DE112020004304T5

DE112020004304T5 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112020004304T5
Application number: DE112020004304.5T
Authority: DE
Inventors: Yuki Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2022-06-09
Also published as: CN114365386A; WO2021049500A1; JP2021044948A; JP7268551B2; US20220200408A1; CN114365386B; US12021416B2

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine (500), die eine nutenlose beziehungsweise schlitzlose Struktur aufweist, umfasst einen zylindrischen Abschnitt (WA1), der auf einer inneren Seite in einer radialen Richtung eines Statorkerns (522) bereitgestellt ist, und einen gegenüberliegenden Plattenabschnitt (550), der sich in Richtung einer äußeren Seite in der radialen Richtung von dem zylindrischen Abschnitt erstreckt. Ein Rotor (510) umfasst einen kreiszylindrischen Abschnitt (513), der auf der äußeren Seite in der radialen Richtung einer Statorwicklung (521) bereitgestellt ist und an dem ein Magnetabschnitt (512) auf einer inneren Umfangsfläche befestigt ist, und einen Verbindungsabschnitt (514), der sich in Richtung der inneren Seite in der radialen Richtung von einem Endabschnitt auf einer Seite entgegengesetzt zu der Seite des gegenüberliegenden Plattenabschnitts in der axialen Richtung des kreiszylindrischen Abschnitts in Richtung einer Rotationswelle (501) des Rotors erstreckt, und an der Rotationswelle befestigt ist. Zumindest entsprechende Abschnitte, die dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung des Statorkerns gegenüberliegen, der kreiszylindrische Abschnitt und der Verbindungsabschnitt sind konfiguriert, so dass diese ein magnetisches Material enthalten. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen Abschirmungsabschnitt (700 bis 703, 516), der an einem Abschnitt, der dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung gegenüberliegt, des gegenüberliegenden Plattenabschnitts, oder an einem Ende auf der Seite des gegenüberliegenden Plattenabschnitts in der axialen Richtung des Magnetabschnitts bereitgestellt ist, und konfiguriert ist, so dass dieser ein magnetisches Material umfasst.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht den Vorteil der Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-165688 , eingereicht am 11. September 2019, deren Beschreibung hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist.
Technisches Gebiet
Eine Offenbarung dieser Spezifikation betrifft eine rotierende elektrische Maschine.
Hintergrund
Wie zum Beispiel in PTL 1 beschrieben ist, ist eine rotierende elektrische Maschine bekannt, die einen Rotor, der einen Magnetabschnitt umfasst, der eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, deren Polaritäten sich in einer Umfangsrichtung abwechseln, und einen Stator, der eine Statorwicklung von mehreren Phasen umfasst, umfasst. Zusätzlich ist als die rotierende elektrische Maschine ein Außenrotortyp, bei dem der Rotor auf einer Außenseite in einer radialen Richtung des Stators bereitgestellt ist, ebenso bekannt. Die Statorwicklung, die den Stator konfiguriert, umfasst hier Leiterabschnitte, die in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung in einer Position, die dem Magnetabschnitt gegenüberliegt, angeordnet sind.
Liste des Standes der Technik
Patentliteratur
PTL 1: JP-A-2014-093859
Als die rotierende elektrische Maschine gibt es eine solche, die eine nutenlose Struktur aufweist. Die nutenlose Struktur betrifft eine Konfiguration, bei der ein Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt ist und ein magnetisches Material oder ein nichtmagnetisches Material als das Zwischenleiterelement verwendet wird. Das magnetische Material erfüllt eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br, wobei Wt eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen Magnetpol ist, Bs eine magnetische Sättigungsdichte des Zwischenleiterelements ist, Wm eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Magnetabschnitts in einem einzelnen Magnetpol ist, und Br eine Restmagnetflussdichte des Magnetabschnitts ist. Alternativ ist die nutenlose Struktur eine Struktur, in der kein Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt ist.
In der rotierenden elektrischen Maschine, die die nutenlose beziehungsweise schlitzlose Struktur aufweist, ist eine Luftlücke von einem Statorkern, der den Stator konfiguriert, zu dem Magnetabschnitt groß. Deshalb kann sich in der rotierenden elektrischen Maschine, die die nutenlose Struktur aufweist, ein Streufluss des Magnetabschnitts erhöhen. Wenn sich der Streufluss erhöht, können elektrische Komponenten, die die rotierende elektrische Maschine konfigurieren, und elektrische Komponenten außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine nachteilig beeinträchtigt werden.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts des vorstehend beschriebenen Problems verwirklicht. Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, die eine nutenlose Struktur aufweist, bei der die rotierende elektrische Maschine dazu in der Lage ist, Effekte des Streuflusses des Magnetabschnitts auf elektrische Komponenten zu unterdrücken.
Kurzfassung der Erfindung
Eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen, die in dieser Spezifikation offenbart sind, setzt technische Maßnahmen ein, die sich voneinander unterscheiden, um entsprechende Aufgaben zu verwirklichen. Aufgaben, Merkmale und Effekte, die in dieser Spezifikation offenbart sind, werden mit Bezug auf nachfolgende detaillierte Beschreibungen und anhängige Zeichnungen weiter klargestellt.
Ein erstes Mittel stellt eine rotierende elektrische Maschine bereit, die aufweist: einen Rotor, der einen Magnetabschnitt umfasst, der eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, deren Polaritäten sich in einer Umfangsrichtung abwechseln; und einen Stator, der eine Statorwicklung von mehreren Phasen und einen Statorkern aufweist, der auf einer Innenseite in einer radialen Richtung der Statorwicklung bereitgestellt ist. In der rotierenden elektrischen Maschine ist der Rotor auf einer Außenseite in der radialen Richtung des Stators bereitgestellt. Die Statorwicklung umfasst Leiterabschnitte, die in einer Anordnung bzw. in einem Array in der Umfangsrichtung in einer Position, die dem Magnetabschnitt gegenüberliegt, angeordnet sind.
In dem Stator ist ein Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt und ein magnetisches Material oder ein nichtmagnetisches Material wird als das Zwischenleiterelement verwendet, wobei das magnetische Material eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt, wobei Wt eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen Magnetpol ist, Bs eine magnetische Sättigungsdichte des Zwischenleiterelements ist, Wm eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Magnetabschnitts in einem einzelnen Magnetpol ist, und Br eine Restmagnetflussdichte des Magnetabschnitts ist. Alternativ ist in dem Stator kein Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt.
Die rotierende elektrische Maschine umfasst ein Gehäuseelement, das umfasst: einen zylindrischen Abschnitt, der auf der Innenseite in der radialen Richtung des Statorkerns bereitgestellt ist; und einen gegenüberliegenden Plattenabschnitt, der sich in Richtung der Außenseite in der radialen Richtung von dem zylindrischen Abschnitt zu zumindest einer Position, die dem Magnetabschnitt in einer axialen Richtung gegenüberliegt, erstreckt. Der Rotor umfasst: einen kreiszylindrischen Abschnitt, der auf der Außenseite in der radialen Richtung der Statorwicklung bereitgestellt ist, und an dem der Magnetabschnitt auf der Innenumfangsfläche fixiert ist; und einen Verbindungsabschnitt, der sich in Richtung der Innenseite in der radialen Richtung von einem Endabschnitt auf einer Seite entgegengesetzt zu der gegenüberliegenden Plattenabschnittsseite in der axialen Richtung des kreiszylindrischen Abschnitts in Richtung einer Rotationswelle des Rotors erstreckt, und an der Rotationswelle fixiert ist. Zumindest entsprechende Abschnitte, die dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung des Statorkerns gegenüberliegen, der kreiszylindrische Abschnitt und der Verbindungsabschnitt sind derart konfiguriert, dass sie ein magnetisches Material enthalten. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen Abschirmungsabschnitt, der in einem Abschnitt bereitgestellt ist, der dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung des gegenüberliegenden Plattenabschnitts oder an einem Ende auf der gegenüberliegenden Plattenabschnittsseite in der axialen Richtung des Magnetabschnitts gegenüberliegt, und derart konfiguriert ist, dass er ein magnetisches Material enthält.
In dem ersten Mittel ist der Statorkern derart konfiguriert, dass er ein magnetisches Material enthält und als eine magnetische Abschirmung dient. Deshalb kann der Streufluss des Magnetabschnitts, der sich zu einem Bereich auf der Innenseite in der radialen Richtung des zylindrischen Abschnitts ausbreitet, reduziert werden. Zusätzlich sind zumindest entsprechende Abschnitte, die dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung des kreiszylindrischen Abschnitts gegenüberliegen, und der Verbindungsabschnitt derart konfiguriert, dass sie ein magnetisches Material enthalten und als magnetische Abschirmungen dienen. Deshalb können ein Streufluss des Magnetabschnitts, der sich zu einem Bereich auf der Außenseite in der radialen Richtung des kreiszylindrischen Abschnitts ausbreitet, und ein Streufluss des Magnetabschnitts, der sich zu einem Bereich auf der Außenseite in der axialen Richtung des Verbindungsabschnitts ausbreitet, reduziert werden.
Des Weiteren ist in dem ersten Mittel der Abschirmungsabschnitt, der derart konfiguriert ist, dass er ein magnetisches Material enthält, in einem Abschnitt bereitgestellt, der dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung des gegenüberliegenden Plattenabschnitts oder an einem Ende auf der gegenüberliegenden Plattenabschnittsseite in der axialen Richtung des Magnetabschnitts gegenüberliegt, bereitgestellt. Deshalb kann der Streufluss des Magnetabschnitts, der sich zu einem Bereich auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Magnetabschnitt mit dem dazwischenliegenden gegenüberliegenden Plattenabschnitt ausbreitet, reduziert werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Mittel können Effekte des Streuflusses des Magnetabschnitts auf elektrische Komponenten unterdrückt werden.
Gemäß einem zweiten Mittel ist in dem ersten Mittel eine elektrische Komponente auf einer Seite entgegengesetzt der Magnetabschnittsseite mit dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt und dem Abschirmungsabschnitt dazwischen in der axialen Richtung bereitgestellt.
In dem zweiten Mittel können Effekte des Streuflusses des Magnetabschnitts auf eine elektrische Komponente, die auf einer Seite entgegengesetzt zu der Magnetabschnittsseite mit dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt dazwischen in der axialen Richtung bereitgestellt ist, durch den Abschirmungsabschnitt unterdrückt werden.
Gemäß einem dritten Mittel ist in dem zweiten Mittel die elektrische Komponente ein Rotationswinkelsensor, der einen Rotationswinkel des Rotors erfasst.
In dem dritten Mittel kann eine Fehlfunktion des Rotationswinkelsensors und eine Verringerung in einer Erfassungsgenauigkeit des Rotationswinkelsensors bezüglich des Rotationswinkels durch den Abschirmungsabschnitt unterdrückt werden.
Gemäß einem vierten Mittel ist in dem zweiten Mittel eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitgestellt, so dass diese mit der Statorwicklung elektrisch verbunden ist. Die elektrische Komponente ist eine Stromschiene, die mit der Statorwicklung elektrisch verbunden ist.
In dem vierten Mittel kann ein Streufluss des Magnetabschnitts, der sich mit der Stromschiene verbindet bzw. verkettet, durch den Abschirmungsabschnitt reduziert werden. Folglich kann eine gegenseitige Induktivität der Stromschiene reduziert werden. Eine Überspannung, die im Zusammenhang mit einer Umschaltsteuerung der Leistungsumwandlungsvorrichtung erzeugt wird, kann reduziert werden.
Gemäß einem fünften Mittel, in irgendeinem des ersten bis vierten Mittels, umfasst der Abschirmungsabschnitt: einen ersten festen Abschnitt, der an einem Abschnitt fixiert ist, der dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung des gegenüberliegenden Plattenabschnitts gegenüberliegt: und einen zweiten festen Abschnitt, der ein Abschnitt ist, der sich in der axialen Richtung von einem Ende auf der Innenseite in der radialen Richtung des ersten festen Abschnitts erstreckt und an einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts befestigt ist.
Gemäß dem fünften Mittel kann der zylindrische Abschnitt durch den Abschirmungsabschnitt verstärkt werden.
Gemäß einem sechsten Mittel, in dem fünften Mittel, ist eine innere elektrische Komponente in einer Position bereitgestellt, die den zweiten festen Abschnitt in der radialen Richtung in einem Bereich auf der Innenseite in der radialen Richtung des zylindrischen Abschnitts überlappt.
Gemäß dem sechsten Mittel können Effekte des Streuflusses des Magnetabschnitts auf die innere elektrische Komponente durch den zweiten festen Abschnitt, der den Abschirmungsabschnitt konfiguriert, unterdrückt werden.
Gemäß einem siebten Mittel, in irgendeinem des ersten bis sechsten Mittels, ist der Abschirmungsabschnitt in einem Abschnitt bereitgestellt, der dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung des gegenüberliegenden Plattenabschnitts gegenüberliegt. Das Gehäuseelement umfasst eine innere periphere Wand, die auf der Innenseite in der radialen Richtung des zylindrischen Abschnitts bereitgestellt ist. Ein Lager ist umfasst, wobei das Lager aufweist: einen äußeren Ring, der auf einer Innenumfangsfläche der inneren periphere Wand bereitgestellt ist; einen inneren Ring, der auf der Innenseite in der radialen Richtung des äußeren Rings angeordnet ist und durch den die Rotationswelle eingeführt ist; und eine Vielzahl von Kugeln, die zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring angeordnet sind. Die Verbindungsabschnittsseite in der axialen Richtung des Lagers ist mit dem Verbindungsabschnitt in Kontakt.
In dem siebten Mittel wird eine Anziehungskraft zwischen dem Magnetabschnitt und dem Abschirmungsabschnitt erzeugt. Die Anziehungskraft dient als eine Kraft, die auf die Rotationswelle in einer Richtung wirkt, in der sich der Verbindungsabschnitt der Verbindungsabschnittsseite in der axialen Richtung des Lagers nähert. Folglich kann gemäß dem siebten Mittel verhindert werden, dass die Rotationswelle in eine Richtung versetzt wird, in der sich der Verbindungsabschnitt von der Verbindungsabschnittsseite in der axialen Richtung des Lagers wegbewegt. Des Weiteren kann verhindert werden, dass sich die Rotationswelle von dem Lager löst.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebene Aufgabe, weitere Aufgaben, Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachstehende detaillierte Beschreibung, mit Bezug auf die anhängigen Zeichnungen, weiter klargestellt. Die Zeichnungen sind wie folgt:

1 ist eine perspektivische Längsquerschnittsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine;
2 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine;
3 ist ein Querschnitt entlang der Linie III-III in 2;
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt von 3 auf eine vergrößerte Weise zeigt;
5 ist eine Explosionsansicht der rotierenden elektrischen Maschine;
6 ist eine Explosionsansicht einer Wechselrichtereinheit;
7 ist ein Drehmomentdiagramm einer Beziehung zwischen Amperewindungen einer Statorspule und einer Drehmomentdichte;
8 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors und eines Stators;
9 ist ein Diagramm, das einen Abschnitt von 8 auf eine vergrößerte Weise zeigt;
10 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Stators;
11 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung des Stators;
12 ist eine perspektivische Ansicht der Statorwicklung;
13 ist eine perspektivische Ansicht der Konfiguration eines Leiters;
14 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Drahtes;
15 stellt durch (a) und (b) Diagramme eines Aspekts der Leiter in einer n-ten Schicht dar;
16 ist eine Seitenansicht der Leiter in der n-ten Schicht und einer n+1-ten Schicht;
17 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und einer Magnetflussdichte in einem Magneten gemäß einem Ausführungsbeispiel;
18 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und einer Magnetflussdichte in einem Magneten eines Vergleichsbeispiels;
19 ist ein elektrisches Schaltdiagramm eines Steuerungssystems der rotierenden elektrischen Maschine;
20 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Stromregelprozesses, der durch eine Steuerungsvorrichtung durchgeführt wird;
21 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Drehmomentregelprozesses, der durch die Steuerungsvorrichtung durchgeführt wird;
22 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors und eines Stators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
23 ist ein Diagramm, das einen Abschnitt von 22 auf eine vergrößerte Weise zeigt;
24 stellt durch (a) und (b) detaillierte Diagramme eines Verlaufs eines Magnetflusses in einer Magneteinheit dar;
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 ein funktionales Blockdiagramm eines Teils eines Prozesses, der durch eine Operationssignalerzeugungseinheit in einer achten Modifikation durchgeführt wird;
32 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte in einem Trägerfrequenzänderungsprozess;
33 stellt durch (a) bis (c) Diagramme von Aspekten einer Verbindung von Leitern, die eine Leitergruppe konfigurieren, in einer neunten Modifikation dar;
34 ist ein Diagramm einer Konfiguration, in der vier Paare von Leitern auf eine laminierte Weise in der neunten Modifikation angeordnet sind;
35 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Rotors und eines Stators des Innenrotortyps in einer zehnten Modifikation;
36 ist ein Diagramm, das einen Abschnitt von 35 auf eine vergrößerte Weise zeigt;
37 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine des Innenrotortyps;
38 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung einer schematischen Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine des Innenrotortyps;
39 ist ein Diagramm einer Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine mit einer Innenrotorstruktur in einer elften Modifikation;
40 ist ein Diagramm der Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine mit einer Innenrotorstruktur in der elften Modifikation;
41 ist ein Diagramm einer Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine des Typs eines drehenden Ankers in einer zwölften Modifikation;
42 ist eine Querschnittsansicht einer Konfiguration eines Leiters in einer vierzehnten Modifikation;
43 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Reluktanzdrehmoment, einem Magnetdrehmoment und DM;
44 ist ein Diagramm eines Zahns;
45 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugrads mit einer Innenradmotorstruktur und einer Umgebungsstruktur von diesem;
46 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung des Fahrzeugrads und der Umgebungsstruktur von diesem;
47 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Fahrzeugrads;
48 ist eine Seitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine, gesehen von einer vorstehenden Seite einer Rotationswelle;
49 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 49-49 in 48;
50 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 50-50 in 49;
51 ist eine Explosionsquerschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine;
52 ist eine Querschnittsansicht eines Teils eines Rotors;
53 ist eine perspektivische Ansicht einer Statorwicklung und eines Statorkerns;
54 stellt durch (a) und (b) Frontansichten der Statorwicklung in einem eben ausgebreiteten Zustand dar;
55 ist ein Diagramm einer Schräglage eines Leiters;
56 ist eine Explosionsquerschnittsansicht einer Wechselrichtereinheit;
57 ist eine Explosionsquerschnittsansicht der Wechselrichtereinheit;
58 ist ein Diagramm eines Zustands einer Anordnung von elektrischen Modulen in einem Wechselrichtergehäuse;
59 ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Konfiguration eines Leistungswandlers;
60 ist ein Diagramm eines Beispiels einer Kühlstruktur eines Schaltmoduls;
61 stellt durch (a) und (b) Diagramme eines Beispiels der Kühlstruktur des Schaltmoduls dar;
62 stellt durch (a) bis (c) Diagramme eines Beispiels der Kühlstruktur des Schaltmoduls dar;
63 stellt durch (a) und (b) Diagramme eines Beispiels der Kühlstruktur des Schaltmoduls dar;
64 ist ein Diagramm eines Beispiels der Kühlstruktur des Schaltmoduls;
65 ist ein Diagramm einer Reihenfolge, in der elektrische Module relativ zu einem Kühlwasserdurchlass angeordnet sind;
66 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 66-66 in 49;
67 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 67-67 in 49;
68 ist eine perspektivische Ansicht von nur dem Stromschienenmodul;
69 ist ein Diagramm eines Zustands einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen und dem Stromschienenmodul;
70 ist ein Diagramm eines Zustands einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen und dem Stromschienenmodul;
71 ist ein Diagramm eines Zustands einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen und dem Stromschienenmodul;
72 stellt durch (a) bis (d) Konfigurationsdiagramme zum Erklären einer ersten Modifikation eines Innenradmotors dar;
73 stellt durch (a) bis (c) Konfigurationsdiagramme zum Erklären einer zweiten Modifikation des Innenradmotors dar;
74 stellt durch (a) und (b) Konfigurationsdiagramme zum Erklären einer dritten Modifikation des Innenradmotors dar;
75 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Erklären einer vierten Modifikation des Innenradmotors;
76 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in einer fünfzehnten Modifikation;
77 ist eine Draufsicht einer Abschirmungsplatte;
78 ist ein Diagramm eines Abschirmungsabschnitts in einer sechzehnten Modifikation;
79 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in einer siebzehnten Modifikation;
80 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in einer achtzehnten Modifikation;
81 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in einer neunzehnten Modifikation;
82 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in einer zwanzigsten Modifikation; und
83 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine in einer einundzwanzigsten Modifikation.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Gemäß der Vielzahl von Ausführungsbeispielen können Abschnitten, die funktional und/oder strukturell einander entsprechen und/oder miteinander in Bezug stehen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein oder mit Bezugszeichen, die sich in der Hunderterstelle und höher voneinander unterscheiden. Bezüglich der entsprechenden Abschnitte und/oder in Beziehung stehenden Abschnitte kann auf Beschreibungen gemäß den anderen Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden.
Zum Beispiel wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß einem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Fahrzeugleistungsquelle verwendet. Jedoch kann die rotierende elektrische Maschine breit für eine industrielle Anwendung, in Fahrzeugen, in Haushaltsgeräten, in Büroautomatisierungsgeräten (OA-Geräten, „office automation“), Spielemaschinen, und so weiter, verwendet werden. Abschnitte gemäß den nachstehenden Ausführungsbeispielen, die identisch oder äquivalent zueinander sind, sind hier in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Beschreibungen von Abschnitten, die die gleichen Bezugszeichen aufweisen, sind untereinander anwendbar.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine rotierende elektrische Maschine 10 gemäß einem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Mehrphasen-Wechselstrommotor des Synchrontyps und weist eine Außenrotorstruktur (eine außen drehende Struktur) auf. Eine Übersicht der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist in 1 bis 5 gezeigt.
1 ist eine perspektivische Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 10. 2 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 10 in eine Richtung entlang einer Rotationswelle 11. 3 ist eine seitliche Querschnittsansicht (Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 2) der rotierenden elektrischen Maschine 10 in eine Richtung senkrecht zu der Rotationswelle 11. 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt von 3 auf eine vergrößerte Weise zeigt. 5 ist eine Explosionsansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10.
In 3 ist hier zum Zweck der Darstellung die Rotationswelle 11 weggelassen und eine Schraffierung, die eine Querschnittsebene angibt, ist weggelassen. In der nachstehenden Beschreibung ist eine Richtung, in die sich die Rotationswelle 11 erstreckt, eine axiale Richtung. Eine Richtung, die sich von einer Mitte der Rotationswelle 11 radial erstreckt, ist eine radiale Richtung. Eine Richtung, die sich in Umfangsrichtung mit der Rotationswelle 11 als eine Mitte erstreckt, ist eine Umfangsrichtung.
Die rotierende elektrische Maschine 10 umfasst allgemein eine Lagereinheit 20, ein Gehäuse 30, einen Rotor 40, einen Stator 50 und eine Wechselrichtereinheit beziehungsweise Invertereinheit 60. Die rotierende elektrische Maschine 10 ist derart konfiguriert, dass alle diese Elemente koaxial mit der Rotationswelle 11 angeordnet sind und in einer axialen Richtung in einer vorbestimmten Reihenfolge zusammengebaut sind. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dazu konfiguriert, den Rotor 40, der als ein „Feldelement“ dient, und den Stator 50, der als ein „Anker“ dient, zu umfassen. Die rotierende elektrische Maschine 10 ist als eine rotierende elektrische Maschine der Drehfeldbauart implementiert.
Die Lagereinheit 20 umfasst zwei Lager 21 und 22 und ein Halteelement 23. Die zwei Lager 21 und 22 sind derart angeordnet, dass sie in der axialen Richtung voneinander getrennt sind. Das Halteelement 23 hält die Lager 21 und 22. Zum Beispiel können die Lager 21 und 22 Radialkugellager sein. 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 weist eine kreiszylindrische Form auf. Die Lager 21 und 22 werden auf der radial inneren Seite des Halteelements 23 zusammengebaut. Zusätzlich sind die Rotationswelle 11 und der Rotor 40 gestützt, so dass diese sich auf einer radial inneren Seite der Lager 21 und 22 frei drehen können. Die Lager 21 und 22 konfigurieren einen Satz von Lagern, die die Rotationswelle 11 drehbar stützen.
In jedem der Lager 21 und 22 werden die Kugeln 27 durch eine (nicht gezeigte) Halterung gehalten. In diesem Zustand wird ein Abstand zwischen den Kugeln beibehalten. Die Lager 21 und 22 weisen ein Abdichtungselement beziehungsweise Versiegelungselement in oberen und unteren Abschnitten in der axialen Richtung der Halterung auf und ein inneres von diesen ist mit einer nicht elektrisch leitenden Schmierung (wie etwa einer nicht elektrisch leitenden Schmierung auf Basis von Urea) gefüllt. Zusätzlich wird eine Position des Innenrings 26 mechanisch durch einen Abstandshalter gehalten. Eine Vorspannung beziehungsweise Vorlast mit konstantem Druck, die von einer Innenseite nach oben/unten gerichtet ist, wird aufgebracht.
Das Gehäuse 30 umfasst eine periphere Wand beziehungsweise Umfangswand 31, die eine kreiszylindrische Form bildet. Die periphere Wand 31 weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, die sich in der axialen Richtung gegenüberliegen. Die periphere Wand 31 weist eine Endfläche 32 in dem ersten Ende und eine Öffnung 33 in dem zweiten Ende auf. Die Öffnung 33 ist über das gesamte zweite Ende offen. Ein kreisförmiges Loch 34 ist in einer Mitte der zweiten Endfläche 32 gebildet. Die Lagereinheit 20 ist durch eine Fixiereinrichtung, wie etwa eine Schraube oder eine Niete, in einem Zustand, in dem die Lagereinheit 20 in das Loch 34 eingesetzt ist, fixiert. Zusätzlich weist der Rotor 40 eine hohle kreiszylindrische Form auf und ist der Stator 50, der eine hohle kreiszylindrische Form aufweist, innerhalb des Gehäuses 30 untergebracht, das heißt, in einem Innenraum, der durch die periphere Wand 31 und die Endfläche 32 gebildet wird.
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, der die zylindrische Form aufweist, angeordnet. Der Rotor 40 wird durch die Rotationswelle 11 auf der Seite der Endfläche 32 in der axialen Richtung freitragend gestützt.
Der Rotor 40 umfasst einen Magnethalter 41, der in eine hohle zylindrische Form gebildet ist, und eine ringförmige Magneteinheit 42, die auf einer radial inneren Seite des Magnethalters 41 bereitgestellt ist. Der Magnethalter 41 hat ungefähr eine tassenartige Form und funktioniert als ein Magnethalteelement. Der Magnethalter 41 umfasst einen kreiszylindrischen Abschnitt 43, einen Fixierungsabschnitt (eine Befestigung) 44 und einen Zwischenabschnitt 45. Der kreiszylindrische Abschnitt 43 weist eine kreiszylindrische Form auf.
Der Fixierungsabschnitt 14 weist ebenso eine kreiszylindrische Form auf und weist einen kleineren Durchmesser als der kreiszylindrische Abschnitt 43 auf. Der Zwischenabschnitt 45 ist ein Abschnitt, der den kreiszylindrischen Abschnitt 43 und den Fixierungsabschnitt 44 verbindet. Die Magneteinheit 42 ist an einer Innenumfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 angebracht.
Der Magnethalter 41 ist hier ein kaltgewalztes Stahlblech (kommerzielles Kaltstahlblech [SPCC, „Steel Plate Cold Commercial“], ein Schmiedestahl, ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFRP, „Carbon Fiber-reinforced Plastic“) oder Ähnliches, das eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist.
Die Rotationswelle 11 ist in ein Durchgangsloch 44a in dem Fixierungsabschnitt 44 eingesetzt. Der Fixierungsabschnitt 44 ist an der Rotationswelle 11, die innerhalb des Durchgangslochs 44a angeordnet ist, fixiert. Das heißt, der Magnethalter 41 ist an der Rotationswelle 11 durch den Fixierungsabschnitt 44 befestigt. Der Fixierungsabschnitt 44 kann hier an der Rotationswelle 11 durch eine Splintkopplung oder eine Schlüsselkopplung, die Vertiefungen und Überstände verwendet, Schweißen, Crimpen oder Ähnliches befestigt sein. Als ein Ergebnis dreht sich der Rotor 40 zusammen mit der Rotationswelle 11.
Zusätzlich sind die Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20 auf einer radial äußeren Seite des Fixierungsabschnitts 44 zusammengebaut. Wie vorstehend beschrieben ist die Lagereinheit 20 an der Endfläche 32 des Gehäuses 30 befestigt. Deshalb sind die Rotationswelle 11 und der Rotor 40 durch das Gehäuse 30 drehbar gestützt. Als ein Ergebnis kann sich der Rotor 40 innerhalb des Gehäuses 30 frei drehen.
Der Fixierungsabschnitt 44 ist in dem Rotor 40 in nur einem von zwei Endabschnitten, die in der axialen Richtung des Rotors 40 einander gegenüberliegen, bereitgestellt. Als ein Ergebnis wird der Rotor 40 durch die Rotationswelle 11 auf eine freitragende Weise gestützt. Der Fixierungsabschnitt 44 des Rotors 40 ist hier an zwei Positionen, die in der axialen Richtung verschieden sind, drehbar gestützt, durch die Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20.
Das heißt, der Rotor 40 ist durch die zwei Lager 21 und 22, die in der axialen Richtung des Rotors 40 voneinander getrennt sind, in einem von zwei Endabschnitten des Magnethalters 41, die sich in der axialen Richtung des Magnethalters 41 gegenüberliegen, drehbar gestützt. Deshalb, auch in einer Struktur, bei der der Rotor 40 durch die Rotationswelle 11 auf eine freitragende Weise gestützt wird, kann eine stabile Drehung des Rotors 40 implementiert werden. In diesem Fall wird der Rotor 40 durch die Lager 21 und 22 an Positionen, die auf eine Seite relativ zu einer Mittelposition in der axialen Richtung des Rotors 40 verschoben sind, gestützt.
Zusätzlich unterscheidet sich eine Dimension einer Lücke zwischen dem Außenring 25 und dem Innenring 26 und der Kugeln 27 zwischen dem Lager 22 der Lagereinheit 20, die näher an der Mitte des Rotors 40 ist (untere Seite in der Zeichnung) und dem Lager 21 auf einer gegenüberliegenden Seite davon (obere Seite in der Zeichnung). Zum Beispiel kann die Lückendimension in dem Lager 22, das näher zu der Mitte des Rotors 40 ist, größer sein als in dem Lager 21 auf der gegenüberliegenden Seite davon. In diesem Fall, auch wenn eine Erschütterung des Rotors 40 oder eine Vibration, die durch ein Ungleichgewicht aufgrund von Komponententoleranzen auf die Lagereinheit 20 auf der Seite, die näher zu der Mitte des Rotors 40 liegt, wirkt, können Effekte der Erschütterung und der Vibration gut absorbiert werden. Speziell wird eine Spielabmessung (Spaltabmessung) durch eine Vorspannung beziehungsweise Vorlast in dem Lager 22, das sich näher zu der Mitte des Rotors 40 befindet (untere Seite in der Zeichnung) erhöht.
Als ein Ergebnis wird die Vibration, die in der freitragend gestützten Struktur auftritt, durch den Spielraumabschnitt absorbiert. Die Vorspannung kann entweder eine Vorspannung mit fester Position oder eine Vorspannung mit konstantem Druck sein. In dem Fall der Vorspannung mit fester Position sind die Außenringe 25 des Lagers 21 und des Lagers 22 beide an dem Halteelement 23 unter Verwendung eines Verfahrens, wie etwa Presspassen oder Bonden bzw. Kleben, verbunden.
Zusätzlich sind die Innenringe 26 des Lagers 21 und des Lagers 22 beide mit der Rotationswelle 11 unter Verwendung eines Verfahrens, wie etwa Presspassen oder Bonden bzw. Kleben, verbunden. Die Vorspannung kann hier dadurch erzeugt werden, dass der Außenring 25 des Lagers 21 an einer Position angeordnet ist, die sich in der axialen Richtung von der des Innenrings 26 des Lagers 21 unterscheidet. Die Vorspannung kann ebenso dadurch erzeugt werden, dass der Außenring 25 des Lagers 22 an einer Position angeordnet ist, die sich in der axialen Richtung von der des Innenrings 26 des Lagers 22 unterscheidet.
Des Weiteren, in einem Fall, in dem die Vorspannung mit konstantem Druck verwendet wird, ist eine Vorspannungsfeder, wie etwa eine Wellenscheibe 24, in einem Bereich, der zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 liegt, angeordnet, so dass die Vorspannung in der axialen Richtung von dem gleichen Bereich, der zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 liegt, 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 beide an der Rotationswelle 11 unter Verwendung eines Verfahrens, wie etwa Presspassen oder Bonden bzw. Kleben, verbunden. Der Außenring 25 des Lagers 21 und des Lagers 22 ist mit einem vorbestimmten Freiraum zwischen dem Außenring 25 und dem Halteelement 23 angeordnet.
Als ein Ergebnis einer derartigen Konfiguration wirkt eine Federkraft der Vorspannungsfeder auf den Außenring 25 des Lagers 22 in eine Richtung weg von dem Lager 21. Zusätzlich, als ein Ergebnis davon, dass diese Kraft auf die Rotationswelle 11 übertragen wird, wird eine Kraft, die den Innenring 26 des Lagers 21 in die Richtung des Lagers 22 drückt, aufgebracht. Als ein Ergebnis werden in beiden Lagern 21 und 22 die Positionen des Außenrings 25 und des Innenrings 26 in die axiale Richtung verschoben. Die Vorspannung kann auf die zwei Lager auf eine Weise aufgebracht werden, die ähnlich zu der vorstehend beschriebenen Vorspannung mit fester Position ist.
Wenn hier die Vorspannung mit konstantem Druck erzeugt wird, ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass die Federkraft auf den Außenring 25 des Lagers 22 aufgebracht wird, wie in 2 gezeigt ist. Zum Beispiel könnte die Federkraft auf den Außenring 25 des Lagers 21 aufgebracht werden. Zusätzlich könnte der Innenring 26 von einem der Lager 21 und 22 mit einem vorbestimmten Freiraum zwischen dem Innenring 26 und der Rotationswelle 11 angeordnet sein. Die Außenringe 25 der Lager 21 und 22 könnten mit dem Halteelement 23 unter Verwendung eines Verfahrens, wie etwa Presspassen oder Bonden bzw. Kleben, verbunden sein und die Vorspannung könnte dadurch auf die zwei Lager aufgebracht werden.
Des Weiteren, wenn eine Kraft aufgebracht wird, um den Innenring 26 des Lagers 21 von dem Lager 22 wegzudrängen, wird die Kraft vorzugsweise derart aufgebracht, dass sich der Innenring 26 des Lagers 22 ebenso von dem Lager 21 entfernt. Umgekehrt, wenn die Kraft aufgebracht wird, um den Innenring 26 des Lagers 21 in Richtung des Lagers 22 zu drängen, wird die Kraft vorzugsweise derart aufgebracht, dass sich der Innenring 26 des Lagers 22 ebenso dem Lager 21 nähert.
Hier, wenn die vorliegende rotierende elektrische Maschine 10 auf ein Fahrzeug zum Zweck der Fahrzeugleistungsquelle oder Ähnlichem angewendet wird, könnten Vibrationen, die Komponenten in eine Richtung aufweisen, in die die Vorspannung erzeugt wird, auf einen Mechanismus, der die Vorspannung erzeugt, aufgebracht werden, oder könnte sich eine Richtung einer Schwerkraft, die auf ein Ziel aufgebracht wird, auf das die Vorspannung aufgebracht wird, ändern. Deshalb, wenn die vorliegende rotierende elektrische Maschine 10 auf ein Fahrzeug angewendet wird, wird vorzugsweise eine Vorspannung mit fester Position verwendet.
Zusätzlich umfasst der Zwischenabschnitt 45 einen ringförmigen inneren Schulterabschnitt 49a und einen ringförmigen äußeren Schulterabschnitt 49b. Der äußere Schulterabschnitt 49b befindet sich an einer Außenseite des inneren Schulterabschnitts 49a in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45. Der innere Schulterabschnitt 49a und der äußere Schulterabschnitt 49b sind voneinander in der axialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 getrennt.
Als ein Ergebnis überlappen sich der kreiszylindrische Abschnitt 43 und der Fixierungsabschnitt 44 teilweise in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45. Das heißt, der kreiszylindrische Abschnitt 43 steht in die Richtung der Außenseite in die axiale Richtung weiter hervor als ein Basisendabschnitt (ein rückseitiger Endabschnitt auf der unteren Seite der Zeichnung) des Fixierungsabschnitts 44. In der vorliegenden Konfiguration kann der Rotor 40 durch die Rotationswelle 11 in einer Position gestützt werden, die näher zu dem Schwerpunkt des Rotors 40 liegt, im Vergleich mit einem Fall, in dem der Zwischenabschnitt 45 in einer ebenen Form ohne Stufe bereitgestellt ist. Ein stabiler Betrieb des Rotors 40 kann implementiert werden.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration des Zwischenabschnitts 45 ist ein Lageraufnahmeaussparungsabschnitt 46, der einen Abschnitt der Lagereinheit 20 aufnimmt, in dem Rotor 40 in einer ringförmigen Form gebildet, an einer Position, die den Fixierungsabschnitt 44 in der radialen Richtung und in Richtung einer Innenseite des Zwischenabschnitts 45 umgibt. Zusätzlich ist ein Spulenaufnahmeaussparungsabschnitt 47, der ein Spulenende 54 der Statorwicklung 51 des Stators 50 aufnimmt, welche nachstehend beschrieben wird, in dem Rotor 40 an einer Position, die den Lageraufnahmeaussparungsabschnitt 46 in der radialen Richtung umgibt und in Richtung einer Außenseite des Zwischenabschnitts 45 gebildet.
Des Weiteren sind Aufnahmeaussparungsabschnitte 46 und 47 angeordnet, so dass diese auf der Innenseite und der radial äußeren Seite nebeneinanderliegen. Das heißt, ein Abschnitt der Lagereinheit 20 und das Spulenende 54 der Statorwicklung 51 sind derart angeordnet, dass sie sich auf der Innenseite und der radial äußeren Seite überlappen. Als ein Ergebnis kann eine Längendimension in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 10 verkürzt werden.
Der Zwischenabschnitt 45 ist bereitgestellt, um in Richtung der radial äußeren Seite von der Seite der Rotationswelle 11 hervorzustehen. Zusätzlich ist ein Kontaktvermeidungsabschnitt, der sich in die axiale Richtung erstreckt und einen Kontakt mit dem Spulenende 54 der Statorwicklung 51 des Stators 50 verhindert, in dem Zwischenabschnitt 45 bereitgestellt. Der Zwischenabschnitt 45 entspricht einem Vorsprungabschnitt.
Eine Axialrichtungsdimension des Spulenendes 54 kann verringert werden und eine axiale Länge des Stators 50 kann verkürzt werden, dadurch, dass das Spulenende 54 in Richtung der Innenseite oder der radial äußeren Seite gebogen wird. Die Biegerichtung des Spulenendes 54 kann die sein, die eine Montage mit dem Rotor 40 berücksichtigt.
Wenn eine Montage des Stators 50 auf der radial inneren Seite des Rotors 40 angenommen wird, könnte das Spulenende 54 in Richtung der radial inneren Seite auf einer Einfügungsendseite relativ zu dem Rotor 40 gebogen sein. Die Biegerichtung eines Spulenendes auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Spulenende 54 kann beliebig sein. Aus fertigungstechnischer Sicht ist jedoch eine Form vorzuziehen, bei der das Spulenende zu der Außenseite hin gebogen ist, die einen räumlichen Spielraum aufweist.
Zusätzlich ist die Magneteinheit 42, die als ein Magnetabschnitt dient, durch eine Vielzahl von Permanentmagneten konfiguriert, die auf der radial inneren Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 43 angeordnet sind, so dass sich Polaritäten entlang der Umfangsrichtung abwechseln. Als ein Ergebnis weist die Magneteinheit 42 eine Vielzahl von Magnetpolen in der Umfangsrichtung auf. Die Details der Magneteinheit 42 werden jedoch später beschrieben.
Der Stator 50 ist auf der radial inneren Seite des Rotors 40 bereitgestellt. Der Stator 50 umfasst die Statorwicklung 51 und einen Statorkern 52. Die Statorwicklung 51 ist derart gebildet, dass sie in eine ungefähr zylindrische Form (ringförmige Form) gewickelt wird. Der Statorkern 52 ist auf der radial inneren Seite der Statorwicklung 51 angeordnet und dient als ein Basiselement. Die Statorwicklung 51 ist derart angeordnet, dass sie der kreisförmigen ringförmigen Magneteinheit 42 mit einer vorbestimmten Luftlücke dazwischen gegenüberliegt. Die Statorwicklung 51 besteht aus einer Vielzahl von Phasenwicklungen. Jede der Phasenwicklungen ist durch eine Vielzahl von Leitern konfiguriert, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei diese miteinander mit einem vorbestimmter Schrittweite verbunden sind.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden eine Dreiphasenwicklung einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase und eine Dreiphasenwicklung einer X-Phase, einer Y-Phase und einer Z-Phase verwendet. Durch die Verwendung von zwei von diesen Dreiphasenwicklungen ist die Statorwicklung 51 als eine Phasenwicklung von sechs Phasen konfiguriert.
Der Statorkern 52 weist laminierte Stahlbleche auf, bei denen elektromagnetische Stahlbleche in eine laminierte kreisförmige ringförmige Form gebildet sind. Das elektromagnetische Stahlblech ist ein weichmagnetisches Material. Der Statorkern 52 wird auf der radial inneren Seite der Statorwicklung 51 angebracht. Zum Beispiel kann das elektromagnetische Stahlblech ein Siliziumstahlblech sein, bei dem ungefähr einige Prozent (etwa 3%) Silizium zu dem Eisen hinzugefügt sind. Die Statorwicklung 51 entspricht einer Ankerwicklung. Der Statorkern 52 entspricht einem Ankerkern.
Die Statorwicklung 51 umfasst einen spulenseitigen Abschnitt 53 und Spulenenden 54 und 55. Der spulenseitige Abschnitt 53 ist ein Abschnitt, der den Statorkern 52 in der radialen Richtung überlappt und ist auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52. Die Spulenenden 54 und 55 stehen entsprechend von einer Endseite und einer anderen Endseite des Statorkerns 52 in der axialen Richtung hervor.
Der spulenseitige Abschnitt 53 liegt jedem des Statorkerns 52 und der Magneteinheit 42 des Rotors 40 in der radialen Richtung gegenüber. In einem Zustand, in dem der Stator 50 auf der Innenseite des Rotors 40 angeordnet ist, ist von den Spulenenden 54 und 55 auf beiden Seiten in der axialen Richtung das Spulenende 54, das auf der Seite der Lagereinheit 20 liegt (obere Seite in der Zeichnung) in dem Spulenaufnahmeaussparungsabschnitt 47, der durch den Magnethalter 41 des Rotors 40 gebildet ist, aufgenommen. Die Details des Stators 50 werden jedoch nachstehend beschrieben.
Die Wechselrichtereinheit 60 umfasst eine Einheitsbasis 61 und eine Vielzahl von elektrischen Komponenten 62. Die Einheitsbasis 61 ist an dem Gehäuse 30 durch eine Befestigungseinrichtung, wie etwa einen Bolzen, befestigt. Die Vielzahl von elektrischen Komponenten 62 sind auf der Einheitsbasis 61 angebracht. Zum Beispiel kann die Einheitsbasis 61 aus einem CFRP hergestellt sein. Die Einheitsbasis 61 umfasst eine Endplatte 63 und ein Gehäuse 64. Die Endplatte 63 ist an einer Kante der Öffnung 33 des Gehäuses 30 befestigt. Das Gehäuse 64 ist einstückig mit der Endplatte 63 bereitgestellt und erstreckt sich in die axiale Richtung. Die Endplatte 63 weist eine kreisförmige Öffnung 65 in einem Mittelabschnitt davon auf. Das Gehäuse 64 ist derart gebildet, um von einem Umfangskantenabschnitt der Öffnung 65 aufrecht zu stehen (hervorzustehen).
Der Stator 50 ist an einer Außenumfangsfläche des Gehäuses 64 angebracht. Das heißt, eine Außendurchmesserdimension bzw. Außendurchmesserabmessung des Gehäuses 64 ist eine Dimension, die die gleiche ist wie eine Innendurchmesserdimension bzw. Innendurchmesserabmessung des Statorkerns 52 oder leicht kleiner als die Innendurchmesserdimension des Statorkerns 52. Als ein Ergebnis davon, dass der Statorkern 52 auf der Außenseite des Gehäuses 64 angebracht ist, sind der Stator 50 und die Einheitsbasis 61 integriert. Zusätzlich, weil die Einheitsbasis 61 an dem Gehäuse 30 befestigt ist, in dem Zustand, in dem der Statorkern 52 an dem Gehäuse 64 angebracht ist, befindet sich der Stator 50 in einem Zustand, in dem dieser mit dem Gehäuse 30 integriert ist.
Der Statorkern 52 kann hier durch Bonden bzw. Kleben, Schrumpfpassen, Presspassen oder Ähnliches an der Einheitsbasis 61 angebracht werden. Als ein Ergebnis wird eine positionelle Verschiebung des Statorkerns 52 in die Umfangsrichtung oder die axiale Richtung relativ zu der Seite der Einheitsbasis 61 unterdrückt.
Zusätzlich ist eine radial innere Seite des Gehäuses 64 ein Aufnahmeraum zum Unterbringen der elektrischen Komponenten 62. Die elektrischen Komponenten 62 sind in dem Aufnahmeraum derart angeordnet, dass sie die Rotationswelle 11 umgeben. Das Gehäuse 64 dient als ein Aufnahmeraumbildungsabschnitt. Die elektrischen Komponenten 62 sind dazu konfiguriert, ein Halbleitermodul 66 zu verwirklichen, das eine Wechselrichterschaltung eine Steuerungsplatine 67 und ein Kondensatormodul 68 konfiguriert.
Die Einheitsbasis 61 ist hier auf der radial inneren Seite des Stators 50 bereitgestellt und entspricht einer Statorhalterung (Ankerhalterung), die den Stator 50 hält. Das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 konfigurieren ein Motorgehäuse der rotierenden elektrischen Maschine 10. In dem Motorgehäuse ist das Halteelement 23 an dem Gehäuse 30 auf einer Seite in der axialen Richtung mit dem Rotor 40 dazwischen befestigt, und das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 sind miteinander auf der anderen Seite gekoppelt. In einem elektrischen Fahrzeug zum Beispiel, das ein elektrisches Automobil oder Ähnliches ist, kann die rotierende elektrische Maschine 10 in dem Fahrzeug oder Ähnlichem dadurch montiert werden, dass das Motorgehäuse auf der Seite des Fahrzeugs oder Ähnlichem angebracht wird.
Die Konfiguration der Wechselrichtereinheit 60 wird weiter mit Bezug auf 6 zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen 1 bis 5 beschrieben. 6 ist eine Explosionsansicht der Wechselrichtereinheit 60.
In der Einheitsbasis 61 umfasst das Gehäuse 64 einen zylindrischen Abschnitt 71 und eine Endfläche 72, die auf einem (einem Endabschnitt auf der Seite der Lagereinheit 20) von beiden Enden, die in der axialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 71 gegenüberliegen, bereitgestellt ist. Eine Seite gegenüber der Endfläche 72 von beiden Endabschnitten in der axialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 71 ist durch die Öffnung 65 der Endplatte 63 vollständig offen.
Ein kreisförmiges Loch 73 ist in einer Mitte der Endfläche 72 gebildet. Die Rotationswelle 11 kann in das Loch 73 eingesetzt werden. Ein Abdichtungselement 171, das eine Lücke zwischen der Endfläche 72 und der Außenumfangsfläche der Rotationswelle 11 abdichtet, ist in dem Loch 73 bereitgestellt. Zum Beispiel kann das Abdichtungselement 171 eine gleitende Abdichtung bzw. Gleitdichtung sein, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist.
Der zylindrische Abschnitt 71 des Gehäuses 64 ist ein Unterteilungsabschnitt, der den Rotor 40 und den Stator 50, die auf der radial äußeren Seite von diesem angeordnet sind, und die elektrischen Komponenten 62, die auf einer radial inneren Seite von diesem angeordnet sind, unterteilt. Der Rotor 40 und der Stator 50 und die elektrischen Komponenten 62 sind entsprechend angeordnet, um auf der Innenseite und der radial äußeren Seite mit dem zylindrischen Abschnitt 71 dazwischen angeordnet zu sein.
Zusätzlich ist die elektrische Komponente 62 eine elektrische Komponente, die eine Wechselrichterschaltung konfiguriert. Die elektrische Komponente 62 stellt eine Motorbetriebsfunktion beziehungsweise Leistungsbetriebsfunktion zum Zuführen eines Stroms an die Phasenwicklungen der Statorwicklung 51 in einer vorbestimmten Reihenfolge und Drehen des Rotors 40 und eine Leistungserzeugungsfunktion zum Empfangen einer Eingabe eines Dreiphasenwechselstrom-Stroms, der durch die Statorwicklung 51 einhergehend mit der Rotation der Rotationswelle 11 fließt, und Ausgeben des Dreiphasenwechselstrom-Stroms nach außen als eine erzeugte Leistung bereit.
Die elektrische Komponente 62 könnte hier nur eine der Leistungsbetriebsfunktion und der Leistungserzeugungsfunktion bereitstellen. Wenn zum Beispiel die rotierende elektrische Maschine als eine Fahrzeugleistungsquelle verwendet wird, könnte die Leistungserzeugungsfunktion eine Regenerationsfunktion zum Ausgeben des Dreiphasenwechselstrom-Stroms entsprechend der regenerativen Leistung sein.
Wie in 4 gezeigt ist, als eine spezifische Konfiguration der elektrischen Komponenten 62, ist ein Kondensatormodul 68, das eine hohle kreiszylindrische Form aufweist, um die Rotationswelle 11 herum bereitgestellt, und sind eine Vielzahl von Halbleitermodulen 66 in einem Feld in der Umfangsrichtung auf einer Außenumfangsfläche des Kondensatormoduls 68 angeordnet. Das Kondensatormodul 68 umfasst eine Vielzahl von Glättungskondensatoren 68a, die miteinander parallel verbunden sind.
Speziell ist der Kondensator 68a ein laminierter Folienkondensator, der aus einer Vielzahl von Folienkondensatoren besteht, die laminiert sind. Ein seitlicher Querschnitt des Kondensators 68a weist eine trapezförmige Form auf. Das Kondensatormodul 68 ist dadurch konfiguriert, dass zwölf Kondensatoren 68a derart angeordnet sind, dass diese ringförmig angeordnet sind.
In einem Herstellungsprozess für den Kondensator 68a könnte hier zum Beispiel ein Kondensatorelement unter Verwendung einer länglichen Folie, die eine vorbestimmte Breite aufweist und aus einer Vielzahl von laminierten Folien besteht, hergestellt werden. Die längliche Folie wird in gleichschenklige Trapeze geschnitten, so dass eine Richtung der Folienbreite als Richtung der Trapezhöhe dient und sich Ober- und Unterseiten der Trapeze abwechseln. Zusätzlich wird der Kondensator 68a dadurch hergestellt, dass Elektroden und Ähnliches an dem Kondensatorelement angebracht werden.
Zum Beispiel weist das Halbleitermodul 66 ein Halbleiterschalterelement, wie etwa einen Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET, „Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor“) oder einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT, „Insulated-Gate Bipolar Transistor“) auf und ist in einer ungefähr plattenartigen Form gebildet.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die rotierende elektrische Maschine 10 zwei Sätze von Dreiphasenwicklungen. Die Wechselrichterschaltung ist für jede der Dreiphasenwicklungen bereitgestellt. Deshalb ist eine Halbleitermodulgruppe 66A, die durch insgesamt zwölf Halbleitermodule 66 gebildet ist, die ringförmig angeordnet sind, in den elektrischen Komponenten 62 bereitgestellt.
Das Halbleitermodul 66 ist derart angeordnet, dass es zwischen dem zylindrischen Abschnitt 71 des Gehäuses 64 und dem Kondensatormodul 68 liegt. Eine Außenumfangsfläche der Halbleitermodulgruppe 66A ist mit einer Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 71 in Kontakt. Eine Innenumfangsfläche der Halbleitermodulgruppe 66A ist mit der Außenumfangsfläche des Kondensatormoduls 68 in Kontakt. In diesem Fall wird eine Wärme, die in dem Halbleitermodul 66 erzeugt wird, über das Gehäuse 64 an die Endplatte 63 übertragen und von der Endplatte 63 freigegeben.
Die Halbleitermodulgruppe 66A kann einen Abstandshalter 69 auf der äußeren Umfangsflächenseite, das heißt zwischen den Halbleitermodulen 66 und dem zylindrischen Abschnitt 71 in der radialen Richtung, aufweisen. In diesem Fall ist in dem Kondensatormodul 68 eine Querschnittsform eines seitlichen Querschnitts, der senkrecht zu der axialen Richtung ist, ein gleichmäßiges Zwölfeck. Unterdessen weist eine seitliche Querschnittsform der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 71 eine kreisförmige Form auf.
Deshalb ist in dem Abstandshalter 69 eine Innenumfangsfläche eine flache Fläche und ist eine Außenumfangsfläche eine gekrümmte Fläche. Der Abstandshalter 69 kann auf der radial äußeren Seite der Halbleitermodulgruppe 66A integriert bereitgestellt sein, um sich in einer kreisförmigen Ringform kontinuierlich zu erstrecken. Der Abstandshalter 69 ist ein guter Wärmeleiter und kann zum Beispiel aus einem Metall, wie etwa Aluminium, oder einem Wärmeableitungs-Gelfilm hergestellt sein. Die seitliche Querschnittsform der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 71 kann hier ebenso ein Zwölfeck sein, das identisch zu dem Kondensatormodul 68 ist. In diesem Fall können sowohl die Innenumfangsfläche als auch die Außenumfangsfläche des Abstandshalters 69 flache Flächen sein.
Zusätzlich ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kühlwasserkanal 74, durch den Kühlwasser fließt, in dem zylindrischen Abschnitt 71 des Gehäuses 64 gebildet. Wärme, die in den Halbleitermodulen 66 erzeugt wird, wird durch das Kühlwasser, das durch den Kühlwasserkanal74 strömt, ebenso freigegeben. Das heißt, das Gehäuse 64 umfasst einen wassergekühlten Mechanismus.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist der Kühlwasserkanal 74 ringförmig ausgebildet, um die elektrischen Komponenten 62 zu umgeben (die Halbleitermodule 66 und das Kondensatormodul 68). Die Halbleitermodule 66 sind entlang der Innenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 71 angeordnet. Der Kühlwasserkanal 74 ist an einer Position bereitgestellt, die die Halbleitermodule 66 auf der Innenseite und der radial äußeren Seite überlappt.
Der Stator 50 ist auf der Außenseite des zylindrischen Abschnitts 71 angeordnet und die elektrischen Komponenten 62 sind auf der Innenseite angeordnet. Deshalb wird Wärme von dem Stator 50 an den zylindrischen Abschnitt 71 von der Außenseite von diesem übertragen und wird Wärme von den elektrischen Komponenten 62 (wie etwa eine Wärme von den Halbleitermodulen 66) von der Innenseite übertragen. In diesem Fall können der Stator 50 und die Halbleitermodule 66 gleichzeitig gekühlt werden. Eine Wärme von wärmeerzeugenden Komponenten der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann effizient freigegeben werden.
Des Weiteren ist zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66, die einen Abschnitt oder eine Gesamtheit der Wechselrichterschaltung konfigurieren, die die rotierende elektrische Maschine durch Durchführen einer Energieversorgung der Statorwicklung 51 betreibt, innerhalb eines Bereichs angeordnet, der durch den Statorkern 52 umgeben wird, der auf der radial äußeren Seite des zylindrischen Abschnitts 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Die Gesamtheit eines einzelnen Halbleitermoduls 66 ist vorzugsweise innerhalb des Bereichs angeordnet, der durch den Statorkern 52 umgeben ist. Des Weiteren ist die Gesamtheit von allen Halbleitermodulen 66 vorzugsweise innerhalb des Bereichs angeordnet, der durch den Statorkern 52 umgeben ist.
Zusätzlich ist zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 innerhalb eines Bereichs angeordnet, der durch den Kühlwasserkanal 74 umgeben ist. Alle Halbleitermodule 66 sind vorzugsweise innerhalb eines Bereichs angeordnet, der durch ein Joch 141 umgeben ist.
Außerdem umfassen die elektrischen Komponenten 62 in der axialen Richtung einen Isolierfilm 75, der auf einer Endfläche des Kondensatormoduls 68 bereitgestellt ist, und ein Verdrahtungsmodul 76, das auf einer anderen Endfläche bereitgestellt ist. In diesem Fall umfasst das Kondensatormodul 68 zwei Endflächen, die in der axialen Richtung von diesem gegenüberliegen, das heißt eine erste Endfläche und eine zweite Endfläche. Die erste Endfläche des Kondensatormoduls 68, die nahe zu der Lagereinheit 20 liegt, liegt gegenüber der Endfläche 72 des Gehäuses 64 und überlappt die Endfläche 72, wobei der Isolierfilm 75 zwischen diesen liegt. Zusätzlich ist das Verdrahtungsmodul 76 an der zweiten Endfläche des Kondensatormoduls 68, das nahe zu der Öffnung 65 liegt, angebracht.
Das Verdrahtungsmodul 76 umfasst einen Hauptkörperabschnitt 76a und eine Vielzahl von Stromschienen 76b und 76c. Der Hauptkörperabschnitt 76a ist aus einem synthetischen Harzmaterial hergestellt und weist eine ringförmige Plattenform auf. Die Vielzahl von Stromschienen 76b und 76c sind innerhalb des Hauptkörperabschnitts 76a eingebettet. Eine elektrische Verbindung mit den Halbleitermodulen 66 und dem Kondensatormodul 68 wird durch die Stromschienen 76b und 76c verwirklicht.
Speziell umfasst das Halbleitermodul 66 einen Verbindungsstift 66a, der sich von einer Endfläche in die axiale Richtung von diesem erstreckt. Der Verbindungsstift 66a ist mit der Stromschiene 76b auf der radial äußeren Seite des Hauptkörperabschnitts 76a verbunden. Zusätzlich erstreckt sich die Stromschiene 76c in eine Richtung entgegengesetzt dem Kondensatormodul 68 auf der radial äußeren Seite des Hauptkörperabschnitts 76a. Die Stromschiene 76c ist mit einem Verdrahtungselement 79 an einem vorderen Endabschnitt von diesem verbunden (siehe 2).
Wie vorstehend beschrieben ist der Isolierfilm 75 auf der ersten Endfläche, die in der axialen Richtung dem Kondensatormodul 68 gegenüberliegt, bereitgestellt, und ist das Verdrahtungsmodul 76 auf der zweiten Fläche des Kondensatormoduls 68 bereitgestellt. In dieser Konfiguration wird als ein 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, ein Pfad von der ersten Endfläche zu der Endfläche 72 und ein Pfad von der zweiten Endfläche zu dem zylindrischen Abschnitt 71 sind gebildet. Als ein Ergebnis kann eine Wärmefreigabe von den Endflächenabschnitten des Kondensatormoduls 68 außer der Außenumfangsfläche, auf der die Halbleitermodule 66 bereitgestellt sind, durchgeführt werden. Das heißt, eine Wärmefreigabe kann nicht nur in die radiale Richtung, sondern ebenso in die axiale Richtung durchgeführt werden.
Zusätzlich weist das Kondensatormodul 68 eine hohle kreiszylindrische Form auf. Die Rotationswelle 11 ist in einem Innenumfangsabschnitt von diesem mit einer vorbestimmten Lücke dazwischen angeordnet. Deshalb kann eine Wärme von dem Kondensatormodul 68 ebenso von dem hohlen Abschnitt von diesem freigegeben werden. In diesem Fall, als ein Ergebnis eines Luftstroms, der durch eine Drehung der Rotationswelle 11 erzeugt wird, kann ein Kühlungseffekt davon verbessert werden.
Die kreisförmige plattenförmige Steuerungsplatine 67 ist an dem Verdrahtungsmodul 76 angebracht. Die Steuerungsplatine 67 umfasst eine gedruckte Schaltplatine (PCB, „Printed Circuit Board“), auf dem ein vorbestimmtes Verdrahtungsmuster gebildet ist. Eine Steuerungsvorrichtung 77, die einer Steuerungseinheit entspricht, die aus verschiedenen Arten von integrierten Schaltungen (IC, „Integrated Circuits“), Mikrocomputern und Ähnlichem hergestellt ist, ist auf der Platine montiert. Die Steuerungsplatine 67 ist an dem Verdrahtungsmodul 76 über eine Fixierungseinrichtung, wie etwa eine Schraube, fixiert. Die Steuerungsplatine 67 weist ein Einfügungsloch 67a auf, durch das die Rotationswelle 11 in einem Mittelabschnitt von diesem eingesetzt wird.
Das Verdrahtungsmodul 76 weist hier eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf, die einander in der axialen Richtung gegenüberliegen, das heißt, in der Dickenrichtung von dieser einander gegenüberliegen. Die erste Oberfläche liegt dem Kondensatormodul 68 gegenüber. Das Verdrahtungsmodul 76 ist mit der Steuerungsplatine 67 auf der zweiten Fläche von diesem bereitgestellt. Die Stromschiene 76c des Verdrahtungsmoduls 76 erstreckt sich von einer Seite zu der anderen Seite von beiden Flächen der Steuerungsplatine 67. In dieser Konfiguration kann die Steuerungsplatine 67 mit einer Einkerbung versehen sein, die eine Störung mit der Stromschiene 76c verhindert. Zum Beispiel kann ein Abschnitt eines äußeren Kantenabschnitts beziehungsweise Randabschnitts der Steuerungsplatine 67, die eine kreisförmige Form aufweist, eingekerbt sein.
Wie vorstehend beschrieben sind die elektrischen Komponenten 62 innerhalb des Raums untergebracht, der durch das Gehäuse 64 umgeben ist, und das Gehäuse 30, der Rotor 40 und der Stator 50 sind in Schichten auf der Außenseite davon bereitgestellt. In dieser Konfiguration kann eine Abschirmung von elektromagnetischem Rauschen, das in der Wechselrichterschaltung erzeugt wird, auf geeignete Weise durchgeführt werden.
Das heißt, in der Wechselrichterschaltung wird eine Schaltsteuerung in jedem der Halbleitermodule 66 unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulations-Steuerung (PWM-Steuerung, PWM, „Pulse Width Modulation“) basierend auf einer vorbestimmten Trägerfrequenz durchgeführt und ein elektromagnetisches Rauschen, das als ein Ergebnis der Schaltsteuerung erzeugt wird, kann berücksichtigt werden. Eine Abschirmung von diesem elektromagnetischen Rauschen kann jedoch auf geeignete Weise durch das Gehäuse 30, den Rotor 40, den Stator 50 und Ähnliches auf der äußeren Seite in der radialen Richtung der elektrischen Komponenten 62 durchgeführt werden.
Des Weiteren, als ein Ergebnis davon, dass zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 innerhalb des Bereichs angeordnet ist, der durch den Statorkern 52 umgeben ist, der auf der radial äußeren Seite des zylindrischen Abschnitt 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist, im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der die Halbleitermodule 66 und die Statorwicklung 51 ohne den Statorkern 52 zwischen diesen angeordnet sind, auch wenn ein Magnetfluss von den Halbleitermodulen 66 erzeugt wird, wird die Statorwicklung 51 nicht einfach beeinträchtigt.
Zusätzlich, auch wenn ein Magnetfluss von der Statorwicklung 51 erzeugt wird, werden die Halbleitermodule 66 nicht einfach beeinträchtigt. Hier ist es sogar noch effektiver, die gesamten Halbleitermodule 66 innerhalb des Bereichs anzuordnen, der durch den Statorkern 52 umgeben ist, der auf der radial äußeren Seite des zylindrischen Abschnitts 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Zusätzlich, wenn zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 durch den Kühlwasserkanal 74 umgeben ist, kann ein Effekt, bei dem Wärme, die von der Statorwicklung 51 und der Magneteinheit 42 erzeugt wird, die Halbleitermodule 66 nicht einfach erreicht, verwirklicht werden.
Ein Durchgangsloch 78, durch das das Verdrahtungselement 79 (siehe 2) eingesetzt wird, ist in der Nähe der Endplatte 63 in dem zylindrischen Abschnitt 71 gebildet. Das Verdrahtungselement 79 verbindet den Stator 50 auf der Außenseite des zylindrischen Abschnitts 71 und die elektrischen Komponenten 62 auf der Innenseite von diesem elektrisch miteinander.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Verdrahtungselement 79 mit jedem des Endabschnitts der Statorwicklung 51 und der Stromschiene 76c des Verdrahtungsmoduls 76 durch Presspassen, Schweißen oder Ähnliches verbunden. Zum Beispiel könnte das Verdrahtungselement 79 eine Stromschiene sein. Eine Verbindungsoberfläche des Verdrahtungselements 79 ist vorzugsweise flach gequetscht. Das Durchgangsloch 78 kann an einem einzelnen Ort oder einer Vielzahl von Orten bereitgestellt sein.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Durchgangslöcher 78 an zwei Orten bereitgestellt. Bei dieser Konfiguration können Wicklungsanschlüsse, die sich von den zwei Sätzen von Dreiphasenwicklungen erstrecken, einfach durch das Verdrahtungselement 79 verbunden werden. Dies ist für die Durchführung von mehrphasigen Verbindungen geeignet.
Wie vorstehend beschrieben, wie in 4 gezeigt ist, sind in dem Gehäuse 30 der Rotor 40 und der Stator 50 in der Reihenfolge von der radial äußeren Seite bereitgestellt und ist die Wechselrichtereinheit 60 auf der radial inneren Seite des Stators 50 bereitgestellt. Hier, wenn ein Radius der Innenumfangsfläche des Gehäuses 30 d ist, sind der Rotor 40 und der Stator 50 weiter in Richtung der radial äußeren Seite angeordnet, als ein Abstand von d x 0,705 von einem Rotationszentrum des Rotors 40 beträgt.
In diesem Fall, wenn ein Bereich auf der radial inneren Seite von einer Innenumfangsfläche des Stators 50 (das heißt eine Innenumfangsfläche des Statorkerns 52), die auf der radial inneren Seite liegt, des Rotors 40 und des Stators 50 ein erster Bereich X1 ist, und ein Bereich von der Innenumfangsfläche des Stators 50 zu dem Gehäuse 30 in der radialen Richtung ein zweiter Bereich X2 ist, ist ein Bereich eines seitlichen Querschnitts des ersten Bereichs X1 größer als ein Bereich eines seitlichen Querschnitts des zweiten Bereichs X2.
Zusätzlich, hinsichtlich eines Bereichs, über dem sich die Magneteinheit 42 des Rotors 40 und die Statorwicklung 51 in der radialen Richtung überlappen, ist ein Volumen des ersten Bereichs X1 größer als ein Volumen des zweiten Bereichs X2.
Wenn der Rotor 40 und der Stator 50 hier als eine Magnetkreiskomponentenbaugruppe betrachtet werden, weist innerhalb des Gehäuses 30 der erste Bereich XI, der auf der radial inneren Seite von einer Innenumfangsfläche der Magnetkreiskomponentenbaugruppe liegt, ein größeres Volumen auf, als der zweite Bereich X2, der von der Innenumfangsfläche der Magnetkreiskomponentenbaugruppe zu dem Gehäuse 30 in der radialen Richtung liegt.
Als Nächstes werden Konfigurationen des Rotors 40 und des Stators 50 weiter detailliert beschrieben.
Als eine Konfiguration eines Stators in einer rotierenden elektrischen Maschine ist eine Konfiguration allgemein bekannt, bei der eine Vielzahl von Nuten beziehungsweise Schlitzen in der Umfangsrichtung in einem Statorkern, der aus laminierten Stahlblechen hergestellt ist und eine kreisförmige Ringform aufweist, bereitgestellt ist, und eine Statorwicklung um die Nuten gewickelt ist. Speziell umfasst der Statorkern eine Vielzahl von Zähnen, die sich von einem Joch zu vorbestimmten Intervallen in die radiale Richtung erstrecken. Die Nuten sind zwischen den Zähnen geformt, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen. Zusätzlich zum Beispiel kann eine Vielzahl von Schichten von Leitern innerhalb der Nuten in der radialen Richtung untergebracht sein und kann die Statorwicklung durch diese Leiter konfiguriert sein.
Jedoch können bei der vorstehend beschriebenen Statorstruktur während einer Energetisierung der Statorwicklung eine magnetische Sättigung, die in dem Zahnabschnitt des Statorkerns in Verbindung mit einer Erhöhung einer magnetomotorischen Kraft in der Statorwicklung auftritt, und eine Drehmomentdichte der rotierenden elektrischen Maschine, die als eine Reaktion darauf begrenzt wird, in Betracht gezogen werden. Das heißt, in dem Statorkern tritt eine magnetische Sättigung als ein Ergebnis eines rotierenden Magnetflusses auf, der dadurch erzeugt wird, dass eine Energetisierung der Statorwicklung an den Zähnen konzentriert wird.
Zusätzlich ist als eine Konfiguration eines Innenpermanentmagnetrotors (IPM-Rotor, „Interior Permanent Magnet“) einer rotierenden elektrischen Maschine eine Konfiguration allgemein bekannt, bei der ein Permanentmagnet auf einer d-Achse angeordnet ist und ein Rotorkern auf einer q-Achse eines d-q-Koordinatensystems angeordnet ist. In solchen Fällen, als ein Ergebnis davon, dass die Statorwicklung in der Nähe der d-Achse erregt wird, fließt ein Erregungsmagnetfluss von dem Stator zu der q-Achse des Rotors als ein Ergebnis der Flemingschen Regel. Zusätzlich kann eine magnetische Sättigung über einen breiten Bereich in einem q-Achsen-Kernabschnitt des Rotors auftreten.
7 ist ein Drehmomentdiagramm einer Beziehung zwischen Amperewindungen [AT] und einer Drehmomentdichte [Nm/L]. Die Amperewindungen geben eine magnetomotorische Kraft in der Statorwicklung an. Eine gestrichelte Linie gibt Charakteristiken einer typischen rotierenden elektrischen Maschine des IPM-Rotortyps an. Wie in 7 gezeigt ist, in der typischen rotierenden elektrischen Maschine, als ein Ergebnis davon, dass eine magnetomotorische Kraft in dem Stator erhöht wird, tritt eine magnetische Sättigung an zwei Orten auf, die die Zahnabschnitte zwischen den Nuten und dem q-Achsen-Kernabschnitt sind, und eine Erhöhung des Drehmoments wird als ein Ergebnis begrenzt. Auf diese Weise ist in der typischen rotierenden elektrischen Maschine ein Entwurfswert der Amperewindungen durch A1 begrenzt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hier, um Begrenzungen aufgrund der magnetischen Sättigung zu eliminieren, die rotierende elektrische Maschine 10 ebenso mit einer nachstehend beschriebenen Konfiguration bereitgestellt. Das heißt, als eine erste Modifikation wird eine nutenlose beziehungsweise schlitzlose Struktur in dem Stator 50 verwendet, um eine magnetische Sättigung zu eliminieren, die in den Zähnen des Statorkerns in dem Stator auftritt. Zusätzlich wird ein Oberflächenpermanentmagnetrotor (SPM-Rotor, „Surface Permanent Magnet“) verwendet, um eine magnetische Sättigung zu eliminieren, die in dem q-Achsen-Kernabschnitt des IPM-Rotors auftritt.
Als ein Ergebnis der ersten Modifikation können die vorstehend beschriebenen zwei Orte, in denen die magnetische Sättigung auftritt, eliminiert werden. Jedoch kann eine Verringerung in dem Drehmoment in einem Niedrigstrombereich in Betracht gezogen werden (siehe einfach strichpunktierte Linie in 7). Deshalb wird als eine zweite Modifikation eine polare anisotrope Struktur, bei der ein magnetischer Magnetpfad verlängert wird und eine magnetische Kraft in der Magneteinheit 42 des Rotors 40 erhöht wird, verwendet werden, um die Verringerung in dem Drehmoment durch die Magnetflussverbesserung in dem SPM-Motor wiederherzustellen.
Zusätzlich, als eine dritte Modifikation, wird eine Wiederherstellung der Verringerung des Drehmoments durch Verwendung einer abgeflachten Leiterstruktur verwirklicht, bei der eine Dicke des Leiters in der radialen Richtung des Stators 50 in dem spulenseitigen Abschnitt 53 der Statorwicklung 51 reduziert ist. Hier können größere Wirbelströme in der Statorwicklung 51 erzeugt werden, die der Magneteinheit 42 gegenüberliegt, als ein Ergebnis der vorstehend beschriebenen polaren anisotropen Struktur, in der die Magnetkraft erhöht wird.
Als ein Ergebnis der dritten Modifikation kann jedoch die Erzeugung der Wirbelströme in der radialen Richtung der Statorwicklung 51 unterdrückt werden, weil die abgeflachte Leiterstruktur in der radialen Richtung dünn ist. Auf diese Weise, als ein Ergebnis dieser ersten bis dritten Konfigurationen, auch wenn eine signifikante Verbesserung der Drehmomentcharakteristiken durch die Verwendung eines Magneten mit hoher Magnetkraft erwartet werden kann, wie es durch eine durchgezogene Linie in 7 angegeben ist, können die Bedenken hinsichtlich der Erzeugung großer Wirbelströme, die als Folge des Magneten mit hoher Magnetkraft auftreten können, ebenfalls verbessert werden.
Weiterhin wird als eine vierte Modifikation eine Magneteinheit, die eine Magnetflussdichteverteilung aufweist, die nahe zu einer Sinuswelle ist, durch Verwendung der polaren anisotropen Struktur verwendet. Als ein Ergebnis kann ein Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis durch eine Pulssteuerung verbessert werden, die nachstehend beschrieben ist, oder Ähnliches, und kann eine Drehmomentverbesserung verwirklicht werden. Zusätzlich, weil Änderungen in dem Magnetfluss im Vergleich zu denen eines radialen Magneten allmählicher verlaufen, kann ebenso ein Wirbelstromverlust (Kupferverlust aufgrund von Wirbelströmen) weiter unterdrückt werden.
Das Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis wird nachstehend beschrieben. Das Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis kann basierend auf einem Vergleich zwischen einer tatsächlich gemessenen Wellenform einer Oberflächenmagnetflussdichteverteilung, die dadurch gemessen wird, dass eine Oberfläche eines Magneten durch eine Magnetflusssonde oder Ähnliches verfolgt wird, und einer Sinuswelle, die die gleiche Periode und den gleichen Spitzenwert aufweist, bestimmt werden. Zusätzlich entspricht eine Proportion einer Amplitude einer primären Wellenform, die eine Grundwelle der rotierenden elektrischen Maschine ist, zu einer Amplitude der tatsächlich gemessenen Wellenform, das heißt einer Amplitude, die durch Addieren einer weiteren harmonischen Komponente zu der Grundwelle erhalten wird, dem Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis.
Wenn sich das Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis erhöht, wird die Wellenform der Oberflächenmagnetflussdichteverteilung näher zu der Sinuswellen-Wellenform. Zusätzlich, wenn ein primärer Sinuswellenstrom von einem Wechselrichter zu der rotierenden elektrischen Maschine zugeführt wird, die einen Magneten umfasst, der ein verbessertes Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis aufweist, kann aufgrund dessen und weil die Wellenform der Oberflächenmagnetflussdichteverteilung des Magneten ebenso nahe zu der Sinuswellenform ist, ein großes Drehmoment erzeugt werden. Die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung kann hier durch ein anderes Verfahren als eine tatsächliche Messung geschätzt werden, wie etwa durch eine elektromagnetische Feldanalyse unter Verwendung von Maxwell-Gleichungen.
Zusätzlich umfasst als eine fünfte Modifikation die Statorwicklung 51 eine Drahtleiterkörperstruktur, bei der eine Vielzahl von Drähten zusammengebündelt ist. Als ein Ergebnis, weil die Drähte parallel verbunden sind, kann ein großer Strom zu geführt werden. Zusätzlich kann die Erzeugung von Wirbelströmen, die in den in Umfangsrichtung des Stators 50 verteilten Leitern infolge der abgeflachten Leiterstruktur erzeugt werden, wirksam unterdrückt werden, als wenn die Leiter infolge der dritten Modifikation in der radialen Richtung dünner gemacht werden, da ein Querschnittsbereich eines jeden Drahtes reduziert wird. Zusätzlich können als ein Ergebnis einer Konfiguration, bei der die Vielzahl der Drähte miteinander verdrillt ist, in Bezug auf eine magnetomotorische Kraft von einem Leiterkörper, Wirbelströme von einem magnetischen Fluss, der auf Grundlage einer rechtsgängigen Schraubenregel in einer Stromleitungsrichtung erzeugt wird, aufgehoben werden.
Auf diese Weise kann als ein Ergebnis der vierten Modifikation und der fünften Modifikation, die weiter hinzugefügt wird, eine Drehmomentverbesserung erreicht werden, während ein Magnet gemäß der zweiten Modifikation, der eine hohe Magnetkraft aufweist, verwendet wird, und wird weiterhin der Wirbelstromverlust aufgrund der hohen Magnetkraft unterdrückt.
Beschreibungen der vorstehend beschriebenen nutenlosen 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 zuerst die nutenlose 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 ein Diagramm, das einen Abschnitt des Rotors 40 und des Stators 50, die in 8 gezeigt sind, auf eine vergrößerte Weise darstellt. 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 Querschnitt in Längsrichtung des Stators 50 zeigt. Zusätzlich ist 12 eine perspektivische Ansicht der Statorwicklung 51. Hier ist in 8 und 9 eine Magnetisierungsrichtung der Magnete in der Magneteinheit 42 durch einen Pfeil angegeben.
Wie in 8 bis 11 gezeigt ist, umfasst der Statorkern 52 eine Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen, die in axialer Richtung laminiert sind. Der Statorkern 52 weist eine kreiszylindrische Form mit einer vorbestimmten Dicke in der radialen Richtung auf. Die Statorwicklung 51 ist auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52, die die Seite des Rotors 42 ist, angebracht. In dem Statorkern 52 dient die Außenumfangsfläche auf der Seite des Rotors 40 als ein Leiteraufbauabschnitt (Leiterkörperbereich). Die Außenumfangsfläche des Statorkerns 52 weist eine gekrümmte Oberflächenform auf, die im Wesentlichen keine Unebenheit aufweist.
Eine Vielzahl von Leitergruppen 81 ist auf der Außenumfangsfläche des Statorkerns 52 in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet. Der Statorkern 52 fungiert als ein Rückjoch, das als ein Abschnitt eines Magnetkreises zum Drehen des Rotors 40 dient. In diesem Fall ist ein Zahn (das heißt ein Kern), der aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, zwischen zwei Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, nicht bereitgestellt (das heißt eine nutenlose beziehungsweise schlitzlose Struktur).
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Struktur derart, dass ein Harzmaterial eines Abdichtungselements 57 in eine Lücke 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 Abdichtungselement 57 konfiguriert, das ein nichtmagnetisches Material ist. In Bezug auf einen Zustand vor einer Abdichtung durch das Abdichtungselement 57 sind die Leitergruppen 81 auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 in regelmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet, so dass diese jeweils durch die Lücke 56 getrennt sind, der ein Leiter-zu-Leiter-Bereich ist.
Der Stator 50, der eine nutenlose Struktur aufweist, wird dadurch konstruiert. Mit anderen Worten besteht jede Leitergruppe 81 aus zwei Leitern 82, wie nachstehend beschrieben ist. Nur ein nichtmagnetisches Material nimmt den Bereich zwischen zwei Leitergruppen 81 ein, die in der Umfangsrichtung des Stators 50 nebeneinanderliegen. Das nichtmagnetische Material kann ein nichtmagnetisches Gas, wie etwa Luft, eine nichtmagnetische Flüssigkeit und Ähnliches zusätzlich zu dem Abdichtungselement 57 umfassen. Nachstehend wird das Abdichtungselement 57 als das Zwischenleiterelement bezeichnet.
Hier kann die Konfiguration, bei der Zähne zwischen den Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, vorgesehen sind, als eine Konfiguration bezeichnet werden, bei der, als ein Ergebnis davon, dass die Zähne eine vorbestimmte Dicke in der radialen Richtung und eine vorbestimmte Dicke in der Umfangsrichtung aufweisen, ein Abschnitt des Magnetkreises, das heißt ein magnetischer Magnetpfad zwischen den Leitergruppen 81, gebildet wird. In dieser Hinsicht kann die Konfiguration, bei der Zähne nicht zwischen den Leitergruppen 81 bereitgestellt sind, als eine Konfiguration bezeichnet werden, bei der der vorstehend beschriebene Magnetkreis nicht gebildet wird.
Wie in 10 gezeigt ist, ist die Statorwicklung (das heißt die Ankerwicklung) 51 derart gebildet, dass sie eine vorbestimmte Dicke T2 (nachstehend ebenso als eine erste Dimension bezeichnet) und Breite W2 (nachstehend ebenso als eine zweite Dimension bezeichnet) aufweist. Die Dicke T2 ist ein kürzester Abstand zwischen der Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche, die einander in der radialen Richtung der Statorwicklung 51 gegenüberliegen. Die Breite W2 ist eine Länge in der Umfangsrichtung der Statorwicklung 51 eines Abschnitts der Statorwicklung 51, die als eine der mehreren Phasen (in dem Beispiel drei Phasen: wobei die drei Phasen die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase sind, oder drei Phasen, die die X-Phase, die Y-Phase und die Z-Phase sind) der Statorwicklung 51 fungiert.
Speziell, in 10, wenn die zwei Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, als eine der drei Phasen fungieren, wie etwa die die U-Phase, ist die Breite W2 von einem Ende zu einem Ende der zwei Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung. Zusätzlich ist die Dicke T2 kleiner als die Breite W2.
Die Dicke T2 ist hier vorzugsweise kleiner als eine Gesamtbreitendimension der zwei Leitergruppen 81, die innerhalb der Breite W2 vorhanden sind. Zusätzlich, wenn die Querschnittsform der Statorwicklung 51 (genauer der Leiter 82) perfekt kreisförmig, elliptisch oder polygonal ist, kann außerdem von dem Querschnitt der Leiter 82 entlang der radialen Richtung des Stators 50, eine maximale Länge in der radialen Richtung des Stators 50 auf dem Querschnitt gleich W2 sein und kann eine maximale Länge in der Umfangsrichtung des Stators 50 auf dem gleichen Querschnitt gleich W2 sein.
Wie in 10 und 11 gezeigt ist, wird die Statorwicklung 51 durch das Abdichtungselement 57, das aus einem synthetischen Harzmaterial hergestellt ist, das als ein Abdichtungsmaterial (Formmaterial) dient, abgedichtet. Das heißt, die Statorwicklung 51 wird durch das Formmaterial geformt, zusammen mit dem Statorkern 52. Das Harz kann hier ein nichtmagnetischer Körper oder ein Äquivalent eines nichtmagnetischen Körpers sein, bei dem Bs = 0 gilt.
Bezogen auf den seitlichen Querschnitt in 10 ist das Abdichtungselement 57 durch das synthetische Harz bereitgestellt, das den Bereich zwischen den Leitergruppen 81, das heißt die Lücken 56, füllt. Ein Isolationselement ist zwischen den Leitergruppen 81 als ein Ergebnis des Abdichtungselements 57 eingefügt. Das heißt, das Abdichtungselement 57 dient als ein Isolationselement in der Lücke 56. Das Abdichtungselement 57 ist auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 bereitgestellt, in einem Bereich, der alle der Leitergruppen 81 umfasst, das heißt einem Bereich, in dem eine Dickendimension in der radialen Richtung größer ist als die Dickendimension in der radialen Richtung von jeder Leitergruppe 81.
Zusätzlich, bezogen auf den Querschnitt in Längsrichtung in 11, ist das Abdichtungselement 57 in einem Bereich bereitgestellt, der einen Wendeabschnitt 84 der Statorwicklung 51 umfasst. Das Abdichtungselement 57 ist auf der radial inneren Seite der Statorwicklung 51 bereitgestellt, in einem Bereich, der zumindest einen Abschnitt einer Endfläche des Statorkerns 52 umfasst, der in der axialen Richtung gegenüberliegt. In diesem Fall wird die Statorwicklung 51 im Wesentlichen vollständig durch Harz abgedichtet, mit Ausnahme des Endabschnitts der Phasenwicklung von jeder Phase, das heißt den Verbindungsanschlüssen für die Wechselrichterschaltung.
Das Abdichtungselement 57 ist in einem Bereich bereitgestellt, der die Endfläche des Statorkerns 52 umfasst. In dieser Konfiguration können die laminierten Stahlbleche des Statorkerns 52 in Richtung der Innenseite in die axiale Richtung durch das Abdichtungselement 57 gedrückt werden. Als ein Ergebnis kann der Zustand der Laminierung der Stahlbleche unter Verwendung des Abdichtungselements 57 beibehalten werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist hier die Innenumfangsfläche des Statorkerns 52 nicht durch Harz abgedichtet. Stattdessen kann jedoch der gesamte Statorkern 52 einschließlich der Innenumfangsfläche des Statorkerns 52 mit dem Harz abgedichtet werden.
Wenn die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Fahrzeugleistungsquelle verwendet wird, wird das Abdichtungselement 57 vorzugsweise aus einem Fluorharz hergestellt, das eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist, zum Beispiel Epoxidharz, Polyphenylensulfid (PPS)-Harz, Polyetheretherketon (PEEK)-Harz, Flüssigkristallpolymer (LCP)-Harz, Silikonharz, Polyamidimid (PAI)-Harz, Polyimid (PI)-Harz oder Ähnlichem.
Zusätzlich, wenn ein Koeffizient einer linearen Ausdehnung unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens von Rissen, die durch Unterschiede in einer Ausdehnung verursacht werden, betrachtet wird, ist das Abdichtungselement 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 als das Zweifache von dem von anderen Harzen ist, wird vorzugsweise ausgeschlossen.
In elektrischen Produkten, die keine Maschine aufweisen, die eine Verbrennung verwendet, wie einem Elektrofahrzeug, kommen auch ein PPO-Harz (Poly(p-phenylenoxid)-Harz) und Phenolharz mit einer Wärmebeständigkeit von etwa 180°C und faserverstärktes Kunststoffharz (FVK) 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 vorstehend genannten beschränkt.
Das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist proportional zu der Größenordnung des Magnetflusses. Hier, wenn der Statorkern Zähne aufweist, ist eine maximale Magnetflussmenge des Stators abhängig von und begrenzt durch die Sättigung der Magnetflussdichte an den Zähnen. Wenn jedoch der Statorkern keine Zähne aufweist, ist die maximale Magnetflussmenge des Stators nicht begrenzt. Deshalb ist die Konfiguration im Hinblick auf eine Erhöhung des Leitungsstroms zu der Statorwicklung 51 und des Verwirklichens einer Drehmomenterhöhung in der rotierenden elektrischen Maschine 10 vorteilhaft.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert sich die Induktivität in dem Stator 50 als ein Ergebnis davon, dass die Struktur (nutenlose beziehungsweise schlitzlose Struktur), bei der die Zähne eliminiert sind, in dem Stator 50 verwendet wird. Speziell, während die Induktivität in einem Stator einer typischen rotierenden elektrischen Maschine, bei der Leiter in Schlitzen untergebracht sind, die durch eine Vielzahl von Zähnen unterteilt sind, gleich ungefähr 1 mH ist, ist die Induktivität auf ungefähr 5 µH bis 60 µH in dem Stator 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel reduziert.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, auch bei der rotierenden elektrischen Maschine 10, die die Außenrotorstruktur aufweist, kann eine mechanische Zeitkonstante Tm durch eine Reduzierung der Induktivität in dem Stator 50 reduziert werden. Das heißt, eine Reduzierung der mechanischen Zeitkonstante Tm kann verwirklicht werden, während ein höheres Drehmoment verwirklicht wird. Wenn die Trägheit gleich J ist, die Induktivität gleich L ist, eine Drehmomentkonstante gleich Kt ist und eine gegenelektromotorische Kraftkonstante gleich Ke ist, wird die mechanische Zeitkonstante Tm durch den folgenden Ausdruck berechnet. $Tm = (J \times L) / (Kt \times Ke)$
In diesem Fall kann bestätigt werden, dass die mechanische Zeitkonstante Tm als ein Ergebnis einer Verringerung der Induktivität L abnimmt.
Die Leitergruppen 81 auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 sind derart konfiguriert, dass eine Vielzahl von Leitern 82, deren Querschnittsformen eine abgeflachte rechteckige Form bilden, derart angeordnet sind, dass sie in der radialen Richtung des Statorkerns 52 angeordnet sind. Der Leiter 82 ist angeordnet, so dass er derart ausgerichtet ist, dass, in einem seitlichen Querschnitt, die Dimension in radialer Richtung kleiner ist als die Dimension in Umfangsrichtung (Dimension in radialer Richtung < Dimension in Umfangsrichtung).
Als ein Ergebnis wird eine Dünnheit in der radialen Richtung in jeder Leitergruppe 81 erreicht. Weiterhin, zusätzlich dazu, dass die Dünnheit in der radialen Richtung erreicht wird, erstreckt sich ein Leiterkörperbereich auf eine ebene Weise zu einem Bereich, in dem ursprünglich Zähne vorgesehen waren, und wird eine abgeflachte Leiterbereichsstruktur gebildet. Als ein Ergebnis wird eine Erhöhung der Wärmeerzeugungsmenge der Leiter, die ein Problem wird, als ein Ergebnis davon, dass der Querschnittsbereich kleiner wird, als ein Ergebnis davon, dass dieser dünner wird, dadurch unterdrückt, dass der Querschnittsbereich des Leiterkörpers durch Abflachen in die Umfangsrichtung erhöht wird.
Hier, auch wenn die Vielzahl von Leitern in der Umfangsrichtung angeordnet sind und parallel verbunden sind, obwohl eine Verringerung des Leiterkörperquerschnittsbereichs, der zu der Leiterbeschichtung beiträgt, auftritt, können Effekte erzielt werden, die auf der gleichen Überlegung beruhen. Hier kann jeder der Leitergruppen 81 und jeder der Leiter 82 ebenso nachstehend als ein Leiterelement bezeichnet werden.
Da in der Statorwicklung 51 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Nuten beziehungsweise Schlitze vorgesehen sind, kann der Leiterkörperbereich, der durch die Statorwicklung 51 in einer einzelnen Runde in der Umfangsrichtung eingenommen wird, derart entworfen werden, dass er größer ist als ein nicht belegter Leiterkörperbereich, in dem die Statorwicklung 51 nicht vorhanden ist.
Hier, bei einer herkömmlichen rotierenden elektrischen Maschine für ein Fahrzeug, ist es selbstverständlich, dass der Leiterkörperbereich/nicht belegte Leiterkörperbereich in einer einzelnen Runde in der Umfangsrichtung der Statorwicklung gleich oder kleiner als 1 ist. Unterdessen sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Leitergruppen 81 derart bereitgestellt, dass der Leiterkörperbereich gleich dem nicht belegten Leiterkörperbereich ist oder dass der Leiterkörperbereich größer als der nicht belegte Leiterkörperbereich ist.
Hier, wie in 10 gezeigt ist, wenn ein Leiterbereich in den Leitern 82 (das heißt lineare Abschnitte 83, die nachstehend beschrieben sind) in der Umfangsrichtung angeordnet sind, WA ist und ein Zwischenleiterbereich zwischen nebeneinanderliegenden Leitern 82 WB ist, ist der Leiterbereich WA größer in der Umfangsrichtung als der Leiterbereich WB.
Bei der Leitergruppe 81 in der Statorwicklung 51 ist eine Dickendimension in der radialen Richtung der Leitergruppen 81 kleiner als eine Breitendimension in der Umfangsrichtung entsprechend einer einzelnen Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols. Das heißt, die Leitergruppe 81 besteht aus zwei Schichten von Leitern 82 in der radialen Richtung und zwei Leitergruppen 81 sind in der Umfangsrichtung für eine einzelne Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols bereitgestellt. In dieser Konfiguration wird eine Beziehung hergestellt, die durch Tc x 2 < Wc x 2 ausgedrückt wird, wobei Tc die Dickendimension in der radialen Richtung des Leiters 82 ist und Wc die Breitendimension in der Umfangsrichtung des Leiters 82 ist.
Als eine andere Konfiguration kann die Leitergruppe 81 hier aus zwei Schichten von Leitern 82 bestehen und kann eine einzelne Leitergruppe 81 in der Umfangsrichtung für eine einzelne Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols bereitgestellt sein. In dieser Konfiguration kann eine Beziehung hergestellt werden, die durch Tc x 2 < Wc ausgedrückt wird. Kurz gesagt, die Leiterabschnitte (Leitergruppen 81), die in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung in der Statorwicklung 51 angeordnet sind, weisen die Dickendimension in der radialen Richtung von dieser auf, die kleiner ist als die Breitendimension in der Umfangsrichtung entsprechend einer einzelnen Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols.
Mit anderen Worten kann jeder der Leiter 82 derart beschaffen sein, dass die Dickendimension Tc in der radialen Richtung kleiner ist als die Breitendimension Wc in der Umfangsrichtung. Zusätzlich kann weiterhin die Dickendimension (2Tc) in der radialen Richtung der Leitergruppe 81, die aus zwei Schichten von den Leitern 82 in der radialen Richtung besteht, das heißt die Dickendimension (2Tc) in der radialen Richtung der Leitergruppe 81, kleiner sein als die Breitendimension Wc in der Umfangsrichtung.
Das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist ungefähr umgekehrt proportional zu der Dicke in der radialen Richtung des Statorkerns 52 der Leitergruppe 81. In dieser Hinsicht, als ein Ergebnis davon, dass die Dicke der Leitergruppe 81 auf der radial äußeren Seite des Statorkerns 52 dünner gemacht wird, ist die Konfiguration hinsichtlich des Verwirklichens einer Drehmomenterhöhung in der rotierenden elektrischen Maschine 10 vorteilhaft. Ein Grund dafür ist, dass ein Abstand von der Magneteinheit 42 des Rotors 40 zu dem Statorkern 52 (das heißt ein Abstand eines Abschnitts, der kein Eisen umfasst) reduziert werden kann und ein Magnetwiderstand reduziert werden kann. Als ein Ergebnis kann ein Verbindungs- bzw. Verkettungsfluss in dem Statorkern 52 durch den Permanentmagneten erhöht werden und kann das Drehmoment verbessert werden.
Zusätzlich, als ein Ergebnis davon, dass die Dicke der Leitergruppe 81 dünner gemacht wird, auch wenn ein Magnetfluss von der Leitergruppe 81 entweicht, kann der Magnetfluss in dem Statorkern 52 leicht wiederhergestellt werden. Der Magnetfluss, der nach außerhalb entweicht und nicht effektiv für eine Drehmomentverbesserung verwendet wird, kann unterdrückt werden. Das heißt, eine Reduzierung einer magnetischen Kraft als ein Ergebnis einer Magnetflussentweichung kann unterdrückt werden. Der Verbindungs- bzw. Verkettungsfluss in dem Statorkern 52 durch den Permanentmagneten kann erhöht werden und das Drehmoment kann verbessert werden.
Der Leiter 82 ist aus einem beschichteten Leiter hergestellt, bei dem eine Oberfläche eines Leiterkörpers 82a mit einer Isolationsschicht 82b bedeckt ist. Eine Isolation ist zwischen den Leitern 82, die einander in der radialen Richtung überlappen, und zwischen dem Leiter 82 und Statorkern 52 sichergestellt. Wenn der Draht 86, der nachstehend beschrieben wird, ein selbstschmelzender beschichteter Draht ist, ist die Isolationsbeschichtung 82b aus der Beschichtung des Drahtes 86 hergestellt. Alternativ kann die Isolationsbeschichtung 82b aus einem Isolationselement hergestellt sein, das getrennt von der Beschichtung des Drahtes 86 aufgetragen beziehungsweise überlagert wird.
In jeder der Phasenwicklungen, die durch die Leiter 82 konfiguriert sind, werden hier Isolationseigenschaften der Isolationsbeschichtung 82b beibehalten, mit Ausnahme eines für eine Verbindung freiliegenden Abschnitts. Zum Beispiel kann der freiliegende Abschnitt ein Eingabe-/Ausgabeanschlussabschnitt oder ein Neutralpunktabschnitt sein, wenn eine Sternverbindung gebildet wird. In der Leitergruppe 81 werden die in der radialen Richtung benachbarten Leiter 82 mit Hilfe von harzbefestigten oder selbstschmelzenden beschichteten Drähten aneinander befestigt. Als ein Ergebnis werden Isolationsausfälle, Vibrationen und ein Geräusch, das als ein Ergebnis eines Aneinanderreibens der Leiter 82 entsteht, unterdrückt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Leiterkörper 82a als ein Bündel einer Vielzahl von Drähten 86 konfiguriert. Speziell, wie in 13 gezeigt ist, ist der Leiterkörper 82a in eine geflochtene Form gebildet, dadurch, dass die Vielzahl von Drähten 86 verdrillt werden. Zusätzlich, wie in 14 gezeigt ist, ist der Draht 86 als ein Verbund konfiguriert, bei dem dünne, faserige leitende Materialien 87 gebündelt sind.
Zum Beispiel kann der Draht 86 ein Verbund von Kohlenstoffnanoröhrenfasern (CNT-Fasern, „carbon nanotube“) sein. Als die CNT-Fasern können Fasern einschließlich borhaltiger Feinfasern verwendet werden, bei denen zumindest ein Teil des Kohlenstoffs durch Bor ersetzt ist. Als feine Fasern auf Kohlenstoffbasis können zusätzlich zu den CNT-Fasern auch aus der Gasphase gewachsene Kohlenstofffasern (VGCF, „vapor-grown carbon fibers“) und Ähnliche verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch CNT-Fasern verwendet. Die Oberfläche des Drahtes 86 ist hier durch eine polymere Isolationsschicht, wie etwa Emaille, überzogen. Zusätzlich ist die Oberfläche des Drahtes 86 vorzugsweise mit einer sogenannten Emaillebeschichtung beziehungsweise Lackbeschichtung bedeckt, die aus einer Polyimid-Beschichtung oder einer Amid-Imid-Beschichtung hergestellt ist.
Die Leiter 82 konfigurieren die Wicklungen von n-Phasen in der Statorwicklung 51. Zusätzlich liegen die Drähte 86 des Leiters 82 (das heißt des Leiterkörpers 82a) in einem Kontaktzustand nebeneinander. Der Leiter 82 besteht aus einem Drahtbündel, in dem ein Wicklungsleiterkörper einen Abschnitt aufweist, der dadurch gebildet wird, dass die Vielzahl von Drähten 86 verdrillt werden, an einer oder mehreren Stellen innerhalb einer Phase, und ein Widerstandswert zwischen verdrillten Drähten 86 ist größer als ein Widerstandswert des Drahtes 86 selbst.
Mit anderen Worten, wenn zwei benachbarte Drähte 86 einen ersten elektrischen Widerstand in der Richtung aufweisen, in der die Drähte 86 nebeneinanderliegen und jeder der Drähte 86 einen zweiten elektrischen Widerstand in der Längsrichtung von diesen aufweist, weist der erste elektrische Widerstand einen größeren Wert auf als der zweite elektrische Widerstand. Hier kann der Leiter 82 ein Drahtbündel sein, das durch die Vielzahl von Drähten 86 gebildet wird und in dem die Vielzahl von Drähten 86 von einem Isolationselement bedeckt sind, das einen sehr hohen elektrischen Widerstand aufweist. Zusätzlich kann der Leiterkörper 82a des Leiters 82 dadurch konfiguriert sein, dass die Vielzahl von Drähten 86 miteinander verdrillt sind.
In dem vorstehend beschriebenen Leiterkörper 82a, weil die Vielzahl von Drähten 86 miteinander verdrillt sind, kann eine Erzeugung von Wirbelströmen in den Drähten 86 unterdrückt werden und kann eine Verringerung der Wirbelströme in dem Leiterkörperbereich 82a verwirklicht werden. Zusätzlich, als ein Ergebnis davon, dass die Drähte 86 verdrillt werden, wird ein Abschnitt erzeugt, in dem Richtungen, in denen ein Magnetfeld angelegt wird, zueinander entgegengesetzt sind, in einem einzelnen Draht 86 erzeugt, und eine gegenelektromotorische Spannung wird aufgehoben. Daher kann wieder eine Verringerung der Wirbelströme erreicht werden. Zusätzlich, als ein Ergebnis davon, dass der Draht 86 aus faserigen leitenden Materialien 87 hergestellt ist, kann ebenso eine Verdünnung und eine signifikante Erhöhung in der Anzahl von Verdrillungen erreicht werden. Wirbelströme können in geeigneter Weise reduziert werden.
Ein Isolierungsverfahren für die Drähte 86 ist hier nicht auf die vorstehend beschriebene Polymerisolationsbeschichtung begrenzt und kann ein Verfahren sein, bei dem ein Stromfluss zwischen den verdrillten Drähten 86 durch einen Kontaktwiderstand erschwert wird. Das heißt, wenn eine Beziehung derart ist, dass der Widerstandswert zwischen den verdrillten Drähten 86 größer ist als der Widerstandswert des Drahtes 86 selbst, können die vorstehend beschriebenen Effekte als ein Ergebnis einer Potentialdifferenz, die als ein Ergebnis der Differenz der Widerstandswerte erzeugt wird, erzielt werden.
Zum Beispiel, als ein Ergebnis davon, dass eine Fertigungseinrichtung zur Herstellung des Drahtes 86 und eine Fertigungseinrichtung zur Herstellung des Stators 50 (des Ankers) der rotierenden elektrischen Maschine 10 als getrennte diskontinuierliche Einrichtungen verwendet werden, können die Drähte 86 aufgrund von Transportzeit, Arbeitsintervallen und Ähnlichem oxidiert werden. Ein Kontaktwiderstand kann erhöht werden und ist deshalb vorteilhaft.
Wie vorstehend beschrieben besitzt der Leiter 82 einen Querschnitt, der eine abgeflachte rechteckige Form aufweist. Eine Vielzahl von Leitern 82 ist derart angeordnet, dass sie in der radialen Richtung angeordnet beziehungsweise aufgereiht sind. Zum Beispiel kann der Leiter 82 die Form durch eine Vielzahl von beschichteten Drähten 86, die selbstschmelzende beschichtete Drähte sind, die eine Schmelzschicht und eine Isolationsschicht aufweisen, die in einem verdrillten Zustand gebündelt sind, beibehalten, wobei die Schmelzschichten miteinander verschmolzen sind.
Hier kann der Leiter 82 durch Drähte gebildet werden, die die Schmelzschicht nicht aufweisen, oder durch Drähte gebildet werden, die die selbstschmelzenden beschichteten Drähte sind, die durch ein synthetisches Harz oder Ähnliches in einem verdrillten Zustand in eine gewünschte Form gehärtet wurden. Wenn die Dicke der Isolationsbeschichtung 82b des Leiters 82 zum Beispiel 80 µm bis 100 µm ist und dicker als eine Beschichtungsdicke (5 µm bis 40 µm) eines Leiters, der üblicherweise verwendet wird, ist, kann eine Isolation zwischen dem Leiter 82 und dem Statorkern 52 sichergestellt werden, ohne dass ein Isolationspapier oder Ähnliches dazwischenliegt.
Zusätzlich ist die Isolationsbeschichtung 82b vorzugsweise derart konfiguriert, dass sie höhere Isolationseigenschaften aufweist als die Isolationsschicht des Drahtes 86 und dazu in der Lage ist, zwischen Phasen zu isolieren. Wenn zum Beispiel die Dicke der Polymerisolationsschicht des Drahtes 86 ungefähr 5 µm ist, ist die Dicke der Isolationsbeschichtung 82b des Leiters 82 vorzugsweise ungefähr 80 µm bis 100 µm und ist dazu in der Lage, auf geeignete Weise zwischen Phasen zu isolieren.
Des Weiteren kann der Leiter 82 derart konfiguriert sein, dass die Vielzahl von Drähten 86 gebündelt ist, ohne verdrillt zu sein. Das heißt, der Leiter 82 kann irgendeine einer Konfiguration aufweisen, bei der die Vielzahl von Drähten 86 über die gesamte Länge von diesen verdrillt sind, eine Konfiguration, bei der die Vielzahl von Drähten 86 in einem Abschnitt der Gesamtlänge verdrillt sind und eine Konfiguration, bei der die Vielzahl der Drähte 86 gebündelt sind, ohne über die gesamte Länge verdrillt zu sein. Zusammengefasst ist der Leiter 82, der den Leiterabschnitt konfiguriert, ein Drahtbündel, bei dem die Vielzahl von Drähten 86 gebündelt sind, und der Widerstandswert zwischen den gebündelten Drähten größer ist als der Widerstandswert des Drahtes 86 selbst.
Der Leiter 82 wird durch Biegen derart geformt, so dass er in einem vorbestimmten Anordnungsmuster in der Umfangsrichtung der Statorwicklung 51 angeordnet ist. Als ein Ergebnis wird als die Statorwicklung 51 eine Phasenwicklung für jede Phase gebildet. Wie in 12 gezeigt ist, wird in der Statorwicklung 51 der spulenseitige Abschnitt 53 durch den linearen Abschnitt 83 des Leiters 82 gebildet, der sich linear in die axiale Richtung erstreckt, und werden die Spulenenden 54 und 55 durch die Wendeabschnitte 84 gebildet, die weiter in Richtung von beiden äußeren Seiten hervorstehen als der spulenseitige Abschnitt 53 in die axiale Richtung.
Als ein Ergebnis davon, dass der lineare Abschnitt 83 und der Wendeabschnitt 84 sich abwechselnd wiederholen, sind die Leiter 82 als eine Reihe von Leitern in einem Wellenwickelzustand konfiguriert. Der lineare Abschnitt 83 ist an einer Position angeordnet, die der Magneteinheit 42 in der radialen Richtung gegenüberliegt. Die linearen Abschnitte 83 der gleichen Phase, die mit einem vorbestimmten Intervall zwischen diesen in Positionen auf der Außenseite in der axialen Richtung der Magneteinheit 42 angeordnet sind, sind miteinander durch den Wendeabschnitt 84 verbunden. Der lineare Abschnitt 83 entspricht hier einem „Magnetgegenabschnitt“ beziehungsweise einem „dem Magneten gegenüberliegenden Abschnitt“.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Statorwicklung 51 dadurch gebildet, dass diese in eine kreisförmige Ringform durch verteilte Wicklungen gewickelt wird. In diesem Fall sind in dem spulenseitigen Abschnitt 53 die linearen Abschnitte 83 in der Umfangsrichtung in einem Intervall angeordnet, das einem einzelnen Polpaar der Magneteinheit 42 entspricht, für jede Phase. In den Spulenenden 54 und 55 sind die linearen Abschnitte 83 von jeder Phase miteinander 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 entgegengesetzt zueinander. Zusätzlich unterscheidet sich zwischen einem Spulenende 54 und dem anderen Spulenende 55 eine Kombination des Paares der linearen Abschnitte 83, die durch den Wendeabschnitt 84 miteinander verbunden sind. Als ein Ergebnis davon, dass die Verbindungen an den Spulenenden 54 und 55 in der Umfangsrichtung wiederholt werden, wird die Statorwicklung 51 in eine annähernd kreiszylindrische Form gebildet.
Genauer umfasst die Statorwicklung 51 die Wicklung von jeder Phase, die unter Verwendung von zwei Paaren von Leitern 82 für jede Phase konfiguriert ist, und eine Dreiphasenwicklung (U-Phase, V-Phase und W-Phase) und die andere Dreiphasenwicklung (X-Phase, Y-Phase und Z-Phase) der Statorwicklung 51 sind in zwei Schichten bereitgestellt, die auf der Innenseite und der radial äußeren Seite liegen. In diesem Fall, wenn die Anzahl von Phasen der Statorwicklung 51 gleich S ist (6 in dem Fall des Beispiels), und die Anzahl von Leitern 82 pro Phase gleich m ist, werden 2 × S × m = 2Sm Leiter 82 für jedes Polpaar gebildet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl von Phasen S gleich sechs und ist die Anzahl m gleich vier, und weist die rotierende elektrische Maschine acht Polpaare (16 Pole) auf. Deshalb sind 6 x 4 x 8 = 192 Leiter 82 in der Umfangsrichtung des Statorkerns 52 angeordnet.
In der in 12 gezeigten Statorwicklung 51 sind in dem spulenseitigen Abschnitt 53 die linearen Abschnitte 83 derart angeordnet, dass sie sich in zwei in der radialen Richtung benachbarten Schichten überlappen, und in den Spulenenden 54 und 55 erstrecken sich die Wendeabschnitte 84 in die Umfangsrichtung von den linearen Abschnitten 83, die sich in der radialen Richtung überlappen, in Richtungen, die einander in der Umfangsrichtung entgegengesetzt sind. Das heißt, in den Leitern 82, die in der radialen Richtung nebeneinanderliegen, sind die Richtungen der Wendeabschnitte 84 entgegengesetzt zueinander, mit Ausnahme der Endabschnitte der Statorwicklung 51.
Hier wird eine Wicklungsstruktur der Leiter 82 in der Statorwicklung 51 nachstehend detailliert beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Leitern 82, die durch eine Wellenwicklung gebildet werden, derart bereitgestellt, dass sie sich in einer Vielzahl von Schichten (wie etwa zwei Schichten), die in der radialen Richtung nebeneinanderliegen, überlappen. 15(a) und 15(b) stellen Diagramme eines Aspekts der Leiter 82 in einer n-ten Schicht dar.
15(a) zeigt die Form der Leiter 82, wenn von einer Seite der Statorwicklung 51 aus betrachtet. 15(b) zeigt die Form der Leiter 82, wenn von einer axialen Richtungsseite der Statorwicklung 51 aus betrachtet. In 15(a) und 15(b) sind hier die Positionen, in denen die Leitergruppen 81 angeordnet sind, entsprechend D1, D2, D3, .... Zusätzlich sind der Einfachheit halber nur drei Leiter 82 gezeigt. Die drei Leiter 82 sind ein erster Leiter 82_A, ein zweiter Leiter 82_B und ein dritter 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, das heißt an der gleichen Position in der radialen Richtung. Die linearen Abschnitte 83, die in der Umfangsrichtung durch sechs Positionen (entsprechend 3 x m Paaren) voneinander getrennt sind, sind durch den Wendeabschnitt 84 miteinander verbunden. Mit anderen Worten sind in den Leitern 82_A bis 82_C zwei der beiden Enden von sieben linearen Abschnitten 83, die in der Umfangsrichtung der Statorwicklung 51 auf demselben Kreis, dessen Mittelpunkt ein axialer Mittelpunkt des Rotors 40 ist, nebeneinander angeordnet sind, durch einen einzelnen Wendeabschnitt 84 miteinander verbunden. Zum Beispiel ist in dem ersten Leiter 82_A ein Paar linearer Abschnitte 83 jeweils in D1 und D7 angeordnet und das Paar linearer Abschnitte 83 ist durch den Wendeabschnitt 84, der eine umgekehrte V-Form aufweist, miteinander verbunden.
Zusätzlich sind die anderen Leiter 82_B und 82_C entsprechend angeordnet, so dass die Positionen in der Umfangsrichtung um jeweils eine Position in derselben n-ten Schicht verschoben sind. In diesem Fall, da die Leiter 82_A bis 82_C alle in der gleichen Schicht angeordnet sind, kann davon ausgegangen werden, dass sich die Wendeabschnitte 84 gegenseitig stören können. Daher wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Störungsverhinderungsabschnitt, in dem ein Abschnitt von jedem Wendeabschnitt 84 in der radialen Richtung versetzt ist, in den Wendeabschnitten 84 der Leiter 82_A bis 82_C gebildet.
Speziell umfasst der Wendeabschnitt 84 von jedem 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 der Umfangsrichtung auf demselben Kreis (ersten Kreis) erstreckt. Der Spitzenabschnitt 84b ist von dem schrägen beziehungsweise geneigten Abschnitt 84a weiter in Richtung der radial inneren Seite (oberen Seite in 15(b)) verschoben, als der gleiche Kreis, und erreicht einen anderen Kreis (zweiten Kreis). Der schräge Abschnitt 84c erstreckt sich in der Umfangsrichtung auf dem zweiten Kreis. Der Rücklaufabschnitt 84d kehrt von dem ersten Kreis zu dem zweiten Kreis zurück.
Der Spitzenabschnitt 84b, der schräge Abschnitt 84c und der Rücklaufabschnitt 84d entsprechen dem Störungsverhinderungsabschnitt. Hier kann der schräge Abschnitt 84c derart konfiguriert sein, dass er sich relativ zu dem schrägen Abschnitt 84a in Richtung der radial äußeren Seite verschiebt.
Mit anderen Worten weist der Wendeabschnitt 84 von jedem der Leiter 82_A bis 82_C den schrägen Abschnitt 84a auf einer Seite und den schrägen Abschnitt 84c auf der anderen Seite von beiden Seiten auf, zwischen denen der Spitzenabschnitt 84b liegt, der eine Mittelposition in der Umfangsrichtung ist. Die Positionen in der radialen Richtung der schrägen Abschnitte 84a und 84c (Positionen einer rückwärtigen Richtung auf dem Blatt in 15(a) und Positionen in einer Aufwärts-/Abwärtsrichtung in 15(b)) unterscheiden sich voneinander.
Zum Beispiel ist der Wendeabschnitt 84 des ersten Leiters 82_A derart konfiguriert, dass er sich entlang der Umfangsrichtung mit einer D1-Position in der n-ten Schicht als eine Ausgangsposition erstreckt. Sich an dem Spitzenabschnitt 84, der die Mittelposition in der Umfangsrichtung ist, in die radiale Richtung (zum Beispiel in Richtung der radial inneren Seite) wendet, nachfolgend wieder in die Umfangsrichtung wendet, wodurch er sich wieder entlang der Umfangsrichtung erstreckt, um sich dann wieder in die radiale Richtung zu wenden (wie etwa in Richtung der radial äußeren Seite) an dem Rücklaufabschnitt 84d, wodurch eine D7-Position in der n-ten Schicht erreicht wird, die eine Endposition beziehungsweise Anschlussposition ist.
Als ein Ergebnis der vorstehend beschriebenen Konfiguration sind in den Leitern 82_A bis 82_C die einen schrägen Abschnitte 84a von oben nach unten in der Reihenfolge von dem ersten Leiter 82_A → zweiter Leiter 82_B → dritter Leiter 82_C angeordnet. Zusätzlich 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 von dem dritten Leiter 82_C → zweiter Leiter 82_B → erster Leiter 82_A angeordnet. Deshalb können die Leiter 82_A bis 82_C in der Umfangsrichtung angeordnet werden, ohne sich gegenseitig zu behindern.
Die Leitergruppe 81 wird hier durch eine Vielzahl von Leitern 82 gebildet, die sich in der radialen 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 diese in der radialen Richtung weiter voneinander getrennt sind als die linearen Abschnitte 84.
Zusätzlich, wenn die Leiter 82 einer Vielzahl von Schichten an den Endabschnitten der Wendeabschnitte 84, das heißt in der Nähe von Grenzabschnitten mit den linearen Abschnitten 83 in der radialen Richtung zu der gleichen Seite gebogen sind, kann verhindert werden, dass die Isolierung infolge von Störungen zwischen den Leitern 82 von benachbarten Schichten beeinträchtigt wird.
Zum Beispiel sind in D7 bis D9 in 15(a) und 15(b) die Leiter 82, die sich in der radialen Richtung überlappen, jeweils an dem Rücklaufabschnitt 84d des Wendeabschnitts 84 in der radialen Richtung gebogen. In diesem Fall, wie in 16 gezeigt ist, kann der Krümmungsradius eines Biegeabschnitts zwischen dem Leiter 82 der n-ten Schicht und dem Leiter 82 der n+1-ten Schicht verschieden sein. Speziell ist ein Krümmungsradius R1 des Leiters 82 auf der radial inneren Seite (n-ten Schicht) kleiner als ein Krümmungsradius R2 des Leiters 82 auf der radial äußeren Seite (n+1-ten Schicht).
Zusätzlich kann ein Verschiebungsbetrag in der radialen Richtung zwischen dem Leiter 82 der n-ten Schicht und dem Leiter 82 der n+1-ten Schicht unterschiedlich eingestellt sein. Speziell ist ein Verschiebungsbetrag S1 des Leiters 82 auf der radial inneren Seite (n-ten Schicht) kleiner als ein Verschiebungsbetrag S2 des Leiters 82 auf der radial äußeren Seite (n+1-ten Schicht).
Als ein Ergebnis der vorstehend beschriebenen Konfiguration, auch wenn die Leiter 82, die sich in der radialen Richtung überlappen, in die gleiche Richtung gebogen werden, kann eine gegenseitige Störung zwischen den Leitern 82 auf geeignete Weise verhindert werden. Als ein Ergebnis können günstige Isolationseigenschaften verwirklicht werden.
Als Nächstes wird die Struktur der Magneteinheit 42 in dem Rotor 40 beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Magneteinheit 42 aus einem Permanentmagneten hergestellt. Ein Permanentmagnet, dessen permanente Flussdichte Br = 1,0 [T] und intrinsische Koerzitivkraft Hcj = 400 [kA/m] oder größer ist, wird angenommen. Kurz gesagt ist der Permanentmagnet, der gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ein gesinterter Magnet, in dem ein granulares 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 remanente Flussdichte Br ist gleich oder größer als 1,0 [T].
Wenn 5.000 bis 10.000 [AT] als ein Ergebnis einer Zwischenphasenerregung angelegt werden, wenn ein Permanentmagnet verwendet wird, bei dem die magnetische Länge eines einzelnen Polpaares, das heißt eines N-Pols und eines S-Pols, oder mit anderen Worten, eine Länge eines Weges, über den der Magnetfluss zwischen dem N-Pol und dem S-Pol fließt und der durch den Magneten verläuft, gleich 25 [mm] beträgt, ist Hcj = 10.000 [A], was angibt, dass eine Entmagnetisierung nicht auftritt.
Mit anderen Worten ist die Magneteinheit 42 eine, bei der eine Sättigungsmagnetflussdichte Js gleich oder größer als 1,2 [T] ist, eine Korngröße gleich oder kleiner als 10 [µm] ist und, wenn ein Orientierungsverhältnis α ist, Js × α gleich oder größer als 1,0 [T] ist.
Nachfolgend wird eine ergänzende Beschreibung hinsichtlich der Magneteinheit 42 bereitgestellt. Die Magneteinheit 42 (der Magnet) ist dadurch gekennzeichnet, dass 2,15 [T] ≥ Js ≥ 1,2 [T] gilt. Mit anderen Worten können als der Magnet, der in der Magneteinheit 42 verwendet wird, NdFe11TiN, Nd2Fe14B, Sm2Fe17N3, ein FeNi-Magnet, der Kristalle vom L10-Typ aufweist, und Ähnliche verwendet werden.
Hier können Zusammensetzungen wie SmCo5 (Samarium-Kobalt), FePt, Dy2Fe14B und CoPt nicht verwendet werden. Ebenso kann 2,15 [T] ≥ Js ≥ 1,2 [T] auch bei Magneten desselben Verbundtyps erfüllt sein, wie etwa bei einer Kombination von Dy2Fe14B und Nd2Fe14B, bei denen Dysprosium, eine schwere Seltene Erde, typischerweise verwendet wird, um die hohe Koerzitivkraft von Dy zu erreichen, während die hohen Js-Eigenschaften von Neodym nur geringfügig verlorengehen. Diese Magnete können in diesem Fall ebenso verwendet werden.
In solchen Fällen wird der Magnet zum Beispiel als ([Nd1-xDyx]2Fe14B) bezeichnet. Des Weiteren kann 2,15 [T] ≥ Js ≥ 1,2 [T] auch bei zwei oder mehr Arten von Magneten erreicht werden, die unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, wie etwa Magnete, die aus zwei oder mehr Arten von Materialien hergestellt sind, wie etwa FeNi und Sm2Fe17N3. Zum Beispiel kann 2,15 [T] ≥ Js ≥ 1,2 [T] auch in einem gemischten Magneten erreicht werden, bei dem die Koerzitivkraft beispielsweise durch eine kleine Menge von Dy2Fe14B erhöht wird, dessen Js < 1 [T] mit einem Nd2Fe14B-Magneten gemischt ist, dessen Js = 1,6 [T] ist und der einen Spielraum mit Bezug auf Js hat.
Zusätzlich werden in einer rotierenden elektrischen Maschine, die bei einer Temperatur betrieben wird, die außerhalb des Bereichs menschlicher Aktivität liegt, wie zum Beispiel 60°C oder höher, die die Temperaturen einer Wüste übersteigt, oder wie zum Beispiel für die Verwendung in einem Fahrzeugmotor, in dem sich eine Temperatur im Fahrzeug bei Stillstand im Sommer 80°C nähert, vorzugsweise die Komponenten FeNi und Sm2Fe17N3 eingesetzt, deren Temperaturabhängigkeitskoeffizient besonders klein ist.
Ein Grund dafür ist, dass sich im Motorbetrieb von einem Temperaturzustand nahe -40°C in Nordeuropa, der in dem Bereich menschlicher Aktivität liegt, bis zu den erwähnten 60°C oder mehr, die die Temperaturen einer Wüste übersteigt, oder zu Hitzebeständigkeitstemperaturen von ungefähr 180°C bis 240°C einer Spulenemaillebeschichtung, die Motoreigenschaften aufgrund des Temperaturabhängigkeitskoeffizienten deutlich unterscheiden.
Deshalb wird eine optimale Steuerung und Ähnliches mit dem gleichen Motortreiber schwierig. Durch Verwendung von FeNi mit Kristallen des L10-Typs oder Sm2Fe17N3 oder Ähnlichem, wie vorstehend beschrieben, da diese Magnete einen Temperaturabhängigkeitskoeffizienten haben, der gleich oder weniger als halb so groß wie der von Nd2Fe14B ist, kann eine Last, die auf den Motortreiber ausgeübt wird, auf geeignete Weise reduziert werden.
Zusätzlich weist die Magneteinheit 42 eine Charakteristik auf, dass, unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Magnetzusammensetzung, eine Größenordnung einer Partikelgröße in einem feinen Pulverzustand vor einer Ausrichtung gleich oder kleiner als 10 µm ist, und gleich oder größer als eine Partikelgröße einer einzelnen magnetischen Domäne ist. In einem Magneten erhöht sich die Koerzitivkraft als ein Ergebnis davon, dass Partikel des Pulvers in der Ordnung von mehreren Hundert nm mikronisiert werden. Deshalb wird in den letzten Jahren ein Pulver verwendet, das so weit wie möglich mikronisiert ist.
Wenn das Pulver jedoch zu fein ist, nimmt das BH-Produkt des Magneten als ein Ergebnis einer Oxidation und Ähnlichem ab. Daher ist eine Partikelgröße, die gleich oder größer als die Partikelgröße einer einzelnen Magnetdomäne ist, vorzuziehen. Wenn die Partikelgröße die Partikelgröße der einzelnen Magnetdomäne erreicht, ist bekannt, dass sich die Koerzitivkraft als ein Ergebnis einer Mikronisierung erhöht. Die Größenordnung der Partikelgröße, wie hierin beschrieben, bezieht sich hier auf die Größenordnung einer Partikelgröße in einem feinen Pulverzustand in einem Ausrichtungsschritt in Bezug auf einen Herstellungsprozess eines Magneten.
Des Weiteren ist jeder eines ersten Magneten 91 und eines zweiten Magneten 92 der Magneteinheit 42 ein gesinterter Magnet, der durch sogenanntes Sintern gebildet wird, bei dem ein magnetisches Pulver bei einer hohen Temperatur gebacken und gehärtet wird. Dieses Sintern wird derart 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 Ausrichtungsverhältnis gleich α ist, eine Bedingung erfüllt ist, dass Js × α gleich oder größer als 1,0 T (Tesla) ist.
Zusätzlich sind der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 jeweils derart gesintert, dass sie die folgenden Bedingungen erfüllten. Zusätzlich, als ein Ergebnis davon, dass in dem Ausrichtungsschritt in dem Herstellungsprozess eine Orientierung durchgeführt wird, im Gegensatz zu einer Definition einer Magnetkraftrichtung eines isotropen Magneten als ein Ergebnis eines Magnetisierungsschritts, weisen der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 ein hohes Ausrichtungsverhältnis auf. Ein hohes Ausrichtungsverhältnis ist eingestellt, so dass die Sättigungsmagnetisierung Js der Magneteinheit 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich oder größer als 1,2 T ist, und das Ausrichtungsverhältnis α des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 gleich Jr ≥ Js × α ≥ 1,0 [T] ist.
Hier ist beispielsweise das Ausrichtungsverhältnis α, auf das hier Bezug genommen wird, in jedem des ersten Magneten 91 oder des zweiten Magneten 92 α = 5/6, wenn sechs leichte Magnetisierungsachsen vorhanden sind und von den sechs leichten Magnetisierungsachsen fünf auf eine Richtung A10 ausgerichtet sind, die die gleiche Richtung ist, und die verbleibende auf eine Richtung B10 ausgerichtet ist, die in einem Winkel von 90 Grad relativ zu der Richtung A10 geneigt ist, und α = (5 + 0,707)/6, wenn der verbleibende Magnet auf eine Richtung B10 ausgerichtet ist, die um 45 Grad relativ zu der Richtung A10 geneigt ist, weil die Komponente des verbleibenden Magneten, der auf die Richtung A10 ausgerichtet ist, gleich cos45° = 0,707 ist.
In dem vorliegenden Beispiel sind der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 durch Sintern hergestellt. Wenn jedoch die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt sind, können der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 durch andere Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein MQ3-Magnet oder Ähnliches gebildet wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, weil ein Permanentmagnet verwendet wird, bei dem die leichte Achse der Magnetisierung durch eine Ausrichtung gesteuert wird, verwendet wird, kann eine Magnetkreislänge im Inneren des Magneten im Vergleich zu der Magnetkreislänge eines herkömmlichen linear ausgerichteten Magneten, der 1,0 [T] oder mehr ausgibt, länger gemacht werden. Das heißt, die Magnetkreislänge für ein einzelnes Polpaar kann unter Verwendung einer kleineren Menge an magnetischem Material erreicht werden.
Zusätzlich, im Vergleich zu einem Entwurf, bei dem ein herkömmlicher linear ausgerichteter Magnet verwendet wird, auch wenn der Magnet rauen Hochtemperaturbedingungen ausgesetzt wird, kann ein reversibler Entmagnetisierungsbereich von diesem beibehalten werden. Zusätzlich haben die Offenleger der vorliegenden Anmeldung eine Konfiguration gefunden, bei der ähnliche Charakteristiken wie bei einem polaren anisotropen Magneten auch durch die Verwendung eines Magneten einer herkömmlichen Technologie verwirklicht werden können.
Die leichte Achse der Magnetisierung bezieht sich hier auf eine Kristallausrichtung, bei der die Magnetisierung in einem Magneten erleichtert wird. Die Ausrichtung der leichten Achse der Magnetisierung in einem Magneten ist eine Richtung, deren Ausrichtungsverhältnis, das angibt, zu welchem Ausmaß die Richtungen der leichten Achsen der Magnetisierung übereinstimmen, gleich oder größer als 50% ist, oder eine Richtung, die der Durchschnitt der Ausrichtungen des Magneten ist.
Wie in 8 und 9 gezeigt ist, ist die Magneteinheit 42 kreisringförmig ausgebildet und ist auf der Innenseite des Magnethalters 41 (speziell 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 voneinander verschieden sind. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Der erste Magnet 91 ist ein Magnet, der einen N-Pol in einem Abschnitt in der Nähe der Statorwicklung 51 bildet. Der zweite Magnet 92 ist ein Magnet, der einen S-Pol in einem Abschnitt in der Nähe der Statorwicklung 51 bildet. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 sind Permanentmagnete, die zum Beispiel aus einem Seltene-Erde-Magneten, wie etwa einem Neodym-Magneten, hergestellt sind.
Wie in 9 gezeigt ist, erstreckt sich die Magnetisierungsrichtung in jedem der Magnete 91 und 92 in einer Kreisbogenform zwischen einer d-Achse (direkten 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 ist die Magnetflussdichte gleich 0 Tesla). In jedem der Magnete 91 und 92 ist die Magnetisierungsrichtung auf der Seite der d-Achse die radiale Richtung der Magneteinheit 42, die eine kreisförmige Ringform hat. Auf der Seite der q-Achse ist die Magnetisierungsrichtung der Magneteinheit 42, die die kreisförmige Ringform hat, die Umfangsrichtung. Dies wird nachstehend detaillierter beschrieben.
Wie in 9 gezeigt ist, 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 positioniert sind. Mit anderen Worten ist der erste Abschnitt 250 näher zu der d-Achse als der zweite Abschnitt 260 und ist der zweite Abschnitt 260 näher zu der q-Achse als der erste Abschnitt 250.
Zusätzlich ist die Magneteinheit 42 derart konfiguriert, dass die Richtung einer leichten Achse der Magnetisierung 300 in dem ersten Abschnitt 250 eher parallel zu der d-Achse verläuft, als die Richtung der leichten Achse einer Magnetisierung 310 in dem zweiten Abschnitt 260. Mit anderen Worten ist die Magneteinheit 42 derart 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 ist der Winkel θ11 ein Winkel, der durch die d-Achse und die leichte Achse der Magnetisierung 300 gebildet wird, wenn eine Richtung von dem Stator 50 (Anker) zu der 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 gebildet wird, wenn eine Richtung von dem Stator 50 (Anker) zu der Magneteinheit 42 auf der q-Achse vorwärts ist. Hier sind der Winkel θ11 und der Winkel θ12 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beide gleich oder kleiner als 90°.
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 einer Magnetisierung in eine Richtung A11 und eine andere leichte Achse einer Magnetisierung in eine Richtung B11 ausgerichtet ist, ist ein Absolutwert (| cosθ |) eines Kosinus eines Winkels θ, der durch die Richtung A11 und die Richtung B11 gebildet wird, die leichte Achse einer Magnetisierung 300 oder die leichte Achse einer Magnetisierung 310.
Das heißt, in jedem der Magnete 91 und 92 unterscheidet sich die Ausrichtung der leichten Achse der Magnetisierung zwischen der Seite der d-Achse (der Abschnitt, der näher an der d-Achse liegt) und der Seite der q-Achse (der Abschnitt, der näher an der q-Achse liegt). Auf der Seite der d-Achse ist die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung eine Ausrichtung, die nahe an einer Richtung liegt, die parallel zu der d-Achse verläuft. Auf der Seite der q-Achse ist die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung eine Ausrichtung, die nahe an einer Richtung liegt, die orthogonal zu der q-Achse ist.
Zusätzlich kann ein magnetischer Pfad, der eine Kreisbogenform aufweist, basierend auf den Ausrichtungen der leichten Achse der Magnetisierung gebildet werden. Hier kann in jedem der Magnete 91 und 92 die leichte Achse der Magnetisierung auf der Seite der d-Achse eine Ausrichtung aufweisen, die parallel zu der d-Achse ist, und kann die leichte Achse einer Magnetisierung auf der Seite der q-Achse eine Ausrichtung aufweisen, die orthogonal zu der q-Achse ist.
Zusätzlich dienen in den Magneten 91 und 92 von der Umfangsfläche von jedem der Magnete 91 und 92 eine statorseitige Außenfläche, die auf der Seite des Stators 50 liegt (untere Seite in 9) und eine Endfläche auf der Seite der q-Achse in der Umfangsrichtung als Magnetflusswirkflächen, die Einströmungs-/ Ausströmungsflächen für den Magnetfluss sind. Der Magnetflusspfad ist derart gebildet, dass er diese Magnetflusswirkflächen (die statorseitige Außenfläche und die Endfläche auf der Seite der q-Achse) verbindet.
In der Magneteinheit 42, als ein Ergebnis der Magnete 91 und 92, fließt der Magnetfluss zwischen nebeneinanderliegenden N- und S-Polen in einer Kreisbogenform. Daher ist zum Beispiel der magnetische Pfad länger im Vergleich mit demjenigen eines radialen anisotropen Magneten. Daher, wie in 17 gezeigt ist, ist die Magnetflussdichteverteilung nahe zu einer Sinuswelle. Als ein Ergebnis, im Gegensatz zu der Magnetflussdichteverteilung des radialen anisotropen Magneten, die als ein Vergleichsbeispiel in 18 gezeigt ist, kann der Magnetfluss in Richtung einer mittleren Seite des Magnetpols konzentriert werden. Das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann erhöht werden.
Zusätzlich ist eine Differenz in der Magnetflussdichteverteilung zwischen der Magneteinheit 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und einem herkömmlichen Magneten, der ein Halbach-Array bzw. eine Halbach-Anordnung aufweist, vorhanden. Hier in 17 und 18 gibt eine horizontale Achse einen elektrischen Winkel an und gibt eine vertikale Achse eine Magnetflussdichte an. Zusätzlich gibt in 17 und 18 der Wert 90° auf der horizontalen Achse die d-Achse an (das heißt die Magnetpolmitte) und geben die Werte 0° und 180° auf der horizontalen Achse die q-Achse an.
Das heißt, als ein Ergebnis der Magnete 91 und 92, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert sind, wird der magnetische Magnetfluss auf der d-Achse verstärkt und werden Änderungen in dem Magnetfluss in der Nähe der q-Achse unterdrückt. Als ein Ergebnis können die Magnete 91 und 92, bei denen die Änderungen in dem Oberflächenmagnetfluss von der q-Achse zu der d-Achse an jedem Magnetpol graduell sind, auf geeignete Weise implementiert werden.
Zum Beispiel kann das Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis der Magnetflussdichteverteilung ein Wert sein, der gleich oder größer als 40% ist. Als ein Ergebnis, im Vergleich mit einem Fall, in dem ein radial ausgerichteter Magnet oder ein parallel ausgerichteter Magnet, dessen Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis ungefähr 30% ist, verwendet wird, kann der Betrag beziehungsweise die Menge des Magnetflusses in einem Wellenformmittelabschnitt zuverlässig verbessert werden. Zusätzlich, wenn das Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis gleich oder größer als 60% ist, kann die Menge des Magnetflusses in dem Wellenformmittelabschnitt im Vergleich mit dem einer Magnetflusskonzentrationsanordnung bzw. einem Magnetflusskonzentrations-Array, wie etwa dem Halbach-Array, zuverlässig verbessert werden.
In dem radialen anisotropen Magneten, der in 18 gezeigt ist, ändert sich die magnetische Dichte in der Nähe der q-Achse stark. Je stärker sich die Magnetflussdichte ändert, desto größer werden die Wirbelströme, die in der Statorwicklung 51 erzeugt werden. Zusätzlich wird die Änderung in dem Magnetfluss auf der Seite der Statorwicklung 51 ebenso stark. In dieser Hinsicht ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Magnetflussdichteverteilung eine Magnetflusswellenform, die nahe zu einer Sinuswelle ist. Deshalb ist in der Nähe der q-Achse die Änderung in der Magnetflussdichte kleiner als die Änderung in der Magnetflussdichte in dem radialen anisotropen Magneten. Als ein Ergebnis kann die Erzeugung von Wirbelströmen unterdrückt werden.
In der Magneteinheit 42 wird der Magnetfluss in der Nähe der d-Achse von jedem der Magnete 91 und 92 (das heißt in der Nähe der Magnetpolmitte) bei einer Ausrichtung, die orthogonal zu der Magnetflusswirkfläche 280 auf der Seite des Stators 50 ist, erzeugt. Der Magnetfluss bildet eine Kreisbogenform, die sich von der d-Achse zurückzieht, wenn sich der Magnetfluss von der Magnetflusswirkoberfläche 280 auf der Seite des Stators 50 zurückzieht.
Zusätzlich wird der Magnetfluss stärker, wenn der Magnetfluss orthogonaler zu der Magnetflusswirkoberfläche 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 vorstehend beschrieben, die Mittelposition in der radialen Richtung der Leitergruppe 81 nahe zu der Magnetflusswirkfläche der Magneteinheit 42. Ein starker Magnetfluss kann in dem Stator 50 von dem Rotor 40 empfangen werden.
Zusätzlich ist der Stator 50 mit dem kreiszylindrischen Statorkern 52 auf der radial inneren Seite der Statorwicklung 51 bereitgestellt, das heißt, auf der Seite entgegengesetzt zu dem Rotor 40 mit der Statorwicklung 51 dazwischen. Deshalb wird der Magnetfluss, der sich von der Magnetflusswirkfläche von jedem Magneten 91 und 92 erstreckt, zu dem Statorkern 52 gezogen und umkreist den Statorkern 52 unter Verwendung des Statorkerns 52 als einen Abschnitt des Magnetpfads. In diesem Fall können die Ausrichtung und der Pfad des magnetischen Magnetflusses optimiert werden.
Nachstehend werden als ein Herstellungsverfahren für die rotierende elektrische Maschine 10 Montageschritte für die Lagereinheit 20, das Gehäuse 30, den Rotor 40, den Stator 50 und die Wechselrichtereinheit 60, die in 5 gezeigt sind, beschrieben. Die Wechselrichtereinheit 60 umfasst hier die Einheitsbasis 61 und die elektrischen Komponenten 62, wie es in 6 gezeigt ist. Arbeitsschritte, die den Montageschritt für die Einheitsbasis 61 und die elektrischen Komponenten 62 umfassen, werden beschrieben. In der nachstehenden 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 des Montierens der elektrischen Komponenten 62 auf der radial inneren Seite der Einheitsbasis 61; ein zweiter Schritt des Herstellens der ersten Einheit durch Montieren der Einheitsbasis 61 auf der radial inneren Seite des Stators 50; ein dritter Schritt des Herstellens der zweiten Einheit durch Einsetzen des Fixierungsabschnitts 44 des Rotors 40 in die Lagereinheit 20, die an dem Gehäuse 30 angebracht ist; ein vierter Schritt des Montierens der ersten Einheit auf der radial inneren Seite der zweiten Einheit; und ein fünfter Schritt des Fixierens des Gehäuses 30 und der Einheitsbasis 61 durch eine Befestigung. Eine Reihenfolge der Ausführung dieser Schritte ist erster Schritt → zweiter Schritt → dritter Schritt → vierter Schritt → fünfter Schritt.
Als ein Ergebnis des vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens, nachdem die Lagereinheit 20, das Gehäuse 30, der Rotor 40, der Stator 50 und die Wechselrichtereinheit 60 als eine Vielzahl von Baugruppen (Unterbaugruppen) zusammengebaut sind, werden diese Baugruppen zusammengebaut. Deshalb können eine einfache Handhabung, eine Vollendung einer Inspektion für jede Einheit und Ähnliches implementiert werden. Eine Konstruktion einer logischen Montagelinie kann verwirklicht werden. Deshalb kann eine Mehrfachproduktproduktion ebenso einfach realisiert werden.
In dem ersten Schritt kann zumindest auf einer der radial inneren Seite der Einheitsbasis 61 und dem äußeren Abschnitt in der radialen Richtung der elektrischen Komponente 62 ein guter Wärmeleiter, der eine gute Wärmeleitung bereitstellt, durch Beschichten, Bonden bzw. Kleben oder Ähnliches aufgebracht werden, und in diesem Zustand kann die elektrische Komponente 62 auf der Einheitsbasis 61 montiert werden. Als ein Ergebnis kann eine Wärmeerzeugung von dem Halbleitermodul 66 effizient an die Einheitsbasis 61 übertragen werden.
In dem dritten Schritt kann ein Einsetzvorgang des Rotors 40 durchgeführt werden, während ein koaxialer Zustand zwischen dem Gehäuse 30 und dem Rotor 40 beibehalten wird. Speziell wird beispielsweise eine Schablonenvorrichtung verwendet, die die Position der Außenumfangsfläche des Rotors 40 (der Außenumfangsfläche des Magnethalters 41) oder der Innenumfangsfläche des Rotors 40 (der Innenumfangsfläche der Magneteinheit 42) mit Bezug auf die Innenumfangsfläche des Gehäuses 30 vorschreibt, und das Gehäuse 30 und der Rotor 40 werden zusammengebaut, während entweder das Gehäuse 30 oder der Rotor 40 entlang der Schablonenvorrichtung verschoben wird. Als ein Ergebnis können schwere Bauteile montiert werden, ohne dass eine unausgeglichene Last auf die Lagereinheit 20 aufgebracht wird. Eine Zuverlässigkeit der Lagereinheit 20 wird verbessert.
In dem 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. Speziell wird beispielsweise eine Schablonenvorrichtung, die die Position der Innenumfangsfläche der Einheitsbasis 61 mit Bezug auf die Innenumfangsfläche des Fixierungsabschnitts 44 des Rotors 40 vorschreibt, verwendet, und ein Zusammenbau der Einheiten wird durchgeführt, während eine der ersten Einheit und der zweiten Einheit entlang der Schablonenvorrichtung verschoben wird. Als ein Ergebnis, weil der Rotor 40 und der Stator 50 zusammengebaut werden können, während eine gegenseitige Störung an winzigen Spalten zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50 verhindert wird, können fehlerhafte Produkte, die auf den Zusammenbau zurückzuführen sind, wie zum Beispiel Schäden an der Statorwicklung 51 und Abplatzungen der Permanentmagnete, vermieden werden.
Die Reihenfolge der vorstehenden beschriebenen Schritte kann ebenso wie folgt sein: zweiter Schritt → dritter Schritt → vierter Schritt → fünfter Schritt → erster Schritt. In diesem Fall werden die empfindlichen elektrischen Komponenten 62 als letztes montiert. Die Beanspruchung der elektrischen Komponenten 62 während des Montageschritts kann minimiert werden.
Als Nächstes wird eine Konfiguration eines Steuerungssystems, das die rotierende elektrische Maschine 10 steuert, beschrieben. 19 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm des Steuerungssystems der rotierenden elektrischen Maschine 10. 20 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Steuerungsprozesses, der durch die Steuerungsvorrichtung 110 durchgeführt wird.
In 19 sind zwei Sätze von Dreiphasenwicklungen 51a und 51b als die Statorwicklung 51 gezeigt. Die Dreiphasenwicklung 51a besteht aus der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung. Die Dreiphasenwicklung 51b besteht aus der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung. Für die Dreiphasenwicklungen 51a und 51b sind entsprechend ein erster Wechselrichter 101 und ein zweiter Wechselrichter 102, die Leistungsumwandlern entsprechen, bereitgestellt.
Die Wechselrichter 101 und 102 sind durch eine Vollbrückenschaltung konfiguriert, die die gleiche Anzahl von oberen und unteren Armen wie die Anzahl von Phasen der Phasenwicklungen umfassen. Ein Energetisierungsstrom wird in jeder Phasenwicklung der Statorwicklung 51 durch Ein-/Ausschalten eines Schalters (Halbleiterschaltelement), das in jedem Arm bereitgestellt ist, angepasst.
Eine Gleichstromleistungsversorgung 103 und ein Glättungskondensator 104 sind parallel zu den Wechselrichtern 101 und 102 verbunden. Zum Beispiel ist die Gleichstromleistungsversorgung 103 durch eine zusammengesetzte Batterie konfiguriert, bei der eine Vielzahl von Batterieeinheiten in Reihe miteinander verbunden sind. Hier entspricht jeder Schalter der Wechselrichter 101 und 102 dem Halbleitermodul 66, das in 1 gezeigt ist, und Ähnlichem. Der Kondensator 104 entspricht dem Kondensatormodul 68, das in 1 gezeigt ist, und Ähnlichem.
Die Steuerungsvorrichtung 110 umfasst einen Mikrocomputer, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU, „Central processing Unit“) und verschiedene Speicher umfasst. Die Steuerungsvorrichtung 110 führt eine Energetisierungssteuerung durch An-/Ausschalten der Schalter in den Wechselrichtern 101 und 102 basierend auf verschiedenen Arten von Erfassungsinformationen der rotierenden elektrischen Maschine 10 und Anforderungen für einen Leistungsbetriebsantrieb und eine Leistungserzeugung durch. Die Steuerungsvorrichtung 110 entspricht der Steuerungsvorrichtung 77, die in 6 gezeigt ist.
Zum Beispiel umfassen die Erfassungsinformationen der rotierenden elektrischen Maschine 10 einen Rotationswinkel (elektrische Winkelinformationen) des Rotors 40, der von einem Winkeldetektor, wie etwa einem Drehgeber, erfasst wird, eine Leistungsversorgungsspannung (Wechselrichtereingangsspannung), die durch einen Spannungssensor erfasst wird, und einen Energetisierungsstrom von jeder Phase, die durch einen Stromsensor erfasst wird. Die Steuerungsvorrichtung 110 erzeugt Operationssignale, um die Schalter der Wechselrichter 101 und 102 zu betätigen, und gibt die Operationssignale aus. Die Anforderung zur Leistungserzeugung ist hier eine Anforderung für einen regenerativen Antrieb, wenn die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Fahrzeugleistungsquelle verwendet wird.
Der erste Wechselrichter 101 umfasst einen Reihenverbindungskörper eines Schalters eines oberen Arms Sp und eines Schalters eines unteren Arms Sn für jede der drei Phasen, die aus der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase bestehen. Ein hochpotentialseitiger Anschluss des Schalters des oberen Arms Sp von jeder Phase ist mit einem positiven Elektrodenanschluss der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Ein niedrigpotentialseitiger Anschluss des Schalters des unteren Arms Sn von jeder Phase ist mit einem negativen Elektrodenanschluss (Masse) der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden.
Ein Ende von jeder der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung ist mit einem Zwischenverbindungspunkt zwischen dem Schalter des oberen Arms Sp und dem Schalter des unteren Arms Sn von jeder Phase verbunden. Diese Phasenwicklungen sind durch eine Sternverbindung (Y-Verbindung) verbunden. Andere Enden der Phasenwicklungen sind miteinander an einem neutralen Punkt verbunden.
Der zweite Wechselrichter 102 weist eine Konfiguration auf, die ähnlich zu der des ersten Wechselrichters 101 ist. Der zweite Wechselrichter 102 umfasst einen Reihenverbindungskörper eines Schalters eines oberen Arms Sp und eines Schalters eines unteren Arms Sn für jede der drei Phasen, die aus der X-Phase, der Y-Phase und der Z-Phase bestehen. Ein hochpotentialseitiger Anschluss des Schalters des oberen Arms Sp von jeder Phase ist mit dem positiven Elektrodenanschluss der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Ein niedrigpotentialseitiger Anschluss des Schalters des unteren Arms Sn von jeder Phase ist mit dem negativen Elektrodenanschluss (Masse) der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden.
Ein Ende von jeder der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung ist mit einem Zwischenverbindungspunkt zwischen dem Schalter des oberen Arms Sp und dem Schalter des unteren Arms Sn von jeder Phase verbunden. Diese Phasenwicklungen sind durch eine Sternverbindung (Y-Verbindung) verbunden. Andere Enden der Phasenwicklungen sind miteinander an einem neutralen Punkt verbunden.
20 zeigt einen Stromregelprozess zum Steuern der Phasenströme der U-, V- und W-Phasen und einen Stromregelprozess zum Steuern der Phasenströme der X-, Y- und Z-Phasen. Hier wird der Steuerungsprozess auf der Seite der U-, V- und W-Phase beschrieben.
In 20 stellt eine Stromanweisungswerteinstellungseinheit 111 einen d-Achsen-Stromanweisungswert und einen q-Achsen-Stromanweisungswert basierend auf einem Leistungsbetriebsdrehmomentanweisungswert oder einem Leistungserzeugungsdrehmomentanweisungswert für die rotierende elektrische Maschine 10 und eine elektrische Winkelgeschwindigkeit ω, die durch zeitliches Differenzieren des elektrischen Winkels θ erhalten wird, unter Verwendung einer Drehmoment-dq-Übersicht ein.
Die Stromanweisungswerteinstellungseinheit 111 ist hier derart bereitgestellt, dass sie durch die U-, V- und W-Phasen-Seite und die X-, Y- und Z-Phasen-Seite gemeinsam verwendet wird. Der Leistungserzeugungsdrehmomentanweisungswert ist zum Beispiel ein Regenerationsdrehmomentanweisungswert, wenn die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Fahrzeugleistungsquelle verwendet wird.
Eine dq-Wandlereinheit 112 wandelt einen Stromerfassungswert (Dreiphasenstrom) von einem Stromsensor, der für jede Phase bereitgestellt ist, in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom um, die Komponenten eines orthogonalen zweidimensionalen drehenden Koordinatensystems sind, in dem eine Feldrichtung (Richtung einer Achse eines magnetischen Feldes oder eine Feldrichtung) die d-Achse ist.
Eine d-Achsen-Stromregeleinheit 113 berechnet eine d-Achsen-Anweisungsspannung als eine manipulierte Variable zum Durchführen einer Regelung des d-Achsen-Stroms auf den d-Achsen-Stromanweisungswert. Zusätzlich berechnet eine q-Achsen-Stromregeleinheit 114 eine q-Achsen-Anweisungsspannung als eine manipulierte Variable zum Durchführen einer Regelung des q-Achsen-Stroms auf den q-Achsen-Stromanweisungswert. In den Regelungseinheiten 113 und 114 werden die Anweisungsspannungen unter Verwendung eines Proportional-Integral-Regelverfahrens (PI-Regelverfahren, proportional-integral) basierend auf einer Abweichung des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms von den Stromanweisungswerten berechnet.
Eine Dreiphasenwandlereinheit 115 wandelt die d-Achsen- und q-Achsen-Anweisungsspannungen in U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Anweisungsspannungen um. Die vorstehend beschriebenen Einheiten 111 bis 115 sind hier eine Regeleinheit, die eine Regelung eines Grundwellenstroms basierend auf einer dq-Transformation durchführt. Die U-Phasen-, V-Phasen und W-Phasen-Anweisungsspannungen sind Regelungswerte.
Zusätzlich erzeugt eine Operationssignalerzeugungseinheit 116 ein Operationssignal für den ersten Wechselrichter 101 basierend auf Anweisungsspannungen der drei Phasen unter Verwendung eines bekannten Dreieckswellenträgervergleichsverfahrens. Speziell erzeugt die Operationssignalerzeugungseinheit 116 ein Schaltoperationssignal (Einschaltsignal) für den oberen und unteren Zweig von jeder Phase durch PWM-Steuerung basierend auf einem Vergleich einer Größenordnung zwischen einem Signal, in dem die Anweisungsspannungen der drei Phasen durch die Leistungsversorgungsspannung standardisiert sind, und einem Trägersignal, wie etwa ein Dreieckswellensignal.
Außerdem ist eine ähnliche Konfiguration ebenso auf der Seite der X-, Y- und Z-Phase bereitgestellt. Eine dq-Wandlereinheit 122 wandelt einen Stromerfassungswert (Dreiphasenströme) von einem Stromsensor, der für jede Phase bereitgestellt ist, in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom um, die Komponenten eines orthogonalen zweidimensionalen drehenden Koordinatensystems sind, in dem eine Feldrichtung die d-Achse ist.
Eine d-Achsen-Stromregeleinheit 123 berechnet eine d-Achsen-Anweisungsspannung und eine q-Achsen-Stromregeleinheit 124 berechnet eine q-Achsen-Anweisungsspannung. Eine Dreiphasenwandlereinheit 125 wandelt die d-Achsen- und q-Achsen-Anweisungsspannungen in X-Phasen-, Y-Phasen- und Z-Phasen-Anweisungsspannungen um.
Zusätzlich erzeugt eine Operationssignalerzeugungseinheit 126 ein Operationssignal für den zweiten Wechselrichter 102 basierend auf den Anweisungsspannungen der drei Phasen. Speziell erzeugt die Operationssignalerzeugungseinheit 126 ein Schaltoperationssignal (Einschaltsignal) für den oberen und unteren Zweig von jeder Phase durch eine PWM-Steuerung basierend auf einem Vergleich einer Größenordnung zwischen einem Signal, in dem die Anweisungsspannungen der drei Phasen durch die Leistungsversorgungsspannung standardisiert sind, und einem Trägersignal, wie etwa einem Dreieckswellensignal.
Ein Treiber 117 schaltet die Schalter Sp und Sn von jeder der drei Phasen in den Wechselrichtern 101 und 102 basierend auf den Schaltoperationssignalen, die in den Operationssignalerzeugungseinheiten 116 und 126 erzeugt werden, ein/aus.
Als Nächstes wird ein Drehmomentregelprozess beschrieben. Zum Beispiel wird dieser Prozess hauptsächlich zum Zweck des Erhöhens einer Ausgabe und des Reduzierens eines Verlustes in der rotierenden elektrischen Maschine 10 unter Antriebsbedingungen, in denen die Ausgabespannungen der Wechselrichter 101 und 102 sich erhöhen, wie etwa in einem Hochdrehzahlbereich und einem Hochausgabebereich, verwendet. Die Steuerungsvorrichtung 110 wählt einen des Drehmomentregelprozesses und des Stromregelprozesses basierend auf den Antriebsbedingungen der rotierenden elektrischen Maschine 10 aus und führt den ausgewählten Prozess durch.
21 zeigt den Drehmomentregelprozess, der den U-, V- und W-Phasen entspricht, und den Drehmomentregelprozess, der den X-, Y- und Z-Phasen entspricht. Hier sind in 21 den Konfigurationen, die identisch zu denjenigen in 20 sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen. Beschreibungen von diesen werden weggelassen. Hier werden zuerst der Steuerungsprozess auf der Seite der U-, V- und W-Phase beschrieben.
Eine Spannungsamplitudenberechnungseinheit 127 berechnet eine Spannungsamplitudenanweisung, die ein Anweisungswert für eine Größenordnung eines Spannungsvektors ist, basierend auf einem Leistungsbetriebsdrehmomentanweisungswert oder dem Leistungserzeugungsdrehmomentanweisungswert für die rotierende elektrische Maschine 10 und der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, die durch zeitliches Differenzieren des elektrischen Winkels θ erhalten wird.
Eine Drehmomentschätzeinheit 128a berechnet einen Drehmomentschätzwert, der den U-, V- und W-Phasen entspricht, basierend auf dem d-Achsen-Strom und dem q-Achsen-Strom, die durch die dq-Wandlereinheit 112 umgewandelt werden. Die Drehmomentschätzeinheit 128a kann hier die Spannungsamplitudenanweisung basierend auf Übersichtsinformationen, in denen der d-Achsen-Strom, der q-Achsen-Strom und die Spannungsamplitudenanweisung miteinander verbunden sind, berechnen.
Eine Drehmomentregeleinheit 129a berechnet eine Spannungsphasenanweisung, die ein Anweisungswert für eine Phase des Spannungsvektors ist, als eine manipulierte Variable zum Durchführen einer Regelung des Drehmomentschätzwerts auf den Leistungsbetriebsdrehmomentanweisungswert oder den Leistungserzeugungsdrehmomentanweisungswert. In der Drehmomentregeleinheit 129a wird die Spannungsphasenanweisung unter Verwendung des PI-Regelverfahrens berechnet basierend auf der Abweichung des Drehmomentschätzwerts von dem Leistungsbetriebsdrehmomentanweisungswert oder dem Leistungserzeugungsdrehmomentanweisungswert.
Eine Operationssignalerzeugungseinheit 130a erzeugt das Operationssignal des ersten Wechselrichters 101 basierend auf der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ. Speziell berechnet die Operationssignalerzeugungseinheit 130a die Anweisungsspannungen der drei Phasen basierend auf der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ und erzeugt das Schaltoperationssignal für die oberen und unteren Zweige von jeder Phase durch ein PWM-Steuerung basierend auf einem Vergleich einer Größenordnung zwischen einem Signal, in dem die berechneten Anweisungsspannungen der drei Phasen durch die Leistungsversorgungsspannung standardisiert sind, und einem Trägersignal, wie etwa einem Dreieckswellensignal.
Die Operationssignalerzeugungseinheit 130a kann hier das Schaltoperationssignal basierend auf Pulsmusterinformationen, die Übersichtsinformationen sind, in denen die Spannungsamplitudenanweisung, die Spannungsphasenanweisung, der elektrische Winkel θ und das Schaltoperationssignal verknüpft sind, der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ erzeugen.
Außerdem ist eine ähnliche Konfiguration ebenso auf der Seite der X-, Y- und Z-Phase bereitgestellt. Eine Drehmomentschätzeinheit 128b berechnet einen Drehmomentschätzwert, der den X-, Y- und Z-Phasen entspricht, basierend auf dem d-Achsen-Strom und dem q-Achsen-Strom, die durch die dq-Wandlereinheit 122 umgewandelt werden.
Eine Drehmomentregeleinheit 129b berechnet eine Spannungsphasenanweisung als eine manipulierte Variable zum Durchführen einer Regelung des Drehmomentschätzwerts auf den Leistungsbetriebsdrehmomentanweisungswert oder den Leistungserzeugungsdrehmomentanweisungswert. In der Drehmomentregeleinheit 129b wird die Spannungsphasenanweisung unter Verwendung des PI-Regelverfahrens berechnet, basierend auf der Abweichung des Drehmomentschätzwerts von dem Leistungsbetriebsdrehmomentanweisungswert oder dem Leistungserzeugungsdrehmomentanweisungswert.
Eine Operationssignalerzeugungseinheit 130b erzeugt das Operationssignal des zweiten Wechselrichters 102 basierend auf der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ. Speziell berechnet die Operationssignalerzeugungseinheit 130b die Anweisungsspannungen der drei Phasen basierend auf der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ und erzeugt das Schaltoperationssignal für die oberen und unteren Zweige von jeder Phase durch eine PWM-Steuerung basierend auf einem Vergleich einer Größenordnung zwischen einem Signal, in dem die berechneten Anweisungsspannungen der drei Phasen durch die Leistungsversorgungsspannung standardisiert sind, und einem Trägersignal, wie etwa einem Dreieckswellensignal. Der Treiber 117 schaltet die Schalter Sp und Sn von jeder der drei Phasen in den Wechselrichtern 101 und 102 basierend auf den Schaltoperationssignalen, die in dem Operationssignalerzeugungseinheiten 130a und 130b erzeugt werden, ein/aus.
Die Operationssignalerzeugungseinheit 130b kann hier das Schaltoperationssignal basierend auf Pulsmusterinformationen, die Übersichtsinformationen sind, in denen die Spannungsamplitudenanweisung, die Spannungsphasenanweisung, der elektrische Winkel θ und das Schaltoperationssignal verknüpft sind, der Spannungsamplitudenanweisung, der Spannungsphasenanweisung und dem elektrischen Winkel θ erzeugen.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist hier ein Auftreten einer elektrischen Korrosion in den Lagern 21 und 22 einhergehend mit einer Erzeugung eines axialen Stroms ein Problem. Wenn zum Beispiel eine Energetisierung der Statorwicklung 51 durch Schalten umgeschaltet wird, tritt eine Störung in dem Magnetfluss als ein Ergebnis einer kleinen Verschiebung in Umschaltzeitpunkten (ein Umschaltungleichgewicht) auf.
Eine elektrische Korrosion, die als ein Ergebnis in den Lagern 21 und 22, die die Rotationswelle 11 stützen, auftritt, wird ein Problem. Die Verzerrung des Magnetflusses tritt basierend auf der Induktivität in dem Stator 50 auf. Als ein Ergebnis der elektromotorischen Spannung in der axialen Richtung, die durch die Verzerrung in dem Magnetfluss erzeugt wird, tritt ein Isolierungszusammenbruch innerhalb der Lager 21 und 22 auf und eine elektrische Korrosion setzt sich fort.
In dieser Hinsicht werden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Maßnahmen, die nachstehend beschrieben sind, als elektrische Korrosionsmaßnahmen vorgenommen. Eine erste elektrische Korrosionsmaßnahme ist eine elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme, die dadurch verwirklicht wird, dass eine Induktivität einhergehend damit, dass der Stator 50 kernlos wird und der magnetische Magnetfluss der Magneteinheit 42 geglättet wird, reduziert wird. Eine zweite elektrische Korrosionsmaßnahme ist eine elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme, die dadurch verwirklicht wird, dass die Rotationswelle die freitragende Struktur als ein Ergebnis der Lager 21 und 22 aufweist. Eine dritte Korrosionsmaßnahme ist eine elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme, die dadurch verwirklicht wird, dass die kreisringförmige Statorwicklung 51 von einem Formmaterial zusammen mit dem Statorkern 52 geformt wird. Details dieser Maßnahmen werden nachstehend separat beschrieben.
Als Erstes ist in der ersten elektrischen Korrosionsmaßnahme der Stator 50 derart konfiguriert, dass er zwischen den Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung zahnlos ist und mit dem Abdichtungselement 57 bereitgestellt ist, das aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, zwischen den Leitergruppen 81, anstelle der Zähne (des Kerns) (siehe 10).
Als ein Ergebnis kann eine Reduzierung der Induktivität in dem Stator 50 erreicht werden. Als ein Ergebnis davon, dass eine Reduzierung der Induktivität in dem Stator 50 erreicht wird, auch wenn eine Verschiebung in einem Schaltzeitpunkt während einer Energetisierung der Statorwicklung 51 auftritt, kann ein Auftreten einer Magnetflussverzerrung aufgrund der Verschiebung in dem Schaltzeitpunkt unterdrückt werden und kann weiterhin eine elektrische Korrosionsunterdrückung in den Lagern 21 und 22 durchgeführt werden. Die Induktivität auf der d-Achse kann hier gleich oder weniger sein als die Induktivität auf der q-Achse.
Zusätzlich sind die Magnete 91 und 92 konfiguriert, um derart ausgerichtet zu sein, so dass auf der d-Achsen-Seite die Ausrichtung der leichten Achse der Magnetisierung eher parallel zu der d-Achse ist im Vergleich mit der q-Achsen-Seite (siehe 9). Als ein Ergebnis wird der Magnetfluss auf der d-Achse gestärkt. Die Änderungen in dem Oberflächenmagnetfluss (Erhöhung/Verringerung des Magnetflusses) von der q-Achse in Richtung der d-Achse an jedem Magnetpol wird graduell. Deshalb werden plötzliche Änderungen in der Spannung aufgrund eines Schaltungleichgewichts unterdrückt. Außerdem wird eine Konfiguration, die zu der elektrischen Korrosionsunterdrückung beiträgt, erreicht.
In der zweiten elektrischen Korrosionsmaßnahme sind in der rotierenden elektrischen Maschine 10 die Lager 21 und 22 derart angeordnet, dass sie auf einer Seite in der axialen Richtung relativ zu einer Mitte in der axialen Richtung des Rotors 40 konzentriert sind (siehe 2). Als ein Ergebnis, im Vergleich mit einer Konfiguration, bei der eine Vielzahl von Lagern auf beiden Seiten in der axialen Richtung mit einem Rotor zwischen diesen bereitgestellt sind, können die Effekte der elektrischen Korrosion reduziert werden.
Das heißt, der Rotor wird durch die Vielzahl von Lagern doppelt gestützt. In dieser Konfiguration wird ein geschlossener Schaltkreis, der durch den Rotor, den Stator und jedes der Lager verläuft (das heißt, die Lager auf beiden Seiten in der axialen Richtung, mit dem Rotor dazwischen) einhergehend mit einer Erzeugung eines Hochfrequenz-Magnetflusses gebildet. Eine elektrische Korrosion der Lager als ein Ergebnis eines axialen Stroms wird ein Problem. Im Gegensatz dazu ist der Rotor 40 durch die Vielzahl von Lagern 21 und 22 freitragend. In dieser Konfiguration wird der vorstehend beschriebene geschlossene Schaltkreis nicht gebildet. Eine elektrische Korrosion der Lager wird unterdrückt.
Zusätzlich weist die rotierende elektrische Maschine 10 eine folgende Konfiguration relativ zu der Konfiguration für eine einseitige Anordnung der Lager 21 und 22 auf. In dem Magnethalter 41 ist der Kontaktverhinderungsabschnitt, der sich in der axialen Richtung erstreckt und einen Kontakt mit dem Stator 50 verhindert, in dem Zwischenabschnitt 45 bereitgestellt, der in der radialen Richtung des Rotors 40 hervorsteht (siehe 2). In diesem Fall, in Fällen, in denen ein geschlossener Schaltkreis des axialen Stroms mittels des Magnethalters 41 gebildet wird, kann eine Länge des geschlossenen Schaltkreises verlängert werden und kann ein Schaltungswiderstand von diesem erhöht werden. Als ein Ergebnis kann eine Unterdrückung der elektrischen Korrosion der Lager 21 und 22 erreicht werden.
Das Halteelement 23 der Lagereinheit 20 ist an dem Gehäuse auf einer Seite in der axialen Richtung mit dem Rotor 40 dazwischen fixiert. Zusätzlich sind auf der anderen Seite das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 (Statorhalterung) miteinander gekoppelt (siehe 2). Als ein Ergebnis der vorliegenden Konfiguration kann die Konfiguration, bei der die Lager 21 und 22 in der axialen Richtung der Rotationswelle 11 angeordnet sind, so dass diese auf einer Seite in der axialen Richtung konzentriert sind, auf geeignete Weise implementiert werden.
Zusätzlich ist in der vorliegenden Konfiguration die Einheitsbasis 61 mit der Rotationswelle 11 über das Gehäuse 30 verbunden. Deshalb kann die Einheitsbasis 61 an einer Position angeordnet werden, die von der Rotationswelle 11 elektrisch getrennt ist. Wenn hier ein Isolationselement, wie etwa ein Harz, zwischen der Einheitsbasis 61 und dem Gehäuse 30 eingefügt wird, kann eine Konfiguration, bei der die Einheitsbasis 61 und die Rotationswelle 11 weiter elektrisch getrennt sind, erreicht werden. Als ein Ergebnis kann eine elektrische Korrosion der Lager 21 und 22 auf geeignete Weise unterdrückt werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als ein Ergebnis der einseitigen Anordnung der Lager 21 und 22 und Ähnlichem eine axiale Spannung, die auf die Lager 21 und 22 wirkt, reduziert. Zusätzlich wird eine Potentialdifferenz zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50 reduziert. Deshalb, auch wenn ein leitendes Schmiermittel in den Lagern 21 und 22 nicht verwendet wird, kann eine Reduzierung der Potentialdifferenz, die auf die Lager 21 und 22 wirkt, erreicht werden. Es wird angenommen, dass das ein leitendes Schmiermittel ein Rauschen erzeugt, weil feine Partikel von Kohlenstoff oder Ähnlichem typischerweise umfasst sind.
In dieser Hinsicht wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein nichtleitendes Schmiermittel in den Lagern 21 und 22 verwendet. Deshalb kann ein Nachteil, in dem ein Geräusch in den Lagern 21 und 22 erzeugt wird, unterdrückt werden. Während einer Anwendung auf ein elektrisches Fahrzeug, wie etwa ein elektrisches Automobil, zum Beispiel, wird angenommen, dass Maßnahmen gegen ein Geräusch in der rotierenden elektrischen Maschine 10 erforderlich sind. Diese Konfiguration kann als eine Maßnahme gegen ein Geräusch auf geeignete Weise verwendet werden.
In der dritten elektrischen Korrosionsmaßnahme, als ein Ergebnis davon, dass die Statorwicklung 51 von einem Formmaterial zusammen mit dem Statorkern 52 geformt wird, wird eine positionelle Verschiebung der Statorwicklung 51 in dem Stator 50 unterdrückt (siehe 11).
Insbesondere kann in der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, weil ein Zwischenleiterelement (Zähne) zwischen den Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung in der Statorwicklung 51 nicht bereitgestellt ist, ein Problem betrachtet werden, dass eine positionelle Verschiebung in der Statorwicklung 51 auftreten kann. Als ein Ergebnis davon, dass die Statorwicklung 51 zusammen mit dem Statorkern 52 geformt wird, kann jedoch eine Verschiebung der Leiterposition der Statorwicklung 51 unterdrückt werden. Deshalb kann eine Verzerrung in dem Magnetfluss als ein Ergebnis einer positionellen Verschiebung in der Statorwicklung 51 und das Auftreten einer elektrischen Korrosion in den Lagern 21 und 22 als ein Ergebnis unterdrückt werden.
Die Einheitsbasis 61, die als ein Gehäuseelement dient, das den Statorkern 51 fixiert, wird hier aus CFRP hergestellt. Deshalb zum Beispiel, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Einheitsbasis 61 aus Aluminium oder Ähnlichem hergestellt ist, kann eine elektrische Entladung zu der Einheitsbasis 61 unterdrückt werden und kann weiterhin eine geeignete elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme erreicht werden.
Zusätzlich, als eine elektrische Korrosionsunterdrückungsmaßnahme für die Lager 21 und 22 kann zumindest einer des Außenrings 52 und des Innenrings 26 aus einem Keramikmaterial hergestellt sein. Alternativ kann ebenso eine Konfiguration verwendet werden, bei der ein Isolationsfilm beziehungsweise eine Isolationsschicht auf der Außenseite des Außenrings 25 oder Ähnliches bereitgestellt ist.
Nachstehend werden andere Ausführungsbeispiele beschrieben, wobei hauptsächlich ein Fokus auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gelegt wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Gemäß einem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 in dem Rotor 40 modifiziert. Dies wird nachstehend detailliert beschrieben.
Wie in 22 und 23 gezeigt ist, ist die Magneteinheit 42 unter Verwendung einer Magnetanordnung bzw. eines Magnet-Arrays konfiguriert, die als ein Halbach-Array bezeichnet wird. Das heißt, die Magneteinheit 42 umfasst einen ersten Magneten 131, dessen Magnetisierungsrichtung (Ausrichtung eines Magnetisierungsvektors) die radiale Richtung ist, und einen zweiten Magneten 132, dessen Magnetisierungsrichtung (Ausrichtung eines Magnetisierungsvektors) die Umfangsrichtung ist. Die ersten Magnete 131 sind in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet. Die zweiten Magnete 132 sind an Positionen zwischen den ersten Magneten 131, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, angeordnet. Zum Beispiel sind der erste Magnet 131 und der zweite Magnet 132 Permanentmagnete, die aus einem Seltenerdmagneten hergestellt sind, wie etwa einem Neodym-Magneten.
Die ersten Magnete 131 sind derart angeordnet, dass sie voneinander in der Umfangsrichtung getrennt sind, so dass die Pole auf der Seite, die dem Stator 50 gegenüberliegen (Innenseite in der radialen Richtung) abwechselnd der N-Pol und der S-Pol sind. Zusätzlich sind die zweiten Magnete 132 angeordnet, so dass sich die Polaritäten in der Umfangsrichtung abwechseln, neben jedem der ersten Magnete 131.
Der kreiszylindrische Abschnitt 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 ein Rückkern fungiert. Hier ist in der Magneteinheit 42 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ebenso die Beziehung der leichten Achsen der Magnetisierung relativ zu der d-Achse und der q-Achse in dem d-q-Koordinatensystem die gleiche wie diejenige gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
Zusätzlich ist ein Magnetkörper 133, der aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, auf der radial äußeren Seite des ersten Magneten 131, das heißt auf der Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 43 des Magnethalters 41 angeordnet. Zum Beispiel kann der Magnetkörper 133 aus einem elektromagnetischen Stahlblech, einem Weicheisen oder einem Staubkernmaterial hergestellt sein. In diesem Fall ist eine Länge in der Umfangsrichtung des Magnetkörpers 133 die gleiche wie die Länge in der Umfangsrichtung des ersten Magneten 131 (insbesondere die Länge in der Umfangsrichtung des äußeren Umfangsabschnitts des ersten Magneten 131).
Zusätzlich ist eine Dicke in der radialen Richtung eines integrierten Körpers in einem Zustand, in dem der erste Magnet 131 und der Magnetkörper 133 integriert sind, die gleiche wie die Dicke in der radialen Richtung des zweiten Magneten 132. Mit anderen Worten weist der erste Magnet 131 eine Dicke in der radialen Richtung auf, die dünner ist als der zweite Magnet 132, um einen Betrag entsprechend dem Magnetkörper 133.
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 der radialen Richtung bereitgestellt.
In dem äußeren Umfangsabschnitt des Magnetkörpers 133 ist ein Keil 134, der als ein Vorsprungabschnitt dient, der in Richtung der radial äußeren Seite, das heißt, der Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 43 des Magnethalters 41 hervorsteht, gebildet. Zusätzlich ist auf der Innenumfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 eine Keilnut 135, die als ein Aussparungsabschnitt dient, der den Keil 134 des Magnetkörpers 133 aufnimmt, gebildet. Die hervorstehende Form des Keils 134 und die Nutenform der Keilnut 135 sind identisch. Entsprechend den Keilen 134, die in den Magnetkörpern 133 gebildet sind, ist die gleiche Anzahl von Keilnuten 135 wie die Keile 134 gebildet.
Als ein Ergebnis eines Eingriffs der Keile 134 und der Keilnuten 135 wird eine positionelle Verschiebung des ersten Magneten 131, des zweiten Magneten 132 und des Magnethalters 41 in der Umfangsrichtung (Rotationsrichtung) unterdrückt. Hier ist der kreiszylindrische Abschnitt 43 des Magnethalters 41 und der Magnetkörper 133, in dem der Keil 134 und die Keilnut 135 bereitgestellt sind, beliebig. Auf eine umgekehrte Weise wie die vorstehende Beschreibung kann die Keilnut 135 in dem äußeren Umfangsabschnitt des Magnetkörpers 133 bereitgestellt sein und kann der Keil 134 in dem inneren Umfangsabschnitt des kreiszylindrischen Abschnitts 43 des Magnethalters 41 bereitgestellt sein.
Hier kann in der Magneteinheit 42 als ein Ergebnis davon, dass die ersten Magnete 131 und die zweiten Magnete 132 abwechselnd angeordnet sind, die Magnetflussdichte an den ersten Magneten 131 erhöht werden. Deshalb kann in der Magneteinheit 42 eine Konzentration des Magnetflusses auf einer Oberfläche auftreten. Eine Magnetflussverstärkung auf der Seite näher zu dem Stator 50 kann erreicht werden.
Zusätzlich, als ein Ergebnis davon, dass der Magnetkörper 133 auf der radial äußeren Seite des ersten Magneten 131, das heißt auf der Gegenstatorseite, angeordnet ist, kann eine teilweise magnetische Sättigung auf der radial äußeren Seite des ersten Magneten 131 unterdrückt werden.
Zusätzlich kann eine Entmagnetisierung des ersten Magneten 131, die als ein Ergebnis der magnetischen Sättigung auftritt, unterdrückt werden. Folglich kann eine magnetische Kraft der Magneteinheit 42 als ein Ergebnis erhöht werden. Die Magneteinheit 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat sozusagen eine Konfiguration, bei der ein Abschnitt des ersten Magneten 131, in dem eine Entmagnetisierung leicht auftritt, durch den Magnetkörper 133 ersetzt ist.
24(a) und 24(b) stellen Diagramm dar, die einen Verlauf eines Magnetflusses in der Magneteinheit 42 detailliert zeigen. 24(a) zeigt einen Fall, in dem eine herkömmliche Konfiguration, bei der der Magnetkörper 133 in der Magneteinheit 42 nicht bereitgestellt ist, verwendet wird. 24(b) zeigt einen Fall, in dem die Konfiguration gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei der der Magnetkörper 133 in der Magneteinheit 42 bereitgestellt ist, verwendet wird.
Hier zeigen 24(a) und 24(b) den kreiszylindrischen Abschnitt 43 und die Magneteinheit 42 des Magnethalters 41 in einem linearen Explosionszustand. Eine untere Seite der Zeichnung ist die Statorseite und eine obere Seite ist die Gegenstatorseite.
In 24(a) sind die Magnetflusswirkfläche des ersten Magneten 131 und die Seitenfläche des zweiten Magneten 132 beide in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43. Zusätzlich ist die Magnetflusswirkfläche des zweiten Magneten 132 mit der Seitenfläche des ersten Magneten 131 in Kontakt.
In diesem Fall wird ein zusammengesetzter Magnetfluss in dem kreiszylindrischen Abschnitt 43 erzeugt. Der zusammengesetzte Magnetfluss besteht aus einem Magnetfluss F1, der einen Pfad auf der Außenseite des zweiten Magneten 132 durchläuft und in die Kontaktfläche mit dem ersten Magneten 131 eintritt, und einen Magnetfluss, der ungefähr parallel zu dem kreiszylindrischen Abschnitt 43 ist und den Magnetfluss F2 des zweiten Magneten 132 anzieht. Deshalb ist eine 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 dieser Hinsicht ist in 24(b) der Magnetkörper 133 zwischen der Magnetflusswirkfläche des ersten Magneten 131 und der Innenumfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 43 auf der Seite entgegengesetzt zu dem Stator 50 des ersten Magneten 131 bereitgestellt. Deshalb wird ein Durchgang des Magnetflusses durch den Magnetkörper 133 erlaubt. Folglich kann eine magnetische Sättigung in dem kreiszylindrischen Abschnitt 43 unterdrückt werden. Ein Widerstand gegen eine Entmagnetisierung wird verbessert.
Zusätzlich kann in 24(b) im Gegensatz zu 24(a) ein Magnetfluss F2, der eine magnetische Sättigung fördert, eliminiert werden. Als ein Ergebnis kann die Permeanz des gesamten Magnetkreises wirksam verbessert werden. Als ein Ergebnis einer solchen Konfiguration können die Magnetkreischarakteristiken auch unter rauen Hochtemperaturbedingungen beibehalten werden.
Des Weiteren, im Vergleich mit einem radialen Magneten in einem herkömmlichen SPM-Rotor, ist der magnetische Magnetpfad, der durch das Innere des Magneten verläuft, lang. Deshalb erhöht sich die Magnetpermeanz. Eine Magnetkraft erhöht sich und ein Drehmoment kann verbessert werden. Des Weiteren, weil sich der Magnetfluss in der Mitte der d-Achse konzentriert, kann das Sinuswellenübereinstimmungsverhältnis erhöht werden. Insbesondere wenn eine Stromwellenform eine Sinuswelle oder eine Trapezwelle durch eine PWM-Steuerung ist, oder eine 120-Grad-Energetisierungsumschalt-IC (IC, „Integrated Circuit“, Integrierte Schaltung) verwendet wird, kann das Drehmoment effektiv 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 gleich 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.
Zusätzlich kann die Dicke in der radialen Richtung des Statorkerns 52 kleiner als die Dicke in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 sein. In diesem Fall ist der magnetische Magnetfluss ungefähr 1 [T] und ist die Sättigungsmagnetflussdichte des Statorkerns 52 gleich 2 [T]. Deshalb, als ein Ergebnis davon, dass die Dicke in der radialen Richtung des Statorkerns 52 gleich oder größer als 1/2 der Dickenrichtung in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 ist, kann eine Magnetflussentweichung in Richtung der inneren Umfangsseite des Statorkerns 52 verhindert werden.
In einem Magneten, der eine Halbach-Struktur oder eine polare anisotrope Struktur aufweist, weist der Magnetpfad eine pseudo-kreisbogenförmige Form auf. Deshalb kann der Magnetfluss im Verhältnis zu der Dicke des Magneten, der den Magnetfluss in der Umfangsrichtung bedeckt, erhöht werden.
In solch einer Konfiguration wird davon ausgegangen, dass der Magnetfluss, der zu dem Statorkern 52 fließt, den Magnetfluss in der Umfangsrichtung nicht übersteigt. Das heißt, wenn ein eisenbasiertes Metall, das eine Sättigungsmagnetflussdichte von 2 [T] aufweist, relativ zu einem 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, ohne Auftreten einer magnetischen Sättigung auf eine geeignete Weise bereitgestellt werden.
Hier, weil ein diamagnetisches Feld von dem Stator 50 auf den magnetischen Magnetfluss wirkt, wird der magnetische Magnetfluss üblicherweise gleich oder kleiner als 0,9 [T]. Deshalb, wenn der Statorkern eine Dicke aufweist, die halb so groß ist wie die des Magneten, kann eine magnetische Permeabilität von diesem auf geeignete Weise hoch gehalten werden.
Modifikationen, in denen Abschnitte der vorstehend beschriebenen Konfiguration modifiziert sind, werden nachstehend beschrieben.
(Erste Modifikation)
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Außenumfangsfläche des Statorkerns 52 eine gekrümmte Fläche mit im Wesentlichen keiner Unebenheit und eine Vielzahl von Leitergruppen 81 sind in einer Anordnung bzw. einem Array in vorbestimmten Intervallen auf der Außenumfangsfläche von diesem angeordnet. Jedoch kann diese Konfiguration modifiziert werden. Wie zum Beispiel in 25 gezeigt ist, weist der Statorkern 52 ein kreisringförmiges Joch 141 und einen Vorsprungabschnitt 142 auf.
Das Joch 141 ist auf der Seite entgegengesetzt zu dem Rotor 40 (untere Seite in der Zeichnung) von beiden Seiten in der radialen Richtung der Statorwicklung 51 bereitgestellt. Der Vorsprungabschnitt 142 erstreckt sich von dem Joch 141, um in Richtung eines Bereichs zwischen den linearen Abschnitten 83, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, hervorzustehen.
Der Vorsprungabschnitt 142 ist in vorbestimmten Intervallen auf der radial äußeren Seite des Jochs 141, das heißt auf der Seite des Rotors 40, bereitgestellt. Die Leitergruppen 81 der Statorwicklung 51 sind mit den Vorsprungabschnitten 142 in der Umfangsrichtung in Eingriff und sind in einer Anordnung bzw. einem Array in der Umfangsrichtung angeordnet, während die Vorsprungabschnitte 142 als Positionierungsabschnitte für die Leitergruppen 81 verwendet werden. Der Vorsprungabschnitt 142 entspricht hier dem „Zwischenleiterelement“.
Der Vorsprungabschnitt 142 ist derart konfiguriert, dass eine Dickendimension in der radialen Richtung von dem Joch 141 oder mit anderen Worten, wie in 25 gezeigt ist, ein Abstand W von einer Innenseitenfläche 320 des linearen Abschnitts 83, der neben dem Joch 141 ist, zu einer Spitze des Vorsprungabschnitts 142 in der radialen Richtung des Jochs 141 weniger ist als 1/2 einer Dickendimension (H1 in der Zeichnung) in der radialen Richtung des linearen Abschnitts 83, der in der radialen Richtung neben dem Joch 141 liegt.
Mit anderen Worten kann ein Bereich, der drei Viertel einer Dimension (Dicke) T1 der Leitergruppe 81 (leitendes Element) in der radialen Richtung der Statorwicklung 51 (des Statorkerns 52) ist (zweimal die Dicke des Leiters 82, oder mit anderen Worten, ein minimaler Abstand 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 gegenüberliegt), kann durch ein nichtmagnetisches Element (Abdichtungselement 57) eingenommen werden.
Als ein Ergebnis von solch einer Dickenbeschränkung des Vorsprungabschnitts 142 fungieren die Vorsprungabschnitte 142 nicht als Zähne zwischen den Leitergruppen 81 (das heißt den linearen Abschnitten 83), die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, und eine Bildung eines Magnetpfades durch die Zähne tritt nicht auf.
Die Vorsprungabschnitte 142 könnten nicht zwischen allen der Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, bereitgestellt sein. Der Vorsprungabschnitt 142 muss lediglich zwischen zumindest einem Satz von Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, bereitgestellt sein. Zum Beispiel kann der Vorsprungabschnitt 142 in gleichen Intervallen zwischen jeder vorbestimmten Anzahl von Leitergruppen 81 in der Umfangsrichtung bereitgestellt sein. Die Form des Vorsprungabschnitts 142 kann eine beliebige Form sein, wie etwa ein Rechteck oder ein kreisförmiger Bogen.
Zusätzlich können die linearen Abschnitte 83 in einer einzelnen Schicht auf der Außenumfangsfläche des Statorkerns 52 bereitgestellt sein. Deshalb ist es in gewisser Hinsicht nur erforderlich, dass die Dickendimension in der radialen Richtung des Vorsprungabschnitts 142 von dem Joch 141 kleiner als 1/2 der Dickendimension in der radialen Richtung des linearen Abschnitts 83 ist.
Hier, wenn ein virtueller Kreis, dessen Mitte die axiale Mitte der Rotationswelle 11 ist, und der durch eine Mittelposition in der radialen Richtung des linearen Abschnitts 83, der in der radialen Richtung neben dem Joch 141 liegt, verläuft, angenommen wird, kann der Vorsprungabschnitt 142 eine Form aufweisen, die von dem Joch 141 innerhalb des Bereichs des virtuellen Kreises hervorsteht, oder mit anderen Worten, eine Form, die nicht weiter in Richtung der radial äußeren Seite (das heißt der Seite des Rotors 40) als der virtuelle Kreis hervorsteht.
Als ein Ergebnis der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die Dickendimension in der radialen Richtung des Vorsprungabschnitts 142 begrenzt. Zusätzlich fungiert der Vorsprungabschnitt 142 nicht als die Zähne zwischen den linearen Abschnitten 83, die in der Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Deshalb, im Vergleich mit einem Fall, in dem die Zähne zwischen den linearen Abschnitten 83 bereitgestellt sind, können die linearen Abschnitte 83, die nebeneinanderliegen, näher zueinander gebracht werden. Als ein Ergebnis kann ein Querschnittsbereich des Leiterkörpers 82a erhöht werden. Eine Wärmeerzeugung, die einhergehend mit einer Energetisierung der Statorwicklung 51 auftritt, kann reduziert werden.
In dieser Konfiguration kann eine Verminderung einer magnetischen Sättigung als ein Ergebnis davon, dass die Zähne nicht bereitgestellt werden, erreicht werden. Ein Energetisierungsstrom zu der Statorwicklung 51 kann erhöht werden. In diesem Fall kann eine Erhöhung in der Menge einer Wärmeerzeugung einhergehend mit der Erhöhung des Energetisierungsstroms auf geeignete Weise angegangen werden. Zusätzlich umfasst in der Statorwicklung 51 der Wendeabschnitt 84 den Störverhinderungsabschnitt, der in der radialen Richtung verschoben ist und eine Störung mit einem anderen Wendeabschnitt 84 verhindert. Deshalb können unterschiedliche Wendeabschnitte 84 angeordnet werden, so dass diese voneinander in der radialen Richtung getrennt sind. Als ein Ergebnis kann eine Verbesserung einer Wärmeabgabefähigkeit auch in den Wendeabschnitten 84 erreicht werden. Als ein Ergebnis des Vorstehenden kann eine Wärmefreigabeperformance in dem Stator 50 optimiert werden.
Zusätzlich, wenn das Joch 141 des Statorkerns 52 und die Magneteinheit 42 des Rotors 40 (das heißt die Magnete 91 und 92) um einen vorbestimmten Abstand oder mehr getrennt sind, ist die Dickendimension in der radialen Richtung des Vorsprungabschnitts 142 nicht an H1 in 25 gebunden. Speziell, wenn das Joch 141 und die Magneteinheit 42 durch 2 mm oder mehr getrennt sind, kann die Dickendimension in der radialen Richtung des Vorsprungabschnitts 142 gleich oder größer als H1 in 25 sein.
Wenn zum Beispiel die Dickendimension in der radialen Richtung des linearen Abschnitts 83 2 mm überschreitet und die Leitergruppe 81 aus zwei Schichten von Leitern 82 auf der inneren Seite und der radial äußeren Seite besteht, kann der Vorsprungabschnitt 142 in einem Bereich bis zu einer mittleren Position des linearen Abschnitts 83, der nicht neben dem Joch 141 liegt, das heißt, dem Leiter 82 in der zweiten Schicht, wenn von dem Joch 141 aus gezählt, bereitgestellt werden. In diesem Fall, wenn die Dickendimension in der radialen Richtung des Vorsprungabschnitts 142 bis zu H1 x 3 / 2 ist, kann als ein Ergebnis dessen, dass der Querschnittsbereich der Leiter der Leitergruppe 81 erhöht wird, der vorstehend beschriebene Effekt annähernd erreicht werden.
Zusätzlich kann der Statorkern 52 konfiguriert sein, wie in 26 gezeigt ist. Hier wird in 26 das Abdichtungselement 57 weggelassen. Jedoch könnte das Abdichtungselement 57 bereitgestellt werden. In 26 sind die Magneteinheit 42 und der Statorkern 52 der Einfachheit halber in einem linearen Explosionszustand dargestellt.
In 26 umfasst der Stator 50 den Vorsprungabschnitt 142, der als das Zwischenleiterelement zwischen den Leitern 82 dient (das heißt den linearen Abschnitten 83), die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen. Der Stator 50 umfasst einen Abschnitt 350, der, wenn die Statorwicklung 51 energetisiert wird, zusammen mit einem der Magnetpole (dem N-Pol oder dem S-Pol) der Magneteinheit 42 magnetisch 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 (das heißt eine Gesamtdimension in der Umfangsrichtung des Stators 50) der Vorsprungabschnitte 142, die in diesem Längenbereich Wn vorhanden sind, gleich Wt ist, die Sättigungsmagnetflussdichte des Vorsprungabschnitts 142 gleich Bs ist, die Breitendimension in der Umfangsrichtung entsprechend einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42 gleich Wm ist, und die Restmagnetflussdichte der Magneteinheit 42 gleich Br ist, ist der Vorsprungabschnitt 142 aus einem magnetischen Material hergestellt, das eine Beziehung erfüllt, die ausgedrückt wird durch: $Wt \times Bs \leq Wm \times Br$
Der Bereich Wn wird hier eingestellt, um eine Vielzahl von Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen und deren Erregungsperiode sich überlappt, zu umfassen. Gleichzeitig wird eine Mitte der Lücke 56 der Leitergruppen 81 vorzugsweise zum Einstellen des Bereichs Wn als eine Referenz (Begrenzung) eingestellt.
Zum Beispiel in dem Fall der Konfiguration, die als ein Beispiel in 26 gezeigt ist, entsprechen die Leitergruppen 81 bis zu einer vierten in der Reihenfolge von der Leitergruppe 81, deren Abstand von der Magnetpolmitte des N-Pols in der Umfangsrichtung am kürzesten ist, der vorstehenden Vielzahl von Leitergruppen 81. Zusätzlich ist der Bereich Wn eingestellt, um die vier Leitergruppen 81 zu umfassen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Enden des Bereichs Wn (Startpunkt und Endpunkt) die Mitten der Lücken 56.
In 26, weil eine Hälfte des Vorsprungabschnitts 142 jeweils in den zwei Enden des Bereichs Wn enthalten ist, umfasst der Bereich Wn insgesamt vier Vorsprungabschnitte 142. Deshalb, wenn eine Breite des Vorsprungabschnitts 142 (das heißt die Dimension des Vorsprungabschnitts 142 in der Umfangsrichtung des Stators 50, oder, in anderen Worten, das Intervall zwischen benachbarten Leitergruppen 81) gleich A ist, ist die Gesamtbreite der Vorsprungabschnitte 142, die in dem Bereich enthalten sind, gleich $Wt = 1 / 2 A + A + A + A + 1 / 2 A = 4 A .$
Speziell ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dreiphasenwicklung der Statorwicklung 51 eine verteilte Wicklung. In der Statorwicklung 51, relativ zu einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42, ist die Anzahl von Vorsprüngen 142, das heißt, die Anzahl von Lücken 56, die die Bereiche zwischen den Leitergruppen 81 sind, gleich Anzahl von Phasen x Q. Hier bezieht sich Q auf die Anzahl von Leitern 82, die mit dem Statorkern 52 in Kontakt sind, unter den Leitern 82 einer einzelnen Phase.
Hier, wenn die Leitergruppe 81 aus den Leitern 82 besteht, die in der radialen Richtung des Rotors 40 laminiert sind, kann Q ebenso als die Anzahl von Leitern 82 auf der inneren Umfangsseite der Leitergruppen 81 einer einzelnen Phase betrachtet werden. In diesem Fall, wenn die Dreiphasenwicklung der Statorwicklung 51 in einer vorbestimmten Reihenfolge der Phasen energetisiert wird, werden die Vorsprungabschnitte 142 entsprechend zwei Phasen innerhalb eines einzelnen Pols erregt.
Deshalb, wenn die Breitendimension in der Umfangsrichtung des Vorsprungabschnitts 142 (das heißt der Lücke 56) gleich A ist, ist die Gesamtbreitendimension Wt in der Umfangsrichtung der Vorsprungabschnitte 142, die durch die Energetisierung der Statorwicklung 51 innerhalb des Bereichs eines einzelnen Pols der Magneteinheit 42 erregt werden, gleich der Anzahl von erregten Phasen × Q × A = 2 × 2 × A.
Zusätzlich, wenn die Gesamtbreitendimension Wt auf diese Weise vorgeschrieben ist, ist in dem Statorkern 52 der Vorsprungabschnitt 142 als ein magnetisches Material konfiguriert, das die vorstehende Beziehung in (1) erfüllt. Hier ist die Gesamtbreitendimension Wt ebenso die Umfangsrichtungsdimension eines Abschnitts innerhalb eines einzelnen Pols, in dem eine relative Permeabilität größer als 1 sein kann.
Zusätzlich, wenn man einen Spielraum berücksichtigt, kann die Gesamtbreitendimension Wt die Breitendimension in der Umfangsrichtung der Vorsprungabschnitte 142 in einem einzelnen Magnetpol sein. Speziell, weil die Anzahl von Vorsprungabschnitten 142 relativ zu einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42 gleich der Anzahl von Phasen x Q ist, kann die Breitendimension (Gesamtbreitendimension Wt) in der Umfangsrichtung der Vorsprungabschnitte 142 in einem einzelnen Magnetpol gleich Anzahl von Phasen × Q × A = 3 × 2 × A = 6A sein.
Die hierin erwähnte verteilte Wicklung umfasst hier ein einzelnes Polpaar der Statorwicklung 51, das bei einem einzelnen Polpaarzyklus (N-Pol und S-Pol) der Magnetpole vorhanden ist. Das Einzelpolpaar der Statorwicklung 51 besteht aus zwei linearen Abschnitten 83, durch die Ströme in entgegengesetzte Richtungen fließen, und die durch den Wendeabschnitt 84 elektrisch verbunden sind, und dem Wendeabschnitt 84. Wenn die vorstehend beschriebene Bedingung erfüllt ist, wird sogar eine Wicklung mit verkürzter Schrittweite (short pitch winding“) als ein Äquivalent einer verteilten Wicklung einer Wicklung mit voller Schrittweite („full pitch winding“) betrachtet.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Falls einer konzentrierten Wicklung beschrieben. Die konzentrierte Wicklung hierin hat die Breite eines einzelnen Polarpaares der Magnetpole und die Breite eines einzelnen Polpaares der Statorwicklung 51, die unterschiedlich sind. Als Beispiele der konzentrierten Wicklung können solche genannt werden, bei denen Beziehungen hergestellt werden, in denen die Anzahl der Leitergruppen 81 relativ zu einem einzelnen Magnetpolpaar drei, die Anzahl der Leitergruppen 81 relativ zu zwei Magnetpolpaaren drei, die Anzahl der Leitergruppen 81 relativ zu vier Magnetpolpaaren neun und die Anzahl der Leitergruppen 81 relativ zu fünf Magnetpolpaaren neun beträgt.
Hier, in einem Fall, in dem die Statorwicklung 51 eine konzentrierte Wicklung ist, wenn die Dreiphasenwicklung der Statorwicklung 51 in einer vorbestimmten Reihenfolge energetisiert wird, wird die Statorwicklung 51 entsprechend zwei Phasen erregt. Als ein Ergebnis werden die Vorsprungabschnitte 142 entsprechend zwei Phasen erregt. Deshalb ist die Breitendimension Wt in der Umfangsrichtung der Vorsprungabschnitte 142, die durch die Energetisierung der Statorwicklung 51 erregt werden, innerhalb des Bereichs eines Einzelpols der Magneteinheit 42 gleich A x 2.
Zusätzlich, mit der Breitendimension Wt, die auf diese Weise vorgeschrieben ist, ist der Vorsprungabschnitt 142 als ein magnetisches Material konfiguriert, das die vorstehende Beziehung in (1) erfüllt. Hier, in dem Fall der konzentrierten Wicklung, die vorstehend beschrieben ist, ist eine Summe der Breiten der Vorsprungabschnitte 142, die in der Umfangsrichtung des Stators 50 in dem Bereich, der durch die Leitergruppen 81 der gleichen Phase umgeben ist, vorhanden sind, gleich A. Zusätzlich entspricht Wm in der konzentrierten Wicklung einem Umfang einer Fläche der Magneteinheit 42, die einer Luftlücke entgegengesetzt liegt x Anzahl von Phasen ÷ Anzahl von Dispersionen der Leitergruppe 81.
Hier, in einem Magneten, dessen BH-Produkt gleich oder größer als 20 [MGOe (kJ/m³)] ist, wie etwa einem Neodym-Magneten, einem Samarium-Kobalt-Magneten oder einem Ferrit-Magneten, ist Bd gerade über 1,0 [T]. Bei Eisen ist Br gerade über 2,0 [T]. Deshalb, bei einem Motor mit hoher Ausgabe, in dem Stator 52, ist es lediglich erforderlich, dass der Vorsprungabschnitt 142 aus einem magnetischen Material hergestellt wird, das eine Beziehung erfüllt, die durch Wt < 1 / 2 x Wm ausgedrückt ist.
Zusätzlich, wenn der Leiter 82 eine Beschichtung auf einer Außenschicht 182 umfasst, wie nachstehend beschrieben, können die Leiter 82 in der Umfangsrichtung des Statorkerns 52 angeordnet sein, so dass die Außenschichtbeschichtungen 182 der Leiter 82 miteinander in Kontakt sind. In diesem Fall kann Wt als 0 angenommen werden oder als die Dicke der Außenschichtbeschichtungen 182 von beiden Leitern 82, die in Kontakt sind.
In 25 und 26 ist das Zwischenleiterelement (Vorsprungabschnitt 142), das relativ zu dem magnetischen Magnetfluss auf der Seite des Rotors 40 unverhältnismäßig klein ist, bereitgestellt. Der Rotor 40 ist hier ein flacher Rotor der Oberflächenmagnetart, der eine niedrige Induktivität aufweist und keine Ausprägung in Bezug auf einen magnetischen Widerstand hat. In dieser Konfiguration kann die Induktivität in dem Stator 50 reduziert werden. Das Auftreten einer Magnetflussverzerrung aufgrund einer Verschiebung in dem Schaltzeitpunkt der Statorwicklung 51 wird unterdrückt. Des Weiteren wird eine elektrische Korrosion der Lager 21 und 22 unterdrückt.
(Zweite Modifikation)
Als der Stator 50, der das Zwischenleiterelement verwendet, das die Beziehung in dem vorstehenden Ausdruck (1) erfüllt, kann ebenso eine folgende Konfiguration verwendet werden. In 27 ist ein zahnähnlicher Abschnitt 143 als das Zwischenleiterelement auf der äußeren Umfangsflächenseite (obere Seitenfläche in der Zeichnung) des Statorkerns 52 bereitgestellt. Der zahnähnliche Abschnitt 143 ist in vorbestimmen Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt, um von einem Joch 141 hervorzustehen, und weist eine Dickendimension auf, die die gleiche ist wie die der Leitergruppe 81 in der radialen Richtung. Eine Seitenfläche des zahnähnlichen Abschnitts 143 ist mit den Leitern 82 der Leitergruppe 81 verbunden. Jedoch könnte eine Lücke zwischen dem zahnähnlichen Abschnitt 143 und den Leitern 82 bereitgestellt sein.
Der zahnähnliche Abschnitt 143 ist bezüglich der Breitendimension in der Umfangsrichtung begrenzt und hat einen dünnen Polzahl (Statorzahn), der in keinem Verhältnis zu der Anzahl von Magneten steht. Als ein Ergebnis der Konfiguration wird der zahnähnliche Abschnitt 143 durch den magnetischen Magnetfluss bei 1,8 T oder größer zuverlässig gesättigt und kann eine Induktivität durch Verringerung in einer Permeanz reduziert werden.
Hier, in der Magneteinheit 42, wenn ein Oberflächenbereich für einen einzelnen Pol einer Magnetflusswirkfläche auf der Statorseite Sm ist und die Restmagnetflussdichte der Magneteinheit 42 Br ist, ist der Magnetfluss auf der Magneteinheitsseite zum Beispiel Sm x Br.
Zusätzlich, wenn der Oberflächenbereich auf der Rotorseite von jedem zahnähnlichen Abschnitt 143 St ist, die Anzahl von Leitern 82 für eine einzelne Phase m ist und die zahnähnlichen Abschnitte 143 entsprechend zwei Phasen innerhalb eines einzelnen Pols durch eine Energetisierung der Statorwicklung 51 erregt werden, ist der Magnetfluss auf der Statorseite zum Beispiel St x m x 2 x Bs. In diesem Fall kann eine Reduzierung einer Induktivität erreicht werden, als ein Ergebnis davon, dass die Dimensionen des zahnähnlichen Abschnitts 143 derart beschränkt werden, dass sie eine Beziehung erfüllen, die ausgedrückt wird durch: $St \times m \times 2 \times Bs < Sm \times Br$
Hier, in einem Fall, in dem die Dimensionen der Magneteinheit 42 und der zahnähnliche Abschnitt 143 in der axialen Richtung die gleichen sind, wenn die Breitendimension in der Umfangsrichtung entsprechend einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42 Wm ist und eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des zahnähnlichen Abschnitts 143 Wst ist, wird Ausdruck (2) ersetzt, wie in Ausdruck (3). $Wst \times m \times 2 \times Bs < Wm \times Br$
Genauer, wenn zum Beispiel eine Annahme vorgenommen wird, dass Bs = 2T, Br = 1T und m = 2, gilt, ist der vorstehende Ausdruck (3) eine Beziehung, die durch Wst < Wm / 8 ausgedrückt wird. In diesem Fall wird eine Reduzierung einer Induktivität erreicht, als ein Ergebnis davon, dass die Breitendimension Wst des zahnähnlichen Abschnitts 143 kleiner gemacht wird als 1/8 der Breitendimension Wm entsprechend einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42. Hier, wenn m gleich 1 ist, kann die Breitendimension Wst des zahnähnlichen Abschnitts 143 kleiner als 1/4 der Breitendimension Wm entsprechend einem einzelnen Pol der Magneteinheit 42 sein.
Hier, in dem vorstehenden Ausdruck (3), entspricht Wst x m x 2 der Breitendimension in der Umfangsrichtung des zahnähnlichen Abschnitts 143, der durch eine Energetisierung der Statorwicklung 51 erregt wird, innerhalb des Bereichs eines einzelnen Pols der Magneteinheit 42.
In 27, auf eine Weise, die ähnlich zu den Konfigurationen in 25 und 26 ist, die vorstehend beschrieben sind, ist das Zwischenleiterelement (der zahnähnliche Abschnitt 143), das (der) relativ zu dem magnetischen Magnetfluss auf der Seite des Rotors 40 unverhältnismäßig klein ist, bereitgestellt. In dieser Konfiguration kann eine Reduzierung einer Induktivität in dem Stator 50 erreicht werden. Das Auftreten der Magnetflussverzerrung aufgrund einer Verschiebung in dem Schaltzeitpunkt der Statorwicklung 51 wird unterdrückt. Des Weiteren wird eine elektrische Korrosion der Lager 21 und 22 unterdrückt.
(Dritte Modifikation)
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Abdichtungselement 57, das die Statorwicklung 51 abdeckt, in einem Bereich bereitgestellt, der alle Leitergruppen 81 auf der Außenseite des Statorkerns 52 in der radialen Richtung umfasst, das heißt, einem Bereich, in dem die Dickendimension in der radialen Richtung größer wird als die Dickendimension in der radialen Richtung der Leitergruppe 81. Diese Konfiguration kann jedoch modifiziert werden.
Wie zum Beispiel in 28 gezeigt ist, ist das Abdichtungselement 57 konfiguriert, so dass es bereitgestellt werden kann, so dass ein Abschnitt des Leiters 82 nach außen hervorsteht. Genauer ist das Abdichtungselement 57 dazu konfiguriert, derart bereitgestellt zu werden, dass ein Abschnitt des Leiters 82 auf der äußersten Seite in der radialen Richtung der Leitergruppe 81 in Richtung der radial äußeren Seite, das heißt der Seite des Stators 50, freiliegt. In diesem Fall kann die Dickendimension in der radialen Richtung des Abdichtungselements 57 die gleiche sein wie die Dickendimension in der radialen Richtung der Leitergruppe 81 oder kleiner sein als die Dickendimension.
(Vierte Modifikation)
Wie in 29 gezeigt ist, könnten in dem Stator 50 die Leitergruppen 81 nicht durch das Abdichtungselement 57 abgedichtet sein. Das heißt, das Abdichtungselement 57, das die Statorwicklung 51 abdeckt, könnte nicht verwendet werden. In diesem Fall ist kein Zwischenleiterelement zwischen den Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, bereitgestellt, und Lücken werden gebildet. Kurz gesagt ist kein Zwischenleiterelement zwischen den Leitergruppen 81, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, bereitgestellt. Folglich kann eine Luft als ein nichtmagnetischer Körper oder ein Äquivalent eines nichtmagnetischen Körpers betrachtet werden, bei dem Bs = 0 gilt. Luft könnte in der Lücke bereitgestellt sein.
(Fünfte Modifikation)
Wenn das Zwischenleiterelement in dem Stator 50 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, könnte ein anderes Material als Harz als das nichtmagnetische Material verwendet werden. Zum Beispiel könnte ein metallbasiertes nichtmagnetisches Material, wie etwa SUS304, das ein austenitischer rostfreier Stahl ist, verwendet werden.
(Sechste Modifikation)
Der Stator 50 könnte den Statorkern 52 nicht umfassen. In diesem Fall ist der Stator 50 durch die Statorwicklung 51 konfiguriert, wie in 12 gezeigt ist. Hier, in dem Stator 50, der den Statorkern 52 nicht umfasst, könnte die Statorwicklung 51 durch das Abdichtungsmaterial abgedichtet sein. Alternativ könnte der Stator 50 einen kreisringförmigen Windungshalteabschnitt, der aus einem nichtmagnetischen Material, wie etwa einen synthetischen Harz, hergestellt ist, anstelle des Statorkerns 52, der aus einem weichmagnetischen Material hergestellt ist, umfassen.
(Siebte Modifikation)
Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird die Vielzahl von Magneten 91 und 92, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, als die Magneteinheit 42 des Rotors 40 verwendet. Diese Konfiguration könnte jedoch modifiziert werden. Ein Ringmagnet, der ein kreisringförmiger Permanentmagnet ist, könnte als die Magneteinheit 42 verwendet werden.
Speziell, wie in 30 gezeigt ist, ist ein Ringmagnet 95 an der radial inneren Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 43 des Magnethalters 41 befestigt. Eine Vielzahl von Magnetpolen, deren Polaritäten sich in der Umfangsrichtung abwechseln, sind in dem Ringmagneten 95 bereitgestellt. Der Magnet ist auf sowohl der d-Achse als auch der q-Achse einstückig ausgebildet. In dem Ringmagneten 95 ist ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad ausgebildet, bei dem eine Ausrichtungsrichtung auf der d-Achse des Magnetpols die radiale Richtung ist und eine Ausrichtungsrichtung auf der q-Achse zwischen Magnetpolen die Umfangsrichtung ist.
Hier ist es in dem Ringmagneten 95 lediglich erforderlich, dass die Ausrichtung derart ist, dass ein kreisbogenförmiger magnetischer Magnetpfad, in dem die leichte Achse einer Magnetisierung parallel zu der d-Achse ist oder ausgerichtet ist, dass sie fast parallel zu der d-Achse ist, in einem Abschnitt, der sich in der Nähe der d-Achse befindet, und die leichte Achse einer Magnetisierung orthogonal zu der q-Achse ist oder ausgerichtet ist, so dass diese fast orthogonal zu der q-Achse ist, in einem Abschnitt, der sich nahe zu der q-Achse befindet, gebildet wird.
(Achte Modifikation)
In einer vorliegenden Modifikation wird ein Teil eines Steuerungsverfahrens der Steuerungsvorrichtung 110 modifiziert. In der vorliegenden Modifikation werden hauptsächlich Abschnitte beschrieben, die von der Konfiguration, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, verschieden sind.
Als Erstes werden Prozesse innerhalb der Operationssignalerzeugungseinheiten 116 und 126, die in 20 gezeigt sind, und der Operationssignalerzeugungseinheit 130a und 130b, die in 21 gezeigt sind, mit Bezug auf 31 beschrieben. Hier sind die Prozesse in den Operationssignalerzeugungseinheiten 116, 126, 130a und 130b grundlegend ähnlich. Deshalb wird der Prozess in der Operationssignalerzeugungseinheit 116 nachstehend als ein Beispiel beschrieben.
Die Operationssignalerzeugungseinheit 116 umfasst eine Trägererzeugungseinheit 116a und U-, V- und W-Phasen-Komparatoren 116bU, 116bV und 116bW. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt die Trägererzeugungseinheit 116a ein Dreieckswellensignal als ein Trägersignal SigC und gibt das Trägersignal SigC aus.
Das Trägersignal SigC, das durch die Trägererzeugungseinheit 116a erzeugt wird, und die U-, V- und W-Phasen-Anweisungsspannungen, die durch die Dreiphasenwandlereinheit 115 berechnet werden, werden in die U-, V- und W-Phasen-Komparatoren 116bU, 116bV und 116bW eingegeben. Zum Beispiel sind die U-, V- und W-Phasen-Anweisungsspannungen Wellenformen in der Form von Sinuswellen und Phasen sind voneinander um 120° in einem elektrischen Winkel verschoben.
Die U-, V- und W-Phasenkomparatoren 116bU, 116bV und 116bW erzeugen die Operationssignale für die Schalter Sp und Sn des oberen Zweigs und des unteren Zweigs der U-, V- und W-Phasen in dem ersten Wechselrichter 101 durch eine PWM-Steuerung basierend auf einem Vergleich der Größenordnung zwischen den U-, V- und W-Phasen-Anweisungsspannungen und dem Trägersignal SigC.
Speziell erzeugt die Operationssignalerzeugungseinheit 116 die Operationssignale für die Schalter Sp und Sn der U-, V- und W-Phasen durch eine PWM-Steuerung basierend auf einem Vergleich einer Größenordnung zwischen Signalen, in denen die U-, V- und W-Phasen-Anweisungsspannungen durch die Leistungsversorgungsspannung standardisiert sind, und dem Trägersignal. Der Treiber 117 schaltet die Schalter Sp und Sn der U-, V- und W-Phasen in dem ersten Wechselrichter 101 basierend auf den Operationssignalen, die durch die Operationssignalerzeugungseinheit 116 erzeugt werden, ein/aus.
Die Steuerungsvorrichtung 110 führt einen Prozess zum Ändern der Trägerfrequenz fc des Trägersignals SigC, das heißt der Schaltfrequenz der Schalter Sp und Sn, durch. Die Trägerfrequenz fc wird in einem Niedrigdrehmomentbereich oder einem Hochrotationsbereich der rotierenden elektrischen Maschine 10 hoch eingestellt, und wird in einem Hochdrehmomentbereich der rotierenden elektrischen Maschine 10 niedrig eingestellt. Diese Einstellung wird durchgeführt, um eine Verringerung einer Steuerbarkeit des Stroms, der zu jeder Phasenwicklung fließt, zu unterdrücken.
Das heißt, eine Reduzierung einer Induktivität in dem Stator 50 kann einhergehend damit, dass der Stator 50 kernlos gemacht wird, erreicht werden. Hier, wenn sich die Induktivität verringert, verringert sich die elektrische Zeitkonstante der rotierenden elektrischen Maschine 10. Als ein Ergebnis kann sich eine Welligkeit in dem Strom, der zu jeder Phasenwicklung fließt, erhöhen, kann sich eine Steuerbarkeit des Stroms, der zu der Wicklung fließt, verringern, und kann eine Stromsteuerung abweichen.
Die Effekte dieser Verringerung einer Steuerbarkeit können ausgeprägter sein, wenn der Strom, der zu der Wicklung fließt (wie etwa ein Effektivwert des Stroms), in einem Niedrigstrombereich liegt, als wenn der Strom in einem Hochstrombereich umfasst ist. Als Reaktion auf dieses Problem ändert die Steuerungsvorrichtung 110 in der vorliegenden Modifikation die Trägerfrequenz fc.
Ein Prozess zum Ändern der Trägerfrequenz fc wird mit Bezug auf 32 beschrieben. Zum Beispiel wird dieser Prozess zu einem vorbestimmten Steuerungszyklus durch die Steuerungsvorrichtung 110 als ein Prozess der Operationssignalerzeugungseinheit 116 wiederholt durchgeführt.
In Schritt S10 bestimmt die Steuerungsvorrichtung 110, ob der Strom, der zu der Wicklung 51a von jeder Phase strömt, in dem Niedrigstrombereich liegt. Dieser Prozess ist ein Prozess zum Bestimmen, dass das aktuelle Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 in dem Niedrigdrehmomentbereich liegt. Als ein Verfahren zur Bestimmung, ob sich der Strom in dem Niedrigstrombereich befindet, können beispielsweise die folgenden ersten und zweiten Verfahren angegeben werden.
<Erstes Verfahren>
Der Drehmomentschätzwert der rotierenden elektrischen Maschine 10 wird basierend auf dem d-Achsen-Strom und dem q-Achsen-Strom, die durch die dq-Wandlereinheit 112 umgewandelt werden, berechnet. Zusätzlich, wenn bestimmt wird, dass der berechnete Drehmomentschätzwert kleiner als ein Drehmomentschwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Strom, der zu der Wicklung 51a fließt, in dem Niedrigstrombereich liegt. Wenn bestimmt wird, dass der Drehmomentschätzwert gleich oder größer als der Drehmomentschwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Strom in dem Hochstrombereich liegt. Hier kann der Drehmomentschwellenwert zum Beispiel auf 1/2 eines Startdrehmoments (nachstehend ebenso als ein Drehmoment bei gesperrtem beziehungsweise blockiertem Rotor bezeichnet) der rotierenden elektrischen Maschine 10 eingestellt werden.
<Zweites Verfahren>
Wenn bestimmt ist, dass der Rotationswinkel des Rotors 40, der durch den Winkeldetektor erfasst wird, gleich oder größer als ein Drehzahlschwellenwert ist, wird bestimmt, dass der Strom, der zu der Wicklung 51a fließt, in dem Niedrigstrombereich liegt, das heißt, in dem Hochrotationsbereich. Hier kann zum Beispiel der Drehzahlschwellenwert auf eine Drehzahl eingestellt werden, wenn ein maximales Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine 10 der Drehmomentschwellenwert ist.
Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S10 vorgenommen wird, bestimmt die Steuerungsvorrichtung 110, dass sich der Strom in dem Hochstrombereich befindet, und geht über zu Schritt S11. In Schritt S11 stellt die Steuerungsvorrichtung 110 die Trägerfrequenz fc als eine erste Frequenz fL ein.
Wenn eine positive Bestimmung in Schritt S10 vorgenommen wird, geht die Steuerungsvorrichtung 110 über zu Schritt S12 und stellt die Trägerfrequenz fc als eine zweite Frequenz fH ein, die höher als die erste Frequenz fL ist.
Als ein Ergebnis der vorstehend beschriebenen vorliegenden Modifikation wird die Trägerfrequenz fc höher eingestellt, wenn sich der Strom, der zu jeder Phasenwicklung fließt, in dem Niedrigstrombereich befindet, als wenn sich der Strom in dem Hochstrombereich befindet. Deshalb kann in dem Niedrigstrombereich die Schaltfrequenz der Schalter Sp und Sn erhöht werden und kann eine Erhöhung einer Stromwelligkeit unterdrückt werden. Als ein Ergebnis kann eine Verringerung in der Stromsteuerbarkeit unterdrückt werden.
Unterdessen, wenn der Strom, der zu jeder Phasenwicklung fließt, in dem Hochstrombereich liegt, wird die Trägerfrequenz fc niedriger eingestellt als wenn der Strom in dem Niedrigstrombereich liegt. In dem Hochstrombereich ist die Amplitude des Stroms, der zu der Wicklung fließt, größer als der in dem Niedrigstrombereich. Deshalb ist der Effekt, den eine Erhöhung in einer Stromwelligkeit aufgrund einer Verringerung in einer Induktivität auf eine Stromsteuerbarkeit hat, klein. Folglich kann in dem Hochstrombereich die Trägerfrequenz fc niedriger eingestellt werden als in dem Niedrigstrombereich. Ein Schaltverlust in den Wechselrichtern 101 und 102 kann reduziert werden.
In der vorliegenden Modifikation sind die nachstehend beschriebenen Betriebsarten möglich.
Wenn die Trägerfrequenz fc auf die erste Frequenz fL eingestellt wird, wenn eine positive Bestimmung in Schritt S10 in 32 vorgenommen wird, kann die Trägerfrequenz fc von der ersten Frequenz fL zu der zweiten Frequenz fH schrittweise geändert werden.
Zusätzlich, wenn die Trägerfrequenz fc auf die zweite Frequenz fH eingestellt wird, wenn eine negative Bestimmung in Schritt S10 vorgenommen wird, kann die Trägerfrequenz fc schrittweise von der zweiten Frequenz fH zu der ersten Frequenz fL geändert werden.
Die Operationssignale der Schalter können durch eine Raumvektormodulationssteuerung (SVM-Steuerung, „Space Vector Modulation“) anstelle einer PWM-Steuerung erzeugt werden. Auch in diesem Fall können die Änderungen in den Schaltfrequenzen, wie vorstehend beschrieben, angewendet werden.
(Neunte Modifikation)
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Leiter, die die Leitergruppe 81 konfigurieren, die in zwei Paaren für jede Phase bereitgestellt sind, parallel verbunden, wie in 33(a) gezeigt ist. 33(a) stellt ein Diagramm dar, das eine elektrische Verbindung zwischen ersten und zweiten Leitern 88a und 88b zeigt, die zwei Paare von Leitern sind. Anstelle der in 33(a) gezeigten Konfiguration könnten hier die ersten und zweiten Leiter 88a und 88b in Reihen verbunden sein, wie in 33(b) gezeigt ist.
Zusätzlich könnten Mehrschichtleiter von drei Paaren oder mehr derart angeordnet sein, dass sie in der radialen Richtung laminiert sind. 34 zeigt eine Konfiguration, bei der erste bis vierte Leiter 88a bis 88d, die vier Paare von Leitern sind, auf eine laminierte Weise angeordnet sind. Die ersten bis vierten Leiter 88a bis 88d sind derart angeordnet, dass sie in der radialen Richtung in der Reihenfolge von erstem, zweitem, drittem und viertem Leiter 88a, 88b, 88c und 88d, von dem Leiter, der zu dem Statorkern 52 am nächsten ist, angeordnet sind.
Hier, wie in 33(c) gezeigt ist, können die dritten und vierten Leiter 88c und 88d parallel verbunden werden. Zusätzlich kann der erste Leiter 88a mit einem Ende dieses Parallelverbindungskörpers verbunden werden und kann der zweite Leiter 88b mit dem anderen Ende verbunden werden. Wenn die Parallelverbindung verwendet wird, kann die Stromdichte in den Leitern, die parallel verbunden werden, reduziert werden. Eine Wärmeerzeugung aufgrund einer Energetisierung kann unterdrückt werden.
Deshalb wird eine zylindrische Statorwicklung an einem Gehäuse (einer Einheitsbasis 61), in dem (der) der Kühlwasserkanal 74 gebildet ist, angebracht. In dieser Konfiguration sind die ersten und zweiten Leiter 88a und 88b, die nicht parallel verbunden sind, auf der Seite des Statorkerns 52, der mit der Einheitsbasis 61 in Kontakt ist, angeordnet, und sind die dritten und vierten Leiter 88c und 88d auf der Gegenstatorkernseite angeordnet. Als ein Ergebnis kann eine Kühlleistungsfähigkeit der Leiter 88a bis 88d in der Mehrfachschichtleiterstruktur ausgeglichen werden.
Hier ist es lediglich erforderlich, dass die Dickendimension in der radialen Richtung der Leitergruppe 81, die aus den ersten bis vierten Leitern 88a bis 88d besteht, kleiner als die Breitenrichtung in der Umfangsrichtung entsprechend einer einzelnen Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols ist.
(Zehnte Modifikation)
Die rotierende elektrische Maschine 10 kann eine Innenrotorstruktur (innendrehende Struktur) aufweisen. In diesem Fall zum Beispiel kann innerhalb des Gehäuses 30 der Stator 50 auf der radial äußeren Seite bereitgestellt sein und kann der Rotor 40 auf der radial inneren Seite davon bereitgestellt sein. Zusätzlich kann die Wechselrichtereinheit 60 auf einer Seite oder beiden Seiten von beiden Enden in der axialen Richtung des Stators 50 und des Rotors 40 bereitgestellt sein. 35 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Rotors 40 und des Stators 50. 36 ist ein Diagramm, das einen Abschnitt des Rotors 40 und des Stators 50 auf eine vergrößerte Weise darstellt.
Die Konfiguration in 35 und 36, bei der die Innenrotorstruktur angenommen wird, ist eine Konfiguration, die ähnlich zu der Konfiguration in 8 und 9 ist, in der die Außenrotorstruktur angenommen wird, abgesehen davon, dass der Rotor 40 und der Stator 50 auf der inneren Seite und der radial äußeren Seite umgekehrt sind. Kurz gesagt umfasst der Stator 50 die Statorwicklung 51, die eine flache Leiterstruktur aufweist, und den Statorkern 52, der keine Zähne aufweist. Die Statorwicklung 51 ist auf der radial inneren Seite des Statorkerns 52 angebracht. Der Statorkern 52 weist irgendeine der nachstehenden Konfigurationen auf, auf eine ähnliche Weise wie diejenige in dem Fall der Außenrotorstruktur.
(A) In dem Stator 50 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt und wird ein magnetisches Material als Zwischenleiterelement verwendet, wobei das magnetische Material eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt, wobei Wt eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen Magnetpol ist, Bs eine Sättigungsmagnetdichte des Zwischenleiterelements ist, Wm eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Magnetabschnitts in einem einzelnen Magnetpol ist, und Br eine Restmagnetflussdichte des Magnetabschnitts ist.
(B) In dem Stator 50 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt und ein nichtmagnetisches Material wird als das Zwischenleiterelement verwendet.
(C) In dem Stator 50 ist kein Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt.
Zusätzlich trifft das Vorstehende auf ähnliche Weise auf die Magnete 91 und 92 der Magneteinheit 42 zu. Das heißt, die Magneteinheit 42 ist unter Verwendung der Magnete 91 und 92 konfiguriert, die derart ausgerichtet sind, dass, an Orten nahe der d-Achse, die die Magnetpolmitte ist, die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung eher parallel zu der d-Achse ist, im Vergleich mit Orten in der Nähe der q-Achse, die die Magnetpolgrenze ist. Details der Magnetisierungsrichtung und Ähnliches der Magnete 91 und 92 sind wie vorstehend beschrieben. Der Ringmagnet 95 (siehe 30) kann in der Magneteinheit 42 verwendet werden.
37 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 10, wenn die rotierende elektrische Maschine 10 der Innenrotortyp ist. 37 ist ein Diagramm, das 2 entspricht, die vorstehend beschrieben wurde. Unterschiede zu der Konfiguration in 2 werden kurz beschrieben.
In 37 ist der ringförmige Stator 50 auf der inneren Seite des Gehäuses 30 befestigt und ist der Rotor 40 auf der inneren Seite des Stators 50 mit einer vorbestimmten Luftlücke zwischen diesen drehbar bereitgestellt. Auf eine ähnliche Weise wie diejenige in 2 sind die Lager 21 und 22 derart angeordnet, dass sie auf einer Seite in der axialen Richtung relativ zu der Mitte in der axialen Richtung des Rotors 40 konzentriert sind. Als ein Ergebnis wird der Rotor 40 freitragend gestützt. Zusätzlich ist die Wechselrichtereinheit 60 auf der inneren Seite des Magnethalters 41 des Rotors 40 bereitgestellt.
38 zeigt eine andere Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 10, die die Innenrotorstruktur aufweist. In 38 ist in dem Gehäuse 30 die Rotationswelle 11 durch die Lager 21 und 22 drehbar gestützt, und ist der Rotor 40 an der Rotationswelle 11 befestigt. Auf eine Weise, die ähnlich zu der Konfiguration ist, die in 2 gezeigt ist, und Ähnlichem, sind die Lager 21 und 22 derart angeordnet, dass sie auf einer Seite in der axialen Richtung relativ zu der Mitte in der axialen Richtung des Rotors 40 konzentriert sind. Der Rotor 40 umfasst den Magnethalter 41 und die Magneteinheit 42.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10 in 38, als ein Unterschied zu dem Rotor 40 in 37, ist die Wechselrichtereinheit 60 nicht auf der radial inneren Seite des Rotors 40 bereitgestellt. Der Magnethalter 41 ist mit der Rotationswelle 11 an einer Position auf der radial inneren Seite der Magneteinheit 42 bereitgestellt. Zusätzlich weist der Stator 50 die Statorwicklung 51 und den Statorkern 52 auf und ist an dem Gehäuse 30 angebracht.
(Elfte Modifikation)
Eine andere Konfiguration wird als die rotierende elektrische Maschine beschrieben, die eine Innenrotorstruktur aufweist. 39 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine 200. 40 ist eine Querschnittsseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine 200. Hier wird die Oben-/Unten-Richtung mit Bezug auf den Zustand in 39 und 40 angegeben.
Wie in 39 und 40 gezeigt ist, umfasst die rotierende elektrische Maschine 200 einen Stator 203 und einen Rotor 204. Der Stator 203 umfasst einen ringförmigen Statorkern 201 und eine Mehrphasenstatorwicklung 202. Der Rotor 204 ist auf der inneren Seite des Statorkerns 201 angeordnet, so dass sich dieser frei drehen kann. Der Stator 203 entspricht einem Anker. Der Rotor 204 entspricht einem Feldelement. Der Statorkern 201 ist durch mehrere Siliziumstahlbleche konfiguriert, die laminiert sind. Die Statorwicklung 202 ist an dem Statorkern 201 angebracht. Obwohl es in den Zeichnungen weggelassen ist, umfasst der Rotor 204 einen Rotorkern und eine Vielzahl von Permanentmagneten, die als eine Magneteinheit dienen.
Eine Vielzahl von Magneteinsetzlöchern ist in dem Rotorkern bei einem gleichmäßigen Intervall in der kreisförmigen Umfangsrichtung bereitgestellt. Die Permanentmagnete, die derart magnetisiert sind, dass sich die Magnetisierungsrichtungen für jeden nebeneinanderliegenden Magnetpol abwechselnd ändern, sind in den Magneteinsetzlöchern angebracht. Hier kann der Permanentmagnet der Magneteinheit ein solcher sein, der das Halbach-Array aufweist, wie in 23 beschrieben ist, oder eine dazu ähnliche Konfiguration. Alternativ kann der Permanentmagnet der Magneteinheit ein solcher sein, der die Charakteristiken einer polaren Anisotropie aufweist, bei der die Ausrichtungsrichtung (Magnetisierungsrichtung) sich in einer Kreisbogenform zwischen der d-Achse, die das Magnetpolzentrum ist, und der q-Achse, die die Magnetpolgrenze ist, erstreckt, wie in 9 und 30 beschrieben ist.
Der Stator 203 kann hier irgendeine der nachstehenden Konfigurationen aufweisen.
(A) In dem Stator 203 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt und ein magnetisches Material wird als Zwischenleiterelement verwendet, wobei das magnetische Material eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt, wobei Wt eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen Magnetpol ist, Bs eine Sättigungsmagnetdichte des Zwischenleiterelements ist, Wm eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Magnetabschnitts in einem einzelnen Magnetpol ist und Br eine Restmagnetflussdichte des Magnetabschnitts ist.
(B) In dem Stator 203 ist das Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt und ein nichtmagnetisches Material wird als das Zwischenleiterelement verwendet.
(C) In dem Stator 203 ist kein Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt.
Zusätzlich ist in dem Rotor 204 die Magneteinheit unter Verwendung einer Vielzahl von Magneten konfiguriert, die derart ausgerichtet sind, dass auf der d-Achsen-Seite, die die Magnetpolmitte ist, die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung parallel zu der d-Achse ist, im Vergleich mit der Seite auf der q-Achse, die die Magnetpolgrenze ist.
Ein ringförmiger Wechselrichterkasten 211 ist auf einer Endseite in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 200 bereitgestellt. Der Wechselrichterkasten 211 ist derart angeordnet, dass eine untere Fläche des Kastens mit einer oberen Fläche des Statorkerns 201 in Kontakt ist. Eine Vielzahl von Leistungsmodulen 212, die eine Wechselrichterschaltung konfigurieren, ein Glättungskondensator 213, der eine Welligkeit in der Spannung und dem Strom, die als ein Ergebnis der Schaltoperation der Halbleiterschaltelemente auftreten, unterdrückt, die Steuerungsplatine 214, die eine Steuerungseinheit aufweist, ein Stromsensor 215, der einen Phasenstrom erfasst, und ein Drehgeberstator 216, der ein Rotationsfrequenzsensor für den Rotor 204 ist, sind innerhalb des Wechselrichterkastens 211 bereitgestellt. Die Leistungsmodule 212 umfassen IGBTs, die Halbleiterschaltelemente sind, und Dioden.
Ein Leistungskonnektor 217 und ein Signalkonnektor 218 sind an einem peripheren Rand beziehungsweise einer peripheren Kante des Wechselrichterkastens 211 bereitgestellt. Der Leistungskonnektor 217 ist mit einer Gleichstromschaltung einer Batterie, die in dem Fahrzeug angebracht ist, verbunden. Der Signalkonnektor 218 wird verwendet, um verschiedene Signale zwischen der Seite der rotierenden elektrischen Maschine 200 und der fahrzeugseitigen Steuerungsvorrichtung zu empfangen und zu übertragen. Der Wechselrichterkasten 211 wird durch eine obere Abdeckung 219 abgedeckt. Eine Gleichstromleistung von der fahrzeugseitigen Batterie wird über einen Leistungskonnektor 217 eingegeben, durch die Schaltung der Leistungsmodule 212 umgewandelt und der Statorwicklung 202 für jede Phase zugeführt.
Eine Lagereinheit 221, die die Rotationswelle des Rotors 204 drehbar hält, und ein ringförmiger hinterer Kasten 222, der die Lagereinheit 221 aufnimmt, sind auf Seiten entgegengesetzt zu dem Wechselrichterkasten 211 auf beiden Seiten in der axialen Richtung des Statorkerns 201 bereitgestellt. Zum Beispiel umfasst die Lagereinheit 211 zwei Sätze von Lagern und ist derart angeordnet, dass sie auf einer Seite in der axialen Richtung relativ zu der Mitte in der axialen Richtung des Rotors 204 konzentriert ist. Jedoch kann die Vielzahl von Lagern in der Lagereinheit 211 derart bereitgestellt werden, dass diese auf beiden Seite in der axialen Richtung des Statorkerns 201 verteilt sind, und kann die Rotationswelle durch die Lager doppelt gestützt sein. Die rotierende elektrische Maschine 200 ist mit der Seite des Fahrzeugs dadurch verbunden, dass der hintere Kasten 222 mit einem Montageabschnitt eines Getriebekastens oder eines Getriebes des Fahrzeugs durch eine Schraubenbefestigung befestigt ist.
Ein Kühlkanal 211a, um ein Strömen eines Kühlmittels zu erlauben, ist innerhalb des Wechselrichterkastens 211 gebildet. Der Kühlkanal 211a wird durch einen Raum gebildet, der in Form einer ringförmigen Aussparung an der Unterseite des Wechselrichterkastens 211 bereitgestellt ist und durch die obere Fläche des Statorkerns 201 abgedichtet wird. Der Kühlkanal 211a ist derart gebildet, um das Spulenende der Statorwicklung 202 zu umgeben. Ein Modulkasten 212a für die Leistungsmodule 212 ist innerhalb des Kühlkanals 211a eingesetzt. Ein Kühlkanal 222a ist ebenso in dem hinteren Kasten 222 gebildet, um das Spulenende der Statorwicklung 202 zu umgeben. Der Kühlkanal 222a wird durch einen Raum gebildet, der in Form einer ringförmigen Aussparung von einer oberen Fläche des hinteren Kastens 222 bereitgestellt wird, die durch eine untere Fläche des Statorkerns 201 abgedichtet wird.
(Zwölfte Modifikation)
Bis zu diesem Punkt wurden Konfigurationen, die in einer rotierenden elektrischen Maschine des Drehfeldtyps implementiert sind, beschrieben. Jedoch kann die Konfiguration modifiziert werden und kann eine rotierende elektrische Maschine des Drehankertyps implementiert werden. 41 zeigt eine Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine 230 des Drehankertyps.
In der rotierenden elektrischen Maschine 230 in 41 ist ein Lager 232 an jedem der Gehäuse 231a und 231b befestigt und ist eine Rotationswelle 233 durch das Lager 232 so gelagert, dass sie sich frei drehen kann. Zum Beispiel ist das Lager 232 ein ölhaltiges Lager, das ein poröses Metall enthält, das mit Öl durchsetzt ist. Ein Rotor 234, der als ein Anker dient, ist an der Rotationswelle 233 befestigt. Der Rotor 234 umfasst einen Rotorkern 235 und eine Mehrphasenrotorwicklung 236, die an einem äußeren Umfangsabschnitt des Rotorkerns 235 befestigt ist. In dem Rotor 234 weist der Rotorkern 235 eine nutenlose beziehungsweise schlitzlose Struktur auf. Die Rotorwicklung 236 weist eine abgeflachte Leiterstruktur auf. Das heißt, die Rotorwicklung 236 weist eine abgeflachte Struktur auf, bei der ein Bereich für jede Phase in der Umfangsrichtung länger ist als in der radialen Richtung.
Zusätzlich ist ein Stator 237, der als ein Feldelement dient, auf der radial äußeren Seite des Rotors 234 bereitgestellt. Der Stator 237 umfasst den Statorkern 238, der an dem Gehäuse 231a angebracht ist, und eine Magneteinheit 239, die auf der inneren Umfangsseite des Statorkerns 238 befestigt ist. Die Magneteinheit 239 ist konfiguriert, um eine Vielzahl von Magnetpolen zu umfassen, deren Polaritäten sich in der Umfangsrichtung abwechseln.
Auf eine ähnliche Weise zu der Magneteinheit 42 und Ähnlichem, was vorstehend beschrieben wurde, ist die Magneteinheit 239 derart konfiguriert, dass sie derart ausgerichtet ist, dass, auf einer d-Achsen-Seite, die die Magnetpolmitte ist, die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung parallel zu der d-Achse ist, im Vergleich mit der Seite der q-Achse, die die Magnetpolgrenze ist. Die Magneteinheit 239 umfasst einen gesinterten Neodym-Magneten, der ausgerichtet ist. Die intrinsische Koerzitivkraft davon ist gleich oder größer als 400 [kA/m] und die remanente Flussdichte Br ist gleich oder größer als 1,0 [T].
Die rotierende elektrische Maschine 230 des vorliegenden Beispiels ist ein zweipoliger, dreispuliger, kernloser Bürstenmotor. Die Rotorwicklung 236 ist dreigeteilt und die Magneteinheit 239 umfasst zwei Pole. Die Anzahl von Polen und die Anzahl von Spulen des Bürstenmotors variiert, zum Beispiel 2:3, 4:10 oder 4:21, in Abhängigkeit des Verwendungszwecks.
Ein Kommutator 241 ist an der Rotationswelle 233 befestigt und eine Vielzahl von Bürsten 242 ist auf der radial äußeren Seite von dieser angeordnet. Der Kommutator 241 ist mit der Rotorwicklung 236 über einen Leiter 243, der in die Rotationswelle 233 eingebettet ist, elektrisch verbunden. Ein Gleichstrom fließt in die Rotorwicklung 236 durch den Kommutator 241, die Bürsten 242 und den Leiter 243 hinein und heraus. Der Kommutator 241 ist derart konfiguriert, dass er in der Umfangsrichtung nach Bedarf aufgeteilt ist, basierend auf der Anzahl von Phasen der Rotationswicklung 236. Die Bürsten 242 können hier direkt mit einer Gleichstromleistungsversorgung, wie etwa einer Speicherbatterie, durch eine elektrische Verdrahtung verbunden werden oder können mit der Gleichstromleistungsversorgung über einen Anschlussblock oder Ähnliches verbunden werden.
Eine Harzscheibe 244, die als ein Abdichtungselement dient, ist in der Rotationswelle 233 zwischen dem Lager 232 und dem Kommutator 241 bereitgestellt. Als ein Ergebnis der Harzscheibe 244 wird ein Öl, das aus dem Lager 232, das ein ölhaltiges Lager ist, austritt, daran gehindert, auf die Seite des Kommutators 241 zu fließen.
(Dreizehnte Modifikation)
In der Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 können die Leiter 82 eine Vielzahl von Isolationsbeschichtungen innerhalb und außerhalb davon aufweisen. Zum Beispiel kann der Leiter 82 durch eine Vielzahl von Leitern (Drähten) konfiguriert sein, die eine Isolationsbeschichtung aufweisen, die gebündelt sind, wobei das Bündel durch eine Außenschichtbeschichtung abgedeckt ist.
In diesem Fall konfigurieren die Isolationsbeschichtungen der Drähte die Isolationsbeschichtungen auf der inneren Seite. Die Außenschichtbeschichtung konfiguriert die Isolationsbeschichtung auf der Außenseite. Zusätzlich kann insbesondere eine Isolationsleistungsfähigkeit die Isolationsbeschichtung auf der Außenseite aus der Vielzahl der Isolationsbeschichtungen des Leiters 82 höher sein als die Isolationsleistungsfähigkeit der Isolationsbeschichtungen auf der Innenseite. Speziell wird eine Dicke der Isolationsbeschichtung auf der Außenseite dicker gemacht als eine Dicke der Isolationsbeschichtung auf der Innenseite.
Zum Beispiel kann die Dicke der Isolationsbeschichtung auf der Außenseite 100 µm sein und kann die Dicke der Isolationsbeschichtung auf der Innenseite 40 µm sein. Alternativ kann ein Material, das eine niedrigere dielektrische Konstante als die Isolationsbeschichtung auf der Innenseite aufweist, als die Isolationsbeschichtung auf der Außenseite verwendet werden. Alles was erforderlich ist, ist, dass zumindest eines der Vorstehenden angewendet wird. Hier kann der Draht als ein Bündel einer Vielzahl von leitenden Materialien konfiguriert sein.
Als ein Ergebnis davon, dass eine Isolation auf der äußersten Schicht des Leiters 82 verstärkt wird, wie vorstehend beschrieben, wird der Leiter 82 für eine Verwendung in einem Hochspannungsfahrzeugsystem tauglich. Zusätzlich kann ein geeignetes Antreiben der rotierenden elektrischen Maschine 10 erreicht werden, auch in höheren Bereichen, in denen ein Luftdruck niedrig ist.
(Vierzehnte Modifikation)
In dem Leiter 82, der die Vielzahl von Isolationsbeschichtungen innen und außen umfasst, kann zumindest eine einer Rate einer linearen Expansion (eines Koeffizienten einer linearen Expansion) und einer Bonding-Stärke beziehungsweise Verbindungsstärke zwischen der Isolationsbeschichtung auf der Außenseite und der Isolationsbeschichtung auf der Innenseite unterschiedlich sein. Die Konfiguration des Leiters 82 der vorliegenden Modifikation ist in 42 gezeigt.
In 42 umfasst der Leiter 82 eine Vielzahl (in der Zeichnung vier) von Drähten 181, eine Außenschichtbeschichtung 182 (äußere Isolationsbeschichtung), die aus Harz gemacht ist, zum Beispiel, und die Vielzahl von Drähten 181 umgibt, und eine Zwischenschicht 183 (Zwischenisolationsbeschichtung), die einen Bereich füllt, der die Drähte 181 innerhalb der Außenschichtbeschichtung 182 umgibt. Der Draht 181 umfasst einen Leiterabschnitt 181a, der aus einem Kupfermaterial hergestellt ist, und eine Leiterbeschichtung 181b (innere Isolationsbeschichtung), die aus einem Isolationsmaterial hergestellt ist. In Hinsicht auf die Statorwicklung ist eine Isolation zwischen Phasen durch die Außenschichtbeschichtung 182 bereitgestellt. Hier kann die Verdrahtung 181 als ein Bündel einer Vielzahl von leitenden Materialien konfiguriert sein.
Die Zwischenschicht 183 weist eine höhere Rate einer linearen Expansion auf als die Leiterbeschichtung 181b des Drahtes 181 und weist eine niedrigere Rate einer linearen Expansion auf als die Außenschichtbeschichtung 182. Das heißt, in dem Leiter 82 erhöht sich die Rate einer linearen Expansion in Richtung der Außenseite.
Allgemein ist in der Außenschichtbeschichtung 182 der Koeffizient einer linearen Expansion höher als der der Leiterbeschichtung 181b. Als ein Ergebnis der Zwischenschicht 183, die eine Rate einer linearen Expansion aufweist, die in der Mitte zwischen denjenigen der Außenschichtbeschichtung 182 und der Leiterbeschichtung 181b liegt, fungiert die Zwischenschicht 183 als ein Polstermaterial und kann einen gleichzeitigen Bruch auf der Außenschichtseite und der Innenschichtseite verhindern.
Des Weiteren sind in dem Leiter 82 der Leiterabschnitt 181a und die Leiterbeschichtung 181b in dem Draht 181 gebondet bzw. geklebt. Die Leiterbeschichtung 181b und die Zwischenschicht 183 und die Zwischenschicht 183 und die Außenschichtbeschichtung 182 sind entsprechend gebondet bzw. geklebt. In diesen gebondeten bzw. geklebten Abschnitten nimmt eine Bonding-Stärke bzw. Klebe-Stärke in Richtung der Außenseite des Leiters 82 ab. Das heißt, die Bonding-Stärke bzw. Klebe-Stärke zwischen dem Leiterabschnitt 181a und der Leiterbeschichtung 181b ist schwächer als die Bonding-Stärke bzw. Klebe-Stärke zwischen der Leiterbeschichtung 181b und der Zwischenschicht 183 und die Bonding-Stärke bzw. Klebe-Stärke zwischen der Zwischenschicht 183 und der Außenschichtbeschichtung 182.
Zusätzlich, wenn die Bonding-Stärke zwischen der Leiterbeschichtung 181 und der Zwischenschicht 183 und die Bonding-Stärke zwischen der Zwischenschicht 183 und der Außenschichtbeschichtung 182 verglichen werden, kann die letztgenannte (auf der Außenseite) schwächer oder gleich gemacht werden. Hier kann zum Beispiel eine Größenordnung der Bonding-Stärke zwischen Beschichtungen durch die Zugfestigkeit ermittelt werden, die erforderlich ist, wenn die beiden Schichten an Beschichtungen auseinandergezogen werden.
Als ein Ergebnis davon, dass die Bonding-Stärke des Leiters 82 derart ist, wie vorstehend beschrieben, auch wenn ein Temperaturunterschied zwischen innen/außen als ein Ergebnis einer Wärmeerzeugung oder einer Kühlung auftritt, kann ein Bruch beziehungsweise eine Beschädigung, die sowohl auf der Innenschichtseite als auch der Außenschichtseite auftritt (gemeinsame Beschädigung) unterdrückt werden.
Eine Wärmeerzeugung und Temperaturänderungen in der rotierenden elektrischen Maschine manifestieren sich hier hauptsächlich als Kupferverlust, der durch eine Wärmeerzeugung von dem Leiterabschnitt 181a des Drahtes 181 entsteht, und als ein Eisenverlust, der innerhalb des Kerns erzeugt wird. Diese zwei Arten von Verlusten werden jedoch von dem Leiterabschnitt 181a innerhalb des Leiters 82 oder von außerhalb des Leiters 82 übertragen. Eine Wärmeerzeugungsquelle ist in der Zwischenschicht 183 nicht vorhanden.
In diesem Fall kann als ein Ergebnis davon, dass die Zwischenschicht 183 eine Bonding-Kraft aufweist, die als ein Polster beziehungsweise ein Puffer für beide dienen kann, kann eine gleichzeitige Beschädigung beziehungsweise ein gleichzeitiger Bruch von dieser verhindert werden. Deshalb kann eine vorteilhafte Verwendung auch in Gebieten erreicht werden, die einen hohen Spannungswiderstand oder signifikante Temperaturänderungen beinhalten, wie etwa bei einer Verwendung in Fahrzeugen.
Eine ergänzende Beschreibung wird nachstehend vorgenommen. Zum Beispiel kann der Draht 181 ein Emaille-Draht oder ein Lackdraht sein. In diesem Fall umfasst der Draht 181 eine Harzbeschichtungsschicht (Leiterbeschichtung 181b), die aus Polyamid (PA), PI, PAI oder Ähnlichem hergestellt ist. Zusätzlich ist die Außenschichtbeschichtung 182 auf der Außenseite des Drahtes 181 vorzugsweise aus einem ähnlichen PA, PI, PAI oder Ähnlichem hergestellt und dick mit Bezug auf eine Dicke. Als ein Ergebnis kann ein Bruch der Beschichtung aufgrund einer Differenz in einer linearen Expansion unterdrückt werden.
In diesem Fall wird hier als die Außenbeschichtung 182 zusätzlich zu den Maßnahmen, die dadurch ergriffen werden, dass das Material, wie PA, PI oder PAI dick gemacht wird, auch die Verwendung eines Materials, dessen Dielektrizitätskonstante kleiner ist als die von PI oder PAI, wie PPS, PEEK, Fluorharz, Polycarbonat, Silikonharz, Epoxid, Polyethylennaphthalat oder Flüssigkristallpolymer (LCP), im Hinblick auf die Erhöhung der Leiterdichte in der rotierenden elektrischen Maschine bevorzugt. Als ein Ergebnis dieser Harze kann die Isolierleistung davon auch 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. Als ein Ergebnis kann ein Belegungsverhältnis des Leiterabschnitts erhöht werden.
Allgemein bietet das oben beschriebene Harz eine Isolierung, deren Dielektrizitätskonstante günstiger ist als die der Isolationsschicht des Lackdrahtes. Natürlich gibt es auch Beispiele, bei denen die Dielektrizitätskonstante aufgrund eines Formungszustands oder einer Verfälschung verschlechtert ist. Unter den Vorstehenden weisen PPS und PEEK allgemein einen größeren Koeffizienten einer linearen Expansion auf als eine Lackbeschichtung beziehungsweise Emaille-Beschichtung. Da jedoch der Koeffizient der linearen Expansion von diesen kleiner ist als der von anderen Harzen, sind PPS und PEEK als Außenschichtbeschichtung in der zweiten Schicht geeignet.
Zusätzlich ist die Bonding-Stärke zwischen den zwei Arten von Beschichtungen (Zwischenisolationsbeschichtung und Außenschichtisolationsbeschichtung) auf der Außenseite des Drahtes 181 und der Lackbeschichtung des Drahtes 181 vorzugsweise schwächer als die Bonding-Stärke zwischen dem Kupferdraht in dem Draht 181 und der Lackbeschichtung. Als ein Ergebnis kann ein Phänomen, bei dem die Lackbeschichtung der zwei Arten von Beschichtungen gleichzeitig bricht, unterdrückt werden.
Wenn eine wassergekühlte Struktur, eine flüssigkeitsgekühlte Struktur oder eine luftgekühlte Struktur zu dem Stator hinzugefügt wird, wird davon ausgegangen, dass eine thermische Belastung und eine Schlagbeanspruchung im Wesentlichen von der Außenschichtbeschichtung 182 und darüber hinaus ausgeübt werden. In Fällen jedoch, in denen die Isolationsschicht des Drahtes 181 und die vorstehend beschriebenen zwei Arten von Beschichtungen aus unterschiedlichen Harzen hergestellt sind, als ein Ergebnis davon, dass ein Abschnitt bereitgestellt wird, in dem die Beschichtungen nicht gebondet bzw. geklebt sind, können die thermischen Spannungen und die Schlagbeanspruchung reduziert werden.
Das heißt, die Isolationsstruktur wird dadurch gebildet, dass ein Raum zwischen den zwei Arten von Beschichtungen und dem Draht (dem Lackdraht) bereitgestellt wird, und Fluorharz, Polycarbonat, Silikonharz, Epoxid, Polyethylennaphthalat oder LCP verwendet wird. In diesem Fall sind die Außenschichtbeschichtung und die Innenschichtbeschichtung vorzugsweise unter Verwendung eines haftenden Materials gebondet bzw. geklebt, das eine niedrige dielektrische Konstante und einen niedrigen Koeffizienten einer linearen Expansion aufweist, wie etwa Epoxid.
Als ein Ergebnis kann zusätzlich zu der mechanischen Stärke ein Beschichtungsbruch als ein Ergebnis einer Reibung, die durch eine Erschütterung aufgrund von Vibrationen in dem Leiterabschnitt oder Ähnlichem verursacht wird, oder ein Bruch der Außenschichtbeschichtung als ein Ergebnis der Differenz in einem Koeffizienten der linearen Expansion unterdrückt werden.
Als eine Fixierung der äußersten Schicht, die im Allgemeinen ein letzter Schritt für die Peripherie der Statorwicklung ist und eine mechanische Stärke, Befestigung und Ähnliches relativ zu dem Leiter 82, der wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, verleiht, wird ein Harz, wie etwa Epoxid, PPS, PEEK oder LCP, dessen Formbarkeit vorteilhaft ist und dessen dielektrische Konstante und Koeffizient einer linearen Expansion zu den Eigenschaften der Lackbeschichtung ähnlich sind.
Im Allgemeinen wird ein Harzverguss mit Urethan oder Silikon durchgeführt. Der Koeffizient der linearen Expansion unterscheidet sich jedoch bei dem oben beschriebenen Harz im Vergleich zu anderen Harzen um fast das Zweifache und es kommt zu thermischen Spannungen, die das Harz abscheren können. Deshalb ist Harz für die Verwendung bei 60 V oder mehr, für die international strenge Isolationsvorschriften gelten, ungeeignet. In diesem Fall, als ein Ergebnis des letzten Isolationsschrittes, der durch Spritzguss oder Ähnliches unter Verwendung von Epoxid, PPS, PEEK, LCP oder Ähnlichem leicht hergestellt werden kann, können die oben beschriebenen Anforderungen erfüllt werden.
Andere Modifikationen als die vorstehend beschriebenen sind nachstehend aufgelistet.
Ein Abstand DM in der radialen Richtung zwischen einer Oberfläche der Ankerseite in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 und der axialen Mitte des Rotors kann gleich oder größer als 50 mm sein. Speziell kann zum Beispiel der Abstand DM in der radialen Richtung zwischen der Oberfläche der radial inneren Seite der Magneteinheit 42 (speziell der ersten und zweiten Magnete 91 und 92), die in 4 gezeigt ist, und der axialen Mitte des Rotors 40 gleich oder größer als 50 mm sein.
Als die rotierende elektrische Maschine, die eine nutenlose beziehungsweise schlitzlose Struktur aufweist, ist eine rotierende elektrische Maschine in kleinem Maßstab, die für Modelle verwendet wird, deren Ausgabe in einem Bereich von mehreren zehn bis mehreren hundert Watt liegt und Ähnliches, bekannt. Zusätzlich haben darüber hinaus die Offenleger der vorliegenden Anmeldung keine Beispiele ermittelt, in denen die schlitzlose Struktur in einer rotierenden elektrischen Maschine in großem Maßstab 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, sind größtenteils in die folgenden vier Typen klassifiziert worden. Diese rotierenden elektrischen Maschinen sind ein Bürstenmotor, ein Induktionsmotor mit Kurzschlussläufer, ein Synchronmotor mit Permanentmagneten und ein Reluktanzmotor.
In dem Bürstenmotor wird ein Erregerstrom über eine Bürste zugeführt. Deshalb kann in dem Fall eines großen Bürstenmotors die Bürste groß werden und eine Wartung kompliziert werden. Als ein Ergebnis wurden in der Vergangenheit die Bürstenmotoren im Zuge der bemerkenswerten Fortschritte in der Halbleitertechnologie durch bürstenlose Motoren, wie etwa Induktionsmotoren, ersetzt. Unterdessen werden in dem Bereich der Kompaktmotoren viele kernlose Motoren ebenso weltweit eingesetzt, da sie Vorteile in Bezug auf geringe Trägheit und wirtschaftliche Effizienz bieten.
Bei Käfigläufer-Induktionsmotoren wird das Drehmoment durch ein Magnetfeld erzeugt, 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 einem Käfigläufer-Leiter zugeführt wird und ein magnetisches Reaktionsfeld gebildet wird. Aus der Perspektive der Kompaktheit und des höheren Wirkungsgrads einer Vorrichtung kann daher die Eliminierung des Kerns sowohl auf der Statorseite als auch auf der Rotorseite nicht unbedingt als zweckmäßig angesehen werden.
Reluktanzmotoren sind Motoren, die einfach die Reluktanzänderungen in dem Kern nutzen. Prinzipiell ist eine Eliminierung des Kerns nicht vorzuziehen.
Bei Synchronmotoren mit Permanentmagneten hat sich in den letzten Jahren der IPM (das heißt ein Rotor mit eingebettetem Magneten) durchgesetzt. Wenn keine besonderen Umstände vorliegen, sind Großmaschinen insbesondere of IPMs.
Der IPM weist eine derartige Charakteristik auf, dass er sowohl ein Magnetmoment als auch ein Reluktanzmoment aufweist. Der IPM wird betrieben, während Proportionen dieser Drehmomente durch eine Wechselrichtersteuerung nach Bedarf angepasst werden. Daher ist der IPM ein kompakter Motor, der eine ausgezeichnete Steuerbarkeit aufweist.
Wenn, basierend auf einer Analyse durch die Offenleger der vorliegenden Anmeldung, die Drehmomente an der Rotoroberfläche, die das Magnetdrehmoment und das Reluktanzdrehmoment erzeugen, mit dem Abstand DM in der radialen Richtung zwischen der Oberfläche auf der Ankerseite in der radialen Richtung der Magneteinheit und die axiale Mitte des Rotors gezeichnet werden, das heißt, ein Radius des Statorkerns eines typischen Innenrotors wird auf einer horizontalen Achse genommen, sind die Drehmomente wie in 43 gezeigt.
Wie durch den nachstehenden Ausdruck (eq1) gezeigt ist, während ein Potential des Magnetdrehmoments durch eine magnetische Feldstärke bestimmt wird, die durch den Permanentmagneten erzeugt wird, wird ein Potential des Reluktanzdrehmoments durch eine Induktivität, insbesondere eine Größenordnung einer q-Achsen-Induktivität bestimmt, wie in dem nachstehenden Ausdruck (eq2) gezeigt ist. $Magnetdrehmoment = k \cdot Ψ \cdot Iq$
$Reluktanzdrehmoment = k \cdot (Lq - Ld) \cdot Iq \cdot Id$
Hier werden die Magnetfeldstärke des Permanentmagneten und die Größenordnung der Induktivität in der Wicklung basierend auf DM verglichen. Die Magnetfeldstärke, die durch den Permanentmagneten erzeugt wird, das heißt, eine Magnetflussmenge Ψ ist proportional zu einem Gesamtbereich des Permanentmagneten auf einer Oberfläche, die dem Stator gegenüberliegt. In dem Fall eines kreiszylindrischen Rotors ist der Gesamtbereich der Oberflächenbereich eines Kreiszylinders.
Streng genommen, weil der N-Pol und der S-Pol vorhanden sind, ist die Magnetfeldstärke proportional zu einem belegten Bereich, der die Hälfte der kreiszylindrischen Oberfläche ist. Der Oberflächenbereich des Kreiszylinders ist proportional zu einem Radius des Kreiszylinders und einer Kreiszylinderlänge. Das heißt, wenn die Kreiszylinderlänge fest ist, ist der Oberflächenbereich proportional zu dem Radius des Kreiszylinders.
Unterdessen, obwohl eine Induktivität Lq der Wicklung von der Kernform abhängig ist, ist die Empfindlichkeit niedrig. Vielmehr, da die Induktivität Lq proportional zu einem Quadrat der Anzahl von Wicklungen der Statorwicklung ist, ist die Abhängigkeit von der Anzahl von Wicklungen hoch. Hier, wenn µ die magnetische Permeabilität des Magnetkreises ist, N die Anzahl von Wicklungen ist, S der Querschnittsbereich des Magnetkreises ist und δ eine effektive Länge des Magnetkreises ist, ist die Induktivität L = µ . N² × S / δ.
Die Anzahl von Wicklungen der Wicklung ist abhängig von einer Größe eines Wicklungsraums. Deshalb, in dem Fall eines kreiszylindrischen Motors, hängt die Anzahl von Wicklungen von dem Wicklungsraum des Stators, das heißt dem Schlitzbereich beziehungsweise Nutenbereich, ab. Wie in 44 gezeigt ist, ist der Schlitzbereich beziehungsweise Nutenbereich proportional zu einem Produkt a × b einer Längendimension a in der Umfangsrichtung und einer Längendimension b in der radialen Richtung, weil die Form des Schlitzes beziehungsweise der Nut annähernd ein Viereck ist.
Die Längendimension in der Umfangsrichtung des Schlitzes beziehungsweise der Nut erhöht sich, wenn sich der Durchmesser des Kreiszylinders erhöht. Deshalb ist die Längendimension in der Umfangsrichtung des Schlitzes proportional zu dem Durchmesser des Kreiszylinders. Die Längendimension in der radialen Richtung des Schlitzes ist einfach proportional zu dem Durchmesser des Kreiszylinders. Das heißt, der Schlitzbereich ist proportional zu einem Quadrat des Durchmessers des Kreiszylinders.
Zusätzlich, wie aus vorstehendem Ausdruck (eq2) ersichtlich ist, ist das Reluktanzdrehmoment proportional zu einem Quadrat des Statorstroms. Deshalb wird die Leistungsfähigkeit der rotierenden elektrischen Maschine durch die Weise bestimmt, bei der ein großer Strom zugeführt werden kann. Die Leistungsfähigkeit ist von dem Schlitzbereich des Stators abhängig. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass, wenn die Länge des Kreiszylinders fest ist, das Reluktanzdrehmoment proportional zu dem Quadrat des Durchmessers des Kreiszylinders ist. Wenn dies berücksichtigt wird, zeigt 43 ein Diagramm, bei dem eine Beziehung zwischen dem Magnetdrehmoment, dem Reluktanzdrehmoment und DM gezeichnet ist.
Wie in 43 gezeigt ist, erhöht sich das Magnetdrehmoment linear zu DM. Das Reluktanzdrehmoment erhöht sich quadratisch relativ zu DM. Es ist klar, dass, wenn DM relativ klein ist, das Magnetdrehmoment dominant ist. Das Reluktanzdrehmoment wird dominant, wenn sich der Radius des Statorkerns erhöht.
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 Radius des Statorkerns von 50 mm liegt. Das heißt, dass bei einem Motor der 10-kW-Klasse, bei dem der Radius des Statorkerns 50 mm übersteigt, eine Eliminierung des Kerns schwierig ist, weil die Verwendung des Reluktanzdrehmoments gegenwärtig die Regel ist. Es wird angenommen, dass dies ein Grund dafür ist, warum die schlitzlose beziehungsweise nutenlose Struktur in dem Bereich von Großmaschinen nicht verwendet wird.
In dem Fall der rotierenden elektrischen Maschine, bei der ein Kern in dem Stator verwendet wird, ist eine magnetische Sättigung des Kerns zu allen Zeiten ein Problem. Insbesondere bei einer rotierenden elektrischen Maschine mit radialem Spalt ist der die Längsquerschnittsform der Rotationswelle für jeden Magnetpol fächerförmig. Eine Breite des magnetischen Pfads wird zu einer inneren Umfangsseite der Vorrichtung hin schmaler und eine Dimension auf der inneren Umfangsseite eines Zahnabschnitts, der die Schlitze bildet, bestimmt eine Leistungsfähigkeitsgrenze der rotierenden elektrischen Maschine.
Unabhängig davon, wie leistungsfähig der verwendete Permanentmagnet ist, kann die Leistung des Permanentmagneten nicht ausreichend erreicht werden, wenn in diesem Bereich eine magnetische Sättigung auftritt. Um das Auftreten einer magnetischen Sättigung in diesem Bereich zu verhindern, wird der Innenumfang derart entworfen, so dass dieser groß ist, was eine größere Vorrichtung ergibt.
Bei 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 der 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 (zum Beispiel einem oder zwei) der Zähne, aber die magnetisch gesättigten Zähne bewegen sich mit der Drehung der Rotationswelle auch in der Umfangsrichtung. Dies ist ebenfalls ein Faktor für die Entstehung einer Schlitzwelligkeit.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass bei der rotierenden elektrischen Maschine, die eine schlitzlose Struktur aufweist 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 eliminiert werden, steigt der magnetische Widerstand in dem Magnetkreis in dem Rotor und dem Stator und sinkt das Drehmoment der rotierenden elektrischen Maschine. Ein Grund für den Anstieg des magnetischen Widerstands ist zum Beispiel der größer werdende Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator.
Deshalb gibt es bei der vorstehend beschriebenen rotierenden elektrischen Maschine mit der schlitzlosen Struktur, bei der DM gleich oder größer als 50 mm ist, einen Raum für Verbesserungen hinsichtlich der Erhöhung des Drehmoments. Daher ist es von großem Vorteil, die vorstehend beschriebene Konfiguration, die eine Erhöhung des Drehmoments ermöglicht, auf die rotierende elektrische Maschine anzuwenden, die die vorstehend beschriebene schlitzlose Struktur aufweist und bei der DM gleich oder größer als 50 mm ist.
Der Abstand DM in der radialen Richtung zwischen der Oberfläche auf der Ankerseite in der radialen Richtung der Magneteinheit und der axialen Mitte des Rotors kann hier gleich oder größer als 50 mm sein, nicht nur in der rotierenden elektrischen Maschine, die die Außenrotorstruktur aufweist, sondern ebenso der rotierenden elektrischen Maschine, die die Innenrotorstruktur aufweist.
Die Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann derart konfiguriert sein, dass die linearen Abschnitte 83 der Leiter 82 in einer einzelnen Schicht in der radialen Richtung bereitgestellt sind. Zusätzlich, wenn die linearen Abschnitte 83 in einer Vielzahl von Schichten auf der Innenseite und der radial äußeren Seite bereitgestellt sind, ist die Anzahl von Schichten beliebig. Die linearen Abschnitte 83 können in drei Schichten, vier Schichten, fünf Schichten, sechs Schichten oder Ähnlichen bereitgestellt werden.
In 2 zum Beispiel ist die Rotationswelle 11 derart bereitgestellt, so dass sie in Richtung von sowohl der einen Endseite als auch der anderen Endseite der rotierenden elektrischen Maschine 10 in der axialen Richtung hervorsteht. Jedoch könnte diese Konfiguration modifiziert werden. Die Rotationswelle 11 könnte derart konfiguriert sein, dass sie nur auf einer Endseite hervorsteht.
In diesem Fall, mit einem Abschnitt, der durch die Lagereinheit 20 als ein Endabschnitt freitragend gestützt ist, könnte die Rotationswelle 11 derart bereitgestellt sein, dass sie sich in Richtung der Außenseite in der radialen Richtung von dieser erstreckt.
In der vorliegenden Konfiguration, weil die Rotationswelle 11 nicht ins Innere der Wechselrichtereinheit 60 hervorsteht, kann ein Innenraum der Wechselrichtereinheit 60 oder genauer der interne Raum des zylindrischen Abschnitts 71 umfassender verwendet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, wird ein nichtleitendes Schmiermittel in den Lagern 21 und 22 verwendet. Jedoch könnte diese Konfiguration modifiziert werden. Ein leitendes Schmiermittel könnte in den Lagern 21 und 22 verwendet werden. Zum Beispiel könnte ein leitendes Schmiermittel, das Metallpartikel, Kohlenstoffpartikel oder Ähnliches umfasst, verwendet werden.
Als eine Konfiguration, bei der die Rotationswelle 11 gestützt ist, so dass diese sich frei drehen kann, könnten die Lager an zwei Orten, auf einer Endseite und der anderen Endseite in der axialen Richtung des Rotors 40, bereitgestellt sein. In diesem Fall, in Hinsicht auf die Konfiguration in 1, könnten die Lager an zwei Orten, auf einer Endseite und der anderen Endseite mit der Wechselrichtereinheit 60 zwischen diesen, bereitgestellt sein.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, umfasst der Zwischenabschnitt 45 des Magnethalters 41 in dem Rotor 40 den inneren Schulterabschnitt 49a und den ringförmigen äußeren Schulterabschnitt 49b. Jedoch könnten diese Schulterabschnitte 49a und 49b eliminiert werden und könnte der Zwischenabschnitt 45 derart konfiguriert sein, dass er eine flache Fläche aufweist.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, ist der Leiterkörper 82a ein Bündel einer Vielzahl von Drähten 86 in dem Leiter 82 der Statorwicklung 81. Jedoch könnte diese Konfiguration modifiziert werden. Ein quadratischer Leiter, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, könnte als der Leiter 82 verwendet werden. Zusätzlich könnte ein kreisförmiger Leiter, der eine kreisförmige Querschnittsform oder eine elliptische Querschnittsform aufweist, als der Leiter 82 verwendet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, ist die Wechselrichtereinheit 60 auf der radial inneren Seite des Stators 50 bereitgestellt. Jedoch könnte stattdessen die Wechselrichtereinheit 60 nicht auf der radial inneren Seite des Stators 50 bereitgestellt sein. In diesem Fall könnte ein innerer Bereich, das heißt die radial innere Seite des Stators 50, als ein freier Raum gelassen werden. Zusätzlich könnte eine andere Komponente als die Wechselrichtereinheit 60 in dem internen Bereich angeordnet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 10, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, könnte das Gehäuse 30 nicht bereitgestellt sein. In diesem Fall könnten zum Beispiel der Rotor 40, der Stator 50 und Ähnliches in einem Abschnitt des Rads oder einer anderen Fahrzeugkomponente gehalten werden.
(Ausführungsbeispiel als ein Innenradmotor für ein Fahrzeug)
Als Nächstes wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, in dem die rotierende elektrische Maschine integriert in einem Fahrzeugrad eines Fahrzeugs als ein Innenradmotor bzw. Radnabenmotor bzw. Radinnenmotor bereitgestellt ist.
45 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugrads 400, das eine Innenradmotorstruktur aufweist, und einer Umgebungsstruktur von diesem. 46 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung des Fahrzeugrads 400 und der Umgebungsstruktur von diesem. 47 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Fahrzeugrads 400. Jede dieser Zeichnungen ist eine perspektivische Ansicht, bei der das Fahrzeugrad 400 von innerhalb des Fahrzeugs aus gesehen wird.
Hier kann in dem Fahrzeug die Innenradmotorstruktur gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in verschiedenen Arten angewendet werden. In einem Fahrzeug zum Beispiel, das auf der Vorderseite und der Rückseite des Fahrzeugs jeweils zwei Räder aufweist, kann der Innenradmotor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die zwei Räder auf der Vorderseite des Fahrzeugs, die zwei Räder auf der Rückseite des Fahrzeugs, oder die vier Räder auf der Vorderseite und der Rückseite des Fahrzeugs angewendet werden. Jedoch kann der Innenradmotor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenso auf ein Fahrzeug angewendet werden, in dem zumindest eine der Vorderseite und der Rückseite des Fahrzeugs ein einzelnes Rad aufweist. Der Innenradmotor ist hier ein Anwendungsbeispiel einer Antriebseinheit für ein Fahrzeug.
Wie in 45 bis 47 zum Beispiel gezeigt ist, umfasst das Fahrzeugrad 400 einen Reifen 401, der ein bekannter Reifen ist, der mit Luft gefüllt ist, ein Rad 402, das an einer inneren Umfangsseite des Reifens 401 fixiert ist, und eine rotierende elektrische Maschine 500, die an einer inneren Umfangsseite des Rads 402 fixiert ist. Die rotierende elektrische Maschine 500 umfasst einen festen Abschnitt, der ein Abschnitt ist, der einen Stator umfasst, und einen rotierenden Abschnitt, der ein Abschnitt ist, der einen Rotor umfasst. Der fixierte Abschnitt ist an der Fahrzeugkarosserieseite befestigt.
Zusätzlich ist der rotierende Abschnitt an dem Rad 402 befestigt. Der Reifen 401 und das Rad 402 drehen sich als ein Ergebnis der Rotation der Rotationseinheit. Hier wird in der rotierenden elektrischen Maschine 500 eine detaillierte Konfiguration inklusive des fixierten Abschnitts und des rotierenden Abschnitts nachstehend beschrieben.
Zusätzlich sind in dem Fahrzeugrad 400 als periphere Vorrichtungen eine Aufhängevorrichtung, die das Rad 400 an einer (nicht gezeigten) Fahrzeugkarosserie hält, eine Lenkvorrichtung, die ermöglicht, dass eine Ausrichtung des Fahrzeugrads 400 geändert wird, und eine Bremsvorrichtung, die ein Bremsen des Fahrzeugrads 400 durchführt, angebracht.
Die Aufhängevorrichtung ist eine Einzelradaufhängung. Zum Beispiel ist eine Anwendung eines beliebigen Typs, wie etwa eines Längslenkertyps, eines Federbeintyps, eines Querlenkertyps oder eines Mehrlenkertyps möglich. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als die Aufhängevorrichtung ein unterer Arm 411 bereitgestellt, der derart ausgerichtet ist, dass er sich in Richtung der Seite der Fahrzeugkarosseriemitte erstreckt, und ein Aufhängearm 412 und eine Feder 413 sind bereitgestellt, so dass diese derart ausgerichtet sind, um sich in der vertikalen Richtung zu erstrecken.
Zum Beispiel kann der Aufhängearm 412 als ein Stoßdämpfer ausgebildet sein. Eine detaillierte Darstellung davon wird jedoch weggelassen. Der untere Arm 411 und der Aufhängearm 412 sind jeweils mit der Seite der Fahrzeugkarosserie verbunden und mit einer kreisscheibenförmigen Grundplatte 405 verbunden, die an dem festen Teil der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt ist. Wie in 46 gezeigt ist, sind der untere Arm 411 und der Aufhängearm 412 auf der Seite der rotierenden elektrischen Maschine 500 (der Seite der Grundplatte 405) durch Stützachsen 414 und 415 derart gelagert, dass sie sich in einem koaxialen Zustand zueinander befinden.
Zusätzlich kann als Lenkvorrichtung beispielsweise eine Struktur einer Zahnstange oder eine Struktur einer Kugelmutter verwendet werden oder kann ein hydraulisches Servolenksystem oder ein elektrisches Servolenksystem verwendet werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind eine Zahnstangenvorrichtung 421 und eine Spurstange 422 als Lenkvorrichtung vorgesehen. Die Zahnstangenvorrichtung 421 ist über die Spurstange 422 mit der Grundplatte 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 eine Links-/Rechtsrichtung des Fahrzeugs. Als ein Ergebnis davon dreht sich das Fahrzeugrad 400 um die Stützwellen 414 und 415 des unteren Arms 411 und des Aufhängearms 412 und die Richtung des Fahrzeugrads wird geändert.
Als die Bremsvorrichtung ist die Anwendung einer Scheibenbremse oder einer Trommelbremse geeignet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind als die Bremsvorrichtung ein Scheibenrotor 431, der mit der Rotationswelle 501 der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt ist, und ein Bremssattel 432, der auf der Grundplatte 405 auf der Seite der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt ist, bereitgestellt. In dem Bremssattel 432 wird ein Bremsbelag durch Hydraulikdruck oder Ähnliches betätigt. Als ein Ergebnis davon, dass der Bremsbelag gegen den Scheibenrotor 431 gedrückt wird, wird eine Bremskraft, die durch eine Reibung verursacht wird, erzeugt, und wird eine Drehung des Fahrzeugrads 400 gestoppt.
Zusätzlich ist ein Gehäusekanal 440, der die elektrische Verdrahtung H1 und ein Kühlrohr H2 aufnimmt, die sich von der rotierenden elektrischen Maschine 500 erstrecken, an dem Fahrzeugrad 400 angebracht. Der Gehäusekanal 440 ist derart bereitgestellt, so dass dieser 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 Aufhängearm 412 umgeht. Der Gehäusekanal 440 ist in diesem Zustand an dem Aufhängearm 412 befestigt.
Als ein Ergebnis hat der Verbindungsabschnitt zu dem Gehäusekanal 440 des Aufhängearms 412 eine feste positionelle Beziehung mit der Grundplatte 405. Deshalb können Spannungen, die in der elektrischen Verdrahtung H1 und dem Kühlrohr H2 infolge von Vibrationen in dem Fahrzeug und dergleichen erzeugt werden, unterdrückt werden. Die elektrische Verdrahtung H ist hier mit einer fahrzeugseitigen Leistungsversorgungseinheit und einer fahrzeugseitigen elektronischen Steuerungseinheit (ECU) (nicht gezeigt) verbunden. Das Kühlrohr H2 ist mit einem (nicht gezeigten) Kühler beziehungsweise Radiator verbunden.
Als Nächstes wird eine Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 500, die als der Innenradmotor verwendet wird, detailliert beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die rotierende elektrische Maschine 500 auf den Innenradmotor angewendet wird. Die rotierende elektrische Maschine 500 hat im Vergleich mit einem Motor einer Fahrzeugantriebseinheit, die einen Drehzahlreduzierer umfasst, wie in der konventionellen Technologie, eine überlegene Effizienz und eine überlegene Ausgabe.
Das heißt, wenn die rotierende elektrische Maschine 500 für einen Zweck verwendet wird, der durch Kostenreduzierung eine praktischere Preisgestaltung (niedrigere Preise) im Vergleich zur herkömmlichen Technologie ermöglicht, kann die rotierende elektrische Maschine 500 auch als ein Motor für andere Zwecke als für die Fahrzeugantriebseinheit verwendet werden. Auch in solchen Fällen wird in ähnlicher Weise wie bei der Anwendung der rotierenden elektrischen Maschine 500 als ein Innenradmotor eine bessere Leistungsfähigkeit erzielt. Hier bezieht sich die Operationseffizienz auf einen Index, der bei Tests im Fahrbetrieb verwendet wird, um die Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs herzuleiten.
Ein Überblick über die rotierende elektrische Maschine 500 ist in 48 bis 51 gezeigt. 48 ist eine Seitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500, wenn von einer vorstehenden Seite der Rotationswelle 501 aus gesehen (Innenseite des Fahrzeugs).
49 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 (eine Querschnittsansicht entlang der Linie 49-49 in 48). 50 ist eine seitliche Querschnittsansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500 (eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 50-50 in 49). 51 ist eine Explosionsquerschnittsansicht, bei der Bestandteile der rotierenden elektrischen Maschine 500 in einem explodierten Zustand gezeigt sind. In der nachstehenden Beschreibung ist eine Richtung, in die sich die Rotationswelle 501 in eine Außenseitenrichtung der Fahrzeugkarosserie in 51 erstreckt, eine axiale Richtung. Eine Richtung, die sich von der Rotationswelle 501 radial erstreckt, ist eine radiale Richtung.
In 48 auf einer Mittellinie, die gezeichnet ist, um einen Querschnitt 49 zu bilden, der durch eine Mitte der Rotationswelle 501, das heißt ein Rotationszentrum eines Rotationsabschnitts, verläuft, ist jede von zwei Richtungen, die sich in einer umlaufenden Weise von einem beliebigen Punkt außer dem Rotationszentrum des Rotationsabschnitts erstreckt, eine Umfangsrichtung. Mit anderen Worten kann die Umfangsrichtung entweder eine Richtung im Uhrzeigersinn oder eine Richtung im Gegenuhrzeigersinn mit einem beliebigen Punkt auf dem Querschnitt 49 als ein Startpunkt sein.
Zusätzlich, im Hinblick auf einen am Fahrzeug montierten Zustand, ist eine rechte Seite in 49 eine Fahrzeugaußenseite und ist eine linke Seite eine Fahrzeuginnenseite. Mit anderen Worten, im Hinblick auf den am Fahrzeug montierten Zustand, ist ein Rotor 510, der nachstehend beschrieben wird, weiter in Richtung der Richtung der Außenseite der Fahrzeugkarosserie montiert, als eine Rotorabdeckung 670.
Die rotierende elektrische Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine rotierende elektrische Maschine mit Außenrotor und Oberflächenmagnet. Die rotierende elektrische Maschine 500 umfasst im Allgemeinen den Rotor 510, einen Stator 520, eine Wechselrichtereinheit 530, ein Lager 560 und eine Rotorabdeckung 670. Die rotierende elektrische Maschine 500 ist so konfiguriert, dass alle diese Komponenten koaxial mit der Rotationswelle 501 angeordnet sind, die integriert beziehungsweise einstückig mit dem Rotor 510 bereitgestellt ist, und in der axialen Richtung in einer vorbestimmten Reihenfolge zusammengebaut ist.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 weisen der Rotor 510 und der Stator 520 jeweils eine kreiszylindrische Form auf und sind derart angeordnet, dass sie einander mit einer Luftlücke zwischen diesen gegenüberliegen. Als ein Ergebnis davon, dass sich der Rotor 510 einstückig mit der Rotationswelle 501 dreht, 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 Rotationswelle 501 ist an dem Rotorträger 511 befestigt.
Der Rotorträger 511 umfasst einen kreiszylindrischen Abschnitt 513. Die Magneteinheit 512 ist an einer Innenumfangsfläche des inneren zylindrischen Abschnitts 513 befestigt. Das heißt, die Magneteinheit 512 ist derart bereitgestellt, dass sie durch den kreiszylindrischen Abschnitt 513 des Rotorträgers 511 von der radial äußeren Seite umgeben ist.
Zusätzlich umfasst der kreiszylindrische Abschnitt 513 ein erstes Ende und ein zweites Ende, die einander in der axialen Richtung von diesen gegenüberliegen. Das erste Ende ist in einer Richtung auf der äußeren Seite der Fahrzeugkarosserie positioniert. Das zweite Ende ist in einer Richtung, in der die Grundplatte 405 vorhanden ist, positioniert. In dem Rotorträger 511 ist das erste Ende des kreiszylindrischen Abschnitts 513 derart bereitgestellt, dass er mit einer Endplatte 514 durchgängig ist.
Das heißt, der kreiszylindrische Abschnitt 513 und die Endplatte 514 bilden eine integrierte Struktur. Das zweite Ende des kreiszylindrischen Abschnitts 513 ist offen. Zum Beispiel wird der Rotorträger 511 durch ein kaltgerolltes Stahlblech (SPCC oder SPHC, das eine dickere Plattendicke als SPCC aufweist), einen Schmiedestahl, ein SFRP oder Ähnliches, das eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, gebildet.
Eine axiale Länge der Rotationswelle 501 ist länger als eine Dimension in der axialen Richtung des Rotorträgers 511. Mit anderen Worten steht die Rotationswelle 511 in Richtung der Seite des offenen Endes (Richtung der Seite des Fahrzeuginneren) des Rotorträgers 511 hervor und die vorstehend beschriebene Bremsvorrichtung und Ähnliches sind an dem Endabschnitt auf der hervorstehenden Seite angebracht.
Ein Durchgangsloch 514a ist in einem Mittelabschnitt der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 gebildet. Die Rotationswelle 501 ist an dem Rotorträger 511 in einem Zustand angebracht, in dem die Rotationswelle 501 in das Durchgangsloch 514a der Endplatte 514 eingesetzt ist. Die Rotationswelle 501 umfasst einen Flansch 502, der sich derart erstreckt, dass er derart ausgerichtet ist, dass er die axiale Richtung in einem Abschnitt, in dem der Rotorträger 511 befestigt ist, schneidet (zu dieser senkrecht ist). Die Rotationswelle 501 ist an dem Rotorträger 511 in einem Zustand fixiert, in dem der Flansch und die Oberfläche an der Fahrzeugaußenseite der Endplatte 514 flächig verbunden sind. In dem Fahrzeugrad 400 ist das Rad 402 hier unter Verwendung eines Befestigungselements, wie etwa eines Bolzens, der in der Richtung der Fahrzeugaußenseite von dem Flansch 502 der Rotationswelle 501 aus aufgerichtet ist, befestigt.
Zusätzlich ist die Magneteinheit 512 durch eine Vielzahl von Permanentmagneten konfiguriert, die derart angeordnet sind, dass sie die Polaritäten entlang der Umfangsrichtung des Rotors 510 abwechselnd ändern. Als ein Ergebnis weist die Magneteinheit 512 eine Vielzahl von Magnetpolen in der Umfangsrichtung auf.
Zum Beispiel ist der Permanentmagnet an dem Rotorträger 511 durch Bonden bzw. Kleben befestigt. Die Magneteinheit 512 weist die Konfiguration auf, die als die Magneteinheit 42 in 8 und 9 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Als der Permanentmagnet wird ein gesinterter Neodym-Magnet verwendet, dessen intrinsische Koerzitivkraft gleich oder größer als 400 [kA/m] ist und dessen remanente Flussdichte Br gleich oder größer als 1,0 [T] ist.
Auf eine ähnliche Weise wie bei der Magneteinheit 42 in 9 und Ähnlichem umfasst die Magneteinheit 512 den ersten Magneten 91 und den zweiten Magneten 92, die polare anisotrope Magneten sind und deren Polaritäten voneinander verschieden sind.
Wie in 8 und 9 beschrieben ist, unterscheidet sich in jedem der Magnete 91 und 92 die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung zwischen der d-Achsen-Seite (der Abschnitt, der sich näher zu der d-Achse befindet) und der q-Achsen-Seite (der Abschnitt der sich näher zu der q-Achse befindet). Auf der d-Achsen-Seite ist die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung eine Ausrichtung, die nahe zu einer Richtung ist, die parallel zu der d-Achse ist. Auf der q-Achsen-Seite ist die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung eine Ausrichtung, die nahe zu einer Richtung ist, die orthogonal zu der q-Achse ist. Zusätzlich wird ein magnetischer Magnetpfad, der eine Kreisbogenform aufweist, als ein Ergebnis einer Ausrichtung basierend auf den Ausrichtungen der leichten Achse einer Magnetisierung gebildet.
Hier kann in jedem der Magnete 91 und 92 die leichte Achse einer Magnetisierung auf der d-Achsen-Seite eine Ausrichtung aufweisen, die parallel zu der d-Achse ist, und kann die leichte Achse einer Magnetisierung auf der q-Achsen-Seite eine Ausrichtung aufweisen, die orthogonal zu der q-Achse ist. Kurz gesagt ist die Magneteinheit 239 derart konfiguriert, dass sie derart ausgerichtet wird, so dass auf der d-Achsen-Seite, das heißt dem Magnetpolzentrum beziehungsweise der Magnetpolmitte, die Ausrichtung der leichten Achse einer Magnetisierung parallel zu der d-Achse ist, im Vergleich mit der Seite der q-Achse, die die Magnetpolgrenze ist.
Als ein Ergebnis der Magnete 91 und 92 wird der magnetische Magnetfluss auf der d-Achse verstärkt und werden Änderungen in dem Magnetfluss in der Nähe der q-Achse unterdrückt. Als ein Ergebnis können die Magnete 91 und 92, bei denen Änderungen in dem Oberflächenmagnetfluss von der q-Achse zu der d-Achse graduell an jedem Magnetpol sind, auf geeignete Weise implementiert werden. Als die Magneteinheit 512 kann ebenso die Konfiguration der Magneteinheit 42, die in 22 und 23 gezeigt ist, oder die Konfiguration der Magneteinheit 42, die in 30 gezeigt ist, verwendet werden.
Die Magneteinheit 512 kann hier einen Statorkern (ein Rückjoch) aufweisen, der (das) eine Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen aufweist, die in der axialen Richtung auf der Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 513 des Rotorträgers 511, das heißt der äußeren Umfangsflächenseite, laminiert sind. Das heißt, der Rotorkern kann auf der radial inneren Seite des kreiszylindrischen Abschnitts 513 des Rotorträgers 511 bereitgestellt werden und der Permanentmagnet (die Magnete 91 und 92) ist auf der radial inneren Seite des Rotorkerns bereitgestellt.
Wie in 47 gezeigt ist, sind Aussparungsabschnitte 513a in einer Richtung, die sich in die axiale Richtung erstreckt, in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung in dem kreiszylindrischen Abschnitt 513 des Rotorträgers 511 ausgebildet. Zum Beispiel werden die Aussparungsabschnitte 513a durch eine Pressbearbeitung gebildet. Wie in 52 gezeigt ist, ist ein Vorsprungabschnitt 513b auf der inneren Umfangsflächenseite des kreiszylindrischen Abschnitts 513 ausgestaltet, in einer Position, die auf der Rückseite des Aussparungsabschnitts 513a liegt. Unterdessen ist auf der äußeren Umfangsflächenseite der Magneteinheit 512 der Aussparungsabschnitt 512a ausgebildet, um mit dem Vorsprungabschnitt 513b des kreiszylindrischen Abschnitts 513b übereinzustimmen.
Als ein Ergebnis davon, dass der Vorsprungabschnitt 513b des kreiszylindrischen Abschnitts 513 in den Aussparungsabschnitt 512a eintritt, kann eine positionelle Verschiebung in der Umfangsrichtung der Magneteinheit 512 unterdrückt werden. Das heißt, der Vorsprungabschnitt 513 auf der Seite des Rotorträgers 511 fungiert als ein Rotationsstoppabschnitt der Magneteinheit 512. Ein Verfahren zum Bilden des Vorsprungabschnitts 513b ist hier beliebig und kann ein anderes Verfahren als eine Pressbearbeitung sein.
In 52 ist die Richtung des magnetischen Magnetpfades in der Magneteinheit 512 durch einen Pfeil angegeben. Der magnetische Magnetpfad erstreckt sich in einer Kreisbogenform, so dass er die q-Achse, die die Magnetpolgrenze ist, überspannt. Zusätzlich ist auf der d-Achse, die die Magnetpolmitte ist, der magnetische Magnetpfad ausgerichtet, so dass er parallel oder fast parallel zu der d-Achse ist. In der Magneteinheit 512 sind Aussparungsabschnitte 512b für jede Position entsprechend der q-Achse auf der inneren Umfangsflächenseite gebildet.
In diesem Fall unterscheidet sich die Länge des magnetischen Magnetpfades in der Magneteinheit 512 zwischen dem auf einer Seite nahe dem Stator 520 (untere Seite in der Zeichnung) und dem auf einer Seite entfernt von dem Stator 520 (obere Seite in der Zeichnung). Die Länge des magnetischen Magnetpfades ist auf der Seite, die näher zu dem Stator 520 ist, kürzer. Der Aussparungsabschnitt 512b ist an einer Position geformt, an der die Länge des magnetischen Magnetpfades am kürzesten ist.
Das heißt, in der Magneteinheit 512, unter Berücksichtigung der Schwierigkeit des Erzeugens eines ausreichenden magnetischen Magnetflusses an einem Ort, an dem die Länge des magnetischen Magnetpfades kurz ist, wird der Magnet an dem Ort, an dem der magnetische Magnetfluss schwach ist, eliminiert.
Hier erhöht sich eine effektive Magnetflussdichte Bd eines Magneten, wenn eine Länge eines Magnetkreises, der das Innere des Magneten durchläuft, länger wird. Zusätzlich weisen der Permeanzkoeffizient Pc und die effektive Magnetflussdichte Bd des Magneten eine Beziehung auf, so dass sich der eine erhöht, wenn sich der andere erhöht. In 52, wie vorstehend beschrieben, kann eine Reduzierung der Menge an Magneten erreicht werden, während eine Verringerung des Permeanzkoeffizienten Pc, der ein Indikator der Größenordnung der effektiven Magnetflussdichte Bd ist, des Magneten unterdrückt wird.
Hier, in B-H-Koordinaten, ist ein Schnittpunkt zwischen einer geraden Permeanzlinie und einer gekrümmten Entmagnetisierungslinie, die auf der Form des Magneten beruht, ein Arbeitspunkt beziehungsweise Betriebspunkt. Die Magnetflussdichte an dem Betriebspunkt ist die effektive Magnetflussdichte Bd des Magneten. In der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Menge an Eisen in dem Stator 520 reduziert. In dieser Konfiguration ist der Ansatz, in dem der Magnetkreis die q-Achse überspannt, sehr effektiv.
Zusätzlich kann der Aussparungsabschnitt 512b der Magneteinheit 512 als ein Luftkanal, der sich in die axiale Richtung erstreckt, verwendet werden. Deshalb kann eine Luftkühlleistungsfähigkeit ebenso 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 einem explodierten Zustand.
Die Statorwicklung 521 besteht aus einer Vielzahl von Phasenwicklungen, die derart gebildet sind, dass sie in eine ungefähr zylindrische Form (Ringform) gewickelt sind. Der Statorkern 522, der als ein Basiselement dient, ist auf der radial inneren Seite der Statorwicklung 521 montiert. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, als ein Ergebnis davon, dass die Phasenwicklungen der U-Phase, V-Phase und W-Phase verwendet werden, ist die Statorwicklung 521 als Phasenwicklungen von drei Phasen konfiguriert. Jede Phasenwicklung ist durch zwei Schichten von Leitern 523 auf der inneren Seite und der radial äußeren Seite konfiguriert. Auf eine ähnliche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Stator 50 ist der Stator 520 durch eine schlitzlose Struktur und eine abgeflachte Leiterstruktur in der Statorwicklung 521 charakterisiert. Der Stator 520 weist eine Konfiguration auf, die ähnlich zu der des Stators 50 ist, der in 8 bis 16 gezeigt ist.
Die Konfiguration des Statorkerns 522 wird beschrieben. Auf eine ähnliche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Statorkern 52 umfasst der Statorkern 522 eine Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen, die in der axialen Richtung laminiert sind. Der Statorkern 522 weist eine kreiszylindrische Form auf, die in der radialen Richtung eine vorbestimmte Dicke aufweist. Die Statorwicklung 521 ist an dem Statorkern 522 auf der radial äußeren Seite, die die Seite des Rotors 510 ist, montiert. Die Außenumfangsfläche des Statorkerns 522 weist eine gekrümmte Oberflächenform auf, die im Wesentlichen keine Unebenheit aufweist. In einem Zustand, in dem die Statorwicklung 521 daran montiert ist, sind die Leiter 523, die die Statorwicklung 521 konfigurieren, derart angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung auf der Außenumfangsfläche des Statorkerns 522 angeordnet sind. Der Statorkern 522 dient als ein Rückkern.
Der Stator 520 kann der sein, der irgendeines von (A) bis (C) verwendet, wie nachstehend beschrieben.
(A) In dem Stator 520 ist ein Zwischenleiterelement zwischen den Leitern 523 in der Umfangsrichtung bereitgestellt und ein magnetisches Material wird als das Zwischenleiterelement verwendet, wobei das magnetische Material eine Beziehung von Wt × Bs ≤ Wm × Br erfüllt, wobei Wt eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen Magnetpol ist, Bs eine Sättigungsmagnetdichte des Zwischenleiterelements ist, Wm eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Magnetabschnitts in einem einzelnen Magnetpol ist, und Br eine Restmagnetflussdichte des Magnetabschnitts ist.
(B) In dem Stator 520 ist ein Zwischenleiterelement zwischen den Leitern 523 in der Umfangsrichtung bereitgestellt und ein nichtmagnetisches Material wird als das Zwischenleiterelement verwendet.
(C) In dem Stator 520 ist kein Zwischenleiterelement zwischen den Leitern 523 in der Umfangsrichtung bereitgestellt.
Als ein Ergebnis der derartigen Konfiguration des Stators 520 wird eine Induktivität im Vergleich mit einer rotierenden elektrischen Maschine, die eine typische Zahnstruktur aufweist, bei der Zähne (ein Kern) zum Herstellen eines Magnetpfades zwischen den Leiterabschnitten, die als Statorwicklung dienen, bereitgestellt ist, reduziert ist. Speziell kann die Induktivität 1/10 oder weniger gemacht werden. In diesem Fall, weil sich eine Impedanz einhergehend mit der Verringerung der Induktivität verringert, wird eine Ausgabeleistung relativ zu einer Eingabeleistung der rotierenden elektrischen Maschine 500 erhöht.
Des Weiteren kann diese Konfiguration zu einer Erhöhung des Drehmoments beitragen. Zusätzlich, im Vergleich mit einer rotierenden elektrischen Maschine, die einen Rotor mit eingebettetem Magneten verwendet, bei der eine Drehmomentausgabe unter Verwendung einer Spannung einer Impedanzkomponente (mit anderen Worten unter Verwendung eines Reluktanzdrehmoments) durchgeführt wird, kann eine rotierende elektrische Maschine mit hoher Ausgabe bereitgestellt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 521 derart konfiguriert, dass sie von einem Formmaterial (Isolationselement), das aus Harz oder Ähnlichem hergestellt ist, zusammen mit dem Statorkern 522 einstückig geformt wird. Das Formmaterial ist zwischen den Leitern 523, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, eingefügt. Basierend auf dieser Struktur entspricht der Stator 520 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Konfiguration (B) unter den vorstehend beschriebenen (A) bis (C).
Zusätzlich sind die Leiter 523, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, derart, dass Endflächen in der Umfangsrichtung miteinander in Kontakt sind oder mit einer kleinen Lücke zwischen diesen nahe aneinander angeordnet sind. Basierend auf dieser Konfiguration kann der Stator 520 eine Konfiguration (C) aufweisen, wie vorstehend beschrieben. Hier, wenn eine vorstehend beschriebene Konfiguration (A) verwendet wird, kann ein Vorsprungabschnitt auf der Außenumfangsfläche des Statorkerns 522 bereitgestellt werden, um mit einer Ausrichtung der Leiter 523 in der axialen Richtung übereinzustimmen, das heißt, um zum Beispiel mit einem Schrägwinkel übereinzustimmen, wenn die Statorwicklung 521 eine schräge Struktur aufweist.
Als Nächstes wird die Konfiguration der Statorwicklung 521 mit Bezug auf 54 beschrieben. 54(a) und 54(b) stellen Vorderansichten dar, in denen die Statorwicklung 521 eben aufgefaltet ist. 54(a) zeigt jeden Leiter 523, der in der radialen Richtung auf der Außenschicht angeordnet ist. 54(b) zeigt jeden Leiter 523, der in einer Innenschicht in der radialen Richtung angeordnet ist.
Die Statorwicklung 521 wird durch verteiltes Wickeln in eine kreisförmige Ringform gebracht. In der Statorwicklung 521 wird ein Leitermaterial in zwei Schichten auf der inneren Seite und der radial äußeren Seite gewickelt. Zusätzlich wird ein Verdrehen in unterschiedliche Richtungen zwischen den Leitern 523 auf der Innenschichtseite und der Außenschichtseite angewendet (siehe 54(a) und 54(b)). Die Leiter 523 sind gegenseitig isoliert. Der Leiter 523 kann als ein Bündel einer Vielzahl von Drähten 86 konfiguriert sein (siehe 13).
Zusätzlich sind zum Beispiel die Leiter 523, die die gleiche Phase aufweisen und die die gleiche Energetisierungsrichtung aufweisen, derart bereitgestellt, dass sie in der Umfangsrichtung zu zweit angeordnet sind. In der Statorwicklung 521 ist ein einzelner Leiterabschnitt der gleichen Phase durch die Leiter 523, die in der radialen Richtung in zwei Schichten angeordnet sind, und zwei Leiter in der Umfangsrichtung konfiguriert (das heißt insgesamt vier Leiter). Der Leiterabschnitt ist jeweils in einem einzelnen Magnetpol vorgesehen.
In dem Leiterabschnitt ist eine Dickendimension in der radialen Richtung von diesem vorzugsweise kleiner als eine Breitendimension in der Umfangsrichtung entsprechend einer einzelnen Phase innerhalb eines einzelnen Magnetpols. Die Statorwicklung 521 weist vorzugsweise eine abgeflachte Leiterstruktur auf, als ein Ergebnis. Speziell kann zum Beispiel in der Statorwicklung 521 ein einzelner Leiterabschnitt der gleichen Phase durch die Leiter 523, die in zwei Lagen in der radialen Richtung und vier Leitern in der Umfangsrichtung angeordnet sind, konfiguriert sein (das heißt insgesamt acht Leiter).
Alternativ kann bei einem Leiterquerschnitt der Statorwicklung 521, die in 50 gezeigt ist, die Breitendimension in der Umfangsrichtung größer sein als die Dickendimension in der radialen Richtung. Die Statorwicklung 51, die in 12 gezeigt ist, kann ebenso als die 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 einer Anordnung bzw. einem Array in der Umfangsrichtung angeordnet, so dass diese bei einem vorbestimmten Winkel relativ zu dem Statorkern 522 auf Spulenseiten 525, die auf der inneren Seite und der radial äußeren Seite überlappen, geneigt sind beziehungsweise schräg sind. Zusätzlich sind die Leiter 523 an den Spulenenden 526 auf beiden Seiten, die in der axialen Richtung weiter außen liegen als der Statorkern 522, in der axialen Richtung zu der inneren Seite hin umgedreht (zurückgedoppelt) und durchgehend verbunden.
In 54(a) ist jeweils ein Bereich, der als die Spulenseite 525 dient, und ein Bereich, der als das Spulenende 526 dient, gezeigt. Der Leiter 523 auf der Innenschichtseite und der Leiter 523 auf der Außenschichtseite sind miteinander an dem Spulenende 526 verbunden. Als ein Ergebnis wechselt jedes Mal, wenn der Leiter 523 umkehrt (jedes Mal, wenn der Leiter 523 zurückgedoppelt wird), in der axialen Richtung an dem Spulenende 526, der Leiter 523 zwischen der Innenschichtseite und der Außenschichtseite. Mit anderen Worten ist die Statorwicklung 521 derart konfiguriert, dass in den Leitern 523, die in der Umfangsrichtung kontinuierlich sind, ein Umschalten zwischen inneren und äußeren Schichten durchgeführt wird, um einer Umkehrung einer Richtung eines Stroms zu entsprechen.
Zusätzlich werden in der Statorwicklung 521 zwei Arten einer Schrägstellung angewendet, bei denen sich die Schrägstellungswinkel beziehungsweise Schrägwinkel zwischen denen der Endabschnittsbereiche, die beide Enden in der axialen Richtung sind, und denen eines Mittelbereichs, der zwischen den Endabschnittsbereichen liegt, unterscheiden.
Das heißt, wie in 55 gezeigt ist, sind in dem Leiter 523 ein Schrägstellungswinkel θs1 des Mittelbereichs und ein Schrägstellungswinkel θs2 des Endabschnittsbereichs unterschiedlich. Der Schrägstellungswinkel θs1 ist kleiner als der Schrägstellungswinkel θs2. Der Endabschnittsbereich ist als ein Bereich vorgeschrieben, der die Spulenseite 525 in der axialen Richtung umfasst. Der Schrägstellungswinkel θs1 und der Schrägstellungswinkel θs2sind schräg gestellte Winkel, bei denen die Leiter 523 relativ zu der axialen Richtung geneigt sind. Der Schrägstellungswinkel θs1 des Mittelbereichs kann derart vorgeschrieben sein, dass er ein Winkelbereich ist, der zum Eliminieren von harmonischen Komponenten des Magnetflusses, der als ein Ergebnis einer Energetisierung der Statorwicklung 521 erzeugt wird, geeignet ist.
Als ein Ergebnis davon, dass die Schrägstellungswinkel des Leiters 523 in der Statorwicklung 521 zwischen dem des Mittelbereichs und dem der Endabschnittsbereiche unterschiedlich sind, und der Schrägstellungswinkel θs1 des Mittelbereichs kleiner ist als der Schrägstellungswinkel θs2der Endabschnittsbereiche, kann ein Wicklungsfaktor der Statorwicklung 521 erhöht werden, während eine Reduzierung des Spulenendes 526 erreicht wird.
Mit anderen Worten kann eine Länge des Spulenendes 526, das heißt eine Leiterlänge des Abschnitts, der von dem Statorkern 522 in der axialen Richtung hervorsteht, verkürzt werden, während ein gewünschter Wicklungsfaktor sichergestellt wird. Als ein Ergebnis kann eine Drehmomentverbesserung implementiert werden, während eine Größenreduzierung der rotierenden elektrischen Maschine 50 implementiert wird.
Ein geeigneter Bereich für den Schrägungswinkel θs1 des Mittelbereichs wird hier beschrieben. Wenn eine Anzahl X von Leitern 523 innerhalb eines einzelnen Magnetpols in der Statorwicklung 521 angeordnet ist, kann eine harmonische Komponente der Ordnung X berücksichtigt werden, die als ein Ergebnis der Energetisierung der Statorwicklung 521 erzeugt wird. Wenn die Anzahl der Phasen S ist 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 der Ordnung X eine Komponente ist, die eine zusammengesetzte Welle aus einer harmonischen Komponente der Ordnung X-1 und einer harmonischen Komponente der Ordnung X+1 bildet, kann die harmonische Komponente der Ordnung X dadurch reduziert werden, dass als ein Ergebnis zumindest eine der beiden Komponenten, die harmonische Komponente der Ordnung X-1 und die harmonische Komponente der Ordnung X+1 reduziert wird. Angesichts dieses Schwerpunkts haben die Offenleger der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass die harmonische Komponente der Ordnung X dadurch reduziert werden kann, dass der Schrägstellungswinkel θs1 innerhalb eines Winkelbereichs von 360° / (X+1) bis 360° /(X-1) in elektrischen Winkeln eingestellt wird.
Wenn zum Beispiel S=3 ist und m=2 ist, wird der Schrägstellungswinkel θs1 innerhalb eines Winkelbereichs von 360°/13 bis 360°/11 eingestellt, um die harmonische Komponente der Ordnung X = 12 zu reduzieren. Das heißt, der Schrägstellungswinkel θs1 kann auf einen Winkel innerhalb eines Bereichs von 27,7° bis 32,7° eingestellt werden.
Als ein Ergebnis davon, dass der Schrägstellungswinkel θs1 des Mittelbereichs wie vorstehend beschrieben eingestellt wird, kann der magnetische Magnetfluss des NS-Wechselmagneten im Mittelbereich aktiv verkettet bzw. verbunden werden. Der Wicklungsfaktor der Statorwicklung 521 kann erhöht werden.
Der Schrägstellungswinkel θs2 des Endabschnittsbereichs ist ein Winkel, der größer ist als der Schrägstellungswinkel θs1 des Mittelbereichs, wie vorstehend beschrieben. In diesem Fall ist der Winkelbereich des Schrägstellungswinkels θs2 gleich θs1 < θs2 < 90°.
Zusätzlich können in der Statorwicklung 521 der Leiter 523 auf der Innenschichtseite und der Leiter 523 auf der Außenschichtseite durch Schweißen oder Bonden bzw. Kleben der Endabschnitte der Leiter 523 verbunden werden. Alternativ können der Leiter 523 auf der Innenschichtseite und der Leiter 523 auf der Außenschichtseite durch Biegen von diesen verbunden werden. In der Statorwicklung 521 ist der Endabschnitt von jeder Phasenwicklung mit einem Leistungswandler (Wechselrichter) durch eine Stromschiene oder Ähnliches in dem Spulenende 526 auf einer Seite (das heißt eine Endseite in der axialen Richtung) der Spulenenden 526 auf beiden Seiten in der axialen Richtung elektrisch verbunden. Deshalb wird hier eine Konfiguration, bei der die Leiter miteinander in dem Spulenende 526 verbunden sind, beschrieben, während eine Unterscheidung zwischen dem Spulenende 526 auf der Stromschienenverbindungsseite und dem Spulenende 526 auf einer entgegengesetzten Seite davon vorgenommen wird.
Als eine erste Konfiguration werden die Leiter 523 in den Spulenenden 526 auf der Stromschienenverbindungsseite durch Schweißen verbunden und werden die Leiter 523 in den Spulenenden 526 auf den entgegengesetzten Seiten von diesen durch ein anderes Mittel als Schweißen verbunden.
Als ein anderes Mittel als Schweißen kann zum Beispiel eine Verbindung durch Biegen des Leitermaterials in Betracht gezogen werden. In dem Spulenende 526 auf der Stromschienenverbindungsseite kann angenommen werden, dass die Stromschiene an die Endabschnitte der Phasenwicklungen angeschweißt wird.
Deshalb, als ein Ergebnis der Konfiguration, bei der die Leiter 523 durch Schweißen in dem gleichen Spulenende 526 von diesen verbunden werden, kann ein Schweißabschnitt beziehungsweise ein Schweißvorgang in einer Reihe von Schritten durchgeführt werden und kann die Arbeitseffizienz verbessert werden.
Als eine zweite Konfiguration werden die Leiter 523 durch ein anderes Mittel als Schweißen in den Spulenenden 536 auf der Stromschienenverbindungsseite verbunden und werden die Leiter 523 durch Schweißen in den Spulenenden 526 auf der entgegengesetzten Seite von diesen verbunden.
In diesem Fall, wenn die Leiter 523 durch Schweißen in den Spulenenden 526 auf der Stromschienenverbindungsseite verbunden werden, entsteht eine Notwendigkeit, einen ausreichenden Trennungsabstand zwischen der Stromschiene und den Spulenenden 526 einzuhalten, um einen Kontakt zwischen dem Schweißabschnitt und der Stromschiene zu vermeiden. Als ein Ergebnis der vorliegenden Konfiguration kann jedoch der Trennungsabstand zwischen der Stromschiene und den Spulenenden 526 reduziert werden. Als ein Ergebnis können Beschränkungen bezüglich der Länge der Statorwicklung 521 in der axialen Richtung oder der Stromschiene gelockert werden.
Als eine dritte Konfiguration können die Leiter 523 durch Schweißen in den Spulenenden 526 auf beiden Seiten in der axialen Richtung verbunden werden. In diesem Fall können alle Leitermaterialien, die vor dem Schweißen vorbereitet werden, eine kurze Drahtlänge aufweisen. Durch eine Eliminierung eines Biegeschritts kann eine Verbesserung der Arbeitseffizienz erreicht werden.
Als eine vierte Konfiguration können die Leiter 523 durch ein anderes Mittel als Schweißen in den Spulenenden 526 auf beiden Seiten in der axialen Richtung verbunden werden. In diesem Fall können Abschnitte, in denen ein Schweißen durchgeführt wird, in der Statorwicklung 521 minimiert werden. Bedenken hinsichtlich des Ablösens der Isolierung bei einem Schweißvorgang können verringert werden.
Zusätzlich kann bei einem Schritt des Herstellens der kreisförmigen ringförmigen Statorwicklung 521 eine streifenförmige Wicklung, die in einer ebenen Form ausgerichtet ist, hergestellt werden, und kann die streifenförmige Wicklung anschließend in eine ringförmige Form gebracht werden. In diesem Fall, in einem Zustand, in dem die Statorwicklung in der Form der ebenen streifenförmigen Wicklung ist, kann das Schweißen der Leiter an den Spulenenden 526 nach Bedarf durchgeführt werden.
Wenn die ebene streifenförmige Wicklung in die ringförmige Form 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.
Die Konfiguration der Statorwicklung 521 kann hier ebenso auf die folgende Weise modifiziert werden.
Zum Beispiel können in der Statorwicklung 521, die in 54(a) und 54(b) gezeigt ist, die Schrägstellungswinkel des Mittelbereichs und des Endabschnittsbereichs die gleichen sein.
Zusätzlich können in der Statorwicklung 521, die in 54(a) und 54(b) gezeigt sind, die Endabschnitte der Leiter 523 der gleichen Phase, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, miteinander durch einen Überkreuzungsdraht, der sich in eine Richtung, die orthogonal zu der axialen Richtung ist, erstreckt, verbunden werden.
Die Anzahl von Schichten der Statorwicklung 521 muss lediglich 2 × n Schichten betragen (n ist eine Ganzzahl). Die Statorwicklung 521 kann anstelle von zwei Schichten auch vier Schichten, sechs Schichten oder Ähnliches umfassen.
Als Nächstes wird die Wechselrichtereinheit 530, die eine Leistungsumwandlungseinheit ist, beschrieben. Eine Konfiguration der Wechselrichtereinheit 530 wird hier mit Bezug auf 56 und 57 beschrieben, die Explosionsquerschnittsansichten der Wechselrichtereinheit 530 sind. 57 zeigt hier Komponenten, die in 56 gezeigt sind, als zwei Unterbaugruppen.
Die Wechselrichtereinheit 530 umfasst ein Wechselrichtergehäuse 531, eine Vielzahl von elektrischen Modulen 532, die an dem Wechselrichtergehäuse 531 angebracht sind, und ein Stromschienenmodul 533, das die elektrischen Module 532 elektrisch verbindet.
Das Wechselrichtergehäuse 531 umfasst ein Außenwandelement 541, ein Innenwandelement 542 und eine Nabenformationselement 543. Das Außenwandelement 541 weist eine kreiszylindrische Form auf. Das Innenwandelement 542 weist eine kreiszylindrische Form auf, dessen Außenumfangsdurchmesser kleiner ist als ein Durchmesser des Außenwandelements 541 und ist auf der radial inneren Seite des Außenwandelements 541 angeordnet. Das Nabenformationselement 543 ist auf einer Endseite in der axialen Richtung des Innenwandelements 542 befestigt.
Die Elemente 541 bis 543 sind vorzugsweise aus einem leitenden Material hergestellt und sind zum Beispiel aus einem CFRP hergestellt. Das Wechselrichtergehäuse 531 wird dadurch konfiguriert, dass das Außenwandelement 541 und das Innenwandelement 542 zusammengebaut werden, so dass diese sich auf der inneren Seite und der radial äußeren Seite überlappen und das Nabenformationselement 543 an einer Endseite in der axialen Richtung des Innenwandelements 542 montiert wird. Dieser montierte Zustand ist in 57 gezeigt.
Der Statorkern 522 ist an der radial äußeren Seite des Außenwandelements 541 des Wechselrichtergehäuses 531 befestigt. Als ein Ergebnis sind der Stator 520 und die Wechselrichtereinheit 530 integriert beziehungsweise einstückig.
Wie in 56 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von Aussparungsabschnitten 541a, 541b und 541c auf einer Innenumfangsfläche des Außenwandelements 541 ausgebildet. Zusätzlich ist eine Vielzahl von Aussparungsabschnitten 542a, 542b und 542c auf einer Außenumfangsfläche des Innenwandelements 542 ausgebildet. Des Weiteren, als ein Ergebnis davon, dass das Außenwandelement 541 und das Innenwandelement 542 zusammengebaut werden, werden drei hohle Abschnitte 544a, 544b und 544c zwischen dem Außenwandelement 541 und dem Innenwandelement 542 gebildet (siehe 57).
Unter den hohlen Abschnitten 544a, 544b und 544c wird der hohle Abschnitt 544b in der Mitte als ein Kühlwasserkanal 545 verwendet, durch den Kühlwasser, das als ein Kühlmittel dient, fließt. Zusätzlich ist ein Abdichtungselement 546 in den hohlen Abschnitten 544a und 544c auf beiden Seiten, die den hohlen Abschnitt 544b (Kühlwasserkanal 545) umgeben, untergebracht. Der hohle Abschnitt 544b (Kühlwasserkanal 545) wird als ein Ergebnis des Abdichtungselements 546 versiegelt beziehungsweise abgedichtet. Der Kühlwasserkanal 545 wird nachstehend detailliert beschrieben.
Zusätzlich sind in dem Nabenformationselement 543 eine Endplatte 547, die eine kreisplattenförmige Ringform aufweist, und ein Nabenabschnitt 548, der von der Endplatte 547 in Richtung eines Gehäuseinneren hervorsteht, bereitgestellt. Der Nabenabschnitt 548 ist in einer hohlen zylindrischen Form bereitgestellt.
Wie zum Beispiel in 51 gezeigt ist, von einem ersten Ende des Innenwandelements 542 in der axialen Richtung und einem zweiten Ende auf der hervorstehenden Seite (das heißt der Fahrzeuginnenseite) der Rotationswelle 501, das dem ersten Ende gegenüberliegt, ist ein Nabenformationselement 543 an dem zweiten Ende befestigt. In dem Fahrzeugrad 400, das in 45 bis 47 gezeigt ist, ist hier die Grundplatte 405 an dem Wechselrichtergehäuse 531 befestigt (genauer der Endplatte 547 des Nabenformationselements 543).
Das Wechselrichtergehäuse 531 ist derart konfiguriert, dass es eine doppelte Schicht von peripheren Wänden in der radialen Richtung mit der axialen Mitte als eine Mitte aufweist. Die periphere Wand auf der Außenseite der doppelten Schicht der peripheren Wände wird durch das Außenwandelement 541 und das Innenwandelement 542 gebildet. Die periphere Wand auf der Innenseite wird durch den Nabenabschnitt 548 gebildet.
In der nachstehenden Beschreibung wird hier die periphere Wand auf der Außenseite, die durch das Außenwandelement 541 und das Innenwandelement 542 gebildet ist, als eine „äußere periphere Wand WA1“ bezeichnet und wird die periphere Wand auf der Innenseite, die durch den Nabenabschnitt 548 gebildet wird, ebenso als eine „innere periphere Wand WA2“ bezeichnet.
Ein ringförmiger Raum wird zwischen der äußeren peripheren Wand WA1 und der inneren peripheren Wand WA2 in dem Wechselrichtergehäuse 531 gebildet. Die Vielzahl von elektrischen Modulen 532 ist derart angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung innerhalb des ringförmigen Raums angeordnet sind. Das elektrische Modul 532 ist an der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 durch Bonden bzw. Kleben, eine Schraubbefestigung oder Ähnliches befestigt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht das Wechselrichtergehäuse 531 einem „Gehäuseelement“ . Das elektrische Modul 532 entspricht einer „elektrischen Komponente“.
Das Lager 560 ist auf der inneren Seite der inneren peripheren Wand WA2 (Nabenabschnitt 548) untergebracht. Die Rotationswelle 501 ist durch das Lager 560 gestützt, so dass diese sich frei drehen kann. Das Lager 560 ist ein Nabenlager, das das Fahrzeugrad 400 in einem Fahrzeugradmittelabschnitt drehbar stützt. Das Lager 560 ist an 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, als ein Ergebnis davon, dass die Magneteinheit 512 einhergehend mit der Ausrichtung des Rotors 510 dünner gemacht werden kann und die schlitzlose Struktur und die abgeflachte Leiterstruktur in dem Stator 520 verwendet werden, kann die Dickendimension in der radialen Richtung des Magnetkreisabschnitts reduziert werden und kann der hohle Raum weiter in Richtung der radial inneren Seite als der Magnetkreisabschnitt erweitert werden.
Als ein Ergebnis wird eine Anordnung des Magnetkreisabschnitts, der Wechselrichtereinheit 530 und des Lagers 560 in einem Zustand, in dem der Magnetkreisabschnitt, die Wechselrichtereinheit 530 und das Lager 560 in der radialen Richtung laminiert sind, möglich. Der Nabenabschnitt 548 dient als ein Lagerhalteabschnitt, der das Lager 560 auf der Innenseite von diesem 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 aufweist und ist auf der radial äußeren Seite des Innenrings 561 angeordnet. Die Vielzahl von Kugeln 563 sind zwischen dem Innenring 561 und dem Außenring 562 angeordnet. Das Lager 560 ist an dem Wechselrichtergehäuse 531 dadurch befestigt, dass der Außenring 562 an dem Nabenformationselement 543 montiert wird, und der Innenring 561 ist an der Rotationswelle 501 befestigt. Der Innenring 561, der Außenring 562 und die Kugeln 563 sind alle aus einem metallischen Material wie etwa Kohlenstoffstahl beziehungsweise Karbonstahl hergestellt.
Zusätzlich weist der Innenring 561 des Lagers 560 eine zylindrische Form 561a auf, die die Rotationswelle 501 und einen Flansch 561b aufnimmt, der sich in eine Richtung erstreckt, die die axiale Richtung von einem Endabschnitt in der axialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 561a schneidet (zu dieser orthogonal ist). Der Flansch 561b ist ein Abschnitt, der mit der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 von der Innenseite in Kontakt ist.
In einem Zustand, in dem das Lager 560 an der Rotationswelle 501 montiert ist, wird der Rotorträger 511 derart gehalten, dass er zwischen dem Flansch 502 der Rotationswelle 501 und dem Flansch 561b des Innenrings 561 liegt. In diesem Fall weisen der Flansch 502 der Rotationswelle 501 und der Flansch 561b des Innenrings den gleichen Schnittwinkel relativ zu der axialen Richtung auf wie jeder andere (gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind beides rechte Winkel). Der Rotorträger 511 wird derart gehalten, dass er zwischen diesen Flanschen 502 und 561b liegt.
Der Rotorträger 511 wird von der Innenseite durch den Innenring 561 des Lagers 560 gestützt. In dieser Konfiguration kann ein Winkel des Rotorträgers 511 relativ zu der Rotationswelle 501 bei einem geeigneten Winkel gehalten werden. Weiterhin kann ein Grad einer Parallelität der Magneteinheit 512 relativ zu der Rotationswelle 501 auf bevorzugte Weise beibehalten werden. Als ein Ergebnis, auch wenn sich der Rotorträger 511 in der radialen Richtung erweitert, kann ein Widerstand gegen Vibrationen und Ähnliches verbessert werden.
Als Nächstes werden die elektrischen Module 532, die in dem Wechselrichtergehäuse 531 untergebracht sind, beschrieben.
Die Vielzahl von elektrischen Modulen 532 umfassen elektrische Komponenten, wie etwa das Halbleiterschaltelement, das den Leistungswandler konfiguriert, und den Glättungskondensator, und sind in eine Vielzahl von Gruppen aufgeteilt und einzeln modularisiert. Die elektrischen Module 532 umfassen ein Schaltmodul 532A, das das Halbleiterschaltelement, das ein Leistungselement ist, umfasst, und ein Kondensatormodul 532B, das den Glättungskondensator umfasst.
Wie in 49 und 50 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von Abstandshaltern 549, die flache Oberflächen zum Anbringen der elektrischen Module 532 aufweisen, an der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 befestigt. Die elektrischen Module 532 werden an dem Abstandshalter 549 angebracht. Das heißt, während die Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 eine gekrümmte Oberfläche ist, ist eine Montagefläche des elektrischen Moduls 532 eine flache Oberfläche. Deshalb wird eine flache Oberfläche auf der inneren Umfangsflächenseite des Innenwandelements 542 durch den Abstandshalter 549 gebildet und wird das elektrische Modul 532 an der flachen Oberfläche befestigt.
Die Konfiguration, bei der der Abstandshalter 549 zwischen dem Innenwandelement 542 und dem elektrischen Modul 532 liegt, ist hier keine Voraussetzung. Das elektrische Modul 532 kann ebenso direkt an dem Innenwandelement 542 dadurch montiert werden, dass die Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 eine flache Struktur aufweist oder eine Montageoberfläche des elektrischen Moduls 532 eine gekrümmte Oberfläche ist.
Zusätzlich kann das elektrische Modul 532 ebenso an dem Wechselrichtergehäuse 531 in einem Zustand befestigt werden, in dem das elektrische Modul 532 mit der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 nicht in Kontakt ist. Zum Beispiel wird das elektrische Modul 532 an der Endplatte 547 des Nabenformationselements 543 befestigt. Das Schaltmodul 532A kann in einem Zustand des Kontakts mit der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 befestigt werden und das Kondensatormodul 532B kann in einem Zustand des Nicht-Kontakts mit der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 befestigt werden.
Hier, wenn der Abstandshalter 549 auf der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 bereitgestellt ist, entspricht die äußere periphere Wand WA1 und der Abstandshalter 549 einem „zylindrischen Abschnitt“. Zusätzlich, wenn der Abstandshalter 549 nicht verwendet wird, entspricht die äußere periphere Wand WA1 dem „zylindrischen Abschnitt“.
Wie vorstehend beschrieben wird der Kühlwasserkanal 545, durch den das Kühlwasser, das als ein Kühlmittel dient, fließt, in der äußeren peripheren Wand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 gebildet. Jedes elektrische Modul 532 wird durch das Kühlwasser, das durch den Kühlwasserkanal 545 fließt, gekühlt.
Als das Kühlmittel kann hier ebenso ein Kühlöl anstelle des Kühlwassers verwendet werden. Der Kühlwasserkanal 545 ist in einer Ringform entlang der äußeren peripheren Wand WA1 bereitgestellt. Das Kühlwasser, das durch den Kühlwasserkanal 545 fließt, fließt von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite über jedes elektrische Modul 532. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kühlwasserkanal 545 in einer Ringform bereitgestellt, so dass dieser jedes elektrische Modul 532 auf der Innenseite und der radial äußeren Seite überlappt und jedes elektrische Modul 532 umgibt.
Das Innenwandelement 542 ist mit einem Einlasskanal 571 bereitgestellt, durch den das Kühlwasser in den Kühlwasserkanal 545 fließt, und einem Auslasskanal 572, durch den das Kühlwasser aus dem Kühlwasserkanal 545 ausfließt. Die Vielzahl von elektrischen Modulen 532 sind an der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542, wie vorstehend beschrieben, befestigt.
In dieser Konfiguration ist ein Raum zwischen den elektrischen Modulen, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, an einer einzigen Stelle stärker erweitert als andere Räume. Ein Vorsprungabschnitt 573, in dem ein Abschnitt des Innenwandelements 542 in Richtung der radial inneren Seite hervorsteht, ist in dem erweiterten Abschnitt gebildet. Zusätzlich sind der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 bereitgestellt, so dass diese seitlich entlang der radialen Richtung in dem vorstehenden Abschnitt 573 angeordnet sind.
Ein Zustand der Anordnung der elektrischen Module 532 in dem Wechselrichtergehäuse 531 ist in 58 gezeigt. Hier ist 58 die gleiche Querschnittsansicht in Längsrichtung wie 50.
Wie in 58 gezeigt ist, sind die elektrischen Module 532 derart angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei ein Intervall zwischen den elektrischen Modulen in der Umfangsrichtung ein erstes Intervall INT1 oder ein zweites INT2 ist. Das zweite Intervall INT2 ist ein Intervall, das breiter ist als das erste Intervall INT1. Zum Beispiel sind die Intervalle INT1 und INT2 jeweils ein Abstand zwischen Mittelpositionen von zwei elektrischen Modulen 532, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen.
In diesem Fall ist das Intervall zwischen den elektrischen Modulen, die in der Umfangsrichtung ohne den Vorsprungabschnitt 573 zwischen diesen nebeneinanderliegen, das erste Intervall INT1. Das Intervall zwischen den elektrischen Modulen, die in der Umfangsrichtung mit dem Vorsprungabschnitt 573 zwischen diesen nebeneinanderliegen, ist das zweite Intervall INT2. Das heißt, das Intervall zwischen den elektrischen Modulen, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, ist in einem Abschnitt von diesen verbreitert. Der Vorsprungabschnitt 573 ist zum Beispiel in einem Abschnitt, der eine Mitte des verbreiterten Intervalls (des zweiten Intervalls INT2) ist, bereitgestellt.
Die Intervalle INT1 und INT2 können ein Kreisbogenabstand zwischen den Mittelpositionen der zwei elektrischen Module 532 sein, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, auf dem gleichen Kreis um die Rotationswelle 501 herum. Alternativ kann das Intervall zwischen den elektrischen Modulen in der Umfangsrichtung durch Winkelintervalle θi1 und θi2 mit der Rotationswelle 501 als eine Mitte definiert sein (θi1 < θi2).
Hier in 58 sind die elektrischen Module 532, die bei dem ersten Intervall INT1 angeordnet sind, in einem Zustand angeordnet, in dem die elektrischen Module 532 in der Umfangsrichtung voneinander getrennt sind (ein Zustand ohne Kontakt). Anstelle dieser Konfiguration können die elektrischen Module 532 jedoch in einem Zustand angeordnet sein, in dem die elektrischen Module 532 in der Umfangsrichtung miteinander in Kontakt sind.
Wie in 48 gezeigt ist, ist ein Wasserströmungsanschluss 574, in dem Kanalendabschnitte des Einlasskanals 571 und des Auslasskanals 572 gebildet sind, in der Endplatte 547 des Nabenformationselements 543 gebildet. Ein Zirkulationspfad 575, der das Kühlwasser zirkulieren lässt, ist mit dem Einlasskanal 571 und dem Auslasskanal 572 verbunden. Der Zirkulationspfad 575 ist aus einem Kühlwasserrohr gebildet. Eine Pumpe 576 und eine Wärmefreigabevorrichtung 577 sind auf dem Zirkulationspfad 575 bereitgestellt. Das Kühlwasser zirkuliert durch den Kühlwasserkanal 545 und den Zirkulationspfad 575 einhergehend mit einem Antrieb der Pumpe 576. Die Pumpe 576 ist eine elektrische Pumpe. Zum Beispiel ist die Wärmefreigabevorrichtung 577 ein Radiator, der Wärme von dem Kühlwasser an die Atmosphäre abgibt.
Wie in 50 gezeigt ist, ist der Stator 520 auf der Außenseite der äußeren peripheren Wand WA1 angeordnet und sind die elektrischen Module 532 auf der Innenseite angeordnet. Deshalb wird Wärme von dem Stator 520 zu der äußeren peripheren Wand WA1 von der Außenseite übertragen. Zusätzlich wird Wärme von den elektrischen Modulen 532 zu der äußeren peripheren Wand WA1 von der Innenseite übertragen.
In diesem Fall können der Stator 50 und die elektrischen Module 532 gleichzeitig dadurch, dass das Kühlwasser durch den Kühlwasserkanal 545 fließt, gekühlt werden. Eine Wärme von Wärmeerzeugungskomponenten der rotierenden elektrischen Maschine 500 kann effizient freigegeben werden.
Hier wird eine elektrische Konfiguration des Leistungswandlers mit Bezug auf 59 beschrieben.
Wie in 59 gezeigt ist, besteht die Statorwicklung 521 aus der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung. Ein Wechselrichter 600 ist mit der Statorwicklung 521 verbunden. Der Wechselrichter 600 ist durch eine Vollbrückenschaltung konfiguriert, die die gleiche Anzahl von oberen und unteren Zweigen wie die Anzahl von Phasen aufweist. Der Wechselrichter 600 ist mit einem Reihenverbindungskörper bereitgestellt, der aus einem Oberzweigschalter 601 und einem Unterzweigschalter 602 für jede Phase besteht. Die Schalter 601 und 602 werden durch eine Antriebsschaltung beziehungsweise Ansteuerschaltung 603 jeweils ein-/ausgeschaltet. Die Wicklung von jeder Phase wird basierend auf dem An/Aus der Schalter 601 und 602 energetisiert.
Zum Beispiel wird jeder der Schalter 601 und 602 aus einem Halbleiterschalterelement, wie etwa einem MOSFET oder einem IGBT, hergestellt. Zusätzlich ist ein Ladungszufuhrkondensator 604, der die Schalter 601 und 602 mit einer elektrischen Ladung versorgt, die während des Schaltens erforderlich ist, parallel zu dem Reihenverbindungskörper der Schalter 601 und 602 in dem oberen und unteren Zweig von jeder Phase verbunden.
Eine Steuerungsvorrichtung 607 umfasst einen Mikrocomputer, der eine CPU und verschiedene Speicher umfasst. Die Steuerungsvorrichtung 607 führt eine Energetisierungssteuerung durch Ein-/Ausschalten der Schalter 601 und 602 basierend auf verschiedenen Arten von Erfassungsinformationen der rotierenden elektrischen Maschine 500 und Anforderungen für einen Leistungsbetriebsantrieb und eine Leistungserzeugung durch.
Zum Beispiel führt die Steuerungsvorrichtung 607 eine An-/Aussteuerung der Schalter 601 und 602 durch eine PWM-Steuerung bei einer vorbestimmten Schaltfrequenz (Trägerfrequenz) oder eine Rechteckwellensteuerung durch. Die Steuerungsvorrichtung 607 kann eine interne Steuerungsvorrichtung sein, die innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 500 bereitgestellt ist, oder 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, verringert sich die elektrische Zeitkonstante als ein Ergebnis der Verringerung der Induktivität in dem Stator 520. Unter solchen Umständen, in denen die elektrische Zeitkonstante klein ist, wird die Schaltfrequenz (Trägerfrequenz) vorzugsweise erhöht und wird eine Schaltgeschwindigkeit vorzugsweise erhöht. In dieser Hinsicht verringert sich eine Verdrahtungsinduktivität als ein Ergebnis davon, dass der Ladungszufuhrkondensator 604 parallel zu dem Reihenverbindungskörper der Schalter 601 und 602 von jeder Phase verbunden ist. Entsprechende Überspannungsmaßnahmen können auch bei einer Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit getroffen werden.
Ein hochpotentialseitiger Anschluss des Wechselrichters 600 ist mit einem positiven Elektrodenanschluss einer Gleichstromleistungsversorgung 605 verbunden und ein niedrigpotentialseitiger Anschluss ist mit einem negativen Elektrodenanschluss (Masse) der Gleichstromleistungsversorgung 605 verbunden. Zusätzlich ist ein Glättungskondensator 606 mit dem hochpotentialseitigen Anschluss und dem niedrigpotentialseitigen Anschluss des Wechselrichters 600 parallel mit der Gleichstromleistungsversorgung 605 verbunden.
Das Schaltmodul 532A umfasst die Schalter 601 und 602 (Halbleiterschaltelemente), die Ansteuerschaltung 603 (speziell ein elektrisches Element, das die Ansteuerschaltung 603 konfiguriert), und den Ladungszufuhrkondensator 604 als Wärmeerzeugungskomponenten. Zusätzlich umfasst das Kondensatormodul 532B den Glättungskondensator 606 als Wärmeerzeugungskomponente. Ein spezifisches Konfigurationsbeispiel des Schaltmoduls 532A ist in 60 gezeigt.
Wie in 60 gezeigt ist, umfasst das Schaltmodul 532A einen Modulkasten 611, das als ein Gehäusekasten dient. Zusätzlich umfasst das Schaltmodul 532A der Schalter 601 und 602, die eine einzelne Phase bilden, die Ansteuerschaltung 603 und den Ladungszufuhrkondensator 604, die innerhalb des Modulkastens 611 untergebracht sind. Die Ansteuerschaltung 603 ist hier als eine dedizierte IC oder eine Schaltplatine konfiguriert und ist in dem Schaltmodul 532A bereitgestellt.
Zum Beispiel ist der Modulkasten 611 aus einem Isolationsmaterial, wie etwa Harz, hergestellt. Der Modulkasten 611 ist an der äußeren peripheren Wand WA1 in einem Zustand angebracht, in dem eine Seitenfläche von diesem mit der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 der Wechselrichtereinheit 530 in Kontakt ist.
Ein Inneres des Modulkastens 611 ist mit einem Formmaterial, wie etwa Harz, gefüllt. Innerhalb des Modulkastens 611 sind die Schalter 601 und 602 und die Ansteuerschaltung 603, und die Schalter 601 und 602 und der Kondensator 604 elektrisch miteinander durch eine Verdrahtung 612 verbunden. Speziell ist das Schaltmodul 532A an der äußeren peripheren Wand WA1 mit einem Abstandshalter 549 dazwischen angebracht. Jedoch ist eine Darstellung des Abstandshalters 549 weggelassen.
In einem Zustand, in dem das Schaltmodul 532A an der äußeren peripheren Wand WA1 befestigt ist, ist eine Kühlleistungsfähigkeit in Richtung einer Seite näher zu der äußeren peripheren Wand WA1 in dem Schaltmodul 532A, das heißt in Richtung einer Seite näher zu dem Kühlwasserkanal 545, höher. Deshalb ist eine Reihenfolge der Anordnung bzw. des Arrays der Schalter 601 und 602, der Ansteuerschaltung 603 und des Kondensators 604 basierend auf der Kühlleistungsfähigkeit vorgeschrieben.
Speziell, wenn Mengen einer Wärmeerzeugung verglichen werden, ist die Reihenfolge beginnend bei der Größten, die Schalter 601 und 602, der Kondensator 604 und die Ansteuerschaltung 603. Deshalb sind die Schalter 601 und 602, der Kondensator 604 und die Ansteuerschaltung 603 in dieser Reihenfolge von der Seite näher zu der äußeren peripheren Wand WA1 angeordnet, um der Reihenfolge der Größenordnung der Mengen an Wärmeerzeugung zu entsprechen. Eine Kontaktfläche des Schaltmoduls 532A kann hier kleiner sein als eine kontaktfähige Oberfläche der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542.
Eine detaillierte Darstellung des Kondensatormoduls 532B ist hier weggelassen. Jedoch ist das Kondensatormodul 532B derart konfiguriert, dass der Kondensator 606 innerhalb eines Modulkastens untergebracht ist, das die gleiche Form und Größe wie das Schaltmodul 532A aufweist. Auf eine ähnliche Weise wie das Schaltmodul 532A ist das Kondensatormodul 532B an der äußeren peripheren Wand WA1 in einem Zustand fixiert, in dem die Seitenfläche des Modulkastens 611 mit der Innenumfangsfläche des Innenwandelements 542 des Wechselrichtergehäuses 531 in Kontakt ist.
Das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B müssen nicht notwendigerweise konzentrisch auf der radial inneren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 angeordnet sein. Zum Beispiel kann das Schaltmodul 532A weiter in Richtung der radial inneren Seite als das Kondensatormodul 532B angeordnet sein. Alternativ können das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B umgekehrt als in der vorstehenden Konfiguration angeordnet sein.
Während eines Antreibens der rotierenden elektrischen Maschine 500 wird ein Wärmeaustausch zwischen dem Schaltmodul 532A und dem Kondensatormodul 532B und dem Kühlwasserkanal 545 über das Innenwandelement 542 der äußeren peripheren Wand WA1 durchgeführt. Als ein Ergebnis wird eine Kühlung des Schaltmoduls 532A und des Kondensatormoduls 532B durchgeführt.
Das elektrische Modul 532 kann jeweils derart konfiguriert sein, dass Kühlwasser in das Innere davon gezogen wird und ein Kühlen durch das Kühlwasser in dem Modulinneren durchgeführt wird. Hier wird eine wassergekühlte Struktur des Schaltmoduls 532A mit Bezug auf 61(a) und 61(b) beschrieben. 61(a) zeigt eine Querschnittsansicht in Längsrichtung einer Querschnittsstruktur des Schaltmoduls 532A in einer Richtung, die die äußere periphere Wand WA1 kreuzt. 61(b) zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 61B-61B in 61(a).
Wie in 61(a) und 61(b) gezeigt ist, umfasst das Schaltmodul 532A zusätzlich zu dem Modulkasten 611, den Schaltern 601 und 602 entsprechend einer einzelnen Phase, der Ansteuerschaltung 603 und dem Kondensator 604, auf eine ähnliche Weise wie bei der in 60, eine Kühlvorrichtung, die ein Paar von Rohrabschnitten 621 und 622 und einen Kühler 623 umfasst.
In der Kühlvorrichtung ist das Paar der Rohrabschnitte 621 und 622 aus einem einströmseitigen Rohrabschnitt 621, durch den das Kühlwasser in den Kühler 623 von dem Kühlwasserkanal 545 der äußeren peripheren Wand WA1 fließt, und einem ausströmseitigen Rohrabschnitt 622, von dem das Kühlwasser in den Kühlwasserkanal 545 von dem Kühler 623 fließt, gebildet. Der Kühler 623 ist basierend auf einem Kühlziel bereitgestellt.
In der Kühlvorrichtung kann eine einzelne Stufe oder eine Vielzahl von Stufen von Kühlern 623 verwendet werden. In 61(a) und 61(b) sind zwei Stufen der Kühler 623 bereitgestellt, so dass diese voneinander in einer Richtung entfernt von dem Kühlwasserkanal 545, das heißt der radialen Richtung der Wechselrichtereinheit 530, getrennt sind. Das Kühlwasser wird an jeden der Kühler 623 über das Paar der Rohrabschnitte 621 und 622 zugeführt. Zum Beispiel weist der Kühler 623 ein Inneres auf, das ein Hohlraum ist. Jedoch kann das Innere des Kühlers 623 mit einer Innenrippe bereitgestellt sein.
Bei der Konfiguration, die zwei Stufen von Kühlern 623 umfasst, ist jeweils (1) die Seite der äußeren peripheren Wand WA1 des Kühlers 623 der ersten Stufe, (2) zwischen den Kühlern 623 der ersten Stufe und der zweiten Stufe, und (3) die Seite der gegenüberliegenden äußeren peripheren Wand des Kühlers 623 der zweiten Stufe ein Ort, in dem zu kühlende elektrische Komponenten angeordnet sind.
Diese Orte sind (2), (1), (3) in der Reihenfolge von dem mit der höchsten Kühlleistungsfähigkeit. Das heißt, der Ort, der zwischen den zwei Kühlern 623 liegt, weist die höchste Kühlleistungsfähigkeit auf. In den Orten, die neben einem der Kühler 623 liegen, weist der Ort, der näher zu der äußeren peripheren Wand WA1 (dem Kühlwasserkanal 545) liegt, eine höhere Kühlleistungsfähigkeit auf.
Wenn dies berücksichtigt wird, wie in 61(a) und 61(b) gezeigt ist, sind die Schalter 601 und 602 (2) zwischen den Kühlern 623 der ersten Stufe und der zweiten Stufe angeordnet, ist der Kondensator 604 auf (1) der Seite der äußeren peripheren Wand WA1 des Kühlers 623 der ersten Stufe angeordnet und ist die Ansteuerschaltung 603 auf (3) der Seite der gegenüberliegenden äußeren peripheren Wand des Kühlers 623 der zweiten Stufe angeordnet. Obwohl es hier nicht gezeigt ist, können die Ansteuerschaltung 603 und der Kondensator 604 umgekehrt angeordnet sein.
In jedem Fall sind die Schalter 601 und 602 und die Ansteuerschaltung 603 und die Schalter 601 und 602 und der Kondensator 604 durch die Verdrahtungen 612 innerhalb des Modulkastens 611 entsprechend verbunden. Zusätzlich, weil die Schalter 601 und 602 zwischen der Ansteuerschaltung 603 und dem Kondensator 604 positioniert sind, sind die Verdrahtung 612, die sich in Richtung der Ansteuerschaltung 603 von den Schaltern 601 und 602 erstreckt, und die Verdrahtung 612, die sich in Richtung des Kondensators 604 von den Schaltern 601 und 602 erstreckt, in einer Beziehung, in der die Verdrahtungen 612 sich in Richtungen erstrecken, die entgegengesetzt zueinander sind.
Wie in 61(b) gezeigt ist, ist das Paar von Rohrabschnitten 621 und 622 derart angeordnet, dass es in der Umfangsrichtung, das heißt, einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des Kühlwasserkanals 545 angeordnet ist. Das Kühlwasser fließt von dem einströmseitigen Rohrabschnitt 621, der auf der stromaufwärtigen Seite positioniert ist, in den Kühler 623 und nachfolgend fließt das Kühlwasser von dem ausströmseitigen Rohrabschnitt 622, der auf der stromabwärtigen Seite positioniert ist.
Hier, um einen Einfluss des Kühlwassers in die Kühlvorrichtung zu unterstützen, kann der Kühlwasserkanal 545 mit einer Regeleinheit 624 bereitgestellt sein, die den Fluss des Kühlwassers regelt, an einer Position zwischen dem einströmseitigen Rohrabschnitt 621 und dem ausströmseitigen Rohrabschnitt 622, wenn von der Umfangsrichtung aus betrachtet. Der Beschränkungsabschnitt 624 kann ein Blockierabschnitt sein, der den Kühlwasserkanal 545 blockiert, oder ein Verengungsabschnitt sein, der einen Durchlassbereich des Kühlwasserkanals 545 verringert.
62 zeigt eine andere Kühlstruktur des Schaltmoduls 532A. 62(a) zeigt eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der Querschnittsstruktur des Schaltmoduls 532A in einer Richtung, die die äußere periphere Wand WA1 kreuzt. 62(b) zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 62B-62B in 62(a).
In 62(a) und 62(b), als ein Unterschied zu der Konfiguration in 61(a) und 61(b), wie vorstehend beschrieben, unterscheidet sich die Anordnung des Paares der Rohrabschnitte 621 und 622 in der Kühlvorrichtung. Das Paar der Rohrabschnitte 621 und 622 kann derart angeordnet sein, dass es in der axialen Richtung angeordnet ist.
Zusätzlich, wie in 62(c) gezeigt ist, sind in dem Kühlwasserkanal 545 ein Durchlassabschnitt, der mit dem einströmseitigen Rohrabschnitt 621 kommuniziert, und ein Durchlassabschnitt, der mit dem ausströmseitigen Rohrabschnitt 622 kommuniziert, bereitgestellt, so dass diese in der axialen Richtung getrennt sind. Diese Durchlassabschnitte kommunizieren über die Rohrabschnitte 621 und 622 und die Kühler 623.
Zusätzlich kann ebenso die folgende Konfiguration als das Schaltmodul 532A verwendet werden.
In einer Konfiguration, die in 63(a) gezeigt ist, im Vergleich mit der Konfiguration in 61(a), ist der Kühler 623 von zwei Stufen auf eine Stufe verändert. In diesem Fall unterscheidet sich der Ort, der die höchste Kühlleistungsfähigkeit innerhalb des Modulkastens 611 aufweist, von dem in 61(a). Der Ort auf der Seite der äußeren peripheren Wand WA1 auf beiden Seiten in der radialen Richtung des Kühlers 623 (beide Seiten in der Links-/ Rechtsrichtung in der Zeichnung) weist die höchste Kühlleistungsfähigkeit auf.
Als Nächstes verringert sich die Kühlleistungsfähigkeit in der Reihenfolge eines Ortes auf der Seite der gegenüberliegenden äußeren peripheren Wand des Kühlers 623 und einem Ort, der von dem Kühler 623 entfernt ist. Wenn dies berücksichtigt wird, wie in 63(a) gezeigt ist, sind die Schalter 601 und 602 an dem Ort auf der Seite der äußeren peripheren Wand WA1 auf beiden Seiten in der radialen Richtung des Kühlers 623 (auf beiden Seiten in der Links-/Rechtsrichtung in der Zeichnung) angeordnet. Der Kondensator 604 ist an dem Ort auf der Seite der gegenüberliegenden äußeren peripheren Wand des Kühlers 623 angeordnet. Die Ansteuerschaltung 603 ist an einem Ort angeordnet, der von dem Kühler 623 entfernt ist.
Zusätzlich kann in dem Schaltmodul 532A die Konfiguration, bei der die Schalter 601 und 602 entsprechend einer einzelnen Phase, die Ansteuerschaltung 603 und der Kondensator 604 innerhalb des Modulkastens 611 untergebracht sind, modifiziert werden. Zum Beispiel können die Schalter 601 und 602 entsprechend einer einzelnen Phase und einer der Ansteuerschaltung 603 und des Kondensators 604 innerhalb des Modulkastens 611 untergebracht sein.
In 63(b), innerhalb des Modulkastens 611, zusätzlich dazu, dass das Paar der Rohrabschnitte 621 und 622 und die zwei Stufen von Kühlern 623 bereitgestellt sind, sind die Schalter 601 und 602 zwischen den Kühlern 623 der ersten Stufe und der zweiten Stufe angeordnet und ist der Kondensator 604 oder die Ansteuerschaltung 603 auf der Seite der äußeren peripheren Wand WA1 des Kühlers 623 der ersten Stufe angeordnet. Zusätzlich können die Schalter 601 und 602 und die Ansteuerschaltung 603 in ein Halbleitermodul integriert sein und das Halbleitermodul und der Kondensator 604 können innerhalb des Modulkastens 611 untergebracht sein.
Hier in 63(b) kann in dem Schaltmodul 532A ein Kondensator auf einer Seite entgegengesetzt zu den Schaltern 601 und 602 in zumindest einem der Kühler 623, die auf beiden Seiten mit den Schaltern 601 und 602 dazwischen angeordnet sind, angeordnet sein. Das heißt, der Kondensator 604 kann auf nur einer der Seite der äußeren peripheren Wand WA1 des Kühlers 623 der ersten Stufe und der Seite der gegenüberliegenden peripheren Wand des Kühlers 623 der zweiten Stufe angeordnet sein. Alternativ kann der Kondensator 604 auf beiden Seiten angeordnet sein.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Kühlwasser in das Modulinnere von dem Kühlwasserkanal 545 nur für das Schaltmodul 532A von dem Schaltmodul 532A und dem Kondensatormodul 532B gezogen. Jedoch könnte die Konfiguration modifiziert werden. Das Kühlwasser könnte in beide Module 532A und 532B von dem Kühlwasserkanal 545 gezogen werden.
Zusätzlich könnte das Kühlwasser in direkten Kontakt mit der äußeren Fläche von jedem elektrischen Modul 532 kommen und jedes elektrische Modul 532 kühlen. Wie zum Beispiel in 64 gezeigt ist, ist das Kühlwasser in Kontakt mit der Außenfläche des elektrischen Moduls 532 aufgrund dessen, dass das elektrische Modul 532 in der äußeren peripheren Wand WA1 eingebettet ist.
In diesem Fall kann eine Konfiguration in Betracht gezogen werden, bei der ein Abschnitt des elektrischen Moduls 532 in den Kühlwasserkanal 545 eingetaucht ist, oder eine Konfiguration, bei der der Kühlwasserkanal 545 in der radialen Richtung weiter ausgedehnt ist als bei der Konfiguration in 58 und Ähnlichen, und das gesamte elektrische Modul 532 in den Kühlwasserkanal 545 eingetaucht ist. Wenn das elektrische Modul 532 in den Kühlwasserkanal 545 eingetaucht ist, kann die Kühlleistung weiter verbessert werden, wenn in dem eingetauchten Modulkasten 611 (einem eingetauchten Abschnitt des Modulkastens 611) eine Rippe vorgesehen ist.
Zusätzlich umfassen die elektrischen Module 532 das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B. Wenn beide verglichen werden, gibt es einen Unterschied in der Menge einer Wärmeerzeugung. Wenn dies berücksichtigt wird, kann die Anordnung der elektrischen Module 532 in dem Wechselrichtergehäuse 531 ebenso modifiziert werden.
Wie zum Beispiel in 65 gezeigt ist, ist eine Vielzahl von Schaltmodulen 532A in der Umfangsrichtung angeordnet, ohne dass diese verteilt sind, und sind auf der stromaufwärtigen Seite des Kühlwasserkanals 545, das heißt auf der Seite nahe zu dem Einlasskanal 571, angeordnet. In diesem Fall wird das Kühlwasser, das von dem Einlasskanal 571 einströmt, zuerst verwendet, um die drei Schaltmodule 532A zu kühlen, und wird nachfolgend verwendet, um die Kondensatormodule 532B zu kühlen.
Hier ist in 65 das Paar der Rohrabschnitte 621 und 622 derart angeordnet, dass diese in der axialen Richtung angeordnet sind, wie in den vorstehenden 62(a) und 62(b) gezeigt. Jedoch ist die Anordnung nicht darauf beschränkt. Das Paar der Rohrabschnitte 621 und 622 kann derart angeordnet werden, dass sie in der Umfangsrichtung angeordnet sind, wie in den vorstehenden 61(a) und 61(b).
Als Nächstes wird eine Konfiguration bezüglich der elektrischen Verbindung der elektrischen Module 532 und des Stromschienenmoduls 533 beschrieben. 66 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 66-66 in 49. 67 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 67-67 in 49. 68 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Stromschienenmodul 533 alleine zeigt. Hier wird eine Konfiguration bezüglich der elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen 532 und dem Stromschienenmodul 533 mit Bezug auf diese Zeichnungen beschrieben.
Wie in 66 gezeigt ist, sind in dem Wechselrichtergehäuse 531 drei Schaltmodule 532A derart angeordnet, dass diese in der Umfangsrichtung von einer Position in der Umfangsrichtung neben dem Vorsprungabschnitt 573, der in dem Innenwandelement 542 bereitgestellt ist, angeordnet ist (das heißt, der Vorsprungabschnitt 573, in dem der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572, die mit dem Kühlwasserkanal 545 kommunizieren, bereitgestellt sind), und sechs Kondensatormodule 532B sind derart angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung weiterhin daneben angeordnet sind.
Als ein Überblick des Vorstehenden ist in dem Wechselrichtergehäuse 531 die innere Seite der äußeren peripheren Wand WA1 gleichmäßig auf zehn Bereiche (das heißt die Anzahl von Modulen + 1) in der Umfangsrichtung aufgeteilt. Von den zehn Bereichen sind die elektrischen Module 532 jeweils in neun Bereichen angeordnet. Der Vorsprungabschnitt 573 ist auf 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 vorstehend beschriebenen 56 und 57 und Ähnlichen beschrieben ist, umfasst jedes elektrische Modul 532 (Schaltmodul 532A und Kondensatormodul 532B) eine Vielzahl von Modulanschlüssen 615, die sich von dem Modulkasten 611 erstrecken. Der Modulanschluss 615 ist ein Modul-Eingabe-/Ausgabeanschluss, der ein Durchführen einer elektrischen Eingabe und elektrischen Ausgabe in dem elektrischen Modul 532 ermöglicht. Der Modulanschluss 615 ist derart bereitgestellt, dass er derart ausgerichtet ist, um sich in die axiale Richtung zu erstrecken. Außerdem ist der Modulanschluss 615 derart bereitgestellt, dass er sich von dem Modulkasten 611 in Richtung einer hinteren Seite (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. Vier Modulanschlüsse 615 sind in dem Schaltmodul 532A bereitgestellt und zwei Modulanschlüsse 615 sind in dem Kondensatormodul 532B bereitgestellt.
Zusätzlich, wie in 68 gezeigt ist, umfasst das Stromschienenmodul 533 einen ringförmigen Abschnitt 631, der eine Kreisringform bildet, drei externe Verbindungsanschlüsse 632, die sich von dem ringförmigen Abschnitt 631 erstrecken und eine Verbindung zu einer externen Vorrichtung ermöglichen, wie etwa einer Leistungsversorgungsvorrichtung oder einer ECU, und einen Wicklungsverbindungsanschluss 633, der mit einem Wicklungsendabschnitt von jeder Phase in der Statorwicklung 521 verbunden ist. Das Stromschienenmodul 533 entspricht einem „Anschlussmodul“.
Der ringförmige Abschnitt 631 ist an einer Position angeordnet, der sich auf der radial inneren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 in dem Wechselrichtergehäuse 531 und auf einer Seite in der axialen Richtung der elektrischen Module 532 befindet.
Der ringförmige Abschnitt 631 weist zum Beispiel einen kreisringförmigen Hauptkörperabschnitt auf, der durch ein Isolationselement, das aus Harz oder Ähnlichem hergestellt ist, gebildet ist, und eine Vielzahl von Stromschienen, die innerhalb des Hauptkörperabschnitts eingebettet sind. Die Vielzahl von Stromschienen sind mit Modulanschlüssen 615 von jedem elektrischen Modul 532, jedem externen Verbindungsanschluss 632 und jeder Phasenwicklung der Statorwicklung 521 verbunden. Details davon werden später beschrieben.
Der externe Verbindungsanschluss 632 besteht aus einem hochpotentialseitigen Leistungsanschluss 632A und einem niedrigpotentialseitigen Leistungsanschluss 632B, die mit der Leistungsversorgungsvorrichtung verbunden sind, und einem einzelnen Signalanschluss 632C, der mit einer externen ECU verbunden ist. Diese externen Verbindungsanschlüsse 632 (632A bis 632C) sind derart bereitgestellt, dass sie in einer einzelnen Reihe in der Umfangsrichtung angeordnet sind und sich in der axialen Richtung auf der radial inneren Seite des ringförmigen Abschnitts 631 erstrecken.
Wie in 51 gezeigt ist, in einem Zustand, in dem das Stromschienenmodul 533 an dem Wechselrichtergehäuse 531 zusammen mit den elektrischen Modulen 532 montiert ist, steht ein Ende des externen Verbindungsanschlusses 632 von der Endplatte 547 des Nabenformationselements 543 hervor.
Speziell, wie in 56 und 57 gezeigt ist, ist ein Einsetzloch 547a in der Endplatte 547 des Nabenformationselements 543 bereitgestellt. Eine kreiszylindrische Tülle 635 ist an dem Einsetzloch 547a angebracht und ein externer Kommunikationsanschluss 632 ist derart bereitgestellt, dass er durch die Tülle 635 eingesetzt wird. Die Tülle 635 dient ebenso als eine Verbindungsabdichtung.
Der Wicklungsverbindungsanschluss 633 ist ein Anschluss, der mit dem Wicklungsendabschnitt von jeder Phase der Statorwicklung 521 verbunden ist und derart bereitgestellt ist, dass er sich von dem ringförmigen Abschnitt 631 in Richtung der radial äußeren Seite erstreckt. Der Wicklungsverbindungsanschluss 633 umfasst einen Wicklungsverbindungsanschluss 633U, der mit dem Endabschnitt der U-Phasen-Wicklung der Statorwicklung 521 verbunden ist, einen Wicklungsverbindungsanschluss 633V, der mit dem Endabschnitt der V-Phasen-Wicklung verbunden ist, und einen Wicklungsverbindungsanschluss 633W, der mit dem Endabschnitt der W-Phasen-Wicklung verbunden ist.
Ein Stromsensor 634, der einen Strom (U-Phasen-Strom, V-Phasen-Strom und W-Phasen-Strom), der zu jedem dieser Wicklungsverbindunganschlüsse 633 und jeder Phasenwicklung fließt, erfasst, kann bereitgestellt sein (siehe 70).
Der Stromsensor 634 kann hier außerhalb des elektrischen Moduls 532 in der Peripherie von jedem Wicklungsverbindungsanschluss 633 angeordnet sein. Alternativ kann der Stromsensor 634 innerhalb des elektrischen Moduls 532 angeordnet sein.
Die Verbindung zwischen den elektrischen Modulen 532 und dem Stromschienenmodul 533 wird hier detailliert mit Bezug auf 69 und 70 beschrieben.
69 zeigt die elektrischen Module 532, die in einer Draufsicht erweitert sind, und zeigt schematisch einen Zustand einer elektrischen Verbindung zwischen den elektrischen Modulen 532 und dem Stromschienenmodul 533. 70 ist ein Diagramm, das schematisch die Verbindung zwischen den elektrischen Modulen 532 und den Stromschienenmodulen 533 in einem Zustand zeigt, in dem die elektrischen Module 532 in einer Kreisringform angeordnet sind. In 69 ist hier ein Pfad für eine Leistungsübertragung durch eine durchgezogene Linie angegeben und ist ein Pfad für eine Signalübertragung durch eine einfach strichpunktierte Linie angegeben. Nur der Pfad der Leistungsübertragung ist in 70 gezeigt.
Das Stromschienenmodul 533 umfasst eine erste Stromschiene 41, eine zweite Stromschiene 42 und eine dritte Stromschiene 43 als Stromschienen für eine Leistungsübertragung. Von den Stromschienen ist die erste Stromschiene 641 mit dem Leistungsanschluss 632A auf der Hochpotentialseite verbunden und ist die zweite Stromschiene 642 mit dem Leistungsanschluss 632B auf der Niedrigpotentialseite verbunden. Zusätzlich sind entsprechend drei Stromschienen 643 mit dem U-Phasen-Wicklungsverbindungsanschluss 633U, dem V-Phasen-Wicklungsverbindungsanschluss 633V und dem W-Phasen-Wicklungsverbindungsanschluss 633W verbunden.
Außerdem sind die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 und die dritten Stromschienen 643 Abschnitte, die tendenziell als ein Ergebnis eines Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 Wärme erzeugen. Deshalb könnte ein (nicht gezeigter) Anschlussblock zwischen den Wicklungsverbindungsanschlüssen 633 und den dritten Stromschienen 643 eingefügt sein.
Zusätzlich könnte der Anschlussblock in Kontakt mit dem Wechselrichtergehäuse 531, das den Kühlwasserkanal 545 umfasst, platziert werden. Alternativ, als ein Ergebnis davon, dass die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 und die dritten Stromschienen 643 in eine kurbelartige Form gebogen sind, können die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 und die dritten Stromschienen 643 in Kontakt mit dem Wechselrichtergehäuse 531, das den Kühlwasserkanal 545 umfasst, platziert werden.
Als ein Ergebnis solch einer Konfiguration kann eine Wärme, die in den Wicklungsverbindungsanschlüssen 633 und den dritten Stromschienen 643 erzeugt wird, an das Kühlwasser innerhalb des Kühlwasserkanals 545 abgegeben werden.
Hier in 70 sind die erste Stromschiene 641 und die zweite Stromschiene 642 als Stromschienen, die eine Kreisringform bilden, gezeigt. Jedoch ist es nicht notwendig, dass diese Stromschienen 641 und 642 in einer Kreisringform verbunden sind und könnten ungefähr eine C-artige Form bilden, bei der ein Abschnitt in der Umfangsrichtung diskontinuierlich ist.
Zusätzlich, weil die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633U, 633V und 633W lediglich einzeln mit den Schaltmodulen 532A, die den jeweiligen Phasen entsprechen, verbunden sein müssen, könnten die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633U, 633V und 633W direkt mit den Schaltmodulen 532A (faktisch den Modulanschlüssen 615) ohne den Stromschienenmodulen 533 dazwischen verbunden werden.
Unterdessen umfasst jedes Schaltmodul 532A vier Modulanschlüsse 615, die aus einem Anschluss auf der Seite der positiven Elektrode, einem Anschluss auf der Seite der negativen Elektrode, einem Wicklungsanschluss und einem Signalanschluss bestehen. Von den Modulanschlüssen 615 ist der Anschluss auf der Seite der positiven Elektrode mit der ersten Stromschiene 641 verbunden, ist der Anschluss auf der Seite der negativen Elektrode mit der zweiten Stromschiene 642 verbunden und ist der Wicklungsanschluss mit der dritten Stromschiene 643 verbunden.
Zusätzlich umfasst das Stromschienenmodul 533 eine vierte Stromschiene 644, die aus einer Stromschiene für das Signalübertragungssystem dient. Der Signalanschluss von jedem Schaltmodul 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 Steuerungssignal für jedes Schaltmodul 532A von der externen ECU über den Signalanschluss 632C eingegeben. Das heißt, die Schalter 601 und 602 in dem Schaltmodul 532A werden durch das Steuerungssignal, das über den Signalanschluss 632C eingegeben wird, ein-/ausgeschaltet.
Deshalb ist das Schaltmodul 632A dazu konfiguriert, mit dem Signalanschluss 632C verbunden zu werden, ohne eine Steuerungsvorrichtung, die innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine auf halbem Weg bereitgestellt ist, zu durchlaufen. Jedoch könnte diese Konfiguration modifiziert werden. Eine Steuerungsvorrichtung könnte innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine bereitgestellt sein und ein Steuerungssignal von der Steuerungsvorrichtung könnte in das Schaltmodul 532A eingegeben werden. Diese Konfiguration ist in 71 gezeigt.
Die Konfiguration in 71 umfasst eine Steuerungsplatine 651, auf der eine Steuerungsvorrichtung 652 montiert ist. Die Steuerungsvorrichtung 652 ist mit jedem Schaltmodul 532A verbunden. Zusätzlich ist der Signalanschluss 632C mit der Steuerungsvorrichtung 652 verbunden. In diesem Fall empfängt zum Beispiel die Steuerungsvorrichtung 652 eine Eingabe eines Anweisungssignals, das sich auf einen Leistungsbetrieb oder eine Leistungserzeugung bezieht, von der externen ECU, die eine Steuerungsvorrichtung höherer Ordnung ist, und schaltet die Schalter 601 und 602 von jedem Schaltmodul 532A nach Bedarf basierend auf dem Anweisungssignal ein/aus.
In der Wechselrichtereinheit 530 könnte die Steuerungsplatine 651 weiterhin in Richtung der Fahrzeugaußenseite (hintere Seite des Rotorträgers 511) als das Stromschienenmodul 533 angeordnet werden. Alternativ könnte die Steuerungsplatine 651 zwischen den elektrischen Modulen 532 und der Endplatte 547 des Nabenformationselements 543 angeordnet sein. Die Steuerungsplatine 651 könnte derart angeordnet sein, dass zumindest ein Abschnitt davon die elektrischen Module 532 in der axialen Richtung überlappt.
Zusätzlich umfasst das Kondensatormodul 532B zwei Modulanschlüsse 615, die aus einem Anschluss auf der Seite einer positiven Elektrode und einem Anschluss auf der Seite einer negativen Elektrode bestehen. Der Anschluss auf der Seite einer positiven Elektrode ist mit der ersten Stromschiene 641 verbunden und der Anschluss auf der Seite einer negativen Elektrode ist mit der zweiten Stromschiene 642 verbunden.
Wie in 49 und 50 gezeigt ist, ist innerhalb des Wechselrichtergehäuses 531 der Vorsprungabschnitt 573, der den Einlasskanal 571 und den Auslasskanal 572 für das Kühlwasser umfasst, innerhalb des Wechselrichtergehäuses 531 an einer Position, die mit den elektrischen Modulen 532 in der Umfangsrichtung angeordnet ist, bereitgestellt. Zusätzlich ist der externe Verbindungsanschluss 632 derart bereitgestellt, dass er in der radialen Richtung neben dem Vorsprungabschnitt 573 liegt. Mit anderen Worten sind der Vorsprungabschnitt 573 und der externe Verbindungsanschluss 632 in der gleichen Winkelposition in der Umfangsrichtung bereitgestellt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der externe Verbindungsanschluss 632 an einer Position auf der radial inneren Seite des Vorsprungabschnitts 573 bereitgestellt. Zusätzlich, wenn von der Fahrzeuginnenseite des Wechselrichtergehäuses 531 aus betrachtet, sind der Wasserströmungsanschluss 574 und der externe Verbindungsanschluss 632 derart bereitgestellt, dass diese in der radialen Richtung auf der Endplatte 547 des Nabenformationselements 543 angeordnet sind (siehe 48).
In diesem Fall, als ein Ergebnis davon, dass der Vorsprungabschnitt 573 und der externe Verbindungsanschluss 632 derart angeordnet sind, dass sie in der Umfangsrichtung zusammen mit der Vielzahl der elektrischen Module 532 angeordnet sind, kann eine Größenreduzierung der Wechselrichtereinheit 530 und weiterhin eine Größenreduzierung der rotierenden elektrischen Maschine 500 implementiert werden.
Mit Bezug auf 45 und 47, die die Struktur des Fahrzeugrads 400 zeigen, ist das Kühlrohr H2 mit dem Wasserströmungsanschluss 574 verbunden und ist die elektrische Verdrahtung H1 mit dem externen Verbindungsanschluss 632 verbunden. In diesem Zustand werden die elektrische Verdrahtung H1 und das Kühlrohr H2 in dem Gehäusekanal 440 untergebracht.
Hier sind in der vorstehend beschriebenen Konfiguration drei Schaltmodule 532A in einer Anordnung bzw. einem Array in der Umfangsrichtung neben dem externen Verbindungsanschluss 632 innerhalb des Wechselrichtergehäuses 631 angeordnet und sind sechs Kondensatormodule 532B in einer Anordnung bzw. einem Array in der Umfangsrichtung weiterhin daneben angeordnet. Jedoch kann die Konfiguration modifiziert werden.
Zum Beispiel können die drei Schaltmodule 532A derart angeordnet werden, dass sie an einer Position angeordnet sind, die von dem externen Verbindungsanschluss 632 am weitesten entfernt ist, das heißt an einer Position auf einer Seite entgegengesetzt zu dem externen Ventilsitzausbildende 632 mit der Rotationswelle 501 dazwischen. Zusätzlich können die Schaltmodule 532A verteilt angeordnet werden, so dass die Kondensatormodule 532B auf beiden Seiten der Schaltmodule 532A angeordnet sind.
Als ein Ergebnis der Konfiguration, bei der die Schaltmodule 532A in der Position angeordnet sind, die von dem externen Verbindungsanschluss 632 am weitesten entfernt ist, das heißt an der Position auf der Seite entgegengesetzt zu dem externen Verbindungsanschluss 632 mit der Rotationswelle 501 dazwischen, kann eine Fehlfunktion aufgrund einer gegenseitigen Induktivität zwischen dem externen Verbindungsanschluss 632 und den Schaltmodulen 532A und Ähnliches unterdrückt werden.
Als Nächstes wird eine Konfiguration bezüglich eines Drehgebers 660, der als ein Rotationswinkelsensor bereitgestellt ist, beschrieben.
Wie in 49 bis 51 gezeigt ist, ist der Drehgeber 660, der den elektrischen Winkel θ der rotierenden elektrischen Maschine 500 erfasst, in dem Wechselrichtergehäuse 531 bereitgestellt. Der Drehgeber 660 ist ein elektromagnetischer Induktionssensor. Der Drehgeber 660 umfasst einen Drehgeberrotor 661, der an der Rotationswelle 501 befestigt ist, und einen Drehgeberstator 662, der gegenüberliegend auf der radial äußeren Seite des Drehgeberrotors 661 angeordnet ist.
Der Drehgeberrotor 661 weist eine kreisplattenförmige Ringform auf und ist koaxial mit der Rotationswelle 501 in einem Zustand, in dem die Rotationswelle 501 in den Drehgeberrotor 661 eingesetzt ist, bereitgestellt. Der Drehgeberstator 662 umfasst einen Statorkern 663, der eine Kreisringform aufweist, und eine Statorspule 664, die um eine Vielzahl von Zähnen, die in dem Statorkern 663 gebildet sind, gewickelt ist. Eine Erregerspule einer einzelnen Phase und Ausgabespulen von zwei Phasen sind in der Statorspule 664 umfasst.
Die Erregerspule der Statorspule 664 wird durch ein Sinuswellenerregungssignal erregt. Ein Magnetfluss, der in der Erregerspule durch das Erregungssignal erzeugt wird, verkettet bzw. verbindet das Paar von Ausgabespulen. Gleichzeitig ändert sich eine relative Anordnungsbeziehung zwischen der Erregerspule und dem Paar von Ausgabespulen periodisch basierend auf einem Rotationswinkel des Drehgeberrotors 661 (das heißt eines Rotationswinkels der Rotationswelle 501). Deshalb ändert sich die Menge der Magnetflüsse (Anzahl von Flussverbindungen bzw. Flussverkettungen), die das Paar von Ausgabespulen verketten bzw. verbinden, periodisch.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Paar der Ausgabespulen und die Erregerspule derart angeordnet, dass Phasen von Spannungen, die entsprechend in dem Paar von Ausgabespulen erzeugt werden, voneinander um π/2 versetzt sind. Als ein Ergebnis sind die entsprechenden Ausgabespannungen des Paares von Ausgabespulen modulierte Wellen, die dadurch erhalten werden, dass das Erregungssignal entsprechend durch Modulationswellen sinθ und cosθ moduliert wird. Genauer, wenn das Erregungssignal sinΩt ist, sind die Modulationswellen entsprechend sinθ × sinΩt und cosθ × sinΩt.
Der Drehgeber 660 umfasst einen Drehgeberdigitalwandler. Drehgeberdigitalwandler berechnet den elektrischen Winkel θ durch Erfassung basierend auf den erzeugten modulierten Wellen und dem Erregungssignal.
Zum Beispiel ist der Drehgeber 660 mit dem Signalanschluss 632C verbunden und wird das Berechnungsergebnis des Drehgeberdigitalwandlers an eine externe Vorrichtung über den Signalanschluss 632C ausgegeben. Zusätzlich, wenn die Steuerungsvorrichtung innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 500 bereitgestellt ist, wird das Berechnungsergebnis des Drehgeberdigitalwandlers in die Steuerungsvorrichtung eingegeben.
Eine Baugruppenstruktur des Drehgebers 660 in dem Wechselrichtergehäuse 531 wird hier beschrieben.
Wie in 49 und 51 gezeigt ist, weist der Nabenabschnitt 548 des Nabenformationselements 543, das das Wechselrichtergehäuse 531 konfiguriert, eine hohle zylindrische Form auf. Ein Vorsprungabschnitt 548a, der sich in eine Richtung erstreckt, die senkrecht zu der axialen Richtung ist, ist auf der inneren Umfangsseite des Nabenabschnitt 548 gebildet.
Zusätzlich ist der Drehgeberstator 662 durch eine Schraube oder Ähnliches in einem Zustand, in dem der Drehgeberstator 662 mit dem Vorsprungabschnitt 548a in der axialen Richtung in Kontakt ist, befestigt. Innerhalb des Nabenabschnitts 548 ist das Lager 560 auf einer Seite in der axialen Richtung mit dem Vorsprungabschnitt 548a dazwischen bereitgestellt. Zusätzlich ist der Drehgeber 660 koaxial auf der anderen Seite bereitgestellt.
Des Weiteren ist in dem hohlen Abschnitt des Nabenabschnitts 548 der Vorsprungabschnitt 548a auf einer Seite des Drehgebers 660 in der axialen Richtung bereitgestellt und ist eine kreisplattenförmige ringförmige Gehäuseabdeckung 666, die einen Gehäuseraum des Drehgebers 660 schließt, auf der anderen Seite angebracht.
Die Gehäuseabdeckung 666 ist aus einem leitenden Material, wie etwa CFRP, hergestellt. Ein Loch 666a, in das die Rotationswelle 501 eingesetzt wird, ist in einem Mittelabschnitt der Gehäuseabdeckung 666 gebildet. Ein Abdichtungselement 667, das einen Raum zwischen der Gehäuseabdeckung 666 und der Außenumfangsfläche der Rotationswelle 501 abdichtet, ist in dem Loch 666a bereitgestellt. Ein Drehgebergehäuseraum wird durch das Abdichtungsmaterial 667 abgedichtet. Zum Beispiel kann das Abdichtungsmaterial 667 eine Gleitdichtung sein, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist.
Der Raum, in dem der Drehgeber 660 aufgenommen ist, ist ein Raum, der durch den Nabenabschnitt 548, der eine Kreisringform aufweist, umgeben ist, in dem Nabenformationselement 543, und liegt zwischen dem Lager 560 und der Gehäuseabdeckung 666 in der axialen Richtung. Die Umgebung des Drehgebers 660 ist durch ein leitendes Material umgeben. Als ein Ergebnis können Effekte eines elektromagnetischen Rauschens auf den Drehgeber 660 unterdrückt werden.
Zusätzlich, wie vorstehend beschrieben, umfasst das Wechselrichtergehäuse 531 die äußere periphere Wand WA1 und die innere periphere Wand WA2, die zwei Schichten bilden (siehe 57). Der Stator 520 ist auf der Außenseite der peripheren Wände, die die zwei Schichten bilden (der Außenseite der äußeren peripheren Wand WA1) angeordnet, die elektrischen Module 532 sind zwischen den zwei Schichten von peripheren Wänden (zwischen WA1 und WA2) angeordnet und der Drehgeber 660 ist auf der inneren Seite der zwei Schichten der peripheren Wände (der inneren Seite der inneren peripheren Wand WA2) angeordnet. Das Wechselrichtergehäuse 531 ist ein leitendes Element.
Deshalb sind der Stator 520 und der Drehgeber 660 derart angeordnet, dass sie durch eine leitende Trennwand (insbesondere zwei Schichten von leitenden Trennwänden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) getrennt sind. Ein Auftreten einer gegenseitigen magnetischen Interferenz auf Seiten des Stators 520 (Magnetkreisseite) und dem Drehgeber 660 kann auf geeignete Weise unterdrückt werden.
Als Nächstes wird eine Rotorabdeckung 670, die auf einer Seite eines offenen Endabschnitts des Rotorträgers 511 bereitgestellt ist, beschrieben.
Wie in 49 und 51 gezeigt ist, ist eine Seite des Rotorträgers 511 in der axialen Richtung offen. Eine nahezu kreisplattenförmige ringförmige Rotorabdeckung 670 ist an dem offenen Endabschnitt angebracht. Die Rotorabdeckung 670 kann an dem Rotorträger 511 über ein beliebiges Verbindungsverfahren, wie Schweißen, Bonden bzw. Kleben oder eine Schraubbefestigung, befestigt werden. Die Rotorabdeckung 670 weist vorzugsweise einen Abschnitt auf, in dem eine Dimension kleiner eingestellt ist als ein Innenumfang des Rotorträgers 511, so dass eine Bewegung in der axialen Richtung der Magneteinheit 512 unterdrückt werden kann.
Eine Außendurchmesserdimension der Rotorabdeckung 670 stimmt mit einer Außendurchmesserdimension des Rotorträgers 511 überein und eine Innendurchmesserdimension ist eine Dimension, die leicht größer ist als eine Außendurchmesserdimension des Wechselrichtergehäuses 531. Die Außendurchmesserdimension des Wechselrichtergehäuses 531 und die Innendurchmesserdimension des Stators 520 sind hier die gleichen.
Wie vorstehend beschrieben ist der Stator 520 auf der radial äußeren Seite des Wechselrichtergehäuses 531 befestigt. In einem Verbindungsabschnitt, in dem der Stator 520 und das Wechselrichtergehäuse 531 miteinander verbunden sind, steht das Wechselrichtergehäuse 531 in der axialen Richtung relativ zu dem Stator 520 hervor. Zusätzlich ist die Rotorabdeckung 670 angebracht, um den Vorsprungabschnitt des Wechselrichtergehäuses 531 zu umgeben.
In diesem Fall ist ein Abdichtungselement 671, das einen Raum zwischen einer Endfläche auf der Innenumfangsfläche der Rotorabdeckung 670 und einer Außenumfangsfläche des Wechselrichtergehäuses 531 abdichtet, zwischen diesen bereitgestellt. Ein Gehäuseraum der Magneteinheit 512 und des Stators 520 wird durch das Abdichtungselement 671 abgedichtet. Zum Beispiel kann das Abdichtungselement 671 eine verschiebbare Abdichtung bzw. Gleitdichtung sein, die aus einem Harzmaterial hergestellt ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das vorstehend detailliert beschrieben wird, können die folgenden hervorragenden Effekte erreicht werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 ist die äußere periphere Wand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 auf der radial inneren Seite des Magnetkreisabschnitts, der aus der Magneteinheit 512 und der Statorwicklung 521 besteht, angeordnet. Der Kühlwasserkanal 545 ist in der äußeren peripheren Wand WA1 gebildet. Zusätzlich ist die Vielzahl von elektrischen Modulen 532 auf der radial inneren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 in der Umfangsrichtung entlang der äußeren peripheren Wand WA1 angeordnet.
Als ein Ergebnis können der Magnetkreisabschnitt, der Kühlwasserkanal 545 und der Leistungswandler derart angeordnet werden, dass sie in der radialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 laminiert sind. Eine effiziente Komponentenanordnung kann erreicht werden, während eine Reduzierung der Dimension in der axialen Richtung erreicht wird. Zusätzlich kann eine effiziente Kühlung in der Vielzahl von elektrischen Modulen 532, die den Leistungswandler konfigurieren, durchgeführt werden. Als ein Ergebnis kann in der rotierenden elektrischen Maschine 500 eine hohe Effizienz und eine Größenreduzierung implementiert werden.
Die elektrischen Module 532 (das Schaltmodul 532A und das Kondensatormodul 532B), die Wärmeerzeugungskomponenten aufweisen, wie etwa das Halbleiterschaltelement und den Kondensator, sind derart bereitgestellt, dass sie mit der Innenumfangsfläche der äußeren peripheren Wand WA1 in Kontakt sind. Als ein Ergebnis wird die Wärme von dem elektrischen Modul 532 an die äußere periphere Wand WA1 übertragen und wird das elektrische Modul 532 als ein Ergebnis eines Wärmeaustauschs in der äußeren peripheren Wand WA1 auf geeignete Weise gekühlt.
In dem Schaltmodul 532A sind die Kühler 623 auf beiden Seiten, die die Schalter 601 und 602 umgeben, angeordnet, und ist der Kondensator 604 auf einer Seite entgegengesetzt zu den Schaltern 601 und 602 in zumindest einem der Kühler 623 auf beiden Seiten der Schalter 601 und 602 angeordnet. Als ein Ergebnis kann eine Kühlleistungsfähigkeit bezüglich der Schalter 601 und 602 verbessert werden. Zusätzlich kann eine Kühlleistungsfähigkeit bezüglich des Kondensators 604 verbessert werden.
In dem Schaltmodul 532A sind die Kühler 623 auf beiden Seiten, die die Schalter 601 und 602 umgeben, angeordnet, ist die Ansteuerschaltung 603 auf einer Seite entgegengesetzt zu den Schaltern 601 und 602 in zumindest einem der Kühler 623 auf beiden Seiten der Schalter 601 und 602 angeordnet und ist der Kondensator 604 auf einer Seite entgegengesetzt zu den Schaltern 601 und 602 in dem anderen Kühler 623 angeordnet. Als ein Ergebnis kann die Kühlleistungsfähigkeit bezüglich der Schalter 601 und 602 verbessert werden. Zusätzlich kann eine Kühlleistungsfähigkeit bezüglich der Ansteuerschaltung 603 und des Kondensators 604 verbessert werden.
In dem Schaltmodul 532A zum Beispiel kann das Kühlwasser von dem Kühlwasserkanal 545 in das Modulinnere zugeführt werden und können die Halbleiterschaltelemente und Ähnliches durch das Kühlwasser gekühlt werden. In diesem Fall wird das Schaltmodul 532A durch einen Wärmeaustausch durch Kühlwasser in dem Modulinneren zusätzlich zu dem Wärmeaustausch durch das Kühlwasser in der äußeren peripheren Wand WA1 gekühlt. Als ein Ergebnis kann ein Kühleffekt des Schaltmoduls 532A verbessert werden.
In dem Kühlsystem, in dem das Kühlwasser in den Kühlwasserkanal 545 von dem externen Zirkulationspfad 575 zugeführt wird, ist das Schaltmodul 532A auf einer stromaufwärtigen Seite nahe zu dem Einlasskanal 571 des Kühlwasserkanals 545 angeordnet und ist das Kondensatormodul 532B weiter in Richtung der stromabwärtigen Seite angeordnet als das Schaltmodul 532A. In diesem Fall, unter einer Annahme, dass das Kühlwasser, das durch den Kühlwasserkanal 545 fließt, bei einer niedrigeren Temperatur in Richtung der stromaufwärtigen Seite vorliegt, kann eine Konfiguration, die auf bevorzugte Weise das Schaltmodul 532A kühlt, implementiert werden.
Ein Abschnitt der Lücken zwischen elektrischen Modulen, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, ist verbreitert, und der Vorsprungabschnitt 573, der den Einlasskanal 571 und den Auslasskanal 572 umfasst, ist in dem Abschnitt, der die verbreiterte Lücke ist, bereitgestellt (zweites Intervall INT2). Als ein Ergebnis können der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 des Kühlwasserkanals 545 in einem Abschnitt, der auf der radial inneren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 liegt, auf geeignete Weise gebildet werden.
Das heißt, ein eine Durchflussmenge des Kühlmittels muss sichergestellt werden, um eine Kühlleistungsfähigkeit zu verbessern. Deshalb kann eine Vergrößerung der Öffnungsbereiche des Einlasskanals 571 und des Auslasskanals 572 in Betracht gezogen werden. In dieser Hinsicht, als ein Ergebnis davon, dass ein Abschnitt der Lücken zwischen den elektrischen Modulen verbreitert wird und der Vorsprungabschnitt 573 wie vorstehend beschrieben bereitgestellt wird, können der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572, die die gewünschte Größe aufweisen, auf geeignete Weise gebildet werden.
Der externe Verbindungsanschluss 632 des Stromschienenmoduls 533 ist in einer Position angeordnet, die mit dem Vorsprungabschnitt 573 in der radialen Richtung auf der radial inneren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 angeordnet ist. Das heißt, der externe Verbindungsanschluss 632 ist zusammen mit dem Vorsprungabschnitt 573 in dem Abschnitt, in dem die Lücke zwischen den elektrischen Modulen, die in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegen, verbreitert ist, angeordnet (der Abschnitt entsprechend dem zweiten Intervall INT2). Als ein Ergebnis kann der externe Verbindungsanschluss 632 auf geeignete Weise angeordnet werden, während eine Störung beziehungsweise Interferenz mit den elektrischen Modulen 532 vermieden wird.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 des Außenrotortyps ist der Stator 520 auf der radial äußeren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 befestigt und ist die Vielzahl der elektrischen Module 532 auf der radial inneren Seite davon angeordnet.
Als ein Ergebnis wird die Wärme von dem Stator 520 zu der äußeren peripheren Wand WA1 von der radial äußeren Seite davon übertragen und wird die Wärme von den elektrischen Modulen 532 von der radial inneren Seite übertragen. In diesem Fall können der Stator 520 und die elektrischen Module 532 durch das Kühlwasser, das durch den Kühlwasserkanal 545 fließt, gleichzeitig gekühlt werden. Eine Wärme von den Wärmeerzeugungskomponenten der rotierenden elektrischen Maschine 500 kann effizient abgegeben werden.
Die elektrischen Module 532 auf der radial inneren Seite und die Statorwicklung 521 auf der radial äußeren Seite mit der äußeren peripheren Wand WA1 dazwischen, sind durch den Wicklungsverbindungsanschluss 633 des Stromschienenmoduls 533 elektrisch verbunden. Zusätzlich ist in diesem Fall der Wicklungsverbindungsanschluss 633 an einer Position bereitgestellt, die von dem Kühlwasserkanal 545 in der axialen Richtung entfernt ist.
Als ein Ergebnis, auch wenn der Kühlwasserkanal 545 in einer Ringform in der äußeren peripheren Wand WA1 gebildet ist, das heißt eine Konfiguration, bei der die Innenseite und die Außenseite der äußeren peripheren Wand WA1 durch den Kühlwasserkanal 545 geteilt sind, können das elektrische Modul 532 und die Statorwicklung 521 auf geeignete Weise verbunden werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Ergebnis davon, dass die Zähne (der Kern) zwischen den Leitern 523, die in der Umfangsrichtung des Stators 520 angeordnet sind, kleiner gemacht werden oder eliminiert werden, können Drehmomentbeschränkungen aufgrund einer magnetischen Sättigung, die zwischen den Leitern 523 auftreten, unterdrückt werden und wird eine Drehmomentabnahme dadurch, dass der Leiter 523 eine dünne flache Art aufweist, unterdrückt.
In diesem Fall, auch wenn die Außendurchmesserdimensionen der rotierenden elektrischen Maschine 500 die gleichen sind, kann als ein Ergebnis davon, dass der Stator 520 dünner gemacht wird, der Bereich auf der radial inneren Seite des Magnetkreisabschnitts erweitert werden. Die äußere periphere Wand WA1, die den Kühlwasserkanal 545 umfasst, und die Vielzahl von elektrischen Modulen 532, die auf der radial inneren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 bereitgestellt sind, können unter Verwendung des inneren Bereichs auf geeignete Weise angeordnet werden.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der magnetische Magnetfluss auf der d-Achse dadurch verstärkt, dass der magnetische Magnetfluss auf der d-Achsen-Seite in der Magneteinheit 512 konzentriert wird. Eine Drehmomentverbesserung, die mit der Verstärkung des Magnetflusses einhergeht, kann erreicht werden.
In diesem Fall, einhergehend damit, dass eine Dickendimension in der radialen Richtung der Magneteinheit 512 kleiner (dünner) gemacht werden kann, kann der Bereich auf der radial inneren Seite des Magnetkreisabschnitts erweitert werden. Die äußere periphere Wand WA1, die den Kühlwasserkanal 545 umfasst, und die Vielzahl von elektrischen Modulen 532, die auf der radial inneren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 bereitgestellt sind, können unter Verwendung des inneren Bereichs auf geeignete Weise angeordnet werden.
Zusätzlich können das Lager 560 und der Drehgeber 660 ebenso ähnlich auf geeignete Weise in der radialen Richtung angeordnet sein, zusätzlich zu dem Magnetkreisabschnitt, der äußeren peripheren Wand WA1 und der Vielzahl von elektrischen Modulen 532.
Das Fahrzeugrad 400, in dem die rotierende elektrische Maschine 500 als der Innenradmotor verwendet wird, wird durch die Grundplatte 405, die an dem Wechselrichtergehäuse 531 befestigt ist, und einem Befestigungsmechanismus, wie etwa eine Aufhängungsvorrichtung, an der Fahrzeugkarosserie befestigt. Da hier eine Größenreduzierung in der rotierenden elektrischen Maschine 500 implementiert wird, kann eine Platzersparnis erreicht werden, auch 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 zum Beispiel eine Batterie, oder die Erweiterung eines Fahrzeugkabinenraums in dem Fahrzeug vorteilhaft ist.
Modifikationen bezüglich des Innenradmotors werden nachstehend beschrieben.
(Erste Modifikation des Innenradmotors)
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 sind das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 auf der radial inneren Seite der äußeren peripheren Wand WA1 der Wechselrichtereinheit 530 angeordnet. Zusätzlich sind das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 und der Stator 520 entsprechend auf der inneren Seite und der radial äußeren Seite mit der äußeren peripheren Wand WA1 dazwischen angeordnet.
In dieser Konfiguration kann die Position des Stromschienenmoduls 533 relativ zu dem elektrischen Modul 532 beliebig eingestellt werden. Zusätzlich, in einem Fall, in dem die Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 so verbunden sind, dass die äußere periphere Wand WA1 in der radialen Richtung gekreuzt wird, kann eine Position, in der eine Wicklungsverbindungsleitung (wie etwa der Wicklungsverbindungsanschluss 633), die (der) für die Verbindung verwendet wird, geführt wird, beliebig eingestellt werden.
Das heißt, als die Position des Stromschienenmoduls 533 relativ zu dem elektrischen Modul 532 kann (α1) eine Konfiguration, bei der das Stromschienenmodul 533 weiter in Richtung der Fahrzeugaußenseite als das elektrische Modul 532 in der axialen Richtung, das heißt in Richtung der Rückseite der Seite des Rotorträgers 511, liegt, und (a2) eine Konfiguration, bei der das Stromschienenmodul 533 weiter in Richtung der Fahrzeuginnenseite als das elektrische Modul 533 in der axialen Richtung, das heißt in Richtung der Vorderseite der Seite des Rotorträgers 511 liegt, in Betracht gezogen werden.
Zusätzlich, als die Position, in der die Wicklungsverbindungsleitung geführt wird, kann (β1) eine Konfiguration, bei der die Wicklungsverbindungsleitung auf der Fahrzeugaußenseite in der axialen Richtung, das heißt auf der Rückseite der Seite des Rotorträgers 511, geführt wird und (β2) eine Konfiguration, bei der die Wicklungsverbindungsleitung auf der Fahrzeuginnenseite in der axialen Richtung, das heißt auf der Vorderseite der Seite des Rotorträgers 511, geführt wird, in Betracht gezogen werden.
Nachstehend werden vier Konfigurationsbeispiele bezüglich einer Anordnung der elektrischen Module 532, des Stromschienenmoduls 533 und der Wicklungsverbindungsleitung mit Bezug auf 72(a) bis 72(d) beschrieben.
72(a) bis 72(d) zeigen Querschnittsansichten in Längsrichtung, die die Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 500 auf eine vereinfachte Weise zeigen. In 72(a) bis 72(d) sind den Konfigurationen, die bereits beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen. Eine Wicklungsverbindungsleitung 637 ist eine elektrische Verdrahtung, die die Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 verbindet. Zum Beispiel könnte der vorstehend beschriebene Wicklungsverbindungsanschluss 633 der Wicklungsverbindungsleitung 637 entsprechen.
In der Konfiguration in 72(a) wird das vorstehend beschriebene (α1) als die Position des Stromschienenmoduls 533 relativ zu dem elektrischen Modul 532 verwendet und wird das vorstehend beschriebene (β1) als die Position zum Führen der Wicklungsverbindungsleitung 637 verwendet. Das heißt, das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 und die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 sind beide auf der Fahrzeugaußenseite (hintere Seite des Rotorträgers 511) verbunden. Diese Konfiguration entspricht hier der Konfiguration, die in 49 gezeigt ist.
Als ein Ergebnis der vorliegenden Konfiguration kann der Kühlwasserkanal 545 auf der äußeren peripheren Wand WA1 ohne Bedenken hinsichtlich einer Interferenz mit der Wicklungsverbindungsleitung 637 bereitgestellt werden. Zusätzlich kann die Wicklungsverbindungsleitung 637, die die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 verbindet, einfach implementiert werden.
In 72(b) wird das vorstehend beschriebene (α1) als die Position des Stromschienenmoduls 533 relativ zu dem elektrischen Modul 532 verwendet, und wird das vorstehend beschriebene (β2) als die Position zum Führen der Wicklungsverbindungsleitung 637 verwendet. Das heißt, das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 sind auf der Fahrzeugaußenseite (hintere Seite des Rotorträgers 511) verbunden und die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 sind auf der Fahrzeuginnenseite (vordere Seite des Rotorträgers 511) verbunden.
Als ein Ergebnis der vorliegenden Konfiguration kann der Kühlwasserkanal 545 in der äußeren peripheren Wand WA1 ohne Bedenken hinsichtlich einer Interferenz mit der Wicklungsverbindungsleitung 637 bereitgestellt werden.
In 72(c) wird das vorstehend beschriebene (a2) als die Position des Stromschienenmoduls 533 relativ zu dem elektrischen Modul 532 verwendet und wird das vorstehend beschriebene (β1) als die Position zum Führen der Wicklungsverbindungsleitung 637 verwendet. Das heißt, das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 sind auf der Fahrzeuginnenseite (Vorderseite des Rotorträgers 511) verbunden und die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 sind auf der Fahrzeugaußenseite (hintere Seite des Rotorträgers 511) verbunden.
In 72(d) wird das vorstehend beschriebene (a2) als die Position des Stromschienenmoduls 533 relativ zu dem elektrischen Modul 532 verwendet und wird das vorstehend beschriebene (β2) als die Position zum Führen der Wicklungsverbindungsleitung 637 verwendet. Das heißt, das elektrische Modul 532 und das Stromschienenmodul 533 und die Statorwicklung 521 und das Stromschienenmodul 533 sind beide auf der Fahrzeuginnenseite (vordere Seite des Rotorträgers 511) verbunden.
Gemäß den Konfigurationen in 72(c) und 72(d), weil das Stromschienenmodul 533 auf der Fahrzeuginnenseite (vordere Seite des Rotorträgers 511) angeordnet ist, wenn eine elektrische Komponente, wie etwa ein Lüftermotor, hinzugeführt wird, wird angenommen, dass eine Verdrahtung davon erleichtert werden kann. Zusätzlich kann das Stromschienenmodul 533 näher zu dem Drehgeber 660 gebracht werden, der weiter in Richtung der Fahrzeuginnenseite angeordnet ist, als das Lager. Eine Verdrahtung des Drehgebers 660 soll dadurch erleichtert werden.
(Zweite Modifikation des Innenradmotors)
Modifikationen einer Montagestruktur des Drehgeberrotors 661 werden nachstehend beschrieben. Das heißt, die Rotationswelle 501, der Rotorträger 511 und der Innenring 561 des Lagers 560 sind Rotationskörper, die einstückig beziehungsweise integriert rotieren. Modifikationen der Montagestruktur des Drehgeberrotors 661 relativ zu dem Rotationskörper werden nachstehend beschrieben.
73(a) bis 73(c) zeigen Konfigurationsdiagramme von Beispielen der Montagestruktur des Drehgeberrotors 611 relativ zu dem vorstehend beschriebenen Rotationskörper. In allen Konfigurationen ist der Drehgeber 660 durch den Rotorträger 511, das Wechselrichtergehäuse 531 und Ähnliches umgeben, und ist in einem abgedichteten Raum bereitgestellt, der vor Feuchtigkeit, Schmutz und Ähnlichem von außen geschützt ist. In 73(a) unter 73(a) bis 73(c) weist das Lager 560 die gleiche Konfiguration auf wie die in 49.
Zusätzlich weist in 73(b) und 73(c) das Lager 560 eine Konfiguration auf, die sich von der in 49 unterscheidet, und ist in einer Position entfernt von der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 angeordnet. Zwei Orte sind als Beispiele eines Montageorts des Drehgebers 611 in den Zeichnungen gezeigt. Der Drehgeberstator 662 ist hier nicht gezeigt. Jedoch kann der Nabenabschnitt 548 des Nabenformationselements 543 auf die äußere Umfangsseite des Drehgeberrotors 661 oder die Umgebung davon erweitert werden und kann der Drehgeberstator 662 an dem Nabenabschnitt 548 befestigt werden.
In der Konfiguration in 73(a) ist der Drehgeberrotor 661 an dem Innenring 561 des Lagers 560 angebracht. Speziell ist der Drehgeberrotor 661 auf der Endfläche in der axialen Richtung des Flansches 561b des Innenrings 561 bereitgestellt. Alternativ ist der Drehgeberrotor 661 auf der Endfläche in der axialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 561a des Innenrings 561 bereitgestellt.
In 73(b) ist der Drehgeberrotor 661 an dem Rotorträger 511 angebracht. Speziell ist der Drehgeberrotor 661 auf der Innenfläche der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 bereitgestellt. Alternativ umfasst der Rotorträger 511 einen zylindrischen Abschnitt 515, der sich von einem Innenumfangsrandabschnitt der Endplatte 514 entlang der Rotationswelle 501 erstreckt. In dieser Konfiguration ist der Drehgeberrotor 661 an einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 515 des Rotorträgers 511 bereitgestellt. In dem letztgenannten Fall ist der Drehgeberrotor 661 zwischen der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 und dem Lager 560 angeordnet.
In 73(c) ist der Drehgeberrotor 661 an der Rotationswelle 501 angebracht. Speziell ist der Drehgeberrotor 661 zwischen der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 und dem Lager 560 in der Rotationswelle 501 bereitgestellt. Alternativ kann der Drehgeberrotor 661 in der Rotationswelle 501 auf der Seite gegenüber dem Rotorträger 511 mit dem Lager 560 dazwischen angeordnet sein.
(Dritte Modifikation des Innenradmotors)
Modifikationen des Wechselrichtergehäuses 531 und der Rotorabdeckung 670 werden mit Bezug auf 74 beschrieben. 74(a) und 74(b) zeigen Querschnittsansichten in Längsrichtung, die die Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine 500 auf eine vereinfachte Weise zeigt. In 74(a) und 74(b) sind den Konfigurationen, die bereits beschrieben sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen. Eine Konfiguration, die in 74(a) gezeigt ist, entspricht hier im Wesentlichen der Konfiguration, die mit Bezug auf 49 und Ähnliches beschrieben ist. Eine Konfiguration, die in 74(b) gezeigt ist, entspricht einer Konfiguration, in der ein Abschnitt der Konfiguration in 74(a) modifiziert ist.
Wie in 74(a) gezeigt ist, ist die Rotorabdeckung 670, die an dem offenen Endabschnitt des Rotorträgers 511 befestigt ist, derart bereitgestellt, dass sie die äußere periphere Wand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 umgibt. Das heißt, die Endfläche auf der Innendurchmesserseite der Rotorabdeckung 670 liegt der Außenumfangsfläche der äußeren peripheren Wand WA1 gegenüber und das Abdichtungselement 671 ist dazwischen bereitgestellt.
Zusätzlich ist die Gehäuseabdeckung 666 in dem hohlen Abschnitt des Nabenabschnitts 548 des Wechselrichtergehäuses 531 bereitgestellt und ist das Abdichtungselement 667 zwischen der Gehäuseabdeckung 666 und der Rotationswelle 501 bereitgestellt. Der externe Verbindungsanschluss 632, der das Stromschienenmodul 533 konfiguriert, verläuft durch das Wechselrichtergehäuse 531 und erstreckt sich in Richtung der Fahrzeuginnenseite (untere Seite in den Zeichnungen).
Zusätzlich sind in dem Wechselrichtergehäuse 531 der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572, die mit dem Kühlwasserkanal 545 kommunizieren, gebildet, und ist der Wasserströmungsanschluss 574, der die Kanalendabschnitte des Einlasskanals 571 und des Auslasskanals 572 umfasst, gebildet.
Im Gegensatz dazu ist, wie in 74(b) gezeigt ist, ein ringförmiger Vorsprungabschnitt 681, der sich in Richtung der Vorsprungsseite (Fahrzeuginnenseite) der Rotationswelle 501 erstreckt, in dem Wechselrichtergehäuse 531 gebildet (speziell dem Nabenformationselement 543). Die Rotorabdeckung 670 ist derart bereitgestellt, dass sie den Vorsprungabschnitt 681 des Wechselrichtergehäuses 531 umgibt. Das heißt, die Endfläche auf der Innendurchmesserseite der Rotorabdeckung 670 liegt einer Außenumfangsfläche des Vorsprungabschnitts 681 gegenüber und das Abdichtungselement 671 ist dazwischen bereitgestellt.
Zusätzlich verläuft der externe Verbindungsanschluss 632, der das Stromschienenmodul 533 konfiguriert, durch den Nabenabschnitt 548 des Wechselrichtergehäuses 531 und erstreckt sich zu dem hohlen Bereich des Nabenabschnitts 548. Zusätzlich verläuft der externe Verbindungsanschluss 632 durch die Gehäuseabdeckung 666 und erstreckt sich in Richtung der Fahrzeuginnenseite (untere Seite in der Zeichnung).
Des Weiteren sind in dem Wechselrichtergehäuse 531 der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572, die mit dem Kühlwasserkanal 545 kommunizieren, gebildet. Der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 erstrecken sich in den hohlen Bereich des Nabenabschnitts 548 und erstrecken sich weiter in Richtung der Fahrzeuginnenseite (untere Seite in der Zeichnung) als die Gehäuseabdeckung 666 durch ein Weiterleitungsrohr 682. In der vorliegenden Konfiguration ist der Rohrabschnitt, der sich von der Gehäuseabdeckung 666 weiter in Richtung der Fahrzeuginnenseite erstreckt, der Wasserströmungsanschluss 574.
Gemäß den Konfigurationen in 74(a) und 74(b) können der Rotorträger 511 und die Rotorabdeckung 670 relativ zu dem Wechselrichtergehäuse 531 auf geeignete Weise gedreht werden, während eine Dichtheit des Innenraums des Rotorträgers 511 und der Rotorabdeckung 670 beibehalten wird.
Zusätzlich, insbesondere gemäß der Konfiguration in 74(b), ist der Innendurchmesser der Rotorabdeckung 670 kleiner im Vergleich mit der bei der Konfiguration in 74(a). Deshalb können das Wechselrichtergehäuse 531 und die Rotorabdeckung 670 in zwei Schichten in der axialen Richtung in einer Position, die weiter in Richtung der Fahrzeuginnenseite ist als das elektrische Modul 532, bereitgestellt werden. Probleme, die durch elektromagnetisches Rauschen verursacht werden, die bei dem elektrischen Modul 532 Sorge bereiten, können unterdrückt werden. Zusätzlich wird der Gleitdurchmesser des Abdichtungselements 671 als ein Ergebnis der Verringerung des Innendurchmessers der Rotorabdeckung 670 verringert. Mechanische Verluste in einem Rotationsgleitabschnitt können unterdrückt werden.
(Vierte Modifikation des Innenradmotors)
Eine Modifikation der Statorwicklung 521 wird nachstehend beschrieben. 75 zeigt eine Modifikation bezüglich der Statorwicklung 521.
Wie in 75 gezeigt ist, wird die Statorwicklung 521 durch eine Wellenwicklung unter Verwendung eines Leitermaterials, dessen seitliche Querschnittsform eine rechteckige Form ist, gewickelt, so dass eine lange Seite des Leitermaterials derart ausgerichtet ist, dass es sich in der Umfangsrichtung erstreckt.
In diesem Fall sind die Leiter 523 von jeder Phase, die als die Spulenseite in der Statorwicklung 521 dienen, in vorbestimmten Abstandsintervallen für jede Phase angeordnet und sind an dem Spulenende miteinander verbunden. Die Leiter 523, die in der Umfangsrichtung in der Spulenseite nebeneinanderliegen, sind miteinander an den Endflächen in der Umfangsrichtung in Kontakt oder sind mit einer kleinen Lücke dazwischen angeordnet.
Zusätzlich ist in der Statorwicklung 521 das Material in der radialen Richtung für jede Phase an dem Spulenende gebogen. Außerdem ist die Statorwicklung 521 (Leitermaterial) in Richtung der radial inneren Seite an einer Position, die für jede Phase in der axialen Richtung verschieden ist, gebogen. Als ein Ergebnis kann eine Interferenz unter den Phasenwicklungen der U-Phase, V-Phase und W-Phase verhindert werden.
In der Konfiguration in der Zeichnung sind die Phasenwicklungen derart gemacht, dass sie sich nur um einen Betrag entsprechend der Dicke des Leitermaterials unterscheiden, und das Leitermaterial ist bei einem rechten Winkel in Richtung der radial inneren Seite für jede Phase gebogen. Die Längendimensionen zwischen beiden Enden in der axialen Richtung der Leiter 523, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, können die gleichen sein.
Hier, wenn der Statorkern 522 an die Statorwicklung 521 montiert wird und der Stator 520 hergestellt wird, kann ein Abschnitt der Kreisringform der Statorwicklung 521 abgenommen werden, so dass dieser getrennt ist (das heißt, die Statorwicklung 521 wird ungefähr C-förmig), und, nachdem der Statorkern 522 an der inneren Umfangsseite der Statorwicklung 521 montiert ist, können die abgenommenen Abschnitte miteinander verbunden werden und kann die Statorwicklung 521 in eine Kreisringform gebildet werden.
Zusätzlich zu dem Vorstehenden kann der Statorkern 522 in eine Vielzahl von Stücken (etwa drei oder mehr Stücke) in der Umfangsrichtung aufgeteilt werden. Die Kernstücke, die in eine Vielzahl von Stücken aufgeteilt sind, können an der inneren Umfangsseite der Statorwicklung 521, die in eine Kreisringform gebildet ist, montiert werden.
(Fünfzehnte Modifikation)
Eine Modifikation der rotierenden elektrischen Maschine wird nachstehend mit Bezug auf 76 beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel bezüglich des Innenradmotors für ein Fahrzeug gelegt wird. In 76 sind den Konfigurationen, die zu den Konfigurationen, die gemäß dem Ausführungsbeispiel bezüglich des Innenradmotors für ein Fahrzeug beschrieben sind, identisch sind oder diesen entsprechen, die gleichen Bezugszeichen der Einfachheit halber zugewiesen. Die rotierende elektrische Maschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nicht auf den Innenradmotor begrenzt und kann in verschiedenen Anwendungen verwendet werden.
Die rotierende elektrische Maschine 500 umfasst einen Rotor 510 und einen Stator 520. Die rotierende elektrische Maschine 500 weist eine nutenlose beziehungsweise schlitzlose Struktur auf. Das heißt, der Stator 520 ist ein solcher, der irgendeines von (A) bis (C), was vorstehend gemäß dem Ausführungsbeispiel bezüglich des Innenradmotors für ein Fahrzeug beschrieben ist, verwendet.
Der Rotor 510 umfasst einen Rotorträger 511, der im Wesentlichen eine kreiszylindrische Form aufweist, und eine ringförmige Magneteinheit 512, die an dem Rotorträger 511 befestigt ist. Der Rotorträger 511 ist aus einem magnetischen Material hergestellt, wie etwa einem Stahlblech, und umfasst den kreiszylindrischen Abschnitt 513 und die Endplatte 514 (entsprechend einem „Verbindungsabschnitt“). Die Magneteinheit 512 ist an der Innenumfangsfläche des kreiszylindrischen Abschnitts 513 befestigt. Die Endplatte 514 ist derart bereitgestellt, dass sie mit dem ersten Ende des kreiszylindrischen Abschnitts 513 durchgängig ist. Das zweite Ende des kreiszylindrischen Abschnitts 513 ist offen.
Die rotierende elektrische Maschine 500 umfasst das Wechselrichtergehäuse 531. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Wechselrichtergehäuse 531 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt. Speziell könnte das Wechselrichtergehäuse 531 zum Beispiel aus Aluminium hergestellt sein. Das Wechselrichtergehäuse 531 umfasst die äußere periphere Wand WA1 (entsprechend einem „zylindrischen Abschnitt“), die innere periphere Wand WA2, die Endplatte 547 und einen gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550. Der ringförmige Statorkern 522 ist an der Außenumfangsfläche der äußeren peripheren Wand WA1 montiert und die Statorwicklung 521 ist auf der Außenumfangsfläche des Statorkerns 522 montiert. Der Statorkern 522 ist derart konfiguriert, dass eine Vielzahl von elektromagnetischen Stahlblechen in der axialen Richtung laminiert sind.
Der gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 erstreckt sich in Richtung der Außenseite in der radialen Richtung von einem Endabschnitt auf einer Seite entgegengesetzt zu der Seite der Endplatte 514 in der axialen Richtung der äußeren peripheren Wand WA1. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich der gegenüberliegende Plattenabschnitt 550 zu einer Position, die weiter in Richtung der Außenseite in der radialen Richtung ist, als eine Position, die der Magneteinheit 512 in der axialen Richtung gegenüberliegt.
Eine Abschirmungsplatte 700 (entsprechend einem „Abschirmungsabschnitt“), die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, ist in einem Abschnitt, der der Magneteinheit 512 in der axialen Richtung des gegenüberliegenden Plattenabschnitts 550 gegenüberliegt, bereitgestellt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Abschirmungsplatte 700 aus einem weichmagnetischen Material hergestellt. Speziell kann die Abschirmungsplatte 700 zum Beispiel aus einem Stahlblech aus galvanisch verzinktem, kaltgewalztem Stahl (SEEC) oder aus kaltgewalztem Kohlenstoffstahl (SPCC) hergestellt sein. Wie in 77 gezeigt ist, ist die Abschirmungsplatte 700 in eine Ringform gebildet, die sich in der Umfangsrichtung entlang der Magneteinheit 512 erstreckt.
Eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 710 ist in dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 auf einer Seite entgegengesetzt zu der Seite der Magneteinheit 512 mit der Abschirmungsplatte 700 in der axialen Richtung zwischen diesen bereitgestellt. Ein Hall-Element 720, das als ein Rotationswinkelsensor dient, ist auf der gedruckten Leiterplatte 710 bereitgestellt. Das Hall-Element 720 ist in einer Position bereitgestellt, die die Magneteinheit 512 in der axialen Richtung überlappt. Ein Sensormagnet 722, dessen Magnetpolfläche der axialen Richtung gegenüberliegt, ist in einer Position in der axialen Richtung entfernt von dem Hall-Element 720 bereitgestellt. Der Sensormagnet 722 ist an der Rotationswelle 501 über einen Montageabschnitt 721 befestigt. Zum Beispiel kann der Montageabschnitt 721 aus einem magnetischen Material hergestellt sein.
Ein Stromsensor 730 ist in einer Position, die den Statorkern 522 in der radialen Richtung überlappt, auf der Innenumfangsfläche der äußeren peripheren Wand WA1 bereitgestellt. Der Stromsensor 730 erfasst einen Phasenstrom, der zu der Statorwicklung 521 von jeder Phase fließt, auf ähnliche Weise wie der vorstehend beschriebene Stromsensor.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können die folgenden Effekte erreicht werden.
Der Statorkern 522, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, dient als eine magnetische Abschirmung. Deshalb kann ein Streufluss der Magneteinheit 512, der versucht, sich in Richtung der Innenseite in der radialen Richtung der äußeren peripheren Wand WA1 auszubreiten, durch den Statorkern 522 blockiert werden. Folglich kann eine Fehlfunktion der elektrischen Komponenten, wie etwa des Stromsensors 730, der auf der Innenseite in der radialen Richtung der äußeren peripheren Wand WA1 angeordnet ist, verhindert werden.
Zusätzlich dienen ebenso der kreiszylindrische Abschnitt 513 und die Endplatte 514, die aus magnetischem Material hergestellt sind, als die magnetische Abschirmung. Deshalb kann ein Streufluss der Magneteinheit 512, der versucht, sich in Richtung der Außenseite in der radialen Richtung des kreiszylindrischen Abschnitts 513 auszubreiten, durch den kreiszylindrischen Abschnitt 513 blockiert werden, und kann ein Streufluss der Magneteinheit 512, der versucht, sich in Richtung der Außenseite in der axialen Richtung der Endplatte 514 auszubreiten, durch die Endplatte 514 blockiert werden. Folglich kann ein Streufluss, der elektrische Komponenten außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 500 negativ beeinträchtigt, verhindert werden.
Des Weiteren ist die Abschirmungsplatte 700, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, an einem Abschnitt, der der Magneteinheit 512 in der axialen Richtung des gegenüberliegenden Plattenabschnitts 550 gegenüberliegt, bereitgestellt. Deshalb kann ein Streufluss der Magneteinheit 512, der versucht, sich zu dem Hall-Element 720 von der Magneteinheit 512 über den gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 auszubreiten, durch die Abschirmungsplatte 700 blockiert werden. Folglich kann eine Fehlfunktion des Hall-Elements 720 verhindert werden. Des Weiteren kann eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit des Hall-Elements 720 bezüglich des elektrischen Winkels verhindert werden.
Der Sensormagnet 722, das Hall-Element 720 und die Abschirmungsplatte 700 konfigurieren einen Magnetkreis. Als ein Ergebnis kann eine Magnetflussdichte von dem Sensormagneten 722 in Richtung des Hall-Elements 720 erhöht werden. Des Weiteren kann eine Erfassungsgenauigkeit des Hall-Elements 720 bezüglich des elektrischen Winkels verbessert werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Anziehungskraft, die die Magneteinheit 512 und die Abschirmungsplatte 700 zueinander zieht, in der axialen Richtung zwischen der Magneteinheit 512 und der Abschirmungsplatte 700 erzeugt. Diese Anziehungskraft dient als eine Kraft, die auf die Rotationswelle 501 in eine Richtung wirkt, in die sich die Endplatte 514 dem Flansch 561b, der den Innenring 561 konfiguriert, nähert. Deshalb kann verhindert werden, dass die Rotationswelle 501 in eine Richtung versetzt wird, in die sich die Endplatte 514 von dem Flansch 561b wegbewegt. Des Weiteren kann verhindert werden, dass sich die Rotationswelle 501 von dem Lager 560 löst. Folglich kann beispielsweise eine Ablösungsverhinderungsmaßnahme für die Rotationswelle 501 bereitgestellt werden, ohne dass ein Stopper zum Verhindern, dass die Rotationswelle 501 sich von dem Lager 560 löst, an einem Ende, das heißt auf einer Seite entgegengesetzt der Seite des Flansches 502, von beiden Enden der Rotationswelle 501 bereitgestellt wird.
Die fünfzehnte Modifikation kann hier zum Beispiel auf die folgende Weise modifiziert werden.
Anstatt des Hall-Elements 720 kann ein Tunnelmagnetowiderstand-Sensor (TMR-Sensor), der als ein magnetischer Sensor dient, verwendet werden.
Die Gesamtheit der Endplatte 514, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, ist keine Voraussetzung. Zum Beispiel könnte nur ein Abschnitt, der der Magneteinheit 512 gegenüberliegt, der Endplatte 514 aus einem magnetischen Material hergestellt sein.
Der kreiszylindrische Abschnitt 513 und die Endplatte 514 können aus einer Mischung aus einem synthetischen Harz und einem magnetischen Material hergestellt sein. Auch in diesem Fall können der kreiszylindrische Abschnitt 513 und die Endplatte 514 eine magnetische Abschirmungsfunktion bereitstellen.
(Sechzehnte Modifikation)
Der Abschirmungsabschnitt ist nicht auf die kreisförmige ringförmige Abschirmungsplatte 700 beschränkt. Wie zum Beispiel in 78 gezeigt ist, können spanförmige Abschirmungsabschnitte 701 in einer kreisförmigen ringförmigen Form an einer Position, die der Magneteinheit 512 in der axialen Richtung des gegenüberliegenden Plattenabschnitts 550 gegenüberliegt, angeordnet sein. Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können Effekte, die den Effekten der fünfzehnten Modifikation entsprechen, erreicht werden.
(Siebzehnte Modifikation)
Eine siebzehnte Modifikation wird nachstehend beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu der fünfzehnten Modifikation gelegt wird. Wie in 79 gezeigt ist, kann eine Abschirmungsplatte 702 einen L-förmigen Querschnitt aufweisen. Die Abschirmungsplatte 702 umfasst einen ersten festen Abschnitt 702a und einen zweiten festen Abschnitt 702b. Der erste feste Abschnitt 702a ist in eine kreisförmige ringförmige Plattenform gebildet, die die gesamte Peripherie der äußeren peripheren Wand WA1 umgibt und an dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 befestigt ist. Der zweite feste Abschnitt 702b erstreckt sich in der axialen Richtung von einem Ende auf der Innenseite in der radialen Richtung des ersten festen Abschnitts 702a und ist an der Außenumfangsfläche der äußeren peripheren Wand WA1 befestigt.
Die Abschirmungsplatte 702 ist aus einem Material hergestellt, das eine höhere Stärke aufweist als das Wechselrichtergehäuse 531. Speziell kann die Abschirmungsplatte 702 zum Beispiel aus einem Stahlblech SEEC oder SPCC hergestellt sein. Deshalb kann die äußere periphere Wand WA1 durch die Abschirmungsplatte 702 verstärkt werden. Hier können Rippen in der Abschirmungsplatte 702 in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt sein.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Stromsensor 730, der als eine innere elektrische Komponente dient, an einer Position bereitgestellt, die den zweiten festen Abschnitt 702b in der radialen Richtung überlappt, auf der inneren Umfangsfläche der äußeren peripheren Wand WA1 bereitgestellt. Folglich kann ein Magnetfluss der Magneteinheit 512 durch den zweiten festen Abschnitt 702b blockiert werden. Eine Fehlfunktion des Stromsensors 730 aufgrund von Streufluss kann zuverlässig verhindert werden.
Hier, in der siebzehnten Modifikation, kann das Stromschienenmodul 533, das als eine innere elektrische Komponente dient, in einem Bereich bereitgestellt werden, der den zweiten festen Abschnitt 702 in der axialen Richtung überlappt, in einem Bereich auf der Innenseite in der radialen Richtung der inneren peripheren Wand WA1.
(Achtzehnte Modifikation)
Eine achtzehnte Modifikation wird nachstehend beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu der fünfzehnten Modifikation gelegt wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 80 gezeigt ist, ist die gedruckte Leiterplatte 710 an dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 durch eine Schraube 704, die als ein Befestigungsabschnitt dient, befestigt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die Schraube 704 als ein Abschirmungsabschnitt. Die Schraube 704 kann aus einem metallischen magnetischen Material hergestellt sein.
Ein Schraubenloch 550a ist in einem Abschnitt, der der Magneteinheit 512 in der axialen Richtung gegenüberliegt, des gegenüberliegenden Plattenabschnitts 550 gebildet. Als ein Ergebnis davon, dass die Schraube 704 in das Schraubenloch 550a eingesetzt wird, wird die gedruckte Leiterplatte 710 an dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 befestigt. In der gedruckten Leiterplatte 710 ist das Hall-Element 720 über einen Kopfabschnitt der Schraube 703 in der axialen Richtung bereitgestellt. Zum Beispiel können hier die Schrauben 704 in vorbestimmten Intervallen in der Umfangsrichtung bereitgestellt werden, wie in der vorstehenden 78 gezeigt ist.
(Neunzehnte Modifikation)
Eine neunzehnte Modifikation wird nachstehend beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu der fünfzehnten Modifikation gelegt wird. Ein Drehgeber 723 kann als ein Rotationswinkelsensor verwendet werden, wie in 81 gezeigt ist. Der Drehgeber 723 umfasst einen Drehgeberrotor 724, der an der Rotationswelle 501 befestigt ist, und einen Drehgeberstator 725. Der Drehgeberstator 725 ist auf einer Seite, die der Seite der Abschirmungsplatte 700 in der axialen Richtung gegenüberliegt, des gegenüberliegenden Plattenabschnitts 550 bereitgestellt.
(Zwanzigste Modifikation)
Eine zwanzigste Modifikation wird nachstehend beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu der fünfzehnten Modifikation gelegt wird. Anstelle des Hall-Elements 720, das als der Rotationswinkelsensor dient, könnte das ringförmige Stromschienenmodul 533 in dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 bereitgestellt sein, wie in 82 gezeigt ist. In diesem Fall, als ein Ergebnis der Abschirmungsplatte 700, kann ein Streufluss der Magneteinheit 512, der versucht, sich mit den Stromschienen 641 bis 644 zu verbinden, blockiert werden. Folglich kann eine gegenseitige Induktivität der Stromschienen 641 bis 644 reduziert werden. Eine Überspannung, die einhergehend mit einer Schaltsteuerung des Wechselrichters 600 erzeugt wird, kann reduziert werden. Das Stromschienenmodul 533 kann hier von dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 entfernt angeordnet werden.
(Einundzwanzigste Modifikation)
Eine einundzwanzigste Modifikation wird nachstehend beschrieben, wobei ein Hauptaugenmerk auf Unterschiede zu der fünfzehnten Modifikation gelegt wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 83 gezeigt ist, ist der Abschirmungsabschnitt an einem Ende in der axialen Richtung der Magneteinheit 512 anstatt dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt 550 bereitgestellt. Speziell umfasst der Rotorträger 511 eine Endplatte 516. Die Endplatte 516 erstreckt sich in Richtung der Innenseite in der radialen Richtung von dem zweiten Ende des kreiszylindrischen Abschnitts 513 zu einer Position, die der Innenumfangsfläche der Magneteinheit 512 in der axialen Richtung gegenüberliegt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel können ebenso ähnliche Effekte wie diejenigen der fünfzehnten Modifikation erreicht werden.
(Andere Modifikationen)
Wie zum Beispiel in 50 gezeigt ist, können der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 des Kühlwasserkanals 545 derart bereitgestellt werden, dass sie an einem einzelnen Ort in der rotierenden elektrischen Maschine 500 gesammelt sind. Jedoch könnte diese Konfiguration modifiziert werden, so dass der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 jeweils an Positionen bereitgestellt sind, die sich in der Umfangsrichtung unterscheiden.
Zum Beispiel können der Einlasskanal 571 und der Auslasskanal 572 an Positionen bereitgestellt sein, die sich um 180 Grad in der Umfangsrichtung unterscheiden. Alternativ kann eine Vielzahl von zumindest einem des Einlasskanals 571 und des Auslasskanals 572 bereitgestellt sein.
In dem Fahrzeugrad 400 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel steht die Rotationswelle 501 in Richtung einer Seite in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 hervor. Jedoch könnte die Konfiguration modifiziert werden. Die Rotationswelle 501 könnte in Richtung von beiden Seiten in der axialen Richtung hervorstehen. Als ein Ergebnis kann zum Beispiel eine geeignete Konfiguration in einem Fahrzeug implementiert werden, in dem zumindest eine der Vorderseite und der Rückseite des Fahrzeugs ein einzelnes Rad aufweist.
Eine rotierende elektrische Maschine des Innenrotortyps kann ebenso als die rotierende elektrische Maschine 500, die in dem Fahrzeugrad 400 verwendet wird, verwendet werden.
Die Offenbarung der vorliegenden Spezifikation ist nicht auf die Ausführungsbeispiele, die als Beispiele angegeben sind, beschränkt. Die Offenbarung umfasst sowohl die als Beispiele angegebenen Ausführungsbeispiele als auch Modifikationen, die ein Fachmann auf 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 enthalten, die zu den Ausführungsbeispielen hinzugefügt werden können. Die Offenbarung umfasst auch solche, in denen ein Bestandteil und/oder ein 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 Äquivalenz des Anspruchsumfangs umfassen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsbeispiele und Konstruktionen beschränkt. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifikationsbeispiele und Modifikationen im Äquivalenzbereich abdecken. Zusätzlich sind verschiedene Kombinationen und Konfigurationen sowie andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element davon enthalten, ebenso im Sinne und Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019165688 [0001]
JP 2014093859 A [0004]

Claims

Rotierende elektrische Maschine (500), mit: einem Rotor (510), der einen Magnetabschnitt (512) umfasst, der eine Vielzahl von Magnetpolen aufweist, deren Polaritäten sich in einer Umfangsrichtung abwechseln; und einem Stator (520), der eine Statorwicklung (521) von mehreren Phasen und einen Statorkern (522), der auf einer Innenseite in einer radialen Richtung der Statorwicklung bereitgestellt ist, umfasst, wobei der Rotor auf einer Außenseite in der radialen Richtung des Stators bereitgestellt ist, wobei: die Statorwicklung Leiterabschnitte (523) umfasst, die in der Umfangsrichtung an einer Position, die dem Magnetabschnitt gegenüberliegt, in einer Anordnung angeordnet sind; in dem Stator, ein Zwischenleiterelement (57, 142, 143) zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt ist, und ein magnetisches Material oder ein nichtmagnetisches Material als das Zwischenleiterelement verwendet wird, wobei das magnetische Material eine Beziehung von Wt x Bs < Wm x Br erfüllt, wobei Wt eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Zwischenleiterelements in einem einzelnen Magnetpol ist, Bs eine Sättigungsmagnetdichte des Zwischenleiterelements ist, Wm eine Breitendimension in der Umfangsrichtung des Magnetabschnitts in einem einzelnen Magnetpol ist, und Br eine Restmagnetflussdichte des Magnetabschnitts ist, oder kein Zwischenleiterelement zwischen den Leiterabschnitten in der Umfangsrichtung bereitgestellt ist; in der rotierenden elektrischen Maschine ein Gehäuseelement (531) bereitgestellt ist, wobei das Gehäuseelement umfasst einen zylindrischen Abschnitt (WA1), der auf der Innenseite in der radialen Richtung des Statorkerns bereitgestellt ist, und einen gegenüberliegenden Plattenabschnitt (550), der sich in Richtung der Außenseite in der radialen Richtung von dem zylindrischen Abschnitt zu zumindest einer Position, die dem Magnetabschnitt in einer axialen Richtung gegenüberliegt, erstreckt; wobei der Rotor umfasst einen kreiszylindrischen Abschnitt (513), der auf der Außenseite in der radialen Richtung der Statorwicklung bereitgestellt ist und an dem der Magnetabschnitt auf einer Innenumfangsfläche befestigt ist, und einen Verbindungsabschnitt (514), der sich in Richtung der Innenseite in der radialen Richtung von einem Endabschnitt auf einer Seite entgegengesetzt der Seite des gegenüberliegenden Plattenabschnitts in der axialen Richtung des kreiszylindrischen Abschnitts in Richtung einer Rotationswelle (501) des Rotors erstreckt und an der Rotationswelle befestigt ist; zumindest entsprechende Abschnitte, die dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung des Statorkerns gegenüberliegen, der kreiszylindrische Abschnitt und der Verbindungsabschnitt derart konfiguriert sind, dass sie ein magnetisches Material enthalten; und in der rotierenden elektrischen Maschine ein Abschirmungsabschnitt (700 bis 703, 516) in einem Abschnitt, der dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung gegenüberliegt, des gegenüberliegenden Plattenabschnitts oder an einem Ende der Seite des gegenüberliegenden Plattenabschnitts in der axialen Richtung des Magnetabschnitts bereitgestellt ist, wobei der Abschirmungsabschnitt derart konfiguriert ist, dass er ein magnetisches Material enthält.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, mit: einer elektrischen Komponente (720, 722, 723, 553), die auf einer Seite entgegengesetzt der Seite des Magnetabschnitts mit dem gegenüberliegenden Plattenabschnitt und dem Abschirmungsabschnitt dazwischen in der axialen Richtung bereitgestellt ist.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 2, wobei: die elektrische Komponente ein Rotationswinkelsensor (720, 722, 723) ist, der einen Rotationswinkel des Rotors erfasst.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 2, mit: einer Leistungsumwandlungsvorrichtung (600), die mit der Statorwicklung elektrisch verbunden ist, wobei die elektrische Komponente eine Stromschiene (533) ist, die mit der Statorwicklung elektrisch verbunden ist.
Rotierende elektrische Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Abschirmungsabschnitt (702) umfasst einen ersten festen Abschnitt (702a), der an einem Abschnitt, der dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung gegenüberliegt, des gegenüberliegenden Plattenabschnitts befestigt ist, und einen zweiten festen Abschnitt (702b), der ein Abschnitt ist, der sich in der axialen Richtung von einem Ende auf der Innenseite in der radialen Richtung des ersten festen Abschnitts erstreckt und an einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts befestigt ist.
Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 5, mit: einer inneren elektrischen Komponente (730), die an einer Position bereitgestellt ist, die den zweiten festen Abschnitt in der radialen Richtung in einem Bereich auf der Innenseite in der radialen Richtung des zylindrischen Abschnitts überlappt.
Rotierende elektrische Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: der Abschirmungsabschnitt (700 bis 703) an einem Abschnitt, der dem Magnetabschnitt in der axialen Richtung gegenüberliegt, des gegenüberliegenden Plattenabschnitts bereitgestellt ist; das Gehäuseelement eine innere periphere Wand (WA1), die auf der Innenseite in der radialen Richtung des zylindrischen Abschnitts bereitgestellt ist, umfasst; in der rotierenden elektrischen Maschine ein Lager (560) bereitgestellt ist, wobei das Lager umfasst einen Außenring (562), der auf einer Innenumfangsfläche der inneren peripheren Wand bereitgestellt ist, einen Innenring (561), der auf der Innenseite in der radialen Richtung des Außenrings bereitgestellt ist und durch den die Rotationswelle eingesetzt ist, und eine Vielzahl von Kugeln (563), die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind; und die Verbindungsabschnittsseite in der axialen Richtung des Lagers mit dem Verbindungsabschnitt in Kontakt ist.