘罩161内适当地收纳温度检测部。
虽然省略了图示的详细说明,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,具有一对侧面部171、轴向外侧的外表面部172、轴向内侧的内表面部173、径向内侧的前表面部174。另外,在绝缘罩162中,在一对侧面部171,在成为前表面部174的周向两端的位置设置有半圆状的凹部177,并且在外表面部172设置有一对突起部178。作为与绝缘罩161的不同点,绝缘罩162为不具有用于引出第一部分绕组151A的绕组端部154、155的开口部的结构。
在绝缘罩161、162中,轴向的高度尺寸(即一对侧面部171以及前表面部174中的轴向的宽度尺寸)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为W11>W12。即,在将导线材料CR多重卷绕的情况下,需要在与绕组卷绕方向(卷绕方向)正交的朝向上切换导线材料CR的卷绕层(进行变道),考虑由于该切换而导致绕组宽度变大。补充而言,绝缘罩161、162中的绝缘罩161是对包含导线材料CR的卷绕开始以及卷绕结束的一侧的第一搭接部153A进行覆盖的部分,通过包含导线材料CR的卷绕开始以及卷绕结束,从而与其他部分相比,导线材料CR的卷绕量(重叠量)变多,其结果为,可能产生绕组宽度变大的情况。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,抑制导线材料CR的匝数被绝缘罩161、162限制这样的不良情况。
接下来,对第二线圈模块150B进行说明。
图22的(a)是表示第二线圈模块150B的结构的立体图,图22的(b)是在第二线圈模块150B中将结构部件分解表示的立体图。另外,图23是图22的(a)中的23-23线剖视图。
如图22的(a)、(b)所示,第二线圈模块150B具有:与第一部分绕组151A同样将导线材料CR多重卷绕而构成的第二部分绕组151B、以及安装在该第二部分绕组151B中的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:相互平行并且设置成直线状的一对中间导线部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而形成为环状。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的结构相同。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的结构不同。第二部分绕组151B的第二搭接部153B设置为不沿径向折弯,而从中间导线部152呈直线状沿轴向延伸。在图18中,对比地明示了部分绕组151A、151B的差异。
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的(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,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,以在各中间导线部152覆盖有片状的绝缘包覆体157的状态设置。绝缘包覆体157是通过使用作为轴向尺寸至少具有中间导线部152的轴向的绝缘包覆范围的长度的薄膜材料FM,并将该薄膜材料FM卷装于中间导线部152的周围而设置的。
与绝缘包覆体157相关的结构也在各部分绕组151A、151B中大致相同。即,如图23所示,在中间导线部152的周围,以使薄膜材料FM的周向的端部重叠的状态覆盖薄膜材料FM。在中间导线部152中,在两个周向侧面以及两个径向侧面以将它们全部覆盖的方式设置有绝缘包覆体157。在该情况下,在包围中间导线部152的绝缘包覆体157中,在与其他相的部分绕组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方设置有薄膜材料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,在周向的相同的一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到在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,设置有绝缘包覆体157。就图17而言,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,在比该范围AX2上下扩展的范围设置有绝缘包覆体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有绝缘包覆体157。即,在各部分绕组151A、151B中,在中间导线部152和搭接部153A、153B中的与中间导线部152接续地呈直线状延伸的部分设置有绝缘包覆体157。但是,在各部分绕组151A、151B中其轴向长度不同,因此绝缘包覆体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,在图24的(a)、(b)中表示绝缘罩163的结构。图24的(a)、(b)是从不同的两个方向观察绝缘罩163的立体图。
如图24的(a)、(b)所示,绝缘罩163具有成为周向的侧面的一对侧面部181、轴向外侧的外表面部182、径向内侧的前表面部183、径向外侧的后表面部184。这些各部181~184分别形成为板状,以仅轴向内侧开放的方式呈立体状相互结合。一对侧面部181分别以在向铁芯组件CA的组装状态下朝向铁芯组件CA的轴心延伸的朝向设置。因此,在多个第二线圈模块150B沿周向排列配置的状态下,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的状态相互对置。由此,在沿周向邻接的各第二线圈模块150B中能够实现相互的绝缘并且进行优选的环状配置。
在绝缘罩163中,在前表面部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,在外表面部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的前表面部183设置有向径向内侧突出的突出部186。突出部186被设置为在从绝缘罩163的周向一端到另一端之间的成为中央的位置,比第二搭接部153B向径向内侧突出。突出部186在俯视时呈越靠径向内侧则越尖细的锥形形状,在其前端部设置有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向径向内侧突出,并且在从绝缘罩163的周向一端到另一端之间的成为中央的位置具有贯通孔187,则其结构是任意的。但是,假定与轴向内侧的绝缘罩161的重叠状态,为了避免与绕组端部154、155的干涉,优选在周向上形成为宽度窄。
突出部186在径向内侧的前端部,轴向的厚度呈台阶状变薄,在该变薄的低台阶部186a设置有贯通孔187。该低台阶部186a相当于在第二线圈模块150B相对于铁芯组件CA的组装状态下,从内筒部件81的轴向端面起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设置有沿轴向贯通的贯通孔188。由此,在绝缘罩161、163沿轴向重叠的状态下,能够通过贯通孔188向绝缘罩161、163之间填充粘接剂。
虽然省略了图示的详细的说明,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,具有一对侧面部181、轴向外侧的外表面部182、径向内侧的前表面部183、径向外侧的后表面部184,并且具有设置于突出部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的开口部的结构。
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。即,绝缘罩163、164中的绝缘罩163是对包含导线材料CR的卷绕开始以及卷绕结束的一侧的第二搭接部153B进行覆盖的部分,通过包含导线材料CR的卷绕开始以及卷绕结束,从而与其他部分相比,导线材料CR的卷绕量(重叠量)变多,其结果为,可能产生绕组宽度变大的情况。考虑到这一点,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,抑制导线材料CR的匝数被绝缘罩163、164限制这样的不良情况。
图25是表示将各线圈模块150A、150B沿周向排列的状态下的薄膜材料FM的重叠位置的图。如上所述,在各线圈模块150A、150B中,在中间导线部152的周围,在与其他相的部分绕组151中的中间导线部152的对置部分、即中间导线部152的周向侧面以重叠的方式覆盖薄膜材料FM(参照图20、图23)。而且,在将各线圈模块150A、150B沿周向排列的状态下,薄膜材料FM的重叠部分OL配置在周向两侧中的任意相同的一侧(图的周向右侧)。由此,成为如下的结构,在沿周向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彼此在周向上不重叠。在该情况下,成为在沿周向排列的各中间导线部152之间,均最多重叠三张薄膜材料FM的结构。
接下来,对各线圈模块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成为如下的结构,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,在使第一线圈模块150A的第一搭接部153A为轴向内侧,使第二线圈模块150B的第二搭接部153B为轴向外侧的状态下,将各线圈模块150A、150B安装于铁芯组件CA。对于绝缘罩161~164而言,在各线圈模块150A、150B的轴向一端侧,绝缘罩161、163沿轴向重叠,并且在轴向另一端侧,绝缘罩162、164沿轴向重叠的状态下,将这些各绝缘罩161~164固定于铁芯组件CA。
图26是表示在第一线圈模块150A相对于铁芯组件CA的组装状态下多个绝缘罩161沿周向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相对于铁芯组件CA的组装状态下多个绝缘罩161、163沿周向排列的状态的俯视图。另外,图28的(a)是表示在各线圈模块150A、150B相对于铁芯组件CA的组装状态下基于固定销191的固定前的状态的纵剖视图,图28的(b)是表示在各线圈模块150A、150B相对于铁芯组件CA的组装状态下基于固定销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组装于铁芯组件CA的状态下,多个绝缘罩161分别配置成侧面部171彼此成为抵接或者接近的状态。各绝缘罩161被配置为使侧面部171彼此对置的分界线LB与内筒部件81的轴向端面的凹部105一致。在该情况下,通过沿周向相邻的绝缘罩161的侧面部171彼此成为抵接或者接近的状态,从而通过这些绝缘罩161的各凹部177形成沿轴向延伸的贯通孔部,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,进一步将第二线圈模块150B组装于铁芯组件CA以及第一线圈模块150A的一体物。伴随着该组装,多个绝缘罩163分别配置成使侧面部181彼此成为抵接或者接近的状态。在该状态下,各搭接部153A、153B被配置为在周向上中间导线部152排列的圆上相互交叉。各绝缘罩163被配置为突出部186与绝缘罩161在轴向上重叠,并且突出部186的贯通孔187在轴向上与通过绝缘罩161的各凹部177形成的贯通孔部相连。
此时,绝缘罩163的突出部186被设置于绝缘罩161的一对突起部178引导到规定位置,由此使绝缘罩163侧的贯通孔187的位置与绝缘罩161侧的贯通孔部和内筒部件81的凹部105一致。即,在将各线圈模块150A、150B组装于铁芯组件CA的状态下,绝缘罩161的凹部177位于绝缘罩163的里侧,因而有可能难以进行突出部186的贯通孔187相对于绝缘罩161的凹部177的对位。关于这一点,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的(a)、(b)所示,在绝缘罩161与绝缘罩163的突出部186的重叠部分,在与它们卡合的状态下,利用作为固定部件的固定销191进行固定。更具体而言,在将内筒部件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,将固定销191插入这些凹部105、177以及贯通孔187。由此,将绝缘罩161、163一体地固定于内筒部件81。根据本结构,沿周向相邻的各线圈模块150A、150B在线圈端部CE处被共用的固定销191固定于铁芯组件CA。固定销191优选由热传导性良好的材料构成,例如是金属销。
如图28的(b)所示,固定销191组装于绝缘罩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,但不比绝缘罩163的上表面(外表面部182)向上方突出。在该情况下,固定销191比绝缘罩161与绝缘罩163的突出部186(低台阶部186a)的重叠部分的轴向高度尺寸长,且具有向上方突出的富余量,因此考虑在将固定销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的上端部不比绝缘罩163的上表面(外表面部182)向上方突出,因此能够抑制因固定销191的突出而导致定子60的轴长变长这样的不良情况。
在利用固定销191进行绝缘罩161、163的固定后,通过设置于绝缘罩163的贯通孔188进行粘接剂的填充。由此,在轴向上重叠的绝缘罩161、163相互稳固地结合。此外,在图28的(a)、(b)中,为了方便,在从绝缘罩163的上表面到下表面的范围表示贯通孔188,但实际上成为在通过挖空等形成的薄板部设置有贯通孔188的结构。
如图28的(b)所示,成为如下的结构,固定销191对各绝缘罩161、163的固定位置为比定子铁芯62靠径向内侧(图的左侧)的定子保持件70的轴向端面,利用固定销191固定于该定子保持件70。即,成为第一搭接部153A固定于定子保持件70的轴向端面的结构。在该情况下,由于在定子保持件70设置有制冷剂通路85,因此在第一部分绕组151A中产生的热从第一搭接部153A直接传递到定子保持件70的制冷剂通路85附近。另外,固定销191被插入定子保持件70的凹部105,促进通过该固定销191向定子保持件70侧的热的传递。通过该结构,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中各18个绝缘罩161、163在轴向内外重叠地配置,另一方面,在定子保持件70的轴向端面,在与各绝缘罩161、163相同数量的18个位置设置有凹部105。而且,成为利用该18个位置的凹部105进行基于固定销191的固定的结构。
虽然未图示,但关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的组装时,沿周向相邻的绝缘罩162的侧面部171彼此成为抵接或者接近的状态,由此通过这些绝缘罩162的各凹部177,形成沿轴向延伸的贯通孔部,成为该贯通孔部与外筒部件71的轴向端面的凹部106的位置一致的状态。而且,通过第二线圈模块150B的组装,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部件71的凹部106一致,在这些凹部106、177、贯通孔187中插入固定销191,由此将绝缘罩162、164一体地固定于外筒部件71。
在各线圈模块150A、150B相对于铁芯组件CA的组装时,可以在铁芯组件CA的外周侧先安装全部的第一线圈模块150A,然后,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,也可以先利用1根固定销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,然后,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、基于固定销191的固定。
接下来,对母线模块200进行说明。
母线模块200是与定子绕组61中各线圈模块150的部分绕组151电连接,将各相的部分绕组151的一端按照每个相并联连接,并且将这些各部分绕组151的另一端连接在中性点的绕组连接部件。图29是母线模块200的立体图,图30是表示母线模块200的纵剖面的一部分的剖视图。
母线模块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而设置的3个输入输出端子203。环状部201例如由树脂等绝缘部件形成为圆环状。
如图30所示,环状部201具有呈大致圆环板状且在轴向上层叠为多层(在本实施方式中为5层)的层叠板204,以夹在这些各层叠板204之间的状态设置有4个母线(busbar)211~214。各母线211~214均呈圆环状,由U相用的母线211、V相用的母线212、W相用的母线213、中性点用的母线214构成。这些各母线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与各母线211~214通过粘接剂而相互接合。作为粘接剂,优选使用粘接片。但是,也可以是涂覆液状或者半液状的粘接剂的结构。而且,在各母线211~214上,以分别从环状部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5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延伸的突起部201a。
此外,母线模块200只要以各母线211~214埋设在环状部201内的状态设置即可,也可以是将以规定间隔配置的各母线211~214一体地嵌入成形的结构。另外,各母线211~214的配置不限于全部沿轴向排列并且全部的板面朝向相同方向的结构,也可以是沿径向排列的结构、沿轴向排列成2列并且沿径向排列成2列的结构、包含板面的延伸方向不同的情况的结构等。
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相用的母线211连接的连接端子、与V相用的母线212连接的连接端子、与W相用的母线213连接的连接端子、以及与中性点用的母线214连接的连接端子。连接端子202以与线圈模块150中的各部分绕组151的绕组端部154、155相同的数量设置,各部分绕组151的绕组端部154、155与这些各连接端子202一对一地连接。由此,母线模块200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分别连接。
输入输出端子203例如由母线材料构成,以沿轴向延伸的朝向设置。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、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内按照每个相与各母线211~213分别连接。通过这些各输入输出端子203从未图示的逆变器对于定子绕组61的各相的相绕组进行电力的输入输出。
此外,也可以是在母线模块200一体地设置有检测各相的相电流的电流传感器的结构。在该情况下,可以在母线模块200设置电流检测端子,通过该电流检测端子对于未图示的控制装置输出电流传感器的检测结果。
另外,作为相对于定子保持件70的被固定部,环状部201具有向内周侧突出的多个突出部205,在该突出部205形成有沿轴向延伸的贯通孔206。
图31是表示将母线模块200组装于定子保持件70的状态的立体图,图32是固定母线模块200的固定部分处的纵剖视图。此外,组装母线模块200前的定子保持件70的结构参照图12。
在图31中,母线模块200以包围内筒部件81的凸台部92的方式设置在端板部91上。母线模块200在通过相对于内筒部件81的支柱部95(参照图12)的组装而被进行了定位的状态下,通过螺栓等紧固件217的紧固而固定于定子保持件70(内筒部件81)。
更详细地说,如图32所示,在内筒部件81的端板部91设置有沿轴向延伸的支柱部95。而且,在使支柱部95插通于在多个突出部205设置的贯通孔206的状态下,通过紧固件217将母线模块200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保持板220来固定母线模块200。保持板220具有:被紧固部222,其具有使紧固件217插通的插通孔221;按压部223,其按压母线模块200的环状部201的上表面;以及弯曲部224,其设置在被紧固部222与按压部223之间。
在保持板220的安装状态下,以将紧固件217插通于保持板220的插通孔221的状态,将紧固件217与内筒部件81的支柱部95螺合。另外,成为保持板220的按压部223与母线模块200的环状部201的上表面抵接的状态。在该情况下,伴随着紧固件217被拧入支柱部95,保持板220被向图的下方压入,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的螺合而产生的向图的下方的按压力通过弯曲部224传递到按压部223,因此在伴随着弯曲部224处的弹力的状态下,进行按压部223处的按压。
如上所述,在环状部201的上表面设置有环状的突起部201a,保持板220的按压部223侧的前端能够与突起部201a抵接。由此,抑制保持板220向图的下方的按压力向径向外侧逃逸。即,成为伴随着紧固件217的螺合而产生的按压力适当地传递到按压部223侧的结构。
此外,如图31所示,在母线模块200相对于定子保持件70的组装状态下,输入输出端子203设置于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,这些输入输出端子203与各开口86a、87a也可以集中设置在相同位置(即接近位置)。
接下来,对将母线模块200的输入输出端子203与旋转电机10的外部装置电连接的中继部件230进行说明。
如图1所示,在旋转电机10中,设置为母线模块200的输入输出端子203从外壳罩242向外侧突出,在该外壳罩242的外侧与中继部件230连接。中继部件230是对从母线模块200延伸的按照每个相的输入输出端子203与从逆变器等外部装置延伸的按照每个相的电力线的连接进行中继的部件。
图33是表示将中继部件230安装于外壳罩242的状态的纵剖视图,图34是中继部件230的立体图。如图33所示,在外壳罩242形成有贯通孔242a,能够通过该贯通孔242a引出输入输出端子203。
中继部件230具有:固定于外壳罩242的主体部231、以及插入外壳罩242的贯通孔242a的端子插通部232。端子插通部232具有使各相的输入输出端子203一对一地插通的3个插通孔233。这3个插通孔233的剖面开口呈长条状,以长度方向均大致相同的朝向排列形成。
在主体部231安装有按照每个相而设置的3个中继母线234。中继母线234折曲形成大致L字形,通过螺栓等紧固件235固定于主体部231,并且,通过螺栓以及螺母等紧固件236固定于在端子插通部232的插通孔233中插通的状态的输入输出端子203的前端部。
此外,虽然省略图示,但在中继部件230能够连接有从外部装置延伸的按照每个相的电力线,能够按照每个相进行针对输入输出端子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的控制系统的电气电路图,图36是表示基于控制装置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连接有相当于电力变换器的逆变器260。逆变器260由具有与相数相同数量的上下臂的全桥电路构成,按照每个相设置有由上臂开关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而分别接通断开,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将进行开关时所需要的电荷供给到各开关261、262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、动力运行驱动以及发电的请求,通过各开关261、262的接通断开来实施通电控制。在旋转电机10的检测信息中,例如包含由旋转变压器等角度检测器检测的转子20的旋转角度(电角度信息)、由电压传感器检测的电源电压(逆变器输入电压)、由电流传感器检测的各相的通电电流。控制装置270例如通过规定的开关频率(载波频率)下的PWM控制、矩形波控制来实施各开关261、262的接通断开控制。控制装置270可以是内置于旋转电机10的内置控制装置,也可以是设置于旋转电机10的外部的外部控制装置。
另外,优选本实施方式的旋转电机10具有无槽构造(无齿构造),因此减少定子60的电感,从而电气时间常数变小,在该电气时间常数小的状况下,提高开关频率(载波频率),并且加快开关速度。在这一点上,在通过与各相的开关261、262的串联连接体并联地连接有电荷供给用的电容器264从而布线电感变低,加快开关速度的结构中,也能够进行适当的浪涌对策。
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(接地)连接。直流电源265例如由将多个单电池串联连接而成的组电池构成。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是表示对U、V、W相的各相电流进行控制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的力行转矩指令值或者发电转矩指令值、对电角度θ进行时间微分而得的电角度速度ω,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作为车辆用动力源使用的情况下,发电转矩指令值为再生转矩指令值。
dq变换部272将按照每个相设置的电流传感器的电流检测值(3个相电流)变换为将励磁方向(directionof anaxis of a magnetic field,or fielddirection:磁场轴向或磁场方向)作为d轴的正交二维旋转坐标系的成分即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,基于相对于d轴电流以及q轴电流的电流指令值的偏差,使用PI反馈方法来计算指令电压。
三相变换部275将d轴以及q轴的指令电压变换为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变换理论的基本波电流的反馈控制的反馈控制部,U相、V相以及W相的指令电压为反馈控制值。
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通过基于利用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将各相的开关261、262接通断开。
接着,对转矩反馈控制处理进行说明。该处理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,主要用于旋转电机10的高输出化、损失减少的目的。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的力行转矩指令值或者发电转矩指令值、对电角度θ进行时间微分而得的电角度速度ω,计算电压矢量的大小的指令值即电压振幅指令。
dq变换部282与dq变换部272同样,将按照每个相设置的电流传感器的电流检测值变换为d轴电流和q轴电流。转矩推断部283基于d轴电流和q轴电流,计算与U、V、W相对应的转矩推断值。此外,转矩推断部283只要基于将d轴电流、q轴电流以及电压振幅指令建立对应关系的映射信息,计算电压振幅指令即可。
作为用于将转矩推断值反馈控制为力行转矩指令值或者发电转矩指令值的操作量,转矩反馈控制部284计算电压矢量的相位的指令值即电压相位指令。在转矩反馈控制部284中,基于转矩推断值相对于力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θ,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计算三相的指令电压,通过基于利用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将各相的开关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对应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,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。
·也可以像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,在磁铁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有直线状的磁铁磁路。即,磁铁32构成为进行直线取向,以使得在定子60侧(径向内侧)的磁通作用面34a与定子相反侧(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,并且成为在周向上在定子60侧接近d轴,并且在定子相反侧远离d轴的方向。在本结构中也是,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的折弯的方向可以是径向内外的任一方,作为与铁芯组件CA的关系,第一搭接部153A可以向铁芯组件CA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越该第一搭接部153A的一部分的状态,则也可以向径向内外的任一方折弯。
·作为部分绕组151,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),而具有一种部分绕组151。具体而言,可以将部分绕组151形成为在侧面观察时呈大致L字形或者大致Z字形。在将部分绕组151形成为侧面观察时呈大致L字形的情况下,成为如下的结构,在轴向一端侧,搭接部153向径向内外的任一方折弯,在轴向另一端侧,搭接部153不沿径向折弯地设置。另外,在将部分绕组151形成为侧面观察时大致Z字形的情况下,成为如下的结构,在轴向一端侧以及轴向另一端侧,搭接部153在径向上相互反向地折弯。在任一情况下,也可以是如上述那样通过覆盖搭接部153的绝缘罩将线圈模块150固定于铁芯组件CA的结构。
·在上述的结构中,对在定子绕组61中,按照每个相绕组将全部的部分绕组151并联连接的结构进行了说明,但也可以对其进行变更。例如,也可以是将每个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的结构。即,也可以是将各相绕组中的全部n个部分绕组151分为每组n/2个的2组并联连接组、每组n/3个的3组并联连接组等,并将它们串联连接的结构。或者,也可以是在定子绕组61中按照每个相绕组将多个部分绕组151全部串联连接的结构。
·旋转电机10中的定子绕组61也可以是具有两相的相绕组(U相绕组以及V相绕组)的结构。在该情况下,例如只要是在部分绕组151中,将一对中间导线部152隔开1个线圈间距而设置,在一对中间导线部152之间,将另一个相的部分绕组151中的中间导线部152配置一个的结构即可。
·也可以取代外转子式的表面磁铁型旋转电机,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的(a)、(b)是表示采用内转子构造的情况下的定子单元300的结构的图。其中,图39的(a)是表示将线圈模块310A、310B组装于铁芯组件CA的状态的立体图,图39的(b)是表示各线圈模块310A、310B中包含的部分绕组311A、311B的立体图。在本例中,通过将定子保持架70组装于定子铁芯62的径向外侧而构成铁芯组件CA。另外,采用在定子铁芯62的径向内侧组装有多个线圈模块310A、310B的结构。
部分绕组311A具有与上述的第一部分绕组151A大致同样的结构,具有一对中间导线部312以及在轴向两侧向铁芯组件CA侧(径向外侧)折弯形成的搭接部313A。另外,部分绕组311B具有与上述的第二部分绕组151B大致同样的结构,具有一对中间导线部312以及在轴向两侧设置为在轴向外侧在周向上跨越搭接部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的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向径向外侧突出的突出部318,在该突出部318的前端部设置有沿轴向延伸的贯通孔319。
图40是表示将线圈模块310A、310B组装于铁芯组件CA的状态的俯视图。此外,在图40中,在定子保持架70的轴向端面沿周向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构造,例如作为空冷构造,可以在外周面形成有多个散热片。
在图40中,绝缘罩315、316以在轴向上重叠的状态配置。另外,在绝缘罩315的侧面部设置的凹部317与在绝缘罩316的突出部318中从绝缘罩316的周向一端到另一端之间的中央的位置设置的贯通孔319在轴向上相连,在这些各部进行基于固定销321的固定。
另外,在图40中,成为如下的结构:固定销321对各绝缘罩315、316的固定位置为比定子铁芯62靠径向外侧的定子保持架70的轴向端面,利用固定销321固定于该定子保持架70。在该情况下,由于在定子保持架70设置有冷却构造,因此在部分绕组311A、311B中产生的热容易传递到定子保持架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也可以是具有从背轭延伸的突起部(例如齿)的结构。在这种情况下也是,只要针对背轭进行线圈模块150等相对于定子铁芯的组装即可。
·作为旋转电机,并不限于星形接线的结构,也可以是Δ接线的结构。
·作为旋转电机10,也可以取代将励磁元件设为转子、将电枢设为定子的旋转励磁形的旋转电机,而采用将电枢设为转子、将励磁元件设为定子的旋转电枢形的旋转电机。
(第二实施方式)
接下来,对第二实施方式的旋转电机进行说明。该实施方式的旋转电机具备图41所示定子绕组700。该定子绕组700由电独立的2个系统的定子绕组构成。将第一系统的定子绕组表示为第一绕组群701,将第二系统的定子绕组表示为第二绕组群702。
如图41所示,第一绕组群701由U相的相绕组701U、V相的相绕组701V、以及W相的相绕组701W构成。第二绕组群702由U相的相绕组702U、V相的相绕组702V、以及W相的相绕组702W构成。
各相绕组701U、701V、701W、702U、702V、702W是通过将部分绕组710并联或者串联连接而构成的。而且,如图42所示,本实施方式的部分绕组710在各线圈模块150中在径向内外被分割设置。即,部分绕组710具有:将导线材料CR多重卷绕而构成并配置在径向外侧(转子20侧)的外侧部分绕组711;以及与内侧部分绕组712同样将导线材料CR多重卷绕而构成并配置在径向内侧(定子铁芯62侧)的内侧部分绕组712。
而且,第一绕组群701是通过将外侧部分绕组711连接而构成的,第二绕组群702是通过将内侧部分绕组712连接而构成的。更详细地说,如图43所示,通过将部分绕组710并联连接而构成各相绕组701U、701V、701W、702U、702V、702W。而且,通过将各相绕组701U、701V、701W的一端与中性点连接,即通过进行星形接线(Y接线),而构成第一绕组群701。另外,通过将各相绕组702U、702V、702W的一端与中性点连接,即通过进行星形接线,而构成第二绕组群702。此外,第一绕组群701的中性点与第二绕组群702的中性点独立地设置。即,在第一绕组群701和第二绕组群702中与不同的中性点母线连接。另外,在该实施方式中,采用星形接线,但也可以采用三角形接线。
而且,如图42所示,构成第一绕组群701中的U相的相绕组701U的外侧部分绕组711在周向上配置在与构成第二绕组群702中的U相的相绕组702U的内侧部分绕组712相同的位置。构成相绕组701U的外侧部分绕组711被配置为与构成相绕组702U的内侧部分绕组712在径向内外重复。V相、W相也同样。因此,可以是第一绕组群701在周向上配置在与同相的第二绕组群702相同的位置。即,在电角度上,第一绕组群701和第二绕组群702配置在相同的位置。
此外,除了径向内外被分割以外的各线圈模块150的结构与第一实施方式相同。例如,各线圈模块150的形状(包含中间导线部152、搭接部153A、153B的形状)、在各部分绕组711、712分别设置有绕组端部154、155的情况、绝缘罩161~164等的结构相同。因此,沿用第一实施方式的说明,省略其说明。
另外,在第二实施方式中,如图41所示,相对于第一绕组群701以及第二绕组群702,分别连接有相当于电力变换器的逆变器260A、260B。此外,逆变器260A、260B是与第一实施方式的逆变器260相同的结构,因此省略其说明。
而且,本实施方式的控制装置270与第一实施方式同样,基于各种检测信息、动力运行驱动以及发电的请求,通过逆变器260A、260B的各开关261、262的接通断开实施通电控制。因此,控制装置270作为电流控制装置发挥功能。另外,控制装置270与第一实施方式同样,基于旋转电机的运转条件,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一个处理。
然而,本实施方式的旋转电机为无槽构造(无齿构造)。因此,来自磁铁单元22的磁铁磁通被齿引导,不会通过齿。因此,从磁铁通过定子绕组的磁通波形根据磁铁单元22与定子绕组700的距离而变化。具体地进行说明。
这里,如图44的(b)的左侧的图所示,以通过径向内侧的第二绕组群702的磁铁磁通的波形为理想的正弦波形状为前提进行说明。在该情况下,例如如图44的(a)的左侧的图所示,通过比第二绕组群702更接近磁铁单元22的第一绕组群701的磁铁磁通的波形为峰值(极大值)突出这样的波形。这是因为基于气隙的磁阻变小。
在这种情况下,若对于第一绕组群701和第二绕组群702流过相同的波形、例如正弦波形状的电流,则受到通过第一绕组群701的磁铁磁通的波形的影响,很难使转矩波形接近理想的正弦波形状。其结果为,有可能产生转矩脉动,噪声、振动变大。
因此,本实施方式的控制装置270实施如下的控制方法。即,控制装置270考虑基于径向上的到转子20为止的距离的差异的、来自磁铁单元22的磁通波形的差异,控制逆变器260A、260B,以使得使向第一绕组群701的电流波形与向第二绕组群702的电流波形不同。具体而言,控制装置270对应于通过第一绕组群701的磁通波形与通过第二绕组群702的磁通波形相比峰值变大的情况,控制为减小向第一绕组群701的电流波形中的峰值。
即,如图44的(b)的中央的图所示,在将向第二绕组群702的电流波形设为正弦波形状的情况下,如图44的(a)的中央的图所示,采用以减小峰值的方式凹陷的电流波形。由此,将各相的开关261、262接通断开。而且,如图44的右侧的图所示,在径向内外,即在第一绕组群701以及第二绕组群702中,转矩波形接近理想的正弦波形状。由此,本实施方式的控制装置270具有电流控制功能。
在上述实施方式中,起到以下的效果。
如图41所示,上述实施方式的定子绕组700是2个系统绕组,在径向上,第一绕组群701配置在比第二绕组群702更靠近转子20侧。而且,控制装置270考虑基于径向上的到转子20为止的距离的差异的、来自磁铁单元22的磁通波形的差异(参照图44的左图),控制逆变器260A、260B,以使得向第一绕组群701的电流波形与向第二绕组群702的电流波形不同(参照图44的中央的图)。由此,如图44的右图所示,在径向内外,使转矩波形接近理想的正弦波形状。因此,能够使旋转电机10以低振动、低噪声驱动。
另外,第一绕组群701以及第二绕组群702分别由三相的相绕组701U、701V、701W、702U、702V、702W构成,第一绕组群701在周向上,与同相的第二绕组群702配置在相同的位置。即,U相的相绕组701U在周向上,与同相的相绕组702U配置在相同的位置。由此,配置、接线变得容易,能够容易地进行制造。V相、W相也相同。
另外,U相的线圈模块150将U相的相绕组701U和U相的相绕组702U汇总在一起,由绝缘罩161、162、绝缘包覆体157覆盖。V相、W相也相同。因此,与将U相的相绕组701U和U相的相绕组702U分体地构成的情况相比,能够减少制造、组装的麻烦等。
(第二实施方式的变形例)
也可以像以下所示那样变更上述第二实施方式的结构的一部分。
·在上述第二实施方式中,定子绕组700由三相的相绕组701U、701V、701W、702U、702V、702W构成,但也可以由六相的相绕组构成。详细地进行说明。如图45所示,与第二实施方式同样,第一绕组群701由三相的相绕组701U、701V、701W构成。另一方面,第二绕组群702由三相的相绕组702X、702Y、702Z构成,X相的相绕组702X配置在相对于U相的相绕组701U在电角度上错开规定角度(例如60度)的位置。同样,Y相的相绕组702Y配置在相对于V相的相绕组701V在电角度上错开规定角度的位置,Z相的相绕组702Z配置在相对于W相的相绕组701W在电角度上错开规定角度的位置。
第二绕组群702的相绕组702X、702Y、702Z是通过将外侧部分绕组711并联连接而构成的。此外,相绕组702X、702Y、702Z进行星形接线,但也可以进行三角形接线。
而且,如图46所示,构成第二绕组群702中的X相的相绕组702X的内侧部分绕组712在周向上,配置在相对于构成第一绕组群701中的U相的相绕组701U的外侧部分绕组711错开规定角度的位置。此外,也可以是,构成相绕组701U的外侧部分绕组711的一部分相对于构成相绕组702X的内侧部分绕组712在径向内外重复。其他相也同样地构成。因此,第一绕组群701的各相绕组701U、701V、701W配置为相对于第二绕组群702的各相绕组702X、702Y、702Z在电角度上分别错开一个规定角度。
在这样构成的情况下,与第二实施方式同样,通过比第二绕组群702更接近磁铁单元22的第一绕组群701的磁铁磁通的波形例如如图44的(a)的左侧的图所示,成为峰值(极大值)突出那样的波形。
因此,在该变形例中,也与第二实施方式同样,控制装置270考虑来自磁铁单元22的磁通波形的差异,控制逆变器260A、260B以使得向第一绕组群701的电流波形与向第二绕组群702的电流波形不同。由此,能够在径向内外,使转矩波形接近理想的正弦波形状,能够使旋转电机10以低振动、低噪声驱动。
而且,与由三相的相绕组构成的情况相比,在由六相的相绕组构成的情况下,在转矩波形的合成波中,能够减少变动。因此,能够成为更低振动、低噪声。
·在上述第二实施方式中,控制装置270也可以通过旋转电机10的动作点(动作区域)来切换流过电流的定子绕组700的系统。具体地进行说明,控制装置270也可以在旋转电机10的动作点为高旋转区域、更详细地说为低转矩且高旋转区域的情况下,控制为仅使电流流过第二绕组群702。由此,在高旋转区域中,能够减少匝数,抑制感应电压的影响,使其高速旋转。这里,不是第一绕组群701,而是仅在与第一绕组群701相比磁铁的磁通波形平缓地变化的第二绕组群702中流过电流。由此,容易抑制转矩脉动,能够以更低振动、低噪声进行动作。此外,在低旋转区域中,通过切换绕组,而使电流流过第一绕组群701和第二绕组群702,由此能够增加匝数,进行高转矩的输出。
·在上述第二实施方式中,通过将部分绕组710并联连接,而构成各相绕组701U、701V、701W、702U、702V、702W,但其连接方式也可以任意变更。例如,也可以如图47所示,通过并联连接将两个部分绕组串联连接而得的串联连接体,而构成各相的相绕组。此时,优选将构成在轴向两端侧具有折曲形状的第一部分绕组151A的外侧部分绕组711(或者内侧部分绕组712)以及构成在轴向两端侧不具有折曲形状的第二部分绕组151B的外侧部分绕组711(或者内侧部分绕组712)串联连接而构成串联连接体。
即,若将形状、长度不同的、线圈电阻不同的部分绕组并联连接,则循环电流有可能增大。因此,优选通过像上述那样构成串联连接体,从而在并联连接的串联连接体相互间将线圈电阻均衡化,而抑制循环电流。
·在上述第二实施方式或者其变形例中,也可以像以下那样变更各部分绕组151A、151B的结构。此外,在各部分绕组151A、151B中,分别像第二实施方式中说明的那样,在径向内外将部分绕组分割为2个而构成外侧部分绕组711和内侧部分绕组712。但是,省略图示。
在图48的(a)、(b)所示的结构中,第一部分绕组151A以及第二部分绕组151B均在侧面观察时呈大致C字形,并且在轴向上长度(轴长)不同。即,这些各部分绕组151A、151B的轴向两侧的搭接部153在径向上向铁芯组件CA侧(转子20的磁铁单元22的相反侧)折弯形成。另外,第二部分绕组151B的轴长比第一部分绕组151A的轴长长,因此,在轴向一端侧以及另一端侧,第一部分绕组151A的搭接部153为轴向内侧,第二部分绕组151B的搭接部153为轴向外侧。而且,在将第一部分绕组151A先安装于铁芯组件CA的状态下,从径向外侧组装第二部分绕组151B。
在图49的(a)、(b)所示的结构中,第一部分绕组151A以及第二部分绕组151B均在侧面观察时呈大致Z字形。即,这些各部分绕组151A、151B的轴向两侧的搭接部153在径向上相互向相反侧折弯形成。各部分绕组151A、151B在侧面观察时为相同形状,以轴向的组装位置相互错开的状态组装于铁芯组件CA。在将第一部分绕组151A先安装于铁芯组件CA的状态下,从径向外侧组装第二部分绕组151B。
在图50的(a)、(b)所示的结构中,第一部分绕组151A以及第二部分绕组151B均在侧面观察时呈大致L字形。即,这些各部分绕组151A、151B仅轴向一端侧向径向折弯。在第一部分绕组151A中轴向一侧的搭接部153向铁芯组件CA侧折弯,在第二部分绕组151B中轴向另一侧的搭接部153向铁芯组件CA的相反侧折弯。而且,在将第一部分绕组151A先安装于铁芯组件CA的状态下,从径向外侧组装第二部分绕组151B。
在图51的(a)、(b)所示的结构中,第一部分绕组151A以及第二部分绕组151B均在侧面观察时呈大致C字形,它们在径向上相互反向地组装。即,在第一部分绕组151A中,轴向两侧的各搭接部153向铁芯组件CA侧折弯,在第二部分绕组151B中,轴向两侧的各搭接部153向铁芯组件CA的相反侧折弯。而且,在将第一部分绕组151A先安装于铁芯组件CA的状态下,从径向外侧组装第二部分绕组151B。此外,在图51的结构中,成为第一部分绕组151A的搭接部153与第二部分绕组151B的搭接部153在径向上相互重复的状态。
关于上述的图49~图51的结构,除了从径向组装第二部分绕组151B以外,还能够从轴向组装第二部分绕组151B。
·在上述第二实施方式中,在第一绕组群701和第二绕组群702中,在径向上配置在不同的位置,但也可以在周向(旋转方向)上,配置在不同的位置。而且,在该情况下,控制装置270也可以使向第一绕组群701的电流波形与向第二绕组群702的电流波形不同,由此抑制循环电流。另外,也可以使电流流向一方来抑制反电动势,扩大输出区域。
本说明书中的公开不限于例示的实施方式。公开包含例示的实施方式和基于它们的本领域技术人员的变形方式。例如,公开不限于实施方式中所示的部件和/或要素的组合。公开能够通过多种组合来实施。公开能够具有能够追加于实施方式的追加的部分。公开包含省略了实施方式的部件和/或要素的内容。公开包含一个实施方式与其他实施方式之间的部件和/或要素的置换、或者组合。所公开的技术范围不限于实施方式的记载。所公开的几个技术范围由权利要求的记载表示,而且应该理解为包含与权利要求的记载等同的意思以及范围内的全部的变更。
本发明依据实施例进行了记述,但理解为本发明不限于该实施例、构造。本发明还包含各种变形例、均等范围内的变形。此外,各种组合、方式、进一步地包含它们中仅一个要素、一个要素以上、或一个要素以下的其他组合、方式也进入本发明的范畴、思想范围。

Claims (6)

1.一种旋转电机,具备:
励磁元件(20),具有多个磁极;以及
无齿构造的电枢(60),具有电枢绕组(700)以及支承部件(CA),所述电枢绕组包含多个部分绕组(710、711、712),所述支承部件设置在所述电枢绕组的径向内侧以及径向外侧中的与所述励磁元件相反侧并且支承所述多个部分绕组,
所述励磁元件以及所述电枢中的任一方为转子,
其中,在所述旋转电机(10)中,
所述电枢绕组具有电独立的2个系统的绕组,在径向上,第一系统的电枢绕组(701)配置在比第二系统的电枢绕组(702)更靠近所述励磁元件侧,
具备电流控制装置(270),所述电流控制装置控制向所述第一系统的电枢绕组以及所述第二系统的电枢绕组的电流,
所述电流控制装置考虑基于径向上的到所述励磁元件为止的距离的差异的、来自所述励磁元件的磁通波形的差异,来使向所述第一系统的电枢绕组的电流波形与向所述第二系统的电枢绕组的电流波形不同。
2.根据权利要求1所述的旋转电机,其中,
所述电流控制装置对应于通过所述第一系统的电枢绕组的磁通波形与通过所述第二系统的电枢绕组的磁通波形相比峰值变大的情况,减小向所述第一系统的电枢绕组的电流波形中的峰值。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机,其中,
所述电枢绕组由三相的相绕组(701U、701V、701W、702U、702V、702W)构成,
构成所述第一系统的电枢绕组的各相的相绕组(701U、701V、701W)在周向上与同相的且构成所述第二系统的电枢绕组的相绕组(702U、702V、702W)分别配置在相同的位置。
4.根据权利要求1或2所述的旋转电机,其中,
所述电枢绕组由六相的相绕组(701U、701V、701W、702X、702Y、702Z)构成,
构成所述第一系统的电枢绕组的各相绕组(701U、701V、701W)相对于构成所述第二系统的电枢绕组的各相绕组(702X、702Y、702Z)在周向上分别错开地配置,以使得分别在电角度上相差一个规定角度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机,其中,
在所述旋转电机的动作点为高旋转区域的情况下,所述电流控制装置使电流仅流过第二系统的所述电枢绕组。
6.一种旋转电机的控制方法,由旋转电机(10)的控制装置(270)实施,所述旋转电机(10)具备:
励磁元件(20),具有多个磁极;以及
无齿构造的电枢(60),具有电枢绕组(700)以及支承部件(CA),所述电枢绕组包含多个部分绕组(710、711、712),所述支承部件设置在所述电枢绕组的径向内侧以及径向外侧中的与所述励磁元件相反侧并且支承所述多个部分绕组,
所述励磁元件以及所述电枢中的任一方为转子,
所述电枢绕组具有电独立的2个系统的绕组,在径向上,第一系统的电枢绕组(701)配置在比第二系统的电枢绕组(702)更靠近所述励磁元件侧,
所述控制装置具有控制向所述第一系统的电枢绕组以及所述第二系统的电枢绕组的电流的电流控制功能,考虑基于径向上的到所述励磁元件为止的距离的差异的、来自所述励磁元件的磁通波形的差异,来使向所述第一系统的电枢绕组的电流波形与向所述第二系统的电枢绕组的电流波形不同。
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