DE112020000986T5

DE112020000986T5 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112020000986T5
Application number: DE112020000986.6T
Authority: DE
Inventors: Yuki Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-11-11
Also published as: US20210391761A1; CN113544950A; WO2020175497A1; JP2020141527A; JP7331383B2

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine umfasst ein Feldelement (40), das einen Magnetabschnitt (42), der eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, deren Polaritäten sich in einer Umfangsrichtung abwechseln, und einen Anker (50), der eine Ankerwicklung (51) mit mehreren Phasen umfasst. Der Magnetabschnitt umfasst eine Vielzahl von Magneten (1001), die in der Umfangsrichtung in einer Anordnung angeordnet sind. In dem Magneten ist eine leichte Achse der Magnetisierung kreisbogenförmig orientiert, dass an einer d-Achsen-Seite, die sich näher an einer d-Achse befindet, die ein Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung im Vergleich zu einer q-Achsen-Seite, die sich näher an einer q-Achse befindet, die eine Magnetpolgrenze ist, parallel zur d-Achse verläuft, und ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad entlang der leichten Achse der Magnetisierung ausgebildet ist. Der Magnet ist kreisbogenförmig ausgebildet, wenn dieser aus einer axialen Richtung des Rotors betrachtet wird, und ist mit einer ersten Referenzfläche (1100), die eine ebene Fläche ist, und einer zweiten Referenzfläche (1200), die parallel zur ersten Referenzfläche verläuft, versehen.

Description

[Querverweis auf verwandte Anwendung]
Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-037010 , die am 28. Februar 2019 eingereicht wurde und deren Beschreibung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung in dieser Spezifikation bezieht sich auf eine rotierende elektrische Maschine.
[Stand der Technik]
Herkömmlich wurde eine Technologie zur Verbesserung der maximalen Magnetflussdichte durch die Verwendung eines gesinterten Magneten, bei dem die Orientierungsrichtung einer leichten Achse der Magnetisierung modifiziert wurde, und zur Verbesserung des Ausgangsdrehmoments einer rotierenden elektrischen Maschine vorgeschlagen (z.B. PTL 1).
[Zitierliste]
[Patentliteratur]
[PTL 1] JP-A-2015-228762
[Zusammenfassung der Erfindung]
Bei einem Magneten, wie dem vorstehend beschriebenen, ist es üblich, dass eine Vielzahl von Magneten hergestellt und entlang der Umfangsrichtung einer Drehwelle angeordnet werden, so dass diese eine kreisförmige Ringform bilden.
Hierbei, um eine Magneteinheit, die aus einer Vielzahl von Magneten besteht, so anzuordnen, um eine kreisförmige Ringform zu bilden, hat jeder Magnet vorzugsweise eine Kreisbogenform. Wenn jeder Magnet eine Kreisbogenform hat, ergibt sich das Problem, dass die Messtoleranz zunimmt, wenn eine Dickenabmessung und eine Breitenabmessung des Magneten gemessen werden. Insbesondere im Fall des gesinterten Magneten, weil die Genauigkeit in einem Eckabschnitt schlecht ist, wenn die Messung mit Bezug auf den Eckabschnitt durchgeführt wird, neigt die Messtoleranz dazu, weiter zuzunehmen.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme erlangt. Die Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung einer rotierenden elektrischen Maschine, in der die Messtoleranz eines Magneten reduziert werden kann.
Ein erstes Mittel zur Lösung der oben beschriebenen Probleme ist eine rotierende elektrische Maschine, die ein Feldelement, das einen Magnetabschnitt mit einer Vielzahl von Magnetpolen enthält, deren Polaritäten sich in einer Umfangsrichtung abwechseln, und einen Anker, der eine Ankerwicklung mit mehreren Phasen enthält, umfasst, wobei entweder das Feldelement oder die Ankerwicklung ein Rotor ist. In der rotierenden elektrischen Maschine umfasst der Magnetabschnitt eine Vielzahl von Magneten, die in einem Array bzw. einer Anordnung in Umfangsrichtung angeordnet sind. In dem Magneten ist eine leichte Achse der Magnetisierung kreisbogenförmig so orientiert, dass an einer d-Achsen-Seite, die sich näher an einer d-Achse befindet, die ein Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur d-Achse im Vergleich zu einer q-Achsen-Seite, die sich näher an einer q-Achse befindet, die eine Magnetpolgrenze ist, verläuft, und ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad entlang der leichten Achse der Magnetisierung ausgebildet ist. Der Magnet ist in einer Kreisbogenform ausgebildet, wenn dieser von einer axialen Richtung des Rotors aus betrachtet wird, und ist mit einer ersten Referenzfläche, die eine ebene Fläche ist, und einer zweiten Referenzfläche, die parallel zur ersten Referenzfläche verläuft, versehen.
Daher kann die Messtoleranz selbst dann, wenn der Magnet kreisbogenförmig ausgebildet ist, um den Abstand zwischen den zu messenden Referenzflächen verringert werden. Da die Referenzflächen parallel zueinander verlaufen, können die Referenzflächen außerdem leicht durch Schneiden hergestellt werden.
Ein zweites Mittel ist das erste Mittel, bei dem die erste Referenzfläche und die zweite Referenzfläche auf beiden Seiten in radialer Richtung des Magneten bereitgestellt sind. Die erste Referenzfläche ist auf der d-Achsen-Seite an einer gegen-ankerseitigen Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt, und die zweite Referenzfläche ist auf der q-Achsen-Seite an einer ankerseitigen Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt.
Die Referenzfläche ist eine ebene Fläche. Da die Referenzflächen auf beiden Seiten in radialer Richtung vorhanden sind, können die Referenzflächen daher als Rotationsstopper des Magneten fungieren. Darüber hinaus ist ein Abschnitt auf der d-Achsen-Seite auf der gegen-ankerseitigen Umfangsfläche ein Abschnitt, in dem der Magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden, selbst wenn die erste Referenzfläche so bereitgestellt ist, dass dieser Abschnitt abgeschnitten ist. Darüber hinaus ist auf der ankerseitigen Umfangsfläche ein Abschnitt auf der q-Achsen-Seite ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden, selbst wenn die zweite Referenzfläche so bereitgestellt ist, dass dieser Abschnitt abgeschnitten ist.
Ein drittes Mittel ist das zweite Mittel, bei dem das Feldelement an einer Außenseite in radialer Richtung des Ankers angeordnet ist. Der Magnet ist zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten q-Achsen bereitgestellt, wobei die d-Achse in der Mitte liegt. Die erste Referenzfläche ist an einer äußeren Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt, die die gegen-ankerseitige Umfangsfläche ist, so dass ein Kreisbogen in einem Mittelabschnitt in Umfangsrichtung, der sich auf der d-Achsen-Seite befindet, abgeschnitten ist. Die zweite Referenzfläche ist auf einer inneren Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt, die die ankerseitige Umfangsfläche ist, so dass Kreisbögen in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung, die auf den Seiten der q-Achsen liegen, abgeschnitten sind.
Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Konfiguration können die Referenzflächen leicht bereitgestellt werden, wenn hervorstehende Abschnitte des kreisbogenförmigen Magneten in Richtung der d-Achse geschnitten werden.
Ein viertes Mittel ist das zweite Mittel, bei dem das Feldelement auf einer Innenseite in radialer Richtung des Ankers angeordnet ist. Der Magnet ist zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten d-Achsen bereitgestellt, wobei die q-Achse in der Mitte liegt. Die erste Referenzfläche ist auf einer inneren Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt, die die gegen-ankerseitige Umfangsfläche ist, so dass Kreisbögen in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung, die auf den Seiten der d-Achsen liegen, abgeschnitten sind. Die zweite Referenzfläche ist auf einer äußeren Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt, die die ankerseitige Umfangsfläche ist, so dass ein Kreisbogen in einem Mittelabschnitt in Umfangsrichtung, der auf der d-Achsen-Seite liegt, abgeschnitten ist.
Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Konfiguration können die Referenzflächen leicht durch Schneiden hervorstehender Abschnitte des kreisbogenförmigen Magneten in Richtung der q-Achse hergestellt werden.
Ein fünftes Mittel ist das erste Mittel, bei dem die erste Referenzfläche und die zweite Referenzfläche auf beiden Seiten in der Umfangsrichtung des Magneten bereitgestellt sind. Das Feldelement umfasst einen Magnethalteabschnitt, an dem der Magnetabschnitt befestigt bzw. fixiert ist. Der Magnethalteabschnitt ist mit einem Eingriffsabschnitt versehen, der mit der ersten Referenzfläche oder der zweiten Referenzfläche in der Umfangsrichtung in Eingriff steht.
Die Referenzfläche ist eine ebene Fläche. Daher kann die Referenzfläche als Ergebnis daraus, dass der Eingriffsabschnitt bereitgestellt ist, als Rotationsstopper des Magneten fungieren.
Ein sechstes Mittel ist das erste oder fünfte Mittel, bei dem der Magnet zwischen den d-Achsen bereitgestellt ist, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, wobei sich die q-Achse in der Mitte befindet. Gekerbte Abschnitte, die so bereitgestellt sind, dass Eckabschnitte in beiden Endabschnitten in der Umfangsrichtung des Magneten gekerbt sind, sind auf einer Gegenankerseite des Magneten bereitgestellt. Die Wandflächen auf einer Mittelseite in Umfangsrichtung der gekerbten Abschnitte sind die erste Referenzfläche beziehungsweise die zweite Referenzfläche.
In einem Abschnitt auf der Gegenankerseite ist ein Eckabschnitt auf der d-Achse ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden, selbst wenn der gekerbte Abschnitt so bereitgestellt ist, dass dieser Eckabschnitt abgeschnitten ist. Da die Wandfläche des gekerbten Abschnitts als Referenzfläche dient, kann die Referenzfläche bereitgestellt werden, während die Verringerung der Magnetflussdichte unterdrückt wird.
Darüber hinaus können auf der Gegenankerseite des Magneten die gekerbten Abschnitte durch Entfernen der Eckabschnitte von beiden Seiten in Umfangsrichtung des Magneten bereitgestellt werden. Daher können die Referenzflächen leicht bereitgestellt werden.
Ein siebtes Mittel ist das erste oder fünfte Mittel, bei dem der Magnet zwischen den q-Achsen bereitgestellt ist, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, wobei sich die d-Achse in einer Mitte befindet. Gekerbte Abschnitte, die so bereitgestellt sind, dass Eckabschnitte in beiden Endabschnitten in der Umfangsrichtung des Magneten gekerbt sind, sind auf einer Ankerseite des Magneten bereitgestellt. Wandflächen auf einer Mittelseite in Umfangsrichtung der gekerbten Abschnitte sind die erste Referenzfläche beziehungsweise die zweite Referenzfläche.
In einem Abschnitt auf der Ankerseite ist ein Eckabschnitt auf der q-Achse ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden, selbst wenn der gekerbte Abschnitt so bereitgestellt ist, dass dieser Eckabschnitt abgeschnitten ist. Da die Wandfläche des gekerbten Abschnitts als Referenzfläche dient, kann die Referenzfläche bereitgestellt werden, während die Verringerung der Magnetflussdichte unterdrückt wird.
Darüber hinaus können auf der Ankerseite des Magneten die gekerbten Abschnitte durch Entfernen der Eckabschnitte von beiden Seiten in Umfangsrichtung des Magneten angebracht werden. Daher können die Referenzflächen leicht bereitgestellt werden.
Ein achtes Mittel ist das erste oder fünfte Mittel, bei dem das Feldelement an einer Außenseite in radialer Richtung des Ankers angeordnet ist. Der Magnet ist zwischen der d-Achse und der q-Achse bereitgestellt, die in Umfangsrichtung an die d-Achse angrenzt. Eine Endfläche auf der q-Achsenseite in Umfangsrichtung des Magneten ist eine ebene Fläche, die entlang der q-Achse verläuft, und die Endfläche auf der q-Achsenseite ist die zweite Referenzfläche. Auf einer Gegenankerseite des Magneten ist eine ebene Fläche, die parallel zur q-Achse verläuft, in einem Eckabschnitt auf der d-Achsenseite bereitgestellt, und die ebene Fläche ist die erste Referenzfläche.
In dem Abschnitt auf der Gegenankerseite ist ein Eckabschnitt auf der d-Achse ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden, selbst wenn die Referenzfläche so bereitgestellt ist, dass dieser Abschnitt abgeschnitten ist. Darüber hinaus verläuft die erste Referenzfläche parallel zur Endfläche auf der q-Achse. Daher ist alles, was erforderlich ist, dass der Eckabschnitt auf der d-Achse Seite, die ein hervorstehender Abschnitt in einer Richtung, die senkrecht zu der q-Achse Endabschnitt ist, geschnitten wird, und die erste Referenzfläche kann leicht bereitgestellt werden.
Ein neuntes Mittel ist das erste oder fünfte Mittel, bei dem das Feldelement auf einer Innenseite in radialer Richtung des Ankers angeordnet ist. Der Magnet ist zwischen der d-Achse und der q-Achse bereitgestellt, die in Umfangsrichtung an die d-Achse angrenzt. Eine Endfläche auf der d-Achsenseite in Umfangsrichtung des Magneten ist eine ebene Fläche, die entlang der d-Achse verläuft, und die Endfläche auf der d-Achsenseite ist die erste Referenzfläche. Auf einer Ankerseite des Magneten ist eine ebene Fläche, die parallel zur d-Achse verläuft, in einem Eckabschnitt auf der q-Achse bereitgestellt, und die ebene Fläche ist die zweite Referenzfläche.
Im Abschnitt der Ankerseite ist ein Eckabschnitt auf der q-Achsen-Seite ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden, selbst wenn die Referenzfläche so bereitgestellt ist, dass dieser Abschnitt abgeschnitten ist. Darüber hinaus verläuft die zweite Referenzfläche parallel zur Endfläche in der d-Achse. Das heißt, es ist nur erforderlich, dass der Eckabschnitt auf der q-Achse, der in einer Richtung senkrecht zum d-Achsen-Endabschnitt vorsteht, abgeschnitten wird, und die zweite Referenzfläche kann leicht bereitgestellt werden.
Ein zehntes Mittel ist eines der ersten bis neunten Mittel, bei dem der Magnet eine intrinsische Koerzitivkraft von mindestens 400 [kA/m] und eine Restflussdichte Br von mindestens 1,0 [T] aufweist.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebene Aufgabe, weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter verdeutlicht. In den Zeichnungen gilt:

1 ist eine perspektivische Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine;
2 ist eine Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine;
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2;
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil von 3 in vergrößerter Form zeigt;
5 ist eine Explosionszeichnung der rotierenden elektrischen Maschine;
6 ist eine Explosionszeichnung einer Wechselrichtereinheit;
7 ist ein Drehmomentdiagramm, das die Beziehung zwischen den Amperewindungen einer Statorwicklung und der Drehmomentdichte darstellt;
8 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors und eines Stators;
9 ist eine Darstellung, die einen Abschnitt von 8 in vergrößerter Form zeigt;
10 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Stators;
11 ist eine Längsschnittansicht des Stators;
12 ist eine perspektivische Ansicht der Statorwicklung;
13 ist eine perspektivische Ansicht der Konfiguration eines Leiters;
14 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Drahtes;
15 veranschaulicht, anhand (a) und (b), Darstellungen eines Aspekts der Leiter in einer n-ten Schicht;
16 ist eine Seitenansicht der Leiter in der n-ten Schicht und einer n+1-ten Schicht;
17 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen elektrischem Winkel und Magnetflussdichte in einem Magneten gemäß einem Ausführungsbeispiel;
18 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen elektrischem Winkel und Magnetflussdichte in einem Magneten eines Vergleichsbeispiels;
19 ist ein elektrischer Schaltplan eines Steuersystems der rotierenden elektrischen Maschine;
20 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Stromrückkopplungssteuerungsprozesses, der von einer Steuerungsvorrichtung durchgeführt wird;
21 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines von der Steuerungsvorrichtung durchgeführten Drehmomentrückkopplungssteuerungsprozesses;
22 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors und eines Stators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
23 ist eine Darstellung, die einen Abschnitt von 22 in vergrößerter Form zeigt;
24 veranschaulicht, anhand (a) und (b), detaillierte Darstellungen des Magnetflusses in einer Magneteinheit;
25 ist eine Querschnittsansicht des Stators in einer ersten Modifikation;
26 ist eine Querschnittsansicht des Stators in der ersten Modifikation;
27 ist eine Querschnittsansicht des Stators in einer zweiten Modifikation;
28 ist eine Querschnittsansicht des Stators in einer dritten Modifikation;
29 ist eine Querschnittsansicht des Stators in einer vierten Modifikation;
30 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einer siebten Modifikation;
31 ist eine funktionelle Blockdarstellung eines Teils eines Prozesses, der von einer Betriebssignalerzeugungseinheit in einer achten Modifikation durchgeführt wird;
32 ist ein Flussdiagramm der Schritte in einem Trägerfrequenzänderungsprozess;
33 veranschaulicht, anhand (a) bis (c), Darstellungen von Aspekten der Verbindung von Leitern, die eine Leitergruppe in einer neunten Modifikation konfig u rieren;
34 ist eine Darstellung einer Konfiguration, in der vier Leiterpaare in der neunten Modifikation auf geschichtete bzw. laminierte Weise angeordnet sind;
35 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors des Innenrotor-Typs und eines Stators in einer zehnten Modifikation;
36 ist eine Darstellung, die einen Abschnitt von 35 in vergrößerter Form zeigt;
37 ist eine Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine vom Innenrotor-Typ;
38 ist eine Längsschnittansicht einer schematischen Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine vom Innenrotor-Typ;
39 ist eine Darstellung einer Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer Innenrotorstruktur in einer elften Modifikation;
40 ist eine Darstellung der Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine mit einer Innenrotorstruktur in der elften Modifikation;
41 ist eine Darstellung der Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine vom drehendem-Anker-Typ in einer zwölften Modifikation;
42 ist eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines Leiters in einer vierzehnten Modifikation;
43 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen Reluktanzmoment, Magnetmoment und DM;
44 ist eine Darstellung von Zähnen;
45 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugrads mit einer Rad-Innenmotor-Struktur und einer Umgebungsstruktur davon;
46 ist eine Längsschnittansicht des Fahrzeugrads und der Umgebungsstruktur davon;
47 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Fahrzeugrads;
48 ist eine Seitenansicht einer rotierenden elektrischen Maschine von einer hervorstehenden Seite einer Drehwelle betrachtet;
49 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 49-49 in 48;
50 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 50-50 in 49;
51 ist eine explodierte Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine;
52 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Rotors;
53 ist eine perspektivische Ansicht einer Statorwicklung und eines Statorkerns;
54 veranschaulicht, anhand (a) und (b), Vorderansichten der Statorwicklung in einem plan ausgebreiteten Zustand;
55 ist eine Darstellung der Schräglage eines Leiters;
56 ist eine explodierte Querschnittsansicht einer Wechselrichtereinheit;
57 ist eine explodierte Querschnittsansicht der Wechselrichtereinheit;
58 ist eine Darstellung eines Anordnungszustands von elektrischen Modulen in einem Wechselrichtergehäuse;
59 ist ein Schaltplan einer elektrischen Konfiguration eines Leistungskonverters;
60 zeigt ein Beispiel für eine Kühlstruktur eines Schaltmoduls;
61 veranschaulicht, anhand (a) und (b), Diagramme eines Beispiels der Kühlstruktur des Schaltmoduls;
62 veranschaulicht, anhand (a) und (b), Darstellungen eines Beispiels der Kühlstruktur des Schaltmoduls;
63 veranschaulicht, anhand (a) und (b), Darstellungen eines Beispiels der Kühlstruktur des Schaltmoduls;
64 ist eine Darstellung eines Beispiels der Kühlstruktur des Schaltmoduls;
65 ist eine Darstellung der Array-Anordnung der elektrischen Module in Bezug auf eine Kühlwasserpassage;
66 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 66-66 in 49;
67 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 67-67 in 49;
68 ist eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Stromschienenmoduls;
69 ist eine Darstellung eines Zustands der elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen und dem Stromschienenmodul;
70 ist eine Darstellung eines Zustands der elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen und dem Stromschienenmodul;
71 ist eine Darstellung eines Zustands der elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen und dem Stromschienenmodul;
72 veranschaulicht, anhand (a) bis (d), Konfigurationsdarstellungen zur Erläuterung einer ersten Modifikation eines radinternen Motors;
73 veranschaulicht, anhand (a) bis (c), Konfigurationsdarstellungen zur Erläuterung einer zweiten Modifikation des radinternen Motors;
74 veranschaulicht, anhand (a) und (b), Konfigurationsdarstellungen zur Erläuterung einer dritten Modifikation des radinternen Motors;
75 ist ein Konfigurationsdiagramm zur Erläuterung einer vierten Modifikation des radinternen Motors;
76 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors und eines Stators in einer fünfzehnten Modifikation;
77 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der fünfzehnten Modifikation;
78 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der fünfzehnten Modifikation;
79 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der fünfzehnten Modifikation;
80 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der fünfzehnten Modifikation;
81 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der fünfzehnten Modifikation;
82 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors und eines Stators in einer sechzehnten Modifikation;
83 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der sechzehnten Modifikation;
84 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der sechzehnten Modifikation;
85 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der sechzehnten Modifikation;
86 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der sechzehnten Modifikation;
87 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors und des Stators in einem weiteren Beispiel der sechzehnten Modifikation; und
88 ist eine Querschnittsansicht eines Stators.

[Beschreibung von Ausführungsbeispielen]
Eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Gemäß der Vielzahl von Ausführungsbeispielen können Sektionen, die funktionell und/oder strukturell übereinstimmen und/oder miteinander in Beziehung stehen, die gleichen Bezugszeichen oder Bezugszeichen erhalten, deren Ziffern sich auf der Hunderterstelle und höher unterscheiden. Auf Beschreibungen gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann bezüglich der entsprechenden Sektionen und/oder verwandten Sektionen Bezug genommen werden.
Zum Beispiel wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Fahrzeugenergiequelle verwendet. Die rotierende elektrische Maschine kann jedoch auch in der Industrie, in Fahrzeugen, Haushaltsgeräten, Büroautomationsgeräten, Spielautomaten und dergleichen eingesetzt werden. Hierbei sind die Sektionen der folgenden Ausführungsbeispiele, die identisch oder äquivalent zueinander sind, in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Beschreibungen von Sektionen, die die gleichen Bezugszeichen haben, gelten auch für diese.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine rotierende elektrische Maschine 10 gemäß einem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Mehrphasen-Wechselstrommotor vom Synchrontyp und hat eine Außenrotorstruktur (Außenrotationsstruktur). Eine Übersicht über die rotierende elektrische Maschine 10 ist in den 1 bis 5 dargestellt.
1 ist eine perspektivische Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10. 2 ist eine Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10 in einer Richtung entlang einer Rotations- bzw. Drehwelle 11. 3 ist eine seitliche Querschnittsansicht (Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2) der rotierenden elektrischen Maschine 10 in einer Richtung orthogonal zur Drehwelle 11. 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil von 3 in vergrößerter Form zeigt. 5 ist eine Explosionsdarstellung der rotierenden elektrischen Maschine 10.
Zur Veranschaulichung wird hier in 3 die Drehwelle 11 weggelassen und die Schraffur, die eine Querschnittsebene anzeigt, entfällt. In der folgenden Beschreibung ist eine Richtung, in der sich die Drehwelle 11 erstreckt, eine axiale Richtung. Eine Richtung, die sich radial von der Mitte der Drehwelle 11 erstreckt, ist eine radiale Richtung. Eine Richtung, die sich in Umfangsrichtung mit der Drehwelle 11 als Zentrum erstreckt, ist eine Umfangsrichtung.
Die rotierende elektrische Maschine 10 umfasst im Allgemeinen eine Lagereinheit 20, ein Gehäuse 30, einen Rotor 40, einen Stator 50 und eine Inverter- bzw. Wechselrichtereinheit 60. Die rotierende elektrische Maschine 10 ist so konfiguriert, dass alle diese Elemente koaxial mit der Drehwelle 11 angeordnet und in axialer Richtung in einer vorbestimmten Reihenfolge zusammengebaut sind. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist so konfiguriert, dass sie den Rotor 40, der als ein „Feldelement“ dient, und den Stator 50, der als ein „Anker“ dient, umfasst. Die rotierende elektrische Maschine 10 ist als rotierende elektrische Maschine vom Drehfeldtyp ausgeführt.
Die Lagereinheit 20 umfasst zwei Lager 21 und 22 und ein Halteelement 23. Die beiden Lager 21 und 22 sind so angeordnet, dass sie in axialer Richtung voneinander separiert sind. Das Halteelement 23 hält die Lager 21 und 22. Bei den Lagern 21 und 22 handelt es sich zum Beispiel um Radialkugellager. Jedes der Lager 21 und 22 umfasst einen Außenring 25, einen Innenring 26 und eine Vielzahl von Kugeln 27, die zwischen dem Außenring 25 und dem Innenring 26 angeordnet sind. Das Halteelement 23 hat eine kreiszylindrische Form. Die Lager 21 und 22 sind an einer radial inneren Seite des Halteelements 23 angebracht. Darüber hinaus sind die Drehwelle 11 und der Rotor 40 so gelagert, dass sie sich auf einer radial inneren Seite der Lager 21 und 22 frei drehen können. Die Lager 21 und 22 bilden einen Satz von Lagern, die die Drehwelle 11 drehbar lagern.
In jedem der Lager 21 und 22 werden die Kugeln 27 durch eine Halterung (nicht dargestellt) gehalten. In diesem Zustand wird ein Abstand zwischen den Kugeln beibehalten. Die Lager 21 und 22 haben ein Dichtungselement in oberen und unteren Abschnitten in der axialen Richtung des Halters, und ein Innenraum davon ist mit einem nichtleitenden Fett (wie ein nichtleitendes Fett auf Harnstoffbasis) gefüllt. Darüber hinaus wird eine Position des Innenrings 26 mechanisch durch einen Abstandshalter gehalten. Es wird eine Vorspannung mit konstantem Druck aufgebracht, die von einer Innenseite aus nach oben/unten wirkt.
Das Gehäuse 30 umfasst eine Umfangswand 31, die eine kreiszylindrische Form bildet. Die Umfangswand 31 hat ein erstes Ende und ein zweites Ende, die sich in axialer Richtung gegenüberliegen. Die Umfangswand 31 weist am ersten Ende eine Endfläche 32 und am zweiten Ende eine Öffnung 33 auf. Die Öffnung 33 ist über das gesamte zweite Ende offen. In der Mitte der Endfläche 32 ist ein kreisförmiges Loch 34 ausgebildet. Die Lagereinheit 20 ist in einem Zustand, in dem sie in das Loch 34 eingesetzt ist, durch ein Befestigungsmittel, wie eine Schraube oder einen Niet, befestigt. Darüber hinaus sind der Rotor 40, der eine hohle kreiszylindrische Form hat, und der Stator 50, der eine hohle kreiszylindrische Form hat, im Inneren des Gehäuses 30 untergebracht, d.h. in einem Innenraum, der durch die Umfangswand 31 und die Endfläche 32 begrenzt ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10 ein Außenrotortyp. Innerhalb des Gehäuses 30 ist der Stator 50 auf einer radial inneren Seite des Rotors 40 angeordnet, der die zylindrische Form hat. Der Rotor 40 wird von der Drehwelle 11 auf der Seite der Endfläche 32 in axialer Richtung freitragend gelagert.
Der Rotor 40 umfasst einen Magnethalter 41, der hohlzylindrisch ausgebildet ist, und eine ringförmige Magneteinheit 42, die an einer radial inneren Seite des Magnethalters 41 bereitgestellt ist. Der Magnethalter 41 hat eine annähernd becherartige Form und fungiert als Magnethalteelement. Der Magnethalter 41 umfasst einen kreiszylindrischen Abschnitt 43, einen Befestigungsabschnitt (Ansatz) 44 und einen Zwischenabschnitt 45. Der kreiszylindrische Abschnitt 43 hat eine kreiszylindrische Form. Der Befestigungsabschnitt 14 hat ebenfalls eine kreiszylindrische Form und einen kleineren Durchmesser als der kreiszylindrische Abschnitt 43. Der Zwischenabschnitt 45 ist ein Abschnitt, der den kreiszylindrischen Abschnitt 43 und den Befestigungsabschnitt 44 miteinander verbindet. Die Magneteinheit 42 ist an einer inneren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 angebracht.
Hier wird der Magnethalter 41 aus einem kaltgewalzten Stahlblech (steel plate cold commercial [SPCC]), einem Schmiedestahl, einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) oder ähnlichem hergestellt, der eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist.
Die Drehwelle 11 wird in ein Durchgangsloch 44a im Befestigungsabschnitt 44 eingeführt. Der Befestigungsabschnitt 44 ist an der Drehwelle 11 befestigt, die im Inneren des Durchgangslochs 44a angeordnet ist. Das heißt, der Magnethalter 41 ist durch den Befestigungsabschnitt 44 an der Drehwelle 11 befestigt. Hier kann der Befestigungsabschnitt 44 an der Drehwelle 11 durch eine Keilwellenkupplung oder eine Passfederverbindung, die Aussparungen und Vorsprünge verwendet, durch Schweißen, Crimpen oder Ähnliches befestigt werden. Infolgedessen dreht sich der Rotor 40 in einem Stück mit der Drehwelle 11.
Darüber hinaus sind die Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20 an einer radial äußeren Seite des Befestigungsabschnitts 44 montiert. Wie oben beschrieben, ist die Lagereinheit 20 an der Endfläche 32 des Gehäuses 30 befestigt. Daher sind die Drehwelle 11 und der Rotor 40 drehbar im Gehäuse 30 gelagert. Infolgedessen kann sich der Rotor 40 innerhalb des Gehäuses 30 frei drehen.
Der Befestigungsabschnitt 44 ist im Rotor 40 nur in einem der beiden Endabschnitte bereitgestellt, die sich in axialer Richtung des Rotors 40 gegenüberliegen. Infolgedessen wird der Rotor 40 von der Drehwelle 11 in einer freitragenden Weise getragen. Dabei ist der Befestigungsabschnitt 44 des Rotors 40 an zwei in axialer Richtung unterschiedlichen Positionen durch die Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20 drehbar gelagert.
Das heißt, der Rotor 40 wird durch die beiden Lager 21 und 22, die in der axialen Richtung des Rotors 40 beabstandet sind, in einem der beiden Endabschnitte des Magnethalters 41, die sich in der axialen Richtung des Magnethalters 41 gegenüberliegen, drehbar gelagert. Daher wird auch in einer Struktur, in der der Rotor 40 von der Drehwelle 11 freitragend getragen wird, eine stabile Drehung des Rotors 40 realisiert. In diesem Fall wird der Rotor 40 durch die Lager 21 und 22 an Positionen gelagert, die in Bezug auf eine Mittelposition in der axialen Richtung des Rotors 40 zu einer Seite verschoben sind.
Darüber hinaus unterscheidet sich die Abmessung des Spalts zwischen dem Außenring 25 und dem Innenring 26 sowie den Kugeln 27 zwischen dem Lager 22 der Lagereinheit 20, das sich näher an der Mitte des Rotors 40 befindet (untere Seite in der Zeichnung), und dem Lager 21 auf der gegenüberliegenden Seite (obere Seite in der Zeichnung). Zum Beispiel ist das Spaltmaß in dem Lager 22, das näher an der Mitte des Rotors 40 liegt, größer als in dem Lager 21 auf der gegenüberliegenden Seite. In diesem Fall werden selbst dann, wenn Erschütterungen des Rotors 40 oder durch Unwucht verursachte Schwingungen, die auf Komponententoleranzen zurückzuführen sind, auf die Lagereinheit 20 auf der Seite einwirken, die sich näher an der Mitte des Rotors 40 befindet, die Auswirkungen der Erschütterungen und der Schwingungen vorteilhaft absorbiert. Insbesondere wird ein Spielmaß (Spaltmaß) durch eine Vorspannung im Lager 22, das sich näher an der Mitte des Rotors 40 befindet (untere Seite in der Zeichnung), vergrößert.
Infolgedessen werden die in der freitragenden Struktur auftretenden Schwingungen durch den Spielabschnitt absorbiert. Bei der Vorspannung kann es sich sowohl um eine positionsfeste Vorspannung als auch um eine Vorspannung mit konstantem Druck handeln. Bei der lagefesten Vorspannung werden die Außenringe 25 des Lagers 21 und des Lagers 22 mit dem Halteelement 23 durch ein Verfahren wie Einpressen oder Kleben verbunden.
Außerdem werden die Innenringe 26 des Lagers 21 und des Lagers 22 mit der Drehwelle 11 durch ein Verfahren wie Einpressen oder Kleben verbunden. Dabei kann die Vorspannung dadurch erzeugt werden, dass der Außenring 25 des Lagers 21 in einer Position angeordnet ist, die sich in axialer Richtung von der des Innenrings 26 des Lagers 21 unterscheidet. Die Vorspannung kann auch dadurch erzeugt werden, dass der Außenring 25 des Lagers 22 in einer Position angeordnet ist, die sich in axialer Richtung von der des Innenrings 26 des Lagers 22 unterscheidet.
Darüber hinaus wird in einem Fall, in dem die Vorspannung mit konstantem Druck verwendet wird, eine Vorspannungsfeder, wie z.B. eine Wellenscheibe 24, in einem Bereich angeordnet, der zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 eingeschlossen ist, so dass die Vorspannung in axialer Richtung von demselben Bereich, der zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 eingeschlossen ist, in Richtung des Außenrings 25 des Lagers 22 erzeugt wird. Auch in diesem Fall sind die Innenringe 26 des Lagers 21 und des Lagers 22 mit der Drehwelle 11 durch ein Verfahren wie Einpressen oder Kleben verbunden. Der Außenring 25 des Lagers 21 oder des Lagers 22 ist mit einem vorgegebenen Spiel zwischen dem Außenring 25 und dem Halteelement 23 angeordnet. Infolge einer solchen Konfiguration wirkt eine Federkraft der Vorspannfeder auf den Außenring 25 des Lagers 22 in einer vom Lager 21 wegführenden Richtung. Außerdem wird durch die Übertragung dieser Kraft auf die Drehwelle 11 eine Kraft ausgeübt, die den Innenring 26 des Lagers 21 in Richtung des Lagers 22 drückt. Dadurch verschieben sich sowohl in den Lagern 21 als auch 22 die Positionen des Außenrings 25 und des Innenrings 26 in axialer Richtung. Die Vorspannung kann auf die beiden Lager in ähnlicher Weise aufgebracht werden wie die oben beschriebene Vorspannung mit fester Position.
Dabei muss die Federkraft bei der Erzeugung der konstanten Druckvorspannung nicht unbedingt auf den Außenring 25 des Lagers 22 wirken, wie in 2 dargestellt. Die Federkraft kann beispielsweise auf den Außenring 25 des Lagers 21 aufgebracht werden. Außerdem kann der Innenring 26 der beiden Lager 21 und 22 mit einem vorgegebenen Spiel zwischen dem Innenring 26 und der Drehwelle 11 angeordnet sein. Die Außenringe 25 der Lager 21 und 22 können mit dem Halteelement 23 durch ein Verfahren wie Einpressen oder Kleben verbunden werden, wodurch die Vorspannung auf die beiden Lager aufgebracht werden kann.
Wenn die Kraft so aufgebracht wird, dass sich der Innenring 26 des Lagers 21 von dem Lager 22 löst, wird die Kraft vorzugsweise so aufgebracht, dass sich der Innenring 26 des Lagers 22 ebenfalls von dem Lager 21 löst. Umgekehrt, wenn die Kraft so aufgebracht wird, dass sich der Innenring 26 des Lagers 21 dem Lager 22 nähert, wird die Kraft vorzugsweise so aufgebracht, dass sich auch der Innenring 26 des Lagers 22 dem Lager 21 nähert.
Hier, wenn die vorliegende rotierende elektrische Maschine 10 an einem Fahrzeug zum Zweck einer Fahrzeugenergiequelle oder dergleichen angewendet wird, können Vibrationen, die Komponenten in einer Richtung haben, in der die Vorspannung erzeugt wird, auf einen Mechanismus angewendet werden, der die Vorspannung erzeugt, oder eine Richtung der Gravitationskraft, die auf ein Ziel angewendet wird, auf das die Vorspannung angewendet wird, kann sich ändern. Wenn die vorliegende rotierende elektrische Maschine 10 in einem Fahrzeug eingesetzt wird, wird daher vorzugsweise die Vorspannung mit fester Position verwendet.
Darüber hinaus umfasst der Zwischenabschnitt 45 einen ringförmigen inneren Schulterabschnitt 49a und einen ringförmigen äußeren Schulterabschnitt 49b. Der äußere Schulterabschnitt 49b ist an einer Außenseite des inneren Schulterabschnitts 49a in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 angeordnet. Der innere Schulterabschnitt 49a und der äußere Schulterabschnitt 49b sind in der axialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 voneinander separiert.
Infolgedessen überlappen sich der kreiszylindrische Abschnitt 43 und der Befestigungsabschnitt 44 teilweise in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45. Das heißt, der kreiszylindrische Abschnitt 43 ragt in axialer Richtung weiter zur Außenseite hin vor als ein Basisendabschnitt (ein rückseitiger Endabschnitt auf der unteren Seite der Zeichnung) des Befestigungsabschnitts 44. In der vorliegenden Konfiguration kann der Rotor 40 an der Drehwelle 11 in einer Position gelagert werden, die näher am Schwerpunkt des Rotors 40 liegt, verglichen mit einem Fall, in dem der Zwischenabschnitt 45 in einer ebenen Form ohne eine Stufe bereitgestellt ist. Ein stabiler Betrieb des Rotors 40 kann realisiert werden.
In der oben beschriebenen Konfiguration des Zwischenabschnitts 45 ist ein Lagergehäuseausnehmungsabschnitt 46, der einen Teil der Lagereinheit 20 aufnimmt, im Rotor 40 in einer ringförmigen Form in einer Position ausgebildet, die den Befestigungsabschnitt 44 in der radialen Richtung und in Richtung einer Innenseite des Zwischenabschnitts 45 umgibt. Darüber hinaus ist ein Spulengehäuseausnehmungsabschnitt 47, der ein Spulenende 54 einer Statorwicklung 51 des Stators 50, der im Folgenden beschrieben wird, aufnimmt, im Rotor 40 in einer Position ausgebildet, die den Lagergehäuseausnehmungsabschnitt 46 in der radialen Richtung und in Richtung einer Außenseite des Zwischenabschnitts 45 umgibt. Außerdem sind die Gehäuseausnehmungsabschnitte 46 und 47 so angeordnet, dass sie auf der Innenseite und der radialen Außenseite nebeneinanderliegen. Das heißt, ein Teil der Lagereinheit 20 und das Spulenende 54 der Statorwicklung 51 sind so angeordnet, dass sie sich auf der Innenseite und der radial äußeren Seite überlappen. Dadurch kann eine Längenabmessung in axialer Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 10 verkürzt werden.
Der Zwischenabschnitt 45 ist so bereitgestellt, dass er von der Seite der Drehwelle 11 in Richtung der radial äußeren Seite vorsteht. Darüber hinaus ist in dem Zwischenabschnitt 45 ein Kontaktverhinderungsabschnitt bereitgestellt, der sich in axialer Richtung erstreckt und einen Kontakt mit dem Spulenende 54 der Statorwicklung 51 des Stators 50 verhindert. Der Zwischenabschnitt 45 entspricht einem vorstehenden Abschnitt.
Eine axiale Abmessung des Spulenendes 54 kann verringert und eine axiale Länge des Stators 50 kann verkürzt werden, indem das Spulenende 54 zur Innenseite oder zur radial äußeren Seite hin gebogen wird. Die Biegerichtung des Spulenendes 54 kann diejenige sein, die den Zusammenbau mit dem Rotor 40 berücksichtigt.
Bei der Montage des Stators 50 auf der radial inneren Seite des Rotors 40 kann das Spulenende 54 auf einer Einführungsseite in Bezug auf den Rotor 40 zur radial inneren Seite hin gebogen sein. Die Biegerichtung eines Spulenendes auf einer dem Spulenende 54 gegenüberliegenden Seite kann beliebig sein. Aus fertigungstechnischer Sicht ist jedoch eine Form zu bevorzugen, bei der das Spulenende zur äußeren Seite hin gebogen ist, die einen räumlichen Spielraum aufweist.
Darüber hinaus ist die Magneteinheit 42, die als Magnetabschnitt dient, durch eine Vielzahl von Permanentmagneten konfiguriert, die an der radial inneren Seite des kreiszylindrischen Teils 43 so angeordnet sind, dass sich die Polaritäten entlang der Umfangsrichtung abwechselnd ändern. Infolgedessen hat die Magneteinheit 42 eine Vielzahl von Magnetpolen in der Umfangsrichtung. Einzelheiten der Magneteinheit 42 werden jedoch im Folgenden beschrieben.
Der Stator 50 ist an der radial inneren Seite des Rotors 40 angeordnet. Der Stator 50 umfasst die Statorwicklung 51 und einen Statorkern 52. Die Statorwicklung 51 ist so ausgebildet, dass sie annähernd zylindrisch (ringförmig) gewickelt ist. Der Statorkern 52 ist an der radial inneren Seite der Statorwicklung 51 angeordnet und dient als Basiselement. Die Statorwicklung 51 ist so angeordnet, dass sie der kreisringförmigen Magneteinheit 42 mit einem vorbestimmten Luftspalt dazwischen gegenübersteht. Die Statorwicklung 51 ist aus einer Vielzahl von Phasenwicklungen aufgebaut. Jede der Phasenwicklungen ist aus einer Vielzahl von Leitern aufgebaut, die in Umfangsrichtung angeordnet und in einem vorbestimmten Abstand miteinander verbunden sind.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden eine dreiphasige Wicklung mit einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase sowie eine dreiphasige Wicklung mit einer X-Phase, einer Y-Phase und einer Z-Phase verwendet. Durch die Verwendung von zwei dieser dreiphasigen Wicklungen wird die Statorwicklung 51 als eine Phasenwicklung mit sechs Phasen konfiguriert.
Der Statorkern 52 hat laminierte Stahlbleche, in denen elektromagnetische Stahlbleche zu einer laminierten kreisförmigen Ringform ausgebildet sind. Das elektromagnetische Stahlblech ist ein weichmagnetisches Material. Der Statorkern 52 ist an der radial inneren Seite der Statorwicklung 51 angebracht. Das elektromagnetische Stahlblech ist z.B. ein Siliziumstahlblech, bei dem dem Eisen einige % (z.B. 3 %) Silizium beigemischt sind. Die Statorwicklung 51 entspricht einer Ankerwicklung. Der Statorkern 52 entspricht einem Ankerkern.
Die Statorwicklung 51 umfasst einen Spulenseitenabschnitt 53 und Spulenenden 54 und 55. Der Spulenseitenabschnitt 53 ist ein Abschnitt, der den Statorkern 52 in radialer Richtung überlappt und sich an der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 befindet. Die Spulenenden 54 und 55 stehen in axialer Richtung von einer Endseite beziehungsweise einer anderen Endseite des Statorkerns 52 vor. Der Spulenseitenabschnitt 53 liegt in radialer Richtung jeweils dem Statorkern 52 und der Magneteinheit 42 des Rotors 40 gegenüber. In einem Zustand, in dem der Stator 50 an der Innenseite des Rotors 40 angeordnet ist, ist von den Spulenenden 54 und 55 auf beiden Seiten in axialer Richtung das Spulenende 54, das sich auf der Seite der Lagereinheit 20 befindet (obere Seite in der Zeichnung), in dem Spulengehäuseausnehmungsabschnitt 47 untergebracht, der durch den Magnethalter 41 des Rotors 40 ausgebildet ist. Einzelheiten des Stators 50 werden jedoch im Folgenden beschrieben.
Die Wechselrichtereinheit 60 umfasst einen Einheitsbasiskörper 61 und eine Vielzahl von elektrischen Komponenten 62. Der Einheitsbasiskörper 61 ist mit einem Befestigungselement, z.B. einer Schraube, am Gehäuse 30 befestigt. Die Vielzahl von elektrischen Komponenten 62 sind mit dem Einheitsbasiskörper 61 verbunden. Der Einheitsbasiskörper 61 kann beispielsweise aus CFK gefertigt sein. Der Einheitsbasiskörper 61 umfasst eine Endplatte 63 und ein Gehäuse 64. Die Endplatte 63 ist an einem Rand der Öffnung 33 des Gehäuses 30 befestigt. Das Gehäuse 64 ist einstückig mit der Endplatte 63 ausgeführt und erstreckt sich in axialer Richtung. Die Endplatte 63 hat eine kreisförmige Öffnung 65 in ihrem Mittelabschnitt. Das Gehäuse 64 ist so ausgebildet, dass es von einem Umfangsrandabschnitt der Öffnung 65 aufrecht steht (hervorsteht).
Der Stator 50 ist an einer äußeren Umfangsfläche des Gehäuses 64 angebracht. Das heißt, der Außendurchmesser des Gehäuses 64 ist gleich groß wie der Innendurchmesser des Statorkerns 52 oder etwas kleiner als der Innendurchmesser des Statorkerns 52. Dadurch, dass der Statorkern 52 an der Außenseite des Gehäuses 64 montiert ist, sind der Stator 50 und der Einheitsbasiskörper 61 integriert. Außerdem ist der Stator 50 in dem Zustand, in dem der Statorkern 52 an das Gehäuse 64 montiert ist, mit dem Gehäuse 30 integriert, da der Einheitsbasiskörper 61 an dem Gehäuse 30 befestigt ist.
Dabei kann der Statorkern 52 durch Kleben, Schrumpfen, Einpressen o.ä. mit dem Einheitsbasiskörper 61 verbunden werden. Dadurch wird eine Positionsverschiebung des Statorkerns 52 in Umfangsrichtung oder in axialer Richtung in Bezug auf die Seite des Einheitsbasiskörpers 61 unterdrückt.
Darüber hinaus bildet eine radial innere Seite des Gehäuses 64 einen Aufnahmeraum für die elektrischen Bauteile 62. Die elektrischen Bauteile 62 sind in dem Aufnahmeraum so angeordnet, dass sie die Drehwelle 11 umgeben. Das Gehäuse 64 dient als ein den Aufnahmeraum bildender Teil. Die elektrischen Bauteile 62 sind so konfiguriert, dass sie ein Halbleitermodul 66, das eine Wechselrichterschaltung konfiguriert, eine Steuerplatine 67 und ein Kondensatormodul 68 realisieren.
Dabei ist der Einheitsbasiskörper 61 an der radial inneren Seite des Stators 50 bereitgestellt und entspricht einem Statorhalter (Ankerhalter), der den Stator 50 hält. Das Gehäuse 30 und der Einheitsbasiskörper 61 bilden ein Motorgehäuse der rotierenden elektrischen Maschine 10. In dem Motorgehäuse ist das Halteelement 23 auf einer Seite in axialer Richtung mit dem dazwischenliegenden Rotor 40 am Gehäuse 30 befestigt, und auf der anderen Seite sind das Gehäuse 30 und der Einheitsbasiskörper 61 miteinander gekoppelt. Zum Beispiel wird in einem Elektrofahrzeug, das ein Elektroauto oder dergleichen ist, die rotierende elektrische Maschine 10 in dem Fahrzeug oder dergleichen durch das Motorgehäuse montiert, das an der Seite des Fahrzeugs oder dergleichen angebracht ist.
Im Folgenden wird der Aufbau der Wechselrichtereinheit 60 anhand von 6 zusätzlich zu den oben beschriebenen 1 bis 5 näher beschrieben. 6 ist eine Explosionsdarstellung der Wechselrichtereinheit 60.
In dem Einheitsbasiskörper 61 umfasst das Gehäuse 64 einen zylindrischen Abschnitt 71 und eine Endfläche 72, die an einem (einem Endabschnitt auf der Seite der Lagereinheit 20) der beiden Enden bereitgestellt ist, die sich in der axialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 71 gegenüberliegen. Eine der Endfläche 72 der beiden Endabschnitte gegenüberliegende Seite in axialer Richtung des zylindrischen Abschnitts 71 ist durch die Öffnung 65 der Endplatte 63 vollständig offen.
In der Mitte der Endfläche 72 ist ein kreisförmiges Loch 73 ausgebildet. Die Drehwelle 11 kann in das Loch 73 eingeführt werden. Ein Dichtungselement 171, das einen Spalt zwischen der Endfläche 72 und der Außenumfangsfläche der Drehwelle 11 abdichtet, ist in dem Loch 73 bereitgestellt. Bei dem Dichtungselement 171 kann es sich beispielsweise um eine Gleitdichtung handeln, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist.
Der zylindrische Abschnitt 71 des Gehäuses 64 ist ein Unterteilungsabschnitt, der zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50, die auf einer radial äußeren Seite davon angeordnet sind, und den elektrischen Komponenten 62, die auf einer radial inneren Seite davon angeordnet sind, unterteilt. Der Rotor 40 und der Stator 50 sowie die elektrischen Bauteile 62 sind jeweils so angeordnet, dass sie auf der Innenseite und der radial äußeren Seite mit dem zylindrischen Abschnitt 71 dazwischen angeordnet sind.
Darüber hinaus ist das elektrische Bauteil 62 ein elektrisches Bauteil, das eine Wechselrichterschaltung konfiguriert. Das elektrische Bauteil 62 bietet eine Leistungsbetriebsfunktion, um die Phasenwicklungen der Statorwicklung 51 in einer vorbestimmten Reihenfolge mit Strom zu versorgen und den Rotor 40 zu drehen, und eine Leistungserzeugungsfunktion, um einen dreiphasigen Wechselstrom zu empfangen, der durch die Statorwicklung 51 in Verbindung mit der Drehung der Drehwelle 11 fließt, und den dreiphasigen Wechselstrom nach außen als erzeugte Leistung auszugeben.
In diesem Fall kann das elektrische Bauteil 62 entweder nur die Stromlauffunktion oder nur die Stromerzeugungsfunktion bereitstellen. Wenn beispielsweise die rotierende elektrische Maschine 10 als Fahrzeugenergiequelle verwendet wird, ist die Stromerzeugungsfunktion eine Regenerationsfunktion zur Ausgabe des Drehstroms nach außen als regenerative Energie.
Wie in 4 gezeigt, ist als eine spezifische Konfiguration der elektrischen Komponenten 62 ein Kondensatormodul 68, das eine hohle kreiszylindrische Form hat, um die Drehwelle 11 herum bereitgestellt, und eine Vielzahl von Halbleitermodulen 66 sind in einer Anordnung in Umfangsrichtung auf einer äußeren Umfangsfläche des Kondensatormoduls 68 angeordnet. Das Kondensatormodul 68 umfasst eine Vielzahl von Glättungskondensatoren 68a, die parallel zueinander geschaltet sind.
Der Kondensator 68a ist ein Folienkondensator, der aus einer Vielzahl von Folienkondensatoren besteht, die laminiert sind. Ein seitlicher Querschnitt des Kondensators 68a hat eine trapezförmige Form. Das Kondensatormodul 68 ist so konfiguriert, dass zwölf Kondensatoren 68a ringförmig angeordnet sind.
In einem Herstellungsverfahren für den Kondensator 68a wird beispielsweise ein Kondensatorelement aus einer langgestreckten Folie hergestellt, die eine vorbestimmte Breite hat und aus einer Vielzahl von Folien besteht, die laminiert werden. Die langgestreckte Folie wird in gleichschenklige Trapeze geschnitten, so dass die Richtung der Folienbreite als Richtung der Trapezhöhe dient und die Ober- und Unterseiten der Trapeze sich abwechseln. Darüber hinaus wird der Kondensator 68a durch Elektroden und dergleichen hergestellt, die an dem Kondensatorelement befestigt sind.
Das Halbleitermodul 66 verfügt beispielsweise über ein Halbleiterschaltelement, wie einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder einen Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT), und ist annähernd plattenförmig ausgebildet.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die rotierende elektrische Maschine 10 zwei Sätze von Drei-Phasen-Wicklungen. Die Wechselrichterschaltung ist für jede der dreiphasigen Wicklungen bereitgestellt. Daher ist in den elektrischen Komponenten 62 eine Halbleitermodulgruppe 66A bereitgestellt, die aus insgesamt zwölf ringförmig angeordneten Halbleitermodulen 66 ausgebildet ist.
Das Halbleitermodul 66 ist so angeordnet, dass es zwischen dem zylindrischen Teil 71 des Gehäuses 64 und dem Kondensatormodul 68 eingebettet ist. Eine äußere Umfangsfläche der Halbleitermodulgruppe 66A ist in Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 71. Eine innere Umfangsfläche der Halbleitermodulgruppe 66A ist in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Kondensatormoduls 68. In diesem Fall wird die in dem Halbleitermodul 66 erzeugte Wärme durch das Gehäuse 64 auf die Endplatte 63 übertragen und von der Endplatte 63 abgegeben.
Die Halbleitermodulgruppe 66A kann auf der äußeren Umfangsflächenseite, d.h. zwischen den Halbleitermodulen 66 und dem zylindrischen Teil 71 in radialer Richtung, einen Abstandshalter 69 aufweisen. In diesem Fall ist im Kondensatormodul 68 eine Querschnittsform eines seitlichen Querschnitts, der orthogonal zur axialen Richtung ist, ein regelmäßiges Zwölfeck. Die seitliche Querschnittsform der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 71 ist hingegen kreisförmig.
Daher ist im Abstandshalter 69 eine innere Umfangsfläche eine ebene Fläche und eine äußere Umfangsfläche eine gekrümmte Fläche. Der Abstandshalter 69 kann einstückig an der radial äußeren Seite der Halbleitermodulgruppe 66A angebracht werden, so dass er durchgehend eine kreisförmige Ringform aufweist. Der Abstandshalter 69 ist ein guter Wärmeleiter und kann z.B. aus einem Metall wie Aluminium oder einer Wärmestrahlungsgelfolie bestehen. Dabei kann die seitliche Querschnittsform der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Teils 71 auch ein Zwölfeck sein, das mit dem Kondensatormodul 68 identisch ist. In diesem Fall können sowohl die Innenumfangsfläche als auch die Außenumfangsfläche des Abstandshalters 69 ebene Flächen sein.
Darüber hinaus ist in dem zylindrischen Teil 71 des Gehäuses 64 eine Kühlwasserpassage 74 ausgebildet, durch die Kühlwasser fließt. Die in den Halbleitermodulen 66 erzeugte Wärme wird an das Kühlwasser abgegeben, das auch durch die Kühlwasserpassage 74 fließt. Das heißt, das Gehäuse 64 enthält einen wassergekühlten Mechanismus.
Wie in den 3 und 4 gezeigt, ist die Kühlwasserpassage 74 ringförmig ausgebildet, um die elektrischen Komponenten 62 (die Halbleitermodule 66 und das Kondensatormodul 68) zu umgeben. Die Halbleitermodule 66 sind entlang der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Teils 71 angeordnet. Die Kühlwasserpassage 74 ist an einer Stelle bereitgestellt, die die Halbleitermodule 66 an der Innenseite und an der radial äußeren Seite überlappt.
Der Stator 50 ist an der Außenseite des zylindrischen Teils 71 angeordnet und die elektrischen Komponenten 62 sind an der Innenseite angeordnet. Daher wird Wärme vom Stator 50 von der Außenseite des zylindrischen Abschnitts 71 und Wärme von den elektrischen Bauteilen 62 (z.B. Wärme von den Halbleitermodulen 66) von der Innenseite übertragen. In diesem Fall können der Stator 50 und die Halbleitermodule 66 gleichzeitig gekühlt werden. Die Wärme der wärmeerzeugenden Komponenten der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann effizient abgeführt werden.
Darüber hinaus ist zumindest ein Teil der Halbleitermodule 66, die einen Teil oder die Gesamtheit der Wechselrichterschaltung konfigurieren, die die rotierende elektrische Maschine durch Erregung der Statorwicklung 51 betreibt, in einem Bereich angeordnet, der von dem Statorkern 52 umgeben ist, der an der radial äußeren Seite des zylindrischen Teils 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Die Gesamtheit eines einzelnen Halbleitermoduls 66 ist vorzugsweise innerhalb des Bereichs angeordnet, der von dem Statorkern 52 umgeben ist. Weiterhin ist vorzugsweise die Gesamtheit aller Halbleitermodule 66 innerhalb des vom Statorkern 52 umgebenen Bereichs angeordnet.
Darüber hinaus ist zumindest ein Teil der Halbleitermodule 66 in einem Bereich angeordnet, der von der Kühlwasserpassage 74 umgeben ist. Alle der Halbleitermodule 66 sind vorzugsweise innerhalb eines Bereichs angeordnet, der von einem Joch 141 umgeben ist.
Darüber hinaus umfassen die elektrischen Komponenten 62 in axialer Richtung eine Isolierfolie 75, die an einer Endfläche des Kondensatormoduls 68 bereitgestellt ist, und ein Verdrahtungsmodul 76, das an einer anderen Endfläche bereitgestellt ist. In diesem Fall weist das Kondensatormodul 68 zwei Endflächen auf, die sich in axialer Richtung gegenüberliegen, d.h. eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche. Die erste Endfläche des Kondensatormoduls 68, die sich in der Nähe der Lagereinheit 20 befindet, liegt der Endfläche 72 des Gehäuses 64 gegenüber und überlappt die Endfläche 72 mit der dazwischenliegenden Isolierfolie 75. Darüber hinaus ist das Verdrahtungsmodul 76 an der zweiten Endfläche des Kondensatormoduls 68 nahe der Öffnung 65 angebracht.
Das Verdrahtungsmodul 76 besteht aus einem Hauptkörperteil 76a und einer Vielzahl von Sammel- bzw. Stromschienen 76b und 76c. Der Hauptkörperabschnitt 76a besteht aus einem Kunstharzmaterial und hat die Form einer kreisförmigen Platte. Die Vielzahl von Stromschienen 76b und 76c sind in das Innere des Hauptkörperteils 76a eingebettet. Die elektrische Verbindung mit den Halbleitermodulen 66 und dem Kondensatormodul 68 wird durch die Stromschienen 76b und 76c hergestellt.
Insbesondere enthält das Halbleitermodul 66 einen Verbindungsstift 66a, der sich von einer Endfläche in dessen axialer Richtung erstreckt. Der Verbindungsstift 66a ist mit der Stromschiene 76b an einer radial äußeren Seite des Hauptkörperteils 76a verbunden. Darüber hinaus erstreckt sich die Stromschiene 76c in Richtung einer dem Kondensatormodul 68 gegenüberliegenden Seite auf der radial äußeren Seite des Hauptkörperabschnitts 76a. Die Stromschiene 76c ist mit einem Verdrahtungselement 79 an einem Spitzenendabschnitt davon verbunden (siehe 2).
Wie oben beschrieben, ist die Isolierfolie 75 an der ersten Endfläche bereitgestellt, die in axialer Richtung des Kondensatormoduls 68 gegenüberliegt, und das Verdrahtungsmodul 76 ist an der zweiten Fläche des Kondensatormoduls 68 bereitgestellt. In dieser Konfiguration wird als Wärmeabgabepfad des Kondensatormoduls 68 ein Pfad von der ersten Endfläche und der zweiten Endfläche des Kondensatormoduls 68 zu der Endfläche 72 und dem zylindrischen Abschnitt 71 gebildet.
Das heißt, es wird ein Pfad von der ersten Endfläche zur Endfläche 72 und ein Pfad von der zweiten Endfläche zum zylindrischen Abschnitt 71 gebildet. Infolgedessen kann die Wärmeabgabe von den Endflächenabschnitten des Kondensatormoduls 68 mit Ausnahme der äußeren Umfangsfläche, auf der die Halbleitermodule 66 bereitgestellt sind, durchgeführt werden. Das heißt, die Wärmeabgabe kann nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in axialer Richtung erfolgen.
Darüber hinaus hat das Kondensatormodul 68 eine hohle kreiszylindrische Form. Die Drehwelle 11 ist in einem inneren Umfangsabschnitt davon mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen angeordnet. Daher kann die Wärme des Kondensatormoduls 68 auch aus dem hohlen Teil desselben abgegeben werden. In diesem Fall kann als Ergebnis eines Luftstroms, der durch die Drehung der Drehwelle 11 erzeugt wird, die Kühlwirkung verbessert werden.
Die runde, plattenförmige Steuerplatine 67 ist an dem Verdrahtungsmodul 76 befestigt. Die Steuerplatine 67 umfasst eine Leiterplatte (PCB), auf der eine vorbestimmte Verdrahtungsstruktur ausgebildet ist. Eine Steuerungsvorrichtung 77, die einer Steuereinheit entspricht, die aus verschiedenen Arten von integrierten Schaltungen (IC), Mikrocomputern und dergleichen besteht, ist auf der Platine montiert. Die Steuerplatine 67 ist mit einem Befestigungsmittel, z.B. einer Schraube, an dem Verdrahtungsmodul 76 befestigt. Die Steuerplatine 67 hat ein Einführungsloch 67a, durch das die Drehwelle 11 in einem mittleren Bereich eingeführt wird.
Hier hat das Verdrahtungsmodul 76 eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, die sich in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Dicke, gegenüberliegen. Die erste Fläche ist dem Kondensatormodul 68 zugewandt. Das Verdrahtungsmodul 76 ist auf seiner zweiten Fläche mit der Steuerplatine 67 versehen. Die Stromschiene 76c des Verdrahtungsmoduls 76 erstreckt sich von einer Seite zur anderen Seite der beiden Oberflächen der Steuerplatine 67. In dieser Konfiguration kann die Steuerplatine 67 mit einer Aussparung versehen sein, die eine Kollision mit der Stromschiene 76c verhindert. Beispielsweise kann ein Teil eines äußeren Randbereichs der Steuerplatine 67, der eine kreisförmige Form aufweist, eingekerbt sein.
Wie oben beschrieben, sind die elektrischen Komponenten 62 in dem vom Gehäuse 64 umgebenen Raum untergebracht, und das Gehäuse 30, der Rotor 40 und der Stator 50 sind schichtweise an der Außenseite des Gehäuses angeordnet. In dieser Konfiguration wird die Abschirmung von elektromagnetischem Rauschen, das in der Wechselrichterschaltung erzeugt wird, in geeigneter Weise durchgeführt.
Das heißt, dass in der Wechselrichterschaltung die Schaltsteuerung in jedem der Halbleitermodule 66 unter Verwendung einer Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) auf der Grundlage einer vorgegebenen Trägerfrequenz durchgeführt wird und elektromagnetisches Rauschen als Ergebnis der Schaltsteuerung erzeugt wird. Die Abschirmung dieses elektromagnetischen Rauschens kann jedoch in geeigneter Weise durch das Gehäuse 30, den Rotor 40, den Stator 50 und dergleichen an der in radialer Richtung äußeren Seite der elektrischen Komponenten 62 erfolgen.
Da zumindest ein Teil der Halbleitermodule 66 innerhalb des Bereichs angeordnet ist, der von dem Statorkern 52 umgeben ist, der an der radial äußeren Seite des zylindrischen Abschnitts 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist, wird die Statorwicklung 51 im Vergleich zu einer Konfiguration, in der die Halbleitermodule 66 und die Statorwicklung 51 ohne den Statorkern 52 dazwischen angeordnet sind, nicht so leicht beeinträchtigt, selbst wenn ein Magnetfluss von den Halbleitermodulen 66 erzeugt wird.
Darüber hinaus werden die Halbleitermodule 66 nicht so leicht beeinträchtigt, selbst wenn ein Magnetfluss von der Statorwicklung 51 erzeugt wird. Hier ist es noch effektiver, die gesamten Halbleitermodule 66 innerhalb des Bereichs anzuordnen, der von dem Statorkern 52 umgeben ist, der an der radial äußeren Seite des zylindrischen Abschnitts 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Wenn zumindest ein Teil der Halbleitermodule 66 von der Kühlwasserpassage 74 umgeben ist, kann außerdem ein Effekt erzielt werden, bei dem die von der Statorwicklung 51 und der Magneteinheit 42 erzeugte Wärme die Halbleitermodule 66 nicht leicht erreicht.
Ein Durchgangsloch 78, durch das das Verdrahtungselement 79 (siehe 2) eingeführt wird, ist in der Nähe der Endplatte 63 im zylindrischen Teil 71 ausgebildet. Das Verdrahtungselement 79 verbindet den Stator 50 auf der Außenseite des zylindrischen Abschnitts 71 und die elektrischen Komponenten 62 auf der Innenseite desselben elektrisch.
Wie in 2 gezeigt, ist das Verdrahtungselement 79 jeweils mit dem Endabschnitt der Statorwicklung 51 und der Stromschiene 76c des Verdrahtungsmoduls 76 durch Einpressen, Schweißen oder ähnliches verbunden. Das Verdrahtungselement 79 ist zum Beispiel eine Stromschiene. Eine Verbindungsfläche des Verdrahtungselements 79 ist vorzugsweise flach gequetscht. Das Durchgangsloch 78 kann an einer einzigen Stelle oder an mehreren Stellen bereitgestellt sein.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Durchgangslöcher 78 an zwei Stellen bereitgestellt. In dieser Konfiguration können die Wicklungsanschlüsse, die sich von den beiden Sätzen der dreiphasigen Wicklungen erstrecken, jeweils leicht durch das Verdrahtungselement 79 verbunden werden. Dies ist im Hinblick auf die Durchführung einer mehrphasigen Verbindung geeignet.
Wie oben beschrieben und in 4 dargestellt, sind im Inneren des Gehäuses 30 der Rotor 40 und der Stator 50 in der Reihenfolge von der radialen Außenseite aus angeordnet, und die Wechselrichtereinheit 60 ist an der radialen Innenseite des Stators 50 angeordnet. Wenn ein Radius der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 30 d ist, sind der Rotor 40 und der Stator 50 weiter zur radialen Außenseite hin angeordnet als es ein Abstand von d x 0,705 von einem Rotationszentrum des Rotors 40 ist.
In diesem Fall, wenn ein Bereich auf der radial inneren Seite von einer inneren Umfangsfläche des Stators 50 (d.h. einer inneren Umfangsfläche des Statorkerns 52), die sich auf der radial inneren Seite des Rotors 40 und des Stators 50 befindet, ein erster Bereich X1 ist und ein Bereich von der inneren Umfangsfläche des Stators 50 zum Gehäuse 30 in der radialen Richtung ein zweiter Bereich X2 ist, ist eine Fläche eines seitlichen Querschnitts des ersten Bereichs X1 größer als eine Fläche eines seitlichen Querschnitts des zweiten Bereichs X2.
Darüber hinaus ist das Volumen des ersten Bereichs X1 größer als das Volumen des zweiten Bereichs X2, was die Fläche betrifft, auf der sich die Magneteinheit 42 des Rotors 40 und die Statorwicklung 51 in radialer Richtung überlappen.
Wenn hier der Rotor 40 und der Stator 50 als eine Magnetkreisbaugruppe betrachtet werden, hat der erste Bereich XI, der sich auf der radial inneren Seite von einer inneren Umfangsfläche der Magnetkreisbaugruppe befindet, ein größeres Volumen als der zweite Bereich X2, der sich von der inneren Umfangsfläche der Magnetkreisbaugruppe zum Gehäuse 30 in radialer Richtung befindet, im Inneren des Gehäuses 30.
Im Folgenden werden die Konfigurationen des Rotors 40 und des Stators 50 näher beschrieben.
Als Konfiguration eines Stators in einer rotierenden elektrischen Maschine ist eine Konfiguration allgemein bekannt, bei der eine Vielzahl von Schlitzen in Umfangsrichtung in einem Statorkern bereitgestellt ist, der aus laminierten Stahlblechen besteht und eine kreisförmige Ringform aufweist, und eine Statorwicklung durch die Schlitze gewickelt ist. Insbesondere enthält der Statorkern eine Vielzahl von Zähnen, die sich von einem Joch in vorbestimmten Abständen in radialer Richtung erstrecken. Die Schlitze sind zwischen den Zähnen ausgebildet, die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegen. Darüber hinaus sind beispielsweise mehrere Lagen von Leitern in den Schlitzen in radialer Richtung untergebracht, und die Statorwicklung ist durch diese Leiter konfiguriert.
In der oben beschriebenen Statorstruktur kann jedoch während der Erregung der Statorwicklung eine magnetische Sättigung im Zahnbereich des Statorkerns in Verbindung mit einem Anstieg der magnetomotorischen Kraft in der Statorwicklung auftreten, und die Drehmomentdichte der rotierenden elektrischen Maschine wird als Folge davon begrenzt. Das heißt, im Statorkern tritt die magnetische Sättigung als Folge eines rotierenden Magnetflusses auf, der durch die Erregung der Statorwicklung erzeugt wird, die an den Zähnen konzentriert ist.
Darüber hinaus ist als Konfiguration eines Innen-Permanentmagnet-Rotors (IPM) einer rotierenden elektrischen Maschine allgemein eine Konfiguration bekannt, bei der ein Permanentmagnet auf einer d-Achse und ein Rotorkern auf einer q-Achse eines d-q-Koordinatensystems angeordnet ist. In solchen Fällen fließt durch die Erregung der Statorwicklung in der Nähe der d-Achse ein Erregungsmagnetfluss vom Stator zur q-Achse des Rotors als Folge der Flemingschen Regel. Außerdem wird davon ausgegangen, dass in einem q-Achsen-Kernteil des Rotors eine magnetische Sättigung über einen großen Bereich auftritt.
7 ist ein Drehmomentdiagramm, das die Beziehung zwischen Amperewindungen [AT] und Drehmomentdichte [Nm/L] darstellt. Die Amperewindungen geben die magnetomotorische Kraft in der Statorwicklung an. Die gestrichelte Linie zeigt die Merkmale einer typischen rotierenden elektrischen Maschine vom Typ IPM-Rotor. Wie in 7 gezeigt, tritt in der typischen rotierenden elektrischen Maschine infolge der erhöhten magnetomotorischen Kraft im Stator eine magnetische Sättigung an zwei Stellen auf, nämlich im Bereich der Zähne zwischen den Schlitzen und im Bereich des q-Achsenkerns, und der Anstieg des Drehmoments wird dadurch begrenzt. Auf diese Weise wird in der typischen rotierenden elektrischen Maschine ein Amperewicklungsauslegungswert durch A1 begrenzt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10 zur Beseitigung von Einschränkungen, die auf die magnetische Sättigung zurückzuführen sind, auch mit einer unten beschriebenen Konfiguration versehen. Das heißt, als erste Modifikation wird eine schlitzlose Struktur im Stator 50 verwendet, um die magnetische Sättigung zu beseitigen, die in den Zähnen des Statorkerns im Stator auftritt. Darüber hinaus wird ein Oberflächen-Permanentmagnet (SPM)-Rotor verwendet, um die magnetische Sättigung zu beseitigen, die in dem q-Achsen-Kernteil des IPM-Rotors auftritt.
Infolge der ersten Modifikation können die beiden oben beschriebenen Stellen, an denen eine magnetische Sättigung auftritt, eliminiert werden. Allerdings kann eine Verringerung des Drehmoments in einem Niedrigstrombereich in Betracht gezogen werden (siehe eine Einpunkt-Strich-Linie in 7). Daher wird als zweite Modifikation eine polare anisotrope Struktur verwendet, bei der der magnetische Magnetpfad erweitert und die Magnetkraft in der Magneteinheit 42 des Rotors 40 erhöht wird, um die Verringerung des Drehmoments durch die Verstärkung des Magnetflusses im SPM-Rotor auszugleichen.
Darüber hinaus wird als dritte Modifikation die Wiederherstellung des abnehmenden Drehmoments durch die Verwendung einer abgeflachten Leiterstruktur erreicht, bei der die Dicke des Leiters in radialer Richtung des Stators 50 im spulenseitigen Teil 53 der Statorwicklung 51 reduziert ist. Hier wird angenommen, dass größere Wirbelströme in der Statorwicklung 51, die der Magneteinheit 42 gegenüberliegt, als Ergebnis der oben beschriebenen polaren anisotropen Struktur, in der die Magnetkraft erhöht wird, erzeugt werden.
Als Ergebnis der dritten Modifikation kann jedoch die Erzeugung von Wirbelströmen in radialer Richtung in der Statorwicklung 51 aufgrund der abgeflachten Leiterstruktur, die in radialer Richtung dünn ist, unterdrückt werden. Auf diese Weise können als Ergebnis dieser ersten bis dritten Konfigurationen, selbst wenn eine signifikante Verbesserung der Drehmomenteigenschaften durch die Verwendung eines Magneten mit hoher Magnetkraft erwartet werden kann, wie durch eine durchgezogene Linie in 7 angedeutet, die Bedenken hinsichtlich der Erzeugung großer Wirbelströme, die als Ergebnis des Magneten mit hoher Magnetkraft auftreten können, ebenfalls verbessert werden.
Darüber hinaus wird als vierte Modifikation eine Magneteinheit, die eine Magnetflussdichteverteilung aufweist, die einer Sinuswelle nahekommt, durch die Verwendung der polaren anisotropen Struktur verwendet. Infolgedessen kann ein Sinuswellen-Anpassungsverhältnis durch die nachfolgend beschriebene Impulssteuerung oder Ähnliches verbessert und eine Drehmomenterhöhung erreicht werden. Da die Modifikationen des Magnetflusses im Vergleich zu denen eines Radialmagneten allmählicher verlaufen, können außerdem Wirbelstromverluste (Kupferverluste aufgrund von Wirbelströmen) weiter unterdrückt werden.
Das Sinuswellen-Anpassungsverhältnis wird im Folgenden beschrieben. Das Sinuswellen-Anpassungsverhältnis kann auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen einer tatsächlich gemessenen Wellenform einer Oberflächenmagnetflussdichteverteilung, die von einer Oberfläche eines Magneten gemessen wird, der von einer Magnetflusssonde oder dergleichen verfolgt wird, und einer Sinuswelle mit derselben Periode und demselben Spitzenwert bestimmt werden. Darüber hinaus entspricht das Verhältnis der Amplitude einer primären Wellenform, die eine Grundwelle der rotierenden elektrischen Maschine ist, im Verhältnis zur Amplitude der tatsächlich gemessenen Wellenform, d.h. einer Amplitude, die durch Addition einer weiteren harmonischen Komponente zur Grundwelle erhalten wird, dem Sinuswellen-Anpassungsverhältnis.
Wenn das Sinuswellen-Anpassungsverhältnis zunimmt, nähert sich die Wellenform der magnetischen Oberflächenflussdichteverteilung der Sinuswellenform an. Wenn außerdem ein primärer Sinusstrom von einem Wechselrichter an die rotierende elektrische Maschine geliefert wird, die einen Magneten mit einem verbesserten Sinuswellen-Anpassungsverhältnis enthält, kann aufgrund dessen und weil die Wellenform der magnetischen Oberflächenflussdichteverteilung des Magneten ebenfalls nahe an der Sinuswellenform liegt, ein großes Drehmoment erzeugt werden. In diesem Fall kann die Verteilung der Magnetflussdichte an der Oberfläche durch eine andere Methode als die tatsächliche Messung geschätzt werden, z.B. durch eine elektromagnetische Feldanalyse unter Verwendung der Maxwell-Gleichungen.
Als fünfte Modifikation weist die Statorwicklung 51 eine Drahtleiterkörperstruktur auf, in der eine Vielzahl von Drähten zusammengefasst und gebündelt sind. Dadurch, dass die Drähte parallelgeschaltet sind, kann ein großer Strom geliefert werden. Darüber hinaus kann die Erzeugung von Wirbelströmen, die in den Leitern entstehen, die sich aufgrund der abgeflachten Leiterstruktur in Umfangsrichtung des Stators 50 ausbreiten, wirksamer unterdrückt werden, als wenn die Leiter aufgrund der dritten Modifikation in radialer Richtung dünner gemacht werden, da eine Querschnittsfläche jedes Drahtes reduziert wird. Darüber hinaus können als Ergebnis einer Konfiguration, in der die Vielzahl von Drähten miteinander verdrillt sind, in Bezug auf die magnetomotorische Kraft von einem Leiterkörper Wirbelströme von einem Magnetfluss, der auf der Grundlage einer rechtsgängigen Schraubenregel in einer Stromleitungsrichtung erzeugt wird, aufgehoben werden.
Auf diese Weise kann als Ergebnis der vierten Modifikation und der fünften Modifikation, die weiter hinzugefügt werden, eine Drehmomenterhöhung erreicht werden, während ein Magnet gemäß der zweiten Modifikation, der eine hohe Magnetkraft hat, verwendet wird, und weiter, während der Wirbelstromverlust, der auf die hohe Magnetkraft zurückzuführen ist, unterdrückt wird.
Beschreibungen der oben beschriebenen schlitzlosen Struktur des Stators 50, der abgeflachten Leiterstruktur der Statorwicklung 51 und der polaren anisotropen Struktur der Magneteinheit 42 werden im Folgenden separat hinzugefügt. Hier wird zunächst die schlitzlose Struktur des Stators 50 und die abgeflachte Leiterstruktur der Statorwicklung 51 beschrieben.
8 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors 40 und des Stators 50. 9 ist eine Darstellung, die einen Teil des Rotors 40 und des Stators 50 aus 8 in vergrößerter Form zeigt. 10 ist eine Querschnittsansicht, die einen seitlichen Querschnitt des Stators 50 entlang der Linie X-X in 11 zeigt. 11 ist eine Querschnittsansicht, die einen vertikalen Querschnitt des Stators 50 zeigt. 12 ist außerdem eine perspektivische Ansicht der Statorwicklung 51. Hier ist in den 8 und 9 eine Magnetisierungsrichtung der Magnete in der Magneteinheit 42 durch einen Pfeil angedeutet.
Wie in den 8 bis 11 gezeigt, ist der Statorkern 52 derjenige, in den eine Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen in axialer Richtung laminiert ist. Der Statorkern 52 hat eine kreiszylindrische Form mit einer vorgegebenen Dicke in radialer Richtung. Die Statorwicklung 51 ist auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 montiert, die die Seite des Rotors 42 ist. Im Statorkern 52 dient die äußere Umfangsfläche auf der Seite des Rotors 40 als Leiteraufbauabschnitt (Leiterkörperbereich). Die äußere Umfangsfläche des Statorkerns 52 hat eine gekrümmte Oberflächenform, die im Wesentlichen keine Unebenheiten aufweist.
Mehrere Leitergruppen 81 sind auf der äußeren Umfangsfläche des Statorkerns 52 in vorgegebenen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Der Statorkern 52 fungiert als Rückjoch, das als Teil eines Magnetkreises zum Drehen des Rotors 40 dient. In diesem Fall ist kein Zahn (d.h. ein Kern) aus weichmagnetischem Material zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Leitergruppen 81 bereitgestellt (d.h. eine schlitzlose Struktur).
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Aufbau so, dass ein Harzmaterial eines Dichtungselements 57 in einen Spalt 56 zwischen den Leitergruppen 81 eintritt. Das heißt, in dem Stator 50 ist ein Zwischenleiterelement, das zwischen den Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung bereitgestellt ist, als das Dichtungselement 57 konfiguriert, das ein nichtmagnetisches Material ist. In Bezug auf einen Zustand vor der Abdichtung durch das Dichtungselement 57 sind die Leitergruppen 81 auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 in vorbestimmten Abständen in der Umfangsrichtung so angeordnet, dass sie jeweils durch den Spalt 56 getrennt sind, der ein Leiter-zu-Leiter-Bereich ist.
Dadurch wird der Stator 50 mit einer schlitzlosen Struktur aufgebaut. Mit anderen Worten besteht jede Leitergruppe 81 aus zwei Leitern 82, wie im Folgenden beschrieben. Nur ein nichtmagnetisches Material nimmt den Bereich zwischen zwei Leitergruppen 81 ein, die in Umfangsrichtung des Stators 50 nebeneinanderliegen. Das nichtmagnetische Material kann neben dem Dichtungselement 57 auch ein nichtmagnetisches Gas wie Luft, eine nichtmagnetische Flüssigkeit oder ähnliches sein. Im Folgenden wird das Dichtungselement 57 auch als Zwischenleiterelement bezeichnet.
Hier kann die Konfiguration, in der die Zähne zwischen den Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, bereitgestellt sind, als eine Konfiguration bezeichnet werden, in der als Ergebnis der Zähne, die eine vorbestimmte Dicke in der radialen Richtung und eine vorbestimmte Breite in der Umfangsrichtung haben, ein Teil des magnetischen Kreises, d.h. ein magnetischer Magnetpfad, zwischen den Leitergruppen 81 ausgebildet ist. In dieser Hinsicht kann die Konfiguration, in der die Zähne nicht zwischen den Leitergruppen 81 bereitgestellt sind, als eine Konfiguration bezeichnet werden, in der der oben beschriebene magnetische Kreis nicht ausgebildet ist.
Wie in 10 gezeigt, ist die Statorwicklung (d.h. die Ankerwicklung) 51 so ausgebildet, dass sie eine vorbestimmte Dicke T2 (im Folgenden auch als erste Dimension bezeichnet) und Breite W2 (im Folgenden auch als zweite Dimension bezeichnet) aufweist. Die Dicke T2 ist der kürzeste Abstand zwischen der äußeren Umfangsfläche und der inneren Umfangsfläche, die sich in radialer Richtung der Statorwicklung 51 gegenüberliegen. Die Breite W2 ist die Länge eines Teils der Statorwicklung 51 in Umfangsrichtung der Statorwicklung 51, der als eine der mehreren Phasen (im Beispiel drei Phasen: drei Phasen, die die U-Phase, V-Phase und W-Phase sind, oder drei Phasen, die die X-Phase, Y-Phase und Z-Phase sind) der Statorwicklung 51 fungiert.
Insbesondere in 10, wenn die beiden Leitergruppen 81, die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, als eine der drei Phasen, wie z.B. die U-Phase, fungieren, ist die Breite W2 von Ende zu Ende der beiden Leitergruppen 81 in Umfangsrichtung. Darüber hinaus ist die Dicke T2 geringer als die Breite W2.
Dabei ist die Dicke T2 vorzugsweise geringer als die Gesamtbreite der beiden Leitergruppen 81, die innerhalb der Breite W2 vorhanden sind. Wenn die Querschnittsform der Statorwicklung 51 (genauer gesagt der Leiter 82) perfekt kreisförmig, elliptisch oder polygonal ist, kann eine maximale Länge in radialer Richtung des Stators 50 auf dem Querschnitt W2 und eine maximale Länge in Umfangsrichtung des Stators 50 auf demselben Querschnitt W2 sein.
Wie in den 10 und 11 gezeigt, wird die Statorwicklung 51 durch das Dichtungselement 57 abgedichtet, das aus einem Kunstharzmaterial besteht, das als Dichtungsmaterial (Formmasse) dient. Das heißt, dass die Statorwicklung 51 zusammen mit dem Statorkern 52 durch das Formmaterial vergossen wird. Dabei kann das Harz ein nichtmagnetischer Körper oder ein Äquivalent eines nichtmagnetischen Körpers sein, bei dem Bs = 0 ist.
Bezogen auf den seitlichen Querschnitt in 10 wird das Dichtungselement 57 durch das Kunstharz gebildet, das den Bereich zwischen den Leitergruppen 81, d.h. die Lücken 56, ausfüllt. Durch das Dichtungselement 57 wird ein Isolationselement zwischen den Leitergruppen 81 eingefügt. Das heißt, das Dichtungselement 57 fungiert als Isolationselement in der Lücke 56. Das Dichtungselement 57 ist an der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 über einen Bereich bereitgestellt, der alle Leitergruppen 81 umfasst, d.h. über einen Bereich, in dem eine Dickenabmessung in radialer Richtung größer ist als die Dickenabmessung in radialer Richtung jeder Leitergruppe 81.
Darüber hinaus ist das Dichtelement 57 im vertikalen Querschnitt von 11 über einem Bereich bereitgestellt, der einen Wendeabschnitt 84 der Statorwicklung 51 umfasst. Das Dichtelement 57 ist an der radial inneren Seite der Statorwicklung 51 über einem Bereich bereitgestellt, der zumindest einen Teil einer in axialer Richtung gegenüberliegenden Endfläche des Statorkerns 52 umfasst. In diesem Fall ist die Statorwicklung 51 mit Ausnahme des Endabschnitts der Phasenwicklung jeder Phase, d.h. der Anschlussklemmen für die Wechselrichterschaltung, nahezu vollständig durch Harz abgedichtet.
Das Dichtungselement 57 ist über einen Bereich bereitgestellt, der die Endfläche des Statorkerns 52 einschließt. In dieser Konfiguration können die laminierten Stahlbleche des Statorkerns 52 durch das Dichtungselement 57 in axialer Richtung zur Innenseite gedrückt werden. Infolgedessen kann der Zustand der Lamellierung der Stahlbleche mit Hilfe des Dichtungselements 57 aufrechterhalten werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die innere Umfangsfläche des Statorkerns 52 nicht mit Harz abgedichtet. Stattdessen kann jedoch der gesamte Statorkern 52 einschließlich der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 52 mit Harz abgedichtet werden.
Wenn die rotierende elektrische Maschine 10 als Fahrzeugenergiequelle verwendet wird, besteht das Dichtungselement 57 vorzugsweise aus Fluorharz mit hoher Wärmebeständigkeit, Epoxidharz, Polyphenylensulfid (PPS)-Harz, Polyetheretherketon (PEEK)-Harz, Flüssigkristallpolymer (LCP)-Harz, Silikonharz, Polyamidimid (PAI)-Harz, Polyimid (PI)-Harz oder ähnlichem.
Wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung von Rissen, die durch Ausdehnungsunterschiede verursacht werden, betrachtet wird, wird das Dichtungselement 57 vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das das gleiche ist wie das einer äußeren Beschichtung der Leiter der Statorwicklung 51. Das heißt, ein Silikonharz, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient im Allgemeinen gleich oder größer ist als das Doppelte anderer Harze, wird vorzugsweise ausgeschlossen.
Für elektrische Produkte ohne Verbrennungsmotor, wie z.B. Elektrofahrzeuge, kommen auch Poly(p-phenylenoxid)-Harz (PPO) und Phenolharz mit einer Hitzebeständigkeit von etwa 180 °C sowie faserverstärktes Kunststoffharz (FRP) in Frage. In Bereichen, in denen davon ausgegangen werden kann, dass die Umgebungstemperatur der rotierenden elektrischen Maschine weniger als 100°C beträgt, sind die Materialien nicht auf die oben genannten beschränkt.
Das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 verläuft proportional zu der Größe des Magnetflusses. Wenn der Statorkern Zähne hat, ist die maximale Magnetflussmenge des Stators von der Sättigungsmagnetflussdichte an den Zähnen abhängig und durch diese begrenzt. Wenn der Statorkern jedoch keine Zähne hat, ist die maximale Magnetflussmenge des Stators nicht begrenzt. Daher ist die Konfiguration vorteilhaft im Hinblick auf die Erhöhung des Leitungsstroms zur Statorwicklung 51 und die Erhöhung des Drehmoments in der rotierenden elektrischen Maschine 10.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert sich die Induktivität im Stator 50 aufgrund der Struktur (schlitzlose Struktur), in der die Zähne eliminiert sind, die im Stator 50 verwendet wird. Während die Induktivität in einem Stator einer typischen rotierenden elektrischen Maschine, in der die Leiter in Nuten untergebracht sind, die durch eine Vielzahl von Zähnen unterteilt sind, beispielsweise etwa 1 mH beträgt, wird die Induktivität im Stator 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf etwa 5 µH bis 60 µH reduziert.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 10 mit Außenrotorstruktur eine mechanische Zeitkonstante Tm durch Verringerung der Induktivität im Stator 50 reduziert werden. Das heißt, dass eine Reduzierung der mechanischen Zeitkonstante Tm erreicht werden kann, während ein höheres Drehmoment erzielt wird. Wenn die Trägheit J, die Induktivität L, die Drehmomentkonstante Kt und die Konstante der gegenelektromotorischen Kraft Ke ist, wird die mechanische Zeitkonstante Tm mit dem folgenden Ausdruck berechnet. $Tm = (J \times L) / (Kt \times Ke)$
In diesem Fall kann bestätigt werden, dass die mechanische Zeitkonstante Tm infolge der Abnahme der Induktivität L abnimmt.
Die Leitergruppen 81 auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 sind so konfiguriert, dass eine Vielzahl von Leitern 82, deren Querschnitt eine abgeflachte rechteckige Form bildet, so angeordnet sind, dass sie in der radialen Richtung des Statorkerns 52 angeordnet sind. Der Leiter 82 ist so angeordnet, dass er so orientiert ist, dass in einem seitlichen Querschnitt die radiale Richtungsabmessung < die Umfangsrichtungsabmessung ist.
Infolgedessen wird in jeder Leitergruppe 81 eine geringe Dicke in radialer Richtung erreicht. Darüber hinaus wird nicht nur eine geringe Dicke in radialer Richtung erreicht, sondern auch ein Leiterkörperbereich, der sich planar zu einem Bereich erstreckt, in dem ursprünglich Zähne bereitgestellt waren, und es wird eine abgeflachte Leiterbereichsstruktur gebildet. Infolgedessen wird eine Zunahme der Wärmeerzeugungsmenge der Leiter, die aufgrund der durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche verursachten Probleme auftritt, dadurch unterdrückt, dass die Querschnittsfläche des Leiterkörpers durch Abflachung in Umfangsrichtung vergrößert wird.
Selbst wenn die Vielzahl von Leitern in Umfangsrichtung angeordnet und parallelgeschaltet sind, können hier trotz der Verringerung der Querschnittsfläche des Leiterkörpers, die der Leiterbeschichtung entspricht, Effekte erzielt werden, die auf denselben Überlegungen beruhen. Hier kann jede der Leitergruppen 81 und jeder der Leiter 82 im Folgenden auch als leitendes Element bezeichnet werden.
Da in der Statorwicklung 51 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Nuten bereitgestellt sind, kann die von der Statorwicklung 51 in einer einzigen Runde in Umfangsrichtung belegte Leiterkörperfläche größer ausgelegt werden als eine nicht belegte Leiterkörperfläche, in der die Statorwicklung 51 nicht vorhanden ist.
In einer konventionellen rotierenden elektrischen Maschine für ein Fahrzeug ist es eine Selbstverständlichkeit, dass die Leiterkörperfläche/unbelegte Leiterkörperfläche in einer einzigen Runde in Umfangsrichtung der Statorwicklung gleich oder kleiner als 1 ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Leitergruppen 81 so bereitgestellt, dass die Leiterkörperfläche gleich der nicht belegten Leiterkörperfläche ist oder die Leiterkörperfläche größer als die nicht belegte Leiterkörperfläche ist.
Wenn hier, wie in 10 gezeigt, ein Leiterbereich, in dem die Leiter 82 (d.h. ein linearer Abschnitt 83, der im Folgenden beschrieben wird) in der Umfangsrichtung angeordnet ist, WA ist und ein Zwischenleiterbereich zwischen benachbarten Leitern 82 WB ist, ist der Leiterbereich WA in der Umfangsrichtung größer als der Leiterbereich WB.
Bei der Leitergruppe 81 in der Statorwicklung 51 ist die Dicke in radialer Richtung der Leitergruppe 81 geringer als die Breite in Umfangsrichtung, die einer einzelnen Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols entspricht. Das heißt, die Leitergruppe 81 besteht aus zwei Lagen von Leitern 82 in radialer Richtung, und in Umfangsrichtung sind zwei Leitergruppen 81 für eine einzelne Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols bereitgestellt. In dieser Konfiguration wird eine Beziehung hergestellt, die durch Tc × 2 < Wc × 2 ausgedrückt wird, wobei Tc die Dickenabmessung in der radialen Richtung des Leiters 82 und Wc die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung des Leiters 82 ist.
In einer anderen Konfiguration kann die Leitergruppe 81 aus zwei Lagen von Leitern 82 bestehen, und eine einzige Leitergruppe 81 kann in Umfangsrichtung für eine einzige Phase innerhalb eines einzigen Magnetpols bereitgestellt werden. In dieser Konfiguration kann eine Beziehung hergestellt werden, die durch Tc × 2 < Wc ausgedrückt wird. Kurz gesagt, die Leiterabschnitte (Leitergruppen 81), die in vorbestimmten Abständen in der Umfangsrichtung in der Statorwicklung 51 angeordnet sind, sind solche, deren Dickenabmessung in der radialen Richtung geringer ist als die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung entsprechend einer einzelnen Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols.
Mit anderen Worten, jeder der Leiter 82 kann so beschaffen sein, dass das Dickenmaß Tc in radialer Richtung kleiner ist als das Breitenmaß Wc in Umfangsrichtung. Darüber hinaus kann die Dickenabmessung (2Tc) in der radialen Richtung der Leitergruppe 81, die aus zwei Schichten der Leiter 82 in der radialen Richtung besteht, d.h. die Dickenabmessung (2Tc) in der radialen Richtung der Leitergruppe 81, kleiner sein als die Breitenabmessung Wc in der Umfangsrichtung.
Das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 verläuft ungefähr umgekehrt proportional zur Dicke der Leitergruppe 81 in radialer Richtung des Statorkerns 52. In dieser Hinsicht ist die Konfiguration aufgrund der dünneren Dicke der Leitergruppe 81 auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 vorteilhaft, um eine Erhöhung des Drehmoments in der rotierenden elektrischen Maschine 10 zu erreichen. Ein Grund dafür ist, dass ein Abstand von der Magneteinheit 42 des Rotors 40 zum Statorkern 52 (d.h. ein Abstand eines Abschnitts, der kein Eisen enthält) reduziert werden kann und der magnetische Widerstand reduziert werden kann. Infolgedessen kann der Verkettungsfluss im Statorkern 52 durch den Permanentmagneten erhöht werden und das Drehmoment kann verbessert werden.
Darüber hinaus kann der Magnetfluss im Statorkern 52 leicht wiederhergestellt werden, selbst wenn der Magnetfluss aus der Leitergruppe 81 austritt, da die Dicke der Leitergruppe 81 dünner ist. Der Magnetfluss, der nach außen entweicht und nicht effektiv zur Verbesserung des Drehmoments genutzt wird, kann unterdrückt werden. Das heißt, die Verringerung der Magnetkraft als Folge des magnetischen Streuflusses kann unterdrückt werden. Der Verkettungsfluss im Statorkern 52 durch den Permanentmagneten kann erhöht werden, und das Drehmoment kann verbessert werden.
Der Leiter 82 besteht aus einem beschichteten Leiter, bei dem eine Oberfläche eines Leiterkörpers 82a mit einer Isolierschicht 82b überzogen ist. Die Isolierung ist zwischen den Leitern 82, die sich in radialer Richtung überlappen, und zwischen dem Leiter 82 und dem Statorkern 52 gewährleistet. Wenn der im Folgenden beschriebene Draht 86 ein selbstschmelzender beschichteter Draht ist, besteht die Isolationsbeschichtung 82b aus der Beschichtung des Drahtes 86. Alternativ kann die Isolierschicht 82b aus einem Isolierelement bestehen, das getrennt von der Beschichtung des Drahtes 86 aufgetragen wird.
Hier werden in jeder der Phasenwicklungen, die durch die Leiter 82 gebildet werden, die Isolationseigenschaften der Isolierschicht 82b beibehalten, mit Ausnahme eines freiliegenden Teils für den Anschluss. Der freiliegende Abschnitt ist beispielsweise ein Eingangs-/Ausgangsklemmenabschnitt oder ein Neutralpunktabschnitt, wenn eine Sternschaltung ausgebildet ist. In der Leitergruppe 81 werden die in radialer Richtung benachbarten Leiter 82 mit Hilfe von harzbefestigten oder selbstschmelzenden beschichteten Drähten aneinander befestigt. Dadurch werden Isolationsausfälle, Vibrationen und Geräusche, die durch das Reiben der Leiter 82 aneinander entstehen, unterdrückt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Leiterkörper 82a als ein Bündel aus einer Vielzahl von Drähten 86 konfiguriert. Insbesondere ist der Leiterkörper 82a, wie in 13 gezeigt, durch die Verdrillung der Vielzahl von Drähten 86 in eine geflochtene Form gebracht worden. Darüber hinaus ist der Draht 86, wie in 14 gezeigt, als ein Verbund konfiguriert, in dem dünne, faserige leitfähige Materialien 87 gebündelt sind.
Der Draht 86 kann beispielsweise ein Verbundwerkstoff aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) Fasern sein. Als CNT-Fasern können Fasern einschließlich borhaltiger Feinfasern verwendet werden, bei denen zumindest ein Teil des Kohlenstoffs durch Bor ersetzt ist. Als kohlenstoffhaltige Feinfasern können neben CNT-Fasern auch vapor-grown carbon fibers (VGCF) und dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch CNT-Fasern verwendet. In diesem Fall ist die Oberfläche des Drahtes 86 mit einer polymeren Isolierschicht wie z.B. Emaille überzogen. Darüber hinaus ist die Oberfläche des Drahtes 86 vorzugsweise mit einer so genannten Lackschicht bedeckt, die aus einer Polyimid- oder Amid-Imid-Beschichtung besteht.
Die Leiter 82 bilden die Windungen der n-Phasen in der Statorwicklung 51. Außerdem liegen die Drähte 86 des Leiters 82 (d.h. des Leiterkörpers 82a) in einem Kontaktzustand nebeneinander. Der Leiter 82 besteht aus einem Drahtbündel, in dem ein Wicklungsleiterkörper einen Abschnitt aufweist, der durch die Vielzahl von Drähten 86 ausgebildet ist, die an einer oder mehreren Stellen innerhalb einer Phase verdrillt sind, und ein Widerstandswert zwischen den verdrillten Drähten 86 ist größer als ein Widerstandswert des Drahtes 86 selbst.
Mit anderen Worten, wenn zwei benachbarte Drähte 86 einen ersten spezifischen elektrischen Widerstand in der Richtung haben, in der die Drähte 86 aneinandergrenzen, und jeder der Drähte 86 einen zweiten spezifischen elektrischen Widerstand in seiner Längsrichtung hat, ist der erste spezifische elektrische Widerstand größer als der zweite spezifische Widerstand. In diesem Fall kann der Leiter 82 ein Drahtbündel sein, das aus einer Vielzahl von Drähten 86 ausgebildet ist und in dem die Vielzahl von Drähten 86 von einem Isolationselement bedeckt sind, das einen sehr hohen ersten spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Darüber hinaus kann der Leiterkörper 82a des Leiters 82 durch die Vielzahl von miteinander verdrillten Drähten 86 gebildet sein.
In dem oben beschriebenen Leiterkörper 82a kann die Erzeugung von Wirbelströmen in den Drähten 86 unterdrückt und eine Verringerung der Wirbelströme in dem Leiterkörper 82a erreicht werden, weil die Vielzahl von Drähten 86 miteinander verdrillt sind. Darüber hinaus wird durch die Verdrillung der Drähte 86 in einem einzelnen Draht 86 ein Abschnitt erzeugt, in dem die Richtungen, in denen ein Magnetfeld angelegt wird, einander entgegengesetzt sind, und eine elektromotorische Gegenspannung wird aufgehoben. Daher kann eine Verringerung der Wirbelströme erreicht werden. Da der Draht 86 aus faserigen, leitfähigen Materialien 87 besteht, kann außerdem eine Ausdünnung und eine signifikante Erhöhung der Anzahl der Windungen erreicht werden.
Wirbelströme können in geeigneter Weise reduziert werden.
Ein Isolationsverfahren für die Drähte 86 ist hier nicht auf die oben beschriebene Polymer-Isolationsbeschichtung beschränkt, sondern kann ein Verfahren sein, bei dem der Stromfluss zwischen den verdrillten Drähten 86 durch einen Übergangswiderstand erschwert wird. Das heißt, wenn eine Beziehung so ist, dass der Widerstandswert zwischen den verdrillten Drähten 86 größer ist als der Widerstandswert des Drahtes 86 selbst, können die oben beschriebenen Effekte als Ergebnis einer Potentialdifferenz erzielt werden, die als Folge der Differenz der Widerstandswerte erzeugt wird.
Wenn beispielsweise eine Fertigungsanlage zur Herstellung des Drahtes 86 und eine Fertigungsanlage zur Herstellung des Stators 50 (Ankers) der rotierenden elektrischen Maschine 10 als getrennte, diskontinuierliche Anlagen verwendet werden, können die Drähte 86 aufgrund von Transportzeiten, Arbeitsintervallen und dergleichen oxidieren. Der Übergangswiderstand kann erhöht werden und ist daher vorteilhaft.
Wie oben beschrieben, hat der Leiter 82 einen Querschnitt, der eine abgeflachte rechteckige Form aufweist. Eine Vielzahl von Leitern 82 sind so angeordnet, dass sie in radialer Richtung aufgereiht sind. Beispielsweise erhält der Leiter 82 seine Form durch eine Vielzahl beschichteter Drähte 86, die selbstschmelzende beschichtete Drähte sind, die eine Schmelzschicht und eine Isolierschicht umfassen, die in einem verdrillten Zustand gebündelt sind und die Schmelzschichten miteinander verschmolzen sind.
Hier kann der Leiter 82 aus Drähten gebildet sein, die keine Schmelzschicht aufweisen, oder aus Drähten, die selbstschmelzend beschichtet sind und durch ein Kunstharz oder ähnliches im verdrillten Zustand in eine gewünschte Form gehärtet werden. Wenn die Dicke der Isolationsbeschichtung 82b des Leiters 82 beispielsweise 80 µm bis 100 µm beträgt und dicker ist als die Beschichtungsdicke (5 µm bis 40 µm) eines üblicherweise verwendeten Leiters, kann die Isolierung zwischen dem Leiter 82 und dem Statorkern 52 gewährleistet werden, ohne dass ein Isolierpapier oder ähnliches dazwischenliegt.
Darüber hinaus ist die Isolationsbeschichtung 82b vorzugsweise so konfiguriert, dass sie höhere Isolationseigenschaften aufweist als die Isolationsschicht des Drahtes 86 und in der Lage ist, zwischen den Phasen zu isolieren. Wenn beispielsweise die Dicke der Polymer-Isolierschicht des Drahts 86 etwa 5 µm beträgt, ist die Dicke der Isolierschicht 82b des Leiters 82 vorzugsweise etwa 80 µm bis 100 µm und in der Lage, in geeigneter Weise zwischen Phasen zu isolieren.
Außerdem kann der Leiter 82 so konfiguriert sein, dass die Vielzahl von Drähten 86 gebündelt ist, ohne verdrillt zu sein. Das heißt, der Leiter 82 kann eine beliebige Konfiguration aufweisen, bei der die Vielzahl von Drähten 86 über die gesamte Länge verdrillt sind, eine Konfiguration, bei der die Vielzahl von Drähten 86 in einem Teil der Gesamtlänge verdrillt sind, und eine Konfiguration, bei der die Vielzahl von Drähten 86 ohne Verdrillung über die Gesamtlänge gebündelt sind. Zusammengefasst ist der Leiter 82, der den Leiterabschnitt konfiguriert, ein Drahtbündel, in dem die Vielzahl von Drähten 86 gebündelt sind, und der Widerstandswert zwischen den gebündelten Drähten ist größer als der Widerstandswert des Drahtes 86 selbst.
Der Leiter 82 wird durch Biegen so ausgebildet, dass er in einem vorgegebenen Anordnungsmuster in Umfangsrichtung der Statorwicklung 51 angeordnet ist. Infolgedessen wird in der Statorwicklung 51 für jede Phase eine Phasenwicklung gebildet. Wie in 12 gezeigt, wird in der Statorwicklung 51 der Spulenseitenabschnitt 53 durch den linearen Abschnitt 83 des Leiters 82 gebildet, der sich linear in axialer Richtung erstreckt, und die Spulenenden 54 und 55 werden durch die Wendeabschnitte 84 gebildet, die in axialer Richtung weiter zu beiden Außenseiten hin vorstehen als der Spulenseitenabschnitt 53.
Infolge der abwechselnden Wiederholung des linearen Abschnitts 83 und des Wendeabschnitts 84 sind die Leiter 82 als eine Reihe von Leitern in einem wellenförmigen Zustand konfiguriert. Der lineare Abschnitt 83 ist in einer Position angeordnet, die der Magneteinheit 42 in radialer Richtung gegenüberliegt. Die gleichphasigen linearen Abschnitte 83, die mit einem vorbestimmten Abstand zueinander an Positionen auf der Außenseite in axialer Richtung der Magneteinheit 42 angeordnet sind, sind durch den Wendeabschnitt 84 miteinander verbunden. Dabei entspricht der lineare Abschnitt 83 einem „Magnetgegenabschnitt“.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Statorwicklung 51 durch verteilte Wicklung in eine kreisförmige Ringform gebracht. In diesem Fall sind im Spulenseitenabschnitt 53 die linearen Abschnitte 83 in Umfangsrichtung in einem Abstand angeordnet, der einem einzelnen Polpaar der Magneteinheit 42 für jede Phase entspricht. An den Spulenenden 54 und 55 sind die linearen Abschnitte 83 jeder Phase durch den Wendeabschnitt 84, der im Wesentlichen V-förmig ausgebildet ist, miteinander verbunden.
In den linearen Abschnitten 83, die ein Paar entsprechend einem einzelnen Polpaar bilden, sind die jeweiligen Stromrichtungen einander entgegengesetzt. Darüber hinaus unterscheidet sich zwischen einem Spulenende 54 und dem anderen Spulenende 55 eine Kombination des Paars linearer Abschnitte 83, die durch den Wendeabschnitt 84 verbunden sind. Dadurch, dass sich die Verbindungen an den Spulenenden 54 und 55 in Umfangsrichtung wiederholen, wird die Statorwicklung 51 zu einer annähernd kreiszylindrischen Form ausgebildet.
Genauer gesagt handelt es sich bei der Statorwicklung 51 um eine solche, bei der die Wicklung jeder Phase mit zwei Leiterpaaren 82 für jede Phase konfiguriert ist, und eine dreiphasige Wicklung (U-Phase, V-Phase und W-Phase) und die andere dreiphasige Wicklung (X-Phase, Y-Phase und Z-Phase) der Statorwicklung 51 sind in zwei Schichten bereitgestellt, die sich auf der Innenseite und der radial äußeren Seite befinden. Wenn in diesem Fall die Anzahl der Phasen der Statorwicklung 51 S beträgt (6 im Beispiel) und die Anzahl der Leiter 82 pro Phase m ist, werden 2 × S × m = 2Sm Leiter 82 für jedes Polpaar gebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Phasen S sechs und die Anzahl m vier, und die rotierende elektrische Maschine hat acht Polpaare (16 Pole). Daher sind 6 × 4 × 8 = 192 Leiter 82 in der Umfangsrichtung des Statorkerns 52 angeordnet.
In der in 12 gezeigten Statorwicklung 51 sind in dem Spulenseitenabschnitt 53 die linearen Abschnitte 83 so angeordnet, dass sie sich in zwei in radialer Richtung benachbarten Lagen überlappen, und in den Spulenenden 54 und 55 erstrecken sich die Wendeabschnitte 84 in Umfangsrichtung von den linearen Abschnitten 83, die sich in radialer Richtung überlappen, in Richtungen, die einander in Umfangsrichtung entgegengesetzt sind. Das heißt, in den Leitern 82, die in radialer Richtung nebeneinanderliegen, sind die Richtungen der Wendeabschnitte 84 einander entgegengesetzt, mit Ausnahme der Endabschnitte der Statorwicklung 51.
Hier wird eine Wicklungsstruktur der Leiter 82 in der Statorwicklung 51 im Detail beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Leitern 82, die durch Wellenwicklung gebildet werden, so bereitgestellt, dass sie sich in einer Vielzahl von Schichten (z.B. zwei Schichten) überlappen, die in radialer Richtung benachbart sind. 15 veranschaulicht, anhand (a) und (b), Darstellungen eines Aspekts der Leiter 82 in einer n-ten Schicht.
15 zeigt, in (a), die Form der Leiter 82 von einer Seite der Statorwicklung 51 betrachtet. 15 zeigt, in (b), die Form der Leiter 82 von einer axialen Seite der Statorwicklung 51 betrachtet. In 15 anhand (a) und (b) sind die Positionen, in denen die Leitergruppen 81 angeordnet sind, jeweils D1, D2, D3,... Außerdem sind zur Vereinfachung der Beschreibung nur drei Leiter 82 dargestellt. Bei den drei Leitern 82 handelt es sich um einen ersten Leiter 82_A, einen zweiten Leiter 82_B und einen dritten Leiter 82_C.
In den Leitern 82_A bis 82_C sind die linearen Abschnitte 83 alle an Positionen in der n-ten Schicht angeordnet, d.h. an einer gleichen Position in radialer Richtung. Die linearen Abschnitte 83, die in Umfangsrichtung durch sechs Positionen (entsprechend 3 × m Paaren) voneinander getrennt sind, sind durch den Wendeabschnitt 84 miteinander verbunden. Mit anderen Worten, in den Leitern 82_A bis 82_C sind zwei der beiden Enden von sieben linearen Abschnitten 83, die in Umfangsrichtung der Statorwicklung 51 auf demselben Kreis, dessen Mittelpunkt ein axialer Mittelpunkt des Rotors 40 ist, nebeneinander angeordnet sind, durch einen einzigen Wendeabschnitt 84 miteinander verbunden. Beispielsweise sind im ersten Leiter 82_A zwei lineare Abschnitte 83 in D1 beziehungsweise D7 angeordnet, und die beiden linearen Abschnitte 83 sind durch den Wendeabschnitt 84, der eine umgekehrte V-Form aufweist, miteinander verbunden.
Darüber hinaus sind die anderen Leiter 82_B und 82_C jeweils so angeordnet, dass die Positionen in Umfangsrichtung um jeweils eine Position in derselben n-ten Schicht verschoben sind. Da in diesem Fall die Leiter 82_A bis 82_C alle in derselben Schicht angeordnet sind, können die sich gegenseitig störenden Wendeabschnitte 84 berücksichtigt werden. Daher wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in den Wendeabschnitten 84 der Leiter 82_A bis 82_C ein Interferenzverhinderungsabschnitt ausgebildet, in dem ein Teil jedes Wendeabschnitts 84 in radialer Richtung versetzt ist.
Im Einzelnen umfasst der Wendeabschnitt 84 jedes der Leiter 82_A bis 82_C einen schrägen Abschnitt 84a, einen Spitzenabschnitt 84b, einen schrägen Abschnitt 84c und einen Rücklaufabschnitt 84d.
Der schräge Abschnitt 84a ist ein Abschnitt, der sich in Umfangsrichtung auf demselben Kreis (erster Kreis) erstreckt. Der Spitzenabschnitt 84b ist vom abgeschrägten Abschnitt 84a weiter in Richtung der radial inneren Seite (Oberseite in 15, anhand (b)) als der gleiche Kreis verschoben und erreicht einen anderen Kreis (zweiter Kreis). Der schräge Abschnitt 84c erstreckt sich in der Umfangsrichtung auf dem zweiten Kreis. Der Rücklaufabschnitt 84d kehrt vom ersten Kreis zum zweiten Kreis zurück.
Der Spitzenabschnitt 84b, der schräge Abschnitt 84c und der Rücklaufabschnitt 84d entsprechen dem Abschnitt zur Vermeidung von Störungen. Hier kann der schräge Abschnitt 84c so konfiguriert sein, dass er sich im Verhältnis zum schrägen Abschnitt 84a zur radial äußeren Seite hin verschiebt.
Mit anderen Worten, der Wendeabschnitt 84 jedes der Leiter 82_A bis 82_C hat den schrägen Abschnitt 84a auf der einen Seite und den schrägen Abschnitt 84c auf der anderen Seite der beiden Seiten, die den Spitzenabschnitt 84b, der eine Mittelposition in der Umfangsrichtung ist, einschließen. Die Positionen in radialer Richtung der schrägen Abschnitte 84a und 84c (Positionen in einer rückwärtigen Richtung auf dem Papier in 15, anhand (a), und Positionen in einer Auf-/Abwärtsrichtung in 15, anhand (b)) unterscheiden sich voneinander.
Zum Beispiel ist der Wendeabschnitt 84 des ersten Leiters 82_A so konfiguriert, dass er sich entlang der Umfangsrichtung mit einer D1-Position in der n-ten Schicht als Startposition erstreckt, sich am Spitzenabschnitt 84b, der die Mittelposition in der Umfangsrichtung ist, in die radiale Richtung (beispielsweise zur radial inneren Seite) dreht, anschließend wieder in die Umfangsrichtung drehen, wodurch sie sich wieder entlang der Umfangsrichtung erstrecken, und ferner wieder in die radiale Richtung (z.B. zur radial äußeren Seite hin) am Rücklaufabschnitt 84d drehen, wodurch sie eine D7-Position in der n-ten Schicht erreichen, die eine Endposition ist.
Infolge der oben beschriebenen Konfiguration sind in den Leitern 82_A bis 82_C die einen schrägen Abschnitte 84a von oben nach unten in der Reihenfolge vom ersten Leiter 82_A→, zweiten Leiter 82_B →und dritten Leiter 82_C angeordnet. Darüber hinaus ist die Reihenfolge von oben nach unten der Leiter 82_A bis 82_B an den Spitzenabschnitten 84b vertauscht, und die anderen schrägen Abschnitte 84c sind von oben nach unten in der Reihenfolge vom dritten Leiter 82_C →zweiten Leiter 82_B →ersten Leiter 82_A angeordnet. Daher können die Leiter 82_A bis 82_C in Umfangsrichtung angeordnet werden, ohne sich gegenseitig zu behindern.
Hier wird die Leitergruppe 81 durch die Vielzahl von Leitern 82 gebildet, die sich in radialer Richtung überlappen. In dieser Konfiguration können der Wendeabschnitt 84, der mit dem linearen Abschnitt 83 auf der radial inneren Seite verbunden ist, und der Wendeabschnitt 84, der mit dem linearen Abschnitt 83 auf der radial äußeren Seite verbunden ist, unter den linearen Abschnitten 83 einer Vielzahl von Schichten so angeordnet sein, dass sie in der radialen Richtung weiter voneinander getrennt sind als die linearen Abschnitte 84.
Wenn die Leiter 82 mehrerer Schichten an den Endabschnitten der Wendeabschnitte 84, d.h. in der Nähe der Grenzabschnitte zu den linearen Abschnitten 83, in radialer Richtung zur gleichen Seite hin gebogen sind, kann außerdem verhindert werden, dass die Isolierung aufgrund von Interferenzen zwischen den Leitern 82 benachbarter Schichten beeinträchtigt wird.
Zum Beispiel werden in D7 bis D9 in 15, anhand (a) und (b), die Leiter 82, die sich in radialer Richtung überlappen, jeweils am Rücklaufabschnitt 84d des Wendeabschnitts 84 in radialer Richtung gebogen. In diesem Fall kann, wie in 16 gezeigt, ein Krümmungsradius eines Wendeabschnitts zwischen dem Leiter 82 der n-ten Schicht und dem Leiter 82 der n+1-ten Schicht unterschiedlich sein. Insbesondere ist ein Krümmungsradius R1 des Leiters 82 auf der radial inneren Seite (n-te Schicht) kleiner als ein Krümmungsradius R2 des Leiters 82 auf der radial äußeren Seite (n+1-te Schicht).
Darüber hinaus kann ein Verschiebungsbetrag in radialer Richtung zwischen dem Leiter 82 der n-ten Schicht und dem Leiter 82 der n+1-ten Schicht unterschiedlich eingestellt werden. Insbesondere ist ein Verschiebungsbetrag S1 des Leiters 82 auf der radial inneren Seite (n-te Schicht) geringer als ein Verschiebungsbetrag S2 des Leiters 82 auf der radial äußeren Seite (n+1-te Schicht).
Infolge der oben beschriebenen Konfiguration kann eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den Leitern 82 in geeigneter Weise verhindert werden, selbst wenn die Leiter 82, die sich in radialer Richtung überlappen, in die gleiche Richtung gebogen sind. Infolgedessen können günstige Isolationseigenschaften erzielt werden.
Als nächstes wird der Aufbau der Magneteinheit 42 im Rotor 40 beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Magneteinheit 42 aus einem Permanentmagneten hergestellt. Ein Permanentmagnet, von dem eine remanente bzw. Restflussdichte Br = 1,0 [T] und intrinsische Koerzitivkraft Hcj = 400 [kA/m] oder größer angenommen wird. Kurz gesagt handelt es sich bei dem in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Dauermagneten um einen gesinterten Magneten, bei dem ein körniges magnetisches Material in einer Form gesintert und verfestigt wird. Die intrinsische Koerzitivkraft Hcj auf einer J-H-Kurve ist gleich oder größer als 400 [kA/m], und die Restflussdichte Br ist gleich oder größer als 1,0 [T].
Bei 5000 bis 10.000 [AT] infolge einer Zwischenphasenerregung, wenn ein Dauermagnet verwendet wird, bei dem die magnetische Länge eines einzelnen Polpaares, d.h. eines N-Pols und eines S-Pols, oder mit anderen Worten, die Länge des Weges, über den der Magnetfluss zwischen dem N-Pol und dem S-Pol fließt und der durch den Magneten verläuft, 25 [mm] beträgt, ist Hcj = 10.000 [A], was bedeutet, dass keine Entmagnetisierung auftritt.
Mit anderen Worten, die Magneteinheit 42 ist diejenige, bei der die Sättigungsmagnetflussdichte Js gleich oder größer als 1,2 [T] ist, die Korngröße gleich oder kleiner als 10 [µm] ist und bei einem Orientierungsverhältnis α Js × α gleich oder größer als 1,0 [T] ist.
Nachstehend wird eine ergänzende Beschreibung der Magneteinheit 42 gegeben. Die Magneteinheit 42 (Magnet) ist dadurch gekennzeichnet, dass 2,15 [T] ≥ Js ≥ 1,2 [T]. Mit anderen Worten, als Magnet, der in der Magneteinheit 42 verwendet wird, können NdFe11TiN, Nd2Fe14B, Sm2Fe17N3, ein FeNi-Magnet mit Kristallen vom L10-Typ und dergleichen verwendet werden.
Hier können Zusammensetzungen wie SmCo5 (Samarium-Kobalt), FePt, Dy2Fe14B und CoPt nicht verwendet werden. 2,15 [T] ≥ Js ≥ 1,2 [T] kann auch bei Magneten desselben Verbindungstyps erreicht werden, z.B. bei Dy2Fe14B und Nd2Fe14B, bei denen typischerweise Dysprosium, eine schwere Seltene Erde, verwendet wird, um die hohe Koerzitivkraft von Dy zu erreichen, während die hohen Js-Eigenschaften von Neodym nur geringfügig verloren gehen. Diese Magnete können auch in diesem Fall verwendet werden.
In solchen Fällen wird der Magnet z.B. als ([Nd1-xDyx]2Fe14B) bezeichnet. Darüber hinaus kann 2,15 [T] ≥ Js ≥ 1,2 [T] auch bei zwei oder mehr Arten von Magneten erreicht werden, die unterschiedliche Zusammensetzungen haben, z.B. bei Magneten, die aus zwei oder mehr Arten von Materialien bestehen, wie FeNi plus Sm2Fe17N3. 2,15 [T] ≥ Js ≥ 1,2 [T] kann z.B. auch in einem gemischten Magneten erreicht werden, bei dem die Koerzitivkraft durch eine kleine Menge Dy2Fe14B erhöht wird, dessen Js<1 [T] mit einem Nd2Fe14B-Magneten gemischt wird, dessen Js = 1,6 [T] ist und der einen Spielraum in Bezug auf Js hat.
Darüber hinaus werden in einer rotierenden elektrischen Maschine, die bei einer Temperatur arbeitet, die außerhalb des Bereichs menschlicher Aktivität liegt, wie z.B. 60°C oder höher, was die Temperaturen einer Wüste übersteigt, oder wie z.B. für die Verwendung in einem Fahrzeugmotor, bei dem sich die Temperatur im Fahrzeuginneren 80°C nähert, wenn man es im Sommer stehen lässt, vorzugsweise die Komponenten FeNi und Sm2Fe17N3 eingesetzt, deren Temperaturabhängigkeitskoeffizient besonders klein ist.
Ein Grund dafür ist, dass sich die Motoreigenschaften im Betrieb von einem Temperaturzustand nahe -40°C in Nordeuropa, der im Bereich menschlicher Aktivität liegt, bis zu den bereits erwähnten 60°C oder mehr, die die Temperaturen einer Wüste übersteigen, oder bis zu Hitzebeständigkeitstemperaturen von etwa 180°C bis 240°C einer Wicklungslackierung aufgrund des Koeffizienten der Temperaturabhängigkeit erheblich unterscheiden.
Daher wird eine optimale Steuerung und dergleichen mit demselben Motortreiber schwierig. Durch die Verwendung von FeNi mit L10-Kristallen oder Sm2Fe17N3 oder ähnlichem, wie oben beschrieben, weil diese Magnete einen Koeffizienten der Temperaturabhängigkeit haben, der gleich oder weniger als die Hälfte des Koeffizienten von Nd2Fe14B ist, kann die Belastung des Motortreibers in geeigneter Weise reduziert werden.
Darüber hinaus weist die Magneteinheit 42 die Eigenschaft auf, dass bei Verwendung der oben beschriebenen Magnetzusammensetzung die Größe der Teilchen in einem feinen Pulverzustand vor der Orientierung gleich oder kleiner als 10 µm und gleich oder größer als die Teilchengröße einer einzelnen magnetischen Domäne ist. In einem Magneten nimmt die Koerzitivkraft zu, wenn Teilchen eines Pulvers in der Größenordnung von einigen hundert nm mikronisiert werden. Daher wird in den letzten Jahren ein möglichst mikronisiertes Pulver verwendet.
Wenn das Pulver jedoch zu fein ist, nimmt das BH-Produkt des Magneten infolge von Oxidation und ähnlichem ab. Daher ist eine Partikelgröße, die gleich oder größer als die Partikelgröße der einzelnen Magnetdomäne ist, vorzuziehen. Es ist bekannt, dass die Koerzitivkraft infolge der Mikronisierung zunimmt, wenn die Teilchengröße die Größe der einzelnen Magnetdomäne erreicht. Hier bezieht sich die hier beschriebene Größe der Teilchengröße auf die Größe der Teilchengröße in einem feinen Pulverzustand in einem Orientierungsschritt in Bezug auf einen Herstellungsprozess eines Magneten.
Darüber hinaus ist jeder erste Magnet 91 und jeder zweite Magnet 92 der Magneteinheit 42 ein gesinterter Magnet, der durch sogenanntes Sintern ausgebildet ist, bei dem ein magnetisches Pulver bei einer hohen Temperatur gebacken und gehärtet wird. Dieses Sintern wird so durchgeführt, dass, wenn die Sättigungsmagnetisierung Js der Magneteinheit 42 gleich oder größer als 1,2 T ist, die Korngröße des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 gleich oder kleiner als 10 µm ist und das Orientierungsverhältnis α ist, eine Bedingung erfüllt ist, dass Js × α gleich oder größer als 1,0 T (Tesla) ist.
Darüber hinaus werden der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 jeweils gesintert, um die folgenden Bedingungen zu erfüllen. Darüber hinaus haben der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 als Ergebnis der Orientierung, die im Orientierungsschritt im Herstellungsprozess durchgeführt wird, im Gegensatz zu einer Definition einer Magnetkraftrichtung eines isotropen Magneten als Ergebnis eines Magnetisierungsschritts, ein hohes Orientierungsverhältnis. Ein hohes Orientierungsverhältnis wird so eingestellt, dass die Sättigungsmagnetisierung Js der Magneteinheit 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich oder größer als 1,2 T ist und das Orientierungsverhältnis α des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 Jr ≥ Js × α ≥ 1,0 [T] ist.
Hier ist zum Beispiel das Orientierungsverhältnis α, auf das hier Bezug genommen wird, in jedem des ersten Magneten 91 oder des zweiten Magneten 92 α = 5/6, wenn sechs leichte Achsen der Magnetisierung vorhanden sind und von den sechs leichten Achsen der Magnetisierung fünf in eine Richtung A10 orientiert sind, die eine gleiche Richtung ist, und die verbleibende in eine Richtung B10 orientiert ist, die in einem Winkel von 90 Grad in Bezug auf die Richtung A10 geneigt ist, und α = (5 + 0.707)/6, wenn die verbleibende in eine Richtung B10 orientiert ist, die um 45 Grad gegenüber der Richtung A10 geneigt ist, denn die Komponente der verbleibenden, die in Richtung A10 orientiert ist, ist cos45° = 0,707.
Im vorliegenden Beispiel werden der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 durch Sintern hergestellt. Wenn jedoch die oben beschriebenen Bedingungen erfüllt sind, können der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 durch andere Verfahren gebildet werden. Zum Beispiel kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein MQ3-Magnet oder ähnliches ausgebildet ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Länge des Magnetkreises im Inneren des Magneten im Vergleich zur Länge des Magnetkreises eines herkömmlichen Magneten mit linearer Orientierung, der eine Leistung von 1,0 [T] oder mehr erbringt, vergrößert werden, da ein Dauermagnet verwendet wird, bei dem die leichte Achse der Magnetisierung durch die Orientierung gesteuert wird. Das heißt, die Länge des Magnetkreises für ein einziges Polpaar kann unter Verwendung einer kleineren Menge von magnetischem Material erreicht werden.
Darüber hinaus kann im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der ein herkömmlicher Magnet mit linearer Orientierung verwendet wird, selbst dann, wenn der Magnet rauen Hochtemperaturbedingungen ausgesetzt ist, ein reversibler Entmagnetisierungsbereich beibehalten werden. Darüber hinaus haben die Offenleger der vorliegenden Anmeldung eine Konfiguration gefunden, bei der ähnliche Eigenschaften wie bei einem polaren anisotropen Magneten auch durch die Verwendung eines Magneten mit herkömmlicher Technologie erreicht werden können.
Die leichte Achse der Magnetisierung bezieht sich hier auf eine Kristallorientierung, bei der die Magnetisierung in einem Magneten erleichtert wird. Die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung in einem Magneten ist eine Richtung, deren Orientierungsverhältnis, das angibt, inwieweit die Richtungen der leichten Achsen der Magnetisierung übereinstimmen, gleich oder größer als 50 % ist, oder eine Richtung, die der Durchschnitt der Orientierungen des Magneten ist.
Wie in den 8 und 9 gezeigt, ist die Magneteinheit 42 kreisringförmig ausgebildet und an der Innenseite des Magnethalters 41 (insbesondere an der radial inneren Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 43) bereitgestellt. Die Magneteinheit 42 umfasst den ersten Magneten 91 und den zweiten Magneten 92, die jeweils ein polarer anisotroper Magnet sind und deren Polaritäten sich voneinander unterscheiden. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Der erste Magnet 91 ist ein Magnet, der den N-Pol in einem Bereich nahe der Statorwicklung 51 bildet. Der zweite Magnet 92 ist ein Magnet, der den S-Pol in einem Bereich nahe der Statorwicklung 51 bildet. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 sind Dauermagnete, z.B. aus einem Seltenerdmagneten wie einem Neodym-Magneten.
Wie in 9 gezeigt, erstreckt sich die Magnetisierungsrichtung in jedem der Magnete 91 und 92 in einer Kreisbogenform zwischen einer d-Achse (direkte Achse), die ein Magnetpolzentrum in einem bekannten d-q-Koordinatensystem ist, und einer q-Achse (Quadraturachse), die eine Magnetpolgrenze zwischen dem N-Pol und dem S-Pol ist (mit anderen Worten, die Magnetflussdichte ist 0 Tesla). In jedem der Magnete 91 und 92 ist die Magnetisierungsrichtung auf der d-Achsen-Seite die radiale Richtung der Magneteinheit 42, die eine kreisförmige Ringform hat. Auf der q-Achsen-Seite ist die Magnetisierungsrichtung der Magneteinheit 42, die die kreisringförmige Form hat, die Umfangsrichtung. Dies wird weiter unten im Detail beschrieben.
Wie in 9 gezeigt, umfasst jeder der Magnete 91 und 92 einen ersten Abschnitt 250 und zwei zweite Abschnitte 260, die auf beiden Seiten des ersten Abschnitts 250 in der Umfangsrichtung der Magneteinheit 42 angeordnet sind. Mit anderen Worten, der erste Abschnitt 250 liegt näher an der d-Achse als der zweite Abschnitt 260, und der zweite Abschnitt 260 liegt näher an der q-Achse als der erste Abschnitt 250.
Darüber hinaus ist die Magneteinheit 42 so konfiguriert, dass die Richtung einer leichten Achse der Magnetisierung 300 im ersten Abschnitt 250 paralleler zur d-Achse ist als die Richtung einer leichten Achse der Magnetisierung 310 im zweiten Abschnitt 260. Mit anderen Worten, die Magneteinheit 42 ist so konfiguriert, dass ein Winkel θ11, den die leichte Achse der Magnetisierung 300 in dem ersten Abschnitt 250 mit der d-Achse bildet, kleiner ist als ein Winkel θ12, den die leichte Achse der Magnetisierung 310 in dem zweiten Abschnitt 260 mit der q-Achse bildet.
Genauer gesagt ist der Winkel θ11 ein Winkel, der durch die d-Achse und die leichte Achse der Magnetisierung 300 ausgebildet ist, wenn eine Richtung vom Stator 50 (Anker) zur Magneteinheit 42 auf der d-Achse vorwärts ist. Der Winkel θ12 ist ein Winkel, der durch die q-Achse und die leichte Achse der Magnetisierung 310 ausgebildet ist, wenn eine Richtung vom Stator 50 (Anker) zur Magneteinheit 42 auf der q-Achse vorwärts gerichtet ist. Hier sind der Winkel θ11 und der Winkel θ12 beide gleich oder kleiner als 90° gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Die leichten Achsen der Magnetisierung 300 und 310 basieren jeweils auf der folgenden Definition. Wenn in den jeweiligen Abschnitten der Magnete 91 und 92 eine leichte Achse der Magnetisierung in eine Richtung A11 und eine andere leichte Achse der Magnetisierung in eine Richtung B11 orientiert ist, ist ein Absolutwert (|cosθ|) eines Kosinus eines Winkels θ, der durch die Richtung A11 und die Richtung B11 ausgebildet ist, die leichte Achse der Magnetisierung 300 oder die leichte Achse der Magnetisierung 310.
Das heißt, in jedem der Magnete 91 und 92 unterscheidet sich die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung zwischen der d-Achsen-Seite (der Teil, der näher an der d-Achse liegt) und der q-Achsen-Seite (der Teil, der näher an der q-Achse liegt). Auf der d-Achsen-Seite ist die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung eine Orientierung, die nahe an einer Richtung liegt, die parallel zur d-Achse verläuft. Auf der q-Achsen-Seite ist die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung eine Orientierung, die nahe an einer Richtung liegt, die orthogonal zur q-Achse ist.
Darüber hinaus kann ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad auf der Grundlage der Orientierungen der leichten Achsen der Magnetisierung gebildet werden. In diesem Fall kann bei jedem der Magnete 91 und 92 die leichte Achse der Magnetisierung auf der d-Achsen-Seite eine Orientierung haben, die parallel zur d-Achse verläuft, und die leichte Achse der Magnetisierung auf der q-Achsen-Seite kann eine Orientierung haben, die orthogonal zur q-Achse verläuft.
Darüber hinaus dienen bei den Magneten 91 und 92 von der Umfangsfläche jedes Magneten 91 und 92 eine statorseitige Außenfläche, die sich auf der Seite des Stators 50 befindet (untere Seite in 9), und eine Endfläche auf der q-Achsen-Seite in Umfangsrichtung als Magnetflusswirkflächen, die Einström-/Ausströmflächen für den Magnetfluss sind. Der magnetische Magnetpfad ist so ausgebildet, dass er diese Magnetflussflächen (die statorseitige Außenfläche und die Endfläche auf der q-Achse) verbindet.
In der Magneteinheit 42 fließt der Magnetfluss aufgrund der Magnete 91 und 92 zwischen benachbarten N- und S-Polen in Form eines Kreisbogens. Daher ist zum Beispiel der Magnetpfad länger als bei einem radial anisotropen Magneten. Daher ist die Verteilung der Magnetflussdichte, wie in 17 gezeigt, nahe an einer Sinuswelle. Infolgedessen kann der Magnetfluss im Gegensatz zur Verteilung der Magnetflussdichte des radial anisotropen Magneten, der als Vergleichsbeispiel in 18 gezeigt ist, in Richtung einer mittleren Seite des Magnetpols konzentriert werden. Das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann erhöht werden.
Darüber hinaus besteht ein Unterschied in der Verteilung der Magnetflussdichte zwischen der Magneteinheit 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und einem herkömmlichen Magneten, der eine Halbach-Anordnung bzw. -Array aufweist. In den 17 und 18 zeigt eine horizontale Achse den elektrischen Winkel und eine vertikale Achse die Magnetflussdichte an. Darüber hinaus zeigt in den 17 und 18 90° auf der horizontalen Achse die d-Achse (d.h. das Zentrum des Magnetpols) und 0° und 180° auf der horizontalen Achse die q-Achse an.
Das heißt, als Ergebnis der Magnete 91 und 92, die wie oben beschrieben konfiguriert sind, wird der Magnetfluss auf der d-Achse verstärkt und Änderungen des Magnetflusses in der Nähe der q-Achse werden unterdrückt. Infolgedessen können die Magnete 91 und 92, bei denen die Modifikationen des magnetischen Oberflächenflusses von der q-Achse zur d-Achse an jedem Magnetpol graduell sind, in geeigneter Weise implementiert werden.
Zum Beispiel kann das Sinuswellen-Anpassungsverhältnis der Magnetflussdichteverteilung einen Wert von 40 % oder mehr haben. Als Ergebnis kann im Vergleich zu einem Fall, in dem ein Magnet mit radialer Orientierung oder ein Magnet mit paralleler Orientierung verwendet wird, dessen Sinuswellen-Anpassungsverhältnis etwa 30 % beträgt, die Menge des Magnetflusses in einem Wellenform-Mittelabschnitt mit Sicherheit verbessert werden. Darüber hinaus kann, wenn das Sinuswellen-Anpassungsverhältnis gleich oder größer als 60 % ist, die Menge des Magnetflusses im Wellenform-Mittelabschnitt im Vergleich zu der einer Magnetflusskonzentrationsanordnung wie der Halbach-Anordnung zuverlässig verbessert werden.
In dem in 18 dargestellten radial anisotropen Magneten ändert sich die magnetische Dichte in der Nähe der q-Achse stark. Je stärker sich die Magnetflussdichte ändert, desto stärker werden die Wirbelströme, die in der Statorwicklung 51 erzeugt werden. Außerdem wird die Modifikation des Magnetflusses auf der Seite der Statorwicklung 51 ebenfalls stark. In dieser Hinsicht ist die Verteilung der Magnetflussdichte gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Wellenform des Magnetflusses, die einer Sinuswelle nahekommt. Daher ist die Modifikation der Magnetflussdichte in der Nähe der q-Achse kleiner als die Modifikation der Magnetflussdichte in dem radial anisotropen Magneten. Infolgedessen kann die Entstehung von Wirbelströmen unterdrückt werden.
In der Magneteinheit 42 wird der Magnetfluss in der Nähe der d-Achse jedes der Magnete 91 und 92 (d.h. in der Nähe der Magnetpolmitte) in einer Orientierung erzeugt, die orthogonal zur Magnetflusswirkfläche 280 auf der Seite des Stators 50 ist. Der Magnetfluss bildet eine kreisförmige Bogenform, die sich von der d-Achse wegbewegt, wenn sich der Magnetfluss von der Magnetflusswirkfläche 280 auf der Seite des Stators 50 wegbewegt.
Darüber hinaus wird der Magnetfluss stärker, wenn der Magnetfluss orthogonaler zur Magnetflusswirkungsfläche wird. In dieser Hinsicht wird in der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, weil die Leitergruppen 81 in der radialen Richtung dünner sind, wie oben beschrieben, die Mittelposition in der radialen Richtung der Leitergruppe 81 nahe der Magnetflusswirkungsfläche der Magneteinheit 42. Ein starker Magnetfluss kann in dem Stator 50 von dem Rotor 40 empfangen werden.
Darüber hinaus ist der Stator 50 mit dem kreiszylindrischen Statorkern 52 auf der radial inneren Seite der Statorwicklung 51 versehen, d.h. auf der Seite, die dem Rotor 40 mit der dazwischenliegenden Statorwicklung 51 gegenüberliegt. Daher wird der Magnetfluss, der sich von der Magnetflusswirkungsfläche jedes Magneten 91 und 92 erstreckt, zum Statorkern 52 gezogen und umkreist den Statorkern 52 unter Verwendung des Statorkerns 52 als einen Teil eines magnetischen Magnetpfades. In diesem Fall können die Orientierung und der Weg des Magnetflusses optimiert werden.
Als Herstellungsverfahren für die rotierende elektrische Maschine 10 werden im Folgenden Montageschritte für die in 5 dargestellte Lagereinheit 20, das Gehäuse 30, den Rotor 40, den Stator 50 und die Wechselrichtereinheit 60 beschrieben. Die Wechselrichtereinheit 60 umfasst dabei den Einheitsbasiskörper 61 und die elektrischen Komponenten 62, wie in 6 dargestellt. Es werden Arbeitsschritte beschrieben, die den Montageschritt für den Einheitsbasiskörper 61 und die elektrischen Komponenten 62 beinhalten. In der folgenden Beschreibung ist eine Baugruppe, die aus dem Stator 50 und der Wechselrichtereinheit 60 besteht, eine erste Einheit. Eine Baugruppe, die aus der Lagereinheit 20, dem Gehäuse 30 und dem Rotor 40 besteht, ist eine zweite Einheit.
Die vorliegenden Herstellungsschritte sind: ein erster Schritt der Montage der elektrischen Komponenten 62 auf der radialen Innenseite des Einheitsbasiskörpers 61; ein zweiter Schritt der Herstellung der ersten Einheit durch Montage des Einheitsbasiskörpers 61 auf der radialen Innenseite des Stators 50; ein dritter Schritt der Herstellung der zweiten Einheit durch Einsetzen des Befestigungsabschnitts 44 des Rotors 40 in die Lagereinheit 20, die mit dem Gehäuse 30 zusammengebaut ist; ein vierter Schritt der Montage der ersten Einheit auf der radialen Innenseite der zweiten Einheit; und ein fünfter Schritt der Fixierung des Gehäuses 30 und des Einheitsbasiskörpers 61 durch Befestigung. Die Reihenfolge der Ausführung dieser Schritte ist der erste Schritt, →der zweite Schritt, → der dritte Schritt, →der vierte Schritt →und der fünfte Schritt.
Infolge des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens werden nach dem Zusammenbau der Lagereinheit 20, des Gehäuses 30, des Rotors 40, des Stators 50 und der Wechselrichtereinheit 60 als eine Vielzahl von Baugruppen (Unterbaugruppen) diese Baugruppen zusammengebaut. Dadurch kann eine einfache Handhabung, die Durchführung von Inspektionen für jede Einheit und ähnliches realisiert werden. Der Aufbau einer logischen Montagelinie kann erreicht werden. Daher kann auch eine Mehrproduktproduktion leicht untergebracht werden.
Im ersten Schritt kann zumindest auf der radial inneren Seite des Einheitsbasiskörpers 61 und dem äußeren Teil in radialer Richtung des elektrischen Bauteils 62 ein guter Wärmeleiter, der eine gute Wärmeleitung bietet, durch Beschichten, Kleben oder Ähnliches aufgebracht werden, und in diesem Zustand kann das elektrische Bauteil 62 am Einheitsbasiskörper 61 befestigt werden. Infolgedessen kann die vom Halbleitermodul 66 erzeugte Wärme effizient an die Einheitsbasiskörper 61 übertragen werden.
Im dritten Schritt kann ein Einsetzvorgang des Rotors 40 durchgeführt werden, während ein koaxialer Zustand zwischen dem Gehäuse 30 und dem Rotor 40 aufrechterhalten wird. Insbesondere wird beispielsweise eine Vorrichtung verwendet, die die Position der äußeren Umfangsfläche des Rotors 40 (die äußere Umfangsfläche des Magnethalters 41) oder der inneren Umfangsfläche des Rotors 40 (innere Umfangsfläche der Magneteinheit 42) in Bezug auf die innere Umfangsfläche des Gehäuses 30 vorgibt, und das Gehäuse 30 und der Rotor 40 werden zusammengebaut, während entweder das Gehäuse 30 oder der Rotor 40 entlang der Vorrichtung verschoben wird. Dadurch können schwere Bauteile montiert werden, ohne dass eine unausgewogene Last auf die Lagereinheit 20 einwirkt. Die Zuverlässigkeit der Lagereinheit 20 wird verbessert.
Im vierten Schritt kann die Montage der ersten Einheit und der zweiten Einheit durchgeführt werden, während der koaxiale Zustand zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit beibehalten wird. Insbesondere wird zum Beispiel eine Vorrichtung verwendet, die die Position der inneren Umfangsfläche der Gerätebasis 61 in Bezug auf die innere Umfangsfläche des Befestigungsabschnitts 44 des Rotors 40 vorschreibt, und der Zusammenbau der Einheiten wird durchgeführt, während entweder die erste Einheit oder die zweite Einheit entlang der Vorrichtung gleitet. Da der Rotor (40) und der Stator (50) zusammengebaut werden können, während eine gegenseitige Beeinflussung an winzigen Spalten zwischen dem Rotor (40) und dem Stator (50) verhindert wird, können fehlerhafte Produkte, die auf den Zusammenbau zurückzuführen sind, wie z.B. eine Beschädigung der Statorwicklung (51) und ein Abplatzen der Permanentmagneten, vermieden werden.
Die Reihenfolge der oben beschriebenen Schritte kann auch der zweite Schritt →dritte Schritt →vierte Schritt →fünfte Schritt →erste Schritt sein. In diesem Fall werden die empfindlichen elektrischen Bauteile 62 zuletzt montiert. Die Belastung der elektrischen Bauteile 62 während des Zusammenbaus kann minimiert werden.
Als nächstes wird eine Konfiguration eines Steuersystems beschrieben, das die rotierende elektrische Maschine 10 steuert. 19 ist ein elektrischer Schaltplan des Steuerungssystems der rotierenden elektrischen Maschine 10. 20 ist eine funktionelle Blockdarstellung eines von der Steuerungsvorrichtung 110 durchgeführten Steuerprozesses.
In 19 sind zwei Sätze von Drei-Phasen-Wicklungen 51a und 51b als Statorwicklung 51 dargestellt. Die dreiphasige Wicklung 51a besteht aus der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung. Die dreiphasige Wicklung 51b besteht aus der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung. Für die dreiphasigen Wicklungen 51a und 51b sind jeweils ein erster Wechselrichter 101 und ein zweiter Wechselrichter 102 bereitgestellt, die Leistungswandlern entsprechen.
Die Wechselrichter 101 und 102 sind durch eine Vollbrückenschaltung konfiguriert, die die gleiche Anzahl von oberen und unteren Armen wie die Anzahl der Phasen der Phasenwicklung aufweist. Der Erregerstrom wird in jeder Phasenwicklung der Statorwicklung 51 durch Ein- und Ausschalten eines Schalters (Halbleiterschaltelement) eingestellt, der in jedem Arm bereitgestellt ist.
Eine Gleichstromenergieversorgung 103 und ein Glättungskondensator 104 sind parallel zu den Wechselrichtern 101 und 102 geschaltet. Die Gleichstromenergieversorgung 103 ist beispielsweise als Batterieverbund ausgeführt, bei dem mehrere Einzelbatterien in Reihe geschaltet sind. Dabei entspricht jeder Schalter der Wechselrichter 101 und 102 dem in 1 dargestellten Halbleitermodul 66 und dergleichen. Der Kondensator 104 entspricht dem in 1 dargestellten Kondensatormodul 68 und dergleichen.
Die Steuerungsvorrichtung 110 umfasst einen Mikrocomputer mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) und verschiedenen Speichern. Die Steuerungsvorrichtung 110 führt eine Erregungssteuerung durch Ein- und Ausschalten der Schalter in den Wechselrichtern 101 und 102 auf der Grundlage verschiedener Arten von Erfassungsinformationen der rotierenden elektrischen Maschine 10 und Anforderungen für den Leistungsantrieb und die Energieerzeugung durch. Die Steuerungsvorrichtung 110 entspricht der in 6 gezeigten Steuerungsvorrichtung 77.
Die Erfassungsinformationen der rotierenden elektrischen Maschine 10 umfassen beispielsweise einen Drehwinkel (elektrische Winkelinformationen) des Rotors 40, der von einem Winkeldetektor wie einem Resolver erfasst wird, eine Versorgungsspannung (Wechselrichter-Eingangsspannung), die von einem Spannungssensor erfasst wird, und einen Erregungsstrom jeder Phase, der von einem Stromsensor erfasst wird. Die Steuerungsvorrichtung 110 erzeugt Betriebssignale, um die Schalter der Wechselrichter 101 und 102 zu betätigen, und gibt die Betriebssignale aus. Hier ist die Anforderung zur Stromerzeugung beispielsweise eine Anforderung zum regenerativen Antrieb, wenn die rotierende elektrische Maschine 10 als Fahrzeugenergiequelle verwendet wird.
Der erste Wechselrichter 101 umfasst einen Reihenschaltungskörper mit einem oberen-Armschalter Sp und einem unterem-Armschalter Sn für jede der drei Phasen, die aus der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase bestehen. Ein hochpotentialseitiger Anschluss des oberen-Armschalters Sp jeder Phase ist mit einem positiven Elektrodenanschluss der Gleichstromversorgung 103 verbunden. Ein niederpotentialseitiger Anschluss des unteren-Armschalters Sn jeder Phase ist mit einem negativen Elektrodenanschluss (Erde) der Gleichstromversorgung 103 verbunden.
Jeweils ein Ende der U-Phasenwicklung, der V-Phasenwicklung und der W-Phasenwicklung ist mit einem Zwischenanschluss zwischen dem oberen Armschalter Sp und dem unteren Armschalter Sn jeder Phase verbunden. Diese Phasenwicklungen sind sternförmig angeschlossen (Y-Anschluss). Die anderen Enden der Phasenwicklungen sind an einem neutralen Punkt miteinander verbunden.
Der zweite Wechselrichter 102 hat eine ähnliche Konfiguration wie der erste Wechselrichter 101. Der zweite Wechselrichter 102 enthält einen Reihenschaltungskörper aus einem oberen Armschalter Sp und einem unteren Armschalter Sn für jede der drei Phasen, die aus der X-Phase, der Y-Phase und der Z-Phase bestehen. Ein hochpotentialseitiger Anschluss des Oberen-Armschalters Sp jeder Phase ist mit dem positiven Elektrodenanschluss der Gleichstromversorgung 103 verbunden. Ein niederpotentialseitiger Anschluss des unteren-Armschalters Sn jeder Phase ist mit dem negativen Elektrodenanschluss (Erde) der Gleichstromversorgung 103 verbunden.
Jeweils ein Ende der X-Phasenwicklung, der Y-Phasenwicklung und der Z-Phasenwicklung ist mit einem Zwischenanschluss zwischen dem oberen Armschalter Sp und dem unteren Armschalter Sn jeder Phase verbunden. Diese Phasenwicklungen sind sternförmig angeschlossen (Y-Anschluss). Die anderen Enden der Phasenwicklungen sind an einem neutralen Punkt miteinander verbunden.
20 zeigt ein Stromrückkopplungsverfahren zur Steuerung der Phasenströme der U-, V- und W-Phasen sowie ein Stromrückkopplungsverfahren zur Steuerung der Phasenströme der X-, Y- und Z-Phasen. Hier wird zunächst das Steuerungsverfahren auf der U-, V- und W-Phasenseite beschrieben.
In 20 stellt eine Stromsollwert-Einstelleinheit 111 einen Stromsollwert für die d-Achse und einen Stromsollwert für die q-Achse auf der Grundlage eines Drehmoment-Sollwerts für den Leistungsbetrieb oder eines Drehmoment-Sollwerts für die Leistungserzeugung der rotierenden elektrischen Maschine 10 und einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω ein, die durch Zeitdifferenzierung des elektrischen Winkels θ unter Verwendung eines Drehmoment-dq-Kennfeldes erhalten wird.
Hier ist die Stromsollwert-Einstelleinheit 111 bereitgestellt, um von der U-, V- und W-Phasenseite und der X-, Y- und Z-Phasenseite gemeinsam genutzt zu werden. Hier ist der Stromerzeugungs-Drehmoment-Sollwert zum Beispiel ein Regenerations-Drehmoment-Sollwert, wenn die rotierende elektrische Maschine 10 als Fahrzeugenergiequelle verwendet wird.
Eine dq-Wandlereinheit 112 wandelt einen Stromerkennungswert (drei Phasenströme) von einem Stromsensor, der für jede Phase bereitgestellt ist, in einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom um, die Komponenten eines orthogonalen zweidimensionalen Drehkoordinatensystems sind, in dem eine Feldrichtung (Richtung einer Achse eines Magnetfelds oder Feldrichtung) die d-Achse ist.
Eine d-Achsenstrom-Rückkopplungssteuereinheit 113 berechnet eine d-Achsen-Sollspannung als Stellgröße zur Durchführung einer Rückkopplungssteuerung des d-Achsenstroms auf den d-Achsenstrom-Sollwert. Darüber hinaus berechnet eine q-Achsenstrom-Rückkopplungssteuereinheit 114 eine q-Achsen-Sollspannung als Stellgröße zur Durchführung einer Rückkopplungssteuerung des q-Achsenstroms auf den q-Achsenstrom-Sollwert. In den Rückkopplungsregeleinheiten 113 und 114 werden die Sollspannungen mit Hilfe eines proportional-integralen (PI) Rückkopplungsverfahrens auf der Grundlage der Abweichung des d-Achsenstroms und des q-Achsenstroms von den aktuellen Sollwerten berechnet.
Eine Dreiphasen-Umwandlungseinheit 115 wandelt die d- und q-Achsen-Sollspannungen in U-, V- und W-Phasen-Sollspannungen um. Bei den oben beschriebenen Einheiten 111 bis 115 handelt es sich um eine Rückkopplungssteuerungseinheit, die eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung eines Grundwellenstroms auf der Grundlage der dq-Transformation durchführt. Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Anweisungsspannungen sind rückgekoppelte Steuerwerte.
Darüber hinaus erzeugt eine Betriebssignalerzeugungseinheit 116 ein Betriebssignal für den ersten Wechselrichter 101 auf der Grundlage der Anweisungsspannungen der drei Phasen unter Verwendung eines bekannten Dreieckswellen-Trägervergleichsverfahrens. Insbesondere erzeugt die Betriebssignalerzeugungseinheit 116 ein Schaltbetriebssignal (Duty-Signal) für den oberen und unteren Arm jeder Phase durch PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Größenvergleichs zwischen einem Signal, in dem die Anweisungsspannungen der drei Phasen durch die Versorgungsspannung standardisiert sind, und einem Trägersignal wie einem Dreieckswellensignal.
Darüber hinaus ist eine ähnliche Konfiguration auch auf der X-, Y- und Z-Phasenseite bereitgestellt. Eine dq-Wandlereinheit 122 wandelt einen Stromerfassungswert (drei Phasenströme) von einem Stromsensor, der für jede Phase bereitgestellt ist, in einen d-Achsenstrom und einen q-Achsenstrom um, die Komponenten eines orthogonalen zweidimensionalen Drehkoordinatensystems sind, in dem eine Feldrichtung die d-Achse ist.
Eine d-Achsen-Stromrückkopplungssteuereinheit 123 berechnet eine d-Achsen-Sollspannung und eine q-Achsen-Stromrückkopplungssteuereinheit 124 berechnet eine q-Achsen-Sollspannung. Eine Dreiphasen-Umwandlungseinheit 125 wandelt die d-Achsen- und q-Achsen-Anweisungsspannungen in X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Anweisungsspannungen um.
Darüber hinaus erzeugt eine Betriebssignalerzeugungseinheit 126 ein Betriebssignal für den zweiten Wechselrichter 102 auf der Grundlage der Steuerspannungen der drei Phasen. Insbesondere erzeugt die Betriebssignalerzeugungseinheit 126 ein Schaltbetriebssignal (Duty-Signal) für den oberen und unteren Arm jeder Phase durch PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Größenvergleichs zwischen einem Signal, in dem die Anweisungsspannungen der drei Phasen durch die Stromversorgungsspannung standardisiert sind, und einem Trägersignal wie einem Dreieckssignal.
Ein Treiber 117 schaltet die Schalter Sp und Sn jeder der drei Phasen in den Wechselrichtern 101 und 102 auf der Grundlage der in den Betriebssignalerzeugungseinheiten 116 und 126 erzeugten Schaltbetriebssignale ein/aus.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Drehmomentsteuerung beschrieben. Dieser Prozess wird beispielsweise hauptsächlich zur Erhöhung der Leistung und zur Verringerung der Verluste in der rotierenden elektrischen Maschine 10 unter Antriebsbedingungen verwendet, bei denen die Ausgangsspannungen der Wechselrichter 101 und 102 ansteigen, wie z.B. in einem Hochrotationsbereich und einem Hochleistungsbereich. Die Steuerungsvorrichtung 110 wählt auf der Grundlage der Antriebsbedingungen der rotierenden elektrischen Maschine 10 entweder das Verfahren der Drehmomentrückkopplungssteuerung oder das Verfahren der Stromrückkopplungssteuerung aus und führt das ausgewählte Verfahren aus.
21 zeigt das Verfahren der Drehmomentsteuerung, das den U-, V- und W-Phasen entspricht, und das Verfahren der Drehmomentsteuerung, das den X-, Y- und Z-Phasen entspricht. In 21 sind Konfigurationen, die mit denen in 20 identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen. Deren Beschreibungen entfallen. Hier wird zunächst der Steuervorgang auf der U-, V- und W-Phasenseite beschrieben.
Eine Spannungsamplitudenberechnungseinheit 127 berechnet eine Spannungsamplitudenanweisung, der ein Anweisungswert für eine Größe eines Spannungsvektors ist, basierend auf dem Leistungslaufdrehmomentanweisungswert oder dem Leistungserzeugungsdrehmomentanweisungswert für die rotierende elektrische Maschine 10 und der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, die durch Zeitdifferenzierung des elektrischen Winkels θ erhalten wird.
Eine Drehmoment-Schätzeinheit 128a berechnet einen Drehmoment-Schätzwert, der den U-, V- und W-Phasen entspricht, basierend auf dem d-Achsen-Strom und dem q-Achsen-Strom, die von der dq-Wandlereinheit 112 umgewandelt wurden. Hier kann die Drehmomentschätzeinheit 128a die Spannungsamplitudenanweisung auf der Grundlage von Kennfeldinformationen berechnen, in denen der d-Achsenstrom, der q-Achsenstrom und der Spannungsamplitudenanweisung zugeordnet sind.
Eine Drehmoment-Rückkopplungssteuereinheit 129a berechnet einen Spannungsphasen-Sollwert, der ein Sollwert für eine Phase des Spannungsvektors als Stellgröße zur Durchführung einer Rückkopplungssteuerung des Drehmoment-Schätzwerts auf den Drehmoment-Sollwert für den Leistungsbetrieb oder den Drehmoment-Sollwert für die Leistungserzeugung ist. In der Drehmomentsteuerungseinheit 129a wird der Spannungsphasen-Sollwert unter Verwendung des PI-Rückkopplungsverfahrens auf der Grundlage der Abweichung des Drehmoment-Schätzwerts von dem Drehmoment-Sollwert für den Leistungsbetrieb oder dem Drehmoment-Sollwert für die Stromerzeugung berechnet.
Eine Betriebssignalerzeugungseinheit 130a erzeugt das Betriebssignal des ersten Wechselrichters 101 basierend auf der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ. Insbesondere berechnet die Betriebssignalerzeugungseinheit 130a die Anweisungsspannungen der drei Phasen auf der Grundlage der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und des elektrischen Winkels θ und erzeugt das Schaltbetriebssignal für den oberen und den unteren Zweig jeder Phase durch PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Größenvergleichs zwischen einem Signal, in dem die berechneten Anweisungsspannungen der drei Phasen durch die Stromversorgungsspannung standardisiert sind, und einem Trägersignal wie einem Dreieckswellensignal.
Hier kann die Betriebssignalerzeugungseinheit 130a das Schaltbetriebssignal auf der Grundlage von Impulsmusterinformationen, bei denen es sich um Kennfeldinformationen handelt, in denen die Spannungsamplitudenanweisung, die Spannungsphasenanweisung, der elektrische Winkel θ und das Schaltbetriebssignal einander zugeordnet sind, der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ erzeugen.
Außerdem ist eine ähnliche Konfiguration auch auf der X-, Y- und Z-Phasenseite bereitgestellt. Eine Drehmoment-Schätzeinheit 128b berechnet einen Drehmoment-Schätzwert, der den X-, Y- und Z-Phasen entspricht, basierend auf dem d-Achsen-Strom und dem q-Achsen-Strom, der von der dq-Wandlereinheit 122 umgewandelt wird.
Eine Drehmomentsteuerungseinheit 129b berechnet einen Spannungs-Phasen-Sollwert als Stellgröße zur Durchführung einer Rückkopplungssteuerung des Drehmoment-Schätzwertes auf den Leistungsbetriebsdrehmoment-Sollwert oder den Leistungserzeugungsdrehmoment-Sollwert. In der Drehmomentsteuerungseinheit 129b wird der Spannungs-Phasen-Sollwert unter Verwendung des PI-Rückkopplungsverfahrens auf der Grundlage der Abweichung des Drehmoment-Schätzwerts von dem Drehmoment-Sollwert für den Leistungsbetrieb oder dem Drehmoment-Sollwert für die Leistungserzeugung berechnet.
Eine Betriebssignalerzeugungseinheit 130b erzeugt das Betriebssignal des zweiten Wechselrichters 102 basierend auf der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ. Insbesondere berechnet die Betriebssignalerzeugungseinheit 130b die Anweisungsspannungen der drei Phasen auf der Grundlage der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und des elektrischen Winkels θ und erzeugt das Schaltbetriebssignal für den oberen und den unteren Arm jeder Phase durch PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Größenvergleichs zwischen einem Signal, in dem die berechneten Anweisungsspannungen der drei Phasen durch die Stromversorgungsspannung standardisiert sind, und einem Trägersignal wie einem Dreieckswellensignal. Der Treiber 117 schaltet die Schalter Sp und Sn jeder der drei Phasen in den Wechselrichtern 101 und 102 auf der Grundlage der in den Betriebssignalerzeugungseinheiten 130a und 130b erzeugten Schaltbetriebssignale ein/aus.
Hier kann die Betriebssignalerzeugungseinheit 130b das Schaltbetriebssignal auf der Grundlage von Impulsmusterinformationen, bei denen es sich um Kennfeldinformationen handelt, in denen die Spannungsamplitudenanweisung, die Spannungsphasenanweisung, der elektrische Winkel θ und das Schaltbetriebssignal einander zugeordnet sind, der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ erzeugen.
Hier, in der rotierenden elektrischen Maschine 10, ist das Auftreten von elektrischer Korrosion in den Lagern 21 und 22 in Verbindung mit der Erzeugung von Axialstrom ein Problem. Wenn z.B. die Erregung der Statorwicklung 51 durch Schalten umgeschaltet wird, kommt es zu einer Verzerrung des Magnetflusses infolge einer winzigen Verschiebung des Schaltzeitpunkts (Schaltunwucht).
Elektrische Korrosion in den Lagern 21 und 22, die die Drehwelle 11 tragen, ist ein Problem. Die Verzerrung des Magnetflusses entsteht durch die Induktivität im Stator 50. Infolge der elektromotorischen Spannung in axialer Richtung, die durch die Verzerrung des Magnetflusses erzeugt wird, kommt es zu einem Ausfall der Isolierung in den Lagern 21 und 22, und die elektrische Korrosion schreitet voran.
In diesem Zusammenhang werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Maßnahmen als elektrische Korrosionsmaßnahmen ergriffen, die im Folgenden beschrieben werden. Eine erste elektrische Korrosionsmaßnahme ist eine elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme, die dadurch erreicht wird, dass die Induktivität in Verbindung mit dem Stator 50, der kernlos wird, und dem Magnetfluss der Magneteinheit 42, der geglättet wird, reduziert wird. Eine zweite elektrische Korrosionsmaßnahme ist eine elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme, die dadurch erreicht wird, dass die Drehwelle die freitragende Struktur als Ergebnis der Lager 21 und 22 hat. Eine dritte elektrische Korrosionsschutzmaßnahme ist eine elektrische Korrosionsschutzmaßnahme, die dadurch erreicht wird, dass die kreisringförmige Statorwicklung 51 zusammen mit dem Statorkern 52 aus einem Gussmaterial ausgebildet wird. Einzelheiten zu jeder dieser Maßnahmen werden im Folgenden separat beschrieben.
Erstens ist der Stator 50 bei der ersten elektrischen Korrosionsmaßnahme zwischen den Leitergruppen 81 in Umfangsrichtung zahnlos ausgebildet und zwischen den Leitergruppen 81 anstelle der Zähne (Kern) mit dem Dichtungselement 57 aus einem nichtmagnetischen Material versehen (siehe 10).
Dadurch kann die Induktivität im Stator 50 reduziert werden. Infolge der Verringerung der Induktivität im Stator 50 kann, selbst wenn während der Erregung der Statorwicklung 51 eine Verschiebung des Schaltzeitpunkts auftritt, das Auftreten von Magnetflussverzerrungen, die auf die Verschiebung des Schaltzeitpunkts zurückzuführen sind, unterdrückt werden, und darüber hinaus kann eine elektrische Korrosionsunterdrückung in den Lagern 21 und 22 durchgeführt werden. Dabei kann die Induktivität auf der d-Achse gleich oder kleiner als die Induktivität auf der q-Achse sein.
Darüber hinaus sind die Magnete 91 und 92 so orientiert, dass auf der d-Achsen-Seite die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung paralleler zur d-Achse verläuft, verglichen mit der q-Achsen-Seite (siehe 9). Infolgedessen wird der Magnetfluss auf der d-Achse verstärkt. Die Modifikationen des magnetischen Oberflächenflusses (Zunahme/Abnahme des Magnetflusses) von der q-Achse zur d-Achse an jedem Magnetpol werden allmählich. Daher werden plötzliche Spannungsänderungen, die auf ein Ungleichgewicht beim Schalten zurückzuführen sind, unterdrückt. Darüber hinaus wird eine Konfiguration erreicht, die zur Unterdrückung von elektrischer Korrosion beiträgt.
Bei der zweiten elektrischen Korrosionsmaßnahme in der rotierenden elektrischen Maschine 10 sind die Lager 21 und 22 so angeordnet, dass sie auf einer Seite in axialer Richtung in Bezug auf ein Zentrum in axialer Richtung des Rotors 40 konzentriert sind (siehe 2). Infolgedessen können im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der eine Vielzahl von Lagern auf beiden Seiten in der axialen Richtung mit einem Rotor dazwischen bereitgestellt sind, die Auswirkungen der elektrischen Korrosion reduziert werden.
Das heißt, der Rotor wird von der Vielzahl der Lager doppelt gestützt. In dieser Konfiguration bildet sich ein geschlossener Kreislauf, der durch den Rotor, den Stator und jedes der Lager (d.h. die Lager auf beiden Seiten in axialer Richtung, die den Rotor umschließen) verläuft, in Verbindung mit der Erzeugung eines hochfrequenten Magnetflusses. Die elektrische Korrosion der Lager als Folge des axialen Stroms wird zu einem Problem. Im Gegensatz dazu wird der Rotor 40 freitragend von der Vielzahl von Lagern 21 und 22 gestützt. In dieser Konfiguration wird der oben beschriebene geschlossene Kreislauf nicht gebildet. Elektrische Korrosion an den Lagern wird unterdrückt.
Darüber hinaus weist die rotierende elektrische Maschine 10 in Bezug auf die Konfiguration für die einseitige Anordnung der Lager 21 und 22 eine folgende Konfiguration auf. Im Magnethalter 41 ist der sich in axialer Richtung erstreckende, den Kontakt mit dem Stator 50 verhindernde Abschnitt in dem in radialer Richtung des Rotors 40 vorstehenden Zwischenabschnitt 45 bereitgestellt (siehe 2). In diesem Fall kann in Fällen, in denen ein geschlossener Kreislauf des axialen Stroms über den Magnethalter 41 ausgebildet ist, die Länge des geschlossenen Kreislaufs verlängert und sein Kreislaufwiderstand erhöht werden. Dadurch kann eine Unterdrückung der elektrischen Korrosion der Lager 21 und 22 erreicht werden.
Das Halteelement 23 der Lagereinheit 20 ist auf der einen Seite in axialer Richtung mit dem dazwischenliegenden Rotor 40 am Gehäuse befestigt. Darüber hinaus sind auf der anderen Seite das Gehäuse 30 und der Einheitsbasiskörper 61 (Statorhalter) miteinander gekoppelt (siehe 2). Aufgrund der vorliegenden Konfiguration kann die Konfiguration, in der die Lager 21 und 22 in axialer Richtung der Drehwelle 11 angeordnet sind, um auf einer Seite in axialer Richtung konzentriert zu sein, in geeigneter Weise realisiert werden.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Konfiguration der Einheitsbasiskörper 61 über das Gehäuse 30 mit der Drehwelle 11 verbunden. Daher kann der Einheitsbasiskörper 61 in einer Position, die elektrisch von der Drehwelle 11 getrennt ist, angeordnet werden. Wenn hier ein Isolationselement, wie z.B. ein Harz, zwischen dem Einheitsbasiskörper 61 und dem Gehäuse 30 eingefügt wird, wird eine Konfiguration erreicht, in der der Einheitsbasiskörper 61 und die Drehwelle 11 weiter elektrisch getrennt sind. Infolgedessen kann die elektrische Korrosion der Lager 21 und 22 in geeigneter Weise unterdrückt werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird durch die einseitige Anordnung der Lager 21 und 22 u.ä. die axiale Spannung, die auf die Lager 21 und 22 wirkt, reduziert. Darüber hinaus wird eine Potentialdifferenz zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50 reduziert. Daher kann auch dann, wenn in den Lagern 21 und 22 kein leitfähiges Fett verwendet wird, eine Verringerung der auf die Lager 21 und 22 wirkenden Potenzialdifferenz erreicht werden. Es wird angenommen, dass das leitfähige Fett Geräusche erzeugt, da es typischerweise feine Partikel aus Kohlenstoff und dergleichen enthält.
In diesem Zusammenhang wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein nichtleitendes Fett in den Lagern 21 und 22 verwendet. Daher kann ein Nachteil, bei dem Lärm in den Lagern 21 und 22 erzeugt wird, unterdrückt werden. Zum Beispiel werden bei der Anwendung in einem Elektrofahrzeug, wie einem Elektroauto, Maßnahmen gegen Lärm in der rotierenden elektrischen Maschine 10 als erforderlich angesehen. Diese Konfiguration kann als eine solche Maßnahme gegen Lärm geeignet verwendet werden.
Bei der dritten elektrischen Korrosionsmaßnahme wird dadurch, dass die Statorwicklung 51 zusammen mit dem Statorkern 52 aus einem Formstoff ausgebildet ist, eine Lageverschiebung der Statorwicklung 51 im Stator 50 unterdrückt (siehe 11).
Insbesondere kann in der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, weil ein Zwischenleiterelement (Zähne) nicht zwischen den Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung in der Statorwicklung 51 bereitgestellt ist, die Bedenken, dass eine Positionsverschiebung in der Statorwicklung 51 auftreten kann, in Betracht gezogen werden. Da die Statorwicklung 51 jedoch zusammen mit dem Statorkern 52 ausgebildet ist, wird eine Verschiebung der Leiterposition der Statorwicklung 51 unterdrückt. Daher kann eine Verzerrung des Magnetflusses infolge einer Positionsverschiebung der Statorwicklung 51 und das Auftreten von elektrischer Korrosion in den Lagern 21 und 22 unterdrückt werden.
In diesem Fall besteht der Einheitsbasiskörper 61, der als Gehäuseteil zur Befestigung des Statorkerns 51 dient, aus einem CFK. Daher wird z.B. im Vergleich zu einem Fall, in dem die Einheitsbasiskörper 61 aus Aluminium oder ähnlichem besteht, die elektrische Entladung zur Einheitsbasiskörper 61 unterdrückt, und darüber hinaus kann eine geeignete elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme erreicht werden.
Ferner, als elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme in den Lagern 21 und 22, kann zumindest der Außenring 52 oder der Innenring 26 aus einem keramischen Material hergestellt werden. Alternativ kann auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der eine Isolierhülse an der Außenseite des Außenrings 25 oder dergleichen bereitgestellt ist.
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Unterschieden zum ersten Ausführungsbeispiel liegt.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 im Rotor 40 verändert. Dies wird weiter unten im Detail beschrieben.
Wie in den 22 und 23 gezeigt, ist die Magneteinheit 42 mit einer Magnetanordnung konfiguriert, die als Halbach-Anordnung bzw. -Array bezeichnet wird. Das heißt, die Magneteinheit 42 umfasst einen ersten Magneten 131, dessen Magnetisierungsrichtung (Orientierung eines Magnetisierungsvektors) die radiale Richtung ist, und einen zweiten Magneten 132, dessen Magnetisierungsrichtung (Orientierung eines Magnetisierungsvektors) die Umfangsrichtung ist. Die ersten Magnete 131 sind in vorgegebenen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Die zweiten Magnete 132 sind in Positionen zwischen den ersten Magneten 131 angeordnet, die in Umfangsrichtung benachbart sind. Der erste Magnet 131 und der zweite Magnet 132 sind beispielsweise Permanentmagnete, die aus einem Seltenerdmagneten wie einem Neodym-Magneten bestehen.
Die ersten Magnete 131 sind so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung voneinander separiert sind, so dass die Pole auf der dem Stator 50 gegenüberliegenden Seite (innere Seite in radialer Richtung) abwechselnd der N-Pol und der S-Pol sind. Darüber hinaus sind die zweiten Magnete 132 so angeordnet, dass die Polaritäten in Umfangsrichtung abwechselnd neben jedem der ersten Magnete 131 liegen.
Der kreiszylindrische Teil 43, der bereitgestellt ist, um diese Magnete 131 und 132 zu umgeben, kann ein weichmagnetischer Körperkern sein, der aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist und als Rückkern fungiert. Auch hier, in der Magneteinheit 42 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, ist die Beziehung der einfachen Achsen der Magnetisierung in Bezug auf die d-Achse und die q-Achse im d-q-Koordinatensystem die gleiche wie die gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Außerdem ist an der radial äußeren Seite des ersten Magneten 131, d.h. an der Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 43 des Magnethalters 41, ein Magnetkörper 133 aus einem weichmagnetischen Material angeordnet. Der Magnetkörper 133 kann zum Beispiel aus einem elektromagnetischen Stahlblech, einem Weicheisen oder einem Staubkernmaterial hergestellt sein. In diesem Fall ist die Länge des Magnetkörpers 133 in Umfangsrichtung die gleiche wie die Länge des ersten Magneten 131 in Umfangsrichtung (insbesondere die Länge des äußeren Umfangsabschnitts des ersten Magneten 131 in Umfangsrichtung).
Darüber hinaus ist die Dicke in radialer Richtung eines integrierten Körpers in einem Zustand, in dem der erste Magnet 131 und der Magnetkörper 133 integriert sind, gleich der Dicke in radialer Richtung des zweiten Magneten 132. Mit anderen Worten, der erste Magnet 131 hat eine Dicke in radialer Richtung, die um einen Betrag, der dem Magnetkörper 133 entspricht, dünner ist als der zweite Magnet 132.
Die Magnete 131 und 132 und der Magnetkörper 133 sind durch einen Klebstoff oder ähnliches aneinander befestigt. Die radial äußere Seite des ersten Magneten 131 in der Magneteinheit 42 ist eine dem Stator 50 gegenüberliegende Seite. Der Magnetkörper 133 ist auf der dem Stator 50 gegenüberliegenden Seite (Gegenstatorseite) von beiden Seiten des ersten Magneten 131 in radialer Richtung bereitgestellt.
In dem äußeren Umfangsabschnitt des Magnetkörpers 133 ist eine Passfeder 134 ausgebildet, die als vorstehender Abschnitt dient, der in Richtung der radial äußeren Seite, d.h. der Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 43 des Magnethalters 41, vorsteht. Darüber hinaus ist auf der inneren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 eine Passfedernut 135 ausgebildet, die als ein Aussparungsabschnitt dient, die die Passfeder 134 des Magnetkörpers 133 aufnimmt. Die vorstehende Form der Passfeder 134 und die Nutform der Passfedernut 135 sind identisch. Entsprechend den Passfedern 134, die in den Magnetkörpern 133 ausgebildet sind, wird eine gleiche Anzahl von Passfedernuten 135 wie die Passfeder 134 ausgebildet.
Durch den Eingriff der Passfeder 134 und der Passfedernuten 135 wird eine Positionsverschiebung des ersten Magneten 131, des zweiten Magneten 132 und des Magnethalters 41 in Umfangsrichtung (Drehrichtung) unterdrückt. Dabei können der kreisförmige Zylinderabschnitt 43 des Magnethalters 41 und der Magnetkörper 133, in dem die Passfeder 134 und die Passfedernut 135 bereitgestellt sind, beliebig sein. Jedoch kann auf eine Weise gegenteilig zu der obigen Beschreibung die Passfedernut 135 im äußeren Umfangsabschnitt des Magnetkörpers 133 und die Passfeder 134 im inneren Umfangsabschnitt des kreiszylindrischen Abschnitts 43 des Magnethalters 41 bereitgestellt sein.
Hier kann in der Magneteinheit 42 durch die abwechselnde Anordnung der ersten Magnete 131 und der zweiten Magnete 132 die Magnetflussdichte an den ersten Magneten 131 erhöht werden. Daher kann es in der Magneteinheit 42 zu einer Konzentration des Magnetflusses auf einer Fläche gelangen. Eine Verstärkung des Magnetflusses auf der Seite, die dem Stator 50 näher ist, kann erreicht werden.
Dadurch, dass der Magnetkörper 133 auf der radial äußeren Seite des ersten Magneten 131, also auf der Gegenstatorseite, angeordnet ist, kann außerdem eine partielle magnetische Sättigung auf der radial äußeren Seite des ersten Magneten 131 unterdrückt werden.
Außerdem kann die Entmagnetisierung des ersten Magneten 131, die als Folge der magnetischen Sättigung auftritt, unterdrückt werden. Folglich kann die Magnetkraft der Magneteinheit 42 dadurch erhöht werden. Die Magneteinheit 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat sozusagen eine Konfiguration, bei der ein Teil des ersten Magneten 131, in dem leicht eine Entmagnetisierung auftritt, durch den Magnetkörper 133 ersetzt wird.
24 veranschaulicht, anhand (a) und (b), Darstellungen, die einen Fluss des Magnetflusses in der Magneteinheit 42 im Detail zeigen. 24 zeigt, anhand (a), einen Fall, in dem eine herkömmliche Konfiguration, in der der Magnetkörper 133 nicht in der Magneteinheit 42 bereitgestellt ist, verwendet wird. 24 zeigt, anhand (b), einen Fall, in dem die Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in der der Magnetkörper 133 in der Magneteinheit 42 bereitgestellt ist, verwendet wird.
Hier zeigt 24, anhand (a) und (b), den kreiszylindrischen Teil 43 und die Magneteinheit 42 des Magnethalters 41 in einem linear aufgelösten Zustand. Eine untere Seite der Zeichnungen ist die Statorseite und eine obere Seite ist die Gegenstatorseite.
In 24, anhand (a), sind die Magnetflusswirkungsfläche des ersten Magneten 131 und die Seitenfläche des zweiten Magneten 132 beide in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Teils 43. Darüber hinaus ist die Magnetflusswirkfläche des zweiten Magneten 132 in Kontakt mit der Seitenfläche des ersten Magneten 131.
In diesem Fall wird in dem kreiszylindrischen Abschnitt 43 ein zusammengesetzter Magnetfluss erzeugt. Der zusammengesetzte Magnetfluss besteht aus einem Magnetfluss F1, der durch einen außenseitigen Pfad des zweiten Magneten 132 verläuft und in die Kontaktfläche mit dem ersten Magneten 131 eintritt, und einem Magnetfluss, der ungefähr parallel zum kreiszylindrischen Abschnitt 43 verläuft und den Magnetfluss F2 des zweiten Magneten 132 anzieht. Daher ist die magnetische Sättigung, die teilweise in der Nähe der Kontaktfläche des ersten Magneten 131 und des zweiten Magneten 132 in dem kreiszylindrischen Abschnitt 43 auftritt, ein Problem.
In diesem Zusammenhang ist in 24, anhand (b), der Magnetkörper 133 zwischen der Magnetflusswirkfläche des ersten Magneten 131 und der inneren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 auf der dem Stator 50 des ersten Magneten 131 gegenüberliegenden Seite bereitgestellt. Daher wird der Durchgang des Magnetflusses durch den Magnetkörper 133 ermöglicht. Folglich kann die magnetische Sättigung in dem kreiszylindrischen Abschnitt 43 unterdrückt werden. Die Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung wird verbessert.
Darüber hinaus kann in 24, anhand (b), anders als in 24, anhand (a), der Magnetfluss F2, der die magnetische Sättigung fördert, eliminiert werden. Infolgedessen kann die Permeanz des gesamten Magnetkreises effektiv verbessert werden. Infolge einer solchen Konfiguration können die Eigenschaften des Magnetkreises auch unter rauen Hochtemperaturbedingungen beibehalten werden.
Außerdem ist der magnetische Magnetpfad, der durch das Innere des Magneten verläuft, im Vergleich zu einem radialen Magneten in einem herkömmlichen SPM-Rotor lang. Daher erhöht sich die Magnetpermeanz. Die Magnetkraft nimmt zu, und das Drehmoment kann erhöht werden. Da der Magnetfluss in der Mitte der d-Achse konzentriert ist, kann außerdem das Sinuswellen-Anpassungsverhältnis erhöht werden. Insbesondere, wenn eine Stromwellenform eine Sinuswelle oder eine Trapezwelle durch PWM-Steuerung oder eine 120-Grad-Energieschaltung mit integriertem Schaltkreis (IC) verwendet wird, kann das Drehmoment effektiver verbessert werden.
Hier, in Fällen, in denen der Statorkern 52 aus elektromagnetischen Stahlblechen hergestellt ist, kann die Dicke in der radialen Richtung des Statorkerns 52 1/2 der Dicke in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 oder größer als 1/2 sein. Zum Beispiel kann die Dicke in der radialen Richtung des Statorkerns 52 gleich oder größer als 1/2 der Dickenrichtung in der radialen Richtung des ersten Magneten 131 sein, der in einem Magnetpolzentrum der Magneteinheit 42 bereitgestellt ist.
Außerdem kann die Dicke in radialer Richtung des Statorkerns 52 geringer sein als die Dicke in radialer Richtung der Magneteinheit 42. In diesem Fall beträgt der Magnetfluss des Magneten etwa 1 [T] und die magnetische Sättigungsflussdichte des Statorkerns 52 ist 2 [T]. Daher kann als Ergebnis der Dicke in der radialen Richtung des Statorkerns 52, die gleich oder größer als 1/2 der Dickenrichtung in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 ist, ein magnetischer Streufluss in Richtung der inneren Umfangsseite des Statorkerns 52 verhindert werden.
Bei einem Magneten mit Halbach-Array oder polarer anisotroper Struktur hat der magnetische Magnetpfad eine pseudo-kreisbogenförmige Form. Daher kann der Magnetfluss im Verhältnis zur Dicke des Magneten, der den Magnetfluss in Umfangsrichtung abdeckt, erhöht werden.
In einer solchen Konfiguration wird davon ausgegangen, dass der Magnetfluss, der zum Statorkern 52 fließt, den Magnetfluss in Umfangsrichtung nicht überschreitet. Das heißt, wenn ein Metall auf Eisenbasis mit einer magnetischen Sättigungsflussdichte von 2 [T] in Bezug auf einen Magnetfluss von 1 [T] des Magneten verwendet wird, wenn die Dicke des Statorkerns 52 gleich oder größer als die Hälfte der Magnetdicke ist, kann eine rotierende elektrische Maschine, die kompakt und leicht ist, in geeigneter Weise ohne das Auftreten von magnetischer Sättigung bereitgestellt werden.
Da hier ein diamagnetisches Feld des Stators 50 auf den Magnetfluss des Magneten wirkt, wird der Magnetfluss des Magneten typischerweise gleich oder kleiner als 0,9 [T]. Wenn der Statorkern eine Dicke hat, die halb so groß ist wie die des Magneten, kann seine magnetische Permeabilität entsprechend hoch gehalten werden.
Nachfolgend werden Modifikationen beschrieben, bei denen Sektionen der oben beschriebenen Konfiguration geändert werden.
(Erste Modifikation)
Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die äußere Umfangsfläche des Statorkerns 52 eine gekrümmte Oberfläche, die im Wesentlichen keine Unebenheiten aufweist, und eine Vielzahl von Leitergruppen 81 sind in einer Anordnung in vorbestimmten Abständen auf der äußeren Umfangsfläche angeordnet. Diese Anordnung kann jedoch geändert werden. Zum Beispiel hat der Statorkern 52, wie in 25 gezeigt, ein kreisförmiges ringförmiges Joch 141 und einen vorstehenden Abschnitt 142.
Das Joch 141 ist auf der dem Rotor 40 gegenüberliegenden Seite (in der Zeichnung die untere Seite) auf beiden Seiten in radialer Richtung der Statorwicklung 51 bereitgestellt. Der vorstehende Abschnitt 142 erstreckt sich von dem Joch 141 so, dass er in Richtung eines Bereichs zwischen den linearen Abschnitten 83 vorsteht, die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegen.
Der vorstehende Abschnitt 142 ist in vorbestimmten Abständen an der radial äußeren Seite des Jochs 141, d.h. an der Seite des Rotors 40, bereitgestellt. Die Leitergruppen 81 der Statorwicklung 51 greifen in Umfangsrichtung in die vorstehenden Abschnitte 142 ein und sind in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet, wobei die vorstehenden Abschnitte 142 als Positionierungsabschnitte für die Leitergruppen 81 dienen. Hier entspricht der vorstehende Abschnitt 142 dem „Zwischenleiter“.
Der vorstehende Abschnitt 142 ist so konfiguriert, dass eine Dickenabmessung in der radialen Richtung vom Joch 141, oder mit anderen Worten, wie in 25 gezeigt, ein Abstand W von einer inneren Seitenfläche 320 des linearen Abschnitts 83, der an das Joch 141 angrenzt, zu einer Spitze des vorstehenden Abschnitts 142 in der radialen Richtung des Jochs 141 weniger als 1/2 einer Dickenabmessung (H1 in der Zeichnung) in der radialen Richtung des linearen Abschnitts 83, der an das Joch 141 in der radialen Richtung angrenzt, beträgt.
Mit anderen Worten, eine Fläche, die drei Viertel einer Abmessung (Dicke) T1 der Leitergruppe 81 (leitendes Element) in radialer Richtung der Statorwicklung 51 (Statorkern 52) beträgt (doppelte Dicke des Leiters 82, oder mit anderen Worten, ein Mindestabstand zwischen der Oberfläche 320 der Leitergruppe 81, die mit dem Statorkern 52 in Kontakt ist, und einer Oberfläche 330 der Leitergruppe 81, die dem Rotor 40 zugewandt ist), kann von einem nichtmagnetischen Element (Dichtungselement 57) eingenommen werden.
Infolge einer solchen Dickenbeschränkung des vorstehenden Abschnitts 142 fungieren die vorstehenden Abschnitte 142 nicht als Zähne zwischen den Leitergruppen 81 (d.h. den linearen Abschnitten 83), die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen, und die Bildung eines magnetischen Magnetpfads durch die Zähne findet nicht statt.
Die vorstehenden Abschnitte 142 müssen nicht zwischen allen in Umfangsrichtung angeordneten Leitergruppen 81 bereitgestellt sein. Der vorstehende Abschnitt 142 muss lediglich zwischen mindestens einem Satz von in Umfangsrichtung benachbarten Leitergruppen 81 bereitgestellt sein. Beispielsweise kann der vorstehende Abschnitt 142 in gleichen Abständen zwischen jeder vorbestimmten Anzahl von Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung bereitgestellt sein. Die Form des vorstehenden Abschnitts 142 kann eine beliebige Form haben, z.B. ein Rechteck oder einen Kreisbogen.
Darüber hinaus können die linearen Abschnitte 83 in einer einzigen Schicht auf der äußeren Umfangsfläche des Statorkerns 52 angeordnet sein. Daher ist im weitesten Sinne nur erforderlich, dass die Dickenabmessung in radialer Richtung des aus dem Joch 141 herausragenden Teils 142 weniger als die Hälfte der Dickenabmessung in radialer Richtung des linearen Teils 83 beträgt.
Wenn hier ein virtueller Kreis angenommen wird, dessen Mittelpunkt der axiale Mittelpunkt der Drehwelle 11 ist und der durch eine Mittelposition in der radialen Richtung des linearen Abschnitts 83 geht, der in der radialen Richtung an das Joch 141 angrenzt, kann der vorstehende Abschnitt 142 eine Form haben, die innerhalb des Bereichs des virtuellen Kreises aus dem Joch 141 herausragt, oder mit anderen Worten eine Form, die nicht weiter in Richtung der radial äußeren Seite (d.h. der Seite des Rotors 40) herausragt als der virtuelle Kreis.
Infolge der oben beschriebenen Konfiguration ist die Dickenabmessung in radialer Richtung des vorstehenden Abschnitts 142 begrenzt. Darüber hinaus fungiert der vorstehende Abschnitt 142 nicht als die Zähne zwischen den linearen Abschnitten 83, die in Umfangsrichtung aneinander angrenzen. Im Vergleich zu einem Fall, in dem die Zähne zwischen den linearen Abschnitten 83 bereitgestellt sind, können die linearen Abschnitte 83, die einander benachbart sind, daher näher zusammengebracht werden. Infolgedessen kann die Querschnittsfläche des Leiterkörpers 82a vergrößert werden. Die Wärmeentwicklung, die bei der Erregung der Statorwicklung 51 auftritt, kann reduziert werden.
In dieser Konfiguration kann eine Verringerung der magnetischen Sättigung erreicht werden, da die Zähne nicht vorhanden sind. Der Erregerstrom für die Statorwicklung 51 kann erhöht werden. In diesem Fall kann die Erhöhung der Wärmeerzeugung in Verbindung mit der Erhöhung des Erregerstroms in geeigneter Weise angegangen werden. Darüber hinaus enthält der Wendeabschnitt 84 in der Statorwicklung 51 einen Abschnitt zur Vermeidung von Interferenzen, der in radialer Richtung verschoben ist und Interferenzen mit einem anderen Wendeabschnitt 84 verhindert. Daher können unterschiedliche Wendeabschnitte 84 so angeordnet werden, dass sie in radialer Richtung voneinander getrennt sind. Infolgedessen kann eine Verbesserung der Wärmeabgabefähigkeit auch in den Wendeabschnitten 84 erreicht werden. Infolge der obigen Ausführungen kann die Wärmeabgabeleistung im Stator 50 optimiert werden.
Wenn das Joch 141 des Statorkerns 52 und die Magneteinheit 42 des Rotors 40 (d.h. die Magnete 91 und 92) durch einen vorbestimmten Abstand oder mehr separiert sind, ist die Dickenabmessung in radialer Richtung des vorstehenden Abschnitts 142 nicht an H1 in 25 gebunden. Insbesondere, wenn das Joch 141 und die Magneteinheit 42 um 2 mm oder mehr voneinander separiert sind, kann die Dickenabmessung in der radialen Richtung des vorstehenden Abschnitts 142 gleich oder größer als H1 in 25 sein.
Wenn beispielsweise die Dickenabmessung in radialer Richtung des linearen Abschnitts 83 mehr als 2 mm beträgt und die Leitergruppe 81 aus zwei Lagen von Leitern 82 auf der Innenseite und der radial äußeren Seite besteht, kann der vorstehende Abschnitt 142 in einem Bereich bis zu einer mittleren Position des linearen Abschnitts 83 bereitgestellt werden, der nicht an das Joch 141 angrenzt, d.h. der Leiter 82 in der zweiten Lage, vom Joch 141 betrachtet. Wenn in diesem Fall die Dickenabmessung in radialer Richtung des vorstehenden Abschnitts 142 bis zu H1 × 3 / 2 beträgt, kann infolge der Vergrößerung der Querschnittsfläche der Leiter der Leitergruppe 81 der oben beschriebene Effekt annähernd erreicht werden.
Darüber hinaus kann der Statorkern 52 wie in 26 dargestellt gestaltet sein. In 26 ist das Dichtungselement 57 weggelassen. Das Dichtungselement 57 kann jedoch bereitgestellt werden. In 26 sind die Magneteinheit 42 und der Statorkern 52 der Einfachheit halber in einem linear aufgelösten Zustand dargestellt.
In 26 enthält der Stator 50 den vorstehenden Abschnitt 142, der als Zwischenleiter zwischen den Leitern 82 (d.h. den linearen Abschnitten 83) dient, die in Umfangsrichtung benachbart sind. Der Stator 50 enthält einen Abschnitt 350, der, wenn die Statorwicklung 51 erregt ist, magnetisch mit einem der Magnetpole (dem N-Pol oder dem S-Pol) der Magneteinheit 42 zusammenwirkt und sich in der Umfangsrichtung des Stators 50 erstreckt.
Wenn eine Länge dieses Abschnitts 350 in der Umfangsrichtung des Stators 50 Wn ist, wenn eine Gesamtbreite (d.h. eine Gesamtabmessung in der Umfangsrichtung des Stators 50) der hervorstehenden Abschnitte 142, die in diesem Längenbereich Wn vorhanden sind, Wt ist, ist die Sättigungsmagnetflussdichte des hervorstehenden Abschnitts 142 Bs, die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung, die einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42 entspricht, ist Wm, und die Restmagnetflussdichte der Magneteinheit 42 ist Br, der vorstehende Abschnitt 142 ist aus einem magnetischen Material hergestellt, das eine Beziehung erfüllt, die durch ausgedrückt wird: $Wt \times Bs \leq Wm \times Br$
Dabei wird der Bereich Wn so eingestellt, dass er eine Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbarten Leitergruppen 81 umfasst, deren Erregungsperiode sich überschneidet. Zu diesem Zeitpunkt wird vorzugsweise eine Mitte des Spalts 56 der Leitergruppen 81 als Referenz (Grenze) für die Einstellung des Bereichs Wn festgelegt. Bei der in 26 beispielhaft gezeigten Konfiguration entsprechen beispielsweise die Leitergruppen 81 bis zu einer vierten in der Reihenfolge von der Leitergruppe 81, deren Abstand von der Magnetpolmitte des N-Pols in Umfangsrichtung am geringsten ist, der vorgenannten Vielzahl von Leitergruppen 81. Darüber hinaus wird der Bereich Wn so festgelegt, dass er die vier Leitergruppen 81 umfasst. Zu diesem Zeitpunkt sind die Enden des Bereichs Wn (Anfangs- und Endpunkt) die Mittelpunkte der Spalte 56.
Da in 26 jeweils eine Hälfte des vorstehenden Abschnitts 142 in den beiden Enden des Bereichs Wn enthalten ist, umfasst der Bereich Wn insgesamt vier vorstehende Abschnitte 142. Wenn also eine Breite des vorstehenden Abschnitts 142 (d.h. die Abmessung des vorstehenden Abschnitts 142 in der Umfangsrichtung des Stators 50, oder mit anderen Worten, der Abstand zwischen benachbarten Leitergruppen 81) A beträgt, ist die Gesamtbreite der vorstehenden Abschnitte 142, die in dem Bereich enthalten sind, Wt = 1/2A + A + A + A + 1/2A = 4A.
Konkret handelt es sich bei der dreiphasigen Wicklung der Statorwicklung 51 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um eine verteilte Wicklung. In der Statorwicklung 51, bezogen auf einen einzelnen Pol der Magneteinheit 42, ist die Anzahl der Vorsprünge 142, d.h. die Anzahl der Lücken 56, die die Bereiche zwischen den Leitergruppen 81 sind, die Anzahl der Phasen × Q. Hier bezieht sich Q auf die Anzahl der Leiter 82, die mit dem Statorkern 52 unter den Leitern 82 einer einzelnen Phase in Kontakt sind.
Wenn die Leitergruppe 81 diejenige ist, in der die Leiter 82 in radialer Richtung des Rotors 40 geschichtet sind, kann Q auch als die Anzahl der Leiter 82 auf der inneren Umfangsseite der Leitergruppen 81 einer einzelnen Phase betrachtet werden. In diesem Fall werden, wenn die dreiphasige Wicklung der Statorwicklung 51 in einer vorbestimmten Reihenfolge der Phasen erregt wird, die hervorstehenden Teile 14, die zwei Phasen entsprechen, innerhalb eines einzigen Pols erregt.
Wenn die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung des vorstehenden Abschnitts 142 (d.h. des Spalts 56) A ist, beträgt daher die Gesamtbreitenabmessung Wt in der Umfangsrichtung der vorstehenden Abschnitte 142, die durch die Erregung der Statorwicklung 51 innerhalb des Bereichs eines einzelnen Pols der Magneteinheit 42 erregt werden, Anzahl der erregten Phasen × Q × A = 2 × 2 × A.
Wenn die Gesamtbreite Wt auf diese Weise festgelegt ist, ist der hervorstehende Teil 142 im Statorkern 52 als magnetisches Material konfiguriert, das die Beziehung in (1) oben erfüllt. Hier ist die Gesamtbreitenabmessung Wt auch die Abmessung in Umfangsrichtung eines Abschnitts innerhalb eines einzelnen Pols, in dem die relative Permeabilität größer als 1 sein kann.
Unter Berücksichtigung des Spielraums kann die Gesamtbreitenabmessung Wt die Breitenabmessung in Umfangsrichtung der vorstehenden Teile 142 in einem einzelnen Magnetpol sein. Da die Anzahl der vorstehenden Teile 142 in Bezug auf einen einzelnen Pol der Magneteinheit 42 die Anzahl der Phasen × Q ist, kann die Breitenabmessung (Gesamtbreitenabmessung Wt) in der Umfangsrichtung der vorstehenden Teile 412 in einem einzelnen Magnetpol die Anzahl der Phasen × Q × A = 3 × 2 × A = 6A sein.
In diesem Fall handelt es sich um eine verteilte Wicklung, bei der ein einziges Polpaar der Statorwicklung 51 an einem einzigen Polpaarzyklus (N-Pol und S-Pol) der Magnetpole vorhanden ist. Das Einzelpolpaar der Statorwicklung 51 besteht aus den beiden linearen Abschnitten 83, durch die Ströme in entgegengesetzten Richtungen fließen und die durch den Wendeabschnitt 84 elektrisch verbunden sind, und dem Wendeabschnitt 84. Wenn die oben beschriebene Bedingung erfüllt ist, wird sogar eine Wicklung mit kurzer Teilung als Äquivalent zu einer verteilten Wicklung einer Wicklung mit voller Teilung betrachtet.
Als nächstes wird ein Beispiel für eine konzentrierte Wicklung beschrieben. Die konzentrierte Wicklung ist hier diejenige, bei der die Breite eines einzelnen Polpaares der Magnetpole und die Breite eines einzelnen Polpaares der Statorwicklung 51 unterschiedlich ist. Als Beispiele für die konzentrierte Wicklung können solche genannt werden, bei denen Beziehungen hergestellt werden, bei denen die Leitergruppen 81 in Bezug auf ein einzelnes Magnetpolpaar drei, die Leitergruppen 81 in Bezug auf zwei Magnetpolpaare drei, die Leitergruppen 81 in Bezug auf vier Magnetpolpaare neun und die Leitergruppen 81 in Bezug auf fünf Magnetpolpaare neun sind.
In diesem Fall, in dem die Statorwicklung 51 eine konzentrierte Wicklung ist, wird die Statorwicklung 51, die zwei Phasen entspricht, erregt, wenn die dreiphasige Wicklung der Statorwicklung 51 in einer vorgegebenen Reihenfolge erregt wird. Infolgedessen werden die vorstehenden Teile 142, die zwei Phasen entsprechen, erregt. Daher ist die Breitenabmessung Wt in der Umfangsrichtung der vorstehenden Abschnitte 142, die durch die Erregung der Statorwicklung 51 innerhalb des Bereichs eines einzelnen Pols der Magneteinheit 42 erregt werden, A × 2.
Darüber hinaus ist der vorstehende Abschnitt 142 bei dem so vorgegebenen Breitenmaß Wt als ein magnetisches Material konfiguriert, das die Beziehung in (1) oben erfüllt. Im Fall der oben beschriebenen konzentrierten Wicklung ist die Summe der Breiten der vorstehenden Teile 142, die in Umfangsrichtung des Stators 50 in dem von den Leitergruppen 81 derselben Phase umgebenen Bereich vorhanden sind, A. Außerdem entspricht Wm in der konzentrierten Wicklung einem Umfang einer einem Luftspalt gegenüberliegenden Fläche der Magneteinheit 42 × Anzahl der Phasen ÷ Anzahl der Dispersionen der Leitergruppe 81.
In einem Magneten, bei dem das BH-Produkt gleich oder größer als 20 [MGOe (kJ/m^3)] ist, wie z.B. einem Neodym-Magneten, einem Samarium-Kobalt-Magneten oder einem Ferrit-Magneten, beträgt Bd etwas über 1,0 [T]. Bei Eisen beträgt Br etwas mehr als 2,0 [T]. Als Motor mit hoher Leistung muss der hervorstehende Teil 142 des Stators 52 daher lediglich aus einem magnetischen Material bestehen, das die Beziehung Wt < 1 /2 × Wm erfüllt.
Wenn der Leiter 82 eine Außenbeschichtung 182 aufweist, wie nachstehend beschrieben, können die Leiter 82 außerdem in Umfangsrichtung des Statorkerns 52 so angeordnet sein, dass die Außenbeschichtungen 182 der Leiter 82 miteinander in Kontakt stehen. In diesem Fall kann Wt als 0 oder als die Dicke der Außenbeschichtungen 182 der beiden Leiter 82, die sich berühren, angesehen werden.
In 25 und 26 ist das Zwischenleiterelement (vorstehender Teil 142), das im Verhältnis zum Magnetfluss auf der Seite des Rotors 40 unverhältnismäßig klein ist, bereitgestellt. Hier ist der Rotor 40 ein flacher oberflächenmagnetischer Rotor, der eine niedrige Induktivität aufweist und keine Ausprägung in Bezug auf den magnetischen Widerstand hat. In dieser Konfiguration kann die Induktivität im Stator 50 reduziert werden. Das Auftreten von Verzerrungen des Magnetflusses, die auf eine Verschiebung des Schaltzeitpunkts der Statorwicklung 51 zurückzuführen sind, wird unterdrückt. Außerdem wird die elektrische Korrosion der Lager 21 und 22 unterdrückt.
(Zweite Modifikation)
Als Stator 50, der das Zwischenleiterelement verwendet, das die Beziehung im obigen Ausdruck (1) erfüllt, kann auch eine folgende Konfiguration verwendet werden. In 27 ist ein zahnähnlicher Abschnitt 143 als das Zwischenleiterelement auf der äußeren Umfangsflächenseite (obere Oberflächenseite in der Zeichnung) des Statorkerns 52 bereitgestellt. Der zahnähnliche Abschnitt 143 ist in einem vorbestimmten Intervall in Umfangsrichtung bereitgestellt, so dass er aus dem Joch 141 herausragt, und hat eine Dickenabmessung, die die gleiche ist wie die der Leitergruppe 81 in radialer Richtung. Eine Seitenfläche des zahnartigen Abschnitts 143 ist mit den Leitern 82 der Leitergruppe 81 verbunden. Zwischen dem zahnähnlichen Teil 143 und den Leitern 82 kann jedoch ein Spalt vorhanden sein.
Der zahnähnliche Abschnitt 143 ist in Umfangsrichtung in der Breite begrenzt und hat einen dünnen Polzahn (Statorzahn), der in keinem Verhältnis zur Anzahl der Magnete steht. Infolge der Konfiguration ist der zahnähnliche Abschnitt 143 mit Sicherheit durch den Magnetfluss des Magneten bei 1,8 T oder mehr gesättigt, und die Induktivität kann durch Verringerung der Permeanz reduziert werden.
Wenn hier in der Magneteinheit 42 eine Fläche für einen einzelnen Pol der Magnetflusswirkungsfläche auf der Statorseite Sm ist und die Restmagnetflussdichte der Magneteinheit 42 Br ist, beträgt der Magnetfluss auf der Seite der Magneteinheit beispielsweise Sm × Br.
Wenn die Oberfläche jedes zahnähnlichen Teils 143 auf der Rotorseite St ist, die Anzahl der Leiter 82 für eine einzelne Phase m ist und die zahnähnlichen Teile 143, die zwei Phasen entsprechen, innerhalb eines einzigen Pols durch Erregung der Statorwicklung 51 erregt werden, ist der Magnetfluss auf der Statorseite beispielsweise St × m × 2 × Bs. In diesem Fall kann eine Verringerung der Induktivität dadurch erreicht werden, dass die Abmessungen des zahnähnlichen Abschnitts 143 so eingeschränkt werden, dass sie eine Beziehung erfüllen, die durch ausgedrückt wird: $St \times m \times 2 \times Bs < Sm \times Br$
In diesem Fall, in dem die Abmessungen der Magneteinheit 42 und des zahnähnlichen Abschnitts 143 in der axialen Richtung gleich sind, wenn die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung, die einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42 entspricht, Wm ist und eine Breitenabmessung in der Umfangsrichtung des zahnähnlichen Abschnitts 143 Wst ist, wird Ausdruck (2) wie in Ausdruck (3) ersetzt. $Wst \times m \times 2 \times Bs < Wm \times Br$
Genauer gesagt, zum Beispiel, wenn angenommen wird, dass Bs = 2T, Br = 1T und m = 2, ist der obige Ausdruck (3) eine Beziehung, die durch Wst < Wm / 8 ausgedrückt wird. In diesem Fall wird eine Verringerung der Induktion dadurch erreicht, dass die Breitenabmessung Wst des zahnartigen Abschnitts 143 kleiner als 1/8 der Breitenabmessung Wm ist, die einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42 entspricht. Wenn mehrere m gleich 1 sind, kann die Breitenabmessung Wst des zahnartigen Abschnitts 143 weniger als 1/4 der Breitenabmessung Wm sein, die einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42 entspricht.
Im obigen Ausdruck (3) entspricht Wst × m × 2 der Breitenabmessung in Umfangsrichtung des zahnartigen Abschnitts 143, der durch Erregung der Statorwicklung 51 im Bereich eines einzelnen Pols der Magneteinheit 42 erregt wird.
In 27 ist in ähnlicher Weise wie in den oben beschriebenen Konfigurationen in 25 und 26 das Zwischenleiterelement (zahnähnlicher Abschnitt 143), das im Verhältnis zum Magnetfluss auf der Seite des Rotors 40 unverhältnismäßig klein ist, bereitgestellt. In dieser Konfiguration kann eine Reduzierung der Induktivität im Stator 50 erreicht werden. Das Auftreten von Verzerrungen des Magnetflusses, die auf eine Verschiebung des Schaltzeitpunkts der Statorwicklung 51 zurückzuführen sind, wird unterdrückt. Außerdem wird die elektrische Korrosion der Lager 21 und 22 unterdrückt.
(Dritte Modifikation)
Gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Dichtungselement 57, das die Statorwicklung 51 abdeckt, in einem Bereich bereitgestellt, der alle Leitergruppen 81 auf der Außenseite des Statorkerns 52 in radialer Richtung umfasst, d.h. einen Bereich, in dem die Dickenabmessung in radialer Richtung größer wird als die Dickenabmessung in radialer Richtung der Leitergruppe 81.
Diese Konfiguration kann jedoch geändert werden.
Wie in 28 gezeigt, ist das Dichtungselement 57 beispielsweise so konfiguriert, dass ein Teil des Leiters 82 nach außen ragt. Genauer gesagt ist das Dichtungselement 57 so konfiguriert, dass ein Teil des Leiters 82 auf der äußersten Seite in radialer Richtung der Leitergruppe 81 zur radial äußeren Seite, d.h. zur Seite des Stators 50, hin freiliegt. In diesem Fall kann die Dickenabmessung in radialer Richtung des Dichtungselements 57 gleich der Dickenabmessung in radialer Richtung der Leitergruppe 81 oder geringer als die Dickenabmessung sein.
(Vierte Modifikation)
Wie in 29 gezeigt, können die Leitergruppen 81 im Stator 50 nicht durch das Dichtungselement 57 abgedichtet werden. Das heißt, das Dichtungselement 57, das die Statorwicklung 51 abdeckt, kann nicht verwendet werden. In diesem Fall ist das Zwischenleiterelement nicht zwischen den Leitergruppen 81 bereitgestellt, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, und es bilden sich Lücken. Kurz gesagt, das Zwischenleiterelement ist nicht zwischen den in Umfangsrichtung angeordneten Leitergruppen 81 bereitgestellt. Hier kann Luft als ein nichtmagnetischer Körper oder ein Äquivalent eines nichtmagnetischen Körpers betrachtet werden, bei dem Bs = 0 ist.
(Fünfte Modifikation)
Wenn das Zwischenleiterelement im Stator 50 aus einem nichtmagnetischen Material besteht, kann ein anderes Material als Harz als nichtmagnetisches Material verwendet werden. Beispielsweise kann ein nichtmagnetisches Material auf Metallbasis verwendet werden, wie z.B. SUS304, ein austenitischer rostfreier Stahl, der verwendet wird.
(Sechste Modifikation)
Der Stator 50 kann ohne den Statorkern 52 ausgeführt sein. In diesem Fall wird der Stator 50 durch die in 12 gezeigte Statorwicklung 51 gebildet. In diesem Fall kann die Statorwicklung 51 in dem Stator 50, der den Statorkern 52 nicht enthält, durch ein Dichtungsmaterial abgedichtet werden. Alternativ kann der Stator 50 anstelle des Statorkerns 52, der aus einem weichmagnetischen Material besteht, einen kreisförmigen, ringförmigen Wicklungshalteabschnitt aufweisen, der aus einem nichtmagnetischen Material, wie z.B. Kunstharz, hergestellt ist.
(Siebte Modifikation)
Gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird die Vielzahl der in Umfangsrichtung angeordneten Magnete 91 und 92 als Magneteinheit 42 des Rotors 40 verwendet. Diese Konfiguration kann jedoch modifiziert werden. Ein ringförmiger Magnet, der ein kreisförmiger Permanentmagnet ist, kann als Magneteinheit 42 verwendet werden.
Wie in 30 gezeigt, ist ein ringförmiger Magnet 95 an der radialen Innenseite des kreiszylindrischen Teils 43 des Magnethalters 41 befestigt. In dem Ringmagneten 95 ist eine Vielzahl von Magnetpolen bereitgestellt, deren Polaritäten sich in Umfangsrichtung abwechseln. Der Magnet ist sowohl auf der d-Achse als auch auf der q-Achse einstückig ausgebildet. In dem Ringmagneten 95 ist ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad ausgebildet, bei dem eine Orientierungsrichtung auf der d-Achse des Magnetpols die radiale Richtung und eine Orientierungsrichtung auf der q-Achse zwischen Magnetpolen die Umfangsrichtung ist.
Hier, im Ringmagneten 95, muss die Orientierung lediglich so sein, dass ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad ausgebildet ist, in dem die leichte Achse der Magnetisierung parallel zur d-Achse oder in einem nahe der d-Achse gelegenen Teil nahezu parallel zur d-Achse orientiert ist und die leichte Achse der Magnetisierung orthogonal zur q-Achse oder in einem nahe der q-Achse gelegenen Teil nahezu orthogonal zur q-Achse orientiert ist.
(Achte Modifikation)
In der vorliegenden Modifikation wird ein Teil eines Steuerverfahrens der Steuerungsvorrichtung 110 modifiziert. In der vorliegenden Modifikation werden hauptsächlich Abschnitte beschrieben, die sich von der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Konfiguration unterscheiden.
Zunächst werden die Prozesse in den in 20 gezeigten Betriebssignalerzeugungseinheiten 116 und 126 sowie in den in 21 gezeigten Betriebssignalerzeugungseinheiten 130a und 130b unter Bezugnahme auf 31 beschrieben. Dabei sind die Prozesse in den Betriebssignalerzeugungseinheiten 116, 126, 130a und 130b grundsätzlich ähnlich. Daher wird im Folgenden der Prozess in der Betriebssignalerzeugungseinheit 116 als Beispiel beschrieben.
Die Betriebssignalerzeugungseinheit 116 umfasst eine Trägererzeugungseinheit 116a und U-, V- und W-Phasenkomparatoren 116bU, 116bV und 116bW. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt die Trägererzeugungseinheit 116a ein Dreieckssignal als Trägersignal SigC und gibt das Trägersignal SigC aus.
Das von der Trägererzeugungseinheit 116a erzeugte Trägersignal SigC und die von der Dreiphasen-Umwandlungseinheit 115 berechneten U-, V- und W-Phasen-Sollspannungen werden in die U-, V- und W-Phasen-Komparatoren 116bU, 116bV und 116bW eingegeben. Die U-, V- und W-Phasen-Anweisungsspannungen sind beispielsweise Wellenformen in Form von Sinuswellen, und die Phasen sind in elektrischen Winkeln um 120° gegeneinander verschoben.
Die U-, V- und W-Phasen-Komparatoren 116bU, 116bV und 116bW erzeugen die Betriebssignale für die Schalter Sp und Sn der oberen und unteren Arme der U-, V- und W-Phasen im ersten Wechselrichter 101 durch PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Größenvergleichs zwischen den U-, V- und W-Phasen-Sollspannungen und dem Trägersignal SigC.
Insbesondere erzeugt die Betriebssignalerzeugungseinheit 116 die Betriebssignale für die Schalter Sp und Sn der U-, V- und W-Phasen durch PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Größenvergleichs zwischen den Signalen, in denen die U-, V- und W-Phasen-Anweisungsspannungen durch die Stromversorgungsspannung standardisiert sind, und dem Trägersignal. Der Treiber 117 schaltet die Schalter Sp und Sn der U-, V- und W-Phasen im ersten Wechselrichter 101 auf der Grundlage der von der Betriebssignalerzeugungseinheit 116 erzeugten Betriebssignale ein/aus.
Die Steuerungsvorrichtung 110 führt ein Verfahren zur Änderung der Trägerfrequenz fc des Trägersignals SigC, d.h. der Schaltfrequenz der Schalter Sp und Sn, durch. Die Trägerfrequenz fc wird so eingestellt, dass sie in einem Bereich mit niedrigem Drehmoment oder einem Bereich mit hoher Drehzahl der rotierenden elektrischen Maschine 10 hoch ist und in einem Bereich mit hohem Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 niedrig ist. Diese Einstellung wird vorgenommen, um eine Verringerung der Steuerbarkeit des Stroms zu unterdrücken, der zu jeder Phasenwicklung fließt.
Das heißt, dass eine Verringerung der Induktivität im Stator 50 erreicht werden kann, wenn der Stator 50 kernlos gemacht wird. Wenn die Induktivität abnimmt, verringert sich die elektrische Zeitkonstante der rotierenden elektrischen Maschine 10. Infolgedessen kann die Welligkeit des Stroms, der in jede Phasenwicklung fließt, zunehmen, die Steuerbarkeit des Stroms, der in die Wicklung fließt, kann abnehmen, und die Stromsteuerung kann abweichen.
Die Auswirkungen dieser Verringerung der Steuerbarkeit können ausgeprägter sein, wenn der Strom, der in die Wicklung fließt (z.B. ein Effektivwert des Stroms), in einem Niedrigstrombereich liegt, als wenn der Strom in einem Hochstrombereich enthalten ist. Um diesem Problem zu begegnen, ändert die Steuerungsvorrichtung 100 in der vorliegenden Modifikation die Trägerfrequenz fc.
Ein Verfahren zur Änderung der Trägerfrequenz fc wird unter Bezugnahme auf 32 beschrieben. Dieser Vorgang wird z.B. von der Steuerungsvorrichtung 110 als Prozess der Betriebssignalerzeugungseinheit 116 wiederholt in einem vorgegebenen Steuerzyklus durchgeführt.
Im Schritt S10 bestimmt die Steuerungsvorrichtung 110, ob der Strom, der zur Wicklung 51a jeder Phase fließt, im Niedrigstrombereich liegt. Dieser Prozess ist ein Prozess zur Bestimmung, dass das aktuelle Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 im Bereich des geringen Drehmoments liegt. Als Verfahren zur Bestimmung, ob sich der Strom im Niedrigstrombereich befindet, können beispielsweise die folgenden ersten und zweiten Verfahren angegeben werden.
<Erstes Verfahren>
Der Drehmoment-Schätzwert der rotierenden elektrischen Maschine 10 wird auf der Grundlage des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms berechnet, die von der dq-Wandlereinheit 112 umgewandelt werden. Wenn der berechnete Drehmoment-Schätzwert kleiner als ein Drehmomentschwellenwert ist, wird der zur Wicklung 51a fließende Strom als Niedrigstrombereich bestimmt. Wenn der Drehmoment-Schätzwert gleich oder größer als der Drehmomentschwellenwert ist, wird der Strom als im Hochstrombereich liegend bestimmt. Hier kann der Drehmomentschwellenwert beispielsweise auf die Hälfte des Anlaufmoments (auch als Drehmoment bei blockiertem Rotor bezeichnet) der rotierenden elektrischen Maschine 10 festgelegt werden.
<Zweites Verfahren>
Wenn der vom Winkeldetektor erfasste Drehwinkel des Rotors 40 gleich oder größer als ein Drehzahlschwellenwert ist, wird der Strom, der durch die Wicklung 51a fließt, als im Niedrigstrombereich, d.h. im Hochdrehzahlbereich, befindlich bestimmt. Hier kann der Drehzahlschwellwert beispielsweise auf eine Drehzahl festgelegt werden, bei der ein maximales Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 dem Drehmomentschwellwert entspricht.
Wenn in Schritt S10 eine negative Feststellung getroffen wird, stellt die Steuerungsvorrichtung 110 fest, dass sich der Strom im Hochstrombereich befindet, und fährt mit Schritt S11 fort. In Schritt S11 setzt die Steuerungsvorrichtung 110 die Trägerfrequenz fc auf eine erste Frequenz fL.
Wenn in Schritt S10 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Steuerungsvorrichtung 110 zu Schritt S12 über und stellt die Trägerfrequenz fc auf eine zweite Frequenz fH ein, die höher ist als die erste Frequenz fL.
Durch die oben beschriebene Modifikation wird die Trägerfrequenz fc höher eingestellt, wenn der Strom, der in jede Phasenwicklung fließt, im Niedrigstrombereich liegt, als wenn der Strom im Hochstrombereich fließt. Daher kann im Niedrigstrombereich die Schaltfrequenz der Schalter Sp und Sn erhöht werden, und die Zunahme der Stromwelligkeit kann unterdrückt werden. Infolgedessen kann die Abnahme der Stromsteuerbarkeit unterdrückt werden.
Wenn der Strom, der zu jeder Phasenwicklung fließt, im Hochstrombereich liegt, wird die Trägerfrequenz fc niedriger eingestellt als im Niederfrequenzbereich. Im Hochstrombereich ist die Amplitude des Stroms, der durch die Wicklung fließt, größer als im Niedrigstrombereich. Daher ist die Auswirkung der Zunahme der Stromwelligkeit, die auf die Verringerung der Induktivität zurückzuführen ist, auf die Stromsteuerbarkeit gering. Folglich kann die Trägerfrequenz fc im Hochstrombereich niedriger eingestellt werden als im Niedrigstrombereich. Die Schaltverluste in den Wechselrichtern 101 und 102 können reduziert werden.
Bei der vorliegenden Modifikation sind die nachstehend beschriebenen Modi möglich.
Wenn die Trägerfrequenz fc auf die erste Frequenz fL eingestellt ist, kann die Trägerfrequenz fc allmählich von der ersten Frequenz fL in Richtung der zweiten Frequenz fH geändert werden, wenn die positive Feststellung in Schritt S10 in 32 getroffen wird.
Wenn die Trägerfrequenz fc auf die zweite Frequenz fH eingestellt ist, kann die Trägerfrequenz fc außerdem allmählich von der zweiten Frequenz fH auf die erste Frequenz fL geändert werden, wenn die negative Bestimmung in Schritt S10 vorgenommen wird.
Die Betriebssignale der Schalter können anstelle der PWM-Steuerung durch Raumvektormodulation (SVM) erzeugt werden. Auch in diesem Fall können die oben beschriebenen Modifikationen der Schaltfrequenz angewendet werden.
(Neunte Modifikation)
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Leiter, die die Leitergruppe 81 bilden und die für jede Phase zwei Paare bilden, parallelgeschaltet, wie in 33, anhand (a), gezeigt. 33, veranschaulicht, anhand (a), eine Darstellung, die eine elektrische Verbindung zwischen ersten und zweiten Leitern 88a und 88b zeigt, die zwei Paare von Leitern sind. Anstelle der in 33, anhand (a) gezeigten Konfiguration können der erste und der zweite Leiter 88a und 88b in Reihe geschaltet werden, wie in 33, anhand (b) dargestellt ist.
Darüber hinaus kann ein mehrlagiger Leiter aus drei oder mehr Paaren so angeordnet werden, dass er in radialer Richtung laminiert ist. 34 zeigt eine Konfiguration, in der die ersten bis vierten Leiter 88a bis 88d, die aus vier Paaren von Leitern bestehen, laminiert angeordnet sind. Die ersten bis vierten Leiter 88a bis 88d sind so angeordnet, dass sie in radialer Richtung in der Reihenfolge erster, zweiter, dritter und vierter Leiter 88a, 88b, 88c und 88d angeordnet sind, beginnend mit dem Leiter, der dem Statorkern 52 am nächsten ist.
Hier können, wie in 33, anhand (c), gezeigt ist, der dritte und vierte Leiter 88c und 88d parallelgeschaltet werden. Darüber hinaus kann der erste Leiter 88a mit einem Ende dieses Parallelverbindungskörpers und der zweite Leiter 88b mit dem anderen Ende verbunden werden. Bei Verwendung der Parallelschaltung kann die Stromdichte in den parallel geschalteten Leitern reduziert werden. Die Wärmeentwicklung während der Erregung kann unterdrückt werden.
Daher wird eine zylindrische Statorwicklung an einem Gehäuse (Einheitsbasiskörper 61) montiert, in dem die Kühlwasserpassage 74 ausgebildet ist. In dieser Konfiguration sind der erste und der zweite Leiter 88a und 88b, die nicht parallelgeschaltet sind, auf der Seite des Statorkerns 52 angeordnet, die in Kontakt mit dem Einheitsbasiskörper 61 steht, und der dritte und der vierte Leiter 88c und 88d, die parallelgeschaltet sind, sind auf der Gegenseite des Statorkerns angeordnet. Dadurch kann die Kühlleistung der Leiter 88a bis 88d in der mehrschichtigen Leiterstruktur ausgeglichen werden.
Dabei muss das Dickenmaß in radialer Richtung der Leitergruppe 81, die aus den ersten bis vierten Leitern 88a bis 88d besteht, lediglich kleiner sein als das Breitenmaß in Umfangsrichtung, das einer einzelnen Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols entspricht.
(Zehnte Modifikation)
Die rotierende elektrische Maschine 10 kann eine Innenrotorstruktur (Innenrotationsstruktur) aufweisen. In diesem Fall kann zum Beispiel innerhalb des Gehäuses 30 der Stator 50 an der radial äußeren Seite und der Rotor 40 an der radial inneren Seite bereitgestellt sein. Darüber hinaus kann die Wechselrichtereinheit 60 an einer Seite oder an beiden Seiten der beiden Enden in axialer Richtung des Stators 50 und des Rotors 40 bereitgestellt sein. 35 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors 40 und des Stators 50. 36 ist eine Darstellung, die einen Teil des Rotors 40 und des Stators 50 in vergrößerter Form zeigt.
Die Konfiguration in den 35 und 36, in der die Innenrotorstruktur angenommen wird, ist eine Konfiguration, die der Konfiguration in den 8 und 9, in der die Außenrotorstruktur angenommen wird, ähnlich ist, abgesehen davon, dass der Rotor 40 und der Stator 50 auf der Innenseite und der radial äußeren Seite vertauscht sind. Kurz gesagt, der Stator 50 umfasst die Statorwicklung 51, die eine abgeflachte Leiterstruktur aufweist, und den Statorkern 52, der keine Zähne hat. Die Statorwicklung 51 ist an der radial inneren Seite des Statorkerns 52 angebracht. Der Statorkern 52 hat eine der nachstehenden Konfigurationen, ähnlich wie bei der Außenrotorstruktur.

(A) In dem Stator 50 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt, und wenn die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen magnetischen Pol Wt ist, die magnetische Sättigungsdichte des Zwischenleiterelements Bs ist, die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung der Magneteinheit in einem einzelnen Magnetpol Wm ist und die Restmagnetflussdichte der Magneteinheit Br ist, wird ein magnetisches Material, in dem eine durch Wt × Bs ≤ Wm × Br ausgedrückte Beziehung erfüllt ist, als das Zwischenleiterelement verwendet.
(B) Im Stator 50 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt, und ein nichtmagnetisches Material wird als Zwischenleiterelement verwendet.
(C) In dem Stator 50 ist das Zwischenleiterelement nicht zwischen den Leiterabschnitten in Umfangsrichtung bereitgestellt.

Eine zusätzliche Beschreibung erfolgt in Bezug auf die Breitenabmessung Wt in Umfangsrichtung des Zwischenleiters des Statorkerns 52 unter Bezugnahme auf 88. In dem Stator 50 in 88 sind konvexe Abschnitte 52b an einer äußeren Umfangsfläche des Statorkerns 52 bereitgestellt. Die konvexen Abschnitte 52b sind so gestaltet, dass sie in radialer Richtung vorstehen. Die Leitergruppen 81 sind am Kopfende der konvexen Abschnitte 52b angeordnet. Somit ist der Statorkern 52 so konfiguriert, dass er zwischen den Leitergruppen, die näher an der Gegenrotorseite liegen als die konvexen Abschnitte 52b, zurückgesetzt ist. Bei dieser Konfiguration ist es wünschenswert, dass die Beziehung Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt ist, wobei Wt die Breitenabmessung in Umfangsrichtung der jeweiligen konvexen Abschnitte 52b ist. Diese Beziehung ist erfüllt, so dass die zuvor beschriebenen Effekte, die durch die Erhöhung des Drehmoments verursacht werden, in ausreichendem Maße erzielt werden können. Darüber hinaus sind solche konkaven und konvexen Abschnitte an der äußeren Umfangsfläche des Statorkerns 52 bereitgestellt, so dass ein Klebstoff oder ähnliches zwischen die Leitergruppen 81 und den Statorkern 52 eindringen kann, wodurch eine ausgezeichnete Haftfestigkeit erreicht wird.
Darüber hinaus gilt das Vorstehende in ähnlicher Weise für die Magnete 91 und 92 der Magneteinheit 42. Das heißt, die Magneteinheit 42 ist so konfiguriert, dass die Magnete 91 und 92 so orientiert sind, dass an Orten in der Nähe der d-Achse, die das Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur d-Achse verläuft, verglichen mit Orten in der Nähe der q-Achse, die die Magnetpolgrenze ist. Einzelheiten zur Magnetisierungsrichtung und dergleichen der Magnete 91 und 92 sind wie oben beschrieben. Der Ringmagnet 95 (siehe 30) kann in der Magneteinheit 42 verwendet werden.
37 ist eine Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10, wenn es sich bei der rotierenden elektrischen Maschine 10 um den Innenrotor-Typ handelt. 37 ist eine Darstellung, die 2 entspricht, die zuvor beschrieben wurde. Die Unterschiede zur Konfiguration in 2 werden kurz beschrieben.
In 37 ist der ringförmige Stator 50 an der Innenseite des Gehäuses 30 befestigt, und der Rotor 40 ist drehbar an der Innenseite des Rotors 50 mit einem vorbestimmten Luftspalt dazwischen angeordnet. In ähnlicher Weise wie in 2 sind die Lager 21 und 22 so angeordnet, dass sie auf einer Seite in axialer Richtung in Bezug auf die Mitte in axialer Richtung des Rotors 40 konzentriert sind. Dadurch ist der Rotor 40 freitragend gelagert. Darüber hinaus ist die Wechselrichtereinheit 60 an der Innenseite des Magnethalters 41 des Rotors 40 angeordnet.
38 zeigt eine andere Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 10, die eine Innenrotorstruktur aufweist. In 38 ist die Drehwelle 11 im Gehäuse 30 durch die Lager 21 und 22 drehbar gelagert, und der Rotor 40 ist an der Drehwelle 11 befestigt. In ähnlicher Weise wie bei der in 2 dargestellten Konfiguration sind die Lager 21 und 22 so angeordnet, dass sie auf einer Seite in axialer Richtung in Bezug auf die Mitte in axialer Richtung des Rotors 40 konzentriert sind. Der Rotor 40 umfasst den Magnethalter 41 und die Magneteinheit 42.
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 10 in 38 ist im Unterschied zu dem Rotor 10 in 37 die Wechselrichtereinheit 60 nicht an der radial inneren Seite des Rotors 40 bereitgestellt. Der Magnethalter 41 ist mit der Drehwelle 11 in einer Position an der radial inneren Seite der Magneteinheit 42 verbunden. Darüber hinaus ist der Stator 50 mit der Statorwicklung 51 und dem Statorkern 52 am Gehäuse 30 befestigt.
(Elfte Modifikation)
Eine andere Konfiguration wird als rotierende elektrische Maschine beschrieben, die eine Innenrotorstruktur aufweist. 39 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine 200. 40 ist eine seitliche Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine 20. Hier ist die Aufwärts-/Abwärtsrichtung mit Bezug auf den Zustand in den 39 und 40 angegeben.
Wie in den 39 und 40 gezeigt, umfasst die rotierende elektrische Maschine 200 einen Stator 203 und einen Rotor 204. Der Stator 203 umfasst einen ringförmigen Statorkern 201 und eine mehrphasige Statorwicklung 202. Der Rotor 204 ist an der Innenseite des Statorkerns 201 frei drehbar angeordnet. Der Stator 203 entspricht einem Anker. Der Rotor 204 entspricht einem Feldelement. Der Statorkern 201 ist aus zahlreichen Siliziumstahlblechen aufgebaut, die laminiert sind. Die Statorwicklung 202 ist mit dem Statorkern 201 verbunden. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, umfasst der Rotor 204 einen Rotorkern und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die als Magneteinheit dienen.
Eine Vielzahl von Magneteinsetzlöchern ist im Rotorkern in gleichmäßigen Abständen in der kreisförmigen Umfangsrichtung bereitgestellt. Die Permanentmagnete, die so magnetisiert sind, dass sich die Magnetisierungsrichtungen für jeden benachbarten Magnetpol abwechselnd ändern, sind in den Magneteinführungslöchern angebracht. Hier kann der Permanentmagnet der Magneteinheit derjenige sein, der die in 23 beschriebene Halbach-Anordnung bzw. -Array oder eine ihr ähnliche Konfiguration aufweist. Alternativ kann der Dauermagnet der Magneteinheit so beschaffen sein, dass er die Eigenschaften der polaren Anisotropie aufweist, bei der sich die Orientierungsrichtung (Magnetisierungsrichtung) in einer Kreisbogenform zwischen der d-Achse, die die Magnetpolmitte ist, und der q-Achse, die die Magnetpolgrenze ist, erstreckt, wie in den 9 und 30 beschrieben.
In diesem Fall kann der Stator 203 eine der nachstehenden Konfigurationen aufweisen.

(A) In dem Stator 203 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt, und wenn die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen Magnetpol Wt ist, die Sättigungsmagnetdichte des Zwischenleiterelements Bs ist, die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung der Magneteinheit in einem einzelnen Magnetpol Wm ist und die Restmagnetflussdichte der Magneteinheit Br ist, wird ein magnetisches Material, in dem eine durch Wt × Bs ≤ Wm × Br ausgedrückte Beziehung erfüllt ist, als das Zwischenleiterelement verwendet.
(B) Im Stator 203 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt, und ein nichtmagnetisches Material wird als Zwischenleiterelement verwendet.
(C) Im Stator 203 ist das Zwischenleiterelement nicht zwischen den Leiterabschnitten in Umfangsrichtung bereitgestellt.

Darüber hinaus ist die Magneteinheit im Rotor 204 mit einer Vielzahl von Magneten konfiguriert, die so orientiert sind, dass auf der d-Achsen-Seite, die das Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur d-Achse verläuft, verglichen mit der q-Achsen-Seite, die die Magnetpolgrenze ist.
Ein ringförmiges Wechselrichtergehäuse 211 ist an einer Endseite in axialer Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 200 bereitgestellt. Das Wechselrichtergehäuse 211 ist so angeordnet, dass eine Gehäuseunterseite in Kontakt mit einer Oberseite des Statorkerns 201 steht. Eine Vielzahl von Leistungsmodulen 212, die eine Wechselrichterschaltung konfigurieren, ein Glättungskondensator 213, der Wellen in der Spannung und dem Strom unterdrückt, die als Ergebnis des Schaltvorgangs der Halbleiterschaltelemente auftreten, die Steuerplatine 214, die eine Steuereinheit hat, ein Stromsensor 215, der einen Phasenstrom erfasst, und ein Resolverstator 216, der ein Rotationsfrequenzsensor für den Rotor 204 ist, sind innerhalb des Wechselrichtergehäuses 211 bereitgestellt. Die Leistungsmodule 212 umfassen IGBTs, die Halbleiterschaltelemente und Dioden sind.
Ein Energieanschluss 217 und ein Signalanschluss 218 sind an einer peripheren Kante des Wechselrichtergehäuses 211 bereitgestellt. Der Energieanschluss 217 ist mit einem Gleichstromkreis einer im Fahrzeug montierten Batterie verbunden. Der Signalanschluss 218 dient dem Empfang und der Übertragung verschiedener Signale zwischen der rotierenden elektrischen Maschine 200 und einer fahrzeugseitigen Steuerungsvorrichtung. Das Wechselrichtergehäuse 211 ist mit einer oberen Abdeckung 219 versehen. Gleichstrom aus der Bordbatterie wird über den Energieanschluss 217 eingespeist, durch Schalten der Leistungsmodule 212 umgewandelt und an die Statorwicklung 202 jeder Phase geliefert.
Eine Lagereinheit 221, die die Drehwelle des Rotors 204 drehbar hält, und ein ringförmiges hinteres Gehäuse 222, in dem die Lagereinheit 221 untergebracht ist, sind auf einer dem Wechselrichtergehäuse 211 gegenüberliegenden Seite von beiden Seiten in axialer Richtung des Statorkerns 201 bereitgestellt. Beispielsweise umfasst die Lagereinheit 211 zwei Sätze von Lagern und ist so angeordnet, dass sie auf einer Seite in axialer Richtung in Bezug auf die Mitte in axialer Richtung des Rotors 204 konzentriert ist. Die Vielzahl der Lager in der Lagereinheit 211 kann jedoch so bereitgestellt werden, dass sie auf beiden Seiten in der axialen Richtung des Statorkerns 201 verteilt sind, und die Drehwelle kann durch die Lager doppelt gestützt werden. Die rotierende elektrische Maschine 200 ist mit der Fahrzeugseite durch das hintere Gehäuse 222 verbunden, das an einem Befestigungsabschnitt eines Getriebegehäuses oder eines Getriebes des Fahrzeugs durch Schraubenbefestigung befestigt ist.
Im Inneren des Wechselrichtergehäuses 211 ist eine Kühlpassage 211a ausgebildet, durch den ein Kühlmittel fließen kann. Die Kühlpassage 211a wird durch einen Raum gebildet, der in Form einer ringförmigen Aussparung an der Unterseite des Wechselrichtergehäuses 211 bereitgestellt ist und durch die Oberseite des Statorkerns 201 abgedichtet wird. Die Kühlpassage 211a ist so ausgebildet, dass diese das Spulenende der Statorwicklung 202 umgibt. Ein Modulgehäuse 212a für die Leistungsmodule 212 ist in die Kühlpassage 211a eingesetzt. Im hinteren Gehäuse 222 ist ebenfalls eine Kühlpassage 222a so ausgebildet, dass diese das Spulenende der Statorwicklung 202 umgibt. Die Kühlpassage 222a wird durch einen Raum gebildet, der in Form einer ringförmigen Aussparung von einer oberen Fläche des hinteren Gehäuses 222 bereitgestellt wird, die durch eine untere Fläche des Statorkerns 201 abgedichtet wird.
(Zwölfte Modifikation)
Bisher wurden Konfigurationen beschrieben, die in einer rotierenden elektrischen Maschine vom Typ Drehfeld eingesetzt werden. Die Konfiguration kann jedoch modifiziert und in einer rotierenden elektrischen Maschine vom Typ mit rotierendem Anker implementiert werden. 41 zeigt eine Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine vom Typ Drehanker 230.
In der rotierenden elektrischen Maschine 230 in 41 ist ein Lager 232 an jedem der Gehäuse 231a und 231b befestigt, und eine Drehwelle 233 ist durch das Lager 232 so gelagert, dass sie sich frei drehen kann. Bei dem Lager 232 handelt es sich beispielsweise um ein ölhaltiges Lager, das ein poröses Metall enthält, das mit Öl durchsetzt ist. Ein Rotor 234, der als Anker dient, ist an der Drehwelle 233 befestigt. Der Rotor 234 umfasst einen Rotorkern 235 und eine mehrphasige Rotorwicklung 236, die an einem äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns 235 befestigt ist. In dem Rotor 234 hat der Rotorkern 235 eine schlitzlose Struktur. Die Rotorwicklung 236 hat eine abgeflachte Leiterstruktur. Das heißt, die Rotorwicklung 236 hat eine abgeflachte Struktur, bei der ein Bereich für jede Phase in der Umfangsrichtung länger ist als in der radialen Richtung.
Darüber hinaus ist an der radial äußeren Seite des Rotors 234 ein Stator 237 bereitgestellt, der als Feldelement dient. Der Stator 237 umfasst den Statorkern 238, der an dem Gehäuse 231a befestigt ist, und eine Magneteinheit 239, die an der inneren Umfangsseite des Statorkerns 238 befestigt ist. Die Magneteinheit 239 ist so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, deren Polaritäten sich in Umfangsrichtung abwechseln.
Ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Magneteinheit 42 und dergleichen ist die Magneteinheit 239 so konfiguriert, dass sie so orientiert ist, dass auf der d-Achsen-Seite, die das Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur d-Achse verläuft, verglichen mit der q-Achsen-Seite, die die Magnetpolgrenze ist. Die Magneteinheit 239 umfasst einen gesinterten Neodym-Magneten, der orientiert ist. Dessen intrinsische Koerzitivkraft ist gleich oder größer als 400 [kA/m], und die Restflussdichte Br ist gleich oder größer als 1,0 [T].
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 230 des vorliegenden Beispiels handelt es sich um einen zweipoligen, dreispuligen bürstenbehafteten kernlosen Motor. Die Rotorwicklung 236 ist dreigeteilt, und die Magneteinheit 239 hat zwei Pole. Die Anzahl der Pole und die Anzahl der Spulen des bürstenbehafteten Motors variiert, z.B. 2:3, 4:10 oder 4:21, je nach Verwendungszweck.
An der Drehwelle 233 ist ein Kommutator 241 befestigt, an dessen radialer Außenseite eine Vielzahl von Bürsten 242 angeordnet sind. Der Kommutator 241 ist über einen in die Drehwelle 233 eingebetteten Leiter 243 elektrisch mit der Rotorwicklung 236 verbunden. Ein Gleichstrom fließt in die und aus der Rotorwicklung 236 durch den Kommutator 241, die Bürsten 242 und den Leiter 243. Der Kommutator 241 ist so konfiguriert, dass er in Umfangsrichtung entsprechend der Anzahl der Phasen der Rotorwicklung 236 unterteilt ist. In diesem Fall können die Bürsten 242 über eine elektrische Verdrahtung direkt mit einer Gleichstromquelle, wie z.B. einem Akkumulator, oder über eine Klemmleiste o.ä. mit der Gleichstromquelle verbunden sein.
Eine Harzscheibe 244, die als Dichtungselement dient, ist in der Drehwelle 233 zwischen dem Lager 232 und dem Kommutator 241 bereitgestellt. Infolge der Kunststoffscheibe 244 wird Öl, das aus dem Lager 232, einem ölhaltigen Lager, austritt, daran gehindert, zur Seite des Kommutators 241 zu fließen.
(Dreizehnte Modifikation)
In der Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 können die Leiter 82 auf der Innen- und Außenseite eine Vielzahl von Isolierschichten aufweisen. Beispielsweise kann der Leiter 82 so konfiguriert sein, dass mehrere Leiter (Drähte) mit Isolationsbeschichtungen gebündelt sind und das Bündel mit einer Außenbeschichtung versehen ist.
In diesem Fall bilden die Isolierschichten der Drähte die Isolierschichten auf der Innenseite. Die Beschichtung der Außenschicht bildet die Isolationsbeschichtung auf der Außenseite. Darüber hinaus kann insbesondere die Isolationsleistung der Isolationsbeschichtung auf der Außenseite aus der Vielzahl der Isolationsbeschichtungen des Leiters 82 höher sein als die Isolationsleistung der Isolationsbeschichtungen auf der Innenseite. Insbesondere ist die Dicke der Isolationsbeschichtung auf der Außenseite dicker als die Dicke der Isolationsbeschichtungen auf der Innenseite.
Zum Beispiel kann die Dicke der Isolierschicht auf der Außenseite 100 µm und die Dicke der Isolierschicht auf der Innenseite 40 µm betragen. Alternativ kann als Isolierschicht auf der Außenseite auch ein Material verwendet werden, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Isolierschicht auf der Innenseite hat. Es ist lediglich erforderlich, dass zumindest eine der beiden vorgenannten Möglichkeiten angewandt wird. In diesem Fall kann der Draht als ein Bündel aus mehreren leitfähigen Materialien konfiguriert werden.
Da die Isolierung der äußersten Schicht des Leiters 82 wie oben beschrieben verstärkt wurde, eignet sich der Leiter 82 für die Verwendung in einem Hochspannungsfahrzeugsystem. Darüber hinaus kann ein angemessener Antrieb der rotierenden elektrischen Maschine 10 auch in höher gelegenen Regionen mit niedrigem Luftdruck erreicht werden.
(Vierzehnte Modifikation)
In dem Leiter 82, der mehrere Isolationsbeschichtungen auf der Innen- und Außenseite aufweist, können sich die Isolationsbeschichtung auf der Außenseite und die Isolationsbeschichtung auf der Innenseite zumindest in Bezug auf die lineare Ausdehnung (linearer Ausdehnungskoeffizient) und die Haftfestigkeit unterscheiden. Der Aufbau des Leiters 82 der vorliegenden Modifikation ist in 42 dargestellt.
In 42 umfasst der Leiter 82 mehrere (in der Zeichnung vier) Drähte 181, eine äußere Schicht 182 (äußere Isolationsbeschichtung), die beispielsweise aus Harz besteht und die Vielzahl von Drähten 181 umgibt, und eine Zwischenschicht 183 (mittlere Isolationsbeschichtung), die einen Bereich um die Drähte 181 innerhalb der äußeren Schicht 182 ausfüllt. Der Draht 181 umfasst einen leitenden Teil 181a, der aus einem Kupfermaterial besteht, und eine Leiterschicht 181b (innere Isolierschicht), die aus einem Isoliermaterial besteht. Bei der Statorwicklung erfolgt die Isolierung zwischen den Phasen durch die äußere Beschichtung 182. Dabei kann die Verdrahtung 181 als Bündel aus mehreren leitenden Materialien ausgeführt sein.
Die Zwischenschicht 183 hat eine höhere lineare Ausdehnungsrate als die Leiterbeschichtung 181b des Drahtes 181 und eine geringere lineare Ausdehnungsrate als die Außenbeschichtung 182. Das heißt, im Leiter 82 nimmt die lineare Ausdehnung zur Außenseite hin zu.
Im Allgemeinen ist der lineare Ausdehnungskoeffizient der äußeren Beschichtung 182 höher als der der leitenden Beschichtung 181b. Aufgrund der Zwischenschicht 183, deren linearer Ausdehnungskoeffizient in der Mitte zwischen dem der Außenschicht 182 und dem der Leiterschicht 181b liegt, fungiert die Zwischenschicht 183 als Polstermaterial und kann einen gleichzeitigen Bruch auf der Seite der Außenschicht und der Seite der Innenschicht verhindern.
Außerdem sind in dem Leiter 82 der leitende Teil 181a und die Leiterbeschichtung 181b in dem Draht 181 verbunden. Die Leiterbeschichtung 181b und die Zwischenschicht 183 sowie die Zwischenschicht 183 und die Außenschichtbeschichtung 182 sind jeweils miteinander verbunden. In diesen Verbundabschnitten nimmt die Verbundfestigkeit zur Außenseite des Leiters 82 hin ab. Das heißt, die Haftfestigkeit zwischen dem leitenden Abschnitt 181a und der Leiterbeschichtung 181b ist schwächer als die Haftfestigkeit zwischen der Leiterbeschichtung 181b und der Zwischenschicht 183 sowie die Haftfestigkeit zwischen der Zwischenschicht 183 und der Außenschichtbeschichtung 182.
Vergleicht man außerdem die Haftfestigkeit zwischen der Leiterschicht 181 und der Zwischenschicht 183 und die Haftfestigkeit zwischen der Zwischenschicht 183 und der Außenschicht 182, so kann letztere (auf der Außenseite) schwächer oder gleich sein. Hier kann z.B. eine Größe der Haftfestigkeit zwischen den Beschichtungen durch die Zugfestigkeit ermittelt werden, die erforderlich ist, wenn die beiden Beschichtungsschichten auseinandergezogen werden.
Durch die oben beschriebene Einstellung der Haftfestigkeit des Leiters 82 kann selbst bei einem Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenseite infolge von Wärmeentwicklung oder Abkühlung ein Bruch sowohl auf der Innenals auch auf der Außenseite (Co-Bruch) unterdrückt werden.
Hier äußern sich Wärmeerzeugung und Temperaturänderungen in der rotierenden elektrischen Maschine hauptsächlich in Form von Kupferverlusten, die durch den leitenden Teil 181a des Drahtes 181 entstehen, und in Form von Eisenverlusten, die im Inneren des Kerns entstehen. Diese beiden Arten von Verlusten werden jedoch von dem leitenden Abschnitt 181a innerhalb des Leiters 82 oder von außerhalb des Leiters 82 übertragen. In der Zwischenschicht 183 gibt es keine Wärmeerzeugungsquelle.
In diesem Fall kann ein gleichzeitiges Brechen der Zwischenschicht 183 verhindert werden, da sie eine Bindungskraft besitzt, die als Puffer für beide dienen kann. Daher kann eine vorteilhafte Nutzung auch für den Einsatz in Bereichen erreicht werden, die eine hohe Spannungsfestigkeit oder erhebliche Temperaturänderungen beinhalten, wie z.B. der Einsatz in Fahrzeugen.
Eine ergänzende Beschreibung wird weiter unten gegeben. Der Draht 181 kann zum Beispiel ein Lackdraht sein. In diesem Fall enthält der Draht 181 eine Harzbeschichtung (Leiterbeschichtung 181b) aus Polyamid (PA), PI, PAI oder dergleichen. Darüber hinaus ist die äußere Beschichtung 182 auf der Außenseite des Drahtes 181 vorzugsweise aus einem ähnlichen PA, PI, PAI oder ähnlichem hergestellt und dick in Bezug auf die Dicke. Dadurch wird ein Bruch der Beschichtung aufgrund einer unterschiedlichen Längenausdehnung unterdrückt.
Hier wird als äußere Beschichtung 182 zusätzlich zu den Maßnahmen, die durch die Verdickung des Materials, wie PA, PI oder PAI, getroffen werden, auch die Verwendung von Materialien, deren Dielektrizitätskonstante kleiner als die von PI oder PAI ist, wie PPS, PEEK, Fluorharz, Polycarbonat, Silikonharz, Epoxid, Polyethylennaphthalat oder Flüssigkristallpolymer (LCP), im Hinblick auf die Erhöhung der Leiterdichte in der rotierenden elektrischen Maschine bevorzugt. Infolge dieser Harze kann die Isolierleistung selbst dann erhöht werden, wenn die Beschichtung dünner ist als eine PI- oder PAI-Beschichtung, die der Leiterbeschichtung 181b entspricht oder die gleiche Dicke wie die Leiterbeschichtung 181b aufweist. Infolgedessen kann der Belegungsgrad des leitenden Teils erhöht werden.
Im Allgemeinen bietet das oben beschriebene Harz eine Isolierung, deren Dielektrizitätskonstante günstiger ist als die der Isolierschicht des Lackdrahtes. Natürlich gibt es auch Beispiele, bei denen die Dielektrizitätskonstante aufgrund von Formgebung oder Verfälschungen verschlechtert ist. PPS und PEEK haben im Allgemeinen einen größeren linearen Ausdehnungskoeffizienten als eine Lackschicht. Da ihr linearer Ausdehnungskoeffizient jedoch geringer ist als der anderer Harze, eignen sich PPS und PEEK für die äußere Beschichtung in der zweiten Schicht.
Darüber hinaus ist die Haftfestigkeit zwischen den beiden Arten von Beschichtungen (Zwischenisolationsbeschichtung und Außenschichtisolationsbeschichtung) auf der Außenseite des Drahtes 181 und der Lackbeschichtung des Drahtes 181 vorzugsweise schwächer als die Haftfestigkeit zwischen dem Kupferdraht im Draht 181 und der Lackbeschichtung. Dadurch wird ein Phänomen unterdrückt, bei dem die Lackschicht und die beiden Arten von Beschichtungen gleichzeitig brechen.
Wenn dem Stator eine wassergekühlte Struktur, eine flüssigkeitsgekühlte Struktur oder eine luftgekühlte Struktur hinzugefügt wird, wird davon ausgegangen, dass die thermische Belastung und die Schlagbeanspruchung im Wesentlichen von der Außenschichtbeschichtung 182 und darüber hinaus ausgeübt werden. Aber auch in Fällen, in denen die Isolierschicht des Drahtes 181 und die oben beschriebenen zwei Arten von Beschichtungen aus unterschiedlichen Harzen bestehen, können die thermischen Spannungen und die Schlagbeanspruchung reduziert werden, da ein Bereich bereitgestellt ist, in dem die Beschichtungen nicht miteinander verbunden sind.
Das heißt, die Isolationsstruktur wird durch einen Zwischenraum zwischen den beiden Beschichtungsarten und dem Draht (Lackdraht) gebildet, wobei Fluorharz, Polycarbonat, Silikonharz, Epoxid, Polyethylennaphthalat oder LCP verwendet wird. In diesem Fall werden die äußere und die innere Beschichtung vorzugsweise mit einem Klebstoff verbunden, der eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wie z.B. Epoxid.
Dadurch kann neben der mechanischen Festigkeit auch ein Bruch der Beschichtung infolge von Reibung, die durch Erschütterungen aufgrund von Vibrationen im leitenden Teil und dergleichen verursacht wird, oder ein Bruch der Außenschichtbeschichtung infolge des Unterschieds im linearen Ausdehnungskoeffizienten unterdrückt werden.
Als Fixierung der äußersten Schicht, die im Allgemeinen ein abschließender Schritt für die Peripherie der Statorwicklung ist und mechanische Festigkeit, Fixierung und dergleichen verleiht, wird in Bezug auf den Leiter 82, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, ein Harz wie Epoxid, PPS, PEEK oder LCP bevorzugt, dessen Formbarkeit günstig ist und dessen Eigenschaften wie die Dielektrizitätskonstante und der lineare Ausdehnungskoeffizient den Eigenschaften der Emailbeschichtung ähnlich sind.
Im Allgemeinen wird ein Harzverguss mit Urethan oder Silikon durchgeführt. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des oben beschriebenen Harzes unterscheidet sich jedoch fast um das Zweifache von dem anderer Harze, und es kommt zu thermischen Spannungen, die das Harz abscheren können. Daher ist das Harz für die Verwendung bei 60 V oder mehr, für die international strenge Isolationsvorschriften gelten, ungeeignet. Durch einen abschließenden Isolationsschritt, der leicht durch Spritzguss oder ähnliches unter Verwendung von Epoxid, PPS, PEEK, LCP oder ähnlichem hergestellt werden kann, können die oben beschriebenen Anforderungen erfüllt werden.
Andere als die oben beschriebenen Modifikationen sind im Folgenden aufgeführt.
Ein Abstand DM in radialer Richtung zwischen einer Oberfläche auf der Ankerseite in radialer Richtung der Magneteinheit 42 und der axialen Mitte des Rotors kann gleich oder größer als 50 mm sein. Insbesondere kann beispielsweise der Abstand DM in der radialen Richtung zwischen der Oberfläche auf der radial inneren Seite der Magneteinheit 42 (insbesondere dem ersten und zweiten Magneten 91 und 92), die in 4 gezeigt ist, und der axialen Mitte des Rotors 40 gleich oder größer als 50 mm sein.
Als rotierende elektrische Maschine, die eine schlitzlose Struktur hat, ist eine kleine rotierende elektrische Maschine bekannt, die für Modelle verwendet wird, deren Leistung von einigen zehn bis zu einigen hundert Watt und dergleichen reicht. Darüber hinaus haben die Offenleger der vorliegenden Anmeldung keine Beispiele ermittelt, in denen die schlitzlose Struktur in einer großen rotierenden elektrischen Maschine für den industriellen Einsatz verwendet wird, die typischerweise 10 kW überschreitet. Die Offenleger der vorliegenden Anmeldung haben Gründe dafür untersucht.
Die rotierenden elektrischen Maschinen, die sich in den letzten Jahren durchgesetzt haben, lassen sich im Wesentlichen in die folgenden vier Typen einteilen. Bei diesen rotierenden elektrischen Maschinen handelt es sich um einen Bürstenmotor, einen Induktionsmotor mit Käfigläufer, einen Synchronmotor mit Permanentmagneten und einen Reluktanzmotor.
Bei einem Bürstenmotor wird der Erregerstrom über eine Bürste zugeführt. Daher kann bei einem großen Bürstenmotor die Bürste sehr groß werden und die Wartung kompliziert werden. Aus diesem Grund wurden die bürstenbehafteten Motoren im Zuge der bemerkenswerten Fortschritte in der Halbleitertechnologie durch bürstenlose Motoren wie Induktionsmotoren ersetzt. Indessen werden im Bereich der Kompaktmotoren auch viele kernlose Motoren in der ganzen Welt angeboten, da sie Vorteile in Bezug auf geringe Trägheit und wirtschaftliche Effizienz bieten.
Das Prinzip des Käfigläufer-Induktionsmotors besteht darin, dass das Drehmoment durch ein Magnetfeld erzeugt wird, das durch eine Statorwicklung auf der Primärseite erzeugt wird, die von einem Kern eines Rotors auf der Sekundärseite aufgenommen wird, wobei ein Induktionsstrom in konzentrierter Form zu einem Käfigläufer geschickt wird und ein magnetisches Reaktionsfeld ausgebildet ist. Aus der Perspektive der Kompaktheit und des höheren Wirkungsgrads eines Geräts kann daher die Beseitigung des Kerns sowohl auf der Statorseite als auch auf der Rotorseite nicht unbedingt als zweckmäßig angesehen werden.
Der Reluktanzmotor ist ein Motor, der einfach die Modifikationen der Reluktanz im Kern nutzt. Im Prinzip ist die Beseitigung des Kerns nicht wünschenswert.
Im Bereich der permanentmagneterregten Synchronmotoren hat sich in den letzten Jahren die IPM (d.h. ein Rotor mit eingebettetem Magnet) durchgesetzt. Wenn keine besonderen Umstände vorliegen, handelt es sich insbesondere bei Großmaschinen häufig um IPMs.
Der IPM hat die Eigenschaft, sowohl ein Magnet- als auch ein Reluktanzmoment zu besitzen. Der IPM wird betrieben, während das Verhältnis dieser Drehmomente durch die Wechselrichtersteuerung entsprechend angepasst wird. Daher ist der IPM ein kompakter Motor mit ausgezeichneter Steuerbarkeit.
Wenn die Drehmomente an der Rotoroberfläche, die das Magnetmoment und das Reluktanzmoment erzeugen, auf der Grundlage der Analyse durch die Offenleger der vorliegenden Anmeldung mit dem Abstand DM in radialer Richtung zwischen der Oberfläche auf der Ankerseite in radialer Richtung der Magneteinheit und dem axialen Zentrum des Rotors gezeichnet werden, d.h. ein Radius des Statorkerns eines typischen Innenrotors wird auf einer horizontalen Achse genommen, sind die Drehmomente wie in 43 gezeigt.
Wie im Ausdruck (eq1) unten gezeigt, wird das Potential des Magnetmoments durch die vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfeldstärke bestimmt, während das Potential des Reluktanzmoments durch die Induktivität bestimmt wird, insbesondere durch die Größe der Induktivität der q-Achse, wie im Ausdruck (eq2) unten gezeigt. $Magnetisches Drehmoment = k \cdot ψ \cdot Iq$
$Reluktanzmoment = k \cdot (Lq - Ld) Iq \cdot Id$
Hier werden die magnetische Feldstärke des Dauermagneten und die Größe der Induktivität in der Wicklung auf der Grundlage von DM verglichen. Die vom Dauermagneten erzeugte magnetische Feldstärke, d.h. die Größe des Magnetflusses Ψ, ist proportional zur Gesamtfläche des Dauermagneten auf einer dem Stator gegenüberliegenden Fläche. Im Falle eines kreiszylindrischen Rotors ist die Gesamtfläche die Fläche eines Kreiszylinders.
Da der N-Pol und der S-Pol vorhanden sind, ist die Feldstärke des Magneten genau genommen proportional zu einer belegten Fläche, die die Hälfte der Kreiszylinderoberfläche beträgt. Der Flächeninhalt des Kreiszylinders ist proportional zum Radius des Kreiszylinders und zur Länge des Kreiszylinders. Das heißt, wenn die Länge des Kreiszylinders fest ist, ist der Flächeninhalt proportional zum Radius des Kreiszylinders.
Obwohl die Induktivität Lq der Wicklung von der Kernform abhängig ist, ist die Empfindlichkeit gering. Da die Induktivität Lq proportional zum Quadrat der Anzahl der Windungen der Statorwicklung ist, ist die Abhängigkeit von der Anzahl der Windungen hoch. Wenn µ die magnetische Permeabilität des magnetischen Kreises, N die Anzahl der Windungen, S die Querschnittsfläche des magnetischen Kreises und δ die effektive Länge des magnetischen Kreises ist, ist die Induktivität L = µ · N^2 × S / δ.
Die Anzahl der Windungen der Wicklung ist abhängig von der Größe des Wicklungsraums. Im Falle eines kreiszylindrischen Motors ist die Anzahl der Wicklungen daher abhängig vom Wicklungsraum des Stators, d.h. von der Nutfläche. Wie in 44 gezeigt, ist die Nutfläche proportional zu einem Produkt a × b aus einer Längenabmessung a in Umfangsrichtung und einer Längenabmessung b in radialer Richtung, da die Form der Nut annähernd ein Viereck ist.
Das Längenmaß in Umfangsrichtung des Schlitzes nimmt mit zunehmendem Durchmesser des Kreiszylinders zu. Daher ist die Längenabmessung in Umfangsrichtung des Schlitzes proportional zum Durchmesser des Kreiszylinders. Die Längenabmessung in radialer Richtung des Schlitzes ist einfach proportional zum Durchmesser des Kreiszylinders. Das heißt, die Schlitzfläche ist proportional zu einem Quadrat des Durchmessers des Kreiszylinders.
Außerdem ist das Reluktanzmoment, wie aus dem obigen Ausdruck (Gl. 2) hervorgeht, proportional zum Quadrat des Statorstroms. Daher wird die Leistung der rotierenden elektrischen Maschine durch die Art und Weise bestimmt, in der ein großer Strom geliefert werden kann. Die Leistung ist abhängig von der Nutfläche des Stators. Daraus ergibt sich, dass bei fester Länge des Kreiszylinders das Reluktanzmoment proportional zum Quadrat des Kreiszylinderdurchmessers ist. 43 zeigt eine Darstellung, in dem die Beziehung zwischen dem magnetischen Drehmoment, dem Reluktanzmoment und dem DM aufgetragen ist.
Wie in 43 dargestellt, steigt das Magnetmoment linear mit der DM. Das Reluktanzmoment steigt quadratisch mit der DM an. Es wird deutlich, dass bei einem relativ kleinen DM das Magnetmoment dominiert. Das Reluktanzmoment wird dominant, wenn der Radius des Statorkerns zunimmt.
Die Offenleger der vorliegenden Anmeldung sind zu dem Schluss gekommen, dass unter bestimmten Bedingungen ein Schnittpunkt zwischen dem Magnetdrehmoment und dem Reluktanzdrehmoment in 43 in der Nähe eines Statorkernradius von etwa 50 mm liegt. Das heißt, dass bei einem Motor der 10-kW-Klasse, bei dem der Radius des Statorkerns 50 mm übersteigt, die Beseitigung des Kerns schwierig ist, da die Verwendung des Reluktanzmoments gegenwärtig die Regel ist. Es wird vermutet, dass dies ein Grund dafür ist, warum die nutenlose Struktur im Bereich der Großmaschinen nicht verwendet wird.
Bei einer rotierenden elektrischen Maschine, in der ein Kern im Stator verwendet wird, ist die magnetische Sättigung des Kerns immer ein Problem. Insbesondere bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit radialem Spalt ist der Längsquerschnitt der Drehwelle für jeden Magnetpol fächerförmig. Die Breite des magnetischen Magnetpfades wird zur inneren Umfangsseite des Geräts hin schmaler, und eine Abmessung an der inneren Umfangsseite eines Zahnteils, der die Schlitze bildet, bestimmt eine Leistungsgrenze der rotierenden elektrischen Maschine.
Unabhängig davon, wie leistungsfähig der verwendete Dauermagnet ist, wenn in diesem Bereich eine magnetische Sättigung auftritt, kann die Leistung des Dauermagneten nicht ausreichend erreicht werden. Um das Auftreten von magnetischer Sättigung in diesem Bereich zu verhindern, wird der innere Umfang groß ausgelegt, was zu einer größeren Vorrichtung führt.
In einer rotierenden elektrischen Maschine mit verteilter Wicklung wird beispielsweise bei einer Dreiphasenwicklung der Magnetfluss so zugeführt, dass er auf drei bis sechs Zähne pro Magnetpol verteilt wird. Da der Magnetfluss jedoch dazu neigt, sich an den Zähnen in Umfangsrichtung nach vorne zu konzentrieren, fließt der Magnetfluss nicht gleichmäßig zu den drei bis sechs Zähnen. In diesem Fall fließt der Magnetfluss zwar konzentriert zu einem Teil (z.B. einem oder zwei) der Zähne, aber die magnetisch gesättigten Zähne bewegen sich mit der Drehung der Drehwelle auch in Umfangsrichtung. Dies ist ebenfalls ein Faktor für die Entstehung von Schlitzrippeln.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass in der rotierenden elektrischen Maschine, die eine schlitzlose Struktur hat und deren DM gleich oder größer als 50 mm ist, die Zähne vorzugsweise eliminiert werden, um die magnetische Sättigung zu lösen. Wenn jedoch die Zähne entfernt werden, erhöht sich der magnetische Widerstand im magnetischen Kreis im Rotor und im Stator, und das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine sinkt. Ein Grund für den Anstieg des magnetischen Widerstands ist zum Beispiel der größer werdende Luftspalt zwischen Rotor und Stator.
Daher gibt es in der oben beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine mit der schlitzlosen Struktur, in der DM gleich oder größer als 50 mm ist, Raum für Verbesserungen hinsichtlich der Erhöhung des Drehmoments. Daher ist es von großem Vorteil, die oben beschriebene Konfiguration, die eine Erhöhung des Drehmoments ermöglicht, auf die rotierende elektrische Maschine anzuwenden, die die oben beschriebene schlitzlose Struktur aufweist und bei der die DM gleich oder größer als 50 mm ist.
Dabei kann der Abstand DM in radialer Richtung zwischen der Oberfläche auf der Ankerseite in radialer Richtung der Magneteinheit und der axialen Mitte des Rotors nicht nur bei der rotierenden elektrischen Maschine mit Außenrotorstruktur, sondern auch bei der rotierenden elektrischen Maschine mit Innenrotorstruktur gleich oder größer als 50 mm sein.
Die Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann so konfiguriert sein, dass die linearen Abschnitte 83 der Leiter 82 in radialer Richtung in einer einzigen Lage angeordnet sind. Wenn die linearen Abschnitte 83 in mehreren Lagen auf der Innenseite und der radialen Außenseite angeordnet sind, kann die Anzahl der Lagen außerdem beliebig sein. Die linearen Abschnitte 83 können in drei Lagen, vier Lagen, fünf Lagen, sechs Lagen oder ähnlichem vorhanden sein.
In 2 ist die Drehwelle 11 beispielsweise so angeordnet, dass sie in axialer Richtung sowohl in Richtung des einen als auch des anderen Endes der rotierenden elektrischen Maschine 10 vorsteht. Diese Anordnung kann jedoch geändert werden. Die Drehwelle 11 kann so konfiguriert sein, dass sie nur zu einer Endseite hin vorsteht.
In diesem Fall kann die Drehwelle 11 mit einem Abschnitt, der von der Lagereinheit 20 als Endabschnitt freitragend gestützt wird, so bereitgestellt werden, dass sie sich in axialer Richtung zur Außenseite hin erstreckt.
Da die Drehwelle 11 bei der vorliegenden Konfiguration nicht in das Innere der Wechselrichtereinheit 60 hineinragt, kann ein Innenraum der Wechselrichtereinheit 60, genauer gesagt der Innenraum des zylindrischen Teils 71, in größerem Umfang genutzt werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird ein nichtleitendes Fett in den Lagern 21 und 22 verwendet. Diese Konfiguration kann jedoch geändert werden. In den Lagern 21 und 22 kann ein leitfähiges Schmierfett verwendet werden. Beispielsweise wird ein leitfähiges Fett verwendet, das Metallpartikel, Kohlenstoffpartikel oder Ähnliches enthält.
In einer Konfiguration, in der die Drehwelle 11 frei drehbar gelagert ist, können die Lager an zwei Stellen bereitgestellt werden, und zwar an einer Endseite und an der anderen Endseite in axialer Richtung des Rotors 40. In diesem Fall können die Lager in Bezug auf die Konfiguration in 1 an zwei Stellen, an einer Endseite und an der anderen Endseite mit der Wechselrichtereinheit 60 dazwischen, bereitgestellt werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, umfasst der Zwischenabschnitt 45 des Magnethalters 41 im Rotor 40 den inneren Schulterabschnitt 49a und den ringförmigen äußeren Schulterabschnitt 49b. Diese Schulterabschnitte 49a und 49b können jedoch eliminiert werden, und der Zwischenabschnitt 45 kann so konfiguriert sein, dass er eine flache Oberfläche aufweist.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist der Leiterkörper 82a ein Bündel aus einer Vielzahl von Drähten 86 im Leiter 82 der Statorwicklung 51. Diese Konfiguration kann jedoch geändert werden. Als Leiter 82 kann ein quadratischer Leiter mit rechteckigem Querschnitt verwendet werden. Außerdem kann als Leiter 82 ein kreisförmiger Leiter mit kreisförmigem Querschnitt oder mit elliptischem Querschnitt verwendet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist die Wechselrichtereinheit 60 an der radialen Innenseite des Stators 50 bereitgestellt. Stattdessen kann die Wechselrichtereinheit 60 jedoch auch nicht an der radialen Innenseite des Stators 50 bereitgestellt sein. In diesem Fall kann ein Innenbereich, der die radiale Innenseite des Stators 50 darstellt, als Leerraum belassen werden. Außerdem kann eine andere Komponente als die Wechselrichtereinheit 60 in dem Innenbereich angeordnet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann das Gehäuse 30 nicht bereitgestellt sein. In diesem Fall können z.B. der Rotor 40, der Stator 50 und dergleichen in einem Teil des Rades oder einer anderen Fahrzeugkomponente gehalten werden.
(Ausführungsbeispiel als radinterner Motor für ein Fahrzeug)
Als Nächstes wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei der die rotierende elektrische Maschine integral mit einem Fahrzeugrad eines Fahrzeugs als radinterner Motor bereitgestellt ist.
45 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugrads 400, das eine radinterne Motorstruktur und eine diese umgebende Struktur aufweist. 46 ist eine Längsschnittansicht des Fahrzeugrads 400 und der es umgebenden Struktur. 47 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Fahrzeugrads 400. Jede dieser Zeichnungen ist eine perspektivische Ansicht, in der das Fahrzeugrad 400 vom Inneren des Fahrzeugs aus betrachtet wird.
Dabei kann der radinterne Motor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Fahrzeug in verschiedenen Modi eingesetzt werden. Zum Beispiel in einem Fahrzeug, das zwei Räder jeweils in der vorderen und hinteren des Fahrzeugs hat, kann der radinterne Motor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die beiden Räder an der Vorderseite des Fahrzeugs, die beiden Räder an der Rückseite des Fahrzeugs, oder die vier Räder in der Vorder- und Rückseite des Fahrzeugs angewendet werden. Der radinterne Motor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann jedoch auch bei einem Fahrzeug eingesetzt werden, bei dem zumindest entweder die Vorder- oder die Rückseite des Fahrzeugs ein einziges Rad hat. Der radinterne Motor ist hier ein Anwendungsbeispiel für eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug.
Wie in den 45 bis 47 gezeigt, umfasst das Fahrzeugrad 400 beispielsweise einen Reifen 401, bei dem es sich um einen bekannten, mit Luft gefüllten Reifen handelt, ein Rad 402, das an einer inneren Umfangsseite des Reifens 401 befestigt ist, und eine rotierende elektrische Maschine 500, die an einer inneren Umfangsseite des Rads 402 befestigt ist. Die rotierende elektrische Maschine 500 umfasst einen festen Teil, der ein Teil ist, der einen Stator umfasst, und einen rotierenden Teil, der ein Teil ist, der einen Rotor umfasst. Der feststehende Teil ist an einer Fahrzeugkarosserieseite befestigt.
Darüber hinaus ist der rotierende Teil am Rad 402 befestigt. Der Reifen 401 und das Rad 402 drehen sich als Ergebnis der Drehung der rotierenden Einheit. Hier, in der rotierenden elektrischen Maschine 500, wird eine detaillierte Konfiguration einschließlich des festen Teils und des rotierenden Teils im Folgenden beschrieben.
Darüber hinaus sind an dem Fahrzeugrad 400 als periphere Vorrichtungen eine Aufhängungsvorrichtung, die das Fahrzeugrad 400 an einer Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) hält, eine Lenkvorrichtung, die eine Modifikation der Orientierung des Fahrzeugrads 400 ermöglicht, und eine Bremsvorrichtung, die das Fahrzeugrad 400 abbremst, angebracht.
Bei der Aufhängungsvorrichtung handelt es sich um eine Einzelradaufhängung. Zum Beispiel ist die Anwendung eines beliebigen Typs, wie ein Längslenker-Typ, ein Federbein-Typ, ein Querlenker-Typ oder ein Mehrlenker-Typ, möglich. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als Aufhängungsvorrichtung ein unterer Arm 411 bereitgestellt, der so orientiert ist, dass er sich in Richtung der Fahrzeugkarosserie-Mittelseite erstreckt, und ein Aufhängungsarm 412 und eine Feder 413 sind so bereitgestellt, dass sie so orientiert sind, dass sie sich in der vertikalen Richtung erstrecken.
Der Aufhängungsarm 412 kann z.B. als Stoßdämpfer ausgebildet sein. Auf eine detaillierte Darstellung wird hier jedoch verzichtet. Der untere Arm 411 und der Aufhängungsarm 412 sind jeweils mit der Karosserieseite verbunden und mit einer kreisscheibenförmigen Einheitsbasiskörper 405 verbunden, die am festen Teil der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt ist. Wie in 46 gezeigt, sind der untere Arm 411 und der Aufhängungsarm 412 auf der Seite der rotierenden elektrischen Maschine 500 (Seite der Einheitsbasiskörper 405) durch die Stützachsen 414 und 415 so gelagert, dass sie sich in einem koaxialen Zustand zueinander befinden.
Darüber hinaus kann als Lenkvorrichtung beispielsweise eine Zahnstange oder eine Kugelmutter verwendet werden, oder es kann eine hydraulische oder elektrische Servolenkung eingesetzt werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind eine Zahnstangenvorrichtung 421 und eine Spurstange 422 als Lenkvorrichtung bereitgestellt. Die Zahnstangenvorrichtung 421 ist über die Spurstange 422 mit der Einheitsbasiskörper 405 auf der Seite der rotierenden elektrischen Maschine 500 verbunden.
In diesem Fall, wenn die Zahnstangenvorrichtung 421 in Verbindung mit der Drehung einer Lenkwelle (nicht dargestellt) betätigt wird, bewegt sich die Spurstange 422 in einer Links/Rechts-Richtung des Fahrzeugs. Infolgedessen dreht sich das Fahrzeugrad 400 um die Stützwellen 414 und 415 des unteren Arms 411 und des Aufhängungsarms 412, und die Richtung des Fahrzeugrads wird geändert.
Als Bremsvorrichtung eignet sich der Einsatz einer Scheibenbremse oder einer Trommelbremse. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind als Bremsvorrichtung ein Scheibenrotor 431, der an der Drehwelle 501 der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt ist, und ein Bremssattel 432 bereitgestellt, der an der Einheitsbasiskörper 405 auf der Seite der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt ist. Im Bremssattel 432 wird ein Bremsbelag durch hydraulischen Druck oder ähnliches betätigt. Dadurch, dass der Bremsbelag gegen den Scheibenrotor 431 gepresst wird, wird eine durch Reibung verursachte Bremskraft erzeugt und die Drehung des Fahrzeugrads 400 gestoppt.
Darüber hinaus ist ein Gehäusekanal 440, der die elektrische Verkabelung H1 und eine Kühlleitung H2 aufnimmt, die sich von der rotierenden elektrischen Maschine 500 aus erstrecken, an dem Fahrzeugrad 400 angebracht. Der Gehäusekanal 440 ist so bereitgestellt, dass er sich von einem Endabschnitt auf der Seite des festen Abschnitts der rotierenden elektrischen Maschine 500 entlang einer Endfläche der rotierenden elektrischen Maschine 500 erstreckt und den Aufhängungsarm 412 umgeht. Der Gehäusekanal 440 ist in diesem Zustand an dem Aufhängungsarm 412 befestigt.
Infolgedessen hat ein Verbindungsabschnitt zum Gehäusekanal 440 des Aufhängungsarms 412 eine feste Lagebeziehung zur Einheitsbasiskörper 405. Daher können Spannungen, die in der elektrischen Verkabelung H1 und der Kühlleitung H2 aufgrund von Vibrationen im Fahrzeug und dergleichen erzeugt werden, unterdrückt werden. Hier ist die elektrische Verkabelung H1 mit einer Bordnetzeinheit und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) (nicht dargestellt) verbunden. Die Kühlleitung H2 ist mit einem Kühler (nicht abgebildet) verbunden.
Als nächstes wird eine Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 500, die als radinterner Motor verwendet wird, im Detail beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel gegeben, bei dem die rotierende elektrische Maschine 500 als radinterner Motor eingesetzt wird. Die rotierende elektrische Maschine 500 hat einen besseren Wirkungsgrad und eine höhere Leistung im Vergleich zu einem Motor einer Fahrzeugantriebseinheit, die einen Drehzahlminderer wie in der herkömmlichen Technologie hat.
Das heißt, wenn die rotierende elektrische Maschine 500 für einen Zweck verwendet wird, der durch Kostenreduzierung eine praktischere Preisgestaltung (niedrigere Preise) im Vergleich zu konventioneller Technologie ermöglicht, kann die rotierende elektrische Maschine 500 auch als Motor für andere Zwecke als die Fahrzeugantriebseinheit verwendet werden. Auch in solchen Fällen wird in ähnlicher Weise wie bei der Anwendung der rotierenden elektrischen Maschine 500 als radinterner Motor eine bessere Leistung erzielt. Hier bezieht sich die Betriebseffizienz auf einen Index, der bei Tests im Fahrbetrieb verwendet wird, um die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs zu ermitteln.
Eine Übersicht über die rotierende elektrische Maschine 500 ist in den 48 bis 51 dargestellt. 48 ist eine Seitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500 von einer vorstehenden Seite der Drehwelle 501 (Innenseite des Fahrzeugs) betrachtet.
49 ist eine Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500 (eine Querschnittansicht entlang der Linie 49-49 in 48). 50 ist eine seitliche Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500 (eine Querschnittsansicht entlang der Linie 50-50 in 49). 51 ist eine explodierte Querschnittsansicht, in der die Bestandteile der rotierenden elektrischen Maschine 500 in einem explodierten Zustand dargestellt sind. In der folgenden Beschreibung ist eine Richtung, in der sich die Drehwelle 501 in einer außenseitigen Richtung des Fahrzeugkörpers in 51 erstreckt, eine axiale Richtung. Eine Richtung, die sich radial von der Drehwelle 501 erstreckt, ist eine radiale Richtung.
In 48 ist auf einer Mittellinie, die so gezeichnet ist, dass sie einen Querschnitt 49 bildet, der durch ein Zentrum der Drehwelle 501, d.h. ein Rotationszentrum eines Rotationsabschnitts, verläuft, jede von zwei Richtungen, die sich in Umfangsrichtung von einem beliebigen Punkt mit Ausnahme des Rotationszentrums des Rotationsabschnitts erstrecken, eine Umfangsrichtung. Mit anderen Worten, die Umfangsrichtung kann entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn verlaufen, wobei ein beliebiger Punkt auf dem Querschnitt 49 als Ausgangspunkt dient.
Darüber hinaus ist die rechte Seite in 49 eine Fahrzeugaußenseite und die linke Seite eine Fahrzeuginnenseite im fahrzeugmontierten Zustand. Mit anderen Worten ist ein im Folgenden beschriebener Rotor 510 im fahrzeugmontierten Zustand weiter in Richtung der Außenseite der Fahrzeugkarosserie angeordnet als ein Rotordeckel 670.
Die rotierende elektrische Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine rotierende elektrische Maschine mit Außenrotor und Oberflächenmagneten. Die rotierende elektrische Maschine 500 umfasst im Allgemeinen den Rotor 510, einen Stator 520, eine Wechselrichtereinheit 530, ein Lager 560 und den Rotordeckel 670. Die rotierende elektrische Maschine 10 ist so konfiguriert, dass alle diese Komponenten koaxial bzw. einachsig mit der Drehwelle 501 angeordnet sind, die einstückig mit dem Rotor 510 bereitgestellt ist und in axialer Richtung in einer vorbestimmten Reihenfolge zusammengebaut ist.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 haben der Rotor 510 und der Stator 520 jeweils eine kreiszylindrische Form und sind so angeordnet, dass sie einander mit einem Luftspalt dazwischen gegenüberstehen. Da der Rotor 510 mit der Drehwelle 501 zusammen rotiert, dreht sich der Rotor 510 auf der radial äußeren Seite des Stators 520. Der Rotor 510 entspricht einem „Feldelement“. Der Stator 520 entspricht einem „Anker“.
Der Rotor 510 umfasst einen annähernd kreiszylindrischen Rotorträger 511 und eine ringförmige Magneteinheit 512, die an dem Rotorträger 511 befestigt ist. Die Drehwelle 501 ist an dem Rotorträger 511 befestigt.
Der Rotorträger 511 umfasst einen kreiszylindrischen Teil 513. Die Magneteinheit 512 ist an einer inneren Umfangsfläche des inneren zylindrischen Abschnitts 513 befestigt. Das heißt, die Magneteinheit 512 ist so bereitgestellt, dass sie von dem kreiszylindrischen Abschnitt 513 des Rotorträgers 511 von der radialen Außenseite her umgeben ist.
Außerdem hat der kreiszylindrische Abschnitt 513 ein erstes Ende und ein zweites Ende, die sich in axialer Richtung gegenüberliegen. Das erste Ende befindet sich in einer Richtung auf der Außenseite der Fahrzeugkarosserie. Das zweite Ende befindet sich in einer Richtung, in der die Einheitsbasiskörper 405 vorhanden ist. Im Rotorträger 511 ist das erste Ende des kreiszylindrischen Abschnitts 513 so bereitgestellt, dass es sich an eine Endplatte 514 anschließt.
Das heißt, der kreiszylindrische Teil 513 und die Endplatte 514 sind eine integrierte Struktur. Das zweite Ende des kreiszylindrischen Abschnitts 513 ist offen. Der Rotorträger 511 wird beispielsweise aus einem kaltgewalzten Stahlblech (SPCC oder SPHC mit einer dickeren Blechdicke als SPCC), einem Schmiedestahl, einem CFK oder ähnlichem mit ausreichender mechanischer Festigkeit hergestellt.
Eine axiale Länge der Drehwelle 501 ist länger als eine Abmessung in axialer Richtung des Rotorträgers 511. Mit anderen Worten, die Drehwelle 501 ragt in Richtung der offenen Endseite (in Richtung der Fahrzeuginnenseite) des Rotorträgers 511 vor, und die oben beschriebene Bremsvorrichtung und dergleichen sind an dem Endabschnitt auf der vorstehenden Seite befestigt.
In einem mittleren Abschnitt der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 ist ein Durchgangsloch 514a ausgebildet. Die Drehwelle 501 ist an dem Rotorträger 511 in einem Zustand befestigt, in dem die Drehwelle 501 in das Durchgangsloch 514a der Endplatte 514 eingeführt ist. Die Drehwelle 501 hat einen Flansch 502, der sich so erstreckt, dass er die axiale Richtung in einem Abschnitt, in dem der Rotorträger 511 befestigt ist, schneidet (orthogonal dazu ist). Die Drehwelle 501 ist an dem Rotorträger 511 in einem Zustand befestigt, in dem der Flansch und die Oberfläche auf der Fahrzeugaußenseite der Endplatte 514 flächig verbunden sind. In diesem Fall wird das Rad 402 im Fahrzeugrad 400 mit einem Befestigungselement, wie z.B. einem Bolzen, befestigt, der in Richtung der Fahrzeugaußenseite vom Flansch 502 der Drehwelle 501 aus aufgerichtet ist.
Darüber hinaus ist die Magneteinheit 512 durch eine Vielzahl von Permanentmagneten konfiguriert, die so angeordnet sind, dass sich die Polaritäten entlang der Umfangsrichtung des Rotors 510 abwechselnd ändern. Dadurch weist die Magneteinheit 512 mehrere Magnetpole in Umfangsrichtung auf.
Der Dauermagnet ist z.B. durch Verkleben mit dem Rotationsträger 511 verbunden. Die Magneteinheit 512 hat die Konfiguration, die in den 8 und 9 als Magneteinheit 42 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Als Dauermagnet wird ein gesinterter Neodym-Magnet verwendet, dessen Eigen- bzw. intrinsische Koerzitivkraft gleich oder größer als 400 [kA/m] ist und dessen Restflussdichte Br gleich oder größer als 1,0 [T] ist.
In ähnlicher Weise wie die Magneteinheit 42 in 9 und dergleichen umfasst die Magneteinheit 512 den ersten Magneten 91 und den zweiten Magneten 92, die polare anisotrope Magnete sind und deren Polaritäten sich voneinander unterscheiden.
Wie in den 8 und 9 beschrieben, unterscheidet sich bei jedem der Magnete 91 und 92 die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung zwischen der d-Achsen-Seite (dem Teil, der näher an der d-Achse liegt) und der q-Achsen-Seite (dem Teil, der näher an der q-Achse liegt). Auf der d-Achsen-Seite ist die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung eine Orientierung, die nahe an einer Richtung liegt, die parallel zur d-Achse verläuft. Auf der q-Achsen-Seite ist die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung eine Orientierung, die nahe an einer Richtung liegt, die orthogonal zur q-Achse ist. Darüber hinaus wird ein magnetischer Magnetpfad, der die Form eines Kreisbogens hat, als Ergebnis der Orientierung basierend auf den Orientierungen der leichten Achsen der Magnetisierung gebildet.
Hier kann bei jedem der Magnete 91 und 92 die leichte Achse der Magnetisierung auf der d-Achsen-Seite eine Orientierung haben, die parallel zur d-Achse verläuft, und die leichte Achse der Magnetisierung auf der q-Achsen-Seite kann eine Orientierung haben, die orthogonal zur q-Achse ist. Kurz gesagt, die Magneteinheit 239 ist so konfiguriert, dass sie so orientiert ist, dass auf der d-Achsen-Seite, die das Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur d-Achse verläuft, verglichen mit der q-Achsen-Seite, die die Magnetpolgrenze ist.
Infolge der Magnete 91 und 92 wird der Magnetfluss auf der d-Achse verstärkt und Änderungen des Magnetflusses in der Nähe der q-Achse werden unterdrückt. Infolgedessen können die Magnete 91 und 92, bei denen die Modifikationen des magnetischen Oberflächenflusses von der q-Achse zur d-Achse an jedem Magnetpol graduell sind, in geeigneter Weise implementiert werden. Als Magneteinheit 512 kann auch die in den 22 und 23 dargestellte Konfiguration der Magneteinheit 42 oder die in 30 dargestellte Konfiguration der Magneteinheit 42 verwendet werden.
Hier kann die Magneteinheit 512 einen Statorkern (hinteres Joch) haben, der eine Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen enthält, die in axialer Richtung auf der Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 513 des Rotorträgers 511, d.h. auf der Seite der Außenumfangsfläche, laminiert sind. Das heißt, der Rotorkern kann an der radial inneren Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 513 des Rotorträgers 511 bereitgestellt sein, und der Permanentmagnet (Magnete 91 und 92) ist an der radial inneren Seite des Rotorkerns bereitgestellt.
Wie in 47 gezeigt, sind in dem kreiszylindrischen Abschnitt 513 des Rotorträgers 511 in einer Richtung, die sich in axialer Richtung erstreckt, in vorbestimmten Abständen in Umfangsrichtung Aussparungsabschnitte 513a ausgebildet. Die Aussparungsabschnitte 513a werden zum Beispiel durch Pressbearbeitung gebildet. Wie in 52 gezeigt, ist ein vorstehender Abschnitt 513b auf der inneren Umfangsoberflächenseite des kreiszylindrischen Abschnitts 513 in einer Position ausgebildet, die sich auf der Rückseite des Aussparungsabschnitts 513a befindet. Auf der äußeren Umfangsoberflächenseite der Magneteinheit 512 ist der Aussparungsabschnitt 512a so ausgebildet, dass er mit dem vorstehenden Abschnitt 513b des kreiszylindrischen Abschnitts 513b übereinstimmt.
Dadurch, dass der vorstehende Abschnitt 513b des kreiszylindrischen Abschnitts 513 in den Aussparungsabschnitt 512a eintritt, wird eine Positionsverschiebung in Umfangsrichtung der Magneteinheit 512 unterdrückt. Das heißt, der vorstehende Abschnitt 513 auf der Seite des Rotorträgers 511 fungiert als ein Rotationsstoppabschnitt der Magneteinheit 512. Das Verfahren zur Herstellung des vorstehenden Abschnitts 513b ist hier frei wählbar und kann auch ein anderes sein als die Pressbearbeitung.
In 52 ist die Richtung des magnetischen Magnetpfades in der Magneteinheit 512 durch einen Pfeil gekennzeichnet. Der magnetische Magnetpfad erstreckt sich in einer kreisförmigen Bogenform, so dass er die q-Achse, die die Magnetpolgrenze darstellt, überspannt. Darüber hinaus ist der magnetische Magnetpfad auf der d-Achse, die das Zentrum des Magnetpols darstellt, so orientiert, dass er parallel oder nahezu parallel zur d-Achse verläuft. In der Magneteinheit 512 ist der Aussparungsabschnitt 512b für jede Position, die der q-Achse entspricht, auf der inneren Umfangsflächenseite ausgebildet.
In diesem Fall unterscheidet sich in der Magneteinheit 512 die Länge des magnetischen Magnetpfades zwischen der Seite nahe dem Stator 520 (untere Seite in der Zeichnung) und der Seite entfernt vom Stator 520 (obere Seite in der Zeichnung). Die Länge des magnetischen Magnetpfades ist auf der Seite, die näher am Stator 520 liegt, kürzer. Der Aussparungsabschnitt 512b ist an einer Position ausgebildet, an der die Länge des magnetischen Magnetpfades am kürzesten ist.
Das heißt, in der Magneteinheit 512 wird unter Berücksichtigung der Schwierigkeit, einen ausreichenden Magnetfluss an einer Stelle zu erzeugen, an der die Länge des magnetischen Magnetpfades kurz ist, der Magnet an der Stelle eliminiert, an der der Magnetfluss schwach ist.
Hier nimmt die effektive Magnetflussdichte Bd eines Magneten zu, wenn die Länge eines Magnetkreises, der durch das Innere des Magneten verläuft, länger wird. Darüber hinaus stehen ein Permeanzkoeffizient Pc und die effektive Magnetflussdichte Bd des Magneten in einer Beziehung, bei der, wenn das eine zunimmt, auch das andere zunimmt. In 52, wie oben beschrieben, kann die Anzahl der Magnete reduziert werden, während die Abnahme des Permeanzkoeffizienten Pc, der ein Indikator für die Größe der effektiven Magnetflussdichte Bd des Magneten ist, unterdrückt wird.
In B-H-Koordinaten ist ein Schnittpunkt zwischen einer geraden Permeanzlinie und einer gekrümmten Entmagnetisierungslinie, die auf der Form des Magneten beruht, ein Arbeitspunkt. Die Magnetflussdichte am Betriebspunkt ist die effektive Magnetflussdichte Bd des Magneten. In der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Eisenmenge im Stator 520 reduziert. In dieser Konfiguration ist der Ansatz, bei dem der Magnetkreis die q-Achse überspannt, sehr effektiv.
Darüber hinaus kann der Aussparungsabschnitt 512b der Magneteinheit 512 als Luftdurchlass verwendet werden, der sich in axialer Richtung erstreckt. Daher kann auch die Luftkühlung verbessert werden.
Als nächstes wird die Konfiguration des Stators 520 beschrieben. Der Stator 520 umfasst eine Statorwicklung 521 und einen Statorkern 522. 53 ist eine perspektivische Ansicht der Statorwicklung 521 und des Statorkerns 522 in aufgelöstem Zustand.
Die Statorwicklung 521 besteht aus einer Vielzahl von Phasenwicklungen, die so ausgebildet sind, dass sie annähernd zylindrisch (ringförmig) gewickelt sind. Der Statorkern 522, der als Basiselement dient, ist an der radialen Innenseite der Statorwicklung 521 angebracht. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 521 aufgrund der Verwendung von Phasenwicklungen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase als Phasenwicklungen mit drei Phasen ausgeführt. Jede Phasenwicklung ist durch zwei Lagen von Leitern 523 auf der Innenseite und der radial äußeren Seite aufgebaut. Ähnlich wie der zuvor beschriebene Stator 50 ist der Stator 520 dadurch gekennzeichnet, dass er eine schlitzlose Struktur und eine abgeflachte Leiterstruktur in der Statorwicklung 521 aufweist. Der Stator 520 hat eine Konfiguration, die dem in den 8 bis 16 gezeigten Stator 50 ähnelt oder ähnlich ist.
Die Konfiguration des Statorkerns 522 wird im Folgenden beschrieben. In ähnlicher Weise wie der zuvor beschriebene Statorkern 52 ist der Statorkern 522 derjenige, bei dem eine Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen in axialer Richtung laminiert ist und eine kreiszylindrische Form hat, die eine vorbestimmte Dicke in radialer Richtung hat. Die Statorwicklung 521 ist an der radial äußeren Seite, die die Seite des Rotors 510 ist, mit dem Statorkern 522 verbunden. Die äußere Umfangsfläche des Statorkerns 522 hat eine gekrümmte Oberflächenform, die im Wesentlichen keine Unebenheiten aufweist. In einem Zustand, in dem die Statorwicklung 521 daran montiert ist, sind die Leiter 523, die die Statorwicklung 521 bilden, so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung auf der äußeren Umfangsfläche des Statorkerns 522 angeordnet sind. Der Statorkern 522 fungiert als hinterer Kern.
Der Stator 520 kann einen der nachstehenden Punkte (A) bis (C) verwenden.

(A) In dem Stator 520 ist ein Zwischenleiterelement zwischen den Leitern 523 in der Umfangsrichtung bereitgestellt, und wenn die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen magnetischen Pol Wt ist, die Sättigungsmagnetdichte des Zwischenleiterelements Bs ist, die Breitenabmessung in der Umfangsrichtung der Magneteinheit 512 in einem einzelnen Magnetpol Wm ist und die Restmagnetflussdichte der Magneteinheit 512 Br ist, wird ein magnetisches Material, in dem eine durch Wt × Bs ≤ Wm × Br ausgedrückte Beziehung erfüllt ist, als das Zwischenleiterelement verwendet.
(B) Im Stator 520 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leitern 523 in Umfangsrichtung bereitgestellt, und als Zwischenleiterelement wird ein nichtmagnetisches Material verwendet.
(C) Im Stator 520 ist das Zwischenleiterelement nicht zwischen den Leitern 523 in Umfangsrichtung bereitgestellt.

Aufgrund der Konfiguration des Stators 520 ist die Induktivität im Vergleich zu einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer typischen Zahnstruktur, bei der Zähne (Kern) zur Herstellung eines magnetischen Magnetpfades zwischen den Leiterabschnitten, die als Statorwicklung dienen, bereitgestellt sind, reduziert. Insbesondere kann die Induktivität auf 1/10 oder weniger reduziert werden. Da in diesem Fall die Impedanz zusammen mit der Abnahme der Induktivität abnimmt, wird die Ausgangsleistung im Verhältnis zur Eingangsleistung der rotierenden elektrischen Maschine 500 erhöht.
Außerdem kann diese Konfiguration zu einer Erhöhung des Drehmoments beitragen. Darüber hinaus kann im Vergleich zu einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem Rotor mit eingebettetem Magneten, bei dem die Drehmomentabgabe über eine Spannung einer Impedanzkomponente erfolgt (mit anderen Worten, über ein Reluktanzdrehmoment), eine rotierende elektrische Maschine mit großer Leistung bereitgestellt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 521 so konfiguriert, dass sie zusammen mit dem Statorkern 522 einstückig aus einem Formmaterial (Isolationselement) ausgebildet ist, das aus Harz oder ähnlichem besteht. Das Formmaterial ist zwischen den Leitern 523 angeordnet, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Basierend auf dieser Struktur entspricht der Stator 520 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Konfiguration (B) unter (A) bis (C).
Darüber hinaus sind die Leiter 523, die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, so beschaffen, dass sich die Endflächen in Umfangsrichtung berühren oder eng aneinander liegen, wobei ein winziger Spalt dazwischenliegt. Basierend auf dieser Konfiguration kann der Stator 520 die oben beschriebene Konfiguration (C) aufweisen. Wenn die oben beschriebene Konfiguration (A) verwendet wird, kann an der äußeren Umfangsfläche des Statorkerns 522 ein vorstehender Abschnitt bereitgestellt sein, um die Orientierung der Leiter 523 in axialer Richtung anzupassen, d.h. beispielsweise, um einen Schrägstellungswinkel anzupassen, wenn die Statorwicklung 521 eine schräge Struktur aufweist.
Als Nächstes wird die Konfiguration der Statorwicklung 521 unter Bezugnahme auf 54, anhand (a) und (b), beschrieben. 54, anhand (a) und (b), sind Vorderansichten, in denen die Statorwicklung 521 planar aufgefaltet ist. 54 zeigt, anhand (a), jeden Leiter 523, der in radialer Richtung auf der Außenschicht angeordnet ist. 54 zeigt, anhand (b), jeden Leiter 523, der in der inneren Schicht in radialer Richtung angeordnet ist.
Die Statorwicklung 521 wird durch verteiltes Wickeln in eine kreisförmige Ringform gebracht. In der Statorwicklung 521 ist ein Leitermaterial in zwei Lagen auf der Innenseite und der radial äußeren Seite gewickelt. Darüber hinaus sind die Leiter 523 auf der Innenseite und der Außenseite in unterschiedlichen Richtungen schräg gewickelt (siehe 54, anhand (a) und (b)). Die Leiter 523 sind gegeneinander isoliert. Der Leiter 523 kann als Bündel aus Vielzahl von Drähten 86 ausgebildet sein (siehe 13).
Darüber hinaus sind beispielsweise die gleichphasigen Leiter 523 mit gleicher Erregungsrichtung so bereitgestellt, dass sie in Umfangsrichtung jeweils zu zweit angeordnet sind. In der Statorwicklung 521 wird ein einziger Leiterabschnitt der gleichen Phase durch die Leiter 523 gebildet, die in radialer Richtung in zwei Lagen und in Umfangsrichtung in zwei Lagen angeordnet sind (d.h. insgesamt vier Leiter). Der Leiterabschnitt ist jeweils in einem einzigen Magnetpol bereitgestellt.
In dem Leiterabschnitt ist eine Dickenabmessung in radialer Richtung vorzugsweise kleiner als eine Breitenabmessung in Umfangsrichtung, die einer einzelnen Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols entspricht. Die Statorwicklung 521 weist daher vorzugsweise eine abgeflachte Leiterstruktur auf. Konkret kann beispielsweise in der Statorwicklung 521 ein einzelner Leiterabschnitt derselben Phase durch die Leiter 523 gebildet werden, die in radialer Richtung in zwei Lagen und in Umfangsrichtung in vier Lagen angeordnet sind (d.h. insgesamt acht Leiter).
Alternativ kann bei einem Leiterquerschnitt der in 50 gezeigten Statorwicklung 521 das Breitenmaß in Umfangsrichtung größer sein als das Dickenmaß in radialer Richtung. Die in 12 gezeigte Statorwicklung 51 kann auch als Statorwicklung 521 verwendet werden. In diesem Fall ist jedoch ein Raum zur Aufnahme des Spulenendes der Statorwicklung erforderlich, der innerhalb des Rotorträgers 511 befestigt werden muss.
In der Statorwicklung 521 sind die Leiter 523 in Spulenseiten 525, die sich auf der Innenseite und der radial äußeren Seite überlappen, in Umfangsrichtung in einem vorgegebenen Winkel zum Statorkern 522 geneigt angeordnet. Außerdem sind die Leiter 523 in axialer Richtung an den Spulenenden 526 auf beiden Seiten, die in axialer Richtung weiter außen liegen als der Statorkern 522, zur Innenseite hin umgedreht (zurückgedoppelt) und durchgehend verbunden.
In 54, anhand (a), sind jeweils ein Bereich, der als Spulenseite 525 dient, und ein Bereich, der als Spulenende 526 dient, dargestellt. Der Leiter 523 auf der inneren Schichtseite und der Leiter 523 auf der äußeren Schichtseite sind am Spulenende 526 miteinander verbunden. Dies hat zur Folge, dass bei jeder Umkehrung des Leiters 523 (bei jeder Verdoppelung des Leiters 523) in axialer Richtung am Spulenende 526 der Leiter 523 abwechselnd zwischen der Innenlagenseite und der Außenlagenseite wechselt. Mit anderen Worten, die Statorwicklung 521 ist so konfiguriert, dass in den Leitern 523, die in Umfangsrichtung durchgängig sind, zwischen inneren und äußeren Lagen umgeschaltet wird, um einer Umkehrung einer Stromrichtung zu entsprechen.
Darüber hinaus werden in der Statorwicklung 521 zwei Arten der Schrägstellung angewendet, bei denen sich die Schrägstellungswinkel zwischen denen der Endabschnittsbereiche, die beide Enden in axialer Richtung sind, und denen eines mittleren Bereichs, der zwischen den Endabschnittsbereichen liegt, unterscheiden.
Das heißt, wie in 55 gezeigt, unterscheiden sich im Leiter 523 ein Schrägstellungswinkel θs1 des mittleren Bereichs und ein Schrägstellungswinkel θs2 des Endabschnittsbereichs. Der Schrägstellungswinkel θs1 ist kleiner als der Schrägstellungswinkel θs2. Der Endbereich ist als ein Bereich vorgeschrieben, der die Spulenseite 525 in axialer Richtung umfasst. Der Schrägstellungswinkel θs1 und der Schrägstellungswinkel θs2 sind Neigungswinkel, unter denen die Leiter 523 in Bezug auf die axiale Richtung geneigt sind. Der Schrägstellungswinkel θs1 des mittleren Bereichs kann so festgelegt werden, dass er in einem Winkelbereich liegt, der geeignet ist, harmonische Komponenten des Magnetflusses zu eliminieren, die infolge der Erregung der Statorwicklung 521 erzeugt werden.
Dadurch, dass sich die Schräglage des Leiters 523 in der Statorwicklung 521 zwischen der des mittleren Bereichs und der der Endabschnittsbereiche unterscheidet und der Schrägstellungswinkel θs1 des mittleren Bereichs kleiner ist als der Schrägstellungswinkel θs2 der Endabschnittsbereiche, kann ein Wicklungsfaktor der Statorwicklung 521 erhöht werden, während eine Reduzierung des Spulenendes 526 erreicht wird.
Mit anderen Worten, die Länge des Spulenendes 526, d.h. die Leiterlänge des Teils, der in axialer Richtung aus dem Statorkern 522 herausragt, kann verkürzt werden, während ein gewünschter Wicklungsfaktor gewährleistet ist. Dadurch kann das Drehmoment erhöht werden, während die Größe der rotierenden elektrischen Maschine 50 reduziert wird.
Hier wird ein geeigneter Bereich des Schrägstellungswinkels θs1 des Mittelbereichs beschrieben. Wenn eine X-fache Anzahl von Leitern 523 innerhalb eines einzigen Magnetpols in der Statorwicklung 521 angeordnet ist, kann eine Oberwellenkomponente der Ordnung X berücksichtigt werden, die als Ergebnis der Erregung der Statorwicklung 521 erzeugt wird. Wenn die Anzahl der Phasen S und die Anzahl der Paare m ist, ist X = 2 × S × m.
Die Offenleger der vorliegenden Anmeldung haben sich auf Folgendes konzentriert. Das heißt, da die harmonische Komponente X-ter Ordnung eine Komponente ist, die eine zusammengesetzte Welle aus einer harmonischen Komponente X-1-ter Ordnung und einer harmonischen Komponente X+1-ter Ordnung bildet, kann die harmonische Komponente X-ter Ordnung als Folge davon reduziert werden, dass zumindest entweder die harmonische Komponente X-1-ter Ordnung oder die harmonische Komponente X+1-ter Ordnung reduziert wird. In Anbetracht dieses Schwerpunkts haben die Offenleger der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass die harmonische Komponente der Ordnung X dadurch verringert werden kann, dass der Schrägstellungswinkel θs1 in einem Winkelbereich von 360°/(X+1) bis 360°/(X-1) in elektrischen Winkeln eingestellt wird.
Wenn z.B. S=3 und m=2, um die harmonische Komponente von X = 12. Ordnung zu reduzieren, wird der Schrägstellungswinkel θs1 in einem Winkelbereich von 360°/13 bis 360°/11 eingestellt. Das heißt, der Schräglaufwinkel θs1 kann auf einen Winkel innerhalb eines Bereichs von 27,7° bis 32,7° eingestellt werden.
Durch die oben beschriebene Einstellung des Schrägstellungswinkels θs1 des Mittelbereichs kann der Magnetfluss des NS-Wechselmagneten im Mittelbereich aktiv verkettet werden. Der Wicklungsfaktor der Statorwicklung 521 kann erhöht werden.
Der Schrägstellungswinkel θs2 des Endbereichs ist ein Winkel, der größer ist als der oben beschriebene Schrägstellungswinkel θs1 des Mittelbereichs. In diesem Fall beträgt der Winkelbereich des Schrägstellungswinkels θs2 θs1 < θs2 < 90°.
Darüber hinaus können in der Statorwicklung 521 der Leiter 523 auf der Innenlagenseite und der Leiter 523 auf der Außenlagenseite durch Schweißen oder Kleben der Endabschnitte der Leiter 523 verbunden werden. Alternativ können die Leiter 523 auf der Innenlagenseite und die Leiter 523 auf der Außenlagenseite auch durch Biegen verbunden werden. In der Statorwicklung 521 ist der Endabschnitt jeder Phasenwicklung durch eine Stromschiene oder dergleichen im Spulenende 526 auf einer Seite (d.h. einer Endseite in axialer Richtung), der Spulenenden 526 auf beiden Seiten in axialer Richtung, elektrisch mit einem Leistungskonverter (Wechselrichter) verbunden. Daher wird hier eine Konfiguration beschrieben, bei der die Leiter im Spulenende 526 miteinander verbunden sind, wobei zwischen dem Spulenende 526 auf der Stromschienenanschlussseite und dem Spulenende 526 auf einer gegenüberliegenden Seite unterschieden wird.
In einer ersten Konfiguration werden die Leiter 523 durch Einschweißen der Spulenenden 526 auf der Stromschienenanschlussseite verbunden, und die Leiter 523 werden auf der gegenüberliegenden Seite auf eine andere Weise als durch Einschweißen der Spulenenden 526 verbunden.
Als eine andere Möglichkeit als das Schweißen kann zum Beispiel die Verbindung durch Biegen des Leitermaterials in Betracht gezogen werden. Am Spulenende 526 auf der Stromschienenanschlussseite kann davon ausgegangen werden, dass die Stromschiene mit den Endabschnitten der Phasenwicklungen verschweißt wird. Als Ergebnis der Konfiguration, in der die Leiter 523 durch Schweißen in demselben Spulenende 526 verbunden sind, kann der Schweißabschnitt in einer Reihe von Schritten durchgeführt werden und die Arbeitseffizienz kann verbessert werden.
In einer zweiten Konfiguration werden die Leiter 523 durch ein anderes Mittel als das Schweißen in den Spulenenden 536 auf der Stromschienenanschlussseite verbunden, und die Leiter 523 werden durch Schweißen in den Spulenenden 526 auf der gegenüberliegenden Seite davon verbunden.
In diesem Fall, wenn die Leiter 523 durch Einschweißen der Spulenenden 526 auf der Stromschienenanschlussseite verbunden werden, muss ein ausreichender Abstand zwischen der Stromschiene und den Spulenenden 526 eingehalten werden, um einen Kontakt zwischen dem Schweißteil und der Stromschiene zu verhindern. Durch die vorliegende Konfiguration kann jedoch der Abstand zwischen der Stromschiene und den Spulenenden 526 verringert werden. Infolgedessen können Beschränkungen in Bezug auf die Länge der Statorwicklung 521 in axialer Richtung oder der Stromschiene gelockert werden.
In einer dritten Konfiguration werden die Leiter 523 durch Einschweißen der Spulenenden 526 auf beiden Seiten in axialer Richtung verbunden. In diesem Fall können alle Leitermaterialien, die vor dem Schweißen vorbereitet werden, eine kurze Drahtlänge haben. Eine Verbesserung der Arbeitseffizienz kann durch den Wegfall eines Biegeschritts erreicht werden.
In einer vierten Konfiguration werden die Leiter 523 in den Spulenenden 526 auf beiden Seiten in axialer Richtung auf andere Weise als durch Schweißen verbunden. In diesem Fall können die Abschnitte, in denen geschweißt wird, in der Statorwicklung 521 minimiert werden. Bedenken hinsichtlich des Ablösens der Isolierung bei einem Schweißvorgang können verringert werden.
Darüber hinaus kann bei der Herstellung der kreisförmigen, ringförmigen Statorwicklung 521 eine streifenförmige Wicklung hergestellt werden, die in einer ebenen Form orientiert ist, und die streifenförmige Wicklung kann anschließend in eine Ringform gebracht werden. In diesem Fall kann in einem Zustand, in dem die Statorwicklung in Form der ebenen, streifenförmigen Wicklung vorliegt, das Schweißen der Leiter an den Spulenenden 526 wie erforderlich durchgeführt werden.
Wenn die ebene, streifenförmige Wicklung in die Ringform gebracht wird, kann die streifenförmige Wicklung mit einem kreisförmigen Säulenwerkzeug, das den gleichen Durchmesser wie der Statorkern 522 hat, in eine Ringform gebracht werden, indem die Wicklung um das kreisförmige Säulenwerkzeug gewickelt wird. Alternativ kann die streifenförmige Wicklung auch direkt um den Statorkern 522 gewickelt werden.
Auch hier kann die Konfiguration der Statorwicklung 521 auf folgende Weise geändert werden.
Bei der in den 54, anhand (a) und (b), gezeigten Statorwicklung 521 können beispielsweise die Schrägstellungswinkel des mittleren Bereichs und des Endbereichs gleich sein.
Außerdem können in der in 54, anhand (a) und (b), gezeigten Statorwicklung 521 die Endabschnitte der Leiter 523 derselben Phase, die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, durch einen Überkreuzungsdraht miteinander verbunden werden, der sich in einer Richtung erstreckt, die orthogonal zur axialen Richtung ist.
Die Anzahl der Lagen der Statorwicklung 521 muss lediglich 2 × n Lagen betragen (n ist eine natürliche Zahl). Die Statorwicklung 521 kann anstatt zwei Lagen auch vier Lagen, sechs Lagen o.ä. aufweisen.
Als nächstes wird die Wechselrichtereinheit 530 beschrieben, die eine Leistungsumwandlungseinheit ist. Hier wird eine Konfiguration der Wechselrichtereinheit 530 unter Bezugnahme auf die 56 und 57 beschrieben, die explodierte Querschnittsansichten der Wechselrichtereinheit 530 darstellen. In 57 sind die in 56 gezeigten Komponenten als zwei Unterbaugruppen dargestellt.
Die Wechselrichtereinheit 530 umfasst ein Wechselrichtergehäuse 531, eine Vielzahl von elektrischen Modulen 532, die am Wechselrichtergehäuse 531 montiert sind, und ein Stromschienenmodul 533, das die elektrischen Module 532 elektrisch verbindet.
Das Wechselrichtergehäuse 531 umfasst ein äußeres Wandelement 541, ein inneres Wandelement 542 und ein Vorsprungsbildungselement 543. Das äußere Wandelement 541 hat eine kreiszylindrische Form. Das innere Wandelement 542 hat eine kreiszylindrische Form, deren Außenumfangsdurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des äußeren Wandelements 541, und ist an der radial inneren Seite des äußeren Wandelements 541 angeordnet. Das Vorsprungsbildungselement 543 ist an einer Endseite in axialer Richtung des inneren Wandelements 542 befestigt.
Die Elemente 541 bis 543 bestehen vorzugsweise aus einem leitfähigen Material, z.B. aus einem CFK. Das Wechselrichtergehäuse 531 ist so konfiguriert, dass das äußere Wandelement 541 und das innere Wandelement 542 so zusammengesetzt sind, dass sie sich auf der Innenseite und der radial äußeren Seite überlappen, und dass das Vorsprungsbildungselement 543 an einer Endseite in axialer Richtung des inneren Wandelements 542 montiert ist. Dieser zusammengebaute Zustand ist der in 57 gezeigte Zustand.
Der Statorkern 522 ist an der radial äußeren Seite des äußeren Wandelements 541 des Wechselrichtergehäuses 531 befestigt. Somit sind der Stator 520 und die Wechselrichtereinheit 530 integriert.
Wie in 56 gezeigt, sind mehrere Aussparungsabschnitte 541a, 541b und 541c an einer inneren Umfangsfläche des äußeren Wandelements 541 ausgebildet. Darüber hinaus sind mehrere Aussparungsabschnitte 542a, 542b und 542c an einer äußeren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 ausgebildet. Darüber hinaus werden als Ergebnis des Zusammenbaus des äußeren Wandelements 541 und des inneren Wandelements 542 drei hohle Abschnitte 544a, 544b und 544c zwischen dem äußere Wandelement 541 und dem innere Wandelement 542 gebildet (siehe 57).
Von den hohlen Teilen 544a, 544b und 544c wird der hohle Teil 544b in der Mitte als Kühlwasserpassage 545 verwendet, durch die Kühlwasser als Kühlmittel fließt. Darüber hinaus ist in den hohlen Abschnitten 544a und 544c auf beiden Seiten ein Dichtungselement 546 untergebracht, das den hohlen Abschnitt 544b (Kühlwasserpassage 545) sandwichartig umschließt. Der hohle Abschnitt 544b (Kühlwasserpassage 545) wird durch das Dichtungselement 546 abgedichtet. Die Kühlwasserpassage 545 wird im Folgenden näher beschrieben.
Darüber hinaus sind in dem Vorsprungbildungselement 543 eine Endplatte 547, die die Form eines kreisförmigen Scheibenrings hat, und ein Vorsprungabschnitt 548 bereitgestellt, der von der Endplatte 547 in Richtung eines Gehäuseinneren vorsteht. Der Vorsprungsabschnitt 548 hat eine hohlzylindrische Form.
Beispielsweise ist, wie in 51 gezeigt, von einem ersten Ende des inneren Wandelements 542 in axialer Richtung und einem zweiten Ende auf der vorstehenden Seite (d.h. der Fahrzeuginnenseite) der Drehwelle 501, die dem ersten Ende gegenüberliegt, das Vorsprungsbildungselement 543 an dem zweiten Ende befestigt. Bei dem in den 45 bis 47 dargestellten Fahrzeugrad 400 ist die Einheitsbasiskörper 405 an dem Wechselrichtergehäuse 531 (genauer gesagt an der Endplatte 547 des Vorsprungsbildungselements 543) befestigt.
Das Wechselrichtergehäuse 531 ist so konfiguriert, dass es eine doppelte Schicht von Umfangswänden in radialer Richtung mit der axialen Mitte als Zentrum aufweist. Die Umfangswand an der Außenseite der doppelten Schicht von Umfangswänden wird durch das äußere Wandelement 541 und das innere Wandelement 542 gebildet. Die Umfangswand auf der Innenseite wird durch den Vorsprungsabschnitt 548 gebildet.
In der folgenden Beschreibung wird die Umfangswand auf der Außenseite, die durch das äußere Wandelement 541 und das innere Wandelement 542 ausgebildet ist, auch als „äußere Umfangswand WA1“ bezeichnet, und die Umfangswand auf der Innenseite, die durch den Vorsprungsabschnitt 548 ausgebildet ist, wird auch als „innere Umfangswand WA2“ bezeichnet.
Zwischen der äußeren Umfangswand WA1 und der inneren Umfangswand WA2 wird im Wechselrichtergehäuse 531 ein Ringraum gebildet. Die Vielzahl der elektrischen Module 532 ist so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung innerhalb des ringförmigen Raums angeordnet sind. Das elektrische Modul 532 ist an der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 durch Verkleben, Verschrauben oder dergleichen befestigt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht das Wechselrichtergehäuse 531 einem „Gehäuseteil“. Das elektrische Modul 532 entspricht einem „elektrischen Bauteil“.
Das Lager 560 ist an der Innenseite der inneren Umfangswand WA2 (Vorsprungsabschnitt 548) untergebracht. Die Drehwelle 501 wird durch das Lager 560 so gelagert, dass sie sich frei drehen kann. Das Lager 560 ist ein Nabenlager, das das Fahrzeugrad 400 in einem Fahrzeugrad-Mittelabschnitt drehbar lagert. Das Lager 560 ist in einer Position bereitgestellt, die den Rotor 510, den Stator 520 und die Wechselrichtereinheit 530 in der axialen Richtung überlappt.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann dadurch, dass die Magneteinheit 512 in Verbindung mit der Orientierung im Rotor 510 dünner gemacht werden kann und dass die schlitzlose Struktur und die abgeflachte Leiterstruktur im Stator 520 verwendet werden, die Dickenabmessung in der radialen Richtung des Magnetkreisabschnitts reduziert werden und der Hohlraum weiter in Richtung der radialen Innenseite als der Magnetkreisabschnitt ist, kann erweitert werden.
Infolgedessen wird eine Anordnung des Magnetkreisabschnitts, der Wechselrichtereinheit 530 und des Lagers 560 in einem Zustand möglich, in dem der Magnetkreisabschnitt, die Wechselrichtereinheit 530 und das Lager 560 in radialer Richtung geschichtet sind. Der Vorsprungsabschnitt 548 dient als Lagerhalteabschnitt, der das Lager 560 auf seiner Innenseite hält.
Das Lager 560 ist zum Beispiel ein Radialkugellager. Das Lager 560 umfasst einen Innenring 561, einen Außenring 562 und eine Vielzahl von Kugeln 563. Der Innenring 561 bildet eine zylindrische Form. Der Außenring 562 bildet eine zylindrische Form, die einen größeren Durchmesser als der Innenring hat und an der radial äußeren Seite des Innenrings 561 angeordnet ist. Die mehreren Kugeln 563 sind zwischen dem Innenring 561 und dem Außenring 562 angeordnet. Das Lager 560 ist an dem Wechselrichtergehäuse 531 befestigt, indem der Außenring 562 an dem Vorsprungsbildungselement 543 montiert ist, und der Innenring 561 ist an der Drehwelle 501 befestigt. Der Innenring 561, der Außenring 562 und die Kugeln 563 bestehen alle aus einem metallischen Material wie Kohlenstoffstahl.
Darüber hinaus hat der Innenring 561 des Lagers 560 einen zylindrischen Abschnitt 561a, der die Drehwelle 501 aufnimmt, und einen Flansch 561b, der sich in einer Richtung erstreckt, die die axiale Richtung von einem Endabschnitt in der axialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 561a schneidet (orthogonal dazu ist). Der Flansch 561b ist ein Abschnitt, der von der Innenseite her mit der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 in Kontakt ist.
In einem Zustand, in dem das Lager 560 an der Drehwelle 501 montiert ist, wird der Rotorträger 511 so gehalten, dass er zwischen dem Flansch 502 der Drehwelle 501 und dem Flansch 561b des Innenrings 561 eingeklemmt ist. In diesem Fall haben der Flansch 502 der Drehwelle 501 und der Flansch 561b des Innenrings den gleichen Schnittwinkel in Bezug auf die axiale Richtung wie jeder andere (gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beide rechtwinklig). Der Rotorträger 511 ist so gehalten, dass er zwischen diesen Flanschen 502 und 561b eingeklemmt ist.
Der Rotorträger 511 wird von der Innenseite her durch den Innenring 561 des Lagers 560 abgestützt. In dieser Konfiguration kann ein Winkel des Rotorträgers 511 in Bezug auf die Drehwelle 501 in einem geeigneten Winkel gehalten werden. Darüber hinaus kann ein Grad der Parallelität der Magneteinheit 512 in Bezug auf die Drehwelle 501 vorteilhaft beibehalten werden. Infolgedessen kann die Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen und dergleichen verbessert werden, selbst wenn der Rotorträger 511 in radialer Richtung erweitert wird.
Als nächstes werden die elektrischen Module 532 beschrieben, die im Wechselrichtergehäuse 531 untergebracht sind.
Bei der Vielzahl von elektrischen Modulen 532 handelt es sich um solche, in denen elektrische Komponenten wie das Halbleiterschaltelement, das den Leistungswandler konfiguriert, und der Glättungskondensator in mehrere Gruppen unterteilt und individuell modularisiert sind. Die elektrischen Module 532 umfassen ein Schaltmodul 532A, das das Halbleiterschaltelement enthält, das ein Leistungselement ist, und ein Kondensatormodul 532B, das den Glättungskondensator enthält.
Wie in den 49 und 50 gezeigt, sind mehrere Abstandshalter 549, die flache Oberflächen zur Befestigung der elektrischen Module 532 aufweisen, an der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 befestigt. Das elektrische Modul 532 ist an dem Abstandshalter 549 befestigt. Das heißt, während die innere Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 eine gekrümmte Fläche ist, ist eine Befestigungsfläche des elektrischen Moduls 532 eine ebene Fläche. Daher wird auf der inneren Umfangsflächenseite des inneren Wandelements 542 durch den Abstandshalter 549 eine ebene Fläche gebildet, und das elektrische Modul 532 wird an der ebenen Fläche befestigt.
Dabei ist die Anordnung des Abstandshalters 549 zwischen dem innere Wandelement 542 und dem Elektromodul 532 nicht zwingend erforderlich. Das Elektromodul 532 kann auch direkt am innere Wandelement 542 befestigt werden, indem die innere Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 eine ebene Fläche ist oder die Befestigungsfläche des Elektromoduls 532 eine gekrümmte Fläche ist.
Darüber hinaus kann das elektrische Modul 532 auch in einem Zustand am Wechselrichtergehäuse 531 befestigt werden, in dem das elektrische Modul 532 nicht in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 ist. Beispielsweise ist das elektrische Modul 532 an der Endplatte 547 des Vorsprungsbildungselements 543 befestigt. Das Schaltmodul 532A kann in einem Zustand des Kontakts mit der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 befestigt werden, und das Kondensatormodul 532B kann in einem Zustand des Nichtkontakts mit der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 befestigt werden.
Wenn der Abstandshalter 549 an der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 angebracht ist, entsprechen die äußere Umfangswand WA1 und der Abstandshalter 549 einem „zylindrischen Abschnitt“. Wenn der Abstandshalter 549 nicht verwendet wird, entspricht die äußere Umfangswand WA1 dem „zylindrischen Abschnitt“.
Wie oben beschrieben, ist der Kühlwasserpassage 545, durch den das als Kühlmittel dienende Kühlwasser fließt, in der äußeren Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 ausgebildet. Jedes elektrische Modul 532 wird durch das Kühlwasser gekühlt, das durch die Kühlwasserpassage 545 fließt.
Hier kann anstelle des Kühlwassers auch ein Kühlöl als Kühlmittel verwendet werden. Die Kühlwasserpassage 545 ist ringförmig entlang der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Das Kühlwasser, das durch die Kühlwasserpassage 545 fließt, fließt von einer stromaufwärts gelegenen Seite zu einer stromabwärts gelegenen Seite über jedes elektrische Modul 532. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kühlwasserpassage 545 ringförmig ausgebildet, so dass diese jedes elektrische Modul 532 auf der Innenseite und der radial äußeren Seite überlappt und jedes elektrische Modul 532 umgibt.
Das innere Wandelement 542 ist mit einem Einlasskanal 571, durch den das Kühlwasser in die Kühlwasserpassage 545 fließt, und einem Auslasskanal 572, durch den das Kühlwasser aus der Kühlwasserpassage 545 fließt, versehen. Die Vielzahl von elektrischen Modulen 532 ist wie oben beschrieben an der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 befestigt.
In dieser Konfiguration ist ein Raum zwischen den elektrischen Modulen, die in Umfangsrichtung benachbart sind, an einer einzigen Stelle stärker erweitert als andere Räume. Ein vorstehender Abschnitt 573, in dem ein Teil des inneren Wandelements 542 in Richtung der radial inneren Seite vorsteht, ist in dem erweiterten Abschnitt ausgebildet. Darüber hinaus sind der Einlassdurchgang 571 und der Auslassdurchgang 572 so bereitgestellt, dass sie seitlich entlang der radialen Richtung in dem vorstehenden Abschnitt 573 angeordnet sind.
Ein Zustand der Anordnung der elektrischen Module 532 im Wechselrichtergehäuse 531 ist in 58 dargestellt. Dabei handelt es sich bei 58 um die gleiche Längsschnittansicht wie in 50.
Wie in 58 gezeigt, sind die elektrischen Module 532 so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den elektrischen Modulen in Umfangsrichtung ein erster Abstand INT1 oder ein zweiter Abstand INT2 ist. Der zweite Abstand INT2 ist ein Abstand, der breiter ist als der erste Abstand INT1. Beispielsweise ist jedes der Intervalle INT1 und INT2 ein Abstand zwischen den Mittelpositionen von zwei elektrischen Modulen 532, die in Umfangsrichtung benachbart sind.
In diesem Fall ist der Abstand zwischen den elektrischen Modulen, die in Umfangsrichtung ohne den vorstehenden Abschnitt 573 dazwischen aneinandergrenzen, der erste Abstand INT1. Der Abstand zwischen den elektrischen Modulen, die in Umfangsrichtung mit dem vorstehenden Abschnitt 573 dazwischen benachbart sind, ist der zweite Abstand INT2. Das heißt, der Abstand zwischen den elektrischen Modulen, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, ist in einem Teil davon verbreitert. Der vorstehende Abschnitt 573 ist beispielsweise in einem Abschnitt bereitgestellt, der die Mitte des verbreiterten Intervalls (zweites Intervall INT2) bildet.
Die Intervalle INT1 und INT2 können ein Kreisbogenabstand zwischen den Mittelpositionen der beiden elektrischen Module 532 sein, die in Umfangsrichtung auf demselben Kreis um die Drehwelle 51 benachbart sind. Alternativ kann der Abstand zwischen den elektrischen Modulen in Umfangsrichtung durch Winkelintervalle θi1 und θi2 mit der Drehwelle 501 als Mittelpunkt (θi1 < θi2) definiert werden.
Hier, in 58, sind die elektrischen Module 532, die im ersten Intervall INT1 angeordnet sind, in einem Zustand angeordnet, in dem die elektrischen Module 532 in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind (Zustand des Nichtkontakts). Anstelle dieser Konfiguration können die elektrischen Module 532 jedoch auch in einem Zustand angeordnet sein, in dem die elektrischen Module 532 in Umfangsrichtung miteinander in Kontakt sind.
Wie in 48 gezeigt, ist in der Endplatte 547 des Vorsprungsbildungselements 543 ein Wasserdurchflussanschluss 574 bereitgestellt, in der Durchgangsendabschnitte des Einlasskanals 571 und des Auslasskanals 572 ausgebildet sind. Ein Zirkulationspfad 575, der das Kühlwasser zirkulieren lässt, ist mit dem Einlasskanal 571 und dem Auslasskanal 572 verbunden. Der Zirkulationspfad 575 besteht aus einer Kühlwasserleitung. Eine Pumpe 576 und eine Wärmeabgabevorrichtung 577 sind in der Zirkulationsleitung 575 bereitgestellt. Das Kühlwasser zirkuliert durch die Kühlwasserpassage 545 und den Zirkulationspfad 575 in Verbindung mit dem Antrieb der Pumpe 576. Bei der Pumpe 576 handelt es sich um eine elektrische Pumpe. Die Wärmeabgabevorrichtung 577 ist beispielsweise ein Radiator, der die Wärme des Kühlwassers an die Atmosphäre abgibt.
Wie in 50 dargestellt, ist der Stator 520 auf der Außenseite der Außenumfangswand WA1 angeordnet und die elektrischen Module 532 sind auf der Innenseite angeordnet. Daher wird die Wärme vom Stator 520 von der Außenseite an die äußere Umfangswand WA1 übertragen. Außerdem wird die Wärme von den elektrischen Modulen 532 von der Innenseite an die äußere Umfangswand WA1 übertragen.
In diesem Fall können der Stator 50 und die elektrischen Module 532 gleichzeitig durch das Kühlwasser, das durch die Kühlwasserpassage 545 fließt, gekühlt werden. Die Wärme der wärmeerzeugenden Komponenten der rotierenden elektrischen Maschine 500 kann effizient abgeführt werden.
Hier wird eine elektrische Konfiguration des Leistungskonverters mit Bezug auf 59 beschrieben.
Wie in 59 gezeigt, besteht die Statorwicklung 521 aus der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung. Ein Wechselrichter 600 ist an die Statorwicklung 521 angeschlossen. Der Wechselrichter 600 ist durch eine Vollbrückenschaltung konfiguriert, die die gleiche Anzahl von oberen und unteren Armen wie die Anzahl der Phasen aufweist. Der Wechselrichter 600 ist mit einem seriellen Verbindungskörper ausgestattet, der aus einem oberen-Armschalter 601 und einem unteren-Armschalter 602 für jede Phase besteht. Die Schalter 601 und 602 werden jeweils von einer Steuerschaltung 603 ein- und ausgeschaltet. Die Wicklung jeder Phase wird in Abhängigkeit vom Ein- und Ausschalten der Schalter 601 und 602 erregt.
Beispielsweise besteht jeder der Schalter 601 und 602 aus einem Halbleiterschaltelement, wie einem MOSFET oder einem IGBT. Außerdem ist ein ladungsliefernder Kondensator 604, der die Schalter 601 und 602 mit elektrischer Ladung versorgt, die während des Schaltens benötigt wird, parallel zu dem seriellen Verbindungskörper der Schalter 601 und 602 im oberen und unteren Arm jeder Phase angeschlossen.
Eine Steuerungsvorrichtung 607 umfasst einen Mikrocomputer mit einer CPU und verschiedenen Speichern. Die Steuerungsvorrichtung 607 führt eine Stromversorgungssteuerung durch Ein- und Ausschalten der Schalter 601 und 602 auf der Grundlage verschiedener Arten von Erfassungsinformationen der rotierenden elektrischen Maschine 500 und Anforderungen für den Leistungsantrieb und die Stromerzeugung durch.
Die Steuerungsvorrichtung 607 steuert beispielsweise das Ein- und Ausschalten der Schalter 601 und 602 durch PWM-Steuerung mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz (Trägerfrequenz) oder Rechteckwellensteuerung. Die Steuerungsvorrichtung 607 kann eine interne Steuerungsvorrichtung sein, die innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 500 bereitgestellt ist, oder sie kann eine externe Steuerungsvorrichtung sein, die außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 500 bereitgestellt ist.
Hier, in der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, nimmt die elektrische Zeitkonstante als Folge der Abnahme der Induktivität im Stator 520 ab. Unter solchen Umständen, in denen die elektrische Zeitkonstante klein ist, wird die Schaltfrequenz (Trägerfrequenz) vorzugsweise erhöht und die Schaltgeschwindigkeit wird vorzugsweise erhöht. In diesem Zusammenhang sinkt die Leitungsinduktivität durch die Parallelschaltung des ladungsliefernden Kondensators 604 mit dem Reihenschaltkörper der Schalter 601 und 602 jeder Phase. Geeignete Überspannungsmaßnahmen können auch bei erhöhter Schaltgeschwindigkeit getroffen werden.
Ein hochpotentialseitiger Anschluss des Wechselrichters 600 ist mit einem positiven Elektrodenanschluss einer Gleichstromversorgung 605 verbunden, und ein niederpotentialseitiger Anschluss ist mit einem negativen Elektrodenanschluss (Erde) der Gleichstromversorgung 605 verbunden. Außerdem ist ein Glättungskondensator 606 mit dem hochpotentialseitigen Anschluss und dem niederpotentialseitigen Anschluss des Wechselrichters 600 parallel zu der Gleichstromversorgung 605 verbunden.
Das Schaltmodul 532A umfasst die Schalter 601 und 602 (Halbleiterschaltelemente), die Ansteuerungsschaltung 603 (insbesondere ein elektrisches Element, das die Ansteuerungsschaltung 603 konfiguriert) und den eine Ladung liefernden Kondensator 604 als wärmeerzeugende Komponenten. Darüber hinaus enthält das Kondensatormodul 532B den Glättungskondensator 606 als wärmeerzeugende Komponente. Ein spezifisches Konfigurationsbeispiel des Schaltmoduls 532A ist in 60 dargestellt.
Wie in 60 gezeigt, umfasst das Schaltmodul 532A ein Modulgehäuse 611, das als Gehäuse dient. Darüber hinaus umfasst das Schaltmodul 532A die Schalter 601 und 602, die eine einzelne Phase bilden, die Ansteuerschaltung 603 und den eine Ladung liefernden Kondensator 604, die im Inneren des Modulgehäuses 611 untergebracht sind. Hier ist die Ansteuerschaltung 603 als dedizierter IC oder als Leiterplatte konfiguriert und im Schaltmodul 532A untergebracht.
Das Modulgehäuse 611 besteht zum Beispiel aus einem Isoliermaterial wie Harz. Das Modulgehäuse 611 ist an der äußeren Umfangswand WA1 in einem Zustand befestigt, in dem eine Seitenfläche davon in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 der Wechselrichtereinheit 530 ist.
Das Innere des Modulgehäuses 611 ist mit einer Formmasse wie z.B. Harz gefüllt. Im Inneren des Modulgehäuses 611 sind die Schalter 601 und 602 und die Ansteuerschaltung 603 sowie die Schalter 601 und 602 und der Kondensator 604 jeweils durch eine Verdrahtung 612 elektrisch verbunden. Im vorliegenden Fall ist das Schaltmodul 532A an der äußeren Umfangswand WA1 mit dem dazwischenliegenden Abstandshalter 549 befestigt. Auf die Darstellung des Abstandshalters 549 wird jedoch verzichtet.
In einem Zustand, in dem das Schaltmodul 532A an der äußeren Umfangswand WA1 befestigt ist, ist die Kühlleistung auf einer Seite, die näher an der äußeren Umfangswand WA1 im Schaltmodul 532A liegt, d.h. auf einer Seite, die näher am Kühlwasserpassage 545 liegt, höher. Daher wird eine Reihenfolge der Anordnung der Schalter 601 und 602, der Ansteuerschaltung 603 und des Kondensators 604 auf der Grundlage der Kühlleistung vorgeschrieben.
Insbesondere, wenn die Beträge der Wärmeerzeugung verglichen werden, ist die Reihenfolge von der größten die Schalter 601 und 602, der Kondensator 604, und die Ansteuerschaltung 603. Daher sind die Schalter 601 und 602, der Kondensator 604 und die Ansteuerschaltung 603 in dieser Reihenfolge von der Seite aus angeordnet, die näher an der äußeren Umfangswand WA1 liegt, um der Größenordnung der Wärmeerzeugung zu entsprechen. Hier kann eine Kontaktfläche des Schaltmoduls 532A kleiner sein als eine kontaktierbare Fläche der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542.
Auf eine detaillierte Darstellung des Kondensatormoduls 532B wird hier verzichtet. Das Kondensatormodul 532B ist jedoch so konfiguriert, dass der Kondensator 606 in einem Modulgehäuse untergebracht ist, das die gleiche Form und Größe wie das Schaltmodul 532A aufweist. Ähnlich wie das Schaltmodul 532A ist das Kondensatormodul 532B an der äußeren Umfangswand WA1 in einem Zustand befestigt, in dem die Seitenfläche des Modulgehäuses 611 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des inneren Wandelements 542 des Wechselrichtergehäuses 531 ist.
Das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B müssen nicht unbedingt konzentrisch an der radial inneren Seite der äußeren Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 angeordnet sein. So kann beispielsweise das Schaltmodul 532A weiter zur radialen Innenseite hin angeordnet sein als das Kondensatormodul 532B. Alternativ können das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B in umgekehrter Anordnung angeordnet sein.
Während des Antriebs der rotierenden elektrischen Maschine 500 findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Schaltmodul 532A und dem Kondensatormodul 532B und der Kühlwasserpassage 545 über das innere Wandelement 542 der äußeren Umfangswand WA1 statt. Infolgedessen wird das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B gekühlt.
Das elektrische Modul 532 kann jeweils so gestaltet sein, dass das Kühlwasser in sein Inneres gesaugt wird und die Kühlung durch das Kühlwasser im Modulinneren erfolgt. Im Folgenden wird ein wassergekühlter Aufbau des Schaltmoduls 532A unter Bezugnahme auf die 61, anhand (a) und (b), beschrieben. 61, anhand (a), ist eine Längsschnittansicht einer Querschnittsstruktur des Schaltmoduls 532A in einer Richtung, die die äußere Umfangswand WA1 kreuzt. 61, anhand (b), ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 61B-61B in 61, anhand (a).
Wie in den 61, anhand (a) und (b), gezeigt, enthält das Schaltmodul 532A zusätzlich zu dem Modulgehäuse 611, den Schaltern 601 und 602, die einer einzelnen Phase entsprechen, der Ansteuerungsschaltung 603 und dem Kondensator 604 in ähnlicher Weise wie in 60 eine Kühlvorrichtung, die ein Paar Rohrabschnitte 621 und 622 sowie einen Kühler 623 umfasst.
In der Kühlvorrichtung besteht das Paar von Rohrabschnitten 621 und 622 aus einem zuströmseitigen Rohrabschnitt 621, durch den das Kühlwasser aus der Kühlwasserpassage 545 der äußeren Umfangswand WA1 in den Kühler 623 fließt, und einem abströmseitigen Rohrabschnitt 622, aus dem das Kühlwasser aus dem Kühler 623 in die Kühlwasserpassage 545 fließt. Der Kühler 623 ist auf der Grundlage eines Kühlziels bereitgestellt.
In der Kühlvorrichtung wird eine einzige oder eine Vielzahl von Kühlerstufen 623 verwendet. In 61, anhand (a) und (b), sind zwei Stufen von Kühlern 623 so bereitgestellt, dass sie in einer vom Kühlwasserpassage 545 abgewandten Richtung, d.h. in der radialen Richtung der Wechselrichtereinheit 530, voneinander getrennt sind. Das Kühlwasser wird jedem der Kühler 623 über das Paar von Rohrabschnitten 621 und 622 zugeführt. Der Kühler 623 hat beispielsweise einen Innenraum, der ein Hohlraum ist. Der Innenraum des Kühlers 623 kann jedoch mit einer Innenrippe versehen sein.
In der Konfiguration mit den beiden Kühlerstufen 623 ist (1) die äußere Umfangswandseite WA1 des Kühlers der ersten Stufe 623, (2) zwischen den Kühlern der ersten und zweiten Stufe 623 und (3) die entgegengesetzte äußere Umfangswandseite des Kühlers der zweiten Stufe 623 jeweils ein Ort, an dem ein zu kühlendes elektrisches Bauteil angeordnet ist.
Diese Stellen sind (2), (1), (3) in der Reihenfolge mit der höchsten Kühlleistung. Das heißt, die Stelle, die sich zwischen den beiden Kühlern 623 befindet, hat die höchste Kühlleistung. An den Stellen, die an einen der Kühler 623 angrenzen, hat die Stelle, die näher an der äußeren Umfangswand WA1 (Kühlwasserpassage 545) liegt, eine höhere Kühlleistung.
Unter Berücksichtigung dessen sind, wie in 61. 54, anhand (a) und (b) gezeigt, die Schalter 601 und 602 zwischen dem Kühler 623 der ersten und zweiten Stufe angeordnet (2), der Kondensator 604 ist auf der Seite (1) der äußeren Umfangswand WA1 des Kühlers 623 der ersten Stufe angeordnet, und die Ansteuerschaltung 603 ist auf der Seite (3) der entgegengesetzten äußeren Umfangswand des Kühlers 623 der zweiten Stufe angeordnet. Hier können, obwohl nicht dargestellt, die Ansteuerschaltung 603 und der Kondensator 604 umgekehrt angeordnet sein.
In jedem Fall sind die Schalter 601 und 602 und die Ansteuerungsschaltung 603 sowie die Schalter 601 und 602 und der Kondensator 604 durch die Verdrahtung 612 innerhalb des Modulgehäuses 611 miteinander verbunden. Da die Schalter 601 und 602 zwischen der Ansteuerschaltung 603 und dem Kondensator 604 angeordnet sind, haben die Verdrahtung 612, die sich von den Schaltern 601 und 602 in Richtung der Ansteuerschaltung 603 erstreckt, und die Verdrahtung 612, die sich von den Schaltern 601 und 602 in Richtung des Kondensators 604 erstreckt, eine Beziehung, bei der die Verdrahtungen 612 in entgegengesetzte Richtungen verlaufen.
Wie in 61, anhand (b), gezeigt ist, sind die beiden Rohrabschnitte 621 und 622 so angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung, d.h. auf einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite der Kühlwasserpassage 545, angeordnet sind. Das Kühlwasser fließt aus dem einströmseitigen Rohrabschnitt 621, der auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, in den Kühler 623 und anschließend aus dem ausströmseitigen Rohrabschnitt 622, der auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist.
Um den Zufluss des Kühlwassers in die Kühlvorrichtung zu fördern, kann die Kühlwasserpassage 545 mit einer Reguliereinheit 624 versehen sein, die den Kühlwasserfluss in einer Position zwischen dem zuströmseitigen Rohrabschnitt 621 und dem abströmseitigen Rohrabschnitt 622, in Umfangsrichtung gesehen, steuert. Der Drosselabschnitt 624 kann ein Sperrabschnitt sein, der die Kühlwasserpassage 545 blockiert, oder ein Verengungsabschnitt, der den Durchlassbereich der Kühlwasserpassage 545 verringert.
62, anhand (a) bis (c), zeigt eine weitere Kühlstruktur des Schaltmoduls 532A. 62, anhand (a), ist eine Längsschnittansicht der Querschnittsstruktur des Schaltmoduls 532A in einer Richtung, die die äußere Umfangswand WA1 kreuzt. 62, anhand (b), ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 62B-62B in 62, anhand (a).
In 62. 54, anhand (a) und (b), unterscheidet sich die Anordnung des Paares von Rohrabschnitten 621 und 622 in der Kühlvorrichtung von der Konfiguration in den 61, anhand (a) und (b), wie oben beschrieben. Das Paar von Rohrabschnitten 621 und 622 ist so angeordnet, dass es in axialer Richtung angeordnet ist.
Darüber hinaus sind, wie in 62, anhand (c) gezeigt ist, in der Kühlwasserpassage 545 ein Kanalabschnitt, der mit dem zuströmseitigen Rohrabschnitt 621 in Verbindung steht, und ein Kanalabschnitt, der mit dem abströmseitigen Rohrabschnitt 622 in Verbindung steht, so bereitgestellt, dass sie in axialer Richtung getrennt sind. Diese Durchgangsabschnitte kommunizieren durch die Rohrabschnitte 621 und 622 und die Kühler 623.
Darüber hinaus kann auch die folgende Konfiguration als Schaltmodul 532A verwendet werden.
In einer in 63, anhand (a), gezeigten Konfiguration wird der Kühler 623 im Vergleich zur Konfiguration in 61, anhand (a), von zwei Stufen auf eine Stufe geändert. In diesem Fall unterscheidet sich der Ort mit der höchsten Kühlleistung innerhalb des Modulgehäuses 611 von dem in 61, anhand (a). Die Stelle auf der Seite der äußeren Umfangswand WA1 auf beiden Seiten in radialer Richtung des Kühlers 623 (in der Zeichnung beide Seiten in Richtung links/rechts) hat die höchste Kühlleistung.
Als nächstes nimmt die Kühlleistung in der Reihenfolge eines Ortes auf der Seite der Gegenaußenumfangswand des Kühlers 623 und eines Ortes weg vom Kühler 623 ab. In Anbetracht dessen sind die Schalter 601 und 602, wie in 63, anhand (a) gezeigt ist, an der Seite der äußeren Umfangswand WA1 auf beiden Seiten in radialer Richtung des Kühlers 623 angeordnet (in der Zeichnung beide Seiten in Richtung links/rechts). Der Kondensator 604 ist auf der Gegenaußenumfangswandseite des Kühlers 623 angeordnet. Der Ansteuerschaltung 603 ist an einer vom Kühler 623 entfernten Stelle angeordnet.
Darüber hinaus kann im Schaltmodul 532A die Konfiguration, in der die Schalter 601 und 602, die einer einzelnen Phase entsprechen, die Ansteuerschaltung 603 und der Kondensator 604 im Inneren des Modulgehäuses 611 untergebracht sind, geändert werden. Zum Beispiel können die Schalter 601 und 602, die einer einzelnen Phase entsprechen, und entweder die Ansteuerschaltung 603 oder der Kondensator 604 im Inneren des Modulgehäuses 611 untergebracht werden.
In 63, anhand (b), sind im Inneren des Modulgehäuses 611 zusätzlich zu dem Paar von Rohrabschnitten 621 und 622 und den zwei Stufen von Kühlern 623 die Schalter 601 und 602 zwischen den Kühlern 623 der ersten Stufe und der zweiten Stufe angeordnet, und der Kondensator 604 oder die Ansteuerschaltung 603 ist an der äußeren Umfangswand WA1 des Kühlers 623 der ersten Stufe angeordnet. Darüber hinaus können die Schalter 601 und 602 und die Ansteuerungsschaltung 603 in ein Halbleitermodul integriert sein, und das Halbleitermodul und der Kondensator 604 können im Inneren des Modulgehäuses 611 untergebracht sein.
Hier, in 63, anhand (b), kann im Schaltmodul 532A ein Kondensator auf einer den Schaltern 601 und 602 gegenüberliegenden Seite in mindestens einem der Kühler 623 angeordnet sein, die auf beiden Seiten zwischen den Schaltern 601 und 602 angeordnet sind. Das heißt, der Kondensator 604 kann nur auf der Seite der äußeren Umfangswand WA1 des Kühlers 623 der ersten Stufe und auf der Seite der Gegenumfangswand des Kühlers 623 der zweiten Stufe angeordnet sein. Alternativ dazu kann der Kondensator 604 auf beiden Seiten angeordnet sein.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Kühlwasser nur für das Schaltmodul 532A, das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B aus der Kühlwasserpassage 545 in das Modulinnere gesaugt. Die Konfiguration kann jedoch geändert werden. Das Kühlwasser kann aus der Kühlwasserpassage 545 in beide Module 532A und 532B gesaugt werden.
Darüber hinaus kann das Kühlwasser in direkten Kontakt mit der Außenfläche jedes elektrischen Moduls 532 kommen und jedes elektrische Modul 532 kühlen. Wie in 64 dargestellt, ist das Kühlwasser beispielsweise in Kontakt mit der Außenfläche des elektrischen Moduls 532, da das elektrische Modul 532 in die äußere Umfangswand WA1 eingebettet ist.
In diesem Fall kann eine Konfiguration in Betracht gezogen werden, bei der ein Teil des elektrischen Moduls 532 in die Kühlwasserpassage 545 eingetaucht ist, oder eine Konfiguration, bei der die Kühlwasserpassage 545 in radialer Richtung weiter ausgedehnt ist als bei der Konfiguration in 58 und dergleichen, und das gesamte elektrische Modul 532 in die Kühlwasserpassage 545 eingetaucht ist. Wenn das elektrische Modul 532 in die Kühlwasserpassage 545 eingetaucht ist, kann die Kühlleistung weiter verbessert werden, wenn in dem eingetauchten Modulgehäuse 611 (einem eingetauchten Teil des Modulgehäuses 611) eine Rippe bereitgestellt ist.
Zu den elektrischen Modulen 532 gehören außerdem das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B. Vergleicht man beide, so ergibt sich ein Unterschied in der Wärmeentwicklung. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann auch die Anordnung der elektrischen Module 532 im Wechselrichtergehäuse 531 geändert werden.
Zum Beispiel sind, wie in 65 gezeigt, mehrere Schaltmodule 532A in Umfangsrichtung angeordnet, ohne verstreut zu sein, und sie sind auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Kühlwasserpassages 545 angeordnet, d.h. auf der Seite nahe dem Einlasskanal 571. In diesem Fall wird das Kühlwasser, das aus dem Einlasskanal 571 einströmt, zunächst zur Kühlung der drei Schaltmodule 532A und anschließend zur Kühlung der Kondensatormodule 532B verwendet.
Hier, in 65, sind die beiden Rohrabschnitte 621 und 622 so angeordnet, dass sie in axialer Richtung wie in der obigen 62, anhand (a) und (b), aufgereiht sind. Die Anordnung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die beiden Rohrabschnitte 621 und 622 können so angeordnet sein, dass sie in Umfangsrichtung angeordnet sind, wie in der obigen 61, anhand (a) und (b), dargestellt.
Als nächstes wird eine Konfiguration beschrieben, die sich auf die elektrische Verbindung der elektrischen Module 532 und des Stromschienenmoduls 533 bezieht. 66 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 66-66 in 49. 67 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 67-67 in 49. 68 ist eine perspektivische Ansicht, die nur ein Stromschienenmodul 533 zeigt. Hier wird die Konfiguration der elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen 532 und dem Stromschienenmodul 533 unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen beschrieben.
Wie in 66 gezeigt, sind in dem Wechselrichtergehäuse 531 drei Schaltmodule 532A so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung in einer Position neben dem vorstehenden Abschnitt 573 angeordnet sind, der in dem innere Wandelement 542 bereitgestellt ist (d.h. der vorstehende Abschnitt 573, in dem der Einlassdurchgang 571 und der Auslassdurchgang 572, die mit dem Kühlwasserdurchgang 545 in Verbindung stehen, bereitgestellt sind), und sechs Kondensatormodule 532B sind so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung weiter daneben angeordnet sind.
Zur Übersicht, ist im Wechselrichtergehäuse 531 die Innenseite der äußeren Umfangswand WA1 in Umfangsrichtung gleichmäßig in zehn Bereiche (also die Anzahl der Module + 1) unterteilt. Von den zehn Bereichen sind die elektrischen Module 532 jeweils in einem von neun Bereichen angeordnet. Der überstehende Teil 573 ist in dem verbleibenden Bereich bereitgestellt. Die drei Schaltmodule 532A sind ein U-Phasen-Modul, ein V-Phasen-Modul und ein W-Phasen-Modul.
Wie in 66 und den oben beschriebenen 56, 57 und dergleichen gezeigt, enthält jedes elektrische Modul 532 (Schaltmodul 532A und Kondensatormodul 532B) eine Vielzahl von Modulanschlüssen 615, die sich vom Modulgehäuse 611 aus erstrecken. Der Modulanschluss 615 ist ein Moduleingangs-/Ausgangsanschluss, der eine elektrische Eingabe und Ausgabe im elektrischen Modul 532 ermöglicht. Der Modulanschluss 615 ist so angeordnet, dass sie sich in axialer Richtung erstreckt. Genauer gesagt ist der Modulanschluss 615 so bereitgestellt, dass er sich vom Modulgehäuse 611 in Richtung einer Rückseite (Fahrzeugaußenseite) des Rotorträgers 511 erstreckt (siehe 51).
Jeder Modulanschluss 615 des elektrischen Moduls 532 ist mit dem Stromschienenmodul 533 verbunden. Die Anzahl der Modulanschlüsse 615 unterscheidet sich zwischen dem Schaltmodul 532A und dem Kondensatormodul 532B. Im Schaltmodul 532A sind vier Modulanschlüsse 615 bereitgestellt, im Kondensatormodul 532B zwei Modulanschlüsse 615.
Darüber hinaus umfasst das Stromschienenmodul 533, wie in 68 gezeigt, einen ringförmigen Abschnitt 631, der eine kreisförmige Ringform bildet, drei externe Anschlussklemmen 632, die sich von dem ringförmigen Abschnitt 631 aus erstrecken und den Anschluss an ein externes Gerät, wie z.B. ein Stromversorgungsgerät oder eine ECU, ermöglichen, sowie eine Wicklungsanschlussklemme 633, die mit einem Wicklungsendabschnitt jeder Phase in der Statorwicklung 521 verbunden ist. Das Stromschienenmodul 533 entspricht einem „Anschlussmodul“.
Der ringförmige Abschnitt 631 ist an einer Position angeordnet, die sich auf der radial inneren Seite der äußeren Umfangswand WA1 im Wechselrichtergehäuse 531 und auf einer Seite in axialer Richtung der elektrischen Module 532 befindet.
Zum Beispiel hat der ringförmige Abschnitt 631 einen kreisförmigen, ringförmigen Hauptkörperabschnitt, der durch ein Isolierelement aus Harz oder ähnlichem ausgebildet ist, und eine Vielzahl von Stromschienen, die im Hauptkörperabschnitt eingebettet sind. Die Vielzahl von Stromschienen sind mit den Modulanschlüsse 615 jedes elektrischen Moduls 532, jeder externen Anschlussklemme 632 und jeder Phasenwicklung der Statorwicklung 521 verbunden. Einzelheiten dazu werden im Folgenden beschrieben.
Die externe Anschlussklemme 632 besteht aus einer hochpotentialseitigen Stromklemme 632A und einer niederpotentialseitigen Stromklemme 632B, die mit dem Stromversorgungsgerät verbunden sind, und einer einzelnen Signalklemme 632C, die mit einer externen ECU verbunden ist. Diese externen Anschlussklemmen 632 (632A bis 632C) sind so bereitgestellt, dass sie in einer einzigen Reihe in Umfangsrichtung angeordnet sind und sich in axialer Richtung auf der radial inneren Seite des ringförmigen Abschnitts 631 erstrecken.
Wie in 51 gezeigt, ragt in einem Zustand, in dem das Stromschienenmodul 533 zusammen mit den elektrischen Modulen 532 am Wechselrichtergehäuse 531 montiert ist, ein Ende der externen Anschlussklemme 632 aus der Endplatte 547 des Vorsprungsbildungselements 543 heraus.
Wie in den 56 und 57 gezeigt, ist ein Einführungsloch 547a in der Endplatte 547 des Vorsprungsbildungselements 543 bereitgestellt. Eine kreiszylindrische Tülle 635 ist an der Einführungsöffnung 547a angebracht, und die externe Anschlussklemme 632 ist so bereitgestellt, dass er durch die Tülle 635 eingeführt werden kann. Die Tülle 635 dient auch als Anschlussdichtung.
Die Wicklungsanschlussklemme 633 ist eine Klemme, die mit dem Wicklungsendabschnitt jeder Phase der Statorwicklung 521 verbunden ist und so bereitgestellt ist, dass sie sich von dem ringförmigen Abschnitt 631 in Richtung der radial äußeren Seite erstreckt. Die Wicklungsanschlussklemme 633 umfasst eine Wicklungsanschlussklemme 633U, die mit dem Endabschnitt der U-Phasenwicklung der Statorwicklung 521 verbunden ist, eine Wicklungsanschlussklemme 633V, die mit dem Endabschnitt der V-Phasenwicklung verbunden ist, und eine Wicklungsanschlussklemme 633W, die mit dem Endabschnitt der W-Phasenwicklung verbunden ist.
Es kann ein Stromsensor 634 bereitgestellt werden, der einen Strom (U-Phasenstrom, V-Phasenstrom und W-Phasenstrom) erfasst, der zu jeder dieser Wicklungsanschlussklemmen 633 und jeder Phasenwicklung fließt (siehe 70).
Dabei kann der Stromsensor 634 außerhalb des elektrischen Moduls 532 in der Peripherie der jeweiligen Wicklungsanschlussklemme 633 angeordnet sein. Alternativ kann der Stromsensor 634 auch innerhalb des elektrischen Moduls 532 angeordnet sein.
An dieser Stelle wird die Verbindung zwischen den elektrischen Modulen 532 und dem Stromschienenmodul 533 unter Bezugnahme auf die 69 und 70 detailliert beschrieben.
69 zeigt die elektrischen Module 532 in der Draufsicht erweitert und zeigt schematisch einen Zustand der elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen 532 und dem Stromschienenmodul 533. 70 ist eine Darstellung, die schematisch die Verbindung zwischen den elektrischen Modulen 532 und den Stromschienenmodulen 533 in einem Zustand zeigt, in dem die elektrischen Module 532 kreisringförmig angeordnet sind. Dabei ist in 69 ein Pfad für die Leistungsübertragung durch eine durchgezogene Linie und ein Pfad für die Signalübertragung durch eine einfach gepunktete Kettenlinie angedeutet. In 70 ist nur der Pfad für die Energieübertragung dargestellt.
Das Stromschienenmodul 533 enthält eine erste Stromschiene 41, eine zweite Stromschiene 42 und eine dritte Stromschiene 43 als Stromschienen für die Leistungsübertragung. Von den Stromschienen ist die erste Stromschiene 641 mit der Leistungsklemme 632A auf der Hochpotentialseite und die zweite Stromschiene 642 mit der Leistungsklemme 632B auf der Niederpotentialseite verbunden. Darüber hinaus sind drei dritte Stromschienen 643 jeweils mit der U-Phasen-Wicklungsanschlussklemme 633U, der V-Phasen-Wicklungsanschlussklemme 633V und der W-Phasen-Wicklungsanschlussklemme 633W verbunden.
Darüber hinaus sind die Wicklungsanschlussklemmen 633 und die dritten Stromschienen 643 Abschnitte, die dazu neigen, durch den Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine 10 Wärme zu erzeugen. Daher kann ein Klemmenblock (nicht dargestellt) zwischen den Wicklungsanschlussklemmen 633 und den dritten Stromschienen 643 eingefügt werden.
Darüber hinaus kann der Klemmenblock mit dem Wechselrichtergehäuse 531 in Kontakt gebracht werden, das die Kühlwasserpassage 545 enthält. Alternativ können die Wicklungsanschlussklemmen 633 und die dritten Stromschienen 643, die in eine kurbelartige Form gebogen sind, in Kontakt mit dem Wechselrichtergehäuse 531 gebracht werden, das die Kühlwasserpassage 545 enthält.
Durch eine solche Konfiguration kann die in den Wicklungsanschlussklemmen 633 und den dritten Stromschienen 643 erzeugte Wärme an das Kühlwasser im Kühlwasserpassage 545 abgegeben werden.
Hier, in 70, sind die erste Stromschiene 641 und die zweite Stromschiene 642 als Stromschienen dargestellt, die eine kreisförmige Ringform bilden. Diese Stromschienen 641 und 642 müssen jedoch nicht unbedingt kreisringförmig verbunden sein, sondern können auch eine annähernd C-ähnliche Form bilden, bei der ein Teil in Umfangsrichtung diskontinuierlich ist.
Da die Wicklungsanschlussklemmen 633U, 633V und 633W lediglich einzeln mit den den jeweiligen Phasen entsprechenden Schaltmodulen 532A verbunden werden müssen, können die Wicklungsanschlussklemmen 633U, 633V und 633W direkt mit den Schaltmodulen 532A (eigentlich den Modulanschlüsse 615) verbunden werden, ohne dass die Stromschienenmodule 533 dazwischenliegen.
Indessen umfasst jedes Schaltmodul 532A vier Modulanschlüsse 615, die aus einer positiven elektrodenseitigen Klemme, einer negativen elektrodenseitigen Klemme, einer Wicklungsklemme und einer Signalklemme bestehen. Von den Modulanschlüssen 615 ist der positive elektrodenseitige Anschluss mit der ersten Stromschiene 641, der negative elektrodenseitige Anschluss mit der zweiten Stromschiene 642 und der Wicklungsanschluss mit der dritten Stromschiene 643 verbunden.
Darüber hinaus enthält das Stromschienenmodul 533 eine vierte Stromschiene 644, die als Stromschiene für das Signalübertragungssystem dient. Der Signalanschluss jedes Schaltmoduls 532A ist mit der vierten Stromschiene 644 verbunden, und die vierte Stromschiene 644 ist mit dem Signalanschluss 632C verbunden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Steuersignal für jedes Schaltmodul 532A von der externen ECU über den Signalanschluss 632C eingegeben. Das heißt, die Schalter 601 und 602 im Schaltmodul 532A werden durch das Steuersignal, das über die Signalklemme 632C eingegeben wird, ein/ausgeschaltet.
Daher ist das Schaltmodul 632A so konfiguriert, dass es mit der Signalklemme 632C verbunden werden kann, ohne eine Steuerungsvorrichtung zu durchlaufen, die in der rotierenden elektrischen Maschine auf halbem Wege bereitgestellt ist. Diese Konfiguration kann jedoch geändert werden. Eine Steuerungsvorrichtung kann innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine bereitgestellt sein, und ein Steuersignal von der Steuerungsvorrichtung kann in das Schaltmodul 532A eingegeben werden. Diese Konfiguration ist in 71 dargestellt.
Die Konfiguration in 71 umfasst eine Steuerplatine 651, auf der eine Steuerungsvorrichtung 652 montiert ist. Die Steuerungsvorrichtung 652 ist mit jedem Schaltmodul 532A verbunden. Darüber hinaus ist die Signalklemme 632C mit der Steuerungsvorrichtung 652 verbunden. In diesem Fall empfängt die Steuerungsvorrichtung 652 beispielsweise die Eingabe eines Anweisungssignals, das sich auf den Leistungsbetrieb oder die Leistungserzeugung bezieht, von der externen ECU, die eine Steuerungsvorrichtung höherer Ordnung ist, und schaltet die Schalter 601 und 602 jedes Schaltmoduls 532A entsprechend auf der Grundlage des Anweisungssignals ein/aus.
In der Wechselrichtereinheit 530 kann die Steuerplatine 651 weiter zur Fahrzeugaußenseite (Rückseite des Rotorträgers 511) hin angeordnet sein als das Stromschienenmodul 533. Alternativ kann die Steuerplatine 651 zwischen den elektrischen Modulen 532 und der Endplatte 547 des Vorsprungsbildungselements 543 angeordnet sein. Die Steuerplatine 651 kann so angeordnet werden, dass zumindest ein Teil davon die elektrischen Module 532 in axialer Richtung überlappt.
Darüber hinaus umfasst das Kondensatormodul 532B zwei Modulanschlüsse 615, die aus einem positiv-elektrodenseitigen Anschluss und einem negativelektrodenseitigen Anschluss bestehen. Der positive elektrodenseitige Anschluss ist mit der ersten Stromschiene 641 und der negative elektrodenseitige Anschluss ist mit der zweiten Stromschiene 642 verbunden.
Wie in den 49 und 50 gezeigt, ist innerhalb des Wechselrichtergehäuses 531 der vorstehende Abschnitt 573, der den Einlasskanal 571 und den Auslasskanal 572 für das Kühlwasser enthält, in einer Position bereitgestellt, die mit den elektrischen Modulen 532 in der Umfangsrichtung angeordnet ist. Darüber hinaus ist die externe Anschlussklemme 632 so bereitgestellt, dass sie in radialer Richtung an den vorstehenden Abschnitt 573 angrenzt. Mit anderen Worten, der vorstehende Abschnitt 573 und die externe Anschlussklemme 632 sind in der gleichen Winkelposition in Umfangsrichtung angeordnet.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die externe Anschlussklemme 632 an einer Position an der radial inneren Seite des vorstehenden Abschnitts 573 bereitgestellt. Darüber hinaus sind, von der Fahrzeuginnenseite des Wechselrichtergehäuses 531 betrachtet, die Wasserdurchflussanschluss 574 und die externe Anschlussklemme 632 so bereitgestellt, dass sie in radialer Richtung auf der Endplatte 547 des Vorsprungsbildungselements 543 angeordnet sind (siehe 48).
In diesem Fall kann als Ergebnis des vorstehenden Abschnitts 573 und der externen Anschlussklemme 632, die so angeordnet sind, dass sie in der Umfangsrichtung zusammen mit der Vielzahl von elektrischen Modulen 532 angeordnet sind, eine Größenreduzierung als die Wechselrichtereinheit 530 und weiter eine Größenreduzierung als die rotierende elektrische Maschine 500 implementiert werden.
In den 45 und 47, die den Aufbau des Fahrzeugrads 400 zeigen, ist die Kühlleitung H2 mit dem Wasserdurchflussanschluss 574 und die elektrische Verdrahtung H1 mit der externen Anschlussklemme 632 verbunden. In diesem Zustand sind die elektrische Verdrahtung H1 und die Kühlleitung H2 in dem Gehäusekanal 440 untergebracht.
In der oben beschriebenen Konfiguration sind drei Schaltmodule 532A in Umfangsrichtung neben der externen Anschlussklemme 632 innerhalb des Wechselrichtergehäuses 631 angeordnet, und die sechs Kondensatormodule 532B sind in Umfangsrichtung weiter daneben in einem Array angeordnet. Die Konfiguration kann jedoch geändert werden.
Beispielsweise können die drei Schaltmodule 532A so angeordnet werden, dass sie in einer Position angeordnet sind, die am weitesten von der externen Anschlussklemme 632 entfernt ist, d.h. in einer Position auf einer der externen Anschlussklemme 632 gegenüberliegenden Seite, wobei die Drehwelle 501 dazwischenliegt. Darüber hinaus können die Schaltmodule 532A so verteilt angeordnet werden, dass die Kondensatormodule 532B auf beiden Seiten der Schaltmodule 532A angeordnet sind.
Infolge der Konfiguration, in der die Schaltmodule 532A in der am weitesten von der externen Anschlussklemme 632 entfernten Position angeordnet sind, d.h. in der Position auf der der externen Anschlussklemme 632 gegenüberliegenden Seite mit der Drehwelle 501 dazwischen, können Fehlfunktionen, die auf die gegenseitige Induktivität zwischen der externen Anschlussklemme 632 und den Schaltmodulen 532A zurückzuführen sind, und Ähnliches unterdrückt werden.
Als nächstes wird eine Konfiguration beschrieben, die sich auf einen Resolver 660 bezieht, der als Drehwinkelsensor bereitgestellt ist.
Wie in den 49 bis 51 gezeigt, ist der Resolver 660, der den elektrischen Winkel θ der rotierenden elektrischen Maschine 500 erfasst, im Wechselrichtergehäuse 531 untergebracht. Der Resolver 660 ist ein elektromagnetischer Induktionssensor. Der Resolver 660 umfasst einen Resolverrotor 661, der an der Drehwelle 501 befestigt ist, und einen Resolverstator 662, der gegenüberliegend an der radial äußeren Seite des Resolvers 661 angeordnet ist.
Der Resolverrotor 661 hat eine kreisförmige Ringform und ist koaxial mit der Drehwelle 501 in einem Zustand bereitgestellt, in dem die Drehwelle 501 in den Resolverrotor 661 eingesetzt ist. Der Resolverstator 662 umfasst einen Statorkern 663, der eine kreisförmige Ringform aufweist, und eine Statorspule 664, die um eine Vielzahl von Zähnen gewickelt ist, die in dem Statorkern 663 ausgebildet sind. Eine einphasige Erregerspule und zweiphasige Ausgangsspulen sind in der Statorspule 664 enthalten.
Die Erregerspule der Statorspule 664 wird durch ein sinusförmiges Erregersignal angeregt. Ein Magnetfluss, der in der Erregerspule durch das Erregersignal erzeugt wird, verbindet das Paar von Ausgangsspulen miteinander. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die relative Anordnung zwischen der Erregerspule und dem Paar von Ausgangsspulen periodisch auf der Grundlage des Drehwinkels des Resolverrotors 661 (d.h. des Drehwinkels der Drehwelle 501). Daher ändert sich die Anzahl der Magnetflüsse (Anzahl der Flussverknüpfungen), die das Paar der Ausgangsspulen miteinander verbinden, periodisch.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Paar von Ausgangsspulen und die Erregerspule so angeordnet, dass die Phasen der Spannungen, die jeweils in dem Paar von Ausgangsspulen erzeugt werden, um n/2 gegeneinander versetzt sind. Infolgedessen sind die jeweiligen Ausgangsspannungen des Ausgangsspulenpaars modulierte Wellen, die durch das Erregungssignal erhalten werden, das jeweils durch Modulationswellen sinθ und cosθ moduliert wird. Genauer gesagt, wenn das Erregungssignal sinΩt ist, sind die Modulationswellen sinθ × sinΩt beziehungsweise cosθ × sinΩt.
Der Resolver 660 umfasst einen Resolver-Digitalwandler. Der Resolver-Digitalwandler berechnet den elektrischen Winkel θ durch Erfassung auf der Grundlage der erzeugten modulierten Wellen und des Erregungssignals.
Beispielsweise ist der Resolver 660 mit dem Signalanschluss 632C verbunden, und das Berechnungsergebnis des Resolver-Digitalwandlers wird über den Signalanschluss 632C an ein externes Gerät ausgegeben. Wenn die Steuerungsvorrichtung innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 500 bereitgestellt ist, wird das Berechnungsergebnis des Resolver-Digitalwandlers außerdem in die Steuerungsvorrichtung eingegeben.
Hier wird eine Montagestruktur des Resolvers 660 im Wechselrichtergehäuse 531 beschrieben.
Wie in den 49 und 51 gezeigt, hat der Vorsprungsabschnitt 548 des Vorsprungsbildungselements 543, das das Wechselrichtergehäuse 531 konfiguriert, eine hohlzylindrische Form. Ein vorstehender Abschnitt 548a, der sich in einer Richtung rechtwinklig zur axialen Richtung erstreckt, ist an einer inneren Umfangsseite des Vorsprungabschnitts 548 ausgebildet.
Darüber hinaus wird der Resolverstator 662 durch eine Schraube oder ähnliches in einem Zustand fixiert, in dem der Resolverstator 662 in axialer Richtung in Kontakt mit dem vorstehenden Abschnitt 548a steht. Innerhalb des Nabenteils 548 ist das Lager 560 auf einer Seite in axialer Richtung mit dem vorstehenden Teil 548a dazwischen bereitgestellt. Darüber hinaus ist der Resolver 660 koaxial auf der anderen Seite angeordnet.
Darüber hinaus ist in dem hohlen Abschnitt des Nabenteils 548 der vorstehende Abschnitt 548a auf einer Seite des Resolvers 660 in axialer Richtung bereitgestellt, und auf der anderen Seite ist ein kreisscheibenringförmiger Gehäusedeckel 666 angebracht, der einen Gehäuseraum des Resolvers 660 verschließt.
Der Gehäusedeckel 666 besteht aus einem leitfähigen Material wie z.B. einem CFK. In einem Mittelabschnitt des Gehäusedeckels 666 ist ein Loch 666a ausgebildet, in das die Drehwelle 501 eingeführt wird. Ein Dichtungselement 667, das einen Raum zwischen dem Gehäusedeckel 666 und der äußeren Umfangsfläche der Drehwelle 501 abdichtet, ist in dem Loch 666a bereitgestellt. Ein Resolvergehäuseraum wird durch das Dichtungsmaterial 667 abgedichtet. Bei dem Dichtungsmaterial 667 kann es sich beispielsweise um eine Gleitdichtung handeln, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist.
Der Raum, in dem der Resolver 660 untergebracht ist, ist ein Raum, der von dem Vorsprungsabschnitt 548 umgeben ist, der eine kreisförmige Ringform in dem Vorsprungsbildungselement 543 hat, und der zwischen dem Lager 560 und dem Gehäusedeckel 666 in axialer Richtung eingeschlossen ist. Die Umgebung des Resolvers 660 ist von einem leitfähigen Material umgeben. Dadurch können die Auswirkungen von elektromagnetischem Rauschen auf den Resolver 660 unterdrückt werden.
Darüber hinaus umfasst das Wechselrichtergehäuse 531, wie oben beschrieben, die äußere Umfangswand WA1 und die innere Umfangswand WA2, die zwei Schichten bilden (siehe 57). Der Stator 520 ist auf der Außenseite der die beiden Lagen bildenden Umfangswände angeordnet (Außenseite der äußeren Umfangswand WA1), die elektrischen Module 532 sind zwischen den beiden Lagen von Umfangswänden angeordnet (zwischen WA1 und WA2), und der Resolver 660 ist auf der Innenseite der beiden Lagen von Umfangswänden angeordnet (Innenseite der inneren Umfangswand WA2). Das Wechselrichtergehäuse 531 ist ein leitendes Element.
Daher sind der Stator 520 und der Resolver 660 so angeordnet, dass sie durch eine leitende Trennwand (insbesondere zwei Schichten leitender Trennwände gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) getrennt sind. Das Auftreten gegenseitiger magnetischer Störungen auf der Seite des Stators 520 (Seite des Magnetkreises) und des Resolvers 660 kann in geeigneter Weise unterdrückt werden.
Als nächstes wird eine Rotorabdeckung 670 beschrieben, die an einer Seite eines offenen Endabschnitts des Rotorträgers 511 bereitgestellt ist.
Wie in den 49 und 51 dargestellt, ist eine Seite des Rotorträgers 511 in axialer Richtung offen. An dem offenen Endabschnitt ist ein annähernd kreisscheibenförmiger Rotordeckel 670 angebracht. Der Rotordeckel 670 kann durch ein beliebiges Fügeverfahren wie Schweißen, Kleben oder Verschrauben am Rotorträger 511 befestigt werden. Die Rotorabdeckung 670 hat vorzugsweise einen Abschnitt, in dem eine Abmessung so eingestellt ist, dass sie kleiner als ein Innenumfang des Rotorträgers 511 ist, so dass eine Bewegung in axialer Richtung der Magneteinheit 512 unterdrückt werden kann.
Der Außendurchmesser des Rotordeckels 670 stimmt mit dem Außendurchmesser des Rotorträgers 511 überein und der Innendurchmesser ist etwas größer als der Außendurchmesser des Wechselrichtergehäuses 531. Hier sind der Außendurchmesser des Wechselrichtergehäuses 531 und der Innendurchmesser des Stators 520 identisch.
Wie oben beschrieben, ist der Stator 520 an der radial äußeren Seite des Wechselrichtergehäuses 531 befestigt. In einem Verbindungsabschnitt, in dem der Stator 520 und das Wechselrichtergehäuse 531 miteinander verbunden sind, ragt das Wechselrichtergehäuse 531 in axialer Richtung in Bezug auf den Stator 520 hervor. Darüber hinaus ist die Rotorabdeckung 670 so angebracht, dass sie den vorstehenden Teil des Wechselrichtergehäuses 531 umgibt.
In diesem Fall ist dazwischen ein Dichtungselement 671 bereitgestellt, das einen Raum zwischen einer Endfläche an der inneren Umfangsseite des Rotordeckels 670 und einer äußeren Umfangsfläche des Wechselrichtergehäuses 531 abdichtet. Ein Gehäuseraum der Magneteinheit 512 und des Stators 520 wird durch das Dichtungselement 671 abgedichtet. Das Dichtungselement 671 kann beispielsweise eine Gleitdichtung sein, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist.
Mit dem oben im Detail beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die folgenden hervorragenden Effekte erzielt.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 ist die äußere Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 auf der radial inneren Seite des Magnetkreisabschnitts angeordnet, der aus der Magneteinheit 512 und der Statorwicklung 521 besteht. Die Kühlwasserpassage 545 ist in der äußeren Umfangswand WA1 ausgebildet. Darüber hinaus sind mehrere elektrische Module 532 an der radialen Innenseite der äußeren Umfangswand WA1 in Umfangsrichtung entlang der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet.
Folglich können der Magnetkreisabschnitt, die Kühlwasserpassage 545 und der Leistungskonverter so angeordnet werden, dass sie in radialer Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 geschichtet sind. Eine effiziente Anordnung der Komponenten kann erreicht werden, während die Abmessungen in axialer Richtung reduziert werden. Darüber hinaus kann eine effiziente Kühlung in der Vielzahl von elektrischen Modulen 532, die den Leistungskonverter bilden, durchgeführt werden. Dadurch können in der rotierenden elektrischen Maschine 500 ein hoher Wirkungsgrad und eine Reduzierung der Abmessungen erreicht werden.
Die elektrischen Module 532 (Schaltmodul 532A und Kondensatormodul 532B), die wärmeerzeugenden Komponenten, wie das Halbleiterschaltelement und den Kondensator, aufweisen, sind so bereitgestellt, dass sie in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der äußeren Umfangswand WA1 stehen. Dadurch wird die Wärme des elektrischen Moduls 532 auf die äußere Umfangswand WA1 übertragen und das elektrische Modul 532 wird durch den Wärmeaustausch in der äußeren Umfangswand WA1 in geeigneter Weise gekühlt.
Im Schaltmodul 532A sind die Kühler 623 auf beiden Seiten angeordnet, die die Schalter 601 und 602 einschließen, und der Kondensator 604 ist auf einer den Schaltern 601 und 602 gegenüberliegenden Seite in mindestens einem der Kühler 623 auf beiden Seiten der Schalter 601 und 602 angeordnet. Dadurch kann die Kühlleistung in Bezug auf die Schalter 601 und 602 verbessert werden. Außerdem kann die Kühlleistung in Bezug auf den Kondensator 604 verbessert werden.
Im Schaltmodul 532A sind die Kühler 623 auf beiden Seiten zwischen den Schaltern 601 und 602 angeordnet, die Ansteuerschaltung 603 ist auf einer den Schaltern 601 und 602 gegenüberliegenden Seite in mindestens einem der Kühler 623 auf beiden Seiten der Schalter 601 und 602 angeordnet, und der Kondensator 604 ist auf der den Schaltern 601 und 602 gegenüberliegenden Seite in dem anderen Kühler 623 angeordnet. Dadurch kann die Kühlleistung in Bezug auf die Schalter 601 und 602 verbessert werden. Darüber hinaus kann auch die Kühlleistung in Bezug auf die Ansteuerschaltung 603 und den Kondensator 604 verbessert werden.
Beispielsweise wird im Schaltmodul 532A das Kühlwasser aus der Kühlwasserpassage 545 in das Modulinnere geleitet, und die Halbleiterschaltelemente und dergleichen werden durch das Kühlwasser gekühlt. In diesem Fall wird das Schaltmodul 532A durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser im Inneren des Moduls zusätzlich zum Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser in der äußeren Umfangswand WA1 gekühlt. Dadurch kann die Kühlwirkung des Schaltmoduls 532A verbessert werden.
In dem Kühlsystem, in dem das Kühlwasser aus dem externen Zirkulationspfad 575 in die Kühlwasserpassage 545 zugeführt wird, ist das Schaltmodul 532A stromaufwärts in der Nähe des Einlasskanals 571 des Kühlwasserpassages 545 angeordnet und das Kondensatormodul 532B ist weiter stromabwärts angeordnet als das Schaltmodul 532A. In diesem Fall kann unter der Annahme, dass das Kühlwasser, das durch die Kühlwasserpassage 545 fließt, zur stromaufwärtigen Seite hin eine niedrigere Temperatur aufweist, eine Konfiguration implementiert werden, die das Schaltmodul 532A bevorzugt kühlt.
Ein Teil der Lücken zwischen elektrischen Modulen, die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, ist verbreitert, und der vorstehende Teil 573, der den Einlasskanal 571 und den Auslasskanal 572 enthält, ist in dem Teil bereitgestellt, der die verbreiterte Lücke ist (zweiter Abstand INT2). Infolgedessen können der Einlassdurchgang 571 und der Auslassdurchgang 572 des Kühlwasserpassages 545 in geeigneter Weise in einem Abschnitt ausgebildet werden, der sich auf der radial inneren Seite der äußeren Umfangswand WA1 befindet.

Das heißt, es muss eine Durchflussmenge an Kühlmittel gewährleistet sein, um die Kühlleistung zu verbessern. Daher kann eine Vergrößerung der Öffnungsflächen des Einlasskanals 571 und des Auslasskanals 572 in Betracht gezogen werden. In dieser Hinsicht können der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 mit der gewünschten Größe in geeigneter Weise gebildet werden, indem ein Teil der Lücken zwischen den elektrischen Modulen verbreitert wird und der vorstehende Abschnitt 573 wie oben beschrieben bereitgestellt wird.
Die externe Anschlussklemme 632 des Stromschienenmoduls 533 ist in einer Position angeordnet, die mit dem vorstehenden Abschnitt 573 in radialer Richtung auf der radial inneren Seite der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet ist. Das heißt, die externe Anschlussklemme 632 ist zusammen mit dem vorstehenden Abschnitt 573 in dem Abschnitt angeordnet, in dem der Spalt zwischen elektrischen Modulen, die in Umfangsrichtung benachbart sind, verbreitert ist (der Abschnitt, der dem zweiten Intervall INT2 entspricht). Dadurch kann die externe Anschlussklemme 632 in geeigneter Weise angeordnet werden, während eine Beeinträchtigung der elektrischen Module 532 vermieden wird.
In der rotierenden elektrischen Außenläufermaschine 500 ist der Stator 520 an der radial äußeren Seite der äußeren Umfangswand WA1 befestigt, und die Vielzahl von elektrischen Module 532 ist an der radial inneren Seite davon angeordnet.
Infolgedessen wird die Wärme des Stators 520 von der radial äußeren Seite der äußeren Umfangswand WA1 übertragen und die Wärme der elektrischen Module 532 von der radial inneren Seite. In diesem Fall können der Stator 520 und die elektrischen Module 532 gleichzeitig durch das Kühlwasser gekühlt werden, das durch die Kühlwasserpassage 545 fließt. Die Wärme aus den wärmeerzeugenden Komponenten der rotierenden elektrischen Maschine 500 kann effizient abgeführt werden.
Das Elektromodul 532 auf der radial inneren Seite und die Statorwicklung 521 auf der radial äußeren Seite mit der dazwischenliegenden Außenumfangswand WA1 sind durch die Wicklungsanschlussklemme 633 des Stromschienenmoduls 533 elektrisch verbunden. Außerdem ist in diesem Fall die Wicklungsanschlussklemme 633 in axialer Richtung entfernt vom Kühlwasserpassage 545 angeordnet.
Folglich können das elektrische Modul 532 und die Statorwicklung 521 in geeigneter Weise verbunden werden, selbst wenn die Kühlwasserpassage 545 ringförmig in der äußeren Umfangswand WA1 ausgebildet ist, d.h. in einer Konfiguration, in der die Innenseite und die Außenseite der äußeren Umfangswand WA1 durch die Kühlwasserpassage 545 geteilt sind.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden infolge der Verkleinerung oder Beseitigung der Zähne (Kern) zwischen den Leitern 523, die in Umfangsrichtung im Stator 520 angeordnet sind, Drehmomenteinschränkungen, die auf die magnetische Sättigung zurückzuführen sind, die zwischen den Leitern 523 auftritt, unterdrückt, und der Drehmomentabfall wird dadurch unterdrückt, dass der Leiter 523 ein dünner, flacher Typ ist.
In diesem Fall kann, selbst, wenn die Außendurchmesserabmessungen der rotierenden elektrischen Maschine 500 gleich sind, als Ergebnis der Verkleinerung des Stators 520 die Fläche auf der radial inneren Seite des Magnetkreisabschnitts vergrößert werden. Die äußere Umfangswand WA1, die die Kühlwasserpassage 454 und die Vielzahl der elektrischen Module 532 enthält, die auf der radialen Innenseite der äußeren Umfangswand WA1 bereitgestellt sind, können in geeigneter Weise unter Verwendung des Innenbereichs angeordnet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Magnetfluss auf der d-Achse verstärkt, indem der Magnetfluss in der Magneteinheit 512 auf die d-Achse konzentriert wird. Das mit der Verstärkung des Magnetflusses einhergehende erhöhte Drehmoment kann erreicht werden.
In diesem Fall kann bei gleichzeitiger Verkleinerung einer Dickenabmessung in radialer Richtung der Magneteinheit 512 die Fläche auf der radialen Innenseite des Magnetkreisabschnitts vergrößert werden. Die äußere Umfangswand WA1, die die Kühlwasserpassage 454 enthält, und die Vielzahl von elektrischen Modulen 532, die an der radialen Innenseite der äußeren Umfangswand WA1 bereitgestellt ist, können in geeigneter Weise unter Verwendung der Innenfläche angeordnet werden.
Darüber hinaus können das Lager 560 und der Resolver 660 in ähnlicher Weise in radialer Richtung angeordnet werden, zusätzlich zu dem Magnetkreisabschnitt, der äußeren Umfangswand WA1 und der Vielzahl von elektrischen Modulen 532.
Das Fahrzeugrad 400, in dem die rotierende elektrische Maschine 500 als radinterne Motor verwendet wird, wird durch die Einheitsbasiskörper 405, die am Wechselrichtergehäuse 531 befestigt ist, und einen Befestigungsmechanismus, wie z.B. eine Aufhängungsvorrichtung, in die Fahrzeugkarosserie eingebaut. Da hier eine Größenreduzierung in der rotierenden elektrischen Maschine 500 implementiert ist, kann eine Platzersparnis erreicht werden, selbst wenn eine Montage an einer Fahrzeugkarosserie angenommen wird. Daher kann eine Konfiguration implementiert werden, die in Bezug auf die Erweiterung eines Installationsbereichs für eine Stromversorgungsvorrichtung, wie z.B. eine Batterie, oder die Erweiterung eines Fahrzeugkabinenraums im Fahrzeug vorteilhaft ist.
Nachfolgend werden die Modifikationen im Zusammenhang mit dem radinternen Motor beschrieben.
(Erste Modifikation des radinternen Motors)
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 sind das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 auf der radial inneren Seite der äußeren Umfangswand WA1 der Wechselrichtereinheit 530 angeordnet. Darüber hinaus sind das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 sowie der Stator 520 jeweils auf der Innenseite und der radial äußeren Seite mit der dazwischenliegenden Außenumfangswand WA1 angeordnet.
In dieser Konfiguration kann die Position des Stromschienenmoduls 533 in Bezug auf das elektrische Modul 532 beliebig eingestellt werden. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem die Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 so verbunden sind, dass sie die äußere Umfangswand WA1 in radialer Richtung kreuzen, eine Position, in der eine für die Verbindung verwendete Wicklungsanschlussleitung (wie die Wicklungsanschlussklemme 633) geführt wird, beliebig eingestellt werden.
Das heißt, als Position des Stromschienenmoduls 533 in Bezug auf das Elektromodul 532 kommt (α1) eine Konfiguration in Betracht, bei der das Stromschienenmodul 533 in axialer Richtung weiter zur Fahrzeugaußenseite hin liegt als das Elektromodul 532, also zur Rückseite auf der Rotorträgerseite 511, und (a2) eine Konfiguration, bei der das Stromschienenmodul 533 in axialer Richtung weiter zur Fahrzeuginnenseite hin liegt als das Elektromodul 533, also zur Vorderseite auf der Rotorträgerseite 511.
Als Position, in der die Wicklungsanschlussleitung geführt wird, kommen außerdem (β1) eine Konfiguration, in der die Wicklungsanschlussleitung in axialer Richtung auf der Fahrzeugaußenseite, also auf der Rückseite des Rotorträgers 511, geführt wird, und (β2) eine Konfiguration, in der die Wicklungsanschlussleitung in axialer Richtung auf der Fahrzeuginnenseite, also auf der Vorderseite des Rotorträgers 511, geführt wird, in Frage.
Nachfolgend werden vier Ausführungsbeispiele für eine Anordnung der elektrischen Module 532, des Stromschienenmoduls 533 und der Wicklungsanschlussleitung unter Bezugnahme auf 72, anhand (a) bis (d), beschrieben.
72 zeigt, anhand (a) bis (d), Längsschnittansichten, die die Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 500 in vereinfachter Form zeigen. In 72, anhand (a) bis (d), sind bereits beschriebene Konfigurationen mit denselben Bezugszeichen versehen. Eine Wicklungsanschlussleitung 637 ist eine elektrische Verdrahtung, die die Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 verbindet. Zum Beispiel entspricht die oben beschriebene Wicklungsanschlussklemme 633 der Wicklungsanschlussleitung 637.
In der Konfiguration in 72, anhand (a), wird die oben beschriebene (α1) als Position des Stromschienenmoduls 533 in Bezug auf das elektrische Modul 532 verwendet, und die oben beschriebene (β1) wird als Position für die Führung der Wicklungsanschlussleitung 637 verwendet. Das heißt, das Elektromodul 532 und das Stromschienenmodul 533 sowie die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 sind beide an der Fahrzeugaußenseite (Rückseite des Rotorträgers 511) angeschlossen. Diese Konfiguration entspricht hier der in 49 gezeigten Konfiguration.
Infolge der vorliegenden Konfiguration kann die Kühlwasserpassage 545 in der äußeren Umfangswand WA1 bereitgestellt werden, ohne dass eine Beeinträchtigung der Wicklungsanschlussleitung 637 zu befürchten ist. Darüber hinaus kann die Wicklungsanschlussleitung 637, die die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 verbindet, einfach realisiert werden.
In 72, anhand (b), wird die oben beschriebene (α1) als Position des Stromschienenmoduls 533 in Bezug auf das elektrische Modul 532 und die oben beschriebene (β2) als Position für die Führung der Wicklungsanschlussleitung 637 verwendet. Das heißt, das Elektromodul 532 und das Stromschienenmodul 533 sind an der Fahrzeugaußenseite (Rückseite des Rotorträgers 511) angeschlossen, und die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 sind an der Fahrzeuginnenseite (Vorderseite des Rotorträgers 511) angeschlossen.
Infolge der vorliegenden Konfiguration kann die Kühlwasserpassage 545 in der äußeren Umfangswand WA1 bereitgestellt werden, ohne dass eine Beeinträchtigung der Wicklungsanschlussleitung 637 zu befürchten ist.
In 72, anhand (c), wird die oben beschriebene (a2) als Position des Stromschienenmoduls 533 in Bezug auf das elektrische Modul 532 und die oben beschriebene (β1) als Position für die Führung der Wicklungsanschlussleitung 637 verwendet. Das heißt, das Elektromodul 532 und das Stromschienenmodul 533 sind an der Fahrzeuginnenseite (Vorderseite des Rotorträgers 511) angeschlossen, und die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 sind an der Fahrzeugaußenseite (Rückseite des Rotorträgers 511) angeschlossen.
In 72, anhand (d), wird die oben beschriebene (a2) als Position des Stromschienenmoduls 533 in Bezug auf das Elektromodul 532 verwendet, und die oben beschriebene (β2) wird als Position für die Führung der Wicklungsanschlussleitung 637 verwendet. Das heißt, das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 sowie die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 sind beide auf der Fahrzeuginnenseite (Vorderseite des Rotorträgers 511) angeschlossen.
Da das Stromschienenmodul 533 gemäß den Konfigurationen in 72, anhand (c) und (d), auf der Fahrzeuginnenseite (Vorderseite des Rotorträgers 511) angeordnet ist, wird die Verdrahtung eines elektrischen Bauteils, wie z.B. eines Lüftermotors, erleichtert, wenn dieses hinzugefügt wird. Darüber hinaus kann das Stromschienenmodul 533 näher an den Resolver 660 herangeführt werden, der weiter zur Fahrzeuginnenseite hin angeordnet ist als das Lager. Die Verdrahtung des Resolvers 660 soll so erleichtert werden.
(Zweite Modifikation des radinternen Motors)
Im Folgenden werden Modifikationen an der Befestigungsstruktur des Resolverrotors 661 beschrieben. Das heißt, die Drehwelle 501, der Rotorträger 511 und der Innenring 561 des Lagers 560 sind ein rotierender Körper, der sich in einem Stück dreht. Modifikationen der Befestigungsstruktur des Resolverrotors 661 in Bezug auf den Rotationskörper werden im Folgenden beschrieben.
73 zeigt, anhand (a) bis (c), Konfigurationsdarstellungen von Beispielen für die Befestigungsstruktur des Resolverrotors 611 in Bezug auf den oben beschriebenen Rotationskörper. In allen Konfigurationen ist der Resolver 660 von dem Rotorträger 511, dem Wechselrichtergehäuse 531 und dergleichen umgeben und befindet sich in einem abgedichteten Raum, der vor Feuchtigkeit, Schmutz und dergleichen von außen geschützt ist. In 73, anhand (a) unter (a) bis (c), hat das Lager 560 die gleiche Konfiguration wie in 49.
Ferner, in 73, anhand (b) und (c), hat das Lager 560 eine andere Konfiguration als in 49 und ist in einer von der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 entfernten Position angeordnet. In den Zeichnungen sind beispielhaft zwei Positionen für die Befestigung des Resolvers 611 dargestellt. Der Resolverstator 662 ist hier nicht dargestellt. Der Vorsprungsabschnitt 548 des Vorsprungsbildungselements 543 kann jedoch bis zur äußeren Umfangsseite des Resolverrotors 661 oder in dessen Nähe verlängert werden, und der Resolverstator 662 kann an dem Vorsprungsabschnitt 548 befestigt werden.
In der Konfiguration in 73, anhand (a), ist der Resolverrotor 661 am Innenring 561 des Lagers 560 befestigt. Insbesondere ist der Resolverrotor 661 an der Endfläche in axialer Richtung des Flansches 561b des Innenrings 561 angebracht. Alternativ ist der Resolverrotor 661 an der Endfläche in axialer Richtung des zylindrischen Teils 561a des Innenrings 561 angebracht.
In 73, anhand (b), ist der Resolverrotor 611 an dem Rotorträger 511 befestigt. Insbesondere ist der Resolverrotor 661 an der Innenfläche der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 angebracht. Alternativ dazu umfasst der Rotorträger 511 einen zylindrischen Abschnitt 515, der sich von einem inneren Umfangsrandabschnitt der Endplatte 514 entlang der Drehwelle 501 erstreckt. In dieser Konfiguration ist der Resolverrotor 661 an einer äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 515 des Rotorträgers 511 bereitgestellt. Im letzteren Fall ist der Resolverrotor 661 zwischen der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 und dem Lager 560 angeordnet.
In 73, anhand (c), ist der Resolverrotor 661 an der Drehwelle 501 befestigt. Konkret ist der Resolverrotor 661 zwischen der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 und dem Lager 560 in der Drehwelle 501 bereitgestellt. Alternativ ist der Resolverrotor 661 in der Drehwelle 501 auf der dem Rotorträger 511 gegenüberliegenden Seite mit dem dazwischenliegenden Lager 560 angeordnet.
(Dritte Modifikation des radinternen Motors)
Modifikationen des Wechselrichtergehäuses 531 und des Rotordeckels 670 werden unter Bezugnahme auf die 74, anhand (a) und (b), beschrieben. 74 zeigt, anhand (a) und (b), Längsschnittansichten, die die Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 500 in vereinfachter Form zeigen. In 74, anhand (a) und (b), sind bereits beschriebene Konfigurationen mit denselben Bezugszeichen versehen. Dabei entspricht eine in 74, anhand (a) gezeigte Konfiguration im Wesentlichen der unter Bezugnahme auf 49 und dergleichen beschriebenen Konfiguration. Eine in 74, anhand (b) gezeigte Konfiguration entspricht einer Konfiguration, bei der ein Teil der Konfiguration in 74, anhand (a) verändert ist.
Wie in 74, anhand (a) gezeigt, ist der Rotordeckel 670, der am offenen Endabschnitt des Rotorträgers 511 befestigt ist, so bereitgestellt, dass er die äußere Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 umgibt. Das heißt, die Endfläche auf der Innendurchmesserseite des Rotordeckels 670 liegt der Außenumfangsfläche der Außenumfangswand WA1 gegenüber, und das Dichtungselement 671 ist dazwischen bereitgestellt.
Darüber hinaus ist der Gehäusedeckel 666 im hohlen Teil des Vorsprungsabschnitts 548 des Wechselrichtergehäuses 531 angebracht, und das Dichtungselement 667 ist zwischen dem Gehäusedeckel 666 und der Drehwelle 501 bereitgestellt. Die externe Anschlussklemme 632, die das Stromschienenmodul 533 konfiguriert, führt durch das Wechselrichtergehäuse 531 und erstreckt sich in Richtung der Fahrzeuginnenseite (in den Zeichnungen die untere Seite).
Darüber hinaus sind im Wechselrichtergehäuse 531 der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572, die mit der Kühlwasserpassage 545 in Verbindung stehen, und die Wasserdurchflussanschluss 574, die die Kanalendabschnitte des Einlasskanals 571 und des Auslasskanals 572 umfasst, ausgebildet.
Im Gegensatz dazu ist, wie in 74, anhand (b) gezeigt, ein ringförmiger vorstehender Abschnitt 81, der sich in Richtung der vorstehenden Seite (Fahrzeuginnenseite) der Drehwelle 501 erstreckt, im Wechselrichtergehäuse 531 (genauer gesagt, dem Vorsprungsbildungselement 543) ausgebildet. Die Rotorabdeckung 670 ist so bereitgestellt, dass sie den vorstehenden Abschnitt 681 des Wechselrichtergehäuses 531 umgibt. Das heißt, die Endfläche auf der Innendurchmesserseite des Rotordeckels 670 liegt einer Außenumfangsfläche des vorstehenden Abschnitts 681 gegenüber, und das Dichtungselement 671 ist dazwischen bereitgestellt.
Darüber hinaus führt die externe Anschlussklemme 632, die das Stromschienenmodul 533 konfiguriert, durch den Vorsprungsabschnitt 548 des Wechselrichtergehäuses 531 und erstreckt sich bis zum hohlen Bereich des Vorsprungs 548. Darüber hinaus führt die externe Anschlussklemme 632 durch den Gehäusedeckel 666 und erstreckt sich in Richtung der Fahrzeuginnenseite (in der Zeichnung unten).
Außerdem sind im Wechselrichtergehäuse 531 der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 ausgebildet, die mit der Kühlwasserpassage 545 in Verbindung stehen. Der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 erstrecken sich bis zum hohlen Bereich des Vorsprungs 548 und erstrecken sich weiter in Richtung der Fahrzeuginnenseite (in der Zeichnung die untere Seite) als der Gehäusedeckel 666 durch ein Relaisrohr 682. In der vorliegenden Konfiguration ist der Rohrabschnitt, der sich vom Gehäusedeckel 666 zur Fahrzeuginnenseite hin erstreckt, die Wasserdurchflussanschluss 574.
Gemäß den Konfigurationen in 74, anhand (a) und (b), können der Rotorträger 511 und der Rotordeckel 670 in geeigneter Weise gegenüber dem Wechselrichtergehäuse 531 gedreht werden, wobei die Dichtigkeit des Innenraums des Rotorträgers 511 und des Rotordeckels 60 erhalten bleibt.
Darüber hinaus ist insbesondere gemäß der Konfiguration in 74, anhand (b), der Innendurchmesser des Rotordeckels 670 kleiner im Vergleich zu dem in der Konfiguration in 74, anhand (a). Daher können das Wechselrichtergehäuse 531 und der Rotordeckel 670 in axialer Richtung in zwei Lagen an einer Position bereitgestellt werden, die weiter zur Fahrzeuginnenseite hin liegt als das elektrische Modul 532. Störungen durch elektromagnetisches Rauschen, die im Elektromodul 532 auftreten, können so unterdrückt werden. Darüber hinaus wird ein Gleitdurchmesser des Dichtungselements 671 infolge der Verringerung des Innendurchmessers des Rotordeckels 670 verringert. Mechanische Verluste in einem Rotationsgleitabschnitt können unterdrückt werden.
(Vierte Modifikation des radinternen Motors)
Eine Modifikation der Statorwicklung 521 wird im Folgenden beschrieben. 75 zeigt eine Modifikation der Statorwicklung 521.
Wie in 75 gezeigt, wird die Statorwicklung 521 durch Wellenwicklung unter Verwendung eines Leitermaterials gewickelt, dessen seitlicher Querschnitt eine rechteckige Form bildet, so dass eine lange Seite des Leitermaterials so orientiert ist, dass sie sich in der Umfangsrichtung erstreckt.
In diesem Fall sind die Leiter 523 jeder Phase, die als Spulenseite in der Statorwicklung 521 dienen, in vorgegebenen Teilungsabständen für jede Phase angeordnet und am Spulenende miteinander verbunden. Die Leiter 523, die in der Spulenseite in Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, berühren sich an den Endflächen in Umfangsrichtung oder sind eng mit einem winzigen Spalt dazwischen angeordnet.
Darüber hinaus ist das Leitermaterial in der Statorwicklung 521 für jede Phase am Spulenende in radialer Richtung gebogen. Genauer gesagt ist die Statorwicklung 521 (Leitermaterial) in Richtung der radial inneren Seite in einer Position gebogen, die für jede Phase in axialer Richtung unterschiedlich ist. Dadurch wird eine Interferenz zwischen den Phasenwicklungen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase verhindert.
Bei der Konfiguration in der Zeichnung unterscheiden sich die Phasenwicklungen nur um einen Betrag, der der Dicke des Leitermaterials entspricht, und das Leitermaterial ist für jede Phase in einem rechten Winkel zur radial inneren Seite gebogen. Die Längenabmessungen zwischen den beiden Enden in axialer Richtung der Leiter 523, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, können gleich sein.
Wenn der Statorkern 522 mit der Statorwicklung 521 zusammengebaut und der Stator 520 hergestellt wird, kann ein Teil der kreisförmigen Ringform der Statorwicklung 521 abgetrennt werden (d.h. die Statorwicklung 521 wird annähernd C-förmig), und nachdem der Statorkern 522 mit der inneren Umfangsseite der Statorwicklung 521 zusammengebaut ist, können die abgetrennten Teile miteinander verbunden werden, und die Statorwicklung 521 kann in die kreisförmige Ringform gebracht werden.
Darüber hinaus kann der Statorkern 522 in Umfangsrichtung in mehrere Teile (z.B. drei oder mehr Teile) unterteilt werden. Die Kernstücke, die in eine Vielzahl von Stücken unterteilt sind, können an der inneren Umfangsseite der Statorwicklung 521 montiert werden, die zu einer kreisförmigen Ringform ausgebildet ist.
(Andere Modifikationen)
Zum Beispiel sind, wie in 50 gezeigt, der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 des Kühlwasserpassages 545 so bereitgestellt, dass sie an einer einzigen Stelle in der rotierenden elektrischen Maschine 500 gesammelt werden. Diese Konfiguration kann jedoch so modifiziert werden, dass der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 jeweils an Positionen bereitgestellt sind, die sich in Umfangsrichtung unterscheiden.
Beispielsweise können der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 an Positionen bereitgestellt sein, die sich in Umfangsrichtung um 180 Grad unterscheiden. Alternativ können mehrere Einlasskanäle 571 und Auslasskanäle 572 bereitgestellt sein.
Bei dem Fahrzeugrad 400 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ragt die Drehwelle 501 in axialer Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 zu einer Seite hin vor. Die Konfiguration kann jedoch geändert werden. Die Drehwelle 501 kann zu beiden Seiten in axialer Richtung vorstehen. Als Ergebnis kann beispielsweise eine geeignete Konfiguration in einem Fahrzeug implementiert werden, in dem zumindest entweder die Vorderseite oder die Rückseite des Fahrzeugs ein einzelnes Rad hat.
Als rotierende elektrische Maschine 500, die im Fahrzeugrad 400 eingesetzt wird, kann auch eine rotierende elektrische Maschine vom Typ Innenrotor verwendet werden.
(Fünfzehnte Modifikation)
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsform (die Querschnittsform aus der axialen Richtung des Rotors 40 gesehen) der Magnete 91 und 92 der Magneteinheit 42 eine Kreisbogenform. Daher kann sich die Messtoleranz erhöhen, wenn die Abmessungen (z.B. die Dicke) der Magnete 91 und 92 gemessen werden. Das heißt, selbst wenn eine Dickenabmessung in der radialen Richtung und eine Breitenabmessung in der Umfangsrichtung der Magnete 91 und 92gemessen wird, kann der Fehler in Abhängigkeit von der zu messenden Stelle zunehmen, da die Magnete 91 und 92 die Form eines Kreisbogens haben. Da es sich bei den Magneten 91 und 92 um gesinterte Magnete handelt, neigen die Eckabschnitte dazu, abgerundet zu sein, was zu einer Erhöhung der Messtoleranz führen kann. Hier kann die Form der Magnete 91 und 92 der Magneteinheit 42 in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen und Modifikationen auf folgende Weise modifiziert werden. In dieser Modifikation ist die Magneteinheit 42 auf der Außenseite in radialer Richtung des Stators 50 angeordnet.
In einem Magneten 1001 der Magneteinheit 42 ist die leichte Achse der Magnetisierung kreisbogenförmig orientiert, so dass auf der d-Achsen-Seite, die das Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur d-Achse verläuft, verglichen mit der q-Achsen-Seite, die die Magnetpolgrenze ist, und ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad entlang der leichten Achse der Magnetisierung ausgebildet ist. Hier unterscheidet sich eine Magnetisierungsrichtung zwischen den Magneten 1001, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, so dass sich die Polaritäten der Magnetpole, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, unterscheiden. Darüber hinaus ist der Magnet 1001 zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten q-Achsen mit der d-Achse in der Mitte angeordnet.
Hier hat, wie oben beschrieben, die oberflächliche Magnetflussdichteverteilung der Magneteinheit 42 vorzugsweise die Form einer Sinuskurve. Darüber hinaus ist die maximale Magnetflussdichte (die Magnetflussdichte auf der d-Achse) vorzugsweise hoch. Das heißt, der magnetische Magnetpfad wird vorzugsweise so lang wie möglich gestaltet. Daher sind die Magnete 1001 vorzugsweise kreisbogenförmig ausgebildet, so dass die Endflächen in Umfangsrichtung der Magnete 1001 einander berühren oder so nahe wie möglich beieinanderliegen.
Hier ist der Magnet 1001 aus der axialen Richtung des Rotors 40 gesehen kreisbogenförmig ausgebildet, wobei die Drehwelle 14 den Mittelpunkt bildet. Da die Magnete 100 in einer Reihe ohne Lücken in der Umfangsrichtung angeordnet sind, ist die Magneteinheit 42 kreisringförmig ausgebildet.
In dem Magneten 1001 sind eine erste Referenzfläche 1100, die eine ebene Fläche ist, und eine zweite Referenzfläche 1200, die parallel zur ersten Referenzfläche 1100 ist, bereitgestellt. In dieser Modifikation sind die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 auf beiden Seiten in radialer Richtung des Magneten 1001 bereitgestellt. Die erste Referenzfläche 1100 befindet sich auf einer gegen-statorseitigen Umfangsfläche 1004 (einer ankerseitigen Umfangsfläche) des Magneten 1001. Die zweite Referenzfläche 1200 ist an einer statorseitigen Umfangsfläche 1003 (einer ankerseitigen Umfangsfläche) des Magneten 1001 bereitgestellt.
Insbesondere ist auf einer äußeren Umfangsfläche des Magneten 1001, die die gegen-statorseitige Umfangsfläche 1004 ist, die erste Referenzfläche 1100 so bereitgestellt, dass ein Kreisbogen in einem Mittelabschnitt in Umfangsrichtung, der auf der d-Achsen-Seite liegt, abgeschnitten ist. Darüber hinaus sind auf einer inneren Umfangsfläche des Magneten 1001, die die statorseitige Umfangsfläche 1003 ist, die zweiten Referenzflächen 1200 so bereitgestellt, dass Kreisbögen in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung, die auf den Seiten der q-Achsen liegen, abgeschnitten sind. In 76 sind die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 ebene Flächen, die senkrecht zur d-Achse verlaufen, aber auch schräg sein können.
Wenn die Abmessungen des Magneten 1001 während einer Inspektion oder ähnlichem gemessen werden, wird außerdem ein Abstand zwischen der ersten Referenzfläche 1100 und der zweiten Referenzfläche 1200 (ein Abstand in vertikaler Richtung in Bezug auf die Referenzflächen) gemessen.
Als nächstes wird ein Überblick über ein Herstellungsverfahren für den Magneten 1001 beschrieben. Jeder Magnet 1001 ist ein gesinterter Magnet, der durch ein Sinterverfahren hergestellt wird. Das heißt, dass die hergestellten Rohstoffe, wie Neodym, Bor und Eisen, geschmolzen und zu einer Legierung ausgebildet werden (erster Schritt). Anschließend wird die im ersten Schritt erhaltene Legierung in Partikel pulverisiert (zweiter Schritt). Dann wird das im zweiten Schritt erhaltene Pulver in eine Form gegeben und in einem magnetischen Feld druckausgebildet (dritter Schritt).
Durch das Formen in der Form wird die Querschnittsform des Magneten 1001 zu einer Kreisbogenform ausgebildet. Nach dem Druckgießen wird das ausgebildete Produkt gesintert (vierter Schritt). Nach Abschluss des Sinterns wird das ausgebildete Produkt wärmebehandelt (fünfter Schritt). Während der Wärmebehandlung wird das Produkt mehrmals erhitzt und abgekühlt. Anschließend erfolgt die maschinelle Bearbeitung und Oberflächenbehandlung, z.B. das Schleifen (sechster Schritt). In diesem Schritt wird der Kreisbogen im mittleren Teil in Umfangsrichtung an der äußeren Umfangsfläche des Magneten 1001 abgeschnitten, und die erste Referenzfläche 1100 wird gebildet.
Außerdem werden die Kreisbögen in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung an der inneren Umfangsfläche des Magneten 1001 abgeschnitten, und die zweiten Referenzflächen 1200 werden gebildet. Dabei können die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 separat ausgebildet werden. Alternativ können die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 auch gleichzeitig ausgebildet werden. Anschließend wird jeder Magnet 1001 fertiggestellt, indem er magnetisiert wird (siebter Schritt).
In der oben beschriebenen Modifikation werden die folgenden Effekte erreicht. In der oben beschriebenen Modifikation ist der Magnet 1001 in eine kreisförmige Bogenform ausgebildet, wenn von der axialen Richtung des Rotors 40 gesehen. Darüber hinaus ist der Magnet 1001 mit der ersten Referenzfläche 110, die eine ebene Fläche ist, und den zweiten Referenzflächen 1200, die parallel zur ersten Referenzfläche 1100 sind, versehen. Daher kann die Messtoleranz selbst dann, wenn der Magnet 1001 kreisbogenförmig ausgebildet ist, durch den gemessenen Abstand zwischen den Referenzflächen 1100 und 1200 reduziert werden. Da die Referenzflächen 1100 und 1200 parallel zueinander sind, können die Referenzflächen 1100 und 1200 außerdem leicht durch Schneiden hergestellt werden.
Da die Referenzflächen 1100 und 1200 ebene Flächen sind, können die Referenzflächen 1100 und 1200 außerdem als Rotationsstopper des Magneten 1001 in Bezug auf den kreiszylindrischen Abschnitt 43 fungieren. Darüber hinaus ist auf der gegen-statorseitigen Umfangsfläche 1004, ein Abschnitt auf der d-Achsen-Seite ist ein Abschnitt, in dem der Magnet magnetischen Weg tendenziell kurz sein. Daher können Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden, selbst wenn die erste Referenzfläche 1100 so bereitgestellt ist, dass dieser Abschnitt abgeschnitten ist.
Darüber hinaus ist auf der statorseitigen Umfangsfläche 1003 ein Abschnitt auf der q-Achsen-Seite ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden, selbst wenn die zweite Referenzfläche 1200 so bereitgestellt ist, dass dieser Abschnitt abgeschnitten ist. Darüber hinaus können die Referenzflächen 1100 und 1200 aufgrund der oben beschriebenen Konfiguration leicht bereitgestellt werden, wenn hervorstehende Abschnitte des kreisbogenförmigen Magneten 1001 in Richtung der d-Achse abgeschnitten werden.
(Weitere Beispiele für die fünfzehnte Modifikation)
In der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1001 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 77 gezeigten Magneten 1011 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Außenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1011 ähnlich wie die des Magneten 1001. Außerdem ist auch das Herstellungsverfahren ähnlich.
Indessen ist der Magnet 1011 der in 77 gezeigten Magneteinheit 42 zwischen der d-Achse und der q-Achse bereitgestellt, die in Umfangsrichtung an die d-Achse angrenzt. Darüber hinaus ist die erste Referenzfläche 1100 so bereitgestellt, dass ein Kreisbogen in einem Endabschnitt in Umfangsrichtung, der sich auf der d-Achsen-Seite befindet, an einer äußeren Umfangsfläche des Magneten 1011 abgeschnitten ist, die eine gegen-statorseitige Umfangsfläche 1014 ist. Das heißt, die erste Referenzfläche 1100 ist so bereitgestellt, dass ein Eckabschnitt auf der d-Achse Seite auf der Gegenstatorseite des Magneten 1011 abgeschnitten ist.
Darüber hinaus ist die zweite Referenzfläche 1200 so bereitgestellt, dass ein Kreisbogen in einem Endabschnitt in Umfangsrichtung, der sich auf der q-Achsen-Seite befindet, an einer inneren Umfangsfläche des Magneten 1011, die eine statorseitige Umfangsfläche 1013 ist, abgeschnitten wird. Das heißt, die zweite Referenzfläche 1200 ist so bereitgestellt, dass ein Eckabschnitt auf der q-Achse auf der Statorseite des Magneten 1011 abgeschnitten ist. In 77 sind die Referenzflächen 1100 und 1200 jeweils so bereitgestellt, dass sie einen Winkel von 45 Grad in Bezug auf die d-Achse bilden. Dies kann jedoch beliebig geändert werden.
Auf der gegen-statorseitigen Umfangsfläche 1014 ist ein Abschnitt auf der d-Achsen-Seite ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Darüber hinaus ist auf der statorseitigen Umfangsfläche 1013 ein Abschnitt auf der q-Achsen-Seite ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können als Ergebnis der oben beschriebenen Konfiguration, die verwendet wird, die Referenzflächen 1100 und 1200 bereitgestellt werden, während die Auswirkungen auf die Magnetflussdichte unterdrückt werden. Darüber hinaus können die Referenzflächen 1100 und 1200 als Ergebnis der oben beschriebenen Konfiguration leicht bereitgestellt werden, indem vorstehende Abschnitte des kreisbogenförmigen Magneten 1011 in einer vorbestimmten Richtung geschnitten werden.
Außerdem ist an der inneren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Teils 43 in radialer Richtung ein vorstehender Abschnitt 1015 bereitgestellt, der zur Seite der Magneteinheit 24 hin vorsteht. Dieser vorstehende Abschnitt 1015 entspricht einem Eingriffsabschnitt, der mit der ersten Referenzfläche 1100 des Magneten 1011 in Umfangsrichtung in Eingriff steht. Daher fungiert der vorstehende Abschnitt 1015 als Rotationsstopper des Magneten 1011. Hier kann der vorstehende Abschnitt 1015 nicht bereitgestellt sein.
In der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1001 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 78 gezeigten Magneten 1021 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Außenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1021 denen des Magneten 1001 ähnlich. Außerdem ist auch das Herstellungsverfahren ähnlich.
Wie in 78 gezeigt, ist der Magnet 1021 zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten d-Achsen angeordnet, wobei die q-Achse in der Mitte liegt.
Darüber hinaus sind die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 auf beiden Seiten in Umfangsrichtung des Magneten 1021 bereitgestellt. In 78 sind auf der Gegenstatorseite jedes Magneten 1021 die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 so bereitgestellt, dass Eckabschnitte auf beiden Seiten in Umfangsrichtung entfernt sind. Die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 120 sind als ebene Flächen ausgebildet, die parallel zur q-Achse entlang der q-Achse verlaufen, aber in Bezug auf die q-Achse geneigt sein können.
Wie oben beschrieben, ist auf der Gegenstatorseite des Magneten 1021 der Abschnitt auf der q-Achse ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 bereitgestellt werden, ohne dass die Magnetflussdichte reduziert wird. Darüber hinaus können die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 leicht in dem Magneten 1021 bereitgestellt werden, indem hervorstehende Abschnitte in einer Richtung, die senkrecht zur q-Achse ist, entfernt werden.
Darüber hinaus ist an der inneren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 in radialer Richtung ein vorstehender Abschnitt 1025 bereitgestellt, der in Richtung der Seite der Magneteinheit 42 vorsteht. Dieser vorstehende Abschnitt 1025 entspricht einem Eingriffsabschnitt, der mit der ersten Referenzfläche 1100 und der zweiten Referenzfläche 1200 des Magneten 1021 in Umfangsrichtung in Eingriff steht. Daher fungiert der vorstehende Abschnitt 1025 als Rotationsstopper des Magneten 1021. Hier kann der vorstehende Abschnitt 1025 nicht bereitgestellt sein.
In der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1001 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 79 gezeigten Magneten 1031 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Außenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1031 denen des Magneten 1001 ähnlich. Auch das Herstellungsverfahren ist ähnlich. Darüber hinaus ist der in 79 gezeigte Magnet 1031 in ähnlicher Weise wie der Magnet 1001 zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten q-Achsen angeordnet, wobei sich die d-Achse in der Mitte befindet.
Wie in 79 gezeigt, sind auf der Statorseite des Magneten 1031 gekerbte Abschnitte 1033 und 1034 bereitgestellt, so dass Eckabschnitte in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung gekerbt sind. Die gekerbten Abschnitte 1033 und 1034 sind so bereitgestellt, dass sie auf beiden Seiten in Umfangsrichtung des Magneten 1031 eine Links-Rechts-Symmetrie aufweisen.
Die gekerbten Abschnitte 1033 und 1034 sind so bereitgestellt, dass die Eckabschnitte in einer dreieckigen Form entfernt werden. Die Wandflächen auf der Mittelseite (d-Achsenseite) in Umfangsrichtung der gekerbten Abschnitte 1033 und 1034 sind die erste Referenzfläche 1100 beziehungsweise die zweite Referenzfläche 1200. Die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 des Magneten 1031 sind als ebene Flächen ausgebildet, die parallel zur d-Achse verlaufen. Hier sind die Bodenflächen der gekerbten Teile 1033 und 1034 ebene Flächen, die senkrecht zur d-Achse stehen.
Wie oben beschrieben, ist auf der Statorseite des Magneten 1031 der Bereich auf der q-Achse ein Bereich, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 bereitgestellt werden, ohne dass die Magnetflussdichte reduziert wird. Darüber hinaus können die Referenzflächen 1100 und 1200 leicht im Magneten 1031 bereitgestellt werden, da nur die Eckabschnitte in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung auf der Innenumfangsflächenseite des Magneten 1031 entfernt werden müssen.
In der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1001 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 80 gezeigten Magneten 1041 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Außenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1041 denen des Magneten 1001 ähnlich. Außerdem ist auch das Herstellungsverfahren ähnlich.
Der in 80 gezeigte Magnet 1041 ist zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten d-Achsen angeordnet, wobei die q-Achse in der Mitte liegt. Darüber hinaus sind auf der Gegenstatorseite des Magneten 1041 gekerbte Abschnitte 1043 und 1044 bereitgestellt, so dass Eckabschnitte in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung gekerbt sind. Die gekerbten Abschnitte 1043 und 1044 sind so bereitgestellt, dass sie auf beiden Seiten in Umfangsrichtung des Magneten 1041 eine Links-Rechts-Symmetrie aufweisen.
Die gekerbten Abschnitte 1043 und 1044 sind so bereitgestellt, dass die Eckabschnitte in einer dreieckigen Form entfernt werden. Die Wandflächen auf der Mittelseite (q-Achsenseite) in Umfangsrichtung der gekerbten Abschnitte 1043 und 1044 sind die erste Referenzfläche 1100 beziehungsweise die zweite Referenzfläche 1200. Die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 des Magneten 1041 sind als ebene Flächen ausgebildet, die parallel zur q-Achse verlaufen. Hier sind die Bodenflächen der gekerbten Teile 1043 und 1044 ebene Flächen, die senkrecht zur q-Achse stehen.
Wie oben beschrieben, ist auf der Gegenstatorseite des Magneten 1041 der Abschnitt auf der d-Achsenseite ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher können die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 bereitgestellt werden, ohne dass die Magnetflussdichte reduziert wird. Außerdem können die Referenzflächen 1100 und 1200 leicht in dem Magneten 1041 bereitgestellt werden, da nur die Eckabschnitte in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung auf der äußeren Umfangsflächenseite des Magneten 1041 entfernt werden müssen.
Außerdem ist an der inneren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 in radialer Richtung ein vorstehender Abschnitt 1045 bereitgestellt, der zur Seite der Magneteinheit 42 hin vorsteht. Der vorstehende Abschnitt 1045 entspricht einem Eingriffsabschnitt, der mit der ersten Referenzfläche 1100 und der zweiten Referenzfläche 1200 des Magneten 1041 in der Umfangsrichtung in Eingriff steht. Daher fungiert der vorstehende Abschnitt 1045 als Rotationsstopper des Magneten 1041. Hier kann der vorstehende Abschnitt 1045 nicht bereitgestellt sein.
In der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1001 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 81 gezeigten Magneten 1051 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen fünfzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Außenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1051 denen des Magneten 1001 ähnlich. Außerdem ist auch das Herstellungsverfahren ähnlich.
Der Magnet 1051 der in 81 gezeigten Magneteinheit 42 ist zwischen der d-Achse und der q-Achse bereitgestellt, die in Umfangsrichtung an die d-Achse angrenzt. Darüber hinaus ist eine Endfläche auf der q-Achsenseite in Umfangsrichtung des Magneten 1051 die zweite Referenzfläche 1200. Die zweite Referenzfläche 1200 ist eine ebene Fläche, die entlang der q-Achse verläuft.
Indessen ist eine ebene Fläche, die parallel zur q-Achse verläuft, in einem Eckabschnitt auf der d-Achsen-Seite auf der Gegenstatorseite des Magneten 1051 bereitgestellt. Die ebene Fläche ist die erste Referenzfläche 1100. Das heißt, die erste Referenzfläche 1100 ist so bereitgestellt, dass der Eckabschnitt auf der d-Achse Seite auf der Gegenstatorseite des Magneten 1051 entfernt wird.
Wie oben beschrieben, ist auf der Gegenstatorseite des Magneten 1051 der Abschnitt auf der d-Achse ein Abschnitt, in dem der magnetische Magnetpfad tendenziell kurz ist. Daher kann die erste Referenzfläche 1100 bereitgestellt werden, ohne dass die Magnetflussdichte reduziert wird. Da außerdem nur ein überstehender Teil des Magneten 1051 in einer Richtung, die senkrecht zur q-Achse verläuft, entlang der q-Achse entfernt werden muss, können die Referenzflächen 1100 und 1200 leicht bereitgestellt werden.
Außerdem ist an der inneren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 in radialer Richtung ein vorstehender Abschnitt 1055 bereitgestellt, der zur Seite der Magneteinheit 42 hin vorsteht. Der vorstehende Abschnitt 1055 entspricht einem Eingriffsabschnitt, der mit der ersten Referenzfläche 1100 und der zweiten Referenzfläche 1200 des Magneten 1051 in der Umfangsrichtung in Eingriff steht. Daher fungiert der vorstehende Abschnitt 1055 als Rotationsstopper des Magneten 1051. Hier kann der vorstehende Abschnitt 1055 nicht bereitgestellt sein.
(Sechzehnte Modifikation)
Die fünfzehnte Modifikation ist die rotierende elektrische Maschine 10 vom Außenrotortyp, bei der die Magneteinheit 42 des Rotors 40 auf der Außenseite in radialer Richtung der Statorwicklung 51 des Stators 50 angeordnet ist. Die Magneteinheit 42 des Rotors 40 kann jedoch in einer rotierenden elektrischen Maschine 10 vom Innenrotortyp verwendet werden, in der die Magneteinheit 42 auf der Innenseite in radialer Richtung der Statorwicklung 51 des Stators 50 angeordnet ist. In einer sechzehnten Modifikation wird eine Form eines Magneten in der rotierenden elektrischen Maschine 10 vom Innenrotortyp unter Bezugnahme auf 82 beschrieben.
Wie in 82 gezeigt, ist in einem Magneten 1101 der Magneteinheit 42 die leichte Achse der Magnetisierung kreisbogenförmig orientiert, so dass auf der d-Achsen-Seite, die das Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung parallel zur d-Achse im Vergleich zur q-Achsen-Seite, die die Magnetpolgrenze ist, ist, und ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad wird entlang der leichten Achse der Magnetisierung gebildet. Hier unterscheidet sich die Magnetisierungsrichtung zwischen den Magneten 1101, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, so dass sich die Polaritäten der Magnetpole, die in der Umfangsrichtung benachbart sind, unterscheiden. Darüber hinaus ist der Magnet 1101 zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten d-Achsen mit der q-Achse in der Mitte angeordnet.
Darüber hinaus ist der Magnet 1101 in ähnlicher Weise wie in der fünfzehnten Modifikation in eine kreisförmige Bogenform ausgebildet, deren Zentrum die Drehwelle 14 ist, wenn man sie aus der axialen Richtung des Rotors 40 betrachtet. Darüber hinaus ist die Magneteinheit 42, die die kreisförmige Ringform aufweist, als Ergebnis der Anordnung der Magnete 1101 in einer Reihe ohne Lücken in der Umfangsrichtung konfiguriert.
In dem Magneten 1101 sind die erste Referenzfläche 1100, die eine ebene Fläche ist, und die zweite Referenzfläche 1200, die parallel zur ersten Referenzfläche 1200 ist, bereitgestellt. In dieser Modifikation sind die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 auf beiden Seiten in radialer Richtung des Magneten 1101 bereitgestellt. Die erste Referenzfläche 1100 befindet sich auf einer gegen-statorseitigen Umfangsfläche 1103 (einer ankerseitigen Umfangsfläche) des Magneten 1101. Die zweite Referenzfläche 1200 ist an einer statorseitigen Umfangsfläche 1104 (einer ankerseitigen Umfangsfläche) des Magneten 1101 bereitgestellt.
Insbesondere auf einer inneren Umfangsfläche des Magneten 1101, die die gegen-statorseitige Umfangsfläche 1103 ist, sind die ersten Referenzflächen 1100 so bereitgestellt, dass Kreisbögen in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung, die auf den Seiten der d-Achsen liegen, abgeschnitten sind. Darüber hinaus ist auf einer äußeren Umfangsfläche des Magneten 1101, die die statorseitige Umfangsfläche 1104 ist, die zweite Referenzfläche 1200 so bereitgestellt, dass ein Kreisbogen in einem Mittelabschnitt in der Umfangsrichtung, der auf der q-Achsen-Seite liegt, abgeschnitten ist.
In 82 sind die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 ebene Flächen, die senkrecht zur q-Achse verlaufen, aber auch schräg sein können. Hier sind das Messverfahren und das Herstellungsverfahren des Magneten 1101 ähnlich wie in der fünfzehnten Modifikation. Infolge der oben beschriebenen Konfiguration können ähnliche Effekte wie in der fünfzehnten Modifikation erzielt werden.
Darüber hinaus ist an der äußeren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 in radialer Richtung ein vorstehender Abschnitt 1105 bereitgestellt, der zur Seite der Magneteinheit 42 hin vorsteht. Der vorstehende Abschnitt 1105 entspricht einem Eingriffsabschnitt, der mit der ersten Referenzfläche 1100 des Magneten 1101 in der Umfangsrichtung in Eingriff steht. Daher fungiert der vorstehende Abschnitt 1105 als Rotationsstopper des Magneten 1101. Hier kann der vorstehende Abschnitt 1105 nicht bereitgestellt sein.
(Weitere Beispiele für die sechzehnte Modifikation)
In der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1101 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 83 gezeigten Magneten 1111 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Innenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1111 ähnlich wie die des Magneten 1101. Außerdem ist auch das Herstellungsverfahren ähnlich.
Indessen ist der Magnet 1111 der in 83 gezeigten Magneteinheit 42 zwischen der d-Achse und der q-Achse bereitgestellt, die in Umfangsrichtung an die d-Achse angrenzt. Außerdem ist auf einer inneren Umfangsfläche des Magneten 1111, bei der es sich um eine statorseitige Gegenumfangsfläche 1113 handelt, die erste Referenzfläche 1100 so bereitgestellt, dass ein Kreisbogen in einem Endabschnitt in Umfangsrichtung, der sich auf der d-Achsen-Seite befindet, abgeschnitten ist. Das heißt, die erste Referenzfläche 1100 ist so beschaffen, dass ein Eckabschnitt auf der d-Achse auf der Gegenstatorseite des Magneten 1111 abgeschnitten ist.
Darüber hinaus ist die zweite Referenzfläche 1200 auf einer äußeren Umfangsfläche des Magneten 111, die eine statorseitige Umfangsfläche 1114 ist, so bereitgestellt, dass ein Kreisbogen in einem Endabschnitt in Umfangsrichtung, der sich auf der q-Achsen-Seite befindet, abgeschnitten ist. Das heißt, die zweite Referenzfläche 1200 ist so beschaffen, dass ein Eckabschnitt auf der q-Achsen-Seite auf der Statorseite des Magneten 1111 abgeschnitten ist. In 82 sind die Referenzflächen 1100 und 1200 jeweils so bereitgestellt, dass sie einen Winkel von 45 Grad in Bezug auf die q-Achse bilden. Dies kann jedoch beliebig geändert werden.
Außerdem ist an der äußeren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 in radialer Richtung ein vorstehender Abschnitt 1115 bereitgestellt, der zur Seite der Magneteinheit 42 hin vorsteht. Der vorstehende Abschnitt 1115 entspricht einem Eingriffsabschnitt, der mit der ersten Referenzfläche 1100 des Magneten 1111 in der Umfangsrichtung in Eingriff steht. Daher fungiert der vorstehende Abschnitt 1115 als Rotationsstopper des Magneten 1111. Hier kann der vorstehende Abschnitt 1115 nicht bereitgestellt sein.
In der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1101 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 84 gezeigten Magneten 1121 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Innenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1121 denen des Magneten 1101 ähnlich. Außerdem ist auch das Herstellungsverfahren ähnlich.
Wie in 84 gezeigt, ist der Magnet 1121 zwischen den q-Achsen angeordnet, die in Umfangsrichtung benachbart sind, wobei sich die d-Achse in der Mitte befindet. Darüber hinaus sind die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 auf beiden Seiten in Umfangsrichtung des Magneten 1121 angeordnet. In 84 sind die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 so bereitgestellt, dass Eckabschnitte auf beiden Seiten in Umfangsrichtung auf der Statorseite des Magneten 1121 entfernt sind. Die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 sind ebene Flächen, die entlang der d-Achse verlaufen, aber in Bezug auf die d-Achse schräg sein können.
In der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1101 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 85 gezeigten Magneten 1131 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Innenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1131 ähnlich wie die des Magneten 1101. Auch das Herstellungsverfahren ist ähnlich. Darüber hinaus ist der in 85 gezeigte Magnet 1131 in ähnlicher Weise wie der Magnet 1101 zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten d-Achsen angeordnet, wobei sich die q-Achse in der Mitte befindet.
Wie in 85 gezeigt, sind auf der Gegenstatorseite des Magneten 1131 gekerbte Abschnitte 1133 und 1134 bereitgestellt, so dass Eckabschnitte in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung gekerbt sind. Die gekerbten Abschnitte 1133 und 1134 sind so bereitgestellt, dass sie auf beiden Seiten in Umfangsrichtung des Magneten 1131 eine Links-Rechts-Symmetrie aufweisen.
Die gekerbten Abschnitte 1133 und 1134 sind so bereitgestellt, dass die Eckabschnitte in einer dreieckigen Form entfernt werden. Die Wandflächen auf der Mittelseite (q-Achsenseite) in Umfangsrichtung der gekerbten Abschnitte 1133 und 1134 sind die erste Referenzfläche 1100 beziehungsweise die zweite Referenzfläche 1200. Die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 des Magneten 1131 sind als ebene Flächen ausgebildet, die parallel zur q-Achse liegen. Hier sind die Bodenflächen der gekerbten Teile 1133 und 1134 ebene Flächen, die senkrecht zur q-Achse stehen.
Außerdem ist an der äußeren Umfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 in radialer Richtung ein hervorstehender Abschnitt 1135 bereitgestellt, der zur Seite der Magneteinheit 42 hin vorsteht. Der vorstehende Abschnitt 1135 entspricht einem Eingriffsabschnitt, der mit der ersten Referenzfläche 1100 des Magneten 1131 in der Umfangsrichtung in Eingriff steht. Daher fungiert der vorstehende Abschnitt 1135 als Rotationsstopper des Magneten 1131. Hier kann der vorstehende Abschnitt 1135 nicht bereitgestellt sein.
In der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1101 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 86 gezeigten Magneten 1141 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Innenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1141 denen des Magneten 1101 ähnlich. Außerdem ist auch das Herstellungsverfahren ähnlich.
Der in 86 gezeigte Magnet 1141 ist zwischen den q-Achsen bereitgestellt, die in Umfangsrichtung benachbart sind, wobei die d-Achse in der Mitte liegt. Darüber hinaus sind auf der Statorseite des Magneten 1141 gekerbte Abschnitte 1143 und 1144 bereitgestellt, so dass Eckabschnitte in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung gekerbt sind. Die gekerbten Abschnitte 1143 und 1144 sind so bereitgestellt, dass sie auf beiden Seiten in Umfangsrichtung des Magneten 1141 eine Links-Rechts-Symmetrie aufweisen.
Die gekerbten Abschnitte 1143 und 1144 sind so bereitgestellt, dass die Eckabschnitte in einer dreieckigen Form entfernt werden. Die Wandflächen auf der Mittelseite (d-Achsenseite) in Umfangsrichtung der gekerbten Abschnitte 1143 und 1144 sind die erste Referenzfläche 1100 beziehungsweise die zweite Referenzfläche 1200. Die erste Referenzfläche 1100 und die zweite Referenzfläche 1200 des Magneten 1141 sind als ebene Flächen ausgebildet, die parallel zur d-Achse verlaufen. Hier sind die Bodenflächen der gekerbten Teile 1143 und 1144 ebene Flächen, die senkrecht zur d-Achse stehen.
In der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation kann die Form des Magneten 1101 so modifiziert werden, dass sie der Form des in 87 gezeigten Magneten 1151 entspricht. Hier, in ähnlicher Weise wie in der oben beschriebenen sechzehnten Modifikation, ist der Rotor 40 auf der Innenseite in der radialen Richtung des Stators 50 angeordnet. Darüber hinaus sind die leichte Achse der Magnetisierung, der magnetische Magnetpfad und die Magnetisierungsrichtung des Magneten 1151 ähnlich wie die des Magneten 1101. Außerdem ist auch das Herstellungsverfahren ähnlich.
Indessen ist der Magnet 1151 der in 87 gezeigten Magneteinheit 42 zwischen der d-Achse und der q-Achse, die in Umfangsrichtung an die d-Achse angrenzt, bereitgestellt. Außerdem ist eine Endfläche auf der d-Achsenseite in Umfangsrichtung des Magneten 1151 die erste Referenzfläche 1100. Die erste Referenzfläche 1100 ist eine ebene Fläche, die entlang der d-Achse verläuft.
Gleichzeitig ist eine ebene Fläche, die parallel zur d-Achse verläuft, in einem Eckabschnitt auf der q-Achse auf der Statorseite des Magneten 1151 bereitgestellt. Die ebene Fläche ist die zweite Referenzfläche 1200. Das heißt, die zweite Referenzfläche 1200 ist so bereitgestellt, dass der Eckabschnitt auf der q-Achse Seite auf der Statorseite des Magneten 1151 entfernt wird.
Die Offenbarung der vorliegenden Spezifikation ist nicht auf die als Beispiele angegebenen Ausführungsbeispielen beschränkt. Die Offenbarung umfasst sowohl die als Beispiele angegebenen Ausführungsbeispielen als auch Änderungen, die ein Fachmann auf der Grundlage der Ausführungsbeispiele vornehmen kann. Die Offenbarung ist beispielsweise nicht auf die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Kombinationen von Komponenten und/oder Elementen beschränkt. Die Offenbarung kann mit verschiedenen Kombinationen durchgeführt werden. Die Offenbarung kann zusätzliche Abschnitte aufweisen, die zu den Ausführungsbeispielen hinzugefügt werden können. Die Offenbarung umfasst auch solche, in denen ein Bestandteil und/oder Element gemäß einem Ausführungsbeispiel weggelassen wurde. Die Offenbarung umfasst Ersetzungen und Kombinationen von Komponenten und/oder Elementen zwischen einem Ausführungsbeispiel und einem anderen Ausführungsbeispiel. Der technische Umfang, der offenbart wird, ist nicht auf die Beschreibungen gemäß den Ausführungsbeispielen beschränkt. Mehrere technische Bereiche, die offenbart sind, werden im Umfang der Ansprüche genannt. Darüber hinaus sind die technischen Bereiche so zu verstehen, dass sie alle Modifikationen im Sinne und Umfang der Gleichwertigkeit des Anspruchsumfangs umfassen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf deren Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsbeispiele und Konstruktionen beschränkt. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifikationsbeispiele und Modifikationen im Bereich der Äquivalenz abdecken. Darüber hinaus liegen verschiedene Kombinationen und Konfigurationen sowie andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Element davon enthalten, ebenfalls im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019037010 [0001]
JP 2015228762 A [0004]

Claims

Rotierende elektrische Maschine (10), die ein Feldelement (40) umfasst, das einen Magnetabschnitt (42) mit einer Vielzahl von Magnetpolen, deren Polaritäten sich in einer Umfangsrichtung abwechseln, aufweist, und die rotierende elektrische Maschine ebenfalls einen Anker (50), der eine Ankerwicklung (51) mit mehreren Phasen enthält, umfasst, wobei entweder das Feldelement oder die Ankerwicklung ein Rotor ist, wobei: der Magnetabschnitt eine Vielzahl von Magneten (1001, 1011, 1021, 1031, 1041, 1051, 1101, 1111, 1121, 1131, 1141, 1151) umfasst, die in einer Anordnung in der Umfangsrichtung angeordnet sind; in dem Magneten eine leichte Achse der Magnetisierung kreisbogenförmig so orientiert ist, dass an einer d-Achsen-Seite, die sich näher an einer d-Achse befindet, die ein Magnetpolzentrum ist, die Orientierung der leichten Achse der Magnetisierung im Vergleich zu einer q-Achsen-Seite, die sich näher an einer q-Achse befindet, die eine Magnetpolgrenze ist, paralleler zur d-Achse verläuft, und ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad entlang der leichten Achse der Magnetisierung ausgebildet ist; und der Magnet, von einer axialen Richtung des Rotors betrachtet, kreisbogenförmig ausgebildet ist und mit einer ersten Referenzfläche (1100), die eine ebene Fläche ist, und einer zweiten Referenzfläche (1200), die parallel zur ersten Referenzfläche verläuft, versehen ist.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei: die erste Referenzfläche und die zweite Referenzfläche auf beiden Seiten in einer radialen Richtung des Magneten bereitgestellt sind; und die erste Referenzfläche auf der d-Achsen-Seite auf einer gegenankerseitigen Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt ist, und die zweite Referenzfläche auf der q-Achsen-Seite auf einer ankerseitigen Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt ist.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 2, wobei: das Feldelement auf einer in der radialen Richtung des Ankers äußeren Seite angeordnet ist; der Magnet zwischen den in der Umfangsrichtung benachbarten q-Achsen mit der d-Achse als Mitte bereitgestellt ist; die erste Referenzfläche auf einer äußeren Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt ist, die die gegen-ankerseitige Umfangsfläche ist, so dass ein Kreisbogen in einem Mittelabschnitt in der Umfangsrichtung, der auf der d-Achsen-Seite liegt, abgeschnitten ist; und die zweite Referenzfläche auf einer inneren Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt ist, die die ankerseitige Umfangsfläche ist, so dass Kreisbögen in beiden Endabschnitten in der Umfangsrichtung, die auf den Seiten der q-Achsen liegen, abgeschnitten sind.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 2, wobei: das Feldelement auf einer Innenseite in der radialen Richtung des Ankers angeordnet ist; der Magnet zwischen den in der Umfangsrichtung benachbarten d-Achsen mit der q-Achse als Mitte bereitgestellt ist; die erste Referenzfläche auf einer inneren Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt ist, die die gegen-ankerseitige Umfangsfläche ist, so dass Kreisbögen in beiden Endabschnitten in Umfangsrichtung, die auf den Seiten der d-Achsen liegen, abgeschnitten sind; und die zweite Referenzfläche auf einer äußeren Umfangsfläche des Magneten bereitgestellt ist, die die ankerseitige Umfangsfläche ist, so dass ein Kreisbogen in einem Mittelabschnitt in Umfangsrichtung, der auf der d-Achsen-Seite liegt, abgeschnitten ist.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, wobei: die erste Referenzfläche und die zweite Referenzfläche auf beiden Seiten in der Umfangsrichtung des Magneten bereitgestellt sind; das Feldelement einen Magnethalteabschnitt umfasst, an dem der Magnetabschnitt fixiert ist; und der Magnethalteabschnitt mit einem Eingriffsabschnitt versehen ist, der mit der ersten Referenzfläche oder der zweiten Referenzfläche in der Umfangsrichtung in Eingriff steht.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 oder 5, wobei: der Magnet zwischen den in der Umfangsrichtung benachbarten d-Achsen mit der q-Achse als Mitte bereitgestellt ist; gekerbte Abschnitte (1043, 1044, 1134, 1135), die so bereitgestellt sind, dass Eckabschnitte, die in beiden Endabschnitten in der Umfangsrichtung des Magneten gekerbt sind, auf einer Gegenankerseite des Magneten bereitgestellt sind; und Wandflächen auf einer Mittelseite in der Umfangsrichtung der gekerbten Abschnitte die erste Referenzfläche beziehungsweise die zweite Referenzfläche sind.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 oder 5, wobei: der Magnet zwischen den in der Umfangsrichtung benachbarten q-Achsen mit der d-Achse als Mitte bereitgestellt ist; gekerbte Abschnitte (1033, 1034, 1144, 1145), die so bereitgestellt sind, dass Eckabschnitte, die in beiden Endabschnitten in der Umfangsrichtung des Magneten gekerbt sind, auf einer Ankerseite des Magneten bereitgestellt sind; und Wandflächen auf einer Mittelseite in der Umfangsrichtung der gekerbten Abschnitte die erste Referenzfläche beziehungsweise die zweite Referenzfläche sind.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 oder 5, wobei: das Feldelement an einer Außenseite in radialer Richtung des Ankers angeordnet ist; der Magnet zwischen der d-Achse und der q-Achse, die in Umfangsrichtung an die d-Achse angrenzt, bereitgestellt ist; eine Endfläche auf der q-Achsenseite in der Umfangsrichtung des Magneten eine ebene Fläche ist, die entlang der q-Achse verläuft, und die Endfläche auf der q-Achsenseite die zweite Referenzfläche ist; und auf einer Gegenankerseite des Magneten eine ebene Fläche, die parallel zur q-Achse verläuft, in einem Eckabschnitt auf der d-Achsenseite bereitgestellt ist, und die ebene Fläche die erste Referenzfläche ist.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 oder 5, wobei: das Feldelement auf einer Innenseite in radialer Richtung des Ankers angeordnet ist; der Magnet zwischen der d-Achse und der q-Achse, die in Umfangsrichtung an die d-Achse angrenzt, bereitgestellt ist; eine Endfläche auf der d-Achsen-Seite in der Umfangsrichtung des Magneten eine ebene Fläche ist, die entlang der d-Achse verläuft, und die Endfläche auf der d-Achsen-Seite die erste Referenzfläche ist; und auf einer Ankerseite des Magneten eine ebene Fläche, die parallel zur d-Achse verläuft, in einem Eckabschnitt auf der q-Achse-Seite bereitgestellt ist, und die ebene Fläche die zweite Referenzfläche ist.
Rotierende elektrische Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: der Magnet eine intrinsische Koerzitivkraft von mindestens 400 [kA/m] und eine Restflussdichte Br von mindestens 1,0 [T] hat.