DE112020005493T5

DE112020005493T5 - Rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE112020005493T5
Application number: DE112020005493.4T
Authority: DE
Inventors: Yuki Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-09-08
Also published as: US20220263393A1; CN114631246A; JP2021078243A; WO2021090844A1

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine (700) umfasst eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (710), die eine Magneteinheit (712) umfasst, die eine Vielzahl von Magnetpolen umfasst, die jeweils Polaritäten aufweisen. Die Polaritäten der jeweiligen Magnetpole wechseln sich in einer Umlaufsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine ab. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen Anker (720), der einen Ankerkern (721) und eine Mehrphasenankerwicklung (722) umfasst, die mit dem Ankerkern zusammengebaut ist. Der Ankerkern umfasst ein Pulvermagnetkernelement (724), das einen in vorbestimmter Weise geformten Pulvermagnetkern umfasst. Die Magneteinheit umfasst eine Vielzahl von Permanentmagneten, von denen jeder Magnetflüsse bei einem entsprechenden der Magnetpole erzeugt. Jeder der Permanentmagnete weist entgegengesetzte erste und zweite äußere Oberflächen auf. Die erste äußere Oberfläche ist angeordnet, um näher an dem Anker als die zweite äußere Oberfläche zu sein. Die erste äußere Oberfläche dient als eine Magnetflusswirkoberfläche (713a). Die Magneteinheit konzentriert beziehungsweise verdichtet Magnetflüsse, die durch jeden der Permanentmagnete erzeugt werden, durch einen d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche eines entsprechenden der Permanentmagnete. Der d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche von jedem der Permanentmagnete ist auf oder benachbart zu einer entsprechenden d-Achse angeordnet, die eine Mitte des entsprechenden der Magnetpole darstellt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTES DOKUMENT
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil einer Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-203538 , die am 8. November 2019 eingereicht wurde, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung in dieser Anmeldung betrifft im Allgemeinen eine rotierende elektrische Maschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Rotierende elektrische Maschinen umfassen rotierende elektrische Maschinen mit Radialspalt beziehungsweise rotierende elektrische Maschinen der Radialspaltbauart. Eine derartige rotierende elektrische Maschine mit Radialspalt, die beispielsweise in der Patentdruckschrift 1 offenbart ist, umfasst eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, die eine Magneteinheit umfasst, die mehrere Magnetpole umfasst. Die rotierende elektrische Maschine mit Radialspalt umfasst ebenso einen Anker, der eine Mehrphasenstatorwicklung und einen Ankerkern umfasst, der angeordnet ist, um der Magnetfelderzeugungseinrichtungen radial gegenüber zu liegen.
STAND DER TECHNIK
PATENTDRUCKSCHRIFT
PATENTDRUCKSCHRIFT 1 Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2014-93859
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Rotierende elektrische Maschinen können den Verlust eines Wirbelstroms in dem Ankerkern aufgrund eines Magnetflusses von der Magnetfelderzeugungseinrichtung zu dem Ankerkern verursachen. Die Richtung des Wirbelstroms, der in dem Ankerkern einer rotierenden elektrischen Maschine auftritt, hängt von der Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine ab.
Beispielsweise unterscheidet sich die Richtung des Wirbelstroms, der in dem Ankerkern einer rotierenden elektrischen Maschine mit Radialspalt auftritt, von der des Wirbelstroms, der in dem Ankerkern einer rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt auftritt.
Es gibt Anforderungen von Benutzern für rotierende elektrische Maschinen, zusätzlich zu einer Verringerung eines Verlustes zugehörige Drehmomentpegel zu verbessern, sodass technische Verbesserungen bei rotierenden elektrischen Maschinen erforderlich sind, um die Anforderungen der Benutzer zu erfüllen.
Von dem vorstehend genannten Standpunkt aus zielt die Offenbarung hauptsächlich darauf ab, rotierende elektrische Maschinen bereitzustellen, von denen jede in der Lage ist, einen gewünschten Ausgabedrehmomentpegel zu erhalten, während sie einen niedrigeren Verlust haben.
Verschiedene beispielhafte Ausgestaltungen, die in dieser Spezifikation offenbart sind, verwenden jeweils unterschiedliche technische Mittel zum Erreichen von zugehörigen Aufgaben. Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile in dieser Spezifikation werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung ersichtlich.
Eine erste Maßnahme ist eine rotierende elektrische Maschine. Die rotierende elektrische Maschine umfasst eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, die eine Magneteinheit umfasst, die eine Vielzahl von Magnetpolen umfasst, die jeweils Polaritäten aufweisen. Die Polaritäten der jeweiligen Magnetpole wechseln sich in einer Umlaufsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine ab. Die rotierende elektrische Maschine umfasst einen Anker, der einen Ankerkern und eine Mehrphasenankerwicklung umfasst, die mit dem Ankerkern zusammengebaut ist. Der Ankerkern umfasst ein Pulvermagnetkernelement, das einen in vorbestimmter Weise geformten Pulvermagnetkern umfasst. Die Magneteinheit umfasst eine Vielzahl von Permanentmagneten, von denen jeder Magnetflüsse bei einem entsprechenden der Magnetpole erzeugt. Jeder der Permanentmagnete weist entgegengesetzte erste und zweite äußere Oberflächen auf. Die erste äußere Oberfläche ist angeordnet, um näher an dem Anker als die zweite äußere Oberfläche zu sein. Die erste äußere Oberfläche dient als eine Magnetflusswirkoberfläche. Die Magneteinheit ist konfiguriert, Magnetflüsse, die durch jeden der Permanentmagnete erzeugt werden, durch einen d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche eines entsprechenden der Permanentmagnete zu konzentrieren beziehungsweise zu verdichten. Der d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche von jedem der Permanentmagnete ist auf oder benachbart zu einer entsprechenden d-Achse angeordnet, die eine Mitte des entsprechenden der Magnetpole darstellt.
Der Ankerkern der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Maßnahme umfasst das Pulvermagnetkernelement, das den in vorbestimmter Weise geformten Pulvermagnetkern umfasst. Dies ermöglicht es, dass die rotierende elektrische Maschine einen in geeigneter Weise niedrigeren Wirbelstromverlust unabhängig von der Richtung der Magnetflüsse zu dem Ankerkern aufweist. Es kann eine Möglichkeit geben, dass der Ankerkern, der ein derartiges Pulvermagnetkernelement umfasst, eine niedrigere magnetische Permeabilität im Vergleich mit einem Fall aufweist, bei dem der Ankerkern elektromagnetische Edelstahlbleche umfasst.
Um sich mit der Möglichkeit einer niedrigeren magnetischen Permeabilität des Ankerkerns zu befassen, ist die Magneteinheit konfiguriert, die Magnetflüsse, die durch jeden der Permanentmagnete erzeugt wird, durch den d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche eines entsprechenden der Permanentmagnete zu konzentrieren beziehungsweise zu verdichten.
Diese Konfiguration ermöglicht es, dass der Signalverlauf in der Oberflächenmagnetflussdichteverteilung der Magnetfelderzeugungseinrichtung näher an einem sinusförmigen Signalverlauf im Vergleich mit einem Fall ist, bei dem die Magneteinheit der Magnetfelderzeugungseinrichtung parallele anisotrope Magnete umfasst. Dies ermöglicht zusätzlich eine Verringerung in einem Rastdrehmoment und/oder einer Drehmomentwelligkeit.
Die vorstehend genannten Merkmale der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der ersten Maßnahme ermöglichen es, dass die rotierende elektrische Maschine einen gewünschten Ausgabedrehmomentpegel aufweist, während sie einen geringeren Verlust aufweist.
In einer zweiten Maßnahme, die von der ersten Maßnahme abhängt, sind die Magnetfelderzeugungseinrichtung und der Anker angeordnet, um einander in einer axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine gegenüber zu liegen, sodass die rotierende elektrische Maschine als eine rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt konfiguriert ist. Der Ankerkern umfasst eine scheibenförmige Basis und eine Vielzahl von Zähnen, die durch das Pulvermagnetkernelement konfiguriert sind, das den in vorbestimmter Weise geformten Pulvermagnetkern umfasst. Jeder der Zähne erstreckt sich von der Basis in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine. Jeder der Permanentmagnete ist konfiguriert, die Magnetflüsse durch den d-Achsen-Teil der zugehörigen Magnetflusswirkoberfläche konzentriert zu erzeugen.
Eine rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt umfasst eine Magnetfelderzeugungseinrichtung und einen Anker, die angeordnet sind, um einander in einer axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt gegenüberzuliegen. In einem Ankerkern des Ankers erstrecken sich Zähne von einer scheibenförmigen Basis in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine.
Es kann eine Möglichkeit für den Ankerkern einer derartigen rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt geben, dass die Ausbildung der Zähne im Vergleich mit der für einen Ankerkern einer rotierenden elektrischen Maschine mit Radialspalt schwieriger wird.
Um sich mit der Möglichkeit zu befassen, dass die Ausbildung der Zähne schwieriger wird, ist jeder der Zähne durch das Pulvermagnetkernelement konfiguriert, das den in vorbestimmter Weise geformten Pulvermagnetkern umfasst. Dies resultiert in einem höheren Grad einer Flexibilität bei einer Ausbildung der Zähne, was in einer einfacheren Ausbildung der Zähne resultiert. Zusätzlich ist jeder der Permanentmagnete gemäß der zweiten Maßnahme konfiguriert, die Magnetflüsse durch den d-Achsen-Teil der zugehörigen Magnetflusswirkoberfläche konzentriert beziehungsweise verdichtet zu erzeugen. Dies ermöglicht es, dass die rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt einen gewünschten zugehörigen Ausgabedrehmomentpegel aufweist.
In einer dritten Maßnahme, die von der zweiten Maßnahme abhängt, weist jeder der Permanentmagnete eine d-Achsen-Seiten-Region und q-Achsen-Seiten-Regionen auf. Die d-Achsen-Seiten-Region jedes Permanentmagneten ist angeordnet, um näher an der entsprechenden d-Achse zu sein, als es die q-Achsen-Seiten-Regionen sind. Jede der q-Achsen-Seiten-Regionen ist angeordnet, um näher an einer entsprechenden der q-Achsen zu sein, als es die d-Achsen-Seiten-Region ist. Jede der q-Achsen jedes Permanentmagneten stellt eine entsprechende von Polgrenzen des entsprechenden Magnetpols dar. Jeder der Permanentmagnete ist magnetisch derart ausgerichtet, dass eine Richtung eines ersten Teils von jeder von einer oder mehreren leichten Achsen einer Magnetisierung, die in der d-Achsen-Seiten-Region angeordnet sind, paralleler zu der d-Achse als die eines zweiten Teils von jeder der einen oder der mehreren leichten Achsen einer Magnetisierung ist, die in irgendeiner der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet sind.
Diese Konfiguration von jedem der Permanentmagnete gemäß der dritten Maßnahme vereinfacht es, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung der Magneteinheit einen sinusförmigen Signalverlauf aufweist. Dies ermöglicht einen geeigneten Signalverlauf eines Ausgabedrehmoments der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt mit dem Ankerkern, dessen Zähne durch das Pulvermagnetkernelement konfiguriert sind.
In einer vierten Maßnahme, die von der zweiten Maßnahme abhängt, ist die erste äußere Oberfläche von jedem der Permanentmagnete, die als die Magnetflusswirkoberfläche dient, eine erste Magnetflusswirkoberfläche. Die zweite äußere Oberfläche von jedem der Permanentmagnete dient als eine zweite Magnetflusswirkoberfläche. Jeder Permanentmagnet weist eine magnetisch lineare Ausrichtung auf, sodass:

(i) eine oder mehrere leichte Achsen einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden der Permanentmagnete ausgebildet sind, zu der entsprechenden d-Achse zwischen den ersten und zweiten Magnetflusswirkoberflächen schräg sind
(ii) die eine oder die mehreren leichten Achsen einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Permanentmagneten ausgebildet sind, näher zu der entsprechenden d-Achse gerichtet sind, wenn sie sich dem Anker nähern
(iii) die eine oder die mehreren leichten Achsen einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Permanentmagneten ausgebildet sind, weiter weg von der entsprechenden d-Achse gerichtet sind, wenn sie sich von dem Anker trennen.

Diese Konfiguration von jedem der Permanentmagnete gemäß der vierten Maßnahme vereinfacht es, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung der Magneteinheit einen sinusförmigen Signalverlauf aufweist. Dies ermöglicht einen geeigneten Signalverlauf des Ausgabedrehmoments der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt mit dem Ankerkern, dessen Zähne durch das Pulvermagnetkernelement konfiguriert sind.
In einer fünften Maßnahme, die von einer der zweiten bis vierten Maßnahmen abhängt, weist jeder der Permanentmagnete einen radial inneren Abschnitt und einen radial äußeren Abschnitt auf. Jeder der Permanentmagnete weist eine oder mehrere erste leichte Achsen einer Magnetisierung auf, die in dem zugehörigen radial inneren Abschnitt ausgebildet sind, und weist eine oder mehrere zweite leichte Achsen einer Magnetisierung auf, die in dem zugehörigen radial äußeren Abschnitt ausgebildet sind. Die eine oder die mehreren ersten leichten Achsen einer Magnetisierung sind parallel zu der einen oder den mehreren zweiten leichten Achsen einer Magnetisierung. Die Permanentmagnete umfassen N-Pol-Magnete und S-Pol-Magnete. Erste Magnetpfade, die in jedem der N-Pol-Magnete ausgebildet sind, sind ausgerichtet, um sich der entsprechenden der d-Achsen anzunähern. Zweite Magnetpfade, die in jedem der S-Pol-Magnete ausgebildet sind, sind ausgerichtet, um von der entsprechenden der d-Achsen weg zu sein.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt gemäß der fünften Maßnahme ermöglichen es, dass jeder Permanentmagnet der Magneteinheit, die angeordnet ist, um der Ankerwicklung gegenüberzuliegen, auf einfachere Weise die Magnetflüsse durch den d-Achsen-Teil auf oder benachbart zu der entsprechenden d-Achse konzentriert beziehungsweise verdichtet.
In einer sechsten Maßnahme, die von einer der zweiten bis fünften Maßnahmen abhängt, umfasst die Magnetfelderzeugungseinrichtung eine erste Magnetfelderzeugungseinrichtung und eine zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung, die in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet sind, während die Ankerwicklung zwischen den ersten und zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtungen angeordnet ist, sodass die rotierende elektrische Maschine als eine rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt konfiguriert ist. Die Magneteinheit von jeder der ersten und zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtungen umfasst die Permanentmagnete. Die zweite äußere Oberfläche von jedem der Permanentmagnete, die weiter weg von dem Anker als die zugehörige erste äußere Oberfläche angeordnet ist, dient als eine zweite Magnetflusswirkoberfläche. Jeder der Magnetpole der ersten Magnetfelderzeugungseinrichtung und der entsprechende der Magnetpole der zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung sind angeordnet, einander in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine gegenüberzuliegen. Eine Polarität von jedem der Magnetpole der ersten Magnetfelderzeugungseinrichtung und die des entsprechenden der Magnetpole der zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung sind zueinander unterschiedlich. Jeder Permanentmagnet von jedem der ersten und zweiten Rotoren weist q-Achsen-Seiten-Regionen auf. Jede der q-Achsen-Seiten-Regionen ist angeordnet, um nahe an einer entsprechenden von q-Achsen zu sein. Jede der q-Achsen jedes Permanentmagneten stellt eine entsprechende von Polgrenzen des entsprechenden Magnetpols dar. Jeder Permanentmagnet von jedem der ersten und zweiten Rotoren weist einen oder mehrere Magnetpfade, die darin ausgebildet sind, auf. Ein Teil von jedem der Magnetpfade, die in jeder der q-Achsen-Seiten-Regionen des entsprechenden Magneten angeordnet sind, ist ausgerichtet, um zu der zweiten Magnetflusswirkoberfläche des entsprechenden Permanentmagneten schräg zu sein oder dazu senkrecht zu sein.
In der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt gemäß der sechsten Maßnahme sind die erste Magnetfelderzeugungseinrichtung und die zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet, während die Ankerwicklung zwischen den ersten und zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtungen angeordnet ist. Die Polarität von jedem der Magnetpole der ersten Magnetfelderzeugungseinrichtung und die von dem entsprechenden der Magnetpole der zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung sind zueinander unterschiedlich. Der Teil von jedem der Magnetpfade, der in jeder der q-Achsen-Seite-Regionen des entsprechenden Magneten angeordnet ist, ist ausgerichtet, um zu der zweiten Magnetflusswirkoberfläche des entsprechenden Permanentmagneten schräg zu sein oder senkrecht zu sein.
Das heißt, jeder Permanentmagnet der Magneteinheit von jeder der ersten und zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtungen ist konfiguriert, die Magnetflüsse durch den d-Achsen-Teil der zugehörigen Magnetflusswirkoberfläche konzentriert beziehungsweise verdichtet zu erzeugen. Dies vergrößert weiter die Verbindungsmagnetflüsse über die Ankerwicklung.
Zusätzlich ist der Teil von jedem der Magnetpfade, der in jeder der q-Achsen-Seiten-Regionen des entsprechenden Magneten angeordnet ist, ausgerichtet, um zu der zweiten Magnetflusswirkoberfläche des entsprechenden Permanentmagneten schräg zu sein oder senkrecht zu sein. Diese Konfiguration verhindert ein Magnetflussentweichen von der zweiten Magnetflusswirkoberfläche jedes Permanentmagneten von jeder der ersten und zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtungen.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebene Aufgabe sowie andere Aufgaben, Merkmale oder Vorteile dieser Offenbarung werden aus der beigefügten Zeichnung oder der nachstehenden ausführlichen Diskussion ersichtlich.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine;
2 eine Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine;
3 eine Schnittansicht, die entlang der Linie III-III in 2 entnommen ist;
4 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht gemäß 3;
5 eine auseinandergezogene Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine;
6 eine auseinandergezogene Ansicht einer Wechselrichtereinheit;
7 eine Drehmomentdiagrammansicht, die eine Beziehung zwischen Amperewindungen und einer Drehmomentdichte in einer Statorwicklung aufzeigt;
8 eine quer verlaufende Schnittansicht eines Rotors und eines Stators;
9 eine vergrößerte Ansicht eines Teils gemäß 8;
10 eine quer verlaufende Schnittansicht eines Stators;
11 eine Längsschnittansicht eines Stators;
12 eine perspektivische Ansicht einer Statorwicklung;
13 eine perspektivische Ansicht eines Leiters;
14 eine schematische Ansicht, die eine Struktur eines Drahtes veranschaulicht;
15(a) und 15(b) Ansichten, die einen Entwurf von Leitern bei der n-ten Schichtposition zeigen;
16 eine Seitenansicht, die Leiter bei der n-ten Schichtposition und bei der (n+1)-ten Schichtposition zeigt;
17 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und einer Magnetflussdichte in Magneten gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
18 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem elektrischen Winkel und einer Magnetflussdichte in einem Vergleichsbeispiel einer Magnetanordnung darstellt;
19 ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines Steuerungssystems für eine rotierende elektrische Maschine;
20 ein Funktionsblockschaltbild, das einen Stromregelungsbetrieb einer Steuerungsvorrichtung zeigt;
21 ein Funktionsblockschaltbild, das einen Drehmomentregelungsbetrieb einer Steuerungsvorrichtung zeigt;
22 eine quer verlaufende Schnittansicht eines Rotors und eines Stators in dem zweiten Ausführungsbeispiel;
23 eine teilweise vergrößerte Ansicht gemäß 22;
24 (a) und 24 (b) Ansichten, die Flüsse eines Magnetflusses in einer Magneteinheit darstellen;
25 eine Schnittansicht eines Stators in der ersten Modifikation;
26 eine Schnittansicht eines Stators in der ersten Modifikation;
27 eine Schnittansicht eines Stators in der zweiten Modifikation;
28 eine Schnittansicht eines Stators in der dritten Modifikation;
29 eine Schnittansicht eines Stators in der vierten Modifikation;
30 eine Schnittansicht eines Stators in der siebten Modifikation;
31 ein Funktionsblockschaltbild, das einen Abschnitt von Betrieben einer Betriebssignalerzeugungseinrichtung in der achten Modifikation 8 veranschaulicht;
32 ein Flussdiagramm, das eine Abfolge von Schritten darstellt, um einen Trägerfrequenzänderungsbetrieb auszuführen;
33 (a) bis 33 (c) Ansichten, von denen jede Verbindungen von Leitern, die eine Leitergruppe bilden, in der neunten Modifikation veranschaulichen;
34 eine Ansicht, die einen Stapel von vier Leitern in der neunten Modifikation veranschaulicht;
35 eine quer verlaufende Schnittansicht eines Innenrotortyp-Rotors und eines Stators in der zehnten Modifikation;
36 eine teilweise vergrößerte Ansicht gemäß 35;
37 eine Längsschnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine eines Innenrotortyps;
38 eine Längsschnittansicht, die schematisch eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine eines Innenrotortyps veranschaulicht;
39 eine Ansicht, die eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine eines Innenrotortyps in der elften Modifikation veranschaulicht;
40 eine Ansicht, die eine Struktur einer rotierenden elektrischen Maschine eines Innenrotortyps in der elften Modifikation veranschaulicht;
41 eine Ansicht, die eine Struktur eines umlaufenden Ankertyps einer rotierenden elektrischen Maschine in der zwölften Modifikation veranschaulicht;
42 eine Schnittansicht, die eine Struktur eines Leiters in der vierzehnten Modifikation veranschaulicht;
43 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem Reluktanzdrehmoment, einem Magnetdrehmoment und einer Entfernung DM veranschaulicht;
44 eine Ansicht, die Zähne veranschaulicht;
45 eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur einer Radbaugruppe mit einem radinternen Motor und einer umliegenden Struktur veranschaulicht;
46 eine Längsschnittansicht, die eine Radbaugruppe und eine umliegende Struktur veranschaulicht;
47 eine auseinandergezogene Ansicht einer Radbaugruppe;
48 eine Seitenansicht, die eine rotierende elektrische Maschine veranschaulicht, wenn sie von einem herausragenden Abschnitt einer Drehwelle betrachtet wird;
49 eine Schnittansicht, die entlang der Linie 49-49 in 48 entnommen ist;
50 eine Schnittansicht, die entlang der Linie 50-50 in 49 entnommen;
51 eine auseinandergezogene Schnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine;
52 eine Teilschnittansicht eines Rotors;
53 eine perspektivische Ansicht einer Statorwicklung und eines Statorkerns;
54 (a) und 53 (b) Vorderansichten, die eine Entwicklung einer Statorwicklung veranschaulichen;
55 eine Ansicht, die eine Schrägstellung eines Leiters darstellt;
56 eine auseinandergezogene Schnittansicht einer Wechselrichtereinheit;
57 eine auseinandergezogene Schnittansicht einer Wechselrichtereinheit;
58 eine Ansicht, die einen Entwurf von elektrischen Modulen in einem Wechselrichtergehäuse darstellt;
59 ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Struktur eines Leistungswandlers veranschaulicht;
60 eine Schnittansicht, die eine Kühlungsstruktur eines Schaltermoduls veranschaulicht;
61 (a) und 61 (b) Schnittansichten, die eine Kühlstruktur eines Schaltermoduls veranschaulichen;
62 (a), 62 (b) und 62 (c) Teilansichten, die eine Kühlstruktur eines Schaltermoduls veranschaulichen;
63 (a) und 63 (b) Teilschnittansichten, von denen jede eine Kühlstruktur eines Schaltermoduls veranschaulicht;
64 eine Teilansicht, die eine Kühlstruktur eines Schaltermoduls veranschaulicht;
65 eine Ansicht, die einen Entwurf von elektrischen Modulen und einen Kühlmittelpfad veranschaulicht;
66 eine Schnittansicht, die entlang der Linie 66-66 in 49 entnommen ist;
67 eine Schnittansicht, die entlang der Linie 67-67 in 49 entnommen ist;
68 eine perspektivische Ansicht, die ein Stromschienenmodul veranschaulicht;
69 ein Schaltungsdiagramm, das eine Beziehung in einer elektrischen Verbindung zwischen elektrischen Modulen und einem Stromschienenmodul veranschaulicht;
70 eine Ansicht, die elektrische Verbindungen zwischen elektrischen Modulen und einem Stromschienenmodul veranschaulicht;
71 eine Ansicht, die elektrische Verbindungen zwischen elektrischen Modulen und einem Stromschienenmodul veranschaulicht;
72 (a), 72 (b), 72 (c) und 72 (d) strukturelle Ansichten einer ersten modifizierten Form eines radinternen Motors;
73 (a), 73 (b) und 73 (c) strukturelle Ansichten der zweiten modifizierten Form eines radinternen Motors;
74 (a) 74 (b) strukturelle Ansichten der dritten modifizierten Form eines radinternen Motors;
75 eine strukturelle Ansicht der vierten modifizierten Form eines radinternen Motors;
76 eine longitudinale Schnittansicht, die eine schematische Konfiguration einer rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt gemäß der fünfzehnten Modifikation veranschaulicht;
77(a) und 77(b) jeweils eine Ansicht, die die Konfiguration eines Rotors veranschaulicht;
78 eine Ansicht, die die Konfiguration des Rotors veranschaulicht;
79(a) und 79(b) jeweils eine Ansicht, die die Konfiguration des Rotors veranschaulicht;
80 eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration eines Statorkerns veranschaulicht;
82 eine Ansicht, die eine zweite modifizierte Konfiguration der Magneteinheit veranschaulicht; und
83 eine longitudinale Schnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine mit Doppelrotor und Axialspalt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Teile gemäß den Ausführungsbeispielen, die funktionell oder strukturell einander entsprechen, oder miteinander verknüpft sind, sind durch dieselben Bezugszeichen oder durch Bezugszeichen bezeichnet, die sich in der Hunderterstelle voneinander unterscheiden. Die entsprechenden oder verknüpften Teile können sich auf die Erläuterung in den anderen Ausführungsbeispielen beziehen.
Die rotierende elektrische Maschine gemäß den Ausführungsbeispielen ist konfiguriert, um beispielsweise als eine Leistungsquelle für Fahrzeuge verwendet zu werden. Die rotierende elektrische Maschine kann jedoch in breiter Weise für Industrie-, Automobil-, Haus-, Büroautomations- oder Spieleanwendungen verwendet werden. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind dieselben oder äquivalente Teile durch dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnet, wobei deren ausführliche Erläuterung entfällt.
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein synchroner mehrphasiger Wechselstrommotor mit einer Außenrotorstruktur (d.h. einer Außendrehstruktur). Ein Überblick der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist in 1 bis 5 veranschaulicht. 1 zeigt eine perspektivische Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10. 2 zeigt eine Längsschnittansicht entlang der Drehwelle 11 der rotierenden elektrischen Maschine 10. 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht (d.h., eine Schnittansicht, entlang der Linie III-III in 2 entnommen ist) der rotierenden elektrischen Maschine 10 senkrecht zu der Drehwelle 11. 4 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht von 3. 5 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10. 3 lässt die Schraffierung, die einen Schnittausschnitt der Drehwelle 11 zeigt, der Vereinfachung der Zeichnungen halber weg. In der nachfolgenden Diskussion wird eine Längsrichtung der Drehwelle 11 ebenfalls als eine Axialrichtung bezeichnet. Eine radiale Richtung von der Mitte der Drehwelle 11 wird einfach als eine radiale Richtung bezeichnet. Eine Richtung entlang eines Umlaufs der Drehwelle 11 um die Mitte davon ist einfach als eine Umlaufrichtung bezeichnet.
Die rotierende elektrische Maschine 10 weist eine Lagereinheit 20, ein Gehäuse 30, einen Rotor 40, einen Stator 50 und eine Wechselrichtereinheit 60 auf. Diese Elemente sind koaxial miteinander zusammen mit der Drehwelle 11 angeordnet und werden in einer gegebenen Abfolge zusammengebaut, um die rotierende elektrische Maschine 10 zu vervollständigen. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem Rotor 40, der als eine Magnetfelderzeugungseinrichtung oder ein Feldsystem arbeitet, und dem Stator 50 ausgerüstet, der als ein Anker arbeitet, und ist als eine rotierende elektrische Maschine der Bauart mit umlaufendem Feld entwickelt.
Die Lagereinheit 20 weist zwei Lager 21 und 22, die weg voneinander in der axialen Richtung angeordnet sind, und eine Halteeinrichtung 23 auf, die die Lager 21 und 22 hält. Die Lager 21 und 22 sind beispielsweise durch Radialkugellager verwirklicht, von denen jedes einen äußeren Laufring 25, einen inneren Laufring 26 und eine Vielzahl von Kugeln 27 aufweist, die zwischen dem äußeren Laufring 25 und dem inneren Laufring 26 angeordnet sind. Die Halteeinrichtung 23 ist von einer zylindrischen Form. Die Lager 21 und 22 sind radial innerhalb der Halteeinrichtung 23 angeordnet. Die Drehwelle 11 und der Rotor 40 sind radial innerhalb der Lager 21 und 22 gehalten, um drehbar zu sein. Die Lager 21 und 22 werden als ein Satz von Lagern verwendet, um die Drehwelle 11 drehbar zu halten.
Jedes der Lager 21 und 22 hält die Kugeln 27 unter Verwendung einer nicht gezeigten Festhalteeinrichtung, um einen Abstand zwischen den Kugeln 27 konstant zu halten. Jedes der Lager 21 und 22 ist mit Dichtungen auf axial oberen und unteren Enden der Festhalteeinrichtung ausgerüstet und weist ebenfalls eine nichtleitende Schmierung (beispielsweise eine nichtleitende Urease-Schmierung) auf, die innerhalb der Dichtungen eingesetzt ist. Die Position des inneren Laufrings 26 ist mechanisch durch eine Abstandseinrichtung gesichert, um eine konstante innere Vorspannung an dem inneren Laufring 26 in der Form einer vertikalen Konvexität beziehungsweise Ausbuchtung auszuüben.
Das Gehäuse 30 weist eine zylindrische Umfangswand 31 auf. Die Umfangswand 31 weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, die einander in einer axialen Richtung davon entgegengesetzt sind. Die Umfangswand 31 weist eine Endoberfläche 32 an dem ersten Ende und eine Öffnung 33 in dem zweiten Ende auf. Die Öffnung 33 belegt die gesamte Fläche des zweiten Endes. Die Endoberfläche 32 weist ein kreisförmiges Loch 34 auf, das in der Mitte davon geformt ist. Die Lagereinheit 20 ist in die Öffnung 34 eingesetzt und unter Verwendung einer Befestigungseinrichtung wie einer Schraube oder einer Niete fixiert. Der hohle zylindrische Rotor 40 und der hohle zylindrische Stator 50 sind in einem inneren Raum angeordnet, der durch die Umfangswand 31 und die Endoberfläche 32 innerhalb des Gehäuses 30 definiert ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10 von einer Außenrotorbauart, so dass der Stator 50 radial innerhalb des zylindrischen Rotors 40 innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet ist. Der Rotor 40 wird in einer freitragenden Form durch einen Abschnitt der Drehwelle 11 nahe an der Endoberfläche 32 in der axialen Richtung festgehalten.
Der Rotor 40 weist eine hohle zylindrische Magnethalteeinrichtung 41 und eine ringförmige Magneteinheit 42 auf, die innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 angeordnet ist. Die Magnethalteeinrichtung 41 weist im Wesentlichen eine Tassen- bzw. Schalenform auf und arbeitet als ein Magnethalteelement. Die Magnethalteeinrichtung 41 weist einen rohrförmigen Zylinder 43, einen Anbringungsabschnitt 44, der von einer zylindrischen Form ist und im Durchmesser kleiner als der Zylinder 43 ist, und einen Zwischenabschnitt 45 auf, der den Zylinder 43 und den Anbringungsabschnitt 44 miteinander verbindet. Der Zylinder 43 weist die Magneteinheit 42 an einer inneren Umfangsoberfläche davon gesichert auf.
Die Magnethalteeinrichtung 41 ist aus einem kaltgewalzten Stahl (SPCC), Schmiedestahl oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) gebildet, die einen erforderlichen Grad mechanischer Festigkeit aufweisen.
Die Drehwelle 11 verläuft durch eine Durchgangsöffnung 44a des Anbringungsabschnitts 44. Der Anbringungsabschnitt 44 ist an einem Abschnitt der Drehwelle 11 gesichert, der innerhalb der Durchgangsöffnung 44a angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist die Magnethalteeinrichtung 41 an der Drehwelle 11 durch den Anbringungsabschnitt 44 gesichert. Der Anbringungsabschnitt 44 kann vorzugsweise mit der Drehwelle 11 unter Verwendung von Konkavitäten und Konvexitäten, wie einer Kerbverzahnungsverbindung oder einer Keilverbindung, Schweißen oder Crimpen zusammengesetzt sein, so dass der Rotor 40 sich zusammen mit der Drehwelle 11 dreht.
Die Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20 sind radial außerhalb des Anbringungsabschnitts 44 gesichert. Die Lagereinheit 20 ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, an der Endoberfläche 32 des Gehäuses 30 fixiert, so dass die Drehwelle 11 und der Rotor 40 durch das Gehäuse 30 festgehalten werden, um drehbar zu sein. Der Rotor 40 ist somit innerhalb des Gehäuses 30 drehbar.
Der Rotor 40 ist mit dem Anbringungsabschnitt 44 ausgerüstet, der lediglich bei einem der zueinander in der axialen Richtung des Rotors 40 entgegengesetzten Enden davon angeordnet ist. Dies trägt den Rotor 40 an der Drehwelle 11 freitragend. Der Anbringungsabschnitt 44 des Rotors 40 wird drehbar an zwei Punkten von Halterungen beziehungsweise Stützen unter Verwendung der Lager 21 und 22 der Lagereinheit 20 festgehalten, die sich weg voneinander in der axialen Richtung befinden. Anders ausgedrückt wird der Rotor 40 unter Verwendung der zwei Lager 21 und 22, die voneinander mit einem Abstand in der axialen Richtung getrennt sind, an einem der axial entgegengesetzten Enden der Magnethalteeinrichtung 41 gehalten, um drehbar zu sein. Dies gewährleistet die Stabilität in der Drehung des Rotors 40, selbst wenn der Rotor 40 an der Drehwelle 41 freitragend gehalten wird. Der Rotor 40 wird durch die Lager 21 und 22 an Stellen festgehalten, die von der Mitte zwischen den axial entgegengesetzten Enden des Rotors 40 in der axialen Richtung davon entfernt sind.
Das Lager 22 der Lagereinheit 20, das sich näher an der Mitte des Rotors 40 befindet (der untere der Lager 21 und 22 in den Zeichnungen) unterscheidet sich in der Abmessung eines Spalts zwischen jeweils dem äußeren Laufring 25 und dem inneren Laufring und den Kugeln 27 von dem Lager 21, das sich weiter entfernt von der Mitte des Rotors 40 befindet (d.h. der obere der Lager 21 und 22). Beispielsweise ist die Abmessung des Spalts des Lagers 22, das sich näher an der Mitte des Rotors 40 befindet, größer als bei dem Lager 21. Dies minimiert nachteilige Wirkungen auf die Lagereinheit 20, die von einer Verbiegung des Rotors 40 oder einer mechanischen Vibration des Rotors 40 aufgrund eines Ungleichgewichts, die aus einer Teiletoleranz resultieren, an einer Stelle auftreten, die nahe an der Mitte des Rotors 40 ist. Insbesondere ist das Lager 22, das näher an der Mitte des Rotors 40 ist, derart entwickelt, dass dessen Abmessungen der Spalte oder Spielräume unter Verwendung von Vorspannung erhöht sind, wodurch die Vibration absorbiert wird, die in der freitragenden Struktur erzeugt wird. Die Vorspannung kann entweder durch eine fixierte Positionsvorlast oder eine konstante Druckvorlast bereitgestellt werden. In dem Falle einer fixierten Positionsvorlast ist der äußere Laufring 25 von jedem der Lager 21 und 22 mit der Festhalteeinrichtung 23 unter Verwendung von Presspassung oder Schweißen zusammengesetzt. Der innere Laufring 26 von jedem der Lager 21 und 22 ist mit der Drehwelle 11 durch Presspassung oder Schweißen zusammengesetzt. Die Vorspannung kann durch Anordnen des äußeren Laufrings 25 des Lagers 21 weg von dem inneren Laufring 26 des Lagers 21 in der axialen Richtung oder alternativ durch Anordnen des äußeren Laufrings 25 des Lagers 22 weg von dem inneren Laufring 26 des Lagers 22 in der axialen Richtung erzeugt werden.
In dem Fall der konstanten Druckvorlast ist eine Vorlastfeder wie eine Wellenfederscheibe 24 zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 angeordnet, um die Vorlast zu erzeugen, die von einer Region zwischen dem Lager 22 und dem Lager 21 zu dem äußeren Laufring 25 des Lagers 22 in der axialen Richtung gerichtet ist. In diesem Fall ist der innere Laufring 26 von jedem der Lager 21 und 22 mit der Drehwelle 11 unter Verwendung von Presspassen oder Bonden verbunden. Der äußere Laufring 25 des Lagers 21 oder des Lagers 22 ist weg von dem äußeren Laufring 25 durch einen gegebenen Freiraum angeordnet.
Diese Struktur übt Druck, wie er durch die Vorlastfeder erzeugt wird, auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 22 aus, um den äußeren Laufring 25 weg von dem Lager 21 zu drängen. Der Druck wird dann durch die Drehwelle 11 übertragen, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 zu dem Lager 22 hin zu drängen, wodurch der äußere Laufring 25 von jedem der Lager 21 und 22 weg von dem inneren Laufring 26 davon in der axialen Richtung gebracht wird, um die Vorlast auf die Lager 21 und 22 in derselben Weise wie bei der fixierten Positionsvorlast auszuüben.
Die konstante Druckvorlast muss nicht notwendigerweise den Federdruck, wie er in 2 veranschaulicht ist, auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 22 ausüben, sondern kann alternativ durch Ausüben des Federdrucks auf den äußeren Laufring 25 des Lagers 21 erzeugt werden. Die Ausübung der Vorlast auf die Lager 21 und 22 kann alternativ erzielt werden, indem der innere Laufrings 26 von einem der Lager 21 und 22 weg von der Drehwelle 11 um einen gegebenen Freiraum dazwischen platziert wird und der äußere Laufrings 25 von jedem der Lager 21 und 22 mit der Festhalteeinrichtung 23 unter Verwendung von Presspassen oder Bonden zusammengesetzt wird.
Ferner wird in dem Fall, in dem der Druck erzeugt wird, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 weg von dem Lager 22 zu bringen, ein derartiger Druck vorzugsweise zusätzlich auf den inneren Laufring 26 des Lagers 22 weg von dem Lager 21 ausgeübt. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem der Druck erzeugt wird, um den inneren Laufring 26 des Lagers 21 nahe an das Lager 22 zu bringen, ein derartiger Druck vorzugsweise zusätzlich auf den inneren Laufring 26 des Lagers 22 ausgeübt, um diesen nahe an das Lager 21 zu bringen.
In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, besteht ein Risiko, dass eine mechanische Vibration mit einer Komponente, die in einer Richtung ausgerichtet ist, in der die Vorlast erzeugt wird, auf die Vorlasterzeugungsstruktur ausgeübt werden kann, oder dass eine Richtung, in der die Schwerkraft auf ein Objekt einwirkt, bei dem die Vorlast angewendet wird, geändert werden kann. Zur Lösung eines derartigen Problems wird vorzugsweise die fixierte Positionsvorlast in dem Fall verwendet, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 in dem Fahrzeug montiert ist.
Der Zwischenabschnitt 45 weist eine ringförmige innere Schulter 49a und eine ringförmige äußere Schulter 49b auf. Die äußere Schulter 49b ist außerhalb der inneren Schulter 49a in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 angeordnet. Die innere Schulter 49a und die äußere Schulter 49b sind voneinander in der axialen Richtung des Zwischenabschnitts 45 getrennt. Diese Anordnung führt zu einem teilweisen Überlappen zwischen dem Zylinder 43 und dem Anbringungsabschnitt 44 in der radialen Richtung des Zwischenabschnitts 45. Anders ausgedrückt springt der Zylinder 43 nach außerhalb eines Basisendabschnitts (d.h., des unteren Abschnitts, wie in der Zeichnung gezeigt) des Anbringungsabschnitts 44 in der axialen Richtung vor. Die Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht es, dass der Rotor 40 durch die Drehwelle 11 an einer Stelle festgehalten wird, die näher an dem Schwerpunkt des Rotors 40 ist als in einem Fall, in dem der Zwischenabschnitt 45 flach ohne irgendeine Schulter geformt ist, wodurch die Stabilität im Betrieb des Rotors 40 gewährleistet wird.
In der vorstehend beschriebenen Struktur des Zwischenabschnitts 45 weist der Rotor 40 eine ringförmige Lagergehäuseaussparung 46 auf, die in einem inneren Abschnitt des Zwischenabschnitts 45 geformt ist und radial den Anbringungsabschnitts 44 umgibt. Die Lagergehäuseaussparung 46 weist einen Abschnitt der Lagereinheit 20 darin angeordnet auf. Der Rotor 40 weist ebenfalls eine Spulengehäuseaussparung 47 auf, die in einem äußeren Abschnitt des Zwischenabschnitts 45 geformt ist und die Lagergehäuseaussparung 46 radial umgibt. Die Spulengehäuseaussparung 47 weist darin angeordnet ein Spulenende 54 der Statorwicklung 51 des Stators 50 auf, die später ausführlich beschrieben wird. Die Gehäuseaussparungen 46 und 47 sind benachbart zueinander in der axialen Richtung angeordnet. Anders ausgedrückt ist ein Abschnitt der Lagereinheit 20 derart angeordnet, dass er das Spulenende 54 der Statorwicklung 51 in der axialen Richtung überlappt. Dies ermöglicht es der rotierenden elektrischen Maschine 10, eine in der axialen Richtung verringerte Länge aufzuweisen.
Der Zwischenabschnitt 45 erstreckt sich oder hängt nach außen über von der Drehwelle 11 in der radialen Richtung. Der Zwischenabschnitt 45 ist mit einer Kontaktvermeidungseinrichtung ausgerüstet, die sich in der axialen Richtung erstreckt und einen physikalischen Kontakt mit dem Spulenende 54 der Statorwicklung 51 des Stators 50 vermeidet. Der Zwischenabschnitt 45 ist ebenfalls als Überhang bezeichnet.
Das Spulenende 54 kann radial nach innen oder nach außen gebogen werden, um einen verringerte axiale Abmessung aufzuweisen, wodurch eine Verringerung der axialen Länge des Stators 50 ermöglicht wird. Eine Richtung, in der das Spulenende 54 gebogen wird, wird vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Einbau davon in den Rotor 40 bestimmt. In dem Fall, in dem der Stator 50 radial innerhalb des Rotors 40 eingebaut wird, wird ein Abschnitt des Spulenendes 54, der in den Rotor 40 eingesetzt wird, vorzugsweise radial nach innen gebogen. Ein Spulenende, das entgegengesetzt zu dem Spulenende 54 ist, kann entweder nach innen oder nach außen gebogen werden, wird jedoch vorzugsweise zu einer äußeren Seite hin gebogen, wo es ausreichend Raum im Hinblick auf die Herstellung davon gibt.
Die Magneteinheit 42, die als ein magnetischer Abschnitt arbeitet, ist aus einer Vielzahl von Permanentmagneten gebildet, die radial innerhalb des Zylinders 43 angeordnet sind, so dass sie unterschiedliche Magnetpole aufweisen, die abwechselnd in einer Umlaufrichtung davon angeordnet sind. Die Magneteinheit 42 weist somit eine Vielzahl von Magnetpolen auf, die in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Die Magneteinheit 42 wird ebenfalls später ausführlich beschrieben.
Der Stator 50 ist radial innerhalb des Rotors 40 angeordnet. Der Stator 50 weist die Statorwicklung 51, die im Wesentlichen in einer zylindrischen (ringförmigen) Form gewickelt ist, und einen Statorkern 52 auf, der als ein Basiselement verwendet wird, das radial innerhalb der Statorwicklung 51 angeordnet ist. Die Statorwicklung 51 ist angeordnet, um der ringförmigen Magneteinheit 42 über einen gegebenen Luftspalt dazwischen zugewandt zu sein. Die Statorwicklung 51 weist eine Vielzahl von Phasenwicklungen auf, von denen jede aus einer Vielzahl von Leitern gebildet ist, die mit einer gegebenen Teilung (pitch) weg voneinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind und miteinander zusammengesetzt sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Drei-Phasen-Wicklungen verwendet: eine, die eine U-Phasen-Wicklung, eine V-Phasen-Wicklung und eine W-Phasen-Wicklung aufweist, und eine andere, die eine X-Phasen-Wicklung, eine Y-Phasen-Wicklung und eine Z-Phasen-Wicklung aufweist, um die Statorwicklung 51 als eine Sechs-Phasen-Wicklung zu vervollständigen.
Der Statorkern 52 ist durch einen ringförmigen Stapel von magnetischen Stahlblechen geformt, die aus einem weichmagnetischen Material gebildet sind und radial innerhalb der Statorwicklung 51 montiert sind. Die magnetischen Stahlbleche sind beispielsweise Siliziumnitrid-Stahlbleche, die durch Hinzufügen eines kleinen Anteils (beispielsweise 3%) von Siliziumnitrid zu Eisen gebildet sind. Die Statorwicklung 51 entspricht einer Ankerwicklung. Der Statorkern 52 entspricht einem Ankerkern.
Die Statorwicklung 51 überlappt den Statorkern 52 in der radialen Richtung und weist einen Spulenseitenabschnitt 53, der radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet ist, und Spulenenden 54 und 55 auf, die an Enden des Statorkerns 52 in der axialen Richtung überhängen. Der Spulenseitenabschnitt 53 ist dem Statorkern 52 und der Magneteinheit 42 des Rotors 40 in der radialen Richtung zugewandt. Der Stator 50 ist innerhalb des Rotors 40 angeordnet. Das Spulenende 54, das eines (d.h., das obere, wie in der Zeichnung gezeigt) der axial entgegengesetzten Spulenenden 54 und 55 ist und nahe an der Lagereinheit 20 angeordnet ist, ist in der Spulengehäuseaussparung 47 angeordnet, die durch die Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 abgegrenzt ist. Der Stator 50 ist ebenfalls später ausführlich beschrieben.
Die Wechselrichtereinheit 60 weist eine Einheitsbasis 61, die an dem Gehäuse 30 unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen wie Bolzen gesichert ist, und eine Vielzahl von elektrischen Komponenten 62 auf, die auf der Einheitsbasis 61 montiert sind. Die Einheitsbasis 61 ist beispielsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFRP) gebildet. Die Einheitsbasis 61 weist eine Endplatte 63, die an einer Flanke der Öffnung 33 des Gehäuses 30 gesichert ist, und ein Gehäuse 64 auf, das integral beziehungsweise einstückig mit der Endplatte 63 geformt ist und sich in der axialen Richtung erstreckt. Die Endplatte 63 weist eine in der Mitte davon geformte kreisförmige Öffnung 65 auf. Das Gehäuse 64 erstreckt sich von einer Umfangskante der Öffnung 65 nach oben.
Der Stator 50 ist an einer äußeren Umfangsoberfläche des Gehäuses 64 angeordnet. Insbesondere ist ein äußerer Durchmesser des Gehäuses 64 derart ausgewählt, dass er identisch mit oder etwas kleiner als ein innerer Durchmesser des Statorkerns 52 ist. Der Statorkern 52 ist an der äußeren Seite des Gehäuses 64 angebracht, um eine Einheit zu vervollständigen, die aus dem Stator 50 und der Einheitsbasis 61 gebildet ist. Die Einheitsbasis 61 ist an dem Gehäuse 30 gesichert, so dass der Stator 50 mit dem Gehäuse 30 in einer Bedingung vereinigt wird, in der der Statorkern 52 in dem Gehäuse 64 eingebaut ist.
Der Statorkern 52 kann an die Einheitsbasis 61 gebondet, schrumpfgepasst oder pressgepasst werden, wodurch eine Positionsverschiebung des Statorkerns 52 in Bezug auf die Einheitsbasis 61 sowohl in der Umlaufrichtung als auch in der axialen Richtung beseitigt wird.
Das Gehäuse 64 weist einen radial inneren Speicherraum auf, in dem die elektrischen Komponenten 62 angeordnet sind. Die elektrischen Komponenten 62 sind derart angeordnet, dass sie die Drehwelle 11 innerhalb des Speicherraums umgeben. Das Gehäuse 64 fungiert als ein Speicherraumformungsabschnitt. Die elektrischen Komponenten 62 weisen Halbleitermodule 66, eine Steuerungsplatine 67 und ein Kondensatormodul 68 auf, die eine Wechselrichterschaltung bilden.
Die Einheitsbasis 61 dient als eine Statorhalteeinrichtung (d.h. eine Ankerhalteeinrichtung), die radial innerhalb des Stators 50 angeordnet ist und den Stator 50 festhält. Das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 grenzen ein Motorgehäuse für die rotierende elektrische Maschine 10 ab. In dem Motorgehäuse ist die Festhalteeinrichtung 23 an einem ersten Ende des Gehäuses 30 gesichert, das entgegengesetzt zu einem zweiten Ende des Gehäuses 30 durch den Rotor 40 in der axialen Richtung entgegengesetzt ist. Das zweite Ende des Gehäuses 30 und die Einheitsbasis 61 sind zusammengesetzt. Beispielsweise ist in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug wie einem Elektroautomobil das Motorgehäuse an einer Seite des Fahrzeugs angebracht, um die rotierende elektrische Maschine 10 in das Fahrzeug einzubauen.
Die Wechselrichtereinheit 60 ist ebenfalls unter Verwendung von 6, die eine auseinandergezogene Ansicht ist, zusätzlich zu den 1 bis 5 beschrieben.
Das Gehäuse 64 der Einheitsbasis 61 weist einen Zylinder 71 und eine Endoberfläche 72 auf, die eine von Enden des Zylinders 71 ist, die einander in der axialen Richtung des Zylinders 71 entgegengesetzt sind (d.h., das Ende des Gehäuses 64, das nahe an der Lagereinheit 20 ist). Das Ende des Zylinders 71, das der Endoberfläche 72 in der axialen Richtung gegenüberliegt, ist geformt, um vollständig zu der Öffnung 65 der Endplatte 63 offen zu sein. Die Endoberfläche 72 weist in der Mitte davon die kreisförmige Öffnung 73 auf, durch die die Drehwelle 11 einsetzbar ist. Die Öffnung 73 weist darin eingepasst ein Dichtungselement 171 auf, das hermetisch einen Luftspalt zwischen der Öffnung 73 und dem äußeren Umfang der Drehwelle 11 abdichtet. Das Dichtungselement 171 ist vorzugsweise beispielsweise durch eine harzhaltige verschiebbare Dichtung verwirklicht.
Der Zylinder 71 des Gehäuses 64 dient als eine Unterteilung, die den Rotor 40 und den Stator 50, die radial außerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind, von den elektrischen Komponenten 62 isoliert, die radial innerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind. Der Rotor 40, der Stator 50 und die elektrischen Komponenten 62 sind radial innerhalb und außerhalb des Zylinders 71 angeordnet.
Die elektrischen Komponenten 62 sind elektrische Vorrichtungen, die die Wechselrichterschaltung aufbauen, die mit einer Motorfunktion und einer Generatorfunktion ausgerüstet ist. Die Motorfunktion besteht darin, einen elektrischen Strom den Phasenwicklungen der Statorwicklung 51 in einer gegebenen Abfolge zuzuführen, um den Rotor 40 zu drehen. Die Generatorfunktion besteht darin, dass ein Drei-Phasen-Wechselstrom, der durch die Statorwicklung 51 in Reaktion auf die Drehung der Drehwelle 11 fließt, zu empfangen und elektrische Leistung zu erzeugen und auszugeben. Die elektrischen Komponenten 62 können entwickelt sein, entweder die Motorfunktion oder die Generatorfunktion durchzuführen. In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, stellt die Generatorfunktion eine regenerative Funktion zur Ausgabe einer regenerierten elektrischen Leistung bereit.
Insbesondere weisen die elektrischen Komponenten 62, wie es in 4 demonstriert ist, ein hohles zylindrisches Kondensatormodul 68, das um die Drehwelle 11 angeordnet ist, und Halbleitermodule 66 auf, die an dem Kondensatormodul 68 angebracht sind. Das Kondensatormodul 68 weist eine Vielzahl von Glättungskondensatoren 68a auf, die parallel zueinander geschaltet sind. Insbesondere ist jeder der Kondensatoren 68a durch einen gestapelten Folienkondensator, der aus einer Vielzahl von Folienkondensatoren gebildet ist, die in einer Trapezform im Querschnitt gestapelt sind, verwirklicht. Das Kondensatormodul 68 ist aus zwölf Kondensatoren 68a aufgebaut, die in einer ringförmigen Form angeordnet sind.
Die Kondensatoren 68a können durch Vorbereiten einer langen Folie, die eine gegebene Breite aufweist und aus einem Stapel von Folien hergestellt ist, und Schneiden der langen Folie in gleichschenklige Trapeze, von denen jedes eine Höhe aufweist, die identisch zu der Breite der langen Folie ist, und deren kurze Basen und lange Basen abwechselnd angeordnet sind, hergestellt werden. Elektroden sind an den auf diese Weise produzierten Kondensatorvorrichtungen angebracht, um die Kondensatoren 68a zu vervollständigen.
Das Halbleitermodul 66 weist beispielsweise einen Halbleiterschalter wie einen MOSFET oder einen IGBT auf und ist im Wesentlichen in einer ebenen Form. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die rotierende elektrische Maschine 10, wie es vorstehend beschrieben worden ist, mit zwei Sätzen von Drei-Phasen-Wicklungen ausgerüstet und weist die Wechselrichterschaltungen, jeweils eine für jeden Satz der Drei-Phasen-Wicklungen, auf. Die elektrischen Komponenten 62 weisen daher insgesamt zwölf Halbleitermodule 66 auf, die in einer Ringform angeordnet sind, um eine Halbleitermodulgruppe 66A aufzubauen.
Die Halbleitermodule 66 sind zwischen dem Zylinder 61 des Gehäuses 64 und dem Kondensatormodul 68 angeordnet. Die Halbleitermodulgruppe 66A weist eine äußere Umfangsoberfläche auf, die in Kontakt mit einer inneren Umfangsoberfläche des Zylinders 61 versetzt ist. Die Halbleitermodulgruppe 66A weist ebenfalls eine innere Umfangsoberfläche auf, die in Kontakt mit einer äußeren Umfangsoberfläche des Kondensatormoduls 68 versetzt ist. Dies bewirkt, dass Wärme, wie sie in den Halbleitermodulen 66 erzeugt wird, auf die Endplatte 63 durch das Gehäuse 64 übertragen wird, so dass sie von der Endplatte 63 abgeleitet wird.
Die Halbleitermodulgruppe 66A weist vorzugsweise Abstandshalter 69 auf, die radial außerhalb der äußeren Umfangsoberfläche davon, d.h. zwischen den Halbleitermodulen 66 und dem Zylinder 71, angeordnet sind. Eine Kombination der Kondensatormodule 68 ist derart angeordnet, dass sie einen regelmäßigen zwölfeckigen Schnitt aufweist, der sich senkrecht zu der axialen Richtung davon erstreckt, während der innere Umfang des Zylinders 71 einen kreisförmigen Schnitt in Querrichtung aufweist. Die Abstandshalter 69 sind daher jeweils derart geformt, dass sie eine flache innere Umfangsoberfläche und eine gekrümmte äußere Umfangsoberfläche aufweisen. Die Abstandshalter 69 können alternativ einstückig miteinander in einer Ringform geformt sein und radial außerhalb der Halbleitermodule 66A angeordnet sein. Die Abstandshalter 69 sind thermisch hochleitend und sind beispielsweise aus Metall wie Aluminium oder einer wärmeableitenden Gelfolie gebildet. Der innere Umfang des Zylinders 71 kann alternativ derart geformt sein, dass er einen zwölfeckigen Schnitt in Querrichtung wie die Kondensatormodule 68 aufweist. In diesem Fall sind die Abstandshalter 69 jeweils derart geformt, dass sie eine flache innere Umfangsoberfläche und eine flache äußere Umfangsoberfläche aufweisen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Zylinder 71 des Gehäuses 64 darin geformt einen Kühlmittelpfad 74 auf, durch den Kühlmittel fließt. Die in den Halbleitermodulen 66 erzeugte Wärme wird ebenfalls zu dem Kühlmittel, das in dem Kühlmittelpfad 74 fließt, freigegeben. Anders ausgedrückt ist das Gehäuse 64 mit einem Kühlmechanismus ausgerüstet. Der Kühlmittelpfad 74 ist, wie es deutlich in 3 und 4 veranschaulicht ist, in einer ringförmigen Form geformt und umgibt die elektrischen Komponenten 62 (d.h. die Halbleitermodule 66 und das Kondensatormodul 68). Die Halbleitermodule 66 sind entlang der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders 71 angeordnet. Der Kühlmittelpfad 74 ist derart gelegt, dass er die Halbleitermodule 66 in der radialen Richtung überlappt.
Der Stator 50 ist außerhalb des Zylinders 71 angeordnet. Die elektrischen Komponenten 62 sind innerhalb des Zylinders 71 angeordnet. Diese Anordnung bewirkt, dass die Wärme von dem Stator 50 zu der äußeren Seite des Zylinders 71 übertragen wird und ebenfalls von den elektrischen Komponenten 62 (beispielsweise den Halbleitermodulen 66) zu der inneren Seite des Zylinders 71 übertragen wird. Es ist ebenfalls möglich, gleichzeitig den Stator 50 und die Halbleitermodule 66 zu kühlen, wodurch eine Ableitung thermischer Energie, die durch die Wärmeerzeugungselemente der rotierenden elektrischen Maschine 10 erzeugt wird, zu begünstigen.
Weiterhin ist zumindest eines der Halbleitermodule 66, die einen Teil oder alle der Wechselrichterschaltungen bilden, die zur Speisung der Statorwicklung 51 dienen, um die rotierende elektrische Maschine anzutreiben, in einer Region angeordnet, die durch den Statorkern 52 umgeben ist, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Vorzugsweise kann eines der Halbleitermodule 66 vollständig innerhalb der Region angeordnet sein, die durch den Statorkern 52 umgeben ist. Weiter vorzugsweise können alle Halbleitermodule 66 vollständig in der Region angeordnet sein, die durch den Statorkern 52 umgeben ist.
Zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 ist in einer Region angeordnet, die durch den Kühlmittelpfad 74 umgeben ist. Vorzugsweise können alle Halbleitermodule 66 in einer Region angeordnet sein, die durch ein Joch 141 umgeben ist.
Die elektrischen Komponenten 62 weisen ein Isolierblech 75, das an einer von axial gegenüberliegenden Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 angeordnet ist, und ein Verdrahtungsmodul 76 auf, das an der anderen Endoberfläche des Kondensatormoduls 68 angeordnet ist. Das Kondensatormodul 68 weist zwei axial entgegengesetzte Endoberflächen auf: eine erste Endoberfläche und eine zweite Endoberfläche. Die erste Endoberfläche des Kondensatormoduls 68, die näher an der Lagereinheit 20 ist, ist der Endoberfläche 72 des Gehäuses 64 zugewandt und ist durch das Isolierblech 75 auf die Endoberfläche 72 gelegt. Die zweite Endoberfläche des Kondensatormoduls 68, die näher an der Öffnung 65 ist, weist das darauf montierte Verdrahtungsmodul 76 auf.
Das Verdrahtungsmodul 76 weist einen aus Harz gebildeten kreisförmigen plattenförmigen Körper 76a und eine Vielzahl von Stromschienen beziehungsweise Sammelschienen 76b und 76c auf, die in dem Körper 76a eingebettet sind. Die Sammelschienen 76b und 76c verbinden die Halbleitermodule 66 und das Kondensatormodul 68 elektrisch miteinander. Insbesondere sind die Halbleitermodule 66 mit Verbindungsstiften 66a ausgerüstet, die sich von axialen Enden davon erstrecken. Die Verbindungsstifte 66a sind mit den Sammelschienen 76b radial außerhalb des Körpers 76a verbunden. Die Sammelschienen 76c erstrecken sich weg von dem Kondensatormodul 68 radial außerhalb des Körpers 76a und weisen obere Enden auf, die mit Verdrahtungselementen 79 verbunden sind (siehe 2).
Das Kondensatormodul 68 weist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, das Isolierblech 75 auf der ersten Endoberfläche darauf montiert auf. Das Kondensatormodul 68 weist ebenfalls das Verdrahtungsmodul 76 auf der zweiten Endoberfläche davon montiert auf. Das Kondensatormodul 68 weist daher zwei Wärmeableitungspfade auf, die sich von den ersten und zweiten Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 zu der Endoberfläche 72 und dem Zylinder 71 erstrecken. Insbesondere ist ein Wärmeableitungspfad definiert, der sich von der ersten Endoberfläche zu der Endoberfläche 72 erstreckt. Ein anderer Wärmeableitungspfad ist definiert, der sich von der zweiten Endoberfläche zu dem Zylinder 71 erstreckt. Dies ermöglicht, dass die Wärme von den Endoberflächen des Kondensatormoduls 68 außer der äußeren Umfangsoberfläche, auf der die Halbleitermodule 66 angeordnet sind, freigegeben wird. Anders ausgedrückt ist es möglich, die Wärme nicht nur in der radialen Richtung abzuleiten, sondern ebenfalls in der axialen Richtung.
Das Kondensatormodul 68 ist von einer hohlen zylindrischen Form und weist die Drehwelle 11 darin zu einem gegebenen Intervall weg von dem inneren Umfang des Kondensatormoduls 68 angeordnet auf, so dass Wärme, die durch das Kondensatormodul 68 erzeugt wird, von dem hohlen zylindrischen Raum abgeleitet wird. Die Drehung der Drehwelle 11 produziert üblicherweise eine Luftströmung, wodurch Kühlwirkungen verbessert werden.
Das Verdrahtungsmodul 76 weist eine daran angebrachte scheibenförmige Steuerungsplatine 67 auf. Die Steuerungsplatine 67 weist eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB) auf, auf der gegebene Verdrahtungsmuster geformt sind und die ebenfalls ICs und eine Steuerungsvorrichtung 77 aufweist, die darauf montiert sind. Die Steuerungsvorrichtung 77 dient als eine Steuerungseinrichtung und ist aus einem Mikrocomputer gebildet. Die Steuerungsplatine 67 ist an dem Verdrahtungsmodul 76 unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen wie Schrauben gesichert. Die Steuerungsplatine 67 weist eine in der Mitte davon geformte Öffnung 67a auf, durch die die Drehwelle 11 gelangt.
Das Verdrahtungsmodul 76 weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf, die einander in der axialen Richtung, das heißt, in einer Dickenrichtung des Verdrahtungsmoduls 76 entgegengesetzt sind. Die erste Oberfläche ist dem Kondensatormodul 68 zugewandt. Das Verdrahtungsmodul 76 weist die auf der zweiten Oberfläche davon montierte Steuerungsplatine 67 auf. Die Sammelschienen 76c des Verdrahtungsmoduls 76 erstrecken sich von einer der Oberflächen der Steuerungsplatine 67 zu der anderen. Die Steuerungsplatine 67 kann Ausschnitte aufweisen, um ein physikalisches Eingreifen mit den Sammelschienen 76c zu vermeiden. Beispielsweise kann die Steuerungsplatine 67 Ausschnitte aufweisen, die in Abschnitten der kreisförmigen äußeren Kante davon geformt sind.
Die elektrischen Komponenten 62 sind, wie es bereits beschrieben worden ist, innerhalb des Raums angeordnet, der durch das Gehäuse 64 umgeben ist. Das Gehäuse 30, der Rotor 40 und der Stator 50 sind außerhalb des Raums in der Form von Schichten angeordnet. Diese Struktur dient zur Abschirmung gegenüber elektromagnetische Störung, die in den Wechselrichterschaltungen erzeugt wird. Insbesondere arbeitet die Wechselrichterschaltung zur Steuerung von Schaltvorgängen der Halbleitermodule 66 in einer PWM-Steuerungsbetriebsart unter Verwendung einer gegebenen Trägerfrequenz. Die Schaltvorgänge erzeugen üblicherweise elektromagnetische Störung, gegen die das Gehäuse 30, der Rotor 40 und der Stator 50, die außerhalb der elektrischen Komponenten 62 angeordnet sind, abschirmen.
Weiterhin ist zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 innerhalb der Region angeordnet, die durch den Statorkern 52 umgeben ist, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 sich befindet, wodurch nachteilige Wirkungen von Magnetfluss, der durch die Halbleitermodule 66 an der Statorwicklung 51 erzeugt wird, im Vergleich zu einem Fall minimiert werden, in dem die Halbleitermodule 66 und die Statorwicklung 51 ohne den dazwischen angeordneten Statorkern 52 angeordnet sind. Der durch die Statorwicklung 51 erzeugte Magnetfluss beeinträchtigt auch kaum die Halbleitermodule 66. Es ist effektiver, dass die Gesamtheit der Halbleitermodule 66 sich in der Region befindet, die durch den Statorkern 52 umgeben ist, der radial außerhalb des Zylinders 71 des Gehäuses 64 angeordnet ist. Wenn zumindest ein Abschnitt der Halbleitermodule 66 durch den Kühlmittelpfad 74 umgeben ist, bietet dies den Vorteil, dass verhindert wird, dass die durch die Statorwicklung 51 oder die Magneteinheit 42 produzierte Wärme die Halbleitermodule 66 erreicht.
Der Zylinder 71 weist die Durchgangsöffnungen 78 auf, die nahe der Endplatte 63 geformt sind, und durch die die Verdrahtungselemente 79 (siehe 2) verlaufen, um den Stator 50, der außerhalb des Zylinders 71 angeordnet ist, und die elektrischen Komponenten 62 zu verbinden, die innerhalb des Zylinders 71 angeordnet sind. Die Verdrahtungselemente 79 sind, wie es in 2 veranschaulicht ist, mit Enden der Statorwicklung 51 und den Sammelschienen 76c des Verdrahtungsmoduls 76 unter Verwendung von Krimpen oder Schweißtechniken verbunden. Die Verdrahtungselemente 79 sind beispielsweise durch Sammelschienen verwirklicht, deren Verbindungsoberflächen vorzugsweise abgeflacht sind. Eine einzelne Durchgangsöffnung 78 oder eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 78 sind vorzugsweise vorgesehen. Dieses Ausführungsbeispiel weist zwei Durchgangsöffnungen 78 auf. Die Verwendung der zwei Durchgangsöffnungen 78 begünstigt die Leichtigkeit, mit der Anschlüsse, die sich von den zwei Sätzen der Drei-Phasen-Wicklungen erstrecken, durch die Verdrahtungselemente 79 verbunden werden, und ist geeignet, um mehrphasige Drahtverbindungen zu erzielen.
Der Rotor 40 und der Stator 50 sind, wie es bereits gemäß 4 beschrieben worden ist, innerhalb des Gehäuses 30 in dieser Reihenfolge in einer radial nach innen gerichteten Richtung angeordnet. Die Wechselrichtereinheit 60 ist radial innerhalb des Stators 50 angeordnet. Wenn ein Radius des inneren Umfangs des Gehäuses 30 als d definiert ist, befinden sich der Rotor 40 und der Stator 50 radial außerhalb zu einem Abstand von d x 0,705 weg von dem Drehzentrum des Rotors 40. Wenn eine Region, die sich radial innerhalb des inneren Umfangs des Stators 50 (d.h. der inneren umlaufenden Oberfläche des Statorkerns 52) befindet, als eine erste Region X1 definiert ist, und eine Region, die sich radial von dem inneren Umfang des Stators 50 zu dem Gehäuse 30 erstreckt, als eine zweite Region X2 definiert ist, ist eine Querschnittsfläche der ersten Region X1 größer als diejenige der zweiten Region X2 eingestellt. In einer Region, in der die Magneteinheit 42 des Rotors 40 die Statorwicklung 51 überlappt, ist das Volumen der ersten Region X1 größer als das der zweiten Region X2.
Der Rotor 40 und der Stator 50 sind als eine magnetische Schaltungskomponentenbaugruppe gebildet. In dem Gehäuse 30 ist die erste Region XI, die sich radial innerhalb der inneren Umfangsoberfläche der magnetischen Schaltungskomponentenbaugruppe befindet, im Volumen größer als die Region X2, die sich zwischen der inneren Umfangsoberfläche der magnetischen Schaltungskomponentenbaugruppe und dem Gehäuse 30 in der radialen Richtung befindet.
Nachstehend sind die Strukturen des Rotors 40 und des Stators 50 ausführlicher beschrieben.
Typische rotierende elektrische Maschinen sind bekannt, die mit einem Stator mit einem ringförmigen Statorkern ausgerüstet sind, der aus einem Stapel von Stahlblechen gebildet ist, und eine Statorwicklung aufweist, die in einer Vielzahl von Schlitzen beziehungsweise Nuten gewickelt ist, die in einer Umlaufrichtung des Statorkerns angeordnet sind. Insbesondere weist der Statorkern Zähne auf, die sich in einer radialen Richtung davon zu einem gegebenen Intervall weg von einem Joch erstrecken. Jeder Schlitz beziehungsweise jede Nut ist zwischen zwei radial benachbarten Zähnen geformt. In jedem Schlitz beziehungsweise jeder Nut ist eine Vielzahl von Leitern in der radialen Richtung in der Form von Schichten angeordnet, um die Statorwicklung zu formen.
Jedoch weist die vorstehend beschriebene Statorstruktur ein Risiko auf, dass, wenn die Statorwicklung gespeist wird, eine Erhöhung der magnetomotorischen Kraft in der Statorwicklung zu einer magnetischen Sättigung in den Zähnen des Statorkerns führen kann, wodurch eine Drehmomentdichte in der rotierenden elektrischen Maschine beschränkt wird. Anders ausgedrückt wird in Betracht gezogen, dass Drehfluss, wie er durch die Speisung der Statorwicklung des Statorkerns erzeugt wird, sich an den Zähnen konzentriert, was ein Risiko aufweist, dass eine magnetische Sättigung verursacht wird.
Allgemein sind IPM- (Innen-Permanentmagnet-) Rotoren bekannt, die eine Struktur aufweisen, bei der Permanentmagnete auf einer d-Achse eines d-q-Achsen-Koordinatensystems angeordnet sind, und ein Rotorkern auf einer q-Achse des d-q-Achsen-Koordinatensystems versetzt ist. Eine Erregung einer Statorwicklung nahe der d-Achse wird bewirken, dass ein erregter Magnetfluss von einem Stator zu einem Rotor entsprechend den Fleming'schen Regeln fließt. Dies bewirkt das breite Auftreten einer magnetischen Sättigung in dem Rotorkern auf der q-Achse.
7 zeigt eine Drehmomentdiagrammansicht, die eine Beziehung zwischen einer Amperewindung (AT), die eine durch die Statorwicklung erzeugte magnetomotorische Kraft repräsentiert, und einer Drehmomentdichte (Nm/L) darstellt. Eine gestrichelte Linie gibt Charakteristiken einer typischen rotierenden elektrischen Maschine mit IPM-Rotor an. 7 zeigt, dass in der typischen rotierenden elektrischen Maschine eine Erhöhung der magnetomotorischen Kraft in dem Stator ein Auftreten einer magnetischen Sättigung an zwei Stellen verursachen wird: dem Zahn zwischen den Schlitzen beziehungsweise Nuten und dem q-Achsen-Rotor (d.h. dem Rotorkern auf der q-Achse), wodurch eine Erhöhung des Drehmoments beschränkt wird. Auf diese Weise wird ein Entwurfswert der Amperewindung in der typischen rotierenden elektrischen Maschine auf A1 beschränkt.
Um das vorstehend beschriebenen Problem gemäß diesem Ausführungsbeispiel abzumildern, ist die rotierende elektrische Maschine 10 entworfen, um eine zusätzliche Struktur aufzuweisen, wie es nachstehend beschrieben ist, um die Beschränkung zu beseitigen, die aufgrund der magnetischen Sättigung auftritt. Insbesondere ist als eine erste Maßnahme der Stator 50 entworfen, eine schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur aufzuweisen, um die magnetische Sättigung zu beseitigen, die in den Zähnen des Statorkerns des Stators auftritt, und ebenfalls einen SPM- (Oberflächen-Permanentmagnet-) Rotor zu verwenden, um die magnetische Sättigung zu beseitigen, die in einem q-Achsen-Kern des IPM-Rotors auftritt. Die erste Maßnahme dient zur Beseitigung der vorstehend beschriebenen zwei Stellen, an denen die magnetische Sättigung auftritt, jedoch kann dies zu einer Verringerung des Drehmoments in einer Region mit niedrigem Strom führen (siehe eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 7). Zur Abmilderung dieses Problems wird als eine zweite Maßnahme eine polare anisotrope Struktur angewendet, um die Länge eines Magnetpfades von Magneten in der Magneteinheit 42 des Rotors 40 zu erhöhen, um eine Magnetkraft zu verbessern, damit ein Magnetfluss in dem SPM-Rotor erhöht wird, um die Drehmomentverringerung zu minimieren.
Zusätzlich wird als eine dritte Maßnahme eine abgeflachte Leiterstruktur angewendet, um eine Dicke von Leitern des Spulenseitenabschnitts 53 der Statorwicklung 51 in der radialen Richtung des Stators 50 zu verringern, um die Drehmomentverringerung zu kompensieren. Es ist denkbar, dass die vorstehend beschriebene magnetkraftverstärkte polare anisotrope Struktur zu einem Fluss von einem hohen Wirbelstrom in der Statorwicklung 51 führt, die der Magneteinheit 42 zugewandt ist. Die dritte Maßnahme dient jedoch dazu, die abgeflachte Leiterstruktur anzuwenden, bei der die Leiter eine verringerte Dicke in der radialen Richtung aufweisen, wodurch die Erzeugung des Wirbelstroms in der Statorwicklung 51 in der radialen Richtung minimiert wird. Auf diese Weise wird erwartet, dass die vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Strukturen, wie es durch eine durchgezogene Linie in 7 gezeigt ist, stark die Drehmomentcharakteristiken unter Verwendung von Hochmagnetkraft-Magneten verbessern und ebenfalls ein Risiko der Erzeugung eines hohen Wirbelstroms, der aus der Verwendung der Hochmagnetkraft-Magneten resultiert, behebt.
Zusätzlich wird als eine vierte Maßnahme eine Magneteinheit angewendet, die eine polare anisotrope Struktur aufweist, um eine Magnetdichteverteilung zu erzeugen, die sich einer Sinuswelle annähert. Dies erhöht einen Sinuswellenübereinstimmungsanteil unter Verwendung einer Impulssteuerung, wie es später beschrieben ist, um das Drehmoment zu verbessern, und führt ebenfalls zu einer moderaten Änderung in dem Magnetfluss, wodurch ein Wirbelstromverlust (d.h., ein Kupferverlust, der durch Wirbelstrom verursacht wird) im Vergleich zu radialen Magneten minimiert wird.
Der Sinuswellenübereinstimmungsanteil ist nachstehend beschrieben. Der Sinuswellenübereinstimmungsanteil kann durch Vergleichen einer Wellenform, eines Zyklus und eines Spitzenwerts einer Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung, die durch tatsächliches Bewegen eines Magnetflussfühlers auf einer Oberfläche eines Magneten gemessen wird, mit denjenigen einer Sinuswelle hergeleitet werden. Der Sinuswellenübereinstimmungsanteil ist durch einen Anteil einer Amplitude einer primären Wellenform, die eine Wellenform einer Grundwelle in einer rotierenden elektrischen Maschine ist, zu derjenigen der tatsächlich gemessenen Wellenform, das heißt einer Amplitude der Grundwelle, zu der eine Oberschwingungskomponente addiert wird, gegeben. Eine Erhöhung des Sinuswellenübereinstimmungsanteils wird bewirken, dass die Wellenform in der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung sich der Wellenform der Sinuswelle annähert. Wenn ein elektrischer Strom einer primären Sinuswelle von einem Wechselrichter einer rotierenden elektrischen Maschine zugeführt wird, die mit Magneten ausgerüstet ist, die einen verbesserten Sinuswellenübereinstimmungsanteil aufweisen, wird dies die Erzeugung eines großen Ausmaßes eines Drehmoments bewirken, kombiniert mit der Tatsache, dass die Wellenform in der Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung des Magneten nahe an der Wellenform einer Sinuswelle ist. Die Oberflächenmagnetflussdichtenverteilung kann alternativ unter Verwendung einer elektromagnetischen Analyse entsprechend den Maxwell-Gleichungen hergeleitet werden.
Als eine fünfte Maßnahme ist die Statorwicklung 51 entworfen, eine Leiterstrangstruktur aufzuweisen, die aus einem Bündel von Drähten gebildet ist. In der Leiterstrangstruktur der Statorwicklung 51 sind die Drähte parallel zueinander geschaltet, wodurch das Fließen eines hohen Stroms oder einer hohen Größe von Strom in der Statorwicklung 51 ermöglicht wird und ebenfalls ein Wirbelstrom, der in den Leitern auftritt, die in der Umlaufrichtung des Stators 50 verbreitert sind, effektiver als bei der dritten Maßnahme minimiert wird, bei der die Leiter in der radialen Richtung abgeflacht sind, da jeder der Drähte eine verringerte Querschnittsfläche aufweist. Die Verwendung des Bündels der Drähte wird das Auftreten eines Wirbelstroms aufgrund eines Magnetflusses aufheben, der entsprechend dem Ampereschen Schaltungsgesetz in Reaktion auf die magnetomotorische Kraft auftritt, die durch die Leiter erzeugt wird.
Die Verwendung der vierten und fünften Maßnahmen minimiert den Wirbelstromverlust, der aus der hohen magnetischen Kraft resultiert, die durch die Hochmagnetkraft-Magneten erzeugt wird, die durch die zweite Maßnahme bereitgestellt sind, und verbessert ebenfalls das Drehmoment.
Die schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur des Stators 50, die abgeflachte Leiterstruktur der Statorwicklung 51 und die polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 sind nachstehend beschrieben. Die schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur des Stators 50 und die abgeflachte Leiterstruktur der Statorwicklung 51 sind zunächst beschrieben. 8 zeigt eine Querschnittsansicht, die den Rotor 40 und den Stator 50 veranschaulicht. 9 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht, die den Rotor 40 und den Stator 50 in 8 veranschaulicht. 10 zeigt eine Querschnittsansicht des Stators 50, die entlang der Linie X-X in 11 entnommen ist. 11 zeigt eine Längsschnittansicht des Stators 50. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Statorwicklung 51. 8 und 9 geben Richtungen der Magnetisierung der Magnete der Magneteinheit 42 unter Verwendung von Pfeilen an.
Der Statorkern 52 ist, wie es deutlich in 8 bis 11 veranschaulicht ist, von einer zylindrischen Form und aus einer Vielzahl von Magnetstahlblechen aufgebaut, die in der axialen Richtung des Statorkerns 52 gestapelt sind, um eine gegebene Dicke in einer radialen Richtung des Statorkerns 52 aufzuweisen. Die Statorwicklung 51 ist an dem äußeren Umfang des Statorkerns 52 montiert, der dem Rotor 40 zugewandt ist. Die äußere Umfangsoberfläche des Statorkerns 52, die dem Rotor 40 zugewandt ist, dient als ein Leitermontageabschnitt (d.h. eine Leiterfläche). Die äußere Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 ist als eine gekrümmte Oberfläche ohne irgendwelche Irregularitäten geformt. Eine Vielzahl von Leitergruppen 81 sind an der äußeren Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 zu gegebenen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Statorkerns 52 angeordnet. Der Statorkern 52 fungiert als ein Gegenjoch, das ein Abschnitt eines Magnetkreises ist, der arbeitet, um dem Rotor 40 zu drehen. Der Stator 50 ist entworfen, eine Struktur aufzuweisen, bei der ein Zahn (d.h. ein Kern), der aus einem weichmagnetischen Material aufgebaut ist, nicht zwischen jeweiligen zweien der Leitergruppen 81 angeordnet ist, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind (d.h. die schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Harzmaterial des Dichtungselements 57 in dem Raum oder der Spalte 56 zwischen jeweiligen benachbarten zweien der Leitergruppen 81 angeordnet. Anders ausgedrückt weist der Stator 50 ein Zwischenleiterelement auf, das zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet ist, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung des Stators 50 angeordnet sind, und aus einem nichtmagnetischen Material aufgebaut sind. Die Zwischenleiterelemente dienen als die Dichtungselemente 57. Bevor die Dichtungselemente 57 zum Dichten der Lücken 56 platziert werden, werden die Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung radial außerhalb des Statorkerns 52 zu einem gegebenen Intervall weg voneinander durch die Spalte 56, die Leiter-zu-Leiter-Regionen sind, angeordnet. Dies ergibt die nutenlose Struktur des Stators 50. Anders ausgedrückt ist jede der Leitergruppen 81, wie es später ausführlich beschrieben ist, aus zwei Leitern 82 aufgebaut. Ein Intervall zwischen jeweiligen zweien der Leitergruppen 81, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung des Stators 50 angeordnet sind, ist lediglich durch ein nichtmagnetisches Material belegt. Das nichtmagnetische Material, auf das sich hier bezogen wird, weist ein nichtmagnetisches Gas wie Luft oder eine nichtmagnetische Flüssigkeit auf. In der nachfolgenden Beschreibung sind die Dichtungselemente 57 ebenfalls als Zwischenleiterelemente bezeichnet.
Die Struktur, wie sich hierin darauf bezogen wird, bei der die Zähne jeweils zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet sind, die in der Umlaufrichtung regelmäßig angeordnet sind, bedeutet, dass jeder der Zähne eine gegebene Dicke in der radialen Richtung aufweist und eine gegebene Breite in der Umlaufrichtung des Stators 50 aufweist, so dass ein Abschnitt des Magnetkreises, das heißt ein magnetischer Magnetpfad, zwischen den benachbarten Leitergruppen 81 liegt. Im Gegensatz dazu bedeutet die Struktur, bei der kein Zahn zwischen den benachbarten Leitergruppen 81 liegt, dass es keinen Magnetkreis zwischen den benachbarten Leitergruppen 81 gibt.
Die Statorwicklung (d.h. die Ankerwicklung) 51 weist, wie es in 10 veranschaulicht ist, eine gegebene Dicke T2 (die nachstehend auch als erste Abmessung bezeichnet ist) und eine Breite W2 (die nachstehend auch als eine zweite Abmessung bezeichnet ist) auf. Die Dicke T2 ist durch einen minimalen Abstand zwischen einer äußeren Seitenoberfläche und einer inneren Seitenoberfläche der Statorwicklung 51 gegeben, die einander in der radialen Richtung des Stators 50 gegenüberliegen. Die Breite W2 ist durch eine Abmessung eines Abschnitts der Statorwicklung 51 gegeben, die als eine der mehreren Phasen (d.h. der U-Phase, der V-Phase, der W-Phase, der X-Phase, der Y-Phase und der Z-Phase gemäß diesem Ausführungsbeispiel) der Statorwicklung 51 in der Umlaufrichtung fungiert. Insbesondere ist in einem Fall, in dem die zwei Leitergruppen 81, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung gemäß 10 angeordnet sind, als eine der drei Phasen, beispielsweise die U-Phasen-Wicklung, dienen, ein Abstand zwischen in Umlaufrichtung äußersten Enden der zwei in Umlaufrichtung benachbarten Leitergruppen 81 die Breite W2. Die Dicke T2 ist kleiner als die Breite W2.
Die Dicke T2 ist vorzugsweise kleiner als die Summe der Breiten der zwei Leitergruppen 81 innerhalb der Breite W2 eingestellt. Falls die Statorwicklung 51 (genauer der Leiter 82) entworfen ist, einen echten kreisförmigen Querschnitt, einen ovalen Querschnitt oder einen polygonalen Querschnitt aufzuweisen, kann der Querschnitt des Leiters 82, der in der radialen Richtung des Stators 50 entnommen ist, geformt sein, eine maximale Abmessung W12 in der radialen Richtung des Stators 50 und eine maximale Abmessung W11 in der Umlaufrichtung des Stators 50 aufzuweisen.
Die Statorwicklung 51 ist, wie es aus 10 und 11 hervorgeht, durch die Dichtungselemente 57 abgedichtet, die durch einen synthetischen Harzverguss geformt sind. Insbesondere werden die Statorwicklung 51 und der Statorkern 52 in eine Form zusammen eingesetzt, wenn die Dichtungselemente 57 durch das Harz vergossen werden. Das Harz kann als ein nichtmagnetisches Material oder ein Äquivalent davon betrachtet werden, dessen Bs (Sättigungsmagnetflussdichte) Null ist.
Wenn ein Querschnitt in 10 betrachtet wird, sind die Dichtungselemente 57 bereitgestellt, indem synthetisches Harz in die Spalte 56 zwischen den Leitergruppen 81 platziert wird. Die Dichtungselemente 57 dienen als Isolatoren, die zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet sind. Anders ausgedrückt fungiert jedes der Dichtungselemente 57 als ein Isolator in einer der Spalten 56. Die Dichtungselemente 57 belegen eine Region, die sich radial außerhalb des Statorkerns 52 befindet und alle Leitergruppen 81 aufweist, anders ausgedrückt, die derart definiert ist, dass sie eine Abmessung aufweist, die größer als jede der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung ist.
Wenn ein Längsschnitt in 11 betrachtet wird, liegen die Dichtungselemente 57 derart, dass eine Region einschließlich der Windungen 84 der Statorwicklung 51 belegt wird. Radial innerhalb der Statorwicklung 51 liegen die Dichtungselemente 57 in einer Region einschließlich zumindest eines Abschnitts der axial entgegengesetzten Enden des Statorkerns 52. In diesem Fall ist die Statorwicklung 51 vollständig durch das Harz abgedichtet, mit Ausnahme der Enden jeder Phasenwicklung, d.h., von Anschlüssen, die mit den Wechselrichterschaltungen verbunden sind.
Die Struktur, bei der die Dichtungselemente 57 in der Region einschließlich der Enden des Statorkerns 52 angeordnet sind, ermöglicht es den Dichtungselementen 57, den Stapel der Stahlbleche des Statorkerns 52 nach innen in der axialen Richtung zusammenzudrücken. Anders ausgedrückt arbeiten die Dichtungselemente 57, um den Stapel der Stahlbleche des Statorkerns 52 fest zurückzuhalten. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die innere Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 nicht unter der Verwendung von Harz abgedichtet, jedoch kann die Gesamtheit des Statorkerns 52 einschließlich der inneren Umfangsoberfläche unter Verwendung von Harz abgedichtet werden.
In einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug verwendet wird, sind die Dichtungselemente 57 vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Fluorharz, Epoxidharz, PPS-Harz, PEEK-Harz, LCP-Harz, Silikonharz, PAI-Harz oder PI-Harz aufgebaut. Im Hinblick auf einen linearen Ausdehnungskoeffizienten zur Minimierung eines Bruchs der Dichtungselemente 57 aufgrund einer Expansionsdifferenz sind die Dichtungselemente 57 vorzugsweise aus demselben Material wie eine äußere Folie der Leiter der Statorwicklung 51 aufgebaut. Das Silikonharz, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient das doppelte oder mehr der anderen Harze ist, wird vorzugsweise von dem Material der Dichtungselemente 57 ausgeschlossen. In einem Fall elektrischer Produkte, wie Elektrofahrzeugen, die nicht mit einer Verbrennungsmaschine ausgerüstet sind, kann PPO-Harz, Phenol-Harz oder FRP-Harz verwendet werden, die 180°C widerstehen, mit Ausnahme in Feldern, in denen erwartet wird, dass eine Umgebungstemperatur der rotierenden elektrischen Maschine nicht höher als 100°C ist.
Das Ausmaß eines Drehmoments, das von der rotierenden elektrischen Maschine 10 abgegeben wird, ist üblicherweise proportional zu dem Ausmaß eines Magnetflusses. In einem Fall, in dem ein Statorkern mit Zähnen ausgerüstet ist, wird eine maximale Größe von Magnetfluss in dem Statorkern in Abhängigkeit von der Sättigungsmagnetflussdichte in den Zähnen beschränkt, während in einem Fall, in dem der Statorkern nicht mit Zähnen ausgerüstet ist, die maximale Größe des Magnetflusses in dem Statorkern nicht beschränkt ist. Eine derartige Struktur ist daher nützlich zur Erhöhung einer Größe von elektrischem Strom, der der Statorwicklung 51 zugeführt wird, um das Ausmaß eines Drehmoments zu erhöhen, das durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird.
Dieses Ausführungsbeispiel wendet die schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur an, bei der der Stator 50 nicht mit Zähnen ausgerüstet ist, was zu einer Verringerung in der Induktivität des Stators 50 führt. Insbesondere weist ein Stator einer typischen rotierenden elektrischen Maschine, bei der Leiter in Schlitzen beziehungsweise Nuten angeordnet sind, die durch Zähne voneinander isoliert sind, eine Induktivität von angenähert 1 mH auf, wohingegen der Stator 50 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine verringerte Induktivität von 5 bis 60 µH aufweist. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Bauart mit äußerem Rotor, weist jedoch eine verringerte Induktivität des Stators 50 auf, so dass eine mechanische Zeitkonstante Tm verringert ist. Anders ausgedrückt ist die rotierende elektrische Maschine 10 in der Lage, ein hohes Ausmaß an Drehmoment auszugeben, und ist entworfen, einen verringerten Wert der mechanischen Zeitkonstante Tm aufzuweisen. Wenn Trägheit als J definiert ist, Induktivität als L definiert ist, eine Drehmomentkonstante als Kt definiert ist und eine gegenelektromotorische Kraftkonstante als Ke definiert ist, wird die mechanische Zeitkonstante Tm entsprechend der Gleichung Tm = (J x L) / (Kt x Ke) berechnet. Dies zeigt, dass eine Verringerung der Induktivität L zu einer Verringerung der mechanischen Zeitkonstanten Tm führen wird.
Jede der Leitergruppen 81, die radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet sind, ist aus einer Vielzahl von Leitern 82 aufgebaut, deren Querschnitt von einer abgeflachten rechteckigen Form ist und die aneinander in der radialen Richtung des Statorkerns 52 angeordnet sind. Jeder der Leiter 82 ist derart ausgerichtet, dass er einen Querschnitt aufweist, der die Beziehung erfüllt: radiale Abmessung < Umlaufabmessung. Dies bewirkt, dass jede der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung dünn ist. Eine leitende Region der Leitergruppe 81 erstreckt sich ebenfalls innerhalb einer Region, die durch Zähne eines typischen Stators belegt ist. Dies erzeugt eine Struktur mit abgeflachter leitender Region, bei der eine Schnittfläche von jedem der Leiter 82 in der Umlaufrichtung erhöht ist, wodurch ein Risiko behoben wird, dass die Größe von thermischer Energie durch eine Verringerung in der Querschnittsfläche eines Leiters aufgrund des Abflachens des Leiters erhöht werden kann. Eine Struktur, bei der eine Vielzahl von Leitern in der Umlaufrichtung angeordnet sind und parallel zueinander geschaltet sind, wird üblicherweise einer Verringerung der Querschnittsfläche der Leiter durch eine Dicke einer Beschichtungsschicht der Leiter unterzogen, weist jedoch Vorteile auf, die aus denselben Gründen wie vorstehend beschrieben erhalten werden. In der nachfolgenden Beschreibung ist jede der Leitergruppen 81 oder jeder der Leiter 82 ebenfalls als leitendes Element bezeichnet.
Der Stator 50 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist, wie es bereits beschrieben worden ist, entworfen, keine Schlitze beziehungsweise Nuten aufzuweisen, wodurch ermöglicht wird, die Statorwicklung 51 derart zu entworfen, dass sie eine leitende Region eines gesamten Umlaufabschnitts des Stators 50 aufweist, die größer als eine nichtleitende Region ist, die nicht durch die Statorwicklung 51 in dem Stator 50 belegt wird. In typischen rotierenden elektrischen Maschinen für Fahrzeuge ist ein Verhältnis der leitenden Region/der nichtleitenden Region üblicherweise eins oder weniger. Im Gegensatz dazu weist dieses Ausführungsbeispiel die Leitergruppen 81 auf, die angeordnet sind, eine leitende Region aufzuweisen, die im Wesentlichen identisch mit der Größe oder größer als die nichtleitende Region ist. Falls die Leiterregion, wie sie in 10 veranschaulicht ist, die durch den Leiter 82 belegt ist (d.h., der gerade Abschnitt 83, der später ausführlich beschrieben wird) in der Umlaufrichtung als WA definiert ist, und eine Leiter-zu-Leiter-Region, die ein Intervall zwischen jeweiligen benachbarten zweien der Leiter 82 ist, als WB definiert ist, ist die Leiterregion WA größer als die Leiter-zu-Leiter-Region WB in der Umlaufrichtung.
Die Leitergruppe 81 der Statorwicklung 51 weist eine Dicke in der radialen Richtung davon auf, die kleiner als eine Umlaufbreite eines Abschnitts der Statorwicklung 51 ist, der in einer Region von einem Magnetpol liegt und als eine der Phasen der Statorwicklung 51 dient. In der Struktur, bei der jeder der Leitergruppen 81 aus zwei Leitern 82 aufgebaut ist, die in der Form von zwei Schichten gestapelt sind, die aufeinander in der radialen Richtung liegen, und die zwei Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung innerhalb einer Region von einem Magnetpol für jede Phase angeordnet sind, ist eine Beziehung von Tc x 2 < Wc x 2 erfüllt, wobei Tc die Dicke von jedem der Leiter 82 in der radialen Richtung ist und Wc die Breite von jeder der Leiter 82 in der Umlaufrichtung ist. In einer anderen Struktur, bei der jede der Leitergruppen 81 aus zwei Leitern 82 aufgebaut ist, und jede der Leitergruppen 81 innerhalb der Region von einem Magnetpol für jede Phase liegt, ist vorzugsweise eine Beziehung Tc x 2 < Wc erfüllt. Anders ausgedrückt ist in der Statorwicklung 51, die entworfen ist, Leiterabschnitte (d.h. die Leitergruppen 81) aufzuweisen, die zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind, die Dicke von jedem Leiterabschnitt (d.h. der Leitergruppe 81) in der radialen Richtung kleiner als die Breite eines Abschnitts der Statorwicklung 51 eingestellt, der in der Region von einem Magnetpol für jede Phase in der Umlaufrichtung liegt.
Anders ausgedrückt ist jeder der Leiter 82 vorzugsweise derart geformt, dass er die Dicke Tc in der radialen Richtung hat, die kleiner als die Breite Wc in der Umlaufrichtung ist. Die Dicke 2Tc von jeder der Leitergruppen 81 ist aus einem Stapel von zwei Leitern 82 in der radialen Richtung gebildet, die vorzugsweise kleiner als die Breite Wc von jeder der Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung ist.
Das Ausmaß eines Drehmoments, das von der rotierenden elektrischen Maschine 10 produziert wird, ist im Wesentlichen umgekehrt proportional zu der Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung. Die Leitergruppen 81, die radial außerhalb des Statorkerns 52 angeordnet sind, sind, wie es vorstehend beschrieben worden ist, entworfen, eine Dicke aufzuweisen, die in der radialen Richtung verringert ist. Dieser Entwurf ist nützlich bei der Erhöhung des Ausmaßes eines Drehmoments, das von der rotierenden elektrischen Maschine 10 abgegeben wird. Dies liegt daran, dass ein Abstand zwischen der Magneteinheit 42 des Rotors 40 und dem Statorkern 52 (d.h., ein Abstand, in dem kein Eisen vorhanden ist) verringert werden kann, um den magnetischen Widerstandswert zu verringern. Dies ermöglicht es, eine Magnetflussverkettung in dem Statorkern 52, der durch die Permanentmagneten produziert wird, zu erhöhen, um das Drehmoment zu verbessern.
Die Verringerung der Dicke der Leitergruppen 81 begünstigt die Leichtigkeit, mit der ein Magnetfluss, der aus den Leitergruppen 81 streut, in dem Statorkern 52 gesammelt wird, wodurch verhindert wird, dass der Magnetfluss nach außerhalb des Statorkerns 52 heraus streut, ohne dass er zur Verbesserung des Drehmoments verwendet wird. Dies vermeidet einen Abfall in der Magnetkraft aufgrund der Streuung des Magnetflusses und erhöht die Magnetflussverkettung in dem Statorkern 52, der durch die Permanentmagneten produziert wird, wodurch das Drehmoment verbessert wird.
Jeder der Leiter 82 ist aus einem beschichteten Leiter aufgebaut, der durch Abdecken der Oberfläche eines Leiterkörpers 82a mit einer Beschichtung 82b geformt wird. Die Leiter 82, die aufeinander in der radialen Richtung gestapelt sind, sind daher voneinander isoliert. Gleichermaßen sind die Leiter 82 von dem Statorkern 52 isoliert. Die Isolierbeschichtung 82b kann eine Beschichtung jedes Drahts 86 sein, wie es nachstehend ausführlich beschrieben ist, in einem Fall, in dem jeder Draht 86 aus einem Draht mit einer selbstklebenden Beschichtung gebildet ist, oder kann durch einen zusätzlichen Isolator gebildet werden, der auf einer Beschichtung jedes Drahts 86 angeordnet ist. Jede Phasenwicklung, die durch die Leiter 82 gebildet wird, ist durch die Beschichtung 82b mit Ausnahme eines freigelegten Abschnitts davon zu Verbindungszwecken isoliert. Der freigelegte Abschnitt weist beispielsweise einen Eingangs- oder einen Ausgangsanschluss oder einen Neutralpunkt im Falle einer Sternschaltung auf. Die Leitergruppen 81, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind, sind fest miteinander unter Verwendung von Harz oder selbstklebendem beschichteten Draht fest aneinandergeheftet, wodurch das Risiko eines Isolationsdurchbruchs, einer mechanischen Vibration oder Störung minimiert wird, die durch Reiben der Leiter 82 verursacht werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Leiterkörper 82a aus einer Sammlung von einer Vielzahl von Drähten 86 gebildet. Insbesondere ist der Leiterkörper 82a, wie aus 13 hervorgeht, aus einem Strang der verdrillten Drähte 86 gebildet. Jeder der Drähte 86 ist, wie es aus 14 hervorgeht, aus einem Bündel einer Vielzahl dünner leitender Fasern 87 gebildet. Beispielsweise ist jeder der Drähte 86 aus einem Komplex von CNT- (Kohlenstoffnanoröhren-) Fasern gebildet. Die CNT-Fasern weisen Bor-enthaltende Mikrofasern auf, bei denen zumindest ein Teil von Kohlenstoff mit Bor ersetzt ist. Statt der CNT-Fasern, die kohlenstoffbasierte Mikrofasern sind, kann eine dampfgewachsene Kohlenstofffaser (VGCF, vapor grown carbon fiber) verwendet werden, jedoch wird CNT-Faser vorgezogen. Die Oberfläche des Drahts 86 ist mit einer Schicht von isolierendem Polymer wie Emaille bedeckt. Die Oberfläche des Drahts 86 ist vorzugsweise mit einer Emaillebeschichtung wie einer Polyimid-Beschichtung oder einer Amid-Imid-Beschichtung bedeckt.
Die Leiter 82 bilden n-Phasen-Wicklungen der Statorwicklung 51. Die Drähte 86 von jedem der Leiter 82 (d.h. des Leitungskörpers 82a) sind in Kontakt miteinander versetzt. Jeder der Leiter 82 weist einen oder mehrere Abschnitte auf, die durch Verdrillen der Drähte 86 geformt sind und einen oder mehrere Abschnitte einer entsprechenden einen der Phasenwicklungen definieren. Ein Widerstandswert zwischen den verdrillten Drähten 86 ist größer als von jedem der Drähte 86. Anders ausgedrückt weisen die jeweiligen benachbarten zwei Drähte 86 einen ersten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Richtung auf, in der die Drähte 86 benachbart zueinander angeordnet sind. Jeder der Drähte 86 weist einen zweiten elektrischen spezifischen Widerstand in einer Längsrichtung des Drahts 86 auf. Der erste elektrische spezifische Widerstand ist größer als der zweite elektrische spezifische Widerstand. Jeder der Leiter 82 kann durch eine Anordnung von Drähten, d.h. der verdrillten Drähte 86, die mit Isolierelementen bedeckt sind, deren erster elektrischer spezifischer Widerstand sehr hoch ist, gebildet sein. Der Leiterkörper 82a von jedem der Leiter 82 ist aus einem Strang der verdrillten Drähte 86 gebildet.
Der Leiterkörper 82a ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, aus den verdrillten Drähten 86 gebildet, wodurch ein in jedem der Drähte 86 erzeugter Wirbelstrom reduziert wird, was einen Wirbelstrom in dem Leiterkörper 82a reduziert. Jeder der Drähte 86 ist verdrillt, wodurch bewirkt wird, dass jeder der Drähte 86 Abschnitte aufweist, in denen Richtungen eines angelegten Magnetfeldes entgegengesetzt zueinander sind, was eine gegenelektromotorische Kraft aufhebt. Dies führt zu einer Reduktion des Wirbelstroms. Insbesondere ist jeder der Drähte 86 aus den leitenden Fasern 87 gebildet, wodurch ermöglicht wird, dass die leitenden Fasern 87 dünn sind, und ebenfalls ermöglicht wird, dass die Anzahl der Male, wie oft die leitenden Fasern 87 verdrillt werden, erhöht wird, was die Reduktion des Wirbelstroms verbessert.
Wie die Drähte 86 voneinander isoliert werden, ist nicht auf die vorstehend beschriebene Verwendung der Polymerisolierschicht begrenzt, sondern es kann ein Kontaktwiderstandswert verwendet werden, um einem Stromfluss zwischen den Drähten 86 zu widerstehen. Anders ausgedrückt wird der vorstehend beschriebene Vorteil durch eine Differenz im Potential aufgrund einer Differenz zwischen dem Widerstandswert zwischen den verdrillten Drähten 86 und dem Widerstandswert von jedem der Drähte 86 erhalten, solange wie der Widerstandswert zwischen den Drähten 86 größer als derjenige von jedem der Drähte 86 ist. Beispielsweise kann der Kontaktwiderstandswert erhöht werden, indem eine Produktionsausrüstung für die Drähte 86 und eine Produktionsausrüstung für den Stator 50 (d.h. einen Anker) der rotierenden elektrischen Maschine 10 als diskrete Vorrichtungen verwendet werden, um zu bewirken, dass die Drähte 86 während einer Transportzeit oder einer Arbeitspause oxidiert werden.
Jeder der Leiter 82 ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, von einer Niedrigprofilform oder einer abgeflachten rechteckigen Form im Querschnitt. Die mehreren Leiter 82 sind in der radialen Richtung angeordnet. Jeder der Leiter 82 ist aus einem Strang der Drähte 86 gebildet, die jeweils durch einen selbstklebenden Beschichtungsdraht geformt sind, der beispielsweise eine Aufschmelzungs- oder Bondschicht oder eine Isolierschicht ausgerüstet ist, und die mit dem zusammen verschmolzenen Bondschichten verdrillt sind. Jeder der Leiter 82 kann alternativ durch Formen von verdrillten Drähten ohne eine Bondschicht oder verdrillten selbstklebenden Beschichtungsdrähten in eine gewünschte Form unter Verwendung von synthetischem Harz gebildet werden. Die Isolierbeschichtung 82b von jedem der Leiter 82 kann eine Dicke von 80 µm bis 100 µm aufweisen, die dicker als diejenige einer Beschichtung eines typischen Drahts ist (d.h. 5 µm bis 40 µm). In diesem Fall wird ein erforderliches Ausmaß von Isolierung zwischen den Leitern 82 erzielt, selbst wenn keine Isolierfolie zwischen den Leitern 82 angeordnet wird.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die Isolierbeschichtung 82b ein höheres Ausmaß von Isolierung als die Isolierschicht des Drahts 86 aufweist, um eine Isolierung zwischen den Phasenwicklungen zu erzielen. Beispielsweise weist die Polymerisolierschicht des Drahts 86 eine Dicke von beispielsweise 5 µm auf. In diesem Fall ist die Dicke der Isolierbeschichtung 82b des Leiters 82 vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie 80 µm bis 100 µm ist, um die Isolierung zwischen den Phasenwicklungen zu erzielen.
Jeder der Leiter 82 kann alternativ aus einem Bündel von nicht verdrillten Drähten 86 gebildet werden. Kurz gesagt kann jeder der Leiter 82 aus einem Bündel der Drähte 86 gebildet werden, bei denen die gesamten Längen verdrillt sind, bei denen Abschnitte verdrillt sind, oder bei denen die gesamten Längen nicht verdrillt sind. Jeder der Leiter 82, die den Leiterabschnitt bilden, ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, aus einem Bündel der Drähte 86 gebildet. Der Widerstand zwischen den Drähten 86 ist größer als der von jedem der Drähte 86.
Die Leiter 82 sind jeweils gebogen und in einem gegebenen Muster in der Umlaufrichtung der Statorwicklung 51 angeordnet, wodurch die Phasenwicklungen der Statorwicklung 51 geformt werden. Die Statorwicklung 51 weist, wie es in 12 veranschaulicht ist, den Spulenseitenabschnitt 53 und die Spulenenden 54 und 55 auf. Die Leiter 82 weisen die geraden Abschnitte 83 auf, die sich gerade in der axialen Richtung der Statorwicklung 51 erstrecken und den Spulenseitenabschnitt 53 bilden. Die Leiter 82 weisen die Windungen 84, die außerhalb des Spulenseitenabschnitts 53 angeordnet sind, in der axialen Richtung auf, und bilden die Spulenenden 54 und 55. Jeder der Leiter 82 ist aus einer wellenförmigen Leiterabfolge gebildet, die durch abwechselndes Anordnen der geraden Abschnitte 83 und der Windungen 84 geformt ist. Die geraden Abschnitte 83 sind derart angeordnet, dass sie der Magneteinheit 42 in der radialen Richtung zugewandt sind. Die geraden Abschnitte 83 sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander angeordnet und miteinander unter Verwendung der Windungen 84 zusammengesetzt, die sich außerhalb der Magneteinheit 42 in der axialen Richtung befinden. Die geraden Abschnitte 83 entsprechen einem dem Magneten zugewandten Abschnitt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 51 in der Form einer ringförmigen verteilten Wicklung geformt. In dem Spulenseitenabschnitt 53 sind die geraden Abschnitte 83 zu einem Intervall weg voneinander angeordnet, das jedem Polpaar der Magneteinheit 42 für jede Phase entspricht. In jedem der Spulenenden 54 und 55 sind die geraden Abschnitte 83 für jede Phase durch die Windung 84 miteinander zusammengesetzt, die von einer V-Form ist. Die geraden Abschnitte 83, die für jedes Polpaar gepaart sind, sind entgegengesetzt zueinander in einer Richtung des Flusses von elektrischem Strom. Jeweils zwei der geraden Abschnitte 83, die durch jede der Windungen 84 zusammengesetzt sind, sind zwischen dem Spulenende 54 und dem Spulenende 55 unterschiedlich. Die Verbindungen der geraden Abschnitte 83 durch die Windungen 84 sind in der Umlaufrichtung an jedem der Spulenenden 54 und 55 angeordnet, um die Statorwicklung in einer hohlen zylindrischen Form zu vervollständigen.
Genauer ist die Statorwicklung 51 aus zwei Paaren der Leiter 82 für jede Phase aufgebaut. Die Statorwicklung 51 ist mit einem ersten Drei-Phasen-Wicklungssatz, der die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung aufweist, und einem zweiten Drei-Phasen-Wicklungssatz ausgerüstet, der die X-Phasen-Wicklung, die Y-Phasen-Wicklung und die Z-Phasen-Wicklung aufweist. Der erste Drei-Phasen-Wicklungssatz und der zweite Drei-Phasen-Wicklungssatz sind benachbart zueinander in der radialen Richtung in der Form von zwei Schichten angeordnet. Wenn die Anzahl der Phasen der Statorwicklung 51 als S (d.h. 6 gemäß diesem Ausführungsbeispiel) definiert ist, die Anzahl der Leiter 82 für jede Phase als m definiert ist, werden 2 × S × m = 2Sm Leiter 82 für jedes Polpaar in der Statorwicklung 51 verwendet. Die rotierende elektrische Maschine gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist derart entworfen, dass die Anzahl der Phasen S 6 ist, die Anzahl m 4 ist, und 8 Polpaare verwendet werden. 6 × 4 × 8 = 192 Leiter 82 sind in der Umlaufrichtung des Statorkerns 52 angeordnet.
Die Statorwicklung 51 in 12 ist entworfen, den Spulenseitenabschnitt 53 aufzuweisen, der die geraden Abschnitte 82 aufweist, die in der Form von zwei überlappenden Schichten angeordnet sind, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind. Jedes der Spulenenden 54 und 55 weist jeweils zwei der Windungen 84 auf, die sich von den radial überlappenden geraden Abschnitten 82 in entgegengesetzten Umlaufrichtungen erstrecken. Anders ausgedrückt sind die Leiter 82, die benachbart zueinander in der radialen Richtung angeordnet sind, in der Richtung, in der die Windungen 84 sich erstrecken, entgegengesetzt zueinander, mit Ausnahme der Enden der Statorwicklung 51.
Eine Wicklungsstruktur der Leiter 82 der Statorwicklung 51 ist nachstehend ausführlich beschrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Leiter 82, die in der Form einer Wellenwicklung geformt sind, in der Form einer Vielzahl von Schichten (beispielsweise zwei Schichten) vorgesehen, die benachbart zueinander angeordnet sind, oder sich in der radialen Richtung einander überlappen. 15(a) und 15(b) veranschaulichen die Anordnung der Leiter 82, die die n-te Schicht formen. 15(a) zeigt die Konfigurationen des Leiters 82, wenn die Seite der Statorwicklung 51 betrachtet wird. 15(b) zeigt die Konfigurationen der Leiter 82, wie in der axialen Richtung der Statorwicklung 51 betrachtet. In 15(a) und 15(b) sind die Orte der Leitergruppen 81 durch Symbole D1, D2, D3 ... und D9 angegeben. Der Einfachheit der Offenbarung halber zeigen 15(a) und 15(b) lediglich drei Leiter 82, die nachstehend hier als erster Leiter 82_A, zweiter Leiter 82_B und dritter Leiter 82_C bezeichnet sind.
Die Leiter 82_A bis 82_C weisen die geraden Abschnitte 83 an einen Ort der n-ten Schicht angeordnet auf, anders ausgedrückt, an derselben Position in der Umlaufrichtung. Jeweils zwei der geraden Abschnitte 82, die zu 6 Teilungen (die 3 x m Paaren entsprechen) weg voneinander angeordnet sind, sind durch eine der Windungen 84 miteinander zusammengesetzt. Anders ausgedrückt sind in den Leitern 82_A bis 82_C die äußersten zwei der sieben geraden Abschnitte 83, die in der Umlaufrichtung der Statorwicklung 51 auf demselben Kreis angeordnet sind, der um die Mitte des Rotors 40 definiert ist, unter Verwendung von einer der Windungen 84 miteinander zusammengesetzt. Beispielsweise sind in dem ersten Leiter 82_A die geraden Abschnitte 83, die an den Orten D1 und D7 platziert sind, durch die inverse V-förmige Windung 84 miteinander zusammengesetzt. Die Leiter 82_B und 82_C sind zu einem Intervall angeordnet, das äquivalent zu einem Intervall zwischen jeweils benachbarten zweien der geraden Abschnitte 83 voneinander in der Umlaufrichtung an dem Ort der n-ten Schicht angeordnet ist. In dieser Anordnung sind die Leiter 82_A bis 82_C an einem Ort derselben Schicht platziert, was dadurch zu einem Risiko führt, dass die Windungen 84 davon sich gegenseitig physikalisch beeinträchtigen können. Zur Behebung eines derartigen Risikos ist jede der Windungen 84 der Leiter 82_A bis 82_C gemäß diesem Ausführungsbeispiel geformt, einen Beeinträchtigungsvermeidungsabschnitt aufzuweisen, der geformt ist, indem ein Abschnitt der Windung 84 in der radialen Richtung versetzt ist.
Insbesondere weist die Windung 84 von jedem der Leiter 82_A bis 82_C einen Schrägabschnitt 84a, einen Kopfabschnitt 84b, einen Schrägabschnitt 84c und einen Rückführungsabschnitt 84d auf. Der Schrägabschnitt 84a erstreckt sich in der Umlaufrichtung desselben Kreises (der nachstehend ebenfalls als ein erster Kreis bezeichnet ist). Der Kopfabschnitt 84 erstreckt sich von dem Schrägabschnitt 84a radial innerhalb des ersten Kreises (d.h. in 15(b) aufwärts), um einen anderen Kreis zu erreichen (der nachstehend ebenfalls als ein zweiter Kreis bezeichnet ist). Der Schrägabschnitt 84c erstreckt sich in der Umlaufrichtung des zweiten Kreises. Der Rückführungsabschnitt 84d kehrt von dem zweiten Kreis zurück zu dem ersten Kreis. Der Kopfabschnitt 84b, der Schrägabschnitt 84c und der Rückführungsabschnitt 84d definieren den Beeinträchtigungsvermeidungsabschnitt. Der Schrägabschnitt 84c kann radial außerhalb des Schrägabschnitts 84a angeordnet sein.
Anders ausgedrückt hat jeder der Leiter 82_A bis 82_C die Windung 84 derart geformt, dass sie den Schrägabschnitt 84a und den Schrägabschnitt 84c aufweist, die an entgegengesetzten Seiten des Kopfabschnitts 84b in der Mitte in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Die Orte der Schrägabschnitte 84a und 84b unterscheiden sich voneinander in der radialen Richtung (d.h. einer Richtung senkrecht zu der Zeichnung in 15(a) oder einer vertikalen Richtung in 15(b)). Beispielsweise ist die Windung 84 des ersten Leiters 82_A derart geformt, dass sie sich von dem Ort D1 auf der n-ten Schicht in der Umlaufrichtung erstreckt, an dem Kopfabschnitt 84b, der die Mitte der Umlauflänge der Windung 84 ist, in der radialen Richtung (beispielsweise radial nach innen) gebogen ist, erneut in der Umlaufrichtung gebogen ist, sich erneut in der Umlaufrichtung erstreckt, und dann an dem Rückführungsabschnitt 84d in der radialen Richtung (beispielsweise radial nach außen) gebogen ist, um den Ort D7 auf der n-ten Schicht zu erreichen.
Mit den vorstehend beschriebenen Anordnungen sind die Schrägabschnitte 84a der Leiter 82_A bis 82_C vertikal oder abwärts in der Reihenfolge des ersten Leiters 82_A, des zweiten Leiters 82_B und des dritten Leiters 82_C angeordnet. Die Kopfabschnitte 84b ändern die Reihenfolge der Orte der Leiter 82_A bis 82_C in der vertikalen Richtung, so dass die Schrägabschnitte 84c vertikal oder abwärts in der Reihenfolge des dritten Leiters 82_C, des zweiten Leiters 82_B und des ersten Leiters 82_A angeordnet sind. Diese Anordnung erzielt eine Anordnung der Leiter 82_A bis 82_C in der Umlaufrichtung ohne irgendeine physikalische Beeinträchtigung zueinander.
In der Struktur, in der die Leiter 82 derart gelegt sind, dass sie sich einander in der radialen Richtung überlappen, um die Leitergruppe 81 zu formen, sind die Windungen 84, die zu einem radial innersten und einem radial äußersten der geraden Abschnitte 83 führen, die die zwei oder mehr Schichten formen, vorzugsweise radial außerhalb der geraden Abschnitte 83 angeordnet. In einem Fall, in dem die Leiter 83, die die zwei oder mehr Schichten formen, in derselben radialen Richtung nahe an Grenzen zwischen Enden der Windungen 84 und der geraden Abschnitte 83 gebogen werden, sind die Leiter 83 vorzugsweise derart geformt, dass die Isolierung dazwischen aufgrund einer physikalischen Beeinträchtigung der Leiter 83 zueinander nicht verschlechtert wird.
In dem Beispiel von 15(a) und 15(b) sind die Leiter 82, die aufeinander in der radialen Richtung gelegt sind, radial an den Rückführungsabschnitten 84d der Windungen 84 an dem Ort D7 bis D9 gebogen. Es ist zweckmäßig, dass der Leiter 82 der n-ten Schicht und der Leiter 82 der n + 1-ten Schicht, wie es in 16 veranschaulicht ist, zu voneinander unterschiedlichen Krümmungsradien gebogen werden. Insbesondere wird vorzugsweise der Krümmungsradius R1 des Leiters 82 der n-ten Schicht derart ausgewählt, dass er kleiner als der Krümmungsradius R2 des Leiters 82 der n + 1-ten Schicht ist.
Zusätzlich werden radiale Verlagerungen des Leiters 82 der n-ten Schicht und des Leiters 82 der n + 1-ten Schicht vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie unterschiedlich voneinander sind. Wenn die Größe der radialen Verlagerung des Leiters 82 der n-ten Schicht als S1 definiert ist und die Größe der radialen Verlagerung des Leiters 82 der n + 1-ten Schicht, die sich radial außerhalb der n-ten Schicht befindet, als S2 definiert ist, wird die Größe der radialen Verlagerung S1 vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie größer als die Größe der radialen Verlagerung S2 ist.
Die vorstehend beschriebene Anordnung der Leiter 82 beseitigt das Risiko einer gegenseitigen Beeinträchtigung, wodurch ein erforderliches Ausmaß an Isolierung zwischen den Leitern 82 gewährleistet wird, selbst wenn die in der radialen Richtung aufeinandergelegten Leiter 82 in der gleichen Richtung gebogen werden.
Die Struktur der Magneteinheit 42 des Rotors 40 ist nachstehend beschrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Magneteinheit 42 aus Permanentmagneten gebildet, bei denen eine Remanenzflussdichte Br = 1,0 T ist und eine intrinsische Koerzitivkraft Hcj = 400 kA/m ist. Die gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Permanentmagnete werden durch gesinterte Magnete verwirklicht, die geformt werden, indem Körner von magnetischem Material gesintert werden und diese in eine gegebene Form verdichtet werden, und die die nachfolgenden Spezifikationen aufweisen. Die intrinsische Koerzitivkraft Hcj auf einer J-H-Kurve ist 400 kA/m oder mehr. Die Remanenzflussdichte Br auf der J-H-Kurve ist 1,0 T oder mehr. Magnete, die derart entworfen sind, dass, wenn 5.000 bis 10.000 AT durch eine Phasen-zu-Phasen-Erregung angelegt wird, ein magnetischer Abstand zwischen Polpaaren, d.h. zwischen einem N-Pol und einen S-Pol, anders ausgedrückt eines Pfads, in dem ein Magnetfluss zwischen dem N-Pol und dem S-Pol fließt, ein Abschnitt, der in dem Magnet liegt, eine Länge von 25 mm aufweist, können verwendet werden, um eine Beziehung von Hcj = 10.000 A zu erfüllen, ohne dass sie entmagnetisiert werden.
Anders ausgedrückt ist die Magneteinheit 42 derart ausgelegt, dass eine Sättigungsmagnetflussdichte Js 1,2 T oder mehr ist, eine Körnungsgröße 10 µm oder weniger ist und eine Beziehung von Js x α ≥ 1,0 T erfüllt wird, wobei α ein Ausrichtungsverhältnis ist.
Zusätzlich ist die Magneteinheit 42 nachstehend beschrieben. Die Magneteinheit 42 (d.h. die Magnete) weist ein Merkmal auf, dass Js eine Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1,2 T erfüllt. Anders ausgedrückt können Magnete, die in der Magneteinheit 42 verwendet werden, FeNi-Magnete sein, die NdFe11TiN, Nd2Fe14B, Sm2Fe17N3 oder L10-Kristalle aufweisen. Es ist zu beachten, dass Samarium-Kobalt-Magnete wie SmCo5, FePt, Dy2Fe14B oder CoPt-Magnete nicht verwendet werden können. Wenn Magnete, bei denen hohe Js-Charakteristiken von Neodym etwas verloren sind, jedoch ein hohes Ausmaß von Koerzitivkraft von Dy gewährleistet wird, unter Verwendung von schweren Seltene-Erden-Dysprosium, wie in isomorphen Legierungen wie Dy2Fe14B und Nd2Fe14B gelegentlich eine Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1,2 T erfüllen, können diese in der Magneteinheit 42 verwendet werden. Eine derartige Magnetbauart ist ebenfalls nachstehend als [Nd1 - xDyx] 2Fe14B] bezeichnet. Weiterhin kann ein Magnet, der verschiedene Arten von Zusammensetzungen kontaktiert, anders ausgedrückt ein Magnet, der aus zwei oder mehr Arten von Materialien gebildet ist, wie FeNi und Sm2Fe17N3 verwendet werden, um eine Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1,2 T zu erfüllen. Ein gemischter Magnet, der durch Hinzufügen einer kleinen Menge von beispielsweise Dy2Fe14B, bei dem Js < 1 T gilt, zu einem Nd2Fe14B-Magneten, bei dem Js = 1,6 T gilt, was bedeutet, dass Js ausreichend ist, um die Koerzitivkraft zu verbessern, kann ebenfalls verwendet werden, um die Beziehung von 2,15 T ≥ Js ≥ 1,2 T zu erfüllen.
Bei Verwendung der rotierenden elektrischen Maschine bei einer Temperatur außerhalb eines Temperaturbereich menschlicher Aktivitäten, die höher als beispielsweise 60°C ist, was beispielsweise Temperaturen von Wüsten überschreitet, innerhalb einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, in der die Temperatur im Sommer auf bis zu 80°C steigen kann, enthält der Magnet vorzugsweise FeNi- oder Sm2Fe17N3-Komponenten, die weniger abhängig von der Temperatur sind. Dies liegt daran, dass Motorcharakteristiken stark durch temperaturabhängige Faktoren davon im Motorbetrieb innerhalb eines Bereichs von angenähert - 40°C, was innerhalb eines Bereichs ist, das durch Kommunen in Nordeuropa erfahren wird, bis zu 60°C oder mehr, was in Wüstenregionen erfahren wird, oder bei 180 bis 240°C, die eine Wärmewiderstandstemperatur von Emaillebeschichtung ist, geändert werden, was zu einer Schwierigkeit bei Erzielung eines erforderlichen Steuerungsbetriebs unter Verwendung derselben Motoransteuerungsvorrichtung führt. Die Verwendung von FeNi, das die vorstehend beschriebenen L10-Kristalle enthält, oder Sm2Fe17N3-Magneten wird zu einer Verringerung bei der Last auf einer Motoransteuerungsvorrichtung führen, da Charakteristiken davon temperaturabhängige Faktoren aufweisen, die niedriger als eine Hälfte derjenigen von Nd2Fe14B-Magneten sind.
Zusätzlich ist die Magneteinheit 42 entwickelt, das vorstehend beschriebene Magnetgemisch zu verwenden, so dass eine Partikelgröße von Feinpulver, bevor es magnetisch ausgerichtet wird, niedriger als oder gleich 10 µm ist, und höher als oder gleich wie eine Größe von Partikeln einer einzelnen Domäne ist. Die Koerzitivkraft eines Magneten wird üblicherweise durch Verringern der Größe der Pulverpartikel davon auf einige Hundert nm erhöht. In den letzten Jahren wurden kleinstmögliche Partikel verwendet. Wenn die Partikel des Magneten zu klein sind, wird BHmax (d.h. das maximale Energieprodukt) des Magneten aufgrund von Oxidation davon verringert. Es ist somit vorzuziehen, dass die Partikelgröße des Magneten höher als oder gleich wie der Größe der Partikel mit einzelner Domäne ist. Es ist bekannt, dass dadurch, dass die Partikelgröße lediglich bis zu der Größe der Partikel einer einzelnen Domäne ist, die Koerzitivkraft des Magneten erhöht wird. Die Partikelgröße, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich auf den Durchmesser oder die Größe von Feinpulverpartikeln in einem magnetischen Ausrichtungsvorgang bei Herstellungsprozessen der Magnete.
Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 der Magneteinheit 42 sind jeweils aus gesinterten Magneten gebildet, die geformt werden, indem magnetisches Pulver bei hohen Temperaturen gebrannt oder erhitzt wird, und dieses verdichtet wird. Das Sintern wird erzielt, um Bedingungen zu erfüllen, in denen die Sättigungsmagnetisierung Js der Magneteinheit 42 1,2 T (Tesla) oder mehr ist, die Partikelgröße des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 10 µm oder weniger ist, und Js x α größer oder gleich wie 1,0 T (Tesla) ist, wobei α ein Ausrichtungsverhältnis ist. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 werden jeweils ebenfalls gesintert, um die nachfolgenden Bedingungen zu erfüllen. Durch Durchführen der magnetischen Ausrichtung in dem magnetischen Ausrichtungsvorgang in den Herstellungsprozessen des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 haben diese ein Ausrichtungsverhältnis, was sich von der Definition einer Ausrichtung einer Magnetkraft in einem Magnetisierungsvorgang für isotrope Magnete unterscheidet. Die Magneteinheit 42 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist entworfen, die Sättigungsmagnetisierung Js größer als oder gleich 1,2 T und das Ausrichtungsverhältnis α des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 derart aufzuweisen, dass es hoch ist, um eine Beziehung von Jr ≥ Js × α ≥ 1,0 T zu erfüllen. Das Ausrichtungsverhältnis α, wie es hier verwendet wird, ist in der nachfolgenden Weise definiert. Wenn jeder des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 sechs leichte Achsen der Magnetisierung aufweist, fünf der leichten Achsen der Magnetisierung in derselben Richtung A10 ausgerichtet sind, und die restliche der leichten Achsen der Magnetisierung in der Richtung B10 ausgerichtet ist, die gegenüber der Richtung A10 um 90 Grad gewinkelt ist, wird eine Beziehung von α = 5/6 erfüllt. Alternativ dazu ist, wenn jeder des ersten Magneten 91 und des zweiten Magneten 92 sechs leichte Achsen der Magnetisierung aufweist, fünf der leichten Achsen der Magnetisierung in derselben Richtung A10 ausgerichtet sind, und die restliche der leichten Achsen der Magnetisierung in der Richtung B10 ausgerichtet ist, die um 45 Grad gegenüber der Richtung A10 gewinkelt ist, eine Beziehung von α = (5 + 0,707)/6 erfüllt, da eine Komponente, die in der Richtung A10 ausgerichtet ist, durch cos 45° = 0,707 ausgedrückt wird. Der erste Magnet 91 und der zweite Magnet 92 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils, wie es vorstehend beschrieben worden ist, unter Verwendung von Sintertechniken gebildet, jedoch können sie in einer anderen Weise produziert werden, solange wie die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann ein Verfahren des Formens eines MQ3-Magneten verwendet werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden Permanentmagnete verwendet, die magnetisch ausgerichtet werden, um die leichte Achse der Magnetisierung davon zu steuern, wodurch ermöglicht wird, dass eine Magnetkreislänge innerhalb der Magnete länger als diejenige innerhalb typischer linear ausgerichteter Magnete ist, die eine Magnetflussdichte von 1,0 T oder mehr erzeugen. Anders ausgedrückt kann die Magnetkreislänge für ein Polpaar in den Magneten gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Magneten mit einem kleinen Volumen erzielt werden. Zusätzlich ist ein Bereich von umkehrbarem Flussverlust in den Magneten nicht verloren, wenn schädlich hohen Temperaturen ausgesetzt, im Vergleich zu der Verwendung typischer linear ausgerichteter Magnete. Die Erfinder dieser Anmeldung haben herausgefunden, dass Charakteristiken, die ähnlich zu denjenigen von anisotropen Magneten sind, selbst unter Verwendung von Magneten gemäß dem Stand der Technik erhalten werden.
Die leichte Achse der Magnetisierung repräsentiert eine Kristallausrichtung, bei der ein Kristall leicht in einem Magneten zu magnetisieren ist. Die Ausrichtung der leichten Achse der Magnetisierung in dem Magneten, wie es sich hier darauf bezogen wird, ist eine Richtung, in der ein Orientierungsverhältnis 50% oder mehr ist, wobei das Ausrichtungsverhältnis das Ausmaß, zu dem leichte Achsen der Magnetisierung von Kristallen zueinander ausgerichtet sind, oder eine Richtung eines Durchschnitts von magnetischen Ausrichtungen in dem Magneten angibt.
Die Magneteinheit 42 ist, wie es deutlich in 8 und 9 veranschaulicht ist, von einer ringförmigen Form und innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 (insbesondere radial innerhalb des Zylinders 43) angeordnet. Die Magneteinheit 42 ist mit den ersten Magneten 91 und den zweiten Magneten 92 ausgerüstet, die jeweils aus einem polaren anisotropen Magneten gebildet sind. Jeder der ersten Magnete 91 und jeder der zweiten Magnete 92 unterscheiden sich in der magnetischen Polarität voneinander. Die ersten Magnete 91 und die zweiten Magnete 92 sind abwechselnd in der Umlaufrichtung der Magneteinheit 42 angeordnet. Jeder der ersten Magnete 91 ist entwickelt, einen Abschnitt aufzuweisen, der einen N-Pol nahe der Statorwicklung 51 erzeugt. Jeder der zweiten Magnete 92 ist entwickelt, einen Abschnitt aufzuweisen, der einen S-Pol nahe der Statorwicklung 51 erzeugt. Die ersten Magnete 91 und die zweiten Magnete 92 sind beispielsweise jeweils aus einem Permanent-Seltene-Erden-Magneten wie einem Neodym-Magneten gebildet.
Jeder der Magnete 91 und 92 ist entwickelt, eine Richtung der Magnetisierung (auf die sich nachstehend ebenfalls als eine Magnetisierungsrichtung bezogen wird) aufzuweisen, die sich in einer ringförmigen Form zwischen einer d-Achse (d.h. einer Direkt-Achse) und einer q-Achse (d.h. einer Quer-Achse) in einem bekannten d-q-Koordinatensystem erstreckt, wobei die d-Achse die Mitte eines Magnetpols repräsentiert und die q-Achse eine magnetische Grenze zwischen dem N-Pol und dem S-Pol repräsentiert, anders ausgedrückt, wo eine Dichte des Magnetflusses null Tesla ist. In jedem der Magnete 91 und 92 ist die Magnetisierungsrichtung in der radialen Richtung der ringförmigen Magneteinheit 42 nahe an der d-Achse ausgerichtet, und ist ebenfalls in der Umlaufrichtung der ringförmigen Magneteinheit 42 näher an der q-Achse ausgerichtet. Diese Anordnung ist nachstehend ebenfalls ausführlich beschrieben. Jeder der Magnete 91 und 92 weist, wie aus 9 hervorgeht, einen ersten Abschnitt 250 und zwei zweite Abschnitte 260 auf, die an entgegengesetzten Seiten des ersten Abschnitts 250 in der Umlaufrichtung der Magneteinheit 42 angeordnet sind. Anders ausgedrückt befindet sich der erste Abschnitt 250 näher an der d-Achse, als es die zweiten Abschnitte 260 sind. Die zweiten Abschnitte 260 sind näher an der q-Achse angeordnet, als es der erste Abschnitt 250 ist. Die Richtung, in der die leichte Achse der Magnetisierung 300 sich in dem ersten Abschnitt 250 erstreckt, ist stärker parallel zu der d-Achse ausgerichtet, als die Richtung, in der die leichte Achse der Magnetisierung 310 sich in dem zweiten Abschnitt 260 erstreckt. Um es in einer anderen Weise zu sagen, weist die leichte Achse der Magnetisierung einen ersten Abschnitt, der in dem ersten Abschnitt 250 von jedem der Magnete 91 und 92 liegt, und zweite Abschnitte auf, die in den zweiten Abschnitten 260 von jedem der Magnete 91 und 92 liegen. Der erste Abschnitt der leichten Achse der Magnetisierung erstreckt sich stärker parallel zu der d-Achse als die zweiten Abschnitte der leichten Achse der Magnetisierung es tun. Anders ausgedrückt ist die Magneteinheit 42 derart entwickelt, dass ein Winkel θ11, den die leichte Achse der Magnetisierung 300 in dem ersten Abschnitt 250 mit der d-Achse bildet, derart ausgewählt, dass er kleiner als ein Winkel θ12 ist, den die leichte Achse der Magnetisierung 310 in dem zweiten Abschnitt 260 mit der q-Achse bildet.
Genauer repräsentiert, wenn eine Richtung von dem Stator 50 (d.h. einem Anker) zu der Magneteinheit 42 hin auf der d-Achse als positiv definiert ist, der Winkel θ11 einen Winkel, den die leichte Achse der Magnetisierung 300 mit der d-Achse bildet. Gleichermaßen repräsentiert, wenn eine Richtung von dem Stator 50 (d.h. dem Anker) zu der Magneteinheit 42 hin auf der q-Achse als positiv definiert ist, der Winkel θ12 einen Winkel, den die leichte Achse der Magnetisierung 310 mit der q-Achse bildet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der Winkel θ11 und der Winkel θ12 jeweils auf 90° oder weniger eingestellt. Jede der leichten Achsen der Magnetisierung 300 und 310, wie sich hier darauf bezogen wird, ist in der nachfolgenden Weise definiert. Wenn in jedem der Magnete 91 und 92 eine erste der leichten Achsen der Magnetisierung in einer Richtung A11 ausgerichtet ist und eine zweite der leichten Achsen der Magnetisierung in einer Richtung B11 ausgerichtet ist, ist ein absoluter Wert des Kosinus eines Winkels θ, den die Richtung A11 und die Richtung B11 miteinander bilden (d.h. | cos θ|) als die leichte Achse der Magnetisierung 300 oder die leichte Achse der Magnetisierung 310 definiert.
Die Magnete 91 unterscheiden sich in der leichten Achse der Magnetisierung von den Magneten 92 in Regionen, die näher an der d-Achse und der q-Achse sind. Insbesondere ist in der Region nahe der d-Achse die Richtung der leichten Achse der Magnetisierung angenähert parallel zu der d-Achse ausgerichtet, wohingegen in der Region nahe an der q-Achse die Richtung der leichten Achse der Magnetisierung angenähert senkrecht zu der q-Achse ausgerichtet ist. Ringförmige Magnetpfade werden entsprechend den Richtungen der leichten Achsen der Magnetisierung erzeugt. In jedem der Magnete 91 und 92 kann die leichte Achse der Magnetisierung in der Region nahe an der d-Achse parallel zu der d-Achse ausgerichtet sein, wohingegen die leichte Achse der Magnetisierung in der Region nahe an der q-Achse senkrecht zu der q-Achse ausgerichtet sein kann.
Jeder der Magnete 91 und 92 ist derart geformt, dass er eine erste Umfangsoberfläche, die dem Stator 50 zugewandt ist (d.h., eine untere Oberfläche gemäß 9, auf die sich ebenfalls als eine statorseitige äußere Oberfläche bezogen wird), und eine zweite Umfangsoberfläche aufweist, die der q-Achse in der Umlaufrichtung zugewandt ist. Die ersten und zweiten Umfangsoberflächen fungieren als Magnetflusseinwirkungsoberflächen, in die und aus denen Magnetfluss fließt. Die Magnetpfade werden jeweils derart erzeugt, dass sie sich zwischen den Magnetflusseinwirkungsoberflächen erstrecken (d.h., zwischen der statorseitigen äußeren Oberfläche und der zweiten Umfangsoberfläche, die der q-Achse zugewandt ist).
In der Magneteinheit 42 fließt ein Magnetfluss in einer ringförmigen Form zwischen jeweils benachbarten zweien der N-Pole und der S-Pole der Magnete 91 und 92, so dass jeder der Magnetpfade eine erhöhte Länge im Vergleich mit beispielsweise radial anisotropen Magneten aufweist. Eine Verteilung der Magnetflussdichte wird daher eine Form zeigen, die ähnlich zu einer Sinuswelle ist, wie es in 17 veranschaulicht ist. Dies begünstigt eine Konzentration von Magnetfluss um die Mitte des Magnetpols, im Gegensatz zu einer Verteilung einer Magnetflussdichte eines radialen anisotropen Magneten, die in 18 als ein Vergleichsbeispiel demonstriert ist, wodurch ermöglicht wird, dass das Ausmaß eines Drehmoments, das durch die rotierende elektrische Maschine 10 erzeugt wird, erhöht wird. Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass die Magneteinheit 42 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Verteilung der Magnetflussdichte aufweist, die von derjenigen eines typischen Halbach-Array-Magneten verschieden ist. In 17 und 18 gibt eine horizontale Achse den elektrischen Winkel an, wohingegen eine vertikale Achse die Magnetflussdichte angibt. 90° auf der horizontalen Achse repräsentiert die d-Achse (d.h. die Mitte des Magnetpols). 0° und 180° auf der horizontalen Achse repräsentieren die q-Achse.
Dementsprechend fungiert die vorstehend beschriebene Struktur, von jedem der Magnete 91 und 92, den Magnet-Magnetfluss davon auf der d-Achse zu verbessern und eine Änderung in dem Magnetfluss nahe der q-Achse zu reduzieren. Dies ermöglicht es, die Magnete 91 und 92 zu produzieren, die eine gleichförmige Änderung in dem Oberflächenmagnetfluss von der q-Achse zu der d-Achse auf jedem Magnetpol aufweisen.
Der Sinuswellenübereinstimmungsanteil in der Verteilung der Magnetflussdichte ist vorzugsweise beispielsweise auf 40% oder mehr eingestellt. Dies verbessert die Größe des Magnetflusses um die Mitte einer Wellenform der Verteilung der Magnetflussdichte im Vergleich zu einem radial ausgerichteten Magneten oder einem parallel ausgerichteten Magneten, bei denen der Sinuswellenübereinstimmungsanteil angenähert 30% ist. Durch Einstellen des Sinuswellenübereinstimmungsanteils auf 60% oder mehr wird die Wellenform im Vergleich zu einem konzentrierten Magnetfluss-Array, wie das Halbach-Array, verbessert.
In dem in 18 demonstrierten radialen anisotropen Magneten ändert sich die Magnetflussdichte scharf nahe der q-Achse. Je schärfer die Änderung in der Magnetflussdichte ist, desto stärker wird ein Wirbelstrom, der in der Statorwicklung 51 erzeugt wird, sich erhöhen. Der Magnetfluss nahe an der Statorwicklung 51 ändert sich ebenfalls scharf. Im Gegensatz dazu weist die Verteilung der Magnetflussdichte gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Wellenform auf, die eine Sinuswelle annähert. Eine Änderung in der Magnetflussdichte nahe der q-Achse ist daher kleiner als diejenige in dem radialen anisotropen Magneten nahe der q-Achse. Dies minimiert die Erzeugung des Wirbelstroms.
Die Magneteinheit 42 erzeugt einen Magnetfluss, der senkrecht zu der Magnetflusseinwirkungsoberfläche 280 nahe an dem Stator 50 nahe der d-Achse (d.h. der Mitte des Magnetpols) in jedem der Magnete 91 und 92 ausgerichtet ist. Ein derartiger Magnetfluss erstreckt sich in einer Bogenform weiter weg von der d-Achse, wenn er die Magnetflusseinwirkungsoberfläche 280 nahe an dem Stator 50 verlässt. Je senkrechter zu der Magnetflusseinwirkungsoberfläche der Magnetfluss sich erstreckt, umso stärker ist der Magnetfluss. Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, derart entworfen, jede der Leitergruppen 81 so zu formen, dass sie eine verringerte Dicke in der radialen Richtung haben, so dass die radiale Mitte von jeder der Leitergruppen 81 sich nahe an der Magnetflusseinwirkungsoberfläche der Magneteinheit 42 befindet, wodurch bewirkt wird, dass von dem Rotor 40 ein starker Magnetfluss an den Stator 50 angelegt wird.
Der Stator 50 weist den zylindrischen Statorkern 52 radial innerhalb der Statorwicklung 51, das heißt auf der zu dem Rotor 40 entgegengesetzten Seite der Statorwicklung 51 angeordnet auf. Dies bewirkt, dass der sich aus der Magnetflusseinwirkungsoberfläche von jedem der Magnete 91 und 92 sich erstreckende Magnetfluss durch den Statorkern 52 angezogen wird, so dass er durch den Magnetpfad zirkuliert, der teilweise den Statorkern 52 enthält. Dies ermöglicht eine Optimierung der Ausrichtung des Magnetflusses und des Magnetpfads.
Schritte zum Zusammenbau der Lagereinheit 20, des Gehäuses 30, des Rotors 40, des Stators 50 und der Wechselrichtereinheit 60, die in 5 veranschaulicht sind, sind nachstehend als ein Herstellungsverfahren der rotierenden elektrischen Maschine 10 beschrieben. Die Wechselrichtereinheit 60 ist, wie es in 6 veranschaulicht ist, mit der Einheitsbasis 61 und den elektrischen Komponenten 62 ausgerüstet. Es werden Betriebsprozesse einschließlich Installationsprozesse für die Einheitsbasis 61 und die elektrischen Komponenten 62 beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Anordnung des Stators 50 und der Wechselrichtereinheit 60 als eine erste Einheit bezeichnet. Eine Baugruppe der zweiten Lagereinheit 20, des Gehäuses 30 und des Rotors 40 wird als eine zweite Einheit bezeichnet.
Die Herstellungsprozesse weisen auf:

einen ersten Schritt des Einbaus der elektrischen Komponenten 62 radial innerhalb der Einheitsbasis 61;
einen zweiten Schritt des Einbaus der Einheitsbasis 61 radial innerhalb des Stators 50, um die erste Einheit zu bilden;
einen dritten Schritt des Einsetzens des Anbringungsabschnitts 44 des Rotors 40 in die Lagereinheit 20, die in dem Gehäuse 30 eingebaut ist, um die zweite Einheit zu bilden;
einen vierten Schritt des Einbaus der ersten Einheit radial innerhalb der zweiten Einheit; und
einen fünften Schritt des Befestigens des Gehäuses 30 und der Einheitsbasis 61 miteinander. Die Reihenfolge, in der die vorstehend beschriebenen Schritte durchgeführt werden, ist der erste Schritt → der zweite Schritt → der dritte Schritt → der vierte Schritt → der fünfte Schritt.

In dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren werden die Lagereinheit 20, das Gehäuse 30, der Rotor 40, der Stator 50 und die Wechselrichtereinheit 60 als eine Vielzahl von Unter-Baugruppen zusammengebaut, und die Unter-Baugruppen werden zusammengebaut, wodurch die Handhabung davon sowie das Erzielen einer Vervollständigung der Untersuchung jeder Unter-Baugruppe begünstigt wird. Dies ermöglicht eine Erstellung einer effizienten Zusammenbaulinie und begünstigt somit eine Mehrfachproduktproduktionsplanung.
In dem ersten Schritt wird ein hochwärmeleitendes Material an der radialen Innenseite der Einheitsbasis 61 und/oder der radialen Außenseite der elektrischen Komponenten 62 angebracht oder geklebt. Darauffolgend können die elektrischen Komponenten an der Einheitsbasis 61 montiert werden. Dies erzielt eine effiziente Übertragung von Wärme, wie sie durch die Halbleitermodule 66 erzeugt wird, zu der Einheitsbasis 61.
In dem dritten Schritt kann ein Einsetzvorgang für den Rotor 40 erzielt werden, wobei das Gehäuse 30 und der Rotor 40 koaxial zueinander angeordnet sind. Insbesondere werden das Gehäuse 30 und der Rotor 40 zusammengebaut, während das Gehäuse 30 oder der Rotor 40 entlang eines Montagegestells geschoben wird, das die äußere Umfangsoberfläche des Rotors 40 (d.h. die äußere Umfangsoberfläche der Magnethalteeinrichtung 41) oder die innere Umfangsoberfläche des Rotors 40 (d.h. die innere Umfangsoberfläche der Magneteinheit 42) in Bezug auf beispielsweise die innere Umfangsoberfläche des Gehäuses 30 positioniert. Dies erzielt den Zusammenbau von schwergewichtigen Teilen ohne Ausübung einer unausgeglichenen Last auf die Lagereinheit 20. Dies führt zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Betriebs der Lagereinheit 20.
In dem vierten Schritt können die erste Einheit und die zweite Einheit eingebaut werden, während sie koaxial zueinander platziert werden. Insbesondere werden die erste Einheit und die zweite Einheit eingebaut, während die erste Einheit oder die zweite Einheit entlang eines Montagegestells geschoben wird, das die innere Umfangsoberfläche der Einheitsbasis 61 in Bezug auf beispielsweise die innere Umfangsoberfläche des Rotors 40 und des Anbringungsabschnitts 44 positioniert. Dies erzielt den Einbau der ersten und zweiten Einheiten ohne irgendwelche physikalischen Behinderungen dazwischen mit einem kleinen Freiraum zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50, wobei Risiken für Defekte beseitigt werden, die durch den Einbau verursacht werden, wie eine physikalische Beschädigung an der Statorwicklung 51 oder eine Beschädigung an den Permanentmagneten.
Die vorstehend beschriebenen Schritte können alternativ geplant werden als zweiter Schritt → dritter Schritt → vierter Schritt → fünfter Schritt → erster Schritt. In dieser Reihenfolge werden die besonderen elektrischen Komponenten 62 zum Schluss eingebaut, wodurch eine Beanspruchung bei den elektrischen Komponenten in den Einbauprozessen minimiert wird.
Die Struktur eines Steuerungssystems zur Steuerung eines Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist nachstehend beschrieben. 19 zeigt ein elektrisches Schaltungsdiagramm des Steuerungssystems für die rotierende elektrische Maschine 10. 20 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das Steuerungsschritte veranschaulicht, die durch die Steuerungseinrichtung 110 durchgeführt werden.
19 veranschaulicht zwei Sätze von Drei-Phasen-Wicklungen 51a und 51b. Die Drei-Phasen-Wicklung 51a weist eine U-Phasen-Wicklung, eine V-Phasen-Wicklung und eine W-Phasen-Wicklung auf. Die Drei-Phasen-Wicklung 51b weist eine X-Phasen-Wicklung, eine Y-Phasen-Wicklung und eine Z-Phasen-Wicklung auf. Ein erster Wechselrichter 101 und ein zweiter Wechselrichter 102 sind jeweils als elektrische Leistungswandler für die Drei-Phasen-Wicklungen 51a und 51b vorgesehen. Die Wechselrichter 101 und 102 sind aus Brückenschaltungen gebildet, mit so vielen oberen und unteren Zweigen, wie es Phasenwicklungen gibt. Der den Phasenwicklungen der Statorwicklung 51 zugeführte Strom wird durch Ein- oder Ausschalten von Schaltern (d.h. Halbleiterschaltern) reguliert, die in den oberen und unteren Zweigen montiert sind.
Eine Gleichspannungsleistungsversorgung 103 und ein Glättungskondensator 104 sind parallel zu den Wechselrichtern 101 und 102 geschaltet. Die Gleichspannungsleistungsversorgung 103 ist beispielsweise aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen gebildet. Die Schalter der Wechselrichter 101 und 102 entsprechen den Halbleitermodulen 66 gemäß 1. Der Kondensator 104 entspricht dem Kondensatormodul 68 gemäß 1.
Die Steuerungseinrichtung 110 ist mit einem Mikrocomputer ausgerüstet, der aus einer CPU und Speichern gebildet ist, und zur Durchführung einer Speisungssteuerung durch Ein- oder Ausschalten von Schaltern der Wechselrichter 101 und 102 unter Verwendung verschiedener Arten von gemessenen Informationen, die in der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemessen werden, oder Anforderungen nach einer Motorbetriebsart oder eine Generatorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 arbeitet. Die Steuerungseinrichtung 110 entspricht der in 6 gezeigten Steuerungsvorrichtung 77. Die gemessenen Informationen bezüglich der rotierenden elektrischen Maschine 10 weisen beispielsweise eine Winkelposition (d.h. einen elektrischen Winkel) des Rotors 40, die durch einen Winkelpositionssensor wie einen Resolver gemessen wird, eine Leistungsversorgungsspannung (d.h., eine Spannung, die an die Wechselrichter angelegt wird), die durch einen Spannungssensor gemessen wird, und einen elektrischen Strom auf, der jeder der Phasenwicklungen zugeführt wird, wie er durch einen Stromsensor gemessen wird. Die Steuerungseinrichtung 110 produziert ein Betriebssignal zum Betrieb von jedem der Schalter der Wechselrichter 101 und 102 und gibt dieses aus. Eine Anforderung nach einer elektrischen Leistungserzeugung ist eine Anforderung zum Antrieb der rotierenden elektrischen Maschine 10 in einer regenerativen Betriebsart, beispielsweise in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle für ein Fahrzeug angewendet wird.
Der erste Wechselrichter 101 ist mit einem Reihenschaltungsteil, der aus einem Oberzweigschalter Sp und einem Unterzweigschalter Sn aufgebaut ist, für jede der Drei-Phasen-Wicklungen ausgerüstet: die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung. Die Oberzweigschalter Sp sind mit Hochpotentialanschlüssen davon an einem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Die Unterzweigschalter Sn sind an deren Niedrigpotentialanschlüssen mit einem negativen Anschluss (d.h. Masse) der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Zwischenverbindungen der Oberzweigschalter Sp und der Unterzweigschalter Sn sind mit Enden der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung verbunden. Die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung sind in Form einer Sternschaltung (d.h. Y-Verbindung) verbunden. Die anderen Enden der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung sind miteinander an einem Neutralpunkt verbunden.
Der zweite Wechselrichter 102 ist wie der erste Wechselrichter 101 mit einem Reihenschaltungsteil, der aus einem Oberzweigschalter Sp und einem Unterzweigschalter Sn aufgebaut ist, für jede der Drei-Phasen-Wicklungen ausgerüstet: die X-Phasen-Wicklung, die Y-Phasen-Wicklung und die Z-Phasen-Wicklung. Die Oberzweigschalter Sp sind an deren Hochpotentialanschlüssen mit dem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Die Unterzweigschalter Sn sind an deren Niedrigpotentialanschlüssen mit dem negativen Anschluss (d.h. Masse) der Gleichstromleistungsversorgung 103 verbunden. Zwischenverbindungen der Oberzweigschalter Sp und der Unterzweigschalter Sn sind mit Enden der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung verbunden. Die X-Phasen-Wicklung, die Y-Phasen-Wicklung und die Z-Phasen-Wicklung sind in der Form einer Sternschaltung (d.h. Y-Verbindung) verbunden. Die anderen Enden der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung sind miteinander an einem Neutralpunkt verbunden.
20 veranschaulicht einen Stromregelungsbetrieb zur Steuerung von elektrischen Strömen, die der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung zugeführt werden, und einen Stromregelungsbetrieb zur Steuerung von elektrischen Strömen, die der X-Phasen-Wicklung, der Y-Phasen-Wicklung und der Z-Phasen-Wicklung zugeführt werden. Der Steuerungsbetrieb für die U-Phasen-Wicklung, die V-Phasen-Wicklung und die W-Phasen-Wicklung ist zunächst beschrieben.
Gemäß 20 verwendet eine Strombefehlsbestimmungseinrichtung 111 ein Drehmoment-dq-Kennfeld zur Bestimmung von Strombefehlswerten für die d-Achse und die q-Achse unter Verwendung eines Drehmomentbefehlswerts in der Motorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 (der ebenfalls als Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert bezeichnet ist), eines Drehmomentbefehlswerts in der Generatorbetriebsart der rotierenden elektrischen Maschine 10 (der ebenfalls als Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert bezeichnet ist) und einer elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, die durch Differenzieren eines elektrischen Winkels θ in Bezug auf die Zeit hergeleitet wird. Die Strombefehlsbestimmungseinrichtung 111 wird von den U-, V- und W-Phasen-Wicklungen und den X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen geteilt. Der Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert ist ein regenerativer Drehmomentbefehlswert in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 als eine Leistungsquelle eines Fahrzeugs verwendet wird.
Eine d-q-Umwandlungseinrichtung 112 arbeitet zur Umwandlung von Strömen (d.h. Drei-Phasen-Strömen), wie sie durch Stromsensoren gemessen werden, die für die jeweiligen Phasenwicklungen montiert sind, in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom, die Komponenten in einem zweidimensionalen rotierenden Kartesischen Koordinatensystem sind, in dem die d-Achse als eine Richtung einer Achse eines Magnetfeldes oder einer Feldrichtung definiert ist.
Eine d-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 113 bestimmt eine Befehlsspannung für die d-Achse als eine Stellgröße, um den d-Achsen-Strom in Übereinstimmung mit dem Strombefehlswert für die d-Achse in einer Rückkopplungsbetriebsart zu bringen. Eine q-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 114 bestimmt eine Befehlsspannung für die q-Achse als eine Stellgröße, um den q-Achsen-Strom in Übereinstimmung mit dem Strombefehlswert für die q-Achse in einer Rückkopplungsbetriebsart zu bringen. Die Regelungsvorrichtungen 113 und 114 berechnen die Befehlsspannung als eine Funktion einer Abweichung von jedem des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms von einem entsprechenden der Strombefehlswerte unter Verwendung von PI-Rückkopplungstechniken.
Der Drei-Phasen-Wandler 115 arbeitet zur Umwandlung der Befehlswerte für die d-Achse und die q-Achse in Befehlswerte für die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Wicklungen. Jede der Vorrichtungen 111 bis 115 ist als eine Regelungseinrichtung zur Durchführung eines Regelungsbetriebs für einen Grundwellenstrom in der d-q-Transformationstheorie entwickelt. Die Befehlsspannungen für die U-Phasen-, die V-Phasen- und die W-Phasen-Wicklungen sind Regelungswerte.
Eine Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 verwendet den bekannten Dreieckwellenträgervergleich zur Erzeugung von Betriebssignalen für den ersten Wechselrichter 101 als eine Funktion der Drei-Phasen-Befehlsspannungen. Insbesondere arbeitet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 zur Erzeugung von Schalterbetriebssignalen (d.h. Tastgradsignalen) für die oberen und unteren Zweige für die Drei-Phasen-Wicklungen (d.h. die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen) unter einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel eines Trägersignals, wie eines Dreieckwellensignals.
Die gleiche Struktur, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, ist für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen vorgesehen. Ein d-q-Umwandlungseinrichtung 122 arbeitet zur Umwandlung von Strömen (d.h. Drei-Phasen-Strömen), wie sie durch für die jeweiligen Phasenwicklungen montierte Stromsensoren gemessen werden, in einen d-Achsen-Strom und einen q-Achsen-Strom, die Komponenten in dem zweidimensionalen rotierenden Kartesischen Koordinatensystem sind, in dem die d-Achse als die Richtung der Achse des Magnetfeldes definiert ist.
Eine d-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 123 bestimmt eine Befehlsspannung für die d-Achse. Eine q-Achsen-Stromregelungsvorrichtung 124 bestimmt eine Befehlsspannung für die q-Achse. Ein Drei-Phasen-Wandler 125 arbeitet zur Umwandlung der Befehlswerte für die d-Achse und die q-Achse in Befehlswerte für die X-Phase-, Y-Phase und Z-Phasen-Wicklungen. Eine Betriebssignalerzeugungseinrichtung 126 erzeugt Betriebssignale für den zweiten Wechselrichter 102 als eine Funktion der Drei-Phasen-Befehlsspannungen. Insbesondere arbeitet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 126 zur Erzeugung von Schalterbetriebssignalen (d.h. Tastgradsignalen) für die oberen und unteren Zweige für die Drei-Phasen-Wicklungen (d.h. die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen) auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel eines Trägersignals wie eines Dreieckwellensignals.
Eine Ansteuerungseinrichtung 117 arbeitet zum Ein- oder Ausschalten der Schalter Sp und Sn in den Wechselrichtern 101 und 102 in Reaktion auf die durch die Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 116 und 126 erzeugten Schalterbetriebssignale.
Nachstehend ist ein Drehmomentregelungsbetrieb beschrieben. Dieser Betrieb dient zur Erhöhung einer Abgabe (Ausgangsleistung) der rotierenden elektrischen Maschine 10 und zum Reduzieren eines Drehmomentverlusts in der rotierenden elektrischen Maschine 10 beispielsweise in einem Bereich mit hoher Geschwindigkeit und hoher Ausgangsleistung, in dem Ausgangsspannungen aus den Wechselrichtern 101 und 102 ansteigen. Die Steuerungseinrichtung 110 wählt einen des Drehmomentregelungsbetriebs und des Stromregelungsbetriebs aus und führt den ausgewählten Betrieb als eine Funktion einer Betriebsbedingung der rotierenden elektrischen Maschine 10 durch.
21 zeigt den Drehmomentregelungsbetrieb für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen und den Drehmomentregelungsbetrieb für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen. In 21 beziehen sich dieselben Bezugszeichen, wie sie in 20 angewendet werden, auf dieselben Teile, und deren ausführliche Erläuterung entfällt hier. Zunächst ist der Steuerungsbetrieb für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen beschrieben.
Eine Spannungsamplitudenberechnungseinrichtung 127 arbeitet zur Berechnung eines Spannungsamplitudenbefehls, der ein Befehlswert einer Größe eines Spannungsvektors ist, als eine Funktion des Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswerts oder des Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswerts für die rotierende elektrische Maschine 10 und der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω, die durch Differenzieren des elektrischen Winkels θ in Bezug auf die Zeit hergeleitet wird.
Die Drehmomentberechnungseinrichtung 128a arbeitet zum Schätzen eines Drehmomentwerts in der U-Phase, der V-Phase oder der W-Phase als eine Funktion des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 112 umgewandelt werden. Die Drehmomentberechnungseinrichtung 128a kann entworfen sein, den Spannungsamplitudenbefehl unter Verwendung eines Kennfeldes zu berechnen, in dem Beziehungen zwischen dem d-Achsen-Strom, dem q-Achsen-Strom und dem Spannungsbefehlswert aufgelistet sind.
Eine Drehmomentregelungseinrichtung 129a berechnet einen Spannungsphasenbefehl, der ein Befehlswert für eine Phase des Spannungsvektors ist, als eine Stellgröße, um den geschätzten Drehmomentwert in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert in der Rückkopplungsbetriebsart zu bringen. Insbesondere berechnet die Drehmomentregelungseinrichtung 129a den Spannungsphasenbefehl als eine Funktion einer Abweichung des geschätzten Drehmomentwerts von dem Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert unter Verwendung von PI-Rückkopplungstechniken.
Eine Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130a arbeitet zur Erzeugung des Betriebssignals für den ersten Wechselrichter 101 unter Verwendung des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ. Insbesondere berechnet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130a die Befehlswerte für die Drei-Phasen-Wicklungen auf der Grundlage des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ und erzeugt dann Schaltbetriebssignale für die oberen und unteren Zweige für die Drei-Phasen-Wicklungen mittels einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel eines Trägersignals wie eines Dreieckwellensignals.
Die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130a kann alternativ entworfen sein, die Schaltbetriebssignale unter Verwendung von Impulsmusterinformationen, bei denen es sich um Kennfeldinformationen bezüglich Beziehungen zwischen dem Spannungsamplitudenbefehl, dem Spannungsphasenbefehl, dem elektrischen Winkel θ und dem Schaltbetriebssignal handelt, des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ zu erzeugen.
Die gleiche Struktur, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, ist für die X-, Y- und Z-Phasen-Wicklungen vorgesehen. Eine Drehmomentberechnungseinrichtung 128b arbeitet zum Schätzen eines Drehmomentwerts in der X-Phase, der Y-Phase oder der Z-Phase als eine Funktion des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 122 umgewandelt werden.
Die Drehmomentregelungseinrichtung 129b berechnet einen Spannungsphasenbefehl als eine Stellgröße, um den geschätzten Drehmomentwert in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert in der Rückkopplungsbetriebsart zu bringen. Insbesondere berechnet die Drehmomentregelungseinrichtung 129b den Spannungsphasenbefehl als eine Funktion einer Abweichung des geschätzten Drehmomentwerts von dem Motorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert oder dem Generatorbetriebsart-Drehmomentbefehlswert unter Verwendung von PI-Rückkopplungstechniken.
Die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130b arbeitet zur Erzeugung des Betriebssignals für den zweiten Wechselrichter 102 unter Verwendung des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ. Insbesondere berechnet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130b die Befehlswerte für die Drei-Phasen-Wicklungen auf der Grundlage des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ und erzeugt dann die Schaltbetriebssignale für die oberen und unteren Zweige für die Drei-Phasen-Wicklungen mittels einer PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der Drei-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel eines Trägersignals wie eines Dreieckwellensignals. Die Ansteuerungseinrichtung 117 arbeitet dann zum Ein- oder Ausschalten der Schalter Sp und Sn für die Drei-Phasen-Wicklungen in den Wechselrichtern 101 und 102 in Reaktion auf die Schaltbetriebssignale, die durch die Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 130a und 130b hergeleitet werden.
Die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 130b kann alternativ entworfen sein, die Schaltbetriebssignale unter Verwendung von Impulsmusterinformationen, bei denen es sich um Kennfeldinformationen bezüglich Beziehungen zwischen dem Spannungsamplitudenbefehl, dem Spannungsphasenbefehl, dem elektrischen Winkel θ und dem Schaltbetriebssignal handelt, des Spannungsamplitudenbefehls, des Spannungsphasenbefehls und des elektrischen Winkels θ zu erzeugen.
Die rotierende elektrische Maschine 10 weist ein Risiko auf, dass eine Erzeugung eines axialen Stroms zu einer elektrischen Erosion in dem Lager 21 oder 22 führen kann. Wenn beispielsweise die Statorwicklung 51 in Reaktion auf den Schaltbetrieb erregt oder aberregt wird, kann eine kleine Schaltzeitlücke (d.h. ein Schaltungleichgewicht) auftreten, was zu einer Verzerrung des Magnetflusses führt, was zu einer elektrischen Erosion in den Lagern 21 und 22 führt, die die Drehwelle 11 festhalten. Die Verzerrung des Magnetflusses hängt von der Induktivität des Stators 50 ab und erzeugt eine elektromotorische Kraft, die in der axialen Richtung ausgerichtet ist, was zu einem dielektrischen Durchbruch in den Lagern 21 oder 22 führt, so dass sich eine elektrische Erosion zu entwickelt.
Zur Vermeidung der elektrischen Erosion ist dieses Ausführungsbeispiel entwickelt, drei Maßnahmen vorzunehmen, wie sie nachstehend beschrieben sind. Die erste Erosionsvermeidungsmaßnahme besteht darin, die Induktivität zu reduzieren, indem der Stator 50 entworfen wird, eine kernlose Struktur aufzuweisen, und ebenfalls den Magnetfluss in der Magneteinheit 42 derart zu formen, dass er gleichförmig ist, um die elektrische Erosion zu minimieren. Die zweite Erosionsvermeidungsmaßnahme besteht darin, die Drehwelle in einer freitragenden Form festzuhalten, um die elektrische Erosion zu minimieren. Die dritte Erosionsvermeidungsmaßnahme besteht darin, die ringförmige Statorwicklung 51 und den Statorkern 52 unter Verwendung von Gusstechniken unter Verwendung eines Gussmaterials zu vereinigen, um die elektrische Erosion zu minimieren. Die ersten bis dritten Erosionsvermeidungsmaßnahmen sind nachstehend ausführlich beschrieben.
In der ersten Erosionsvermeidungsmaßnahme ist der Stator 50 entworfen, keine Zähne in Spalten zwischen den Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung aufzuweisen. Die Dichtungselemente 57, die aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sind, sind in den Spalten zwischen den Leitergruppen 81 anstelle von Zähnen (Eisenkernen) angeordnet (siehe 10). Dies führt zu einer Verringerung der Induktivität des Stators 50, wodurch die Verzerrung von Magnetfluss minimiert wird, die durch die Schaltzeitlücke verursacht wird, die bei Erregung der Statorwicklung 51 auftritt, um die elektrische Erosion in den Lagern 21 und 22 zu reduzieren. Die Induktivität auf der d-Achse ist vorzugsweise kleiner als diejenige auf der q-Achse.
Zusätzlich ist jeder der Magnete 91 und 92 magnetisch derart ausgerichtet, dass ihre leichte Achse der Magnetisierung, die nahe der d-Achse ausgerichtet ist, stärker parallel zu der d-Achse als diejenige nahe der q-Achse ist (siehe 9). Dies stärkt den Magnetfluss auf der d-Achse, was zu einer gleichförmigen Änderung des Oberflächenmagnetflusses (d.h. einer Erhöhung oder Verringerung des Magnetflusses) von der q-Achse zu der d-Achse an jedem Magnetpol der Magnete 91 und 92 führt. Dies minimiert eine plötzliche Spannungsänderung aufgrund des Schaltungleichgewichts, um die elektrische Erosion zu vermeiden.
In der zweiten Erosionsvermeidungsmaßnahme ist die rotierende elektrische Maschine 10 derart entworfen, dass deren Lager 21 und 22 weg von der axialen Mitte des Rotors 40 zu einem der Enden des Rotors 40 angeordnet sind, die einander in der axialen Richtung davon entgegengesetzt sind (siehe 2). Dies minimiert das Risiko der elektrischen Erosion im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Vielzahl von Lagern außerhalb von axialen Enden eines Rotors angeordnet sind. Anders ausgedrückt führt in der Struktur, in der der Rotor Enden aufweist, die durch die Lager festgehalten werden, eine Erzeugung eines Hochfrequenz-Magnetflusses zu der Erzeugung eines geschlossenen Kreises, der sich durch den Rotor, den Stator und die Lager (die axial außerhalb des Rotors angeordnet sind) erstreckt. Dies führt zu einem Risiko, dass der axiale Strom zu der elektrischen Erosion in den Lagern führen kann. Im Gegensatz dazu wird der Rotor 40 durch die Vielzahl der Lager 21 und 22 in der freitragenden Form festgehalten, so dass der vorstehend beschriebene geschlossene Kreis nicht auftritt, wodurch die elektrische Erosion in den Lagern 21 und 22 minimiert wird.
Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen einseitigen Anordnung der Lager 21 und 22 weist die rotierende elektrische Maschine 10 ebenfalls die nachfolgende Struktur auf. In der Magnethalteeinrichtung 41 ist der Zwischenabschnitt 45, der sich in der radialen Richtung des Rotors 40 erstreckt, mit einer Kontaktvermeidungseinrichtung ausgerüstet, die sich axial erstreckt, um einen physikalischen Kontakt mit dem Stator 50 zu vermeiden (siehe 2). Dies ermöglicht, dass ein geschlossener Kreis, durch den der axiale Strom durch die Magnethalteeinrichtung 41 fließt, verlängert wird, um den Widerstandswert davon zu erhöhen. Dies minimiert das Risiko für die elektrische Erosion der Lager 21 und 22.
Die Festhalteeinrichtung 23 für die Lagereinheit 20 ist an dem Gehäuse 30 gesichert und befindet sich an einer axialen Endseite des Rotors 40, während das Gehäuse 30 und die Einheitsbasis 61 (d.h. die Statorhalteeinrichtung) an dem anderen axialen Ende des Rotors 40 miteinander zusammengesetzt sind (siehe 2). Diese Anordnungen erzielen in geeigneter Weise die Struktur, bei der die Lager 21 und 22 jeweils lediglich an einem des Endes der Länge der Drehwelle 11 angeordnet sind. Zusätzlich ist die Einheitsbasis 61 mit der Drehwelle 11 durch das Gehäuse 30 verbunden, so dass die Einheitsbasis 61 sich elektrisch weg von der Drehwelle 11 befindet. Ein Isolierelement wie ein Harz kann zwischen der Einheitsbasis 61 und dem Gehäuse 30 angeordnet werden, um die Einheitsbasis 61 und die Drehwelle 11 elektrisch weiter voneinander entfernt zu platzieren. Dies minimiert ebenfalls das Risiko für die elektrische Erosion der Lager 21 und 22.
Die einseitige Anordnung der Lager 21 und 22 in der rotierenden elektrischen Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel verringert die an die Lager 21 und 22 angelegte axiale Spannung und verringert ebenfalls die Potentialdifferenz zwischen dem Rotor 40 und dem Stator 50. Eine Verringerung in der Potentialdifferenz, die an die Lager 21 und 22 angelegt wird, wird somit ohne Verwendung einer leitenden Schmierung in den Lagern 21 und 22 erzielt. Die leitende Schmierung enthält üblicherweise Feinpartikel wie Kohlenstoffpartikel, was somit zu einem Risiko für die Erzeugung von akustischen Geräuschen führt. Zur Behebung des vorstehend beschriebenen Problems verwendet dieses Ausführungsbeispiel eine nichtleitende Schmierung in den Lagern 21 und 22, um die akustischen Geräusche in den Lagern 21 und 22 zu minimieren.
Beispielsweise ist es in einem Fall, in dem die rotierende elektrische Maschine 10 mit einem elektrischen Fahrzeug verwendet wird, üblicherweise erforderlich, Maßnahmen zur Beseitigung der akustischen Geräusche vorzunehmen. Dieses Ausführungsbeispiel ist in der Lage, eine derartige Maßnahme in geeigneter Weise vorzunehmen.
In der dritten Erosionsvermeidungsmaßnahme werden die Statorwicklung 51 und der Statorkern 52 unter Verwendung eines Gussmaterials zusammen vereinigt, um einen Positionsfehler der Statorwicklung 51 in dem Stator 50 zu minimieren (siehe 11). Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist entworfen, keine Zwischenleiterelemente (beispielsweise Zähne) zwischen den Leitergruppen 81 aufzuweisen, die in der Umlaufrichtung der Statorwicklung 51 angeordnet sind, was somit zu Bedenken bezüglich des Positionsfehlers oder einer Fehlausrichtung der Statorwicklung 51 führt. Die Fehlausrichtung des Leiters der Statorwicklung 51 kann minimiert werden, indem die Statorwicklung 51 und der Statorkern 52 in dem Verguss vereinigt werden. Dies beseitigt Risiken für eine Verzerrung von Magnetfluss aufgrund der Fehlausrichtung der Statorwicklung 51 und der elektrischen Erosion in den Lagern 21 und 22, die aus der Verzerrung des Magnetflusses resultiert.
Die Einheitsbasis 61, die als ein Gehäuse zum festen Fixieren des Statorkerns 52 dient, ist aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) gebildet, wodurch eine elektrische Entladung zu der Einheitsbasis 61 im Vergleich dazu minimiert wird, wenn die Einheitsbasis 61 aus Aluminium gebildet ist, wodurch die elektrische Erosion vermieden wird.
Eine zusätzliche Erosionsvermeidungsmaßnahme kann vorgenommen werden, um zumindest einen des äußeren Laufrings 25 und des inneren Laufrings 26 von jedem der Lager 21 und 22 unter Verwendung eines keramischen Materials zu bilden, oder alternativ eine Isolierhülse außerhalb des äußeren Laufrings 26 einzubauen.
Andere Ausführungsbeispiele sind nachstehend im Hinblick auf Unterschiede zwischen diesen und dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die polare anisotrope Struktur der Magneteinheit 42 des Rotors 40 geändert und ist nachstehend ausführlich beschrieben.
Die Magneteinheit 42 ist, wie es deutlich in 22 und 23 veranschaulicht ist, unter Verwendung eines Magnet-Arrays gebildet, das als Halbach-Array bezeichnet ist. Insbesondere ist die Magneteinheit 42 mit ersten Magneten 131 und zweiten Magneten 132 ausgerüstet. Die ersten Magnete 131 weisen eine Magnetisierungsrichtung (d.h. eine Ausrichtung eines Magnetisierungsvektors davon) auf, die in der radialen Richtung der Magneteinheit 42 ausgerichtet ist. Die zweiten Magnete 132 weisen eine Magnetisierungsrichtung (d.h. eine Ausrichtung des Magnetisierungsvektors davon) auf, die in der Umlaufrichtung der Magneteinheit 42 ausgerichtet ist. Die ersten Magnete 131 sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung regelmäßig angeordnet. Jeder der zweiten Magnete 132 ist zwischen den ersten Magneten 131 angeordnet, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung sind. Die erste Magnete 131 und die zweiten Magnete 132 sind jeweils durch einen Seltene-Erden-Permanentmagnet wie einen Neodym-Magnet verwirklicht.
Die ersten Magnete 131 sind weg voneinander in der Umlaufrichtung derart angeordnet, dass sie N-Pole und S-Pole aufweisen, die an radial inneren Abschnitten davon erzeugt werden und dem Stator 50 zugewandt sind. Die N-Pole und die S-Pole sind abwechselnd in der Umlaufrichtung angeordnet. Die zweiten Magnete 132 sind derart angeordnet, dass sie N-Pole und S-Pole aufweisen, die abwechselnd benachbart zu den ersten Magneten 131 in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Der Zylinder 43, der die Magnete 131 und 132 umgibt, kann aus einem weichmagnetischen Kern geformt sein, der aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, und der als ein Gegenkern fungiert. Die Magneteinheit 42 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist derart entworfen, dass sie die leichte Achse der Magnetisierung in derselben Weise wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in Bezug auf die d-Achse und die q-Achse in dem d-q-Achsen-Koordinatensystem ausgerichtet aufweist.
Magnetische Elemente 133, von denen jedes aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, sind radial außerhalb der ersten Magnete 131, anders ausgedrückt, nahe an dem Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 angeordnet. Jedes der magnetischen Elemente 133 kann aus einem magnetischen Stahlblech, Weicheisen oder Pulverkernmaterial gebildet sein. Jedes der magnetischen Elemente 133 weist eine Länge auf, die identisch zu derjenigen des ersten Magneten 131 (insbesondere eine Länge eines äußeren Umfangs des ersten Magneten 131) in der Umlaufrichtung ist. Eine Baugruppe, die aus jedem der ersten Magnete 131 und einem entsprechenden der magnetischen Elemente 133 aufgebaut ist, weist eine Dicke auf, die identisch zu derjenigen des zweiten Magneten 132 in der radialen Richtung ist. Anders ausgedrückt weist jeder der ersten Magnete 131 eine Dicke auf, die um diejenige des magnetischen Elements 133 in der radialen Richtung kleiner als diejenige des zweiten Magneten 132 ist. Die Magnete 131 und 132 sowie die magnetischen Elemente 133 sind fest aneinander unter Verwendung von beispielsweise Klebemitteln gesichert. In der Magneteinheit 42 ist die radiale Außenseite der ersten Magnete 131 von dem Stator 50 weg gewandt. Die magnetischen Elemente 133 befinden sich an der entgegengesetzten Seite der ersten Magnete 131 in Bezug auf den Stator 50 in der radialen Richtung (d.h. weiter weg von dem Stator 50).
Jedes der magnetischen Elemente 133 weist einen Nutkeil 134 in einer konvexen Form auf, der an dem äußeren Umfang davon geformt ist und von dem magnetischen Element 133 radial nach außen vorspringt, anders ausgedrückt, in den Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 vorspringt. Der Zylinder 43 weist Keilnuten 135 auf, die in einer inneren Umfangsoberfläche davon in einer konkaven Form geformt sind und in denen die Nutkeile 134 der magnetischen Elemente 133 eingepasst sind. Die vorspringende Form der Nutkeile 134 ist konturiert, um mit der Aussparungsform der Keilnuten 135 übereinzustimmen. Es sind so viele Keilnuten 135 wie die Nutkeile 134 der magnetischen Elemente 133 geformt. Der Eingriff zwischen den Nutkeilen 134 und den Keilnuten 135 dient zur Beseitigung einer Fehlausrichtung oder einer Positionsabweichung der ersten Magnete 131, der zweiten Magnete 132 und der Magnethalteeinrichtung 41 in der Umlaufrichtung (d.h. einer Drehrichtung). Die Nutkeile 134 und die Keilnuten 135 (d.h. Konvexitäten und Konkavitäten) können entweder auf den Zylindern 43 der Magnethalteeinrichtung 41 oder in den magnetischen Elementen 133 jeweils geformt werden. Insbesondere können die magnetischen Elemente 133 die Keilnuten 135 in dem äußeren Umfang davon aufweisen, während der Zylinder 43 der Magnethalteeinrichtung 41 die Nutkeile 134 an dem inneren Umfang davon geformt aufweisen kann.
Die Magneteinheit 42 weist die ersten Magnete 131 und die zweiten Magnete 132 auf, die abwechselnd angeordnet sind, um die Magnetflussdichte in den ersten Magneten 131 zu erhöhen. Dies führt zu einer Konzentration von Magnetfluss auf einer Oberfläche der Magneteinheit 42, um den Magnetfluss nahe an dem Stator 50 zu verbessern.
Die Anordnung der magnetischen Elemente 133, die radial außerhalb der ersten Magnete 131, anders ausgedrückt weiter weg von dem Stator 50 angeordnet sind, reduziert eine teilweise magnetische Sättigung, die radial außerhalb der ersten Magnete 131 auftritt, wodurch ein Risiko einer Entmagnetisierung in den ersten Magneten 131 aufgrund der magnetischen Sättigung behoben wird. Dies führt zu einer Erhöhung in der Magnetkraft, die durch die Magneteinheit 42 erzeugt wird. Anders ausgedrückt wird die Magneteinheit 42 gemäß diesem Ausführungsbeispiel derart betrachtet, dass sie Abschnitte aufweist, die üblicherweise der Entmagnetisierung unterzogen werden und mit den magnetischen Elementen 133 ersetzt werden.
24(a) und 24(b) zeigen Darstellungen, die Strömungen von Magnetfluss in der Magneteinheit 42 demonstrieren. 24(a) veranschaulicht eine herkömmliche Struktur, bei der die Magneteinheit 42 nicht mit den magnetischen Elementen 133 ausgerüstet ist. 24(b) veranschaulicht die Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel, bei der die Magneteinheit 42 mit den magnetischen Elementen 133 ausgerüstet ist. 24(a) und 24(b) sind linear entwickelte Ansichten des Zylinders 43 der Magnethalteeinrichtung 41 und der Magneteinheit 42. Die unteren Seiten von 24(a) und 24(b) sind näher an dem Stator 50, wohingegen die oberen Seiten davon weiter weg von dem Stator 50 sind.
In der in 24(a) gezeigten Struktur sind eine Magnetflusseinwirkungsoberfläche von jedem der ersten Magnete 131 und eine Seitenoberfläche von jedem der zweiten Magnete 132 in Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche des Zylinders 43 platziert. Eine Magnetflusseinwirkungsoberfläche von jedem der zweiten Magnete 132 ist in Kontakt mit der Seitenoberfläche von einem der ersten Magnete 131 platziert. Eine derartige Anordnung bewirkt die Erzeugung eines kombinierten Magnetflusses in dem Zylinder 43. Der kombinierte Magnetfluss besteht aus einem Magnetfluss F1, der außerhalb des zweiten Magneten 132 verläuft und dann in die Oberfläche des ersten Magneten 131 eintritt, der den Zylinder 43 berührt, und einem Magnetfluss, der im Wesentlichen parallel zu dem Zylinder 43 verläuft und einen Magnetfluss F2 anzieht, der durch den zweiten Magneten 132 erzeugt wird. Dies führt zu einem Risiko, dass die magnetische Sättigung nahe der Oberfläche eines Kontakts zwischen dem ersten Magneten 131 und dem zweiten Magneten 132 in dem Zylinder 43 auftreten kann.
In der Struktur gemäß 24(b), bei der jedes der magnetischen Elemente 133 zwischen der Magnetflusseinwirkungsoberfläche des ersten Magneten 131 und dem inneren Umfang des Zylinders 43, der weiter weg von dem Stator 50 ist, angeordnet ist, wird zugelassen, dass der Magnetfluss durch das magnetische Element 133 verläuft. Dies minimiert die magnetische Sättigung in dem Zylinder 43 und erhöht eine Widerstandsfähigkeit gegenüber der Entmagnetisierung.
Die Struktur gemäß 24(b) fungiert im Gegensatz zu 24(a) zur Beseitigung des Magnetflusses F2, der die magnetische Sättigung begünstigt. Dies verbessert effektiv die Permeanz in dem gesamten Magnetkreis, wodurch die Stabilität in den Eigenschaften des Magnetkreises unter einer erhöhten Temperatur gewährleistet wird.
Im Vergleich zu radialen Magneten, die in herkömmlichen SPM-Rotoren verwendet werden, weist die Struktur gemäß 24(b) eine erhöhte Länge des Magnetpfades auf, der durch den Magneten verläuft. Dies führt zu einem Anstieg in der Permeanz des Magneten, was die Magnetkraft verbessert, um das Drehmoment zu erhöhen. Weiterhin konzentriert sich der Magnetfluss auf die Mitte der d-Achse, wodurch ein Sinuswellenübereinstimmungsanteil erhöht wird. Insbesondere kann die Erhöhung des Drehmoments effektiv erzielt werden, indem die Wellenform des Stroms unter einer PWM-Steuerung auf eine Sinus- oder Trapezwelle geformt wird oder 120°-Erregungsschalt-ICs verwendet werden.
In einem Fall, in dem der Statorkern 52 aus magnetischen Stahlblechen gebildet ist, ist die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung davon vorzugsweise die Hälfte oder größer als die Hälfte der Dicke der Magneteinheit 42 in der radialen Richtung. Beispielsweise ist es vorzuziehen, dass die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung größer als die Hälfte der Dicke der ersten Magnete 131 ist, die an der Pol-zu-Pol-Mitte in der Magneteinheit 42 angeordnet sind. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung kleiner als die der Magneteinheit 42 ist. In diesem Fall ist ein Magnet-Magnetfluss angenähert 1 T, wohingegen die Sättigungsmagnetflussdichte in dem Statorkern 52 2 T ist. Die Streuung von Magnetfluss nach innerhalb des inneren Umfangs des Statorkerns 52 wird vermieden, indem die Dicke des Statorkerns 52 in der radialen Richtung derart ausgewählt wird, dass sie größer als die Hälfte von derjenigen der Magneteinheit 42 ist.
Magnete, die angeordnet sind, die Halbach-Struktur oder die polare anisotrope Struktur aufzuweisen, weisen üblicherweise einen bogenförmigen Magnetpfad auf, so dass der Magnetfluss proportional zu einer Dicke von denjenigen der Magnete erhöht werden kann, die einen Magnetfluss in der Umlaufrichtung handhaben. In einer derartigen Struktur angenommen, dass der durch den Statorkern 52 strömende Magnetfluss den Magnetfluss, der in der Umlaufrichtung strömt, nicht überschreitet. Anders ausgedrückt kann, wenn der durch die Magnete erzeugte Magnetfluss 1 T ist, während ein eisenhaltiges Metall, dessen Sättigungsmagnetflussdichte 2 T ist, um den Statorkern 52 zu bilden, eine leichtgewichtige und kompakte elektrische rotierende elektrische Maschine produziert werden, indem die Dicke des Statorkerns 52 derart ausgewählt wird, dass sie größer als die Hälfte derjenigen der Magnete ist. Das Entmagnetisierungsfeld wird üblicherweise durch den Stator 50 auf das durch die Magnete produzierte Magnetfeld ausgeübt, so dass der durch die Magnete produzierte Magnetfluss 0,9 T oder weniger sein wird. Die magnetische Permeabilität des Statorkerns kann daher in geeigneter Weise gehalten werden, indem die Dicke des Statorkerns derart ausgewählt wird, dass sie die Hälfte von derjenigen der Magnete ist.
Modifikationen der vorstehend beschriebenen Struktur sind nachstehend beschrieben.
ERSTE MODIFIKATION
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist die äußere Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 eine gekrümmte Oberfläche ohne irgendwelche Irregularitäten auf. Die Vielzahl der Leitergruppen 81 sind zu einem gegebenen Intervall voneinander weg auf der äußeren Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 angeordnet. Diese Anordnung kann geändert werden. Beispielsweise ist der in 25 veranschaulichte Statorkern 52 mit einem kreisförmigen ringförmigen Joch 141 und Vorsprüngen 142 ausgerüstet. Das Joch 141 befindet sich auf der dem Rotor 40 in der radialen Richtung entgegengesetzten Seite (d.h., der unteren Seite, wie in der Zeichnung betrachtet) der Statorwicklung 51. Jeder der Vorsprünge 142 springt in einen Spalt zwischen jeweiligen zweien der geraden Abschnitte 83 vor, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Die Vorsprünge 142 sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung radial außerhalb des Jochs 141, d.h. nahe an dem Rotor 40, angeordnet. Jede der Leitergruppen 81 der Statorwicklung 51 ist in Eingriff mit den Vorsprüngen 142 in der Umlaufrichtung, anders ausgedrückt werden die Vorsprünge 142 als Positioniereinrichtungen zum Positionieren und zum regelmäßigen Anordnen der Leitergruppen 81 in der Umlaufrichtung verwendet. Die Vorsprünge 142 entsprechen Zwischenleiterelementen.
Eine radiale Dicke von jedem der Vorsprünge 142 von dem Joch 141, anders ausgedrückt ein Abstand W, wie er in 25 veranschaulicht ist, zwischen der inneren Oberfläche 320 der geraden Abschnitte 82, die in Kontakt mit dem Joch 141 versetzt sind, und der Spitze des Vorsprungs 412 in der radialen Richtung des Jochs 141 wird derart ausgewählt, dass sie kleiner als eine Hälfte einer radialen Dicke (wie durch H1 in der Zeichnung angegeben) der geraden Abschnitte 83 ist, die benachbart zu dem Joch 141 in der radialen Richtung angeordnet sind. Anders ausgedrückt belegen nichtleitende Elemente (d.h. die Dichtungselemente 57) vorzugsweise jeweils drei Viertel einer Abmessung (d.h. Dicke) T1 (d.h., das Doppelte der Dicke der Leiter 82, anders ausgedrückt, einen minimalen Abstand zwischen der Oberfläche 320 der Leitergruppe 81, die in Kontakt mit dem Statorkern 52 versetzt ist, und der Oberfläche 330 der Leitergruppe 81, die dem Rotor 40 zugewandt ist) der Leitergruppen (d.h. Leitern) 81 in der radialen Richtung der Statorwicklung 51 (d.h. des Statorkerns 52). Eine derartige Auswahl der Dicke der Vorsprünge 142 bewirkt, dass jeder der Vorsprünge 142 nicht als ein Zahn zwischen den Leitergruppen 81 (d.h. den geraden Abschnitten 83), die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind, fungiert, so dass es keine Magnetpfade gibt, die üblicherweise durch die Zähne geformt werden würden. Die Vorsprünge 142 müssen nicht notwendigerweise zwischen jeweiligen in Umlaufrichtung zwei benachbarten aller Leitergruppen 81 angeordnet sein, jedoch kann ein einzelner Vorsprung 142 zumindest zwischen zweien der Leitergruppen 81 angeordnet werden, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind. Beispielsweise können die Vorsprünge 142 weg voneinander in der Umlaufrichtung zu gleichen Intervallen angeordnet werden, die jeweils einer gegebenen Anzahl der Leitergruppen 81 entsprechen. Jeder der Vorsprünge 142 kann entworfen werden, irgendeine Form aufzuweisen, wie eine Rechteckform oder eine Bogenform.
Die geraden Abschnitte 83 können alternativ in einer einzelnen Schicht auf der äußeren Umfangsoberfläche des Statorkerns 52 angeordnet werden. In einem breiten Sinne kann die Dicke der Vorsprünge 142 von dem Joch 141 in der radialen Richtung kleiner als die Hälfte von derjenigen der geraden Abschnitte 83 in der radialen Richtung sein.
Wenn ein imaginärer Kreis, dessen Mitte sich in der axialen Mitte der Drehwelle 11 befindet und der durch die radialen Mitten der geraden Abschnitte 83 verläuft, die benachbart zu dem Joch 141 in der radialen Richtung platziert sind, definiert ist, kann jeder der Vorsprünge 142 geformt sein, lediglich innerhalb des imaginären Kreises vorzuspringen, anders ausgedrückt, nicht radial nach außerhalb des imaginären Kreises zu dem Rotor 40 hin vorzuspringen.
Die vorstehend beschriebene Struktur, bei der die Vorsprünge 142 die begrenzte Dicke in der radialen Richtung aufweisen und nicht als Zähne in den Spalten zwischen den geraden Abschnitten 83 fungieren, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind, ermöglicht, dass die benachbarten geraden Abschnitte 83 näher aneinander angeordnet werden, als im Vergleich zu einem Fall, in dem Zähne in den Spalten zwischen den geraden Abschnitten 83 vorgesehen sind. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Schnittfläche des Leiterkörpers 82a, wodurch eine bei Erregung der Statorwicklung 51 erzeugte Wärme reduziert wird. Das Fehlen der Zähne ermöglicht eine Beseitigung der magnetischen Sättigung, um die Größe von elektrischem Strom zu erhöhen, der der Statorwicklung 51 zugeführt wird. Es ist jedoch möglich, die nachteiligen Wirkungen, die aus einer Erhöhung der Wärmemenge, die durch die Erhöhung von der Statorwicklung 51 zugeführtem elektrischen Strom erzeugt wird, zu verringern. Die Statorwicklung 51 weist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Windungen 84 auf, die in der radialen Richtung verschoben sind und mit den Behinderungsvermeidungsabschnitten mit den benachbarten Windungen 84 ausgerüstet sind, wodurch eine Anordnung der Windungen 84 weg voneinander in der radialen Richtung ermöglicht wird. Dies verbessert die Wärmeableitung von den Windungen 84. Die vorstehend beschriebene Struktur ist fähig, die Wärmeableitungsfähigkeit des Stators 50 zu verbessern.
Die radiale Dicke der Vorsprünge 142 muss nicht durch die Abmessung H1 gemäß 25 beschränkt werden, solange wie das Joch 141 des Statorkerns 52 und die Magneteinheit 42 (d.h. jeder der Magnete 91 und 92) des Rotors 40 zu einem gegebenen Abstand weg voneinander angeordnet sind. Insbesondere kann die radiale Dicke der Vorsprünge 142 größer als oder gleich wie die Abmessung H1 gemäß 25 sein, solange wie das Joch 141 und die Magneteinheit 42 2 mm oder mehr voneinander weg angeordnet sind. Beispielsweise können in einem Fall, in dem die radiale Dicke des geraden Abschnitts 83 größer als 2 mm ist und jede der Leitergruppen 81 aus zwei Leitern 82 aufgebaut sind, die in der radialen Richtung gestapelt sind, jeder der Vorsprünge 142 derart geformt sein, dass er eine Region belegt, die von der Hälfte der Dicke des geraden Abschnitts 83, der das Joch 141 nicht berührt, d.h. der Dicke des Leiters 82, der sich weiter weg von dem Joch 141 befindet, reicht. In diesem Fall werden die vorstehend beschriebenen Vorteile erhalten, indem die leitende Schnittfläche der Leitergruppen 81 erhöht wird, solange wie die radiale Dicke der Vorsprünge 142 zumindest H1 x 3/2 ist.
Der Statorkern 52 kann derart entworfen werden, dass er die in 26 veranschaulichte Struktur aufweist. 26 lässt die Dichtungselemente 57 weg, jedoch können die Dichtungselemente 57 verwendet werden. Der Einfachheit halber veranschaulicht 26 die Magneteinheit 42 und den Statorkern 52 derart, dass sie linear angeordnet sind.
In der Struktur gemäß 26 weist der Stator 50 die Vorsprünge 142 als Zwischenleiterelemente auf, von denen jeder zwischen jeweils zweien der Leiter 82 (d.h. den geraden Abschnitten 83) angeordnet ist, die in der Umlaufrichtung benachbart zueinander sind. Der Stator 50 ist mit den Vorsprüngen 350 ausgerüstet, von denen jeder magnetisch entlang einem der Magnetpole (d.h. einem N-Pol oder einem S-Pol) der Magneteinheit 42 arbeitet, wenn die Statorwicklung 51 erregt wird. Die Abschnitte 350 erstrecken sich in der Umlaufrichtung des Stators 50. Wenn jeder der Abschnitte 350 eine Länge Wn in der Umlaufrichtung des Stators 50 aufweist, die Summe der Breiten der Vorsprünge 142, die in einem Bereich dieser Länge Wn liegen (d.h. die Gesamtabmessung der Vorsprünge 412 in der Umlaufrichtung des Stators 50 in dem Bereich der Länge Wn) als Wt definiert ist, die Sättigungsmagnetflussdichte der Vorsprünge 412 als Bs definiert ist, eine Breite der Magneteinheit 42, die äquivalent zu einem der Magnetpole der Magneteinheit 42 ist, in der Umlaufrichtung der Magneteinheit 42 als Wm definiert ist, und die Remanenzflussdichte in der Magneteinheit 42 als Br definiert ist, werden die Vorsprünge 142 aus einem magnetischen Material gebildet, die eine Beziehung von Wt x Bs ≤ Wm x Br ... (1) erfüllen.
Der Bereich Wn ist derart definiert, dass er diejenigen von Leitergruppen 81 enthält, die benachbart zueinander in der Umlaufrichtung angeordnet sind und die einander während der Erregung davon überlappen. Es ist zweckmäßig, dass eine Referenz (d.h. eine Grenze), die bei der Definition des Bereichs Wn verwendet wird, in die Mitte des Spalts 56 zwischen den Leitergruppen 81 gesetzt wird. Beispielsweise weisen in der in 26 veranschaulichten Struktur die Vielzahl der Leitergruppen 81, die in dem Bereich Wn liegen, erste, zweite, dritte und vierte Leitergruppen 81 auf, wie sie von der magnetischen Mitte des N-Pols gezählt werden, wobei die ersten und zweiten Leitergruppen 81 am nächsten an der magnetischen Mitte des N-Pols sind. Der Bereich Wn ist derart definiert, dass er die Gesamtheit dieser vier Leitergruppen 81 aufweist. Enden (d.h. äußere Grenzen) des Bereichs Wn sind derart definiert, dass sie in den Mitten der Spalte 56 liegen.
Gemäß 26 enthält der Bereich Wn die Hälfte des Vorsprungs 142 innerhalb jedes der Enden davon. Die Gesamtheit der vier Vorsprünge 142 liegt in dem Bereich Wn. Wenn die Breite von jedem der Vorsprünge 142 (d.h. einer Abmessung des Vorsprungs 142 in der Umlaufrichtung des Stators 50, anders ausgedrückt, ein Intervall zwischen den benachbarten Spulengruppen 81) als A definiert ist, erfüllt die Summe von Breiten Wt der Vorsprünge 142, die in dem Bereich Wn liegen, die Beziehung von: Wt = 1/2 A + A + A + A + 1/2 A = 4 A.
Insbesondere sind die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorwicklung 51 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der Form von verteilten Wicklungen gebildet. In der Statorwicklung 51 ist die Anzahl der Vorsprünge 142 für jeden Pol der Magneteinheit 42, d.h. die Anzahl der Spalte 56 jeweils zwischen den benachbarten Leitergruppen 81, gewählt als „die Anzahl von Phasen x Q“, wobei Q die Anzahl der Leiter 82 für jede Phase ist, die in Kontakt mit dem Statorkern 52 platziert sind. Anders ausgedrückt ist in dem Fall, in dem die Leiter 82 in der radialen Richtung des Rotors 40 gestapelt sind, um jeweils die Leitergruppen 81 zu bilden, Q die Anzahl der inneren der Leiter 82 der Leitergruppen 81 für jede Phase. In diesem Fall werden, wenn die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorwicklung 51 in einer gegebenen Sequenz erregt werden, die Vorsprünge 142 für zwei der Drei-Phasen innerhalb jedes Pols magnetisch erregt. Die Gesamtumlaufrichtungsbreite Wt der Vorsprünge 142, die bei Erregung der Statorwicklung 51 erregt werden, innerhalb eines Bereichs jedes Pols der Magneteinheit 42 erfüllt daher eine Beziehung von „die Anzahl der erregten Phasen x Q x A = 2 x 2 x A“, wobei A die Breite von jedem der Vorsprünge 142 (d.h. des Spalts 56) in der Umlaufrichtung ist.
Die Gesamtbreite Wt wird in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt. Zusätzlich sind die Vorsprünge 142 des Statorkerns 52 aus magnetischem Material gebildet, das die vorstehend beschriebene Gleichung (1) erfüllt. Die Gesamtbreite Wt wird ebenfalls als äquivalent zu einer Abmessung in Umlaufrichtung betrachtet, bei der erwartet wird, dass die relative magnetische Permeabilität größer als eins innerhalb jedes Pols ist. Die Gesamtbreite Wt kann alternativ als eine Breite in Umlaufrichtung der Vorsprünge 142 in jedem Pol mit einem gewissen Spielraum bestimmt werden. Insbesondere kann, da die Anzahl der Vorsprünge 142 für jeden Pol der Magneteinheit 42 durch die Anzahl der Phasen x Q gegeben ist, die Breite der Vorsprünge 142 in jedem Pol (d.h. die Gesamtbreite Wt) gegeben sein durch die Anzahl der Phasen x Q x A = 3 x 2 x A = 6 A.
Die verteilte Wicklung, wie sich hier darauf bezogen wird, bedeutet, dass es ein Paar von Polen (d.h. den N-Pol und den S-Pol) der Statorwicklung 51 für jedes Paar der Magnetpole gibt. Das Paar der Pole der Statorwicklung 51, wie sich hier darauf bezogen wird, ist aus den zwei geraden Abschnitten 83, in denen elektrischer Strom in entgegengesetzten Richtungen fließt, und der Windung 84 gebildet, die elektrisch diese miteinander verbindet. Es sei bemerkt, dass eine gesehnte bzw. schrittverkürzte Wicklung (short pitch winding) oder eine Durchmesserwicklung (full pitch winding) als ein Äquivalent der verteilten Wicklung betrachtet werden kann, solange wie diese die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt.
Nachstehend ist der Fall einer konzentrierten Wicklung beschrieben. Die konzentrierte Wicklung, wie sich hier darauf bezogen wird, bedeutet, dass die Breite jedes Paars von Magnetpolen sich von derjenigen jedes Paars der Pole der Statorwicklung 51 unterscheidet. Ein Beispiel für die konzentrierte Wicklung weist eine Struktur auf, bei der es drei Leitergruppen 81 für jedes Paar der Magnetpole gibt, bei der es drei Leitergruppen 81 für zwei Paare von Magnetpolen gibt, bei der es neun Leitergruppen 81 für vier Paare von Magnetpolen gibt, oder bei der es neun Leitergruppen 81 für fünf Paare von Magnetpolen gibt.
In dem Fall, in dem die Statorwicklung 51 in der Form der konzentrierten Wicklung gebildet ist, wird, wenn die Drei-Phasen-Wicklungen der Statorwicklung 51 in einer gegebenen Sequenz erregt werden, ein Abschnitt der Statorwicklung 51 für zwei Phasen erregt. Dies bewirkt eine magnetische Erregung der Vorsprünge 142 für zwei Phasen. Die Breite Wt in Umlaufrichtung der Vorsprünge 142, die bei Erregung der Statorwicklung magnetisch erregt werden, in einem Bereich jedes Pols der Magneteinheit 42 ist durch Wt = A x 2 gegeben. Die Breite Wt wird auf diese Weise bestimmt. Die Vorsprünge 142 sind aus magnetischem Material gebildet, das die vorstehend beschriebene Gleichung (1) erfüllt. In dem vorstehend beschriebenen Fall der konzentrierten Wicklung ist die Summe der Breiten der Vorsprünge 142, die in der Umlaufrichtung des Stators 50 innerhalb einer Region, die durch die Leitergruppen 81 für dieselbe Phase umgeben ist, als A definiert. Die Abmessung Wm in der konzentrierten Wicklung ist gegeben durch [gesamter Umlauf einer Oberfläche der Magneteinheit 42, die dem Luftspalt zugewandt ist] x [Anzahl der Phasen] ÷ [die Anzahl der verteilten Leitergruppen 81].
Üblicherweise weist ein Neodym-Magnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet oder ein Ferrit-Magnet, dessen Wert von BH höher als oder gleich wie 20 [MGOe (kJ / m³)] ein Bd = 1,0 T oder mehr auf. Eisen weist Br = 2,0 T oder mehr auf. Die Vorsprünge 142 des Statorkerns 52 können daher aus magnetischem Material gebildet sein, das eine Beziehung von Wt < 1/2 x Wm erfüllt, um einen Hochleistungsmotor zu verwirklichen.
In einem Fall, in dem jeder der Leiter 82, wie später beschrieben ist, mit einer äußeren Beschichtungsschicht 182 ausgerüstet ist, können die Leiter 82 in der Umlaufrichtung des Statorkerns mit den äußeren Beschichtungsschichten 182 in Kontakt miteinander versetzt angeordnet werden. In diesem Fall kann die Breite Wt als Null oder als äquivalent zu der Dicke der äußeren Beschichtungsschichten 182 der Leiter 82 betrachtet werden, die einander berühren.
Die in 25 oder 26 veranschaulichte Struktur ist derart entworfen, dass sie Zwischenleiterelemente (d.h. die Vorsprünge 142) aufweist, deren Größe zu klein für den durch den Magneten produzierten Magnetfluss in dem Rotor 40 ist. Der Rotor 40 wird durch einen Oberflächenpermanentmagnetrotor verwirklicht, der eine flache Oberfläche und eine niedrige Induktivität aufweist, und weist keine Schenkelpole im Hinblick auf einen magnetischen Widerstandswert auf. Eine derartige Struktur ermöglicht eine Verringerung der Induktivität des Stators 50, wodurch ein Risiko für eine Verzerrung des Magnetflusses reduziert wird, die durch die Schaltzeitlücke in der Statorwicklung 51 verursacht wird, was die elektrische Erosion der Lager 21 und 22 minimiert.
ZWEITE MODIFIKATION
Der Stator 50, der mit den Zwischenleiterelementen ausgerüstet ist, die gebildet sind, um die vorstehend beschriebene Gleichung zu erfüllen, kann entworfen sein, die nachfolgende Struktur aufzuweisen. Gemäß 27 ist der Statorkern 52 mit den Zähnen 143 als Zwischenleiterelemente ausgerüstet, die in einem äußeren Umfangsabschnitt (einem oberen Abschnitt, wie in der Zeichnung betrachtet) des Statorkerns 52 geformt sind. Die Zähne 143 springen von dem Joch 141 vor und sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufrichtung des Statorkerns 52 angeordnet. Jeder der Zähne 143 weist eine Dicke auf, die identisch zu derjenigen der Leitergruppe 81 in der radialen Richtung ist. Die Zähne 143 weisen Seitenoberflächen auf, die in Kontakt mit den Leitern 82 der Leitergruppen 81 versetzt sind. Die Zähne 143 können alternativ von den Leitern 82 über Spalte beabstandet sein.
Die Zähne 143 sind geformt, eine beschränkte Breite in der Umlaufrichtung aufzuweisen. Insbesondere weist jeder der Zähne 143 einen Statorzahn auf, der sehr dünn für das Volumen der Magnete ist. Eine derartige Struktur der Zähne 143 dient zur Erzielung einer Sättigung durch den durch den Magneten produzierten Magnetfluss bei 1,8 T oder mehr, um die Permeanz zu reduzieren, wodurch die Induktivität verringert wird.
Wenn eine Oberflächenfläche der Magnetflusseinwirkungsoberfläche der Magneteinheit 42, die dem Stator 50 zugewandt ist, für jeden Pol als Sm definiert ist und eine Remanenzflussdichte der Magneteinheit 42 als Br definiert ist, wird der Magnetfluss in der Magneteinheit 42 Sm x Br sein. Eine Oberflächenfläche von jedem der Zähne 143, die dem Rotor 40 zugewandt sind, ist als St definiert. Die Anzahl der Leiter 83 für jede Phase ist als m definiert. Wenn die Zähne 143 für zwei Phasen innerhalb eines Bereichs von einem Pol bei Erregung der Statorwicklung 51 magnetisch erregt werden, ist der Magnetfluss in dem Stator 50 ausgedrückt durch St x m x 2 x Bs. Die Verringerung der Induktivität kann erzielt werden, indem die Abmessungen der Zähne 143 derart ausgewählt werden, dass die folgende Beziehung erfüllt wird: $St \times m \times 2 \times Bs<Sm \times Br$
In einem Fall, in dem die Abmessung der Magneteinheit 42 identisch zu derjenigen des Zahns 143 in der axialen Richtung ist, kann die vorstehend beschriebene Gleichung (2) als eine Gleichung (3) umgeschrieben werden mit Wst x m x 2 x Bs < Wm x Br, wobei Wm die Umlaufbreite der Magneteinheit 42 für jeden Pol ist und Wst die Umlaufbreite der Zähne 143 ist. Beispielsweise wird, wenn Bs = 2 T, Br = 1 T und m = 2 gilt, die Gleichung (3) Wst < Wm/8 sein. In diesem Fall kann die Verringerung der Induktivität erzielt werden, indem die Breite Wst der Zähne 143 derart ausgewählt wird, dass sie kleiner als ein Achtel (1/8) der Breite Wm der Magneteinheit 42 für einen Pol ist. Wenn m eins ist, wird die Breite Wst der Zähne 143 vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie kleiner als ein Viertel (1/4) der Breite Wm der Magneteinheit 42 für einen Pol ist.
„Wst x m x 2“ in der Gleichung (3) entspricht einer Umlaufbreite der Zähne 143, die bei Erregung der Statorwicklung 51 magnetisch erregt werden, in einem Bereich von einem Pol der Magneteinheit 42.
Die Struktur gemäß 27 ist, wie gemäß 25 und 26, mit den Zwischenleiterelementen (d.h. den Zähnen 143) ausgerüstet, die eine sehr geringe Größe für den durch den Magneten produzierten Magnetfluss in dem Rotor 40 aufweisen. Eine derartige Struktur ist in der Lage, die Induktivität des Stators 50 zu reduzieren, um ein Risiko für eine Verzerrung des Magnetflusses aufgrund der Schaltzeitlücke in der Statorwicklung 51 zu beheben, was die Wahrscheinlichkeit der elektrischen Erosion der Lager 21 und 22 minimiert. Es ist anzumerken, dass die Definitionen von Parametern, wie beispielsweise Wt, Wn, A und Bs, die mit dem Stator 50 verbunden sind, oder von Parametern, wie beispielsweise Wn und Wr, die mit der Magneteinheit 42 verbunden sind, sich auf die in der vorstehend beschriebenen ersten Modifikation beziehen können.
DRITTE MODIFIKATION
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel weist die Dichtungselemente 57 auf, die die Statorwicklung 51 abdecken und eine Region einschließlich aller Leitergruppen 81 radial außerhalb des Statorkerns 52 belegen, anders ausgedrückt in einer Region liegen, in der die Dicke der Dichtungselemente 57 größer als diejenige der Leitergruppen 81 in der radialen Richtung ist. Diese Anordnung der Dichtungselemente 57 kann geändert werden. Beispielsweise können die Dichtungselemente 57, wie es in 28 veranschaulicht ist, derart entworfen sein, dass die Leiter 82 teilweise nach außerhalb der Dichtungselemente 57 vorspringen. Insbesondere sind die Dichtungselemente 57 derart angeordnet, dass Abschnitte der Leiter 82, die radial äußerste Abschnitte der Leitergruppen 81 sind, nach außerhalb der Dichtungselemente 57 zu dem Stator 50 hin freigelegt sind. In diesem Fall kann die Dicke der Dichtungselemente 57 in der radialen Richtung identisch zu oder kleiner als diejenige der Leitergruppen 81 sein.
VIERTE MODIFIKATION
Der Stator 50 kann, wie es in 29 veranschaulicht ist, derart entworfen sein, da er nicht die Dichtungselemente 57 aufweist, die die Leitergruppen 81, d.h. die Statorwicklung 51, abdecken. In diesem Fall wird ein Spalt zwischen den benachbarten Leitergruppen 81, die in der Umlaufrichtung angeordnet sind, ohne ein Zwischenleiterelement dazwischen erzeugt. Anders ausgedrückt wird kein Zwischenleiterelement zwischen den in der Umlaufrichtung angeordneten Leitergruppen 81 angeordnet. Luft kann in den Spalten zwischen den Leitergruppen 81 angeordnet sein. Die Luft kann als ein nichtmagnetisches Element oder ein Äquivalent davon betrachtet werden, dessen Bs Null (0) ist.
FÜNFTE MODIFIKATION
Die Zwischenleiterelemente des Stators 50 können aus einem anderen nichtmagnetischen Material als Harz gebildet sein. Beispielsweise kann ein nichtmagnetisches metallisches Material wie SUS304, das ein austenitischer rostfreier Stahl ist, verwendet werden.
SECHSTE MODIFIKATION
Der Stator 50 kann entworfen sein, den Statorkern 52 nicht aufzuweisen. Insbesondere ist der Stator 50 aus der in 12 gezeigten Statorwicklung 51 gebildet. Die Statorwicklung 51 des Stators 50 kann mit einem Dichtungselement abgedeckt werden. Der Stator 50 kann alternativ entworfen sein, eine ringförmige Wicklungsfesthalteeinrichtung, die aus einem nichtmagnetischen Material wie einem synthetischen Harz gebildet ist, anstelle des Statorkerns 52, der aus weichmagnetischem Material gebildet ist, aufzuweisen.
SIEBTE MODIFIKATION
Die Struktur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet die Magnete 91 und 92, die in der Umlaufrichtung angeordnet sind, um die Magneteinheit 42 des Rotors 40 zu bilden. Die Magneteinheit 42 kann unter Verwendung eines ringförmigen Permanentmagneten gebildet werden. Beispielsweise ist, wie es in 30 veranschaulicht ist, ein ringförmiger Magnet 95 an einem radial inneren Umfang des Zylinders 43 der Magnethalteeinrichtung 41 gesichert. Der ringförmige Magnet 95 ist mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Magnetpolen ausgerüstet, deren magnetische Polaritäten abwechselnd in der Umlaufrichtung des ringförmigen Magneten 95 angeordnet sind. Der Magnet 95 liegt einstückig sowohl auf der d-Achse als auch auf der q-Achse. Der ringförmige Magnet 95 weist eine magnetische Ausrichtung, die in der radialen Richtung auf der d-Achse jedes Magnetpols gerichtet ist, und eine magnetische Ausrichtung auf, die in der Umlaufrichtung auf der q-Achse zwischen den Magnetpolen gerichtet ist, wodurch bogenförmige Magnetpfade erzeugt werden.
Der ringförmige Magnet 95 kann entworfen sein, eine leichte Achse der Magnetisierung, die parallel oder fast parallel zu der d-Achse gerichtet ist, nahe der d-Achse aufzuweisen, und ebenfalls eine leichte Achse der Magnetisierung, die senkrecht oder fast senkrecht zu der q-Achse gerichtet ist, nahe der q-Achse aufzuweisen, wodurch die bogenförmigen Magnetpfade erzeugt werden.
ACHTE MODIFIKATION
Diese Modifikation unterscheidet sich im Betrieb der Steuerungseinrichtung 110 gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel oder den Modifikationen. Nachstehend sind lediglich Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Nachstehend sind unter Bezugnahme auf 31 die Betriebe der in 20 veranschaulichten Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 116 und 126 und der in 21 veranschaulichten Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 130a und 130b beschrieben. Die durch die Betriebssignalerzeugungseinrichtungen 116, 126, 130a und 130b ausgeführten Betriebe sind im Wesentlichen identisch zueinander. Daher ist nachstehend der Einfachheit halber lediglich der Betrieb der Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 beschrieben.
Die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 weist eine Trägererzeugungseinrichtung 116a, einen U-Phasen-Vergleicher 116bU, einen V-Phasen-Vergleicher 116bV und einen W-Phasen-Vergleicher 116bW auf. Die Trägererzeugungseinrichtung 116a erzeugt das Trägersignal SigC in der Form eines Dreieckwellensignals und gibt es aus.
Die U-, V- und W-Phasen-Vergleicher 116bU, 116bV und 116bW empfangen das von der Trägererzeugungseinrichtung 116a ausgegebene Trägersignal SigC und die durch die Drei-Phasen-Umwandlungseinrichtung 115 produzierten U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen. Die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen werden beispielsweise in der Form einer Sinuswelle produziert und um 120° in der elektrischen Phase zueinander versetzt ausgegeben.
Die U-, V- und W-Phasen-Vergleicher 116bU, 116bV und 116bW vergleichen die U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen mit dem Trägersignal SigC, um Betriebssignale für die Schalter Sp und Sn der oberen und unteren Zweige in dem ersten Wechselrichter 101 für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen unter einer PWM- (Pulsbreitenmodulations-) Steuerung zu erzeugen. Insbesondere arbeitet die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 zur Erzeugung von Betriebssignalen für die Schalter Sp und Sn der oberen und unteren Zweige für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen unter der PWM-Steuerung auf der Grundlage eines Vergleichs von Signalpegeln, die durch Normalisieren der U-, V- und W-Phasen-Befehlsspannungen unter Verwendung der Leistungsversorgungsspannung hergeleitet werden, mit einem Pegel des Trägersignals SigC. Die Ansteuerungseinrichtung 117 spricht auf die durch die Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 ausgegebenen Betriebssignale an, um die Schalter Sp und Sn in dem ersten Wechselrichter 101 für die U-, V- und W-Phasen-Wicklungen ein- oder auszuschalten.
Die Steuerungseinrichtung 110 ändert die Trägerfrequenz fc des Trägersignals SigC, d.h. eine Schaltfrequenz für jeden der Schalter Sp und Sn. Die Trägerfrequenz fc wird derart geändert, dass sie in einem Niedrigdrehmomentbereich oder einem Hochgeschwindigkeitsbereich in der rotierenden elektrischen Maschine 10 höher ist, und dass sie alternativ in einem Hochdrehmomentbereich in der rotierenden elektrischen Maschine 10 niedriger ist. Diese Änderung wird erzielt, um eine Verschlechterung bei der Leichtigkeit der Steuerung des durch jede der U-, V- und W-Phasen-Wicklungen fließenden elektrischen Stroms zu minimieren.
Kurz gesagt dient die kernlose Struktur des Stators 50 zum Reduzieren der Induktivität des Stators 50. Die Reduktion der Induktivität führt üblicherweise zu einer Verringerung der elektrischen Zeitkonstante in der rotierenden elektrischen Maschine 10. Dies führt zu einem Risiko, dass Welligkeit von Strom, der durch jede der Phasenwicklungen fließt, erhöht werden kann, was zu einer Verschlechterung bei der Leichtigkeit der Steuerung des durch die Phasenwicklung fließenden Stroms führt, was eine Steuerungsabweichung verursacht. Die nachteiligen Wirkungen der vorstehend beschriebenen Verschlechterung bei der Leichtigkeit der Steuerung werden üblicherweise höher, wenn der Strom (beispielsweise ein Effektivwert des Stroms), der durch die Wicklung fließt, in einem Niedrigstrombereich liegt, als wenn der Strom in einem Hochstrombereich liegt. Zur Behebung eines derartigen Problems ist die Steuerungseinrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel entworfen, die Trägerfrequenz fc zu ändern.
Wie die Trägerfrequenz fc zu ändern ist, ist nachstehend unter Bezugnahme auf 32 beschrieben. Dieser Betrieb der Betriebssignalerzeugungseinrichtung 116 wird durch die Steuerungseinrichtung 110 zyklisch zu einem gegebenen Intervall ausgeführt.
Zunächst wird in Schritt S10 bestimmt, ob der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen 51a fließende elektrische Strom in dem Niedrigstrombereich liegt. Diese Bestimmung wird durchgeführt, um zu bestimmen, ob das jetzt durch die rotierende elektrische Maschine 10 produzierte Drehmoment in dem Niedrigdrehmomentbereich liegt. Eine derartige Bestimmung kann entsprechend einem ersten Verfahren oder einem zweiten Verfahren, die nachstehend beschrieben sind, erzielt werden.
ERSTES VERFAHREN
Der geschätzte Drehmomentwert der rotierenden elektrischen Maschine 10 wird unter Verwendung des d-Achsen-Stroms und des q-Achsen-Stroms, die durch die d-q-Umwandlungseinrichtung 112 umgewandelt werden, berechnet. Wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Drehmomentwert niedriger als ein Drehmomentschwellwert ist, wird daraus geschlossen, dass der durch die Wicklung 51a fließende Strom in dem Niedrigstrombereich liegt. Wenn alternativ dazu bestimmt wird, dass der geschätzte Drehmomentwert höher als oder gleich wie der Drehmomentschwellwert ist, wird daraus geschlossen, dass der Strom in dem Hochstrombereich liegt. Der Drehmomentschwellwert ist beispielsweise derart ausgewählt, dass er die Hälfte des Ausmaßes eines Startdrehmoments (das ebenfalls als verriegeltes Rotordrehmoment bezeichnet ist) in der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist.
ZWEITES VERFAHREN
Wenn bestimmt wird, dass ein durch einen Winkelsensor gemessener Drehwinkel des Rotors 40 höher als oder gleich wie ein Geschwindigkeitsschwellwert ist, wird bestimmt, dass der durch die Wicklung 51a fließende Strom in dem Niedrigstrombereich liegt, das heißt, in dem Hochgeschwindigkeitsbereich. Der Geschwindigkeitsschwellwert kann derart ausgewählt sein, dass er eine Drehgeschwindigkeit der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist, wenn ein durch die rotierende elektrische Maschine 10 produziertes maximales Drehmoment gleich dem Drehmomentschwellwert ist.
Wenn in Schritt S10 eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der Strom in dem Hochstrombereich liegt, geht die Routine zu Schritt S11 über, wobei die Trägerfrequenz fc auf die erste Frequenz fL eingestellt wird.
Wenn alternativ dazu in Schritt S10 eine JA-Antwort erhalten wird, geht die Routine zu Schritt S12 über, wobei die Trägerfrequenz fc auf die zweite Frequenz fH eingestellt wird, die höher als die erste Frequenz fL ist.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird, wenn der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen fließende Strom in dem Niedrigstrombereich liegt, die Trägerfrequenz fc derart ausgewählt, dass sie höher als diejenige ist, wenn der Strom in dem Hochstrombereich liegt. Die Schaltfrequenz für die Schalter Sp und Sn wird daher in dem Niedrigstrombereich erhöht, wodurch ein Anstieg in der Stromwelligkeit minimiert wird, um die Stabilität bei der Steuerung des Stroms zu gewährleisten.
Wenn der durch jede der Drei-Phasen-Wicklungen fließende Strom in dem Hochstrombereich liegt, wird die Trägerfrequenz fc derart ausgewählt, dass sie niedriger als diejenige ist, wenn der Strom in dem Hochstrombereich liegt. Der durch die Wicklung fließende Strom in dem Hochstrombereich weist üblicherweise eine Amplitude auf, die größer als diejenige ist, wenn der Strom in dem Niedrigstrombereich liegt, so dass der Anstieg der Stromwelligkeit aufgrund der Reduktion der Induktivität eine geringe Auswirkung auf die Leichtigkeit der Steuerung des Stroms aufweist. Es ist daher möglich, die Trägerfrequenz fc in dem Hochstrombereich derart einzustellen, dass sie niedriger als diejenige in dem Niedrigstrombereich ist, wodurch ein Schaltverlust in den Wechselrichtern 101 und 102 reduziert wird.
Diese Modifikation kann die nachfolgenden Modi verwirklichen.
Wenn in Schritt S10 in 32 eine JA-Antwort erhalten wird, wenn die Trägerfrequenz fc auf die erste Frequenz fL eingestellt ist, kann die Trägerfrequenz fc allmählich von der ersten Frequenz fL auf die zweite Frequenz fH geändert werden.
Alternativ dazu kann, wenn in Schritt S10 eine NEIN-Antwort erhalten wird, wenn die Trägerfrequenz fc auf die zweite Frequenz fH eingestellt ist, die Trägerfrequenz fc allmählich von der zweiten Frequenz fH auf die erste Frequenz fL geändert werden.
Die Betriebssignale für die Schalter können alternativ unter Verwendung von SVM (Raumvektormodulation (Space Vector Modulation)) anstelle von PWM erzeugt werden. Die vorstehend beschriebene Änderung der Schaltfrequenz kann ebenfalls durchgeführt werden.
NEUNTE MODIFIKATION
Gemäß jedem Ausführungsbeispiel sind zwei Paare von Leitern, die die Leitergruppen 81 für jede Phase bauen, wie es in 33(a) veranschaulicht ist, parallel zueinander angeordnet. 33(a) zeigt eine Darstellung, die eine elektrische Verbindung der ersten und zweiten Leiter 88a und 88b veranschaulicht, die die zwei Paare von Leitern sind. Die ersten und zweiten Leiter 88a und 88b können alternativ, wie es in 33(b) veranschaulicht ist, im Gegensatz zu der Verbindung gemäß 33(a) in Reihe miteinander verbunden sein.
Drei oder mehr Paare von Leitern können in der Form von mehreren Schichten gestapelt werden. 34 veranschaulicht vier Paare von Leitern: erste bis vierte Leiter 88a bis 88d, die gestapelt sind. Der erste Leiter 88a, der zweite Leiter 88b, der dritte Leiter 88c und der vierte Leiter 88d sind in dieser Reihenfolge von dem Statorkern 52 in der radialen Richtung angeordnet.
Die dritten und vierten Leiter 88c und 88d sind, wie es in 33(c) veranschaulicht ist, parallel zueinander verbunden. Der erste Leiter 88a ist mit einem der Verbindungspunkte der dritten und vierten Leiter 88c und 88d verbunden. Der zweite Leiter 88b ist mit dem anderen Verbindungspunkt der dritten und vierten Leiter 88c und 88d verbunden. Die Parallelverbindung der Leiter führt üblicherweise zu einer Verringerung der Stromdichte dieser Leiter, wodurch thermische Energie, die bei Speisung der Leiter erzeugt wird, minimiert wird. Dementsprechend sind in der Struktur, bei der eine zylindrische Statorwicklung in einem Gehäuse (d.h. der Einheitsbasis 61) mit dem darin geformten Kühlpfad 74 eingebaut ist, die ersten und zweiten Leiter 88a und 88b, die nicht parallel zueinander verbunden sind, nahe an dem Statorkern 52 angeordnet, der in Kontakt mit der Einheitsbasis 61 platziert ist, wohingegen die dritten und vierten Leiter 88c und 88d, die parallel zueinander verbunden sind, weiter weg von dem Statorkern 52 angeordnet sind. Diese Anordnung gleicht die Kühlfähigkeit der Leiter 88a bis 88d, die in der Form von mehreren Schichten gestapelt sind, aus.
Die Leitergruppe 81 mit den ersten bis vierten Leitern 88a bis 88d kann eine Dicke in der radialen Richtung aufweisen, die kleiner als eine Umlaufbreite der Leitergruppen 81 für eine Phase innerhalb einer Region eines Pols ist.
ZEHNTE MODIFIKATION
Die rotierende elektrische Maschine 10 kann alternativ entworfen sein, eine Struktur mit innerem Rotor (d.h. eine innendrehende Struktur) aufzuweisen. In diesem Fall kann der Stator 50 beispielsweise radial außerhalb innerhalb des Gehäuses 30 montiert sein, während der Rotor 40 auf der radialen Innenseite innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet sein kann. Die Wechselrichtereinheit 60 kann an einer oder beiden axialen Seiten des Stators 50 oder des Rotors 40 montiert sein. 35 zeigt eine Querschnittsansicht des Rotors 40 und des Stators 50. 36 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die teilweise den Rotor 40 und den Stator 50 gemäß 35 veranschaulicht.
Die Innenrotorstruktur gemäß 35 und 36 ist im Wesentlichen identisch zu der Außenrotorstruktur gemäß 8 und 9 mit der Ausnahme des Entwurfs des Rotors 40 und des Stators 50 in der radialen Richtung. Kurz gesagt ist der Stator 50 mit der Statorwicklung 51, die die abgeflachte Leiterstruktur aufweist, und dem Statorkern 52 ohne Zähne ausgerüstet. Die Statorwicklung 51 ist radial innerhalb des Statorkerns 52 eingebaut. Der Statorkern 52 wie die Außenrotorstruktur, weist irgendeine der nachfolgenden Strukturen auf.

(A) Der Stator 50 weist die Zwischenleiterelemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist. Für die Zwischenleiterelemente wird magnetisches Material verwendet, das eine Beziehung von Wt x Bs ≤ Wm x Br erfüllt, wobei Wt eine Breite der Zwischenleiterelemente in der Umlaufrichtung innerhalb eines Magnetpols ist, Bs die Sättigungsmagnetflussdichte der Zwischenleiterelemente ist, Wm eine Breite der Magneteinheit äquivalent zu einem Magnetpol in der Umlaufrichtung ist, und Br die Remanenzflussdichte in der Magneteinheit ist.
(B) Der Stator 50 weist die Zwischenleiterelemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist. Die Zwischenleiterelemente sind jeweils aus einem nichtmagnetischen Material gebildet.
(C) Der Stator 50 weist kein Zwischenleiterelement auf, das zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist.

Das Gleiche gilt für die Magnete 91 und 92 der Magneteinheit 42. Insbesondere ist die Magneteinheit 42 aus den Magneten 91 und 92 aufgebaut, von denen jeder magnetisch derart ausgerichtet ist, dass er die leichte Achse der Magnetisierung aufweist, die nahe der d-Achse derart gerichtet ist, dass sie stärker parallel zu der d-Achse ist, als diejenige nahe der q-Achse, die auf der Grenze der Magnetpole definiert ist. Die Einzelheiten der Magnetisierungsrichtung in jedem der Magnete 91 und 92 sind dieselben wie vorstehend beschrieben. Die Magneteinheit 42 kann den ringförmigen Magnet 95 verwenden (siehe 30).
37 zeigt eine Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 10, die entworfen ist, die Innenrotorstruktur aufzuweisen. 37 entspricht 2. Unterschiede gegenüber der Struktur gemäß 2 sind nachstehend kurz beschrieben. Gemäß 37 ist der ringförmige Stator 50 innerhalb des Gehäuses 30 festgehalten. Der Rotor 40 ist innerhalb des Stators 50 mit einem Luftspalt dazwischen derart angeordnet, dass er drehbar ist. Die Lager 21 und 22 sind, wie gemäß 2, gegenüber der axialen Mitte des Rotors 40 in der axialen Richtung des Rotors 40 versetzt, so dass der Rotor 40 in der freitragenden Form festgehalten wird. Der Wechselrichter 60 ist innerhalb der Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 montiert.
38 veranschaulicht die Innenrotorstruktur der rotierenden elektrischen Maschine 10, die sich von der vorstehend beschriebenen unterscheidet. Das Gehäuse 30 weist die Drehwelle 11 auf, die durch die Lager 21 und 22 festgehalten wird, so dass sie drehbar ist. Der Rotor 40 ist an der Drehwelle 11 gesichert. Wie die Struktur gemäß 2 ist jeder der Lager 21 und 22 gegenüber der axialen Mitte des Rotors 40 in der axialen Richtung des Rotors 40 versetzt. Der Rotor 40 ist mit der Magnethalteeinrichtung 41 und der Magneteinheit 42 ausgerüstet.
Die rotierende elektrische Maschine 10 gemäß 38 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 37 dahingehend, dass die Wechselrichtereinheit 60 nicht radial innerhalb des Rotors 40 angeordnet ist. Die Magnethalteeinrichtung 41 ist mit der Drehwelle 11 radial innerhalb der Magneteinheit 42 zusammengesetzt. Der Stator 50 ist mit der Statorwicklung 51 und dem Statorkern 52 ausgerüstet und an dem Gehäuse 30 gesichert.
ELFTE MODIFIKATION
Die Innenrotorstruktur einer rotierenden elektrischen Maschine, die sich von der vorstehend beschriebenen unterscheidet, ist nachstehend beschrieben. 39 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht einer rotierenden elektrischen Maschine 200. 40 zeigt eine Schnittseitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine 200. In der nachfolgenden Beschreibung beruht eine vertikale Richtung auf der Ausrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 200.
Die rotierende elektrische Maschine 200 weist, wie es in 39 und 40 veranschaulicht ist, den Stator 203 und den Rotor 204 auf. Der Stator 203 ist mit einem ringförmigen Statorkern 201 und einer mehrphasigen Statorwicklung 202 ausgerüstet. Der Rotor 204 ist innerhalb des Statorkerns 201 derart angeordnet, dass er drehbar ist. Der Stator 203 arbeitet als ein Anker. Der Rotor 204 arbeitet als ein Feldmagnet. Der Statorkern 201 ist aus einem Stapel von Silizium-Stahlblechen gebildet. Die Statorwicklung 202 ist in dem Statorkern 201 eingebaut. Obwohl nicht veranschaulicht, ist der Rotor 204 mit einem Rotorkern und einer Vielzahl von Permanentmagneten ausgerüstet, die in Form einer Magneteinheit angeordnet sind. Der Rotorkern weist darin geformt eine Vielzahl von Öffnungen auf, die zu gleichen Intervallen weg voneinander in der Umlaufrichtung des Rotorkerns angeordnet sind. Die Permanentmagnete, die derart magnetisiert sind, dass sie abwechselnd geänderte Magnetisierungsrichtungen in benachbarten Magnetpolen aufweisen, sind in den Öffnungen des Rotorkerns angeordnet. Die Permanentmagnete der Magneteinheit können wie gemäß 23 derart entworfen sein, dass sie eine Halbach-Array-Struktur oder eine ähnliche Struktur aufweisen. Die Permanentmagnete der Magneteinheit können alternativ aus anisotropen Magneten gebildet sein, wie es unter Bezugnahme auf 9 oder 30 beschrieben worden ist, bei denen die magnetische Ausrichtung (d.h. die Magnetisierungsrichtung) sich in einer Bogenform zwischen der d-Achse, die auf der magnetischen Mitte definiert ist, und der q-Achse erstreckt, die auf der Grenze der Magnetpole definiert ist.
Der Stator 203 kann derart gebildet sein, dass er eine der nachfolgenden Strukturen aufweist.

(A) Der Stator 203 weist Zwischenleiterelemente auf, von denen jedes zwischen Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist. Für die Zwischenleiterelemente wird magnetisches Material verwendet, das eine Beziehung von Wt x Bs ≤ Wm x Br erfüllt, wobei Wt eine Breite der Zwischenleiterelemente in der Umlaufrichtung innerhalb eines Magnetpols ist, Bs die Sättigungsmagnetflussdichte der Leiter-zu-Leiter-Elemente ist, Wm eine Breite der Magneteinheit äquivalent zu einem Magnetpol in der Umlaufrichtung ist, und Br die Remanenzflussdichte in der Magneteinheit ist.
(B) Der Stator 203 weist die Zwischenleiterelemente auf, von denen jedes zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist. Die Zwischenleiterelemente sind jeweils aus einem nichtmagnetischen Material gebildet.
(C) Der Stator 203 weist kein Zwischenleiterelement auf, das zwischen den Leiterabschnitten in der Umlaufrichtung angeordnet ist.

Der Rotor 204 weist die Magneteinheit auf, die aus einer Vielzahl von Magneten aufgebaut ist, von denen jeder magnetisch derart ausgerichtet ist, dass er die leichte Achse der Magnetisierung aufweist, die nahe der d-Achse derart gerichtet ist, dass sie stärker parallel zu der d-Achse ist, als diejenige nahe der q-Achse, die auf der Grenze der Magnetpole definiert ist.
Ein ringförmiger Wechselrichterkasten 211 ist an einer Endseite einer Achse der rotierenden elektrischen Maschine 200 angeordnet. Der Wechselrichterkasten 211 weist eine untere Oberfläche auf, die in Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Statorkerns 201 versetzt ist. Der Wechselrichterkasten 211 weist darin angeordnet eine Vielzahl von Leistungsmodulen 212, die eine Wechselrichterschaltung bilden, Glättungskondensatoren 213, die zur Reduktion einer Variation in der Spannung oder dem Strom (d.h. einer Welligkeit) arbeiten, die aus Schaltvorgängen von Halbleiterschaltern resultiert, eine Steuerungsplatine 214, die mit einer Steuerungseinrichtung ausgerüstet ist, einen Stromsensor 215, der zum Messen eines Phasenstroms arbeitet, und einen Resolverstator 216 auf, der als ein Drehgeschwindigkeitssensor für den Rotor 204 arbeitet. Die Leistungsmodule 212 sind mit IGBTs, die als Halbleiterschalter dienen, und Dioden ausgerüstet.
Der Wechselrichterkasten 211 weist einen Leistungsverbinder 217 auf, der an einer Umlaufkante davon zur Verbindung mit einer Gleichstromschaltung für eine in einem Fahrzeug montiere Batterie angeordnet ist. Der Wechselrichterkasten 211 weist ebenfalls einen Signalverbinder 218 auf, der an der Umlaufkante davon angeordnet ist, um eine Übertragung von Signalen zwischen der rotierenden elektrischen Maschine 200 und einer in dem Fahrzeug eingebauten Steuerungseinrichtung zu erzielen. Der Wechselrichterkasten 211 ist mit einer oberen Abdeckung 219 abgedeckt. Die durch die in dem Fahrzeug eingebaute Batterie produzierte Gleichstromleistung wird in den Leistungsverbinder 217 eingegeben, durch die Schalter der Leistungsmodule 212 in einen Wechselstrom umgewandelt und dann zu Phasenwicklungen der Statorwicklung 202 zugeführt.
Eine Lagereinheit 221 und ein ringförmiger hinterer Kasten 222 sind an der zu dem Wechselrichterkasten 211 entgegengesetzten Endseite der Achse des Statorkerns angeordnet. Die Lagereinheit 221 hält eine Drehwelle des Rotors 204 fest, so dass sie drehbar ist. Der hintere Kasten 222 weist die darin angeordnete Lagereinheit 221 auf. Die Lagereinheit 221 ist beispielsweise mit zwei Lagern ausgerüstet und gegenüber der Mitte der Länge des Rotors 204 zu einem der Enden der Länge des Rotors 204 hin versetzt. Die Lagereinheit 221 kann alternativ entwickelt sein, eine Vielzahl von Lagern aufzuweisen, die an beiden Endseiten des Statorkerns 201 angeordnet sind, die zueinander in der axialen Richtung entgegengesetzt sind, so dass die Lager beide Enden der Drehwelle festhalten. Der hintere Kasten 222 ist an einem Getriebekasten oder einem Getriebe des Fahrzeugs unter Verwendung von Bolzen befestigt, wodurch die rotierende elektrische Maschine 200 an dem Fahrzeug gesichert wird.
Der Wechselrichterkasten 211 weist darin geformt einen Kühlflusspfad 211a auf, durch den ein Kühlmedium fließt. Der Kühlflusspfad 211a ist durch Schließen einer ringförmigen Aussparung, die in einer unteren Oberfläche des Wechselrichterkastens 211 geformt ist, durch eine obere Oberfläche des Statorkerns 201 definiert. Der Kühlflusspfad 211a umgibt ein Spulenende der Statorwicklung 202. Der Kühlflusspfad 211a weist Modulkästen 212a der Leistungsmodule 212 auf, die darin angeordnet sind. Gleichermaßen weist der hintere Kasten 222 darin geformt einen Kühlflusspfad 222a auf, der ein Spulenende der Statorwicklung 202 umgibt. Der Kühlflusspfad 222a ist durch Schließen einer ringförmigen Aussparung, die in einer oberen Oberfläche des hinteren Kastens 222 geformt ist, durch eine untere Oberfläche des Statorkerns 201 definiert. Es ist anzumerken, dass sich die Definitionen von Parametern, wie beispielsweise Wt, Wn, Wm und Ws, die mit dem Stator 50 verbunden sind, oder von Parametern, wie beispielsweise Θ 11, θ 12, n1, X2, Wn und Wr, die mit der Magneteinheit 42 verbunden sind, auf die in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel oder der ersten Modifikation beziehen können.
ZWÖLFTE MODIFIKATION
In der vorstehend beschriebenen Diskussion wurde sich auf rotierende elektrische Maschinen der Bauart mit umlaufendem Feld bezogen, jedoch kann eine rotierende elektrische Maschine der Bauart mit umlaufendem Anker verkörpert werden. 41 veranschaulicht eine rotierende elektrische Maschine 230 der Bauart mit umlaufendem Anker.
Die rotierende elektrische Maschine 230 gemäß 41 weist ein Lager 232 auf, das durch die Gehäuse 231a und 231b festgehalten wird. Das Lager 232 hält eine Drehwelle 233 derart fest, dass sie drehbar ist. Das Lager 232 ist beispielsweise aus einem ölimprägnierten Lager gebildet, bei dem poröses Metall mit Öl imprägniert wird. Die Drehwelle 233 weist daran gesichert den Rotor 234 auf, der als ein Anker arbeitet. Der Rotor 234 weist einen Rotorkern 235 und eine mehrphasige Rotorwicklung 236 auf, die an einem äußeren Umfang des Rotorkerns 235 gesichert ist. Der Rotorkern 235 des Rotors 234 ist entworfen, eine schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur aufzuweisen. Die mehrphasige Rotorwicklung 236 weist eine abgeflachte Leiterstruktur auf, wie sie vorstehend beschrieben worden ist. Anders ausgedrückt ist die mehrphasige Rotorwicklung 236 geformt, eine Fläche für jede Phase aufzuweisen, die eine Abmessung in der Umlaufrichtung aufweist, die größer als diejenige in der radialen Richtung ist.
Der Stator 237 ist radial außerhalb des Rotors 234 angeordnet. Der Stator 237 arbeitet als ein Feldmagnet. Der Stator 237 weist den Statorkern 238 und die Magneteinheit 239 auf. Der Statorkern 238 ist an dem Gehäuse 231a gesichert. Die Magneteinheit 239 ist an einem inneren Umfang des Statorkerns 238 angebracht. Die Magneteinheit 239 ist aus einer Vielzahl von Magneten aufgebaut, die derart angeordnet sind, dass sie Magnetpole aufweisen, die abwechselnd in der Umlaufrichtung regelmäßig angeordnet sind. Wie die vorstehend beschriebene Magneteinheit 42 ist die Magneteinheit 239 magnetisch derart ausgerichtet, dass deren leichte Achse der Magnetisierung, die nahe der d-Achse gerichtet ist, stärker parallel zu der d-Achse als diejenige nahe der q-Achse ist, die auf einer Grenze zwischen den Magnetpolen definiert ist. Die Magneteinheit 239 ist mit magnetisch ausgerichteten gesinterten Neodym-Magneten ausgerüstet, deren intrinsische Koerzitivkraft 400 [kA/m] oder mehr beträgt und dessen Remanenzflussdichte als 1,0 [T] oder mehr beträgt.
Die rotierende elektrische Maschine 230 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist als ein zweipoliger kernloser Bürstenmotor mit drei Spulen entwickelt. Die MehrPhasen-Rotorwicklung 236 ist aus drei Spulen gebildet. Die Magneteinheit 239 ist entwickelt, zwei Pole aufzuweisen. Ein Verhältnis der Anzahl der Pole und der Anzahl der Spulen in typischen Bürstenmotoren beträgt 2:3, 4:10 oder 4:21 in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung.
Eine Drehwelle 233 weist einen daran gesicherten Kommutator 241 auf. Eine Vielzahl von Bürsten 242 sind radial außerhalb des Kommutators 241 angeordnet. Der Kommutator 241 ist elektrisch mit der Mehr-Phasen-Rotorwicklung 236 durch Leiter 234 verbunden, die in der Drehwelle 233 eingebettet sind. Der Kommutator 241, die Bürsten 242 und die Leiter 243 werden zur Zufuhr eines Gleichstroms zu der Mehr-Phasen-Rotorwicklung 236 verwendet. Der Kommutator 241 ist aus einer Vielzahl von Sektionen aufgebaut, die in Umlaufrichtung davon in Abhängigkeit von der Anzahl der Phasen der Mehrphasen-Rotorwicklung 236 regelmäßig angeordnet sind. Die Bürsten 242 können mit einer Gleichstromleistungsversorgung wie einer Speicherbatterie unter Verwendung elektrischer Drähte oder unter Verwendung eines Anschlussblocks verbunden sein.
Die Drehwelle 233 weist eine Harz-Zwischenscheibe 244 auf, die zwischen dem Lager 232 und dem Kommutator 241 angeordnet ist. Die Harz-Zwischenscheibe 244 dient als Dichtungselement, um ein Streuen von Öl zu minimieren, das aus dem Lager 232, das durch ein ölimprägniertes Lager verwirklicht ist, zu dem Kommutator 241 heraus leckt.
DREIZEHNTE MODIFIKATION
Jeder der Leiter 82 der Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann entworfen sein, einen Stapel von isolierenden Beschichtungen oder Schichten aufzuweisen, die aufeinandergelegt sind. Beispielsweise kann jeder der Leiter 82 durch Abdecken eines Bündels einer Vielzahl von mit einer Isolierschicht abgedeckten Leitern (d.h. Drähten) mit einer Isolierschicht gebildet werden, so dass die Isolierschicht (d.h. eine innere Isolierschicht) von jedem der Leiter 82 mit der Isolierschicht (d.h. einer äußeren Isolierschicht) des Bündels abgedeckt ist. Die äußere Isolierschicht ist vorzugsweise entworfen, eine Isolierfähigkeit aufzuweisen, die größer als diejenige der inneren Isolierschicht ist. Insbesondere ist die Dicke der äußeren Isolierschicht derart ausgewählt, dass sie größer als diejenige der inneren Isolierschicht ist. Beispielsweise weist die äußere Isolierschicht eine Dicke von 100 µm auf, wohingegen die innere Isolierschicht eine Dicke von 40 µm aufweist. Alternativ dazu kann die äußere Isolierschicht eine Permittivität aufweisen, die niedriger als diejenige der inneren Isolierschicht ist. Jeder der Leiter 82 kann irgendeine der vorstehend beschriebenen Strukturen aufweisen. Jeder Draht ist vorzugsweise aus einer Sammlung von leitenden Elementen oder Fasern gebildet.
Wie aus der vorstehenden Diskussion hervorgeht, wird die rotierende elektrische Maschine 10 in einem Hochspannungssystem eines Fahrzeugs durch Erhöhung der Isolierfähigkeit der äußersten Schicht des Leiters 82 nützlich. Die vorstehend beschriebene Struktur ermöglicht es, dass die rotierende elektrische Maschine 10 unter Niedrigdruckbedingungen wie in Bereichen auf großer Höhe betrieben werden kann.
VIERZEHNTE MODIFIKATION
Jeder der Leiter 82, der mit einem Stapel einer Vielzahl von Isolierschichten ausgerüstet ist, kann derart entworfen sein, dass ein Linearexpansionskoeffizient und/oder ein Ausmaß der Adhäsionsfestigkeit sich zwischen der äußeren und der inneren der Isolierschichten unterscheiden/unterscheidet. Die Leiter 82 gemäß dieser Modifikation sind in 42 veranschaulicht.
Gemäß 42 weist der Leiter 82 eine Vielzahl von (in der Zeichnung vier) Drähten 181, die äußere Beschichtungsschicht 182 (d.h. eine äußere Isolierschicht), mit der die Drähte 181 abgedeckt sind, und die beispielsweise aus Harz gebildet sind, und die Zwischenschicht 183 (d.h. eine Zwischenisolierschicht) auf, die um jede der Drähte 181 innerhalb der äußeren Beschichtungsschicht 182 angeordnet ist. Jeder der Drähte 181 weist einen leitenden Abschnitt 181a, der aus Kupfermaterial gebildet ist, und eine Leiterbeschichtungsschicht (d.h. eine innere Isolierschicht) auf, die aus einem elektrischen Isoliermaterial gebildet ist. Die äußere beschichtete Schicht 182 dient zum elektrischen Isolieren zwischen Phasenwicklungen der Statorwicklung.
Jeder der Drähte 181 ist vorzugsweise aus einer Sammlung von leitenden Elementen oder Fasern gebildet.
Die Zwischenschicht 183 weist einen Linearexpansionskoeffizienten auf, der höher als derjenige der beschichteten Schicht 181b ist, jedoch niedriger als derjenige der äußeren beschichteten Schicht 182. Anders ausgedrückt ist der Linearexpansionskoeffizient der Leiter 82 von der inneren Seite zu einer äußeren Seite davon hin erhöht. Typischerweise ist die äußere beschichtete Schicht 182 entworfen, einen Linearexpansionskoeffizienten aufzuweisen, der höher als derjenige der beschichteten Schicht 181b ist. Die Zwischenschicht 183 weist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, einen Linearexpansionskoeffizienten auf, der zwischen denjenigen der beschichteten Schicht 181b und der äußeren beschichteten Schicht 182 ist und somit als ein Kissen dient, um ein Risiko zu beseitigen, dass die inneren und äußeren Schichten gleichzeitig beschädigt werden können.
Jeder der Drähte 181 des Leiters 82 weist den leitenden Abschnitt 181a und die beschichtete Schicht 181b auf, die an den leitenden Abschnitt 181a geklebt ist. Die beschichtete Schicht 181b und die Zwischenschicht 183 sind ebenfalls zusammen verklebt. Die Zwischenschicht 183 und die äußere beschichtete Schicht 182 sind zusammen verklebt. Derartige Verbindungen weisen Adhäsionsfestigkeiten auf, die sich zu einer unteren Seite des Leiters 82 hin verringern. Anders ausgedrückt ist die Adhäsionsfestigkeit zwischen dem leitenden Abschnitt 181a und der beschichteten Schicht 181b niedriger als diejenige zwischen der beschichteten Schicht 181b und der Zwischenschicht 183 und zwischen der Zwischenschicht 183 und den äußeren beschichteten Schichten 182. Die Adhäsionsfestigkeit zwischen der beschichteten Schicht 181b und der Zwischenschicht 183 kann höher als oder identisch zu derjenigen zwischen der Zwischenschicht 183 und den äußeren beschichteten Schichten 182 sein. Üblicherweise kann die Adhäsionsfestigkeit zwischen beispielsweise zwei beschichteten Schichten als eine Funktion einer Zugfestigkeit gemessen werden, die erforderlich ist, um die beschichteten Schichten voneinander abzulösen. Die Adhäsionsfestigkeit des Leiters 82 wird in der vorstehend beschriebenen Weise ausgewählt, um das Risiko zu minimieren, dass die inneren und äußeren Schichten aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren des Leiters 82 bei Erwärmung oder Kühlung zusammen beschädigt werden können.
Üblicherweise führt eine Wärmeerzeugung oder eine Temperaturänderung in der rotierenden elektrischen Maschine zu Kupferverlusten aufgrund der Wärme aus dem leitenden Abschnitt 181a des Drahts 181 und aus einem Eisenkern. Diese zwei Arten von Verlusten resultieren von der Wärme, die von dem leitenden Abschnitt 181a in dem Leiter 82 oder von außerhalb des Leiters 82 übertragen wird. Die Zwischenschicht 183 weist keine Wärmequelle auf. Die Zwischenschicht 183 weist die Adhäsionsfestigkeit auf, die als ein Kissen für die beschichtete Schicht 181b und die äußere beschichtete Schicht 182 dient, wodurch das Risiko beseitigt wird, dass die beschichtete Schicht 181b und die äußere beschichtete Schicht 182 gleichzeitig beschädigt werden können. Dies ermöglicht eine Verwendung der rotierenden elektrischen Maschine unter Bedingungen wie in Fahrzeugen, bei denen eine Widerstandsfähigkeit gegenüber hohem Druck erforderlich ist, oder die Temperatur sich stark ändert.
Zusätzlich kann der Draht 181 aus Lackdraht mit einer Schicht (d.h. der beschichteten Schicht 181b), die mit Harz beschichtet ist, wie PA, PI oder PAI, gebildet sein. Gleichermaßen ist die äußere beschichtete Schicht 182 außerhalb des Drahts 181 vorzugsweise aus PA, PI und PAI gebildet und weist eine große Dicke auf. Dies minimiert ein Risiko für ein Brechen der äußeren beschichteten Schicht 182, das durch eine Differenz im Linearexpansionskoeffizienten verursacht wird. Anstelle der Verwendung von PA, PI, PAI zur Fertigung der äußeren beschichteten Schicht 182 mit einer großen Dicke wird Material wie PPS, PEEK, Fluorokunststoff, Polycarbonat, Silikon, Epoxid, Polyethylen, Naphthalat oder LCP, das eine dielektrische Permittivität aufweist, die niedriger als diejenige von PI oder PAI ist, vorzugsweise verwendet, um die Leiterdichte der rotierenden elektrischen Maschine zu erhöhen. Die Verwendung eines derartigen Harzes verbessert die Isolierfähigkeit der äußeren beschichten Schicht 182, selbst wenn sie eine Dicke aufweist, die kleiner als oder gleich wie diejenige der beschichteten Schicht 181b ist, und erhöht die Belegung des leitenden Abschnitts. Üblicherweise weist das vorstehend beschriebene Harz ein Ausmaß von elektrischer Permittivität auf, das höher als diejenige von einer Isolierschicht von Lackdraht ist. Selbstverständlich gibt es ein Beispiel, bei dem der Formungszustand oder Additive zu einer Verringerung in der elektrischen Permittivität davon führen. Üblicherweise ist PPS und PEEK höher im Linearexpansionskoeffizienten als eine Lackschicht, jedoch niedriger als eine andere Art von Harz und ist somit lediglich für die äußere der zwei Schichten nützlich.
Die Adhäsionsfestigkeit der zwei Arten von beschichteten Schichten, die außerhalb des Drahts 181 angeordnet sind (d.h. die Zwischenisolierschicht und die äußere Isolierschicht), zu der Lackschicht des Drahts 181 ist vorzugsweise niedriger als diejenige zwischen dem Kupferdraht und der Lackschicht des Drahts 181, wodurch ein Risiko minimiert wird, dass die Lackschicht und die vorstehend beschriebenen zwei Arten von beschichteten Schichten gleichzeitig beschädigt werden.
In einem Fall, in dem der Stator mit einem Wasserkühlungsmechanismus, einem Flüssigkeitskühlungsmechanismus oder einem Luftkühlungsmechanismus ausgerüstet ist, wird daran gedacht, dass thermische Spannung oder eine Stoßbelastung zuerst auf den äußeren beschichteten Schichten 182 ausgeübt werden. Die thermische Spannung oder die Stoßbelastung wird dadurch verringert, dass die Isolierschicht des Drahts 181 und die zwei vorstehend beschriebenen Arten von beschichteten Schichten miteinander gebondet werden, selbst wenn die Isolierschicht aus Harz gebildet ist, das sich von denjenigen der vorstehenden zwei Arten von beschichteten Schichten unterscheidet. Anders ausgedrückt kann die vorstehend beschriebene Isolierstruktur erzeugt werden, indem ein Draht (d.h. ein Lackdraht) und ein Luftspalt platziert werden und ebenfalls Fluorokunststoff, Polycarbonat, Silikon, Epoxid, Polyethylen-Naphthalat oder LCP angeordnet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Klebemittel, das aus Epoxid gebildet ist, eine niedrige elektrische Permittivität aufweist und ebenfalls einen niedrigen Linearexpansionskoeffizienten aufweist, vorzugsweise verwendet, um die äußere beschichtete Schicht und die innere beschichtete Schicht miteinander zu bonden. Dies beseitigt einen Bruch der beschichteten Schichten, der durch Reibung aufgrund von Vibration des leitenden Abschnitts oder Bruchs der äußeren beschichteten Schicht aufgrund einer Differenz im Linearexpansionskoeffizienten als auch der mechanischen Festigkeit verursacht wird.
Die äußerste Schicht, die dazu dient, die mechanische Festigkeit oder Sicherheit des Leiters 82 mit der vorstehend beschriebenen Struktur zu gewährleisten, ist vorzugsweise aus einem Harzmaterial wie Epoxid, PPS, PEEK oder LCP gebildet, das leicht zu formen ist und eine zu der Lackschicht ähnliche dielektrische Konstante oder ähnlichen Linearexpansionskoeffizienten aufweist, typischerweise in einem finalen Prozess für eine Statorwicklung.
Typischerweise wird Harzverguss unter Verwendung von Urethan oder Silikon gebildet. Ein derartiges Harz weist jedoch einen Linearexpansionskoeffizienten auf, der angenähert das Doppelte desjenigen anderer Arten von Harz ist, was zu einem Risiko führt, dass thermische Spannung erzeugt wird, wenn das Harz dem Harzverguss unterzogen wird, so dass es geschert wird. Das vorstehend beschriebene Harz ist ungeeignet zur Verwendung, wenn bei 60 V oder mehr die Isoliererfordernisse schwerwiegend sind. Der endgültige Isolationsprozess zur Fertigung der äußersten Schicht unter Verwendung von Einspritzgusstechniken mit Epoxid, PPS, PEEK oder LCP erfüllt die vorstehend beschriebenen Erfordernisse.
Andere Modifikationen sind nachstehend beschrieben.
Der Abstand DM zwischen einer Oberfläche der Magneteinheit 42, die dem Anker zugewandt ist, und der axialen Mitte des Rotors in der radialen Richtung kann derart ausgewählt werden, dass er 50 mm oder mehr ist. Beispielsweise kann der Abstand DM, wie es in 4 veranschaulicht ist, zwischen der radialen inneren Oberfläche der Magneteinheit 42 (d.h. der ersten und zweiten Magnete 91 und 92) und der Mitte der Achse des Rotors 40 derart ausgewählt werden, dass er 50 mm oder mehr ist.
Die kleine schlitzfreie Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, deren Ausgangsleistung einige zehn oder hundert Watt beträgt, ist bekannt, was für Modelle verwendet wird. Die Erfinder dieser Anmeldung haben keine Beispiele gesehen, bei denen die schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur mit großen industriellen rotierenden elektrischen Maschinen verwendet wird, deren Ausgangsleistung mehr als 10 kW ist. Die Erfinder haben den Grund dafür untersucht.
Moderne größere rotierende elektrische Maschinen sind in vier Hauptarten kategorisiert: einen Bürstenmotor, einen Käfigläufer-Induktionsmotor, einen Permanentmagnet-Synchronmotor, und einen Reluktanzmotor.
Bürstenmotoren wird ein Erregungsstrom unter Verwendung von Bürsten zugeführt. Große Bürstenmotoren weisen daher eine zunehmende Größe von Bürsten auf, was zu einer komplexen Wartung davon führt. Mit der außerordentlichen Entwicklung der Halbleitertechnologie wurden bürstenlose Motoren wie Induktionsmotoren stattdessen verwendet. In dem Feld kleiner Motoren, ist ebenfalls eine große Anzahl von kernlosen Motoren im Hinblick auf ein niedriges Trägheitsmoment oder ökonomische Effizienz auf den Markt gebracht worden.
Käfigläufer-Induktionsmotoren arbeiten nach dem Prinzip, dass ein Magnetfeld, das durch eine Primärstatorwicklung erzeugt wird, durch einen Sekundärstatorkern empfangen wird, um einen induzierten Stromleiter der Bracket-Bauart zuzuführen, wodurch ein magnetisches Reaktionsfeld erzeugt wird, um Drehmoment zu erzeugen. Im Hinblick auf eine kleine Größe und hohen Wirkungsgrad der Motoren ist es unzweckmäßig, dass der Stator und der Rotor derart entworfen werden, dass sie keine Eisenkerne aufweisen.
Reluktanzmotoren sind Motoren, die entworfen sind, um eine Änderung in der Reluktanz in einem Eisenkern zu verwenden. Es ist somit im Prinzip unzweckmäßig, dass der Eisenkern weggelassen wird.
In den letzten Jahren haben Permanentmagnet-Synchronmotoren einen IPM-(Innenpermanentmagnet-) Rotor verwendet. Insbesondere verwenden die meisten großen Motoren einen IPM-Rotor, solange es keine speziellen Umstände gibt.
IPM-Motoren weisen Eigenschaften auf, dass sowohl Magnetdrehmoment als auch Reluktanzdrehmoment erzeugt wird. Das Verhältnis zwischen dem Magnetdrehmoment und dem Reluktanzdrehmoment wird zeitlich unter Verwendung eines Wechselrichters gesteuert. Aus diesen Gründen wird gedacht, dass die IPM-Motoren kompakt sind und in der Fähigkeit, gesteuert zu werden, exzellent sind.
Entsprechend einer Analyse durch die Erfinder wird Drehmoment auf der Oberfläche eines Rotors, der das Magnetdrehmoment und das Reluktanzdrehmoment erzeugt, gemäß 43 als eine Funktion des Abstands DM zwischen der Oberfläche der Magneteinheit, die dem Anker zugewandt ist, und der Mitte der Achse des Rotors, d.h. des Radius eines Statorkerns eines typischen Innenrotors, ausgedrückt, der auf der horizontalen Achse angegeben ist.
Das Potential des Magnetdrehmoments, wie aus der nachfolgenden Gleichung (eq1) hervorgeht, hängt von der Stärke eines durch einen Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes ab, wohingegen das Potential des Reluktanzdrehmoments, wie aus der nachfolgenden Gleichung (eq2) hervorgeht, von dem Ausmaß der Induktivität, insbesondere auf der q-Achse, abhängt. $Das Magnetdrehmoment = k \cdot ψ \cdot Iq$
$Das Reluktanzdrehmoment = k \cdot (Lq - Ld) \cdot Iq \cdot Id$
Ein Vergleich zwischen der Stärke eines durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes und des Grads der Induktivität einer Wicklung unter Verwendung des Abstands DM zeigt, dass die Stärke des durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes, d.h. die Größe des Magnetflusses Ψ proportional zu der Gesamtfläche einer Oberfläche des Permanentmagneten ist, die dem Stator zugewandt ist. In dem Falle eines zylindrischen Stators ist eine derartige Gesamtfläche eine Fläche einer zylindrischen Oberfläche des Permanentmagneten. Technisch gesagt, weist der Permanentmagnet einen N-Pol und einen S-Pol auf, ist die Größe des Magnetflusses Ψ proportional zu der Hälfte der Fläche der zylindrischen Oberfläche. Die Fläche der zylindrischen Oberfläche ist proportional zu dem Radius der zylindrischen Oberfläche und der Länge der zylindrischen Oberfläche. Wenn die Länge der zylindrischen Oberfläche konstant ist, ist die Fläche der zylindrischen Oberfläche proportional zu dem Radius der zylindrischen Oberfläche.
Die Induktivität Lq der Wicklung hängt von der Form des Eisenkerns ab, jedoch ist deren Empfindlichkeit niedrig und eher proportional zu dem Quadrat der Anzahl der Windungen der Statorwicklung, so dass sie stark abhängig von der Anzahl der Windungen ist. Die Induktivität L wird ausgedrückt durch eine Beziehung von L = µ · N² × S/δ, wobei µ die Permeabilität eines Magnetkreises ist, N die Anzahl der Windungen ist, S eine Schnittfläche des Magnetkreises ist und δ eine effektive Länge des Magnetkreises ist. Die Anzahl der Windungen der Wicklung hängt von der Größe des durch die Wicklung belegten Raums ab. In dem Fall eines zylindrischen Motors hängt die Anzahl der Windungen daher von der Größe des durch die Wicklung des Stators belegten Raums, anders ausgedrückt Flächen von Schlitzen beziehungsweise Nuten in dem Stator, ab. Der Schlitz beziehungsweise die Nut ist, wie es in 44 veranschaulicht ist, rechteckig, so dass die Fläche des Schlitzes beziehungsweise der Nut proportional zu dem Produkt von a und b ist, wobei a die Breite des Schlitzes beziehungsweise der Nut in der Umlaufrichtung ist und b die Länge des Schlitzes beziehungsweise der Nut in der radialen Richtung ist.
Die Breite des Schlitzes beziehungsweise der Nut in der Umlaufrichtung wird mit einer Erhöhung des Durchmessers des Zylinders groß, so dass die Breite proportional zu dem Durchmesser des Zylinders ist. Die Länge des Schlitzes beziehungsweise der Nut in der radialen Richtung ist proportional zu dem Durchmesser des Zylinders. Die Fläche des Schlitzes beziehungsweise der Nut ist daher proportional zu dem Quadrat des Durchmessers des Zylinders. Es geht aus der vorstehend beschriebenen Gleichung (eq2) hervor, dass das Reluktanzdrehmoment proportional zu dem Quadrat des Stroms in dem Stator ist. Das Leistungsvermögen der rotierenden elektrischen Maschine hängt daher davon ab, wieviel Strom in der rotierenden elektrischen Maschine fließen kann, das heißt, hängt von den Flächen der Schlitze beziehungsweise Nuten in dem Stator ab. Die Reluktanz ist daher proportional zu dem Quadrat des Durchmessers des Zylinders für einen Zylinder einer konstanten Menge. Auf der Grundlage dieser Tatsache ist eine Beziehung des Magnetdrehmoments und des Reluktanzdrehmoments zu dem Abstand DM durch Diagramme in 43 gezeigt.
Das Magnetdrehmoment wird, wie es in 43 gezeigt ist, linear als eine Funktion des Abstands DM erhöht, während das Reluktanzdrehmoment in der Form einer quadratischen Funktion als eine Funktion des Abstands DM erhöht wird. 43 zeigt, dass, wenn der Abstand DM klein ist, das magnetische Drehmoment dominant ist, wohingegen das Reluktanzdrehmoment mit einer Erhöhung des Durchmessers des Statorkerns dominanter wird. Die Erfinder dieser Anmeldung kamen zu dem Schluss, dass ein Schnittpunkt der Linien, die das magnetische Drehmoment und das Reluktanzdrehmoment in 43 ausdrücken, nahe 50 mm liegt, was der Radius des Statorkerns ist. Es scheint, dass es für einen Motor, dessen Ausgangsleistung 10 kW ist und dessen Statorkern einen Radius von sehr viel mehr als 50 mm ist, schwierig ist, den Statorkern wegzulassen, da die Verwendung des Reluktanzdrehmoments heute allgemein verbreitet ist. Dies ist einer der Gründe, warum die schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur in großen Motoren nicht verwendet wird.
Eine rotierende elektrische Maschine, die einen Eisenkern in dem Stator verwendet, ist stets einem Problem ausgesetzt, das mit der magnetischen Sättigung des Eisenkerns verknüpft ist. Insbesondere weisen rotierende elektrische Maschinen der Radialspaltbauart einen Längsschnitt der Drehwelle auf, die von einer Ventilatorform für jeden Magnetpol ist, so dass je weiter innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine, umso kleiner die Breite eines Magnetkreises ist, so dass innere Abmessungen von Zähnen, die Schlitze beziehungsweise Nuten in dem Kern bilden, ein Faktor für die Begrenzung des Leistungsvermögens der rotierenden elektrischen Maschine werden. Selbst wenn ein Hochleistungs-Permanentmagnet verwendet wird, wird die Erzeugung einer magnetischen Sättigung in dem Permanentmagneten zu einer Schwierigkeit bei der Erzeugung eines erforderlichen Ausmaßes eines Leistungsvermögens des Permanentmagneten führen. Es ist notwendig, den Permanentmagneten derart zu entwerfen, dass er einen erhöhten Innendurchmesser aufweist, um ein Risiko des Auftretens der magnetischen Sättigung zu beseitigen, was zu einer erhöhten Größe der rotierenden elektrischen Maschine führt.
Beispielsweise ist eine typische rotierende elektrische Maschine mit einer verteilten Drei-Phasen-Wicklung derart entworfen, dass drei bis sechs Zähne zur Erzeugung einer Strömung eines Magnetflusses für jeden Magnetpol dienen, ist jedoch dem Risiko ausgesetzt, dass der Magnetfluss sich auf einen führenden der Zähne in der Umlaufrichtung konzentrieren kann, wodurch bewirkt wird, dass der Magnetfluss nicht gleichförmig in den drei bis sechs Zähnen fließt. Beispielsweise konzentriert sich der Fluss des Magnetflusses auf einen oder zwei der Zähne, so dass der eine oder die zwei der Zähne, in denen die magnetische Sättigung auftritt, sich in der Umlaufrichtung mit der Drehung des Rotors bewegen, was zu einem Faktor führen kann, der eine Schlitzwelligkeit beziehungsweise Nutenwelligkeit (slot ripple) verursacht.
Aus den vorstehend beschriebenen Gründen ist es erforderlich, die Zähne in der schlitzfreien beziehungsweise nutenlosen Struktur der rotierenden elektrischen Maschine wegzulassen, deren Abstand DM 50 mm oder mehr ist, um das Risiko für die Erzeugung der magnetischen Sättigung zu beseitigen. Das Weglassen der Zähne führt jedoch zu einer Erhöhung im magnetischen Widerstandswert in Magnetkreisen des Rotors und des Stators, wodurch das durch die rotierende elektrische Maschine erzeugte Drehmoment verringert wird. Der Grund für eine derartige Erhöhung des magnetischen Widerstandswerts ist, dass es beispielsweise einen großen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator gibt. Die schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, deren Abstand DM 50 mm oder mehr ist, weist daher Raum zur Verbesserung auf, um das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen. Es gibt zahlreiche Vorteile zur Verwendung der vorstehend beschriebenen Drehmomenterhöhungsstruktur in der schlitzfreien beziehungsweise nutenlosen Struktur der rotierenden elektrischen Maschine, dessen Abstand DM 50 mm oder mehr ist.
Nicht nur rotierende elektrische Maschinen der Außenrotorbauart, sondern ebenfalls rotierende elektrische Maschine der Innenrotorbauart werden vorzugsweise derart entworfen, dass sie den Abstand DM von 50 mm oder mehr zwischen der Oberfläche der Magneteinheit, die dem Anker zugewandt ist, und der Mitte der Achse des Rotors in der radialen Richtung aufweisen.
Die Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 kann entworfen sein, lediglich den einzelnen geraden Abschnitt 83 des Leiters 82 aufzuweisen, der in der radialen Richtung angeordnet ist. Alternativ kann beispielsweise eine Vielzahl gerader Abschnitte 83, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs gerade Abschnitte 83, aufeinander in der radialen Richtung gestapelt sein.
Beispielsweise weist die in 2 veranschaulichte Struktur die sich außerhalb der Enden der Länge der rotierenden elektrischen Maschine 10 erstreckende Drehwelle 11 auf, jedoch kann sie alternativ entworfen sein, die Drehwelle 11 aufzuweisen, die lediglich an einem der Enden nach außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 10 vorspringt. In diesem Fall ist es ratsam, dass ein Abschnitt der Drehwelle 11, der durch die Lagereinheit 20 in der freitragenden Form festgehalten wird, sich an einem der Enden der rotierenden elektrischen Maschine befindet, und dass die Drehwelle 11 an einem derartigen Ende der rotierenden elektrischen Maschine nach außerhalb vorspringt. Diese Struktur bewirkt, dass die Drehwelle 11 nicht nach innerhalb der Wechselrichtereinheit 60 vorspringt, was ermöglicht, dass ein breiter Innenraum der Wechselrichtereinheit 60, d.h. des Zylinders 71, verwendet werden kann.
Die vorstehend beschriebene Struktur der rotierenden elektrischen Maschine 10 verwendet eine nichtleitende Schmierung in den Lagern 21 und 22, kann jedoch alternativ entworfen sein, eine leitende Schmierung in den Lagern 21 und 22 aufzuweisen. Beispielsweise kann leitende Schmierung verwendet werden, die metallische Partikel oder Kohlenstoffpartikel enthält.
Ein Lager oder Lager können an lediglich einem oder beiden axialen Enden des Rotors 40 zum Festhalten der Drehwelle 11 derart, dass sie drehbar ist, montiert werden. Beispielsweise kann die Struktur gemäß 1 ein oder mehrere Lager aufweisen, die lediglich an einer Seite oder entgegengesetzten Seiten der Wechselrichtereinheit 60 in der axialen Richtung montiert sind.
Die Magnethalteeinrichtung 41 des Rotors 40 der rotierenden elektrischen Maschine 10 weist den Zwischenabschnitt 45 auf, der mit der inneren Schulter 49a und der ringförmigen äußeren Schulter 49b ausgerüstet ist, jedoch kann die Magnethalteeinrichtung 41 alternativ entworfen sein, einen flachen Zwischenabschnitt 45 ohne die Schultern 49a und 49b aufzuweisen.
Der Leiterkörper 82a von jedem der Leiter 82 der Statorwicklung 51 der rotierenden elektrischen Maschine 10 ist aus einer Sammlung der Drähte 86 gebildet, kann jedoch alternativ durch Verwendung eines quadratischen Leiters mit einem rechteckigen Querschnitt geformt sein. Der Leiter 82 kann alternativ unter Verwendung eines kreisförmigen Leiters mit einem kreisförmigen Querschnitt oder einem ovalen Querschnitt gebildet sein.
Die rotierende elektrische Maschine 10 weist die radial innerhalb des Stators 50 angeordnete Wechselrichtereinheit 60 auf, kann jedoch alternativ entworfen sein, die Wechselrichtereinheit 60 nicht innerhalb des Stators 50 angeordnet aufzuweisen. Dies ermöglicht es dem Stator 50, einen radial inneren Freiraum aufzuweisen, in dem andere Teile als die Wechselrichtereinheit 60 montiert werden können.
Die rotierende elektrische Maschine 10 kann entworfen sein, das Gehäuse 30 nicht aufzuweisen. In diesem Fall kann der Rotor 40 oder der Stator 50 durch ein Rad oder ein anderes Teil eines Fahrzeugs festgehalten werden.
INNENRADMOTOR FÜR EIN FAHRZEUG
Ausführungsbeispiele, gemäß denen eine rotierende elektrische Maschine in eine Nabe eines Rads eines Fahrzeugs wie eines Automobils in Form eines radinternen Motors beziehungsweise Innenradmotors eingebaut ist, sind nachstehend beschrieben. 45 zeigt eine perspektivische Ansich, die eine Reifenradbaugruppe 400 veranschaulicht, die derart entwickelt ist, dass sie eine Innenradmotorstruktur und eine umgebende Struktur aufweist. 46 zeigt eine Längsschnittansicht, die die Reifenradbaugruppe 400 und die umgebende Struktur veranschaulicht. 47 zeigt eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht der Reifenradbaugruppe 400. Diese Ansichten bzw. Darstellungen sind perspektivische Veranschaulichungen der Reifenradbaugruppe 400 wie von innerhalb des Fahrzeugs aus betrachtet. Das Fahrzeug kann die Innenradmotorstruktur in unterschiedlichen Arten verwenden. Beispielsweise können in einem Fall, in dem das Fahrzeug mit vier Rädern, d.h. zwei Fronträdern und zwei Hinterrädern, ausgerüstet ist, die Fronträder oder die Hinterräder derart entworfen sein, dass sie die Innenradmotorstruktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel aufweisen, oder entweder die Fronträder oder die Hinterräder derart ausgelegt sein, dass sie die Innenradmotorstruktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel aufweisen. Alternativ dazu kann die Innenradmotorstruktur ebenfalls bei einem Fahrzeug verwendet werden, das mit einem vorderen oder hinteren einzelnen Rad ausgerüstet ist. Der Radmotor, wie er nachstehend bezeichnet ist, ist als eine Fahrzeugleistungseinheit ausgelegt.
Die Reifenradbaugruppe 400, wie sie in 45 bis 47 veranschaulicht ist, weist den Reifen 401, der ein bekannter durch Luft aufgeblasener Reifen ist, das Rad 402, das in den Reifen 401 eingepasst ist, und die rotierende elektrische Maschine 500 auf, die innerhalb des Rads 402 gesichert ist. Die rotierende elektrische Maschine 500 ist mit einem stationären Abschnitt einschließlich eines Stators und einem drehenden Abschnitt einschließlich eines Rotors ausgerüstet. Die rotierende elektrische Maschine 500 ist fest an den stationären Abschnitt mit dem Fahrzeugkörper angebracht und ebenfalls an dem drehenden Abschnitt an dem Rad 402 angebracht. Der Reifen 401 und das Rad 402 werden mit der Drehung des drehenden Abschnitts der rotierenden elektrischen Maschine 500 gedreht. Die Struktur der rotierenden elektrischen Maschine 500, die den stationären Abschnitt und den drehenden Abschnitt aufweist, ist nachstehend ausführlich beschrieben.
Die Reifenradbaugruppe 400 weist ebenfalls umliegende (periphere) Vorrichtungen auf: eine Aufhängung, eine Lenkvorrichtung und eine Bremsvorrichtung, die daran montiert sind. Die Aufhängung hält die Reifenradbaugruppe 400 gesichert an einem Fahrzeugkörper, was nicht gezeigt ist. Die Lenkvorrichtung arbeitet zum Drehen der Reifenradbaugruppe 400. Die Bremsvorrichtung arbeitet zum Anlegen einer Bremse an die Reifenradbaugruppe 400.
Die Aufhängung ist durch eine unabhängige Aufhängung wie eine Längslenkeraufhängung, eine Federbeinaufhängung, eine Querlenkeraufhängung oder eine mehrgliedrige Aufhängung verwirklicht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Aufhängung einen unteren Arm 411, einen Aufhängungsarm 412 und eine Feder 413 auf. Der untere Arm 411 erstreckt sich zu der Mitte des Fahrzeugkörpers hin. Der Aufhängungsarm 412 und die Feder 413 erstrecken sich vertikal. Der Aufhängungsarm 412 kann als ein Stoßdämpfer entwickelt werden, dessen ausführliche Struktur in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Der untere Arm 411 und der Aufhängungsarm 412 sind mit dem Fahrzeugkörper verbunden und ebenfalls mit einer scheibenförmigen Basisplatte 405 verbunden, die an dem stationären Abschnitt der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt ist. Der untere Arm 411 und der Aufhängungsarm 412 werden, wie es aus 46 hervorgeht, koaxial miteinander durch die rotierende elektrische Maschine 500 (d.h. die Basisplatte 405) unter Verwendung von Stützwellen 414 und 415 festgehalten.
Die Lenkvorrichtung kann durch einen Zahnstangenantrieb, ein Kugelmutter-Lenksystem, ein hydraulisches Servolenksystem oder ein elektronisches Servolenksystem verwirklicht sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht die Lenkvorrichtung aus einer Zahnstangeneinheit 421 und einer Spurstange 422. Die Zahnstangeneinheit 421 ist mit der Basisplatte 405 der rotierenden elektrischen Maschine 500 durch die Spurstange 422 verbunden. Eine Drehung einer nicht gezeigten Lenkwelle wird einen Antrieb der Zahnstangeneinheit 421 bewirken, wodurch die Spurstange 422 in seitlicher Richtung des Fahrzeugs bewegt wird. Dies bewirkt, dass die Reifenradbaugruppe 400 um den unteren Arm 411 und die Stützwellen 414 und 415 des Aufhängungsarms 412 gedreht wird, wodurch die Orientierung der Reifenradbaugruppe 400 geändert wird.
Die Bremsvorrichtung kann vorzugsweise aus einer Scheibenbremse oder einer Trommelbremse aufgebaut sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Bremsvorrichtung einen Scheibenrotor 431 und einen Bremssattel 432 auf. Der Scheibenrotor 431 ist an der Drehwelle 501 der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt. Der Bremssattel 432 ist an der Basisplatte 405 der rotierenden elektrischen Maschine 500 befestigt. Der Bremssattel 432 weist einen Bremsklotz auf, der hydraulisch betätigt wird und gegen den Scheibenrotor 431 gedrückt wird, um eine Bremskraft in der Form mechanischer Reibung zu erzeugen, wodurch die Drehung der Reifenradbaugruppe 400 gestoppt wird.
An der Reifenradbaugruppe 400 ist ebenfalls ein Speicherkanal 440 montiert, in dem ein elektrisches Kabel H1 und ein Kühlrohr H2 angeordnet sind, die sich von der rotierenden elektrischen Maschine 500 erstrecken. Der Speicherkanal 440 erstreckt sich von einem Ende des stationären Abschnitts der rotierenden elektrischen Maschine 500 parallel zu einer Endoberfläche der rotierenden elektrischen Maschine 500 ohne ein physikalisches Eingreifen mit dem Aufhängungsarm 412 und ist fest mit dem Aufhängungsarm 412 verbunden, wodurch ein Ort der Verbindung des Speicherkanals 440 mit dem Aufhängungsarm 412 relativ zu der Basisplatte 405 fixiert ist. Dies minimiert eine mechanische Spannung, die aus Vibrationen des Fahrzeugs herrührt und auf das elektrische Kabel H1 und das Kühlrohr H2 einwirken. Das elektrische Kabel H1 ist elektrisch mit einer nicht gezeigten Leistungsversorgung und einer nicht gezeigten ECU verbunden, die in dem Fahrzeug montiert sind. Das Kühlrohr H2 ist mit einem nicht gezeigten Radiator verbunden.
Nachstehend ist die Struktur der rotierenden elektrischen Maschine 500 ausführlich beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Beispiel, gemäß dem die rotierende elektrische Maschine 500 als ein Innenradmotor ausgelegt ist. Die rotierende elektrische Maschine 500 weist im Vergleich zu einem herkömmlichen elektrischen Motor einer Leistungseinheit, die mit einer Drehzahlreduziereinrichtung zur Verwendung in Fahrzeugen ausgerüstet ist, eine hervorragende Betriebseffizienz und ein hervorragendes Ausgangsleistungsvermögen auf. Die rotierende elektrische Maschine 500 kann alternativ als ein elektrischer Motor in einer anderen Anwendung als die Leistungseinheit für Fahrzeuge angewendet werden, wenn sie mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann. In einem derartigen Fall gewährleistet die rotierende elektrische Maschine 500 ein hohes Leistungsvermögen. Die Betriebseffizienz, wie es hier beschrieben ist, repräsentiert eine Angabe, die in Kraftstoffwirtschaftlichkeitstests verwendet wird, in denen Automobile mit gegebenen Antriebsbetriebsarten betrieben werden.
Ein Überblick über die rotierende elektrische Maschine 500 ist in 48 bis 51 gezeigt. 48 zeigt eine Seitenansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500, wie in einer axialen Richtung der Drehwelle 501 (d.h., von innerhalb des Fahrzeugs) betrachtet. 49 zeigt eine Längsschnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500, wie entlang der Linie 49-49 in 48 entnommen. 50 zeigt eine querlaufende Schnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500, wie entlang der Linie 50-50 in 49 entnommen. 51 zeigt eine auseinandergezogene Schnittansicht der rotierenden elektrischen Maschine 500. In der nachfolgenden Beschreibung ist eine Richtung, in der die Drehwelle 501 sich nach außerhalb des Fahrzeugkörpers erstreckt, als eine axiale Richtung bezeichnet, und ist eine Richtung senkrecht zu der Länge der Drehwelle 501 in 51 als radiale Richtung bezeichnet. In 48 sind entgegengesetzte Richtungen, die sich in Kreisform von einem Punkt auf einer Mittellinie erstrecken, die durch die Mitte der Drehwelle 501 verläuft, anders ausgedrückt, durch das Drehzentrum des drehenden Abschnitts der rotierenden elektrischen Maschine 500 verläuft, und den Querschnitt 49 der rotierenden elektrischen Maschine 500 definieren, als eine Umlaufsrichtung bezeichnet. Anders ausgedrückt, ist die Umlaufsrichtung entweder eine Richtung im Uhrzeigersinn oder eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn von einem Punkt auf dem Querschnitt 49. In 49 ist die rechte Seite eine Außenseite des Fahrzeugs, wohingegen die linke Seite eine Innenseite des Fahrzeugs ist. Anders ausgedrückt ist, wenn die rotierende elektrische Maschine 500 in dem Fahrzeug montiert ist, der Rotor 510, der später ausführlicher beschrieben ist, näher an der äußeren Seite des Fahrzeugkörpers angeordnet, als es eine Rotorabdeckung 670 ist.
Die rotierende elektrische Maschine 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist als eine rotierende elektrische Maschine mit Außenrotor und Oberflächenmagneten entworfen. Die rotierende elektrische Maschine 500 weist einen Rotor 510, einen Stator 520, eine Wechselrichtereinheit 530, ein Lager 560 und die Rotorabdeckung 670 auf. Diese Teile sind jeweils koaxial zu der Drehwelle 501 angeordnet, die einstückig mit dem Rotor 510 vorgesehen ist, und sind in einer gegebenen Reihenfolge in der axialen Richtung zusammengesetzt, um die rotierende elektrische Maschine 500 zu vervollständigen.
In der rotierenden elektrischen Maschine 500 sind der Rotor 510 und der Stator 520 hohlzylindrisch und sind einander über einen Luftspalt zugewandt. Die Drehung der Drehwelle 501 bewirkt, dass der Rotor 510 sich radial außerhalb des Stators 520 dreht. Der Rotor 510 arbeitet als eine Felderzeugungseinrichtung. Der Stator 520 arbeitet als ein Anker.
Der Rotor 510 weist einen hohlzylindrischen Rotorträger 511 und eine ringförmige Magneteinheit 512 auf, die an dem Rotorträger 511 befestigt ist. Die Drehwelle 501 ist fest mit dem Rotorträger 511 verbunden.
Der Rotorträger 511 weist einen zylindrischen Abschnitt 513 auf. Die Magneteinheit 512 ist fest an der inneren umlaufenden Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 513 angebracht. Anders ausgedrückt ist die Magneteinheit 512 durch den zylindrischen Abschnitt 513 des Rotorträgers 511 von radial außerhalb davon umgeben. Der zylindrische Abschnitt 513 weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, die in der axialen Richtung zueinander entgegengesetzt sind. Das erste Ende ist der Außenseite des Fahrzeugkörpers zugewandt. Das zweite Ende ist der Basisplatte 405 zugewandt. In dem Rotorträger 511 setzt sich eine Endplatte 514 zu dem ersten Ende des zylindrischen Abschnitt 513 fort. Anders ausgedrückt sind der zylindrische Abschnitt 513 und die Endplatte 514 einstückig miteinander geformt oder verbunden. Der zylindrische Abschnitt 513 weist eine Öffnung in dem zweiten Ende auf. Der Rotorträger 511 kann aus einem kaltgewalzten Stahlblech mit einer hohen mechanischen Festigkeit hergestellt sein. Beispielsweise ist der Rotorträger 511 aus SPCC (Steel Plate Cold Commercial) oder SPHC (Steel Plate Hot Commercial) hergestellt, das eine größere Dicke als SPCC aufweist. Der Rotorträger kann alternativ aus Schmiedestahl oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) hergestellt sein.
Die Länge der Drehwelle 501 ist größer als eine Abmessung des Rotorträgers 511 in der axialen Richtung. Anders ausgedrückt, springt die Drehwelle 501 von dem offenen Ende des Rotorträgers 511 nach innen in dem Fahrzeug vor, so dass sie ein Ende aufweist, an dem die Bremsvorrichtung montiert ist.
Die Endplatte 514 des Rotorträgers 511 weist eine Mittenöffnung 514a auf, die durch einen Dicke davon verläuft. Die Drehwelle 501 verläuft durch die Öffnung 514a der Endplatte 514 und wird durch den Rotorträger 511 festgehalten. Die Drehwelle 501 weist einen Flansch 502 auf, der sich von einer Verbindung des Rotorträgers 511 mit der Drehwelle 501 in eine Richtung erstreckt, die querlaufend oder senkrecht zu der Länge der Drehwelle 501 ist. Der Flansch 502 weist eine Oberfläche auf, die mit einer äußeren Oberfläche der Endplatte 514 verbunden ist, die nach außerhalb des Fahrzeugs zeigt, so dass die Drehwelle 501 an dem Rotorträger 511 befestigt ist. In der Reifenradbaugruppe 400 ist das Rad 402 mit der Drehwelle 501 unter Verwendung von Befestigungen wie Bolzen verbunden, die sich von dem Flansch 502 nach außerhalb in dem Fahrzeug erstrecken.
Die Magneteinheit 512 ist aus einer Vielzahl vom Permanentmagneten aufgebaut, die benachbart zueinander angeordnet sind und deren magnetische Polaritäten abwechselnd in einer Umlaufsrichtung des Rotors 510 angeordnet sind. Die Magneteinheit 512 weist somit eine Vielzahl von Magnetpolen auf, die in der Umlaufsrichtung angeordnet sind. Die Permanentmagnete sind an dem Rotorträger 511 beispielsweise durch Verwendung von Klebemittel befestigt. Die Magneteinheit 512 weist dieselbe Struktur wie diejenige der Magneteinheit 42 auf, die unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben worden ist, und ist aus gesinterten Neodym-Magneten hergestellt, deren intrinsische Koerzitivkraft 400 [kA/m] oder mehr ist und deren Remanenzflussdichte 1,0 [T] oder mehr ist.
Die Magneteinheit 512 ist wie die Magneteinheit 42 gemäß 9 aus polaranisotropen Magneten hergestellt und weist erste Magnete 91 und zweite Magnet 92 auf, die sich voneinander in der magnetischen Polarität unterscheiden. Wie bereits unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben, weist jeder der Magnete 91 und 92, wie aus 9 hervorgeht, einen ersten Abschnitt 250 und zwei zweite Abschnitte 260 auf, die an entgegengesetzten Seiten des ersten Abschnitts 250 in der Umlaufsrichtung der Magneteinheit 512 angeordnet sind. Anders ausgedrückt befindet sich der erste Abschnitt 250 näher an der d-Achse, als es die zweiten Abschnitte 260 sind. Die zweiten Abschnitte 260 sind näher an der q-Achse angeordnet, als es der erste Abschnitt 250 ist. Die Richtung, in der die leichte Achse der Magnetisierung 300 sich in dem ersten Abschnitt 250 erstreckt, ist stärker parallel zu der d-Achse orientiert, als die Richtung, in der sich die leichte Achse der Magnetisierung 310 in den zweiten Abschnitten 260 erstreckt. Anders ausgedrückt ist die Magneteinheit 512 derart entwickelt, dass ein Winkel θ11, den die leichte Achse der Magnetisierung 300 in dem ersten Abschnitt 250 mit der d-Achse bildet, derart ausgewählt ist, dass er kleiner als ein Winkel θ12 ist, den die leichte Achse der Magnetisierung 310 in dem zweiten Abschnitt 260 mit der q-Achse bildet. Ringförmige Magnetpfade werden daher entsprechend den Richtungen der leichten Achsen der Magnetisierung erzeugt. In jedem der Magnete 91 und 92 kann die leichte Achse der Magnetisierung in einer Region nahe an der d-Achse parallel zu der d-Achse orientiert sein, wohingegen die leichte Achse der Magnetisierung in einer Region nahe an der q-Achse senkrecht zu der q-Achse orientiert sein kann. Kurz gesagt ist die Magneteinheit 512 derart magnetisch orientiert, dass die leichte Achse der Magnetisierung in der Region nahe an der d-Achse (d.h. der Mitte des Magnetpols) stärker parallel zu der d-Achse als in der Region nahe an der q-Achse (d.h. der Grenze zwischen den Magnetpolen) orientiert ist.
Dementsprechend fungiert die vorstehend beschriebene Struktur von jedem der Magnete 91 und 92 zum Verbessern des Magnet-Magnetflusses davon auf der d-Achse und zum Reduzieren einer Änderung in dem Magnetfluss nahe an der q-Achse. Dies ermöglicht es, die Magneten 91 und 92 derart herzustellen, dass sie eine gleichförmige Änderung in dem Oberflächenmagnetfluss von der q-Achse zu der d-Achse an jedem Magnetpol aufweisen. Die Magneteinheit 512 kann derart entworfen werden, dass sie dieselbe Struktur wie diejenige der Magneteinheit 42 aufweist, die die in 22 und 23 veranschaulicht ist oder in 30 veranschaulicht ist.
Die Magneteinheit 512 kann mit einem Rotorkern (d.h. einem Gegenjoch) ausgerüstet sein, der aus einer Vielzahl von Magnetstahlblechen aufgebaut ist, die in der axialen Richtung gestapelt sind und nahe an dem zylindrischen Abschnitt 513 des Rotorträgers 511, d.h. nahe an dem äußeren Umfang davon angeordnet sind. Anders ausgedrückt kann der Rotorkern radial innerhalb des zylindrischen Abschnitts 513 des Rotorträgers 511 angeordnet sein, und können die Permanentmagnete (d.h. die Magnete 91 und 92) radial innerhalb des Rotorkerns angeordnet sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 47 weist der zylindrischer Abschnitt 513 des Rotorträgers 511 Aussparungen 513a auf, die darin geformt sind, die zu einem gegebenen Intervall weg voneinander in der Umlaufsrichtung des zylindrischen Abschnitts 513 angeordnet sind und sich in der axialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 513 erstrecken. Die Aussparungen 513a sind beispielsweise unter Verwendung einer Stanze oder einer Presse hergestellt. Der zylindrischer Abschnitt 513 weist, wie es in 52 gezeigt ist, Konvexitäten oder Vorsprünge 513b auf, von denen jeder auf einen inneren Umfang davon in Ausrichtung mit jeweils einer der Aussparungen 513 in der radialen Richtung des zylindrischen Abschnitts 513 geformt ist. An der Magneteinheit 512 sind in deren äußeren Umlauf die Aussparungen 512a geformt, von denen jeder auf jeweils einen der Vorsprünge 513b des zylindrischen Abschnitts 513 gepasst ist. Anders ausgedrückt sind die Vorsprünge 513b des zylindrischen Abschnitts 513 in den Aussparungen 512a angeordnet, wodurch die Magneteinheit 512 davon abgehalten wird, sich in der Umlaufsrichtung des Rotorträgers 511 zu bewegen. Die Vorsprünge 513b des Rotorträgers 511 dienen somit als Stopper, um ein Drehen der Magneteinheit 512 zu stoppen. Die Vorsprünge 513b können alternativ in einer bekannten Weise geformt werden, die sich von den Presstechniken unterscheidet.
52 zeigt Magnetpfade, die durch die Magnete der Magneteinheit 512 erzeugt werden, und sind durch Pfeile angegeben. Jeder der Magnetpfade erstreckt sich in einer Bogenform und quert die q-Achse, die sich an der Grenze zwischen den Magnetpolen befindet. Jeder der Magnetpfade ist parallel oder fast parallel zu der d-Achse in der Region nahe an der d-Achse orientiert. Die Magneteinheit 512 weist die Aussparungen 512b auf, die in einer inneren Umlaufsoberfläche davon geformt sind und sich auf der q-Achse befinden. Die Magnetpfade in der Magneteinheit 512 weisen Längen auf, die sich zwischen einer Region nahe an dem Stator 520 (d.h. an der unteren Seite in der Zeichnung) und einer Region entfernt von dem Stator 520 (d.h. einer oberen Seite in der Zeichnung) unterscheiden. Insbesondere ist die Länge des Magnetpfades nahe an dem Stator 520 kürzer als diejenige des Magnetpfades weiter weg von dem Stator 520. Jeder der Aussparungen 512b befindet sich auf der kürzesten Länge des Magnetpfades. Anders ausgedrückt ist im Hinblick darauf, dass die Größe von Magnetfluss dort, wo der Magnetpfad kürzer ist, unzureichend ist, die Magneteinheit 512 derart geformt, dass Abschnitte, in denen der Magnetfluss schwach ist, entfernt sind.
Im Allgemeinen wird die effektive Magnetflussdichte Bd mit einer Erhöhung der Länge eines Magnetkreises, der durch den Magneten gelangt, höher. Der Permeanzkoeffizient Pc und die effektive Magnetflussdichte Bd des Magneten weisen eine Beziehung auf, bei der, wenn eines davon hoch wird, ebenfalls das andere hoch wird. Die Struktur, die in 52 veranschaulicht ist, ermöglicht ein Reduzieren des Volumens des Magneten, mit einem minimierten Risiko für eine Verringerung des Permeanzkoeffizienten Pc, der ein Hinweis des Grads der effektiven Magnetflussdichte der Magneten ist. In einem B-H-Koordinatensystem ist ein Schnittpunkt einer Permeanzgeraden und einer Entmagnetisierungskurve ein Betriebspunkt entsprechend der Konfiguration eines Magneten. Die Magnetflussdichte an dem Betriebspunkt repräsentiert die effektive Magnetflussdichte Bd. Die rotierende elektrische Maschine 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist derart entworfen, dass sie den Stator 520 aufweist, bei dem die Menge von Eisen verringert ist, und hoch effektiv dabei ist, zu bewirken, dass der Magnetkreis die q-Achse quert.
Die Aussparungen 512b der Magneteinheit 512 können als Luftpfade verwendet werden, die sich in der axialen Richtung erstrecken, wodurch die Kühlfähigkeit der rotierenden elektrischen Maschine 500 verbessert wird.
Nachstehend ist die Struktur des Stators 520 beschrieben. Der Stator 520 weist die Statorwicklung 521 und dem Statorkern 522 auf. 53 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der Statorwicklung 521 und des Statorkerns 522.
Die Statorwicklung 521 ist aus einer Vielzahl von Phasenwicklungen aufgebaut, die hohlzylindrisch oder ringförmig sind. Der Statorkern 512, der als ein Basiselement dient, ist radial innerhalb der Statorwicklung 521 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Statorwicklung 521 Drei-PhasenWicklungen auf: eine U-Phasen-Wicklung, eine V-Phasen-Wicklung und eine W-Phasen-Wicklung. Jede der U-Phasen-Wicklung, der V-Phase-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung ist aus zwei Schichten eines Leiters 523 hergestellt, einer äußeren Schicht und einer inneren Schicht, die sich radial innerhalb der äußeren Schicht befindet. Der Stator 520 ist, wie der vorstehend beschriebene Stator 50, derart entworfen, dass er eine schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur und die abgeflachte Statorwicklung 521 aufweist. Der Stator 520 weist daher im Wesentlichen dieselbe Struktur wie der Stator 50 auf, der in 8 bis 16 veranschaulicht ist.
Die Struktur des Statorkerns 522 ist nachstehend beschrieben. Der Statorkern 522 ist, wie der vorstehend beschriebene Statorkern 52, aus einer Vielzahl von Magnetstahlblechen hergestellt, die in der axialen Richtung in der Form eines hohlen Zylinders mit einer gegebenen Dicke in der radialen Richtung gestapelt sind. Die Statorwicklung 521 ist an einem radialen äußeren Umfang des Statorkerns 522 montiert, der dem Rotor 510 zugewandt ist. Der Statorkern 522 weist keine Irregularitäten an der äußeren umlaufenden Oberfläche davon auf. Beim Zusammensetzen des Statorkerns 522 und der Statorwicklung 521 werden die Leiter 523 der Statorwicklung 521 benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung auf der äußeren umlaufenden Oberfläche des Statorkerns 522 angeordnet. Der Statorkern 522 fungiert als ein Gegenkern.
Der Stator 522 kann derart aufgebaut sein, dass er eine der nachfolgenden Strukturen aufweist.

(A) Der Stator 520 weist Zwischenleiterelemente auf, von denen jedes zwischen den Leitern 523 in der Umlaufsrichtung angeordnet ist. Für die Zwischenleiterelemente wird magnetisches Material verwendet, das die Beziehung von Wt×Bs≤Wm×Br erfüllt, wobei Wt eine Breite der Zwischenleiterelemente in der Umlaufsrichtung innerhalb eines Magnetpols ist, Bs die Sättigungsmagnetflussdichte der Zwischenleiterelemente ist, Wm eine Breite der Magneteinheit 512 ist, die äquivalent zu einem Magnetpol in der Umlaufsrichtung ist, und Br die Remanenzflussdichte in der Magneteinheit 512 ist.
(B) Der Stator 520 weist Zwischenleiterelemente auf, von denen jedes zwischen den Leitern 523 in der Umlaufsrichtung angeordnet ist. Die Zwischenleiterelemente sind jeweils aus einem nicht magnetischen Material hergestellt.
(C) Der Stator 520 weist keine Zwischenleiterelemente auf, die zwischen den Leitern 523 in der Umlaufsrichtung angeordnet sind.

Die vorstehend beschriebene Struktur des Stators 520 führt zu einer Verringerung der Induktivität im Vergleich zu typischen rotierenden elektrischen Maschinen, die mit Zähnen (d.h. einem Eisenkern) ausgerüstet sind, die einen Magnetpfad zwischen Leitern einer Statorwicklung erzeugen. Insbesondere ermöglicht die Struktur des Stators 520, dass die Induktivität ein Zehntel oder weniger als diejenige bei einer Struktur gemäß dem Stand der Technik ist. Üblicherweise führt eine Reduktion der Induktivität zu einer Reduktion der Impedanz. Die rotierende elektrische Maschine 500 ist daher ausgelegt, die Ausgangsleistung in Bezug auf die Eingangsleistung zu erhöhen, um den Grad des Ausgangsdrehmoments zu erhöhen. Die rotierende elektrische Maschine 500 ist ebenfalls in der Lage, ein höheres Ausmaß an Ausgangsleistung als rotierende elektrische Maschinen zu erzeugen, die einen Rotor mit eingebetteten Magneten verwenden und Drehmoment unter Verwendung einer Impedanzspannung abgeben (d.h. Reluktanzdrehmoment).
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Statorwicklung 521 zusammen mit dem Statorkerns 522 in der Form einer einzelnen Einheit unter Verwendung eines Harzgussmaterials (d.h. isolierenden Materials) geformt. Das Gussmaterial belegt ein Intervall zwischen jeweils zwei benachbarten Leitern 523, die in der Umlaufsrichtung angeordnet sind. Diese Struktur des Stators 520 ist äquivalent zu derjenigen, die in dem vorstehend beschriebenen Punkt (B) beschrieben ist. Die Leiter 523, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung angeordnet sind, können Oberflächen aufweisen, die einander in der Umlaufsrichtung zugewandt sind und in direkten Kontakt miteinander versetzt sind oder einander über einen schmalen Luftspalt dazwischen gegenüberliegen. Diese Struktur ist äquivalent zu dem vorstehend beschriebenen Punkt (C). Wenn die Struktur in dem vorstehend beschriebenen Punkt (A) verwendet wird, ist die äußere Umlaufsoberfläche des Statorkerns 522 vorzugsweise derart geformt, dass sie Vorsprünge entsprechend der Orientierung der Leiter 543 in der axialen Richtung aufweist, d.h., einen Schrägungswinkel in einem Fall, in dem die Statorwicklung 521 von einer geschrägten Struktur ist.
Die Struktur der Statorwicklung 521 ist nachstehend unter Bezugnahme auf 54(a) und 54(b) beschrieben. 54(a) zeigt eine teilweise entwickelte Ansicht, die eine Baugruppe der Leiter 523 veranschaulicht, die in der Form einer äußeren von zwei Schichten angeordnet sind, die einander in der radialen Richtung der Statorwicklung 521 überlappen. 54(b) zeigt eine teilweise entwickelte Ansicht, die eine Baugruppe der Leiter 523 veranschaulicht, die in der Form einer inneren der zwei Schichten angeordnet ist.
Die Statorwicklung 521 ist als eine ringförmige verteilte Wicklung entworfen. Die Statorwicklung 521 ist aus Leitern 523 aufgebaut, die in der Form von zwei Schichten angeordnet sind: eine äußere Schicht und eine innere Schicht, die einander in der radialen Richtung der Statorwicklung 521 überlappen. Die Leiter 523 der äußeren Schicht sind, wie es aus 54(a) und 54(b) ersichtlich ist, mit einer Orientierung geschrägt, die sich von derjenigen der Leiter 523 der inneren Schicht unterscheidet. Die Leiter 523 sind elektrisch voneinander isoliert. Jeder der Leiter 523 ist, wie es in 13 veranschaulicht ist, vorzugsweise aus einer Ansammlung von Drähten 86 hergestellt. Beispielsweise sind jeweils zwei der Leiter 523, durch die Strom in der gleichen Richtung für die gleiche Phase fließt, benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung der Statorwicklung 521 angeordnet. Dementsprechend bilden zwei jeweils in Umlaufsrichtung angeordnete Leiter 523 in jeder der äußeren und inneren Schichten, d.h. insgesamt vier der Leiter 523 einen Leiterabschnitt der Statorwicklung 521 für jede Phase. Die Leiterabschnitte sind als Einheit in jedem Magnetpol vorgesehen.
Der Leiterabschnitt ist vorzugsweise derart geformt, dass er eine Dicke (d.h. eine Abmessung in der radialen Richtung) aufweist, die kleiner als eine Breite davon (d.h. eine Abmessung in der Umlaufsrichtung) für jede Phase in jedem Pol ist. Anders ausgedrückt ist die Statorwicklung 521 vorzugsweise entworfen, eine abgeflachte Leiterstruktur aufzuweisen. Beispielsweise definieren insgesamt acht der Leiter 523, nämlich vier, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung in jeder der äußeren und inneren Schichten regelmäßig angeordnet sind, jeden Leiterabschnitt für jede Phase in der Statorwicklung 521. Alternativ dazu kann jeder der Leiter 523 derart geformt sein, dass er einen Querschnitt aufweist, wie es in 50 veranschaulicht ist, dessen Breite (d.h. eine Abmessung in der Umlaufsrichtung) größer sein kann als eine zugehörige Dicke (d.h. eine Abmessung in der radialen Richtung). Die Statorwicklung 521 kann alternativ derart entworfen sein, dass sie dieselbe Struktur wie diejenige der Statorwicklung 51 aufweist, die in 12 gezeigt ist. Diese Struktur erfordert jedoch, dass der Rotorträger 511 eine innere Kammer aufweist, in der Spulenenden der Statorwicklung 521 angeordnet sind.
Die Statorwicklung 521 weist, wie es aus 54(a) hervorgeht, eine Spulenseite 525 auf, die den Statorkern 522 in der radialen Richtung davon überlappt. Die Spulenseite 525 ist aus Abschnitten des Leiters 523 aufgebaut, die sich mit einem gegebenen Winkel zu der Achse der Statorwicklung 521 schief erstrecken oder neigen und sind benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung angeordnet.
Die Statorwicklung 521 weist ebenfalls Spulenenden 526 auf, die außerhalb der Spulenseite 525 in der axialen Richtung davon angeordnet sind. Jedes der Spulenenden 526 ist aus Abschnitten des Leiters 523 aufgebaut, die nach innen in der axialen Richtung gedreht sind, um Verbindungen der Leiter 523 der Spulenseite 525 herzustellen. 54(a) veranschaulicht die Spulenseite 525 und die Spulenenden 526 in der äußeren Schicht der Leiter 523 der Statorwicklung 521. Die Leiter 523 der inneren Schicht und die Leiter 523 der äußeren Schicht sind elektrisch miteinander durch die Spulenenden 526 verbunden. Anders ausgedrückt ist jeder der Leiter 523 der äußeren Schicht in der axialen Richtung gedreht und führt zu einem jeweiligen einen der Leiter 523 der inneren Schicht durch das Spulenende 526. Kurz gesagt wird eine Richtung, in der Strom in der Statorwicklung 521 fließt, zwischen den äußeren und inneren Schichten der Leiter 523, die verbunden sind, um sich in der Umlaufsrichtung zu erstrecken, umgedreht.
Die Statorwicklung 521 weist Endregionen, die Enden davon definieren, die in der axialen Richtung einander entgegengesetzt sind, und eine Zwischenregion zwischen den Endregionen auf. Jeder der Leiter 123 weist Schrägungswinkel auf, die sich zwischen jeder der Endregionen und der Zwischenregion unterscheiden. Insbesondere ist der Schrägungswinkel ein Winkel, den jeder der Leiter 523 mit einer Geraden bildet, die sich parallel zu der Achse der Statorwicklung 521 erstreckt. Die Leiter 523 weisen, wie es in 55 veranschaulicht ist, einen Schrägungswinkel θ_s1 in der Zwischenregion und einen Schrägungswinkel θ_s2 in den Endregionen auf, der sich von dem Schrägungswinkel θ_s1 unterscheidet. Der Schrägungswinkel θ_s1 ist kleiner als der Schrägungswinkel θ_s2. Die Endregionen der Statorwicklung 521 sind definiert, um teilweise die Spulenseite 525 zu belegen. Der Schrägungswinkel θ_s1 und der Schrägungswinkel θ_s2 sind Winkel, mit denen die Leiter 523 in der axialen Richtung der Statorwicklung 521 geneigt sind. Der Schrägungswinkel θ_s1 in der Zwischenregion ist vorzugsweise derart ausgewählt, dass er ein Winkel ist, der geeignet ist, um Oberschwingungskomponenten des Magnetflusses zu entfernen, die aus einer Erregung der Statorwicklung 521 resultiert.
Der Schrägungswinkel von jedem der Leiter 523 der Statorwicklung 521 ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, derart ausgewählt, dass er sich zwischen der Zwischenregion und den Endregionen unterscheidet. Der Schrägungswinkel θ_s1 in der Zwischenregion ist derart eingestellt, dass er kleiner als der Schrägungswinkel θ_s2 in den Endregionen ist, wodurch die Größe der Spulenenden 526 verringert wird, jedoch eine Erhöhung des Wicklungsfaktors der Statorwicklung 521 ermöglicht wird. Anders ausgedrückt ist es bei der Statorwicklung 521 möglich, die Länge der Spulenenden 526, d.h. Abschnitte der Leiter 523, die sich nach außerhalb des Statorkerns 522 in der axialen Richtung erstrecken, zu verringern, ohne einen gewünschten Wicklungsfaktor zu opfern, was eine Reduktion der Größe der rotierenden elektrischen Maschine und eine Erhöhung des Grads des Drehmoments ermöglicht.
Ein adäquater Bereich des Schrägungswinkels θ_s1 in der Zwischenregion ist nachstehend beschrieben. In einem Fall, in dem X Leiter 523, wobei X die Anzahl der Leiter 593 ist, in einem Magnetpol der Statorwicklung 521 angeordnet sind, wird in Betracht gezogen, dass die Erregung der Statorwicklung 521 eine X-te Oberschwingung erzeugt. Wenn die Anzahl der Phasen als S definiert ist und die Anzahl der Leiter 523 für jede Phase als m definiert ist, gilt X = 2xSxm. Der Erfinder dieser Anmeldung hat sich auf die Tatsache konzentriert, dass eine X-te Oberschwingung äquivalent zu einer Kombination einer (X-1)-te Oberschwingung und einer (X+1)-te Oberschwingung ist, und dass die X-te Oberschwingung durch Reduzieren zumindest einer der (X-1)-te Oberschwingung und der (X+1)-te Oberschwingung reduziert werden kann, und gefunden, dass die X-te Oberschwingung reduziert werden wird, in dem der Schrägungswinkel θ_s1 derart ausgewählt wird, dass er in einem Bereich von 360°/(X+1) bis 360°/(X-1) im Hinblick auf den elektrischen Winkel fällt.
Wenn beispielsweise S=3 und m=2 gilt, wird der Schrägungswinkel θ_s1 derart bestimmt, dass er in einem Bereich von 360°/13 bis 360°/11 fällt, um die 12-te Oberschwingung (d.h. X=12) zu verringern. Insbesondere wird der Schrägungswinkel θ_s1 aus einem Bereich von 27,7° bis 32,7° ausgewählt.
Der Schrägungswinkel θ_s1 von jedem der Leiter 523 in der Zwischenregion, der in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt wird, wird eine Verkettung von Magnetflüssen, wie sie durch die N-Pole und S-Pole der Magnete, die abwechselnd angeordnet sind, erzeugt werden, in den Zwischenregionen der Leiter 523 erleichtern oder verbessern, wodurch der Wicklungsfaktor der Statorwicklung 521 erhöht wird.
Der Schrägungswinkel θ_s2 in den Endregionen wird derart bestimmt, dass er größer als das Schrägungswinkel θ_s1 in der Zwischenregion der Leiter 523 ist. Der Schrägungswinkel θ_s2 wird derart ausgewählt, dass er eine Beziehung von θ_s1 < θ_s2 <90° erfüllt.
In der Statorwicklung 521 ist das Ende von jedem der Leiter 523 der inneren Schicht mit dem Ende eines jeweiligen Leiters 523 der äußeren Schicht durch Schweiß- oder Bondtechniken verbunden. Alternativ dazu kann jeder der Leiter 523 der inneren Schicht und ein jeweiliger Leiter 523 der äußeren Schicht durch einen einzelnen Leiter aufgebaut sein, der einen gekrümmten oder gebogenen Abschnitt aufweist, der eine Endverbindung davon definiert. In der Statorwicklung 521 ist eines der axialen entgegengesetzten Spulenenden 526 jeder Phasenwicklung elektrisch mit einem Leistungswandler (d.h. einem Wechselrichter) unter Verwendung beispielsweise einer Sammelschiene verbunden. Die Struktur der Statorwicklung 521, in der die Leiter 523 miteinander in Arten verbunden sind, die sich zwischen den Spulenenden 526, die näher an der Sammelschiene sind, und dem Spulenende 526, das weiter weg von der Sammelschiene ist, ist nachstehend beschrieben.
Erste Struktur
Die Leiter 523 sind an den Spulenenden 526, die näher an den Sammelschienen sind, miteinander verschweißt, wohingegen sie an den Spulenenden 526, die weiter weg von den Sammelschienen sind, in einer anderen Weise als Schweißen verbunden sind. Beispielsweise kann ein einzelner Leiter derart geformt sein, dass er einen gekrümmten oder gebogenen Abschnitt aufweist, der das Spulenende 523 definiert, der weiter weg von der Sammelschiene ist, um jeweilige zwei der Leiter 523 zu bilden. Das Ende jeder Phasenwicklung ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, mit der Sammelschiene an dem Spulenende 526 verschweißt, das näher an der Sammelschiene ist. Die Spulenenden 526, die näher an den Sammelschienen sind, können beispielsweise miteinander verschweißt werden, um die Leiter 523 in einem einzelnen Schritt zu verbinden. Dies verbesserte Effizienz bei der Herstellung der Statorwicklung 521.
Zweite Struktur
Die Leiter 523 sind an den Spulenenden 526, die näher an den Sammelschienen sind, in einer anderen Weise als durch Schweißen verbunden, und sind an den Spulenenden 526, die weiter weg von den Sammelschienen sind, miteinander verschweißt. In einem Fall, in dem die Leiters 523 miteinander an den Spulenenden 526, die näher an den Sammelschienen sind, verschweißt sind, ist es notwendig, ein Intervall zwischen den Sammelschienen und den Spulenenden 526 zu erhöhen, um eine mechanisches Eingreifen zwischen den Schweißstellen und den Sammelschienen zu vermeiden. Die zweite Struktur beseitigt jedoch einen derartigen Bedarf und ermöglicht eine Verringerung eines Intervalls zwischen den Sammelschienen und den Spulenenden 526, wodurch die Erfordernisse für eine axiale Abmessung der Statorwicklung 521 oder für die Sammelschienen erleichtert werden.
Dritte Struktur
Die Leiter 523 sind miteinander an allen Spulenenden 526 unter Verwendung von Schweißtechniken verbunden. Diese Struktur ermöglicht es, dass jeder der Leiter 523 in einer kürzeren Länge des Leiters als bei den vorstehend beschriebenen Strukturen gebildet wird, und beseitigt den Bedarf zum Biegen oder zum Krümmen von Leitern, so dass die Effizienz beim Vervollständigen der Statorwicklung 521 verbessert wird.
Vierte Struktur
Die Statorwicklung 521 wird ohne Schweißen der Spulenenden 526 aller Leiter 523 abgeschlossen. Dies minimiert oder beseitigt geschweißte Abschnitte der Statorwicklung 521, wodurch ein Risiko minimiert wird, dass eine elektrische Isolierung der Leiter 523 an den Schweißstellen beschädigt werden kann.
Die Statorwicklung 521 kann hergestellt werden, indem eine gewebte Baugruppe von Leiterstreifen vorbereitet wird, die horizontal angeordnet sind, und diese dann in einen Zylinder gebogen werden. In diesem Fall können die Spulenenden 526 der Leiterstreifen miteinander verschweißt werden, bevor die Leiterstreifen gebogen werden. Das Biegen der Leiterstreifen in einen Zylinder kann erzielt werden, indem die Baugruppe der Leiterstreifen um einen kreisförmigen Zylinder gewickelt wird, dessen Durchmesser identisch zu denen des Statorkerns 522 ist, oder indem alternativ die Baugruppe der Leiterstreifen direkt um den Statorkern 522 gewickelt wird.
Die Statorwicklung 521 kann alternativ derart entworfen sein, dass sie eine der nachfolgenden Strukturen aufweist.
Die Statorwicklung 521, die in 54(a) und 54(b) veranschaulicht ist, kann alternativ eine Zwischenregion und Endregionen aufweisen, deren Schrägungswinkel identisch zueinander sind.
Die in 54(a) und 54(b) veranschaulichte Statorwicklung 521 kann alternativ Leiter 523 aufweisen, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung in derselben Phase angeordnet sind, und Enden aufweisen, die miteinander unter Verwendung von Verbindungsleitern verbunden sind, die sich senkrecht zu der axialen Richtung der Statorwicklung 521 erstrecken.
Die Statorwicklung 521 kann in der Form von 2xn ringförmigen Schichten geformt sein. Beispielsweise kann die Statorwicklung 521 derart geformt sein, dass sie 4 oder 6 überlappende ringförmige Schichten aufweist.
Die Struktur der Wechselrichtereinheit 530, die als eine Leistungswandlereinheit dient, ist nachstehend unter Bezugnahme auf 56 und 57 beschrieben, die auseinandergezogene Schnittansichten darstellen. 57 veranschaulicht zwei Unterbaugruppen von Teilen der Wechselrichtereinheit 530, die in 56 gezeigt sind.
Die Wechselrichtereinheit 530 weist ein Wechselrichtergehäuse 531, eine Vielzahl von elektrischen Modulen 532, die in dem Wechselrichtergehäuse 531 angeordnet sind, und ein Sammelschienenmodul 533 auf, das die elektrischen Module 532 elektrisch miteinander verbindet.
Das Wechselrichtergehäuse 531 weist eine hohlzylindrische äußere Wand 541, eine hohlzylindrische innere Wand 542 und ein Buckelelement 543 auf. Die innere Wand 542 weist einen kleineren äußeren Durchmesser als die äußere Wand 541 auf und ist radial innerhalb der äußeren Wand 541 angeordnet. Das Buckelelement 543 ist an einem von axial entgegengesetzten Enden der inneren Wand 542 befestigt. Diese Elemente 541, 542 und 543 sind jeweils vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) hergestellt. Das Wechselrichtergehäuse 531 weist eine äußere Wand 541 und eine innere Wand 542 auf, die sich einander in der radialen Richtung davon überlappen. Das Buckelelement 543 ist, wie es in 57 veranschaulicht ist, an dem axialen Ende der inneren Wand 542 angebracht.
Der Statorkern 522 ist an einem äußeren Umfang der äußeren Wand 541 des Wechselrichtergehäuses 531 befestigt, wodurch der Stator 520 und die Wechselrichtereinheit 530 als eine einzelne Einheit zusammengebaut sind.
Die äußere Wand 541 weist, wie es in 56 veranschaulicht ist, eine Vielzahl von Nuten oder Aussparungen 541a, 541b und 541C auf, die an einer inneren Umfangsoberfläche davon geformt sind. Die innere Wand 542 weist eine Vielzahl von Nuten oder Aussparungen 542a, 542b und 542C auf, die an einer äußeren Umfangsoberfläche davon geformt sind. Wenn die äußere Wand 541 und die innere Wand 542 zusammengebaut (zusammengesetzt) werden, werden drei innere Kammern, ringförmige Kammern 544a, 544b und 544c, wie es aus 57 hervorgeht, durch die Aussparungen 541a, 541b und 541C und die Aussparungen 542a, 542b und 542C definiert. Die ringförmige Kammer 544b, die sich zwischen den ringförmigen Kammern 544a und 544c befindet, wird als ein Kühlmittelpfad 545 verwendet, durch den ein Kühlwasser oder Kühlmittel fließt. Die ringförmigen Kammern 544a und 544c, die sich axial außerhalb der ringförmigen Kammer 544b befinden (d.h., der Kühlmittelpfad 545), weisen Abdichtungselemente 546 auf, die darin angeordnet sind. Die Abdichtungselemente 546 dichten die ringförmige Kammer 544b (d.h., den Kühlmittelpfad 545) hermetisch ab. Der Kühlmittelpfad 545 ist nachstehend ausführlich beschrieben.
Das Buckelelement 543 weist eine ringförmige scheibenförmige Endplatte 547 und einen Buckel 548 auf, der von der Endplatte 547 in das Gehäuse 531 vorspringt. Der Buckel 548 ist von einer hohlzylindrischen Form. Insbesondere weist die innere Wand 542 ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, das zu dem ersten Ende in der axialen Richtung entgegengesetzt ist, und näher zu einem vorspringenden Ende der Drehwelle 501 (d.h., im Inneren des Fahrzeugs) ist. Das Buckelelement 543 ist, wie es aus 51 hervorgeht, an dem zweiten Ende der inneren Wand 542 befestigt. In der Reifenradbaugruppe 400, die in den 45 bis 47 veranschaulicht ist, ist die Basisplatte 405 an dem Wechselrichtergehäuse 531 (genauer, der Endplatte 547 des Buckelelements 543) befestigt.
Das Wechselrichtergehäuse 531 ist von einer doppelwandigen Struktur, die aus äußeren und inneren Umfangswänden aufgebaut ist, die sich einander in der radialen Richtung des Wechselrichtergehäuses 531 überlappen. Die äußere Umfangswand des Wechselrichtergehäuses 531 ist durch eine Kombination der äußeren Wand 541 und der inneren Wand 542 definiert. Die innere Wand des Wechselrichtergehäuses 531 ist durch den Buckel 548 definiert. In der nachfolgenden Beschreibung sind die äußere Umfangswand, die durch die äußere Wand 541 und die innere Wand 542 definiert ist, ebenfalls als die äußere Umfangswand WA1 definiert. Die innere Umfangswand, die durch den Buckel 548 definiert ist, ist ebenfalls als eine innere Umfangswand WA2 definiert.
Das Wechselrichtergehäuse 531 weist eine ringförmige innere Kammer auf, die zwischen der äußeren Umfangswand WA1 und der inneren Umfangswand WA2 definiert ist und in der die elektrischen Module 532 benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung davon definiert sind. Die elektrischen Module 532 sind fest an einen inneren Umfang der inneren Wand 542 unter Verwendung von Klebemitteln oder Schraubverbindungen (d.h. Schrauben) fest angebracht. Das Wechselrichtergehäuse 531 ist ebenfalls als Gehäuseelement bezeichnet. Die elektrischen Module 532 sind ebenfalls als elektrische Teile oder elektrische Vorrichtungen bezeichnet.
Ein Lager 560 ist innerhalb der inneren Umfangswand WA2 (d.h., dem Buckel 548) angeordnet. Das Lager 560 hält die Drehwelle 501 derart fest, dass sie drehbar ist. Das Lager 560 ist als ein Nabenlager entworfen, das in der Mitte des Rads 402 angeordnet ist, um die Reifenradbaugruppe 400 derart zu stützen, dass sie drehbar ist. Das Lager 560 ist derart angeordnet, dass es den Rotor 510, den Stator 520 und die Wechselrichtereinheit 530 in der radialen Richtung davon überlappt. In der rotierenden elektrischen Maschine 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht die vorstehend beschriebene magnetische Orientierung des Rotors 510, dass die Magneteinheit 512 eine verringerte Dicke aufweist. Der Stator 520 weist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, eine schlitzfreie beziehungsweise nutenlose Struktur auf und verwendet abgeflachte Leiter. Dies ermöglicht es, dass der Magnetkreis eine in der radialen Richtung verringerte Dicke aufweist, wodurch das Volumen des Raums innerhalb des Magnetkreises erhöht wird. Dies ermöglicht es der Magnetschaltung, der Wechselrichtereinheit 530 und dem Lager 560, in der radialen Richtung gestapelt zu werden. Der Buckel 548 dient ebenfalls als eine Lagerfesthalteeinrichtung, in der das Lager 560 angeordnet ist.
Das Lager 560 ist beispielsweise durch ein radiales Kugellager verwirklicht, wie es in 51 gezeigt ist, das einen zylindrischen inneren Laufring 561, einen zylindrischen äußeren Laufring 562, dessen Durchmesser größer als der des inneren Laufrings 561 ist, und der radial außerhalb des inneren Laufrings 561 angeordnet ist, und Kugeln 563 aufweist, die zwischen dem inneren Laufring 561 und dem äußeren Laufring 562 angeordnet sind. Der äußere Laufring 562 ist in das Buckelelement 543 eingepasst, wodurch das Lager 560 an das Wechselrichtergehäuse 531 befestigt ist. Der innere Laufring 561 ist an die Drehwelle 501 gepasst. Der innere Laufring 561, der äußere Laufring 562 und die Kugeln 563 sind aus einem metallischen Material wie Kohlenstoffstahl hergestellt.
Der innere Laufring 561 des Lagers 560 weist einen Zylinder 561a, in dem die Drehwelle 501 angeordnet ist, und einen Flansch 561b auf, der sich von einem Ende des Zylinders 561a in einer Richtung senkrecht zu der Achse des Lagers 560 erstreckt. Der Flansch 561b ist in Kontakt mit einer inneren Oberfläche der Endplatte des Rotorträgers 511 platziert. Nachdem das Lager 560 an die Drehwelle 501 montiert worden ist, wird der Rotorträger 511 zwischen dem Flansch 502 der Drehwelle 501 und dem Flansch 561b des inneren Laufrings 561 festgehalten. Der Winkel (d.h., 90° gemäß diesem Ausführungsbeispiel), den der Flansch 503 der Drehwelle 501 mit der Achse der Drehwelle 501 bildet, ist identisch zu demjenigen, den der Flansch 561b des inneren Laufrings 561 mit der Achse der Drehwelle 501 bildet. Der Rotorträger 511 ist fest zwischen den Flanschen 502 und 561b gehalten.
Der Rotorträger 511 wird durch den innere Laufring 561 des Lagers 560 von innen gestützt, wodurch eine Stabilität beim Halten des Rotorträgers 511 in Bezug auf die Drehwelle 501 mit einem erforderlichen Winkel, der einen gewünschten Grad von Parallelität der Magneteinheit 512 zu der Drehwelle 501 erzielt, gewährleistet wird. Dies verbessert eine Widerstandsfähigkeit des Rotorträgers 511 gegenüber mechanischen Vibrationen, selbst wenn der Rotorträger 511 entworfen ist, eine Größe aufzuweisen, die in der radialen Richtung erhöht ist.
Nachstehend sind die in dem Wechselrichtergehäuse 531 installierten elektrischen Module 532 beschrieben.
Die elektrischen Module 532 sind aus eine Vielzahl von Modulen gebildet, von denen jedes elektrische Vorrichtungen, wie beispielsweise Halbleiterschalter, und Glättungskondensatoren umfasst, die einen Leistungswandler bilden. Spezifisch umfassen die elektrischen Module 532 die Schaltermodule 532A, die mit Halbleiterschaltern (d. h. Leistungsvorrichtungen) ausgestattet sind, und die Kondensatormodule 532B, die mit Glättungskondensatoren ausgestattet sind.
Eine Vielzahl von Abstandshalter 549 sind, wie es in 49 und 50 veranschaulicht ist, an der inneren Umfangsoberfläche der Innenwand 542 gesichert. Die Abstandshalter 549 weisen jeweils eine flache Oberfläche auf, an die eines der elektrischen Module 532 angebracht ist. Die innere Umfangsoberfläche der Innenwand 542 ist gekrümmt, wohingegen jedes der elektrischen Module 532 eine flache Oberfläche aufweist, die an die innere Wand 542 anzubringen ist. Jeder der Abstandshalter 549 ist daher derart geformt, dass er eine flache Oberfläche aufweist, die weg von der Innenwand 542 zeigt. Die elektrischen Module 532 sind an den flachen Oberflächen der Abstandshalter 549 befestigt.
Die Abstandshalter 549 müssen nicht notwendigerweise zwischen der Innenwand 542 und den elektrischen Modulen 532 angeordnet werden. Beispielsweise kann die innere Wand 542 derart geformt sein, dass sie flache Abschnitte aufweist. Alternativ dazu kann jedes der elektrischen Module 532 derart geformt sein, dass es eine gekrümmte Oberfläche aufweist, die direkt an die Innenwand 542 angebracht wird. Die elektrischen Module 532 können alternativ an das Wechselrichtergehäuse 531 ohne Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche der Innenwand 542 befestigt werden. Beispielsweise können die elektrischen Module 532 an die Endplatte 547 des Buckelelements 543 fixiert werden. Die Schaltermodule 532A können an die innere Umfangsoberfläche der Innenwand 542 in kontaktfrei damit befestigt werden. Gleichermaßen können die Kondensatormodule 532B an die innere Umfangsoberfläche der Innenwand 542 kontaktfrei damit befestigt werden.
In einem Fall, in dem die Abstandshalter 549 an der inneren Umfangsoberfläche der Innenwand 542 angeordnet sind, ist eine Kombination der äußeren Umfangswand WA1 und der Abstandshalter 549 als ein zylindrischer Abschnitt bezeichnet. Alternativ dazu wird in einem Fall, in dem die Abstandshalter 549 nicht verwendet werden, die äußere Umfangswand WA1 selbst als ein zylindrischer Abschnitt bezeichnet.
Die äußere Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 weist, wie es bereits beschrieben worden ist, darin geformt den Kühlmittelpfad 545 auf, in dem Kühlwasser zum Kühlen der elektrischen Module 532 fließt. Statt des Kühlwassers kann ein Kühlöl verwendet werden. Der Kühlmittelpfad 545 weist eine ringförmige Form auf, die derart konturiert ist, dass sie der Konfiguration der äußeren Umfangswand WA1 entspricht. Das Kühlwasser gelangt durch die elektrischen Module 532 von einer stromaufwärtigen zu einer stromabwärtigen Seite in dem Kühlmittelpfad 545. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Kühlmittelpfad 545 in einer ringförmigen Form und umgibt oder überlappt die elektrischen Module 532 in der radialen Richtung.
Die innere Wand 542 weist darin geformt einen Einlasspfad 571, durch den das Kühlwasser in den Kühlmittelpfad 545 eingegeben wird, und einen Auslasspfad 572 auf, durch den das Kühlwasser aus dem Kühlmittelpfad 545 ausgestoßen wird. Die innere Wand 542 weist, wie es bereits beschrieben worden ist, die elektrischen Module 532 auf, die an der inneren Umfangsoberfläche davon angeordnet sind. Lediglich eines von Intervallen zwischen jeweils in Umlaufsrichtung zueinander benachbarten zwei der elektrischen Module 532 ist derart geformt, dass es größer als die anderen ist. In einem derartigen großen Intervall ragt ein Abschnitt der inneren Wand 542 radial nach innen vor, um den Ausbeulungsabschnitt 573 zu formen. Der Ausbeulungsabschnitt 573 weist darin geformt den Einlasspfad 571 und den Auslasspfad 572 auf, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung der Innenwand 542 angeordnet sind.
58 veranschaulicht die Anordnung der elektrischen Module 532 in dem Wechselrichtergehäuse 531. 58 repräsentiert denselben Längsschnitt der rotierenden elektrischen Maschine 500 wie gemäß 50.
Die elektrischen Module 532 sind, wie es aus 58 hervorgeht, mit einem ersten Intervall INT1 oder einem zweiten Intervall INT2 weg voneinander in der Umlaufsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 angeordnet. Lediglich zwei ausgewählte der elektrischen Module 532 sind, wie es klar aus 58 hervorgeht, mit dem zweiten Intervall INT2 weg voneinander angeordnet. Das zweite Intervall ist derart ausgewählt, das es größer als das erste Intervall INT1 ist. Jedes der Intervalle INT1 und INT2 ist beispielsweise ein Abstand zwischen den Mitteln von zwei benachbarten elektrischen Modulen und 532, die in der Umlaufsrichtung angeordnet sind. Ein Ausbeulungsabschnitt 573 befindet sich in dem Intervall INT2 zwischen den elektrischen Modulen 532. Anders ausgedrückt weisen die Intervalle zwischen den elektrischen Modulen 532 ein längeres Intervall (d.h. das zweite Intervall INT2) auf, in dem der Ausbeulungsabschnitt 573 liegt.
Jedes der Intervalle INT1 und INT2 kann durch einen bogenförmigen Abstand zwischen zwei benachbarten elektrischen Modulen 532 entlang eines Kreises um die auf der Drehwelle 501 definierten Mitte (Zentrum) gegeben sein. Jedes der Intervalle INT1 und INT2 kann alternativ, wie es in 58 veranschaulicht ist, durch ein Winkelintervall θi1 oder θi2 um die auf der Drehwelle 501 definierte Mitte ausgedrückt werden, wobei θi1 < θi2 gilt.
In der in 58 veranschaulichten Struktur sind die elektrischen Module 532 kontaktfrei miteinander in der Umlaufsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 platziert, jedoch können Sie in Kontakt miteinander in der Umlaufsrichtung mit Ausnahme für das zweite Intervall INT2 angeordnet sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 48 weist die Endplatte 547 des Buckelelements 543 darin geformt einen Einlass-/Auslassanschluss 574 auf, in dem Enden des Einlasspfads 571 und des Auslasspfads geformt sind. Der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 sind mit einem Umwälzungspfad 575 verbunden, durch den das Kühlwasser umgewälzt wird. Der Umwälzungspfad 575 ist durch ein Kühlmittelrohr definiert. Der Kühlmittelpfad 575 weist eine Pumpe 576 und eine Wärmeableitungsvorrichtung 577 darin installiert auf. Die Pumpe 576 wird betätigt, um das Kühlwasser in dem Kühlmittelpfad 545 und dem Umwälzungspfad 575 umzuwälzen. Die Pumpe 576 ist durch eine elektrisch betriebene Pumpe verwirklicht. Die Wärmeableitungsvorrichtung 577 ist aus einem Radiator aufgebaut, der zum Freigeben thermischer Energie des Kühlwassers an die Luft arbeitet.
Der Stator 520 ist, wie es in 50 veranschaulicht ist, außerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Die elektrischen Module 532 sind innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Dementsprechend wird thermische Energie, die durch den Stator 520 erzeugt wird, auf die äußere Umfangswand WA1 von außen übertragen, wohingegen thermische Energie, die durch die elektrischen Module 532 erzeugt wird, auf die äußere Umfangswand WA1 von innen übertragen wird. Das Kühlwasser, das durch den Kühlmittelpfad 545 fließt, absorbiert daher gleichzeitig die thermische Energie, die sowohl durch den Stator 520 als auch die elektrischen Module 532 erzeugt wird, wodurch die Ableitung von Wärme von der rotierenden elektrischen Maschine 500 erleichtert wird.
Die elektrische Struktur des Leistungswandlers ist nachstehend unter Bezugnahme auf 59 beschrieben.
Die Statorwicklung 521 ist, wie es in 59 veranschaulicht ist, aus einer U-Phasen-Wicklung, einer V-Phase-Wicklung und einer W-Phasen-Wicklung aufgebaut. Die Statorwicklung 521 ist mit dem Wechselrichter 600 verbunden. Der Wechselrichter 600 ist aus einer Brückenschaltung aufgebaut, der so viele obere und untere Zweigen wie die Phasen der Statorwicklung 521 aufweist. Der Wechselrichter 600 ist mit einem Reihenschaltungsteil ausgerüstet, der aus einem Oberzweigschalter 601 und einem Unterzweigschalter 602 für jede Phase aufgebaut ist. Die Schalter 601 und 602 werden jeweils durch eine entsprechende von Treiberschaltungen 603 ein- oder ausgeschaltet, um eine entsprechende der Phasenwicklungen zu speisen oder abzuschalten. Jeder der Schalter 601 und 602 ist beispielsweise aus einem Halbleiterschalter wie einem MOSFET oder IGBT aufgebaut. Der Kondensator 604 ist ebenfalls mit jedem der Reihenschaltungsteile, die aus den Schaltern 601 und 602 aufgebaut sind, verbunden, um elektrische Ladung auszugeben, die erforderlich ist, um Schaltoperationen der Schalter 601 und 602 zu erzielen.
Die Steuerungsvorrichtung 607 dient als eine Steuerungseinrichtung und ist aus einem Mikrocomputer aufgebaut, der mit einer CPU und Speichern ausgerüstet ist. Die Steuerungsvorrichtung 607 analysiert Informationen bezüglich Parameter, die in der rotierenden elektrischen Maschine 500 erfasst werden, oder eine Anforderung für eine Motorbetriebsart oder einer Generatorbetriebsart, in der die rotierende elektrische Maschine 500 arbeitet, um Schaltoperationen der Schalter 601 und 602 zum Erregen oder Enterregen der Statorwicklung 521 zu steuern. Beispielsweise führt die Steuerungsvorrichtung 607 einen PWM-Betrieb mit einer gegebenen Schaltfrequenz (d.h. Trägerfrequenz) oder einen Betrieb unter Verwendung einer Rechteckwelle zum Ein- oder Ausschalten der Schalter 601 und 602 durch. Die Steuerungsvorrichtung 607 kann als eine eingebaute Steuerungseinrichtung entworfen sein, die innerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 500 installiert ist, oder als eine externe Steuerungseinrichtung entworfen sein, die sich außerhalb der rotierenden elektrischen Maschine 500 befindet.
Die rotierende elektrische Maschine 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist eine verringerte elektrische Zeitkonstante auf, da der Stator 520 entwickelt ist, eine verringerte Induktivität aufzuweisen. Es ist daher vorzuziehen, die Schaltfrequenz (d.h. die Trägerfrequenz) zu erhöhen und die Schaltgeschwindigkeit in der rotierenden elektrischen Maschine 500 zu verbessern. Im Hinblick auf derartige Erfordernisse ist der Kondensator 604, der als ein Ladungszufuhrkondensator dient, parallel zu dem Reihenschaltungsteil geschaltet, der aus den Schaltern 601 und 602 für jede Phase der Statorwicklung 521 aufgebaut ist, wodurch die Verdrahtungsinduktivität reduziert wird, was elektrische Stöße bewältigt, selbst wenn die Schaltgeschwindigkeit verbessert wird.
Der Wechselrichter 600 ist mit einem Hochpotentialanschluss davon an einem positiven Anschluss der Gleichspannungsleistungsversorgung 605 und an einem Niedrigpotentialanschluss davon mit einem negativen Anschluss (d.h. Masse) der Gleichstromleistungsversorgung 605 verbunden. Ein Glättungskondensator 606 ist mit den Hoch- und Niedrigpotentialanschlüssen des Wechselrichters 600 parallel zu der Gleichspannungsleistungsversorgung 605 geschaltet.
Jedes der Schaltermodule 532A weist die Schalter 601 und 602 (d.h. Halbleiterschaltvorrichtungen, die Wärme erzeugen), die Treiberschaltungen 603 (d.h. elektrische Vorrichtungen, die die Treiberschaltungen 603 bilden) und den Ladungszufuhrkondensator 604 auf. Jedes der Kondensatormodul 532B weist den Glättungskondensator 606 auf, der Wärme erzeugt. Die Struktur der Schaltermodule 532A ist in 60 gezeigt.
Jedes der Schaltermodule 532A weist, wie es in 60 veranschaulicht ist, einen Modulkasten 611, die Schalter 601 und 602 für eine der Phasen der Statorwicklung 521, die Treiberschaltungen 603 und den Ladungszufuhrkondensator 604 auf. Jede der Treiberschaltungen 603 ist aus einer speziellen IC oder einer Schaltungsplatine hergestellt und in den Schaltermodul 582A installiert.
Der Modulkasten 611 ist aus einem isolierenden Material wie Harz hergestellt. Der Modulkasten 611 ist an der äußeren Umfangswand WA1 mit einer Seitenoberfläche davon befestigt, die die innere Umfangswand der inneren Wand 542 der Wechselrichtereinheit 530 berührt. Der Modulkasten 611 weist beispielsweise darin vergossenes Harz auf. In dem Modulkasten 611 sind die Schalter 601 und 602, die Treiberschaltungen 603 und der Kondensator 604 elektrisch unter Verwendung von Drähten 612 miteinander verbunden. Die Schaltermodule 532A sind, wie es vorstehend beschrieben worden ist, an die äußere Umfangswand WA1 durch die Abstandshalter 549 angebracht, jedoch sind in 60 zur Erleichterung der Darstellung die Abstandshalter 549 nicht dargestellt.
In einer Bedingung, in der die Schaltermodule 532A fest an die äußere Umfangswand WA1 angebracht sind, wird ein Abschnitt von jedem der Schaltermodule 532A, der näher an der äußeren Umfangswand WA1, d.h. näher an dem Kühlmittelpfad 545 ist, stärker gekühlt. Im Hinblick auf eine derartige Lockerung der Kühlung wird die Reihenfolge, in der die Schalter 601 und 602, die Treiberschaltungen 603 und der Kondensator 604 angeordnet werden, bestimmt. Insbesondere weisen die Schalter 601 und 602 die größte Wärmeerzeugungsmenge auf. Der Kondensator 604 weist eine mittlere Wärmeerzeugungsmenge auf. Die Treiberschaltungen 603 weisen die kleinste Wärmeerzeugungsmenge auf. Dementsprechend sind die Schalter 601 und 602 am nächsten zu der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Treiberschaltungen 603 sind weiter weg von der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Der Kondensator 604 ist zwischen den Schaltern 601 und 602 und der Treiberschaltung 603 angeordnet. Anders ausgedrückt sind die Schalter 601 und 602, der Kondensator 604 und die Treiberschaltung 603 in dieser Reihenfolge nahe an der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Eine Fläche von jedem der an der inneren Wand 542 angebrachten Schaltermodule 532A ist vorzugsweise kleiner als eine Fläche der inneren Umfangsoberfläche der inneren Wand 542, die mit den Schaltermodulen 532A kontaktierbar ist.
Obwohl es nicht ausführlich veranschaulicht ist, weisen die Kondensatormodule 532B einen Kondensator 606 auf, der in einem Modulkasten angeordnet ist, der in der Konfiguration und Größe ähnlich zu den Schaltermodulen 532A ist. Jedes der Kondensatormodule 532B ist, wie die Schaltermodule 532A an der äußeren Umfangswand WA1 befestigt, wobei die Seitenoberfläche des Modulkastens 611 in Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche der inneren Wand 542 des Wechselrichtergehäuses 531 versetzt ist.
Die Schaltermodule 532A und die Kondensatormodule 532B müssen nicht notwendigerweise koaxial miteinander innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 angeordnet sein. Beispielsweise können die Schaltermodule 532A alternativ radial innerhalb oder außerhalb der Kondensatormodule 532B angeordnet werden.
Wenn die rotierende elektrische Maschine 500 in Betrieb ist, übertragen die Schaltermodule 532A und die Kondensatormodule 532B Wärme, die daraus erzeugt wird, auf den Kühlmittelpfad 545 durch die innere Wand 542 der äußeren Umfangswand WA1, wodurch die Schaltermodule 532A und die Kondensatormodule 532B gekühlt werden.
Jedes der elektrischen Module 532 kann derart entworfen sein, dass darin ein Flusspfad geformt ist, in dem Kühlmittel zum Kühlen des elektrischen Moduls 532 transportiert wird. Die Kühlstruktur der Schaltermodule 532A ist nachstehend unter Bezugnahme auf 61(a) und 61(b) beschrieben. 61(a) zeigt eine Längsschnittansicht von jedem der Schaltermodule 532A entlang einer Linie, die durch die äußere Umfangswand WA1 verläuft. 61(b) zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie 61B-61B in 61(a) entnommen ist.
Wie gemäß 60 weist das Schaltermodul 532A, wie es in 61(a) und 61(b) veranschaulicht ist, den Modulkastens 611, die Schalter 601 und 602 für eine entsprechende der Phasen der Statorwicklung 521, die Treiberschaltungen 603, den Kondensator 604 und eine Kühlvorrichtung auf, die aus einem Paar von Rohren 621 und 622 und Kühleinrichtungen 623 aufgebaut ist. Das Rohr 621 der Kühlvorrichtung ist als ein Einlassrohr, durch das Kühlwasser aus den Kühlmittelfahrten 545 in der äußeren Umfangswand WA1 zu den Kühleinrichtungen 623 zugeführt wird, entworfen. Das Rohr 622 der Kühlvorrichtung ist als ein Auslassrohr entworfen, durch das das Kühlwasser aus den Kühleinrichtungen 623 zu dem Kühlmittelpfad 545 ausgestoßen wird. Die Kühleinrichtung 623 ist für ein zu kühlendes Objekt vorgesehen. Die Kühlvorrichtung kann daher ausgelegt sein, eine einzelne Kühleinrichtung 623 oder eine Vielzahl von Kühleinrichtungen 623 aufzuweisen. In der in 61(a) und 61(b) gezeigten Struktur sind die zwei Kühleinrichtungen 623 zu einem gegebenen Intervall weg von einander in einer Richtung senkrecht zu der Länge des Kühlmittelpfads 545 (anders ausgedrückt der radialen Richtung der Wechselrichtereinheit 530 angeordnet. Die Rohre 621 und 622 sind mit den Kühleinrichtungen 623 verbunden. Jede der Kühleinrichtungen 623 weist einen inneren Hohlraum auf. Jede der Kühleinrichtungen kann mit inneren Rippen zur Verbesserung der Kühlfähigkeit ausgerüstet sein.
In der Struktur, die mit den zwei Kühleinrichtungen 623, die ebenfalls als eine erste Kühleinrichtung 623 und eine zweite Kühleinrichtung 623 bezeichnet sind, wobei die erste Kühleinrichtung 623 sich näher an der äußeren Umfangswand WA1 befindet, als es die zweite Kühleinrichtung 623 ist, sind ein erster Raum zwischen der ersten Kühleinrichtung 623 und der äußeren Umfangswand WA1, ein zweiter Raum zwischen den ersten und zweiten Kühleinrichtungen 623 und ein dritter Raum, der sich innerhalb der zweiten Kühleinrichtung 623 weg von der äußeren Umfangswand WA1 befindet, Orte, an denen elektrische Vorrichtungen angeordnet sind. Der zweite Raum, der erste Raum und der dritte Raum weisen in dieser Reihenfolge einen höheren Grad einer Kühlfähigkeit auf. Anders ausgedrückt ist der zweite Raum ein Ort, der den höchsten Grad einer Kühlfähigkeit aufweist. Der erste Raum, der nahe an der äußeren Umfangswand WA1 (d.h. dem Kühlmittelpfad 545) ist, weist eine höhere Kühlfähigkeit auf als der dritte Raum, der weiter weg von der äußeren Umfangswand WA1 ist. Im Hinblick auf diese Beziehung in der Kühlfähigkeit sind die Schalter 601 und 602 in dem zweiten Raum zwischen den ersten und zweiten Kühleinrichtungen 623 angeordnet. Der Kondensator 604 ist in dem ersten Raum zwischen der ersten Kühleinrichtung 623 und der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Die Treiberschaltungen 603 sind in dem dritten Raum angeordnet, der sich weiter weg von der äußeren Umfangswand WA1 befindet. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, können die Treiberschaltungen 603 alternativ in dem ersten Raum angeordnet werden, während der Kondensator 604 in dem dritten Raum angeordnet werden kann.
In jedem Fall sind in dem Modulgehäuse 611 die Schalter 601 und 602 elektrisch mit den Treiberschaltungen 603 unter Verwendung der Drähte 612 verbunden, wohingegen die Schalter 601 und 602 mit dem Kondensator 604 unter Verwendung der Drähte 612 verbunden sind. Die Schalter 601 und 602 befinden sich zwischen den Treiberschaltungen 603 und dem Kondensator 604, sodass die Drähte 612, die sich von den Schaltern 601 und 602 zu der Treiberschaltung 603 erstrecken, in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung orientiert sind, in der die Drähte 612 sich von den Schaltern 601 und 602 zu dem Kondensator 604 erstrecken.
Die Rohre 621 und 622 sind, wie aus 61(b) hervorgeht, benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung angeordnet, d.h., von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite des Kühlmittelpfads 545. Das Kühlwasser tritt daher aus dem Rohr 621, das sich auf der stromaufwärtigen Seite befindet, in die Kühleinrichtungen 623 ein und wird dann aus dem Rohr 622 ausgestoßen, das sich auf der stromabwärtigen Seite befindet. Eine Stoppeinrichtung 624 ist vorzugsweise zwischen dem Einlassrohr 621 und dem Auslassrohr 621 in dem Kühlmittelpfad 545 angeordnet, um den Fluss des Kühlwassers zu stoppen, um den Eintritt von Kühlwasser in die Kühlvorrichtung zu erleichtern. Die Stoppeinrichtung 624 kann als eine Klappe oder ein Block zum Schließen des Kühlmittelpfads 545 oder eine Düse zur Verringerung einer Querschnittsfläche des Kühlmittelpfads 545 ausgelegt sein.
62(a) bis 62(c) veranschaulichen eine modifizierte Form der Kühlmittelstruktur der Schaltermodule 532A. 62(a) zeigt eine Längsschnittansicht des Schaltermoduls 532A entlang einer Linie, die die äußere Umfangswand WA1 quert. 62(b) zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie 62B-62B in 62(a) entnommen ist.
Die Struktur in 62(a) und 62(b) weist das Einlassrohr 621 und das Auslassrohr 622 auf, die sich in der Anordnung von denjenigen, die in 61(a) und 61(b) veranschaulicht sind, unterscheiden. Insbesondere sind die Einlass- und Auslassrohre 621 und 622 benachbart zueinander in der axialen Richtung angeordnet. Der Kühlmittelpfad 545, wie in 62(c) klar veranschaulicht, weist einen Einlassabschnitt, der zu dem Einlassrohr 621 führt, und einen Auslassabschnitt auf, der zu dem Auslassrohr 622 führt. Der Einlassabschnitt und der Auslassabschnitt sind physikalisch voneinander in der axialen Richtung getrennt und sind hydraulisch durch die Rohre 621 und 622 und die Kühleinrichtungen 623 verbunden.
Jedes der Schaltermodule 532A kann alternativ entworfen sein, eine der nachfolgenden Strukturen aufzuweisen.
Die Struktur gemäß 63(a) ist im Gegensatz zu 61(a) mit einer einzelnen Kühleinrichtung 263 ausgerüstet. In dem Modulgehäuse 611 weist ein Raum (der nachstehend als erster Raum bezeichnet ist) zwischen der Kühleinrichtung 623 und der äußeren Umfangswand WA1 in der radialen Richtung des Modulgehäuses 611 einen höheren Grad einer Kühlfähigkeit auf. Ein Raum (der nachstehend als ein zweiter Raum bezeichnet ist), der innerhalb der Kühleinrichtung 623 angeordnet ist, der sich weiter weg von der äußeren Umfangswand WA1 befindet, weist einen niedrigeren Grad einer Kühlfähigkeit auf. Im Hinblick auf diese Beziehung in der Kühlfähigkeit weist die Struktur gemäß 63(a) die Schalter 601 und 602 in dem ersten Raum nahe an der äußeren Umfangswand WA1 außerhalb der Kühleinrichtung 623 angeordnet auf. Der Kondensator 604 ist in dem zweiten Raum angeordnet, der sich innerhalb der Kühleinrichtung 623 befindet. Die Treiberschaltungen 603 sind weiter weg von der Kühleinrichtung 623 angeordnet.
Jedes der Schaltermodule 532A ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, entworfen, die Schalter 601 und 602, die Treiberschaltungen 603 und den Kondensator 604 innerhalb des Modulkastens 611 für eine der Phasen der Statorwicklung 521 angeordnet aufzuweisen, können jedoch derart modifiziert sein, dass die Schalter 601 und 602 und die Treiberschaltungen 603 oder der Kondensator 604 in dem Modulkasten 611 für eine der Phasen der Statorwicklung 521 angeordnet ist.
Gemäß 63(b) weist der Modulkasten 611 das Einlassrohr 621, das Auslassrohr 622 und die zwei Kühleinrichtungen 623 auf, die darin montiert sind. Eine der Kühleinrichtungen 623, die sich näher an der äußeren Umfangswand WA1 befindet, ist als eine erste Kühleinrichtung bezeichnet. Eine der Kühleinrichtungen 623, die sich weiter weg von der äußeren Umfangswand WA1 befindet, ist als eine zweite Kühleinrichtung bezeichnet. Die Schalter 601 und 602 sind zwischen den ersten und zweiten Kühleinrichtungen 623 angeordnet. Der Kondensator 604 oder die Treiberschaltungen 603 sind nahe an der äußeren Umfangswand WA1 außerhalb der ersten Kühleinrichtung 623 angeordnet. Die Schalter 601 und 602 und die Treiberschaltung 603 sind als ein einzelnes Halbleitermodul zusammengesetzt, das in dem Modulkasten 611 zusammen mit dem Kondensator 604 angeordnet ist.
In der in 63(b) veranschaulichten Struktur des Schaltermoduls 532A befindet sich der Kondensator 604 außerhalb oder innerhalb von einer der ersten und zweiten Kühleinrichtungen 623 auf der zu den Schaltern 601 und 602 entgegengesetzten Seite der einen der ersten und zweiten Kühleinrichtungen 623. In dem veranschaulichten Beispiel befindet sich der Kondensator 604 zwischen der ersten Kühleinrichtung 623 und der äußeren Umfangswand WA1. Das Schaltermodul 532A kann alternativ entworfen sein, zwei Kondensatoren 604 aufzuweisen, die an beiden Seiten der ersten Kühleinrichtung 623 in der radialen Richtung der Statorwicklung 521 angeordnet sind.
Die Struktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel transportiert Kühlwasser lediglich zu den Schaltmodulen 532A, und nicht zu dem Kondensatormodul 532B, durch den Kühlmittelpfad 545, kann jedoch alternativ ausgelegt sein, das Kühlwasser beiden der Module 532A und 532B durch den Kühlmittelpfad 545 zuzuführen.
Es ist ebenfalls möglich, das Kühlwasser in direkten Kontakt mit den elektrischen Modulen 532 zu bringen, um diese zu kühlen. Beispielsweise können die elektrischen Module 532, wie es in 64 veranschaulicht ist, in die äußere Umfangswand WA1 eingebettet sein, um einen direkten Kontakt der äußeren Oberfläche der elektrischen Module 532 mit dem Kühlwasser zu erzielen. In diesem Fall kann jedes der elektrischen Module 532 teilweise dem Kühlwasser, das in dem Kühlmittelpfad 545 fließt, ausgesetzt werden. Alternativ dazu kann der Kühlmittelpfad 545 derart geformt sein, dass er eine Größe aufweist, die derart erhöht ist, dass sie größer als diejenige gemäß 58 in der radialen Richtung ist, um die elektrischen Module 532 vollständig innerhalb des Kühlmittelpfads 545 anzuordnen. In dem Fall, in dem die elektrischen Module 532 in dem Kühlmittelpfad 545 eingebettet sind, kann der Modulkasten 611 von jedem der elektrischen Module 532 mit Kühlrippen ausgerüstet sein, die in dem Kühlmittelpfad 545 angeordnet sind, d.h., die dem Kühlwasser ausgesetzt sind, um die Fähigkeit zum Kühlen der elektrischen Module 532 zu verbessern.
Die elektrischen Module 532 weisen, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Schaltermodule 532A und die Kondensatormodule 532B auf, die sich in der Wärmeerzeugungsmenge von den Schaltermodulen 532A unterscheiden. Im Hinblick auf eine derartige Differenz ist es möglich, die Anordnung der elektrischen Module 532 in dem Wechselrichtergehäuse 531 in der nachfolgenden Weise zu modifizieren.
Beispielsweise sind die Schaltermodule 532A, wie es in 65 gezeigt ist, in der Umlaufsrichtung des Stators 520 weg voneinander angeordnet und befinden sich insgesamt näher an der stromaufwärtigen Seite des Kühlmittelpfads 545 (d.h., des Einlasspfads 571) als an der stromabwärtigen Seite (d.h., an dem Auslasspfad 572) des Kühlmittelpfads 545. Das Kühlwasser, das in den Einlasspfad 571 eintritt, wird zunächst verwendet, um die Schaltermodule 532A zu kühlen, und dann verwendet, um die Kondensatormodule 532B zu kühlen. In der in 65 veranschaulichten Struktur sind die Einlass-und Auslassrohre 621 und 622, wie gemäß 62(a) und 62(b) benachbart zueinander in der axialen Richtung angeordnet, jedoch können sie wie gemäß 61(a) und 61(b) benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung orientiert sein.
Die elektrische Struktur der elektrischen Module 532 und des Sammelschienenmoduls 533 ist nachstehend beschrieben. 66 zeigt einen Querschnitt, der entlang der Linie 66-66 in 49 entnommen ist. 67 zeigt einen Querschnitt, der entlang der Linie 67-67 in 49 entnommen ist. 68 zeigt eine perspektivische Ansicht, die das Sammelschienenmodul 533 veranschaulicht. Elektrische Verbindungen der elektrischen Module 532 und des Sammelschienenmoduls 533 sind unter Bezugnahme auf 66 bis 68 beschrieben.
Das Wechselrichtergehäuse 531 weist die drei Schaltermodule 532A (die nachstehend auch als erste Modulgruppe bezeichnet sind) auf, die, wie es in 66 veranschaulicht ist, benachbart zueinander in Umlaufsrichtung neben dem Ausbeulungsabschnitt 573 auf der inneren Wand 542 angeordnet sind, in der der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 in Kommunikation mit dem Kühlmittelpfad 545 geformt sind. Die sechs Kondensatormodule 532B sind ebenfalls in Umlaufsrichtung benachbart zueinander neben der ersten Modulgruppe angeordnet. Zusammengefasst weist das Wechselrichtergehäuse 531 zehn Regionen (d.h., die Anzahl der Module 532A und 532B plus eins) auf, die in der inneren Umfangsoberfläche der äußeren Umfangswand WA1 definiert sind. Die zehn Regionen sind benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung des Wechselrichtergehäuses 531 angeordnet. Die elektrischen Module 532 sind jeweils in den ersten neun Regionen angeordnet, wohingegen der Ausbeulungsabschnitt 573 die restliche eine Region belegt. Die drei Schaltermodule 532A werden ebenfalls als U-Phasen-Modul, V-Phasen-Modul und W-Phasen-Modul bezeichnet.
Jedes der elektrischen Module 532 (d.h. der Schaltermodule 532A und der Kondensatormodule 532B) ist, wie es in 66, 56 und 57 veranschaulicht ist, mit einer Vielzahl von Modulanschlüssen 615 ausgerüstet, die sich von dem Modulgehäuse 611 aus erstrecken. Die Modulanschlüsse 615 dienen als Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, durch die elektrische Signale in oder aus den elektrischen Modulen 532 eingegeben oder ausgegeben werden. Die Modulanschlüsse 615 weisen jeweils eine Länge auf, die sich in der axialen Richtung des Wechselrichtergehäuses 531 erstreckt. Genauer erstrecken sich die Modulanschlüsse 615, wie es aus 51 hervorgeht, von dem Modulkasten 611 zu der Unterseite des Rotorträgers 511 (d.h., der Außenseite des Fahrzeugs) hin.
Die Modulanschlüsse 615 der elektrischen Module 532 sind mit dem Sammelschienenmodul 533 verbunden. Die Schaltermodule 532A und die Kondensatormodule 532B unterscheiden sich in der Anzahl der Modulanschlüsse 615 voneinander. Insbesondere ist jedes der Schaltermodule 532A mit vier Modulanschlüssen 615 ausgerüstet, wohingegen die Kondensatormodule 532B jeweils mit zwei Modulanschlüssen 615 ausgerüstet sind.
Das Sammelschienenmodul 533 weist, wie es klar in 68 veranschaulicht ist, einen kreisförmigen Ring 631, drei externe Anschlüsse 632 und Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 auf. Die externen Anschlüsse 632 erstrecken sich von dem kreisförmigen Ring 631 und erzielen Verbindungen mit externen Vorrichtungen wie einer Leistungsversorgung und einer ECU (elektronische Steuerungseinheit). Die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 sind mit Enden der Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 verbunden. Das Sammelschienenmodul 533 ist ebenfalls als ein Anschlussmodul bezeichnet.
Der kreisförmige Ring 631 befindet sich radial innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 und benachbart zu einem der axialen gegenüberliegenden Enden von jedem der elektrischen Module 532. Der Ring 631 weist einen ringförmigen Körper, der aus einem isolierenden Material wie Harz hergestellt ist, und eine Vielzahl von Sammelschienen auf, die in dem ringförmigen Körper eingebettet sind. Die Sammelschienen sind mit den Modulanschlüssen 615 der elektrischen Module 532, den externen Anschlüssen 632 und den Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 verbunden, was später ausführlich beschrieben ist.
Die externen Anschlüsse 632 weisen einen Hochpotentialleistungsanschluss 632A, der mit einer Leistungseinheit verbunden ist, einen Niedrigpotentialleistungsanschluss 632B, der mit der Leistungseinheit verbunden ist, und einen einzelnen Signalanschluss 632C auf, der mit der externen ECU verbunden ist. Die externen Anschlüsse 632 (d.h. 632A bis 632C) sind benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung des Rings 631 angeordnet und erstrecken sich in der axialen Richtung des Rings 631 radial innerhalb des Rings 631. Das Sammelschienenmodul 533 ist, wie es in 51 veranschaulicht ist, in dem Wechselrichtergehäuse 531 zusammen mit den elektrischen Modulen 532 montiert. Jeder der externen Anschlüsse 632 weist ein Ende auf, das nach außerhalb der Endplatte 547 vorspringt. Insbesondere weist die Endplatte 547 des Buckelelements 543, wie es in 56 und 57 veranschaulicht ist, eine darin geformte Öffnung 547a auf. Eine zylindrische Durchführungshülse 635 ist in die Öffnung 547a gepasst. Die externen Anschlüsse 632 verlaufen durch die Durchführungshülse 635. Die Durchführungshülse 635 fungiert ebenfalls als ein hermetisch abdichtender Verbinder.
Die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 sind mit Enden der Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 verbunden und erstrecken sich radial von dem Ring 631 nach außen. Insbesondere weisen die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 einen Wicklungsverbindungsanschluss 633U, der mit dem Ende der U-Phasen-Wicklung der Statorwicklung 521 verbunden ist, einen Wicklungsverbindungsanschluss 633V, der mit dem Ende der V-Phasen-Wicklung der Statorwicklung 521 verbunden ist, und einen Wicklungsverbindungsanschluss 633W auf, der mit dem Ende der W-Phasen-Wicklung der Statorwicklung 521 verbunden ist. Jeder der Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 ist, wie es in 70 veranschaulicht ist, mit einem Stromsensor 634 versehen, der einen elektrischen Strom durch die entsprechende Wicklung der U-Phasen-Wicklung, der V-Phasen-Wicklung und der W-Phasen-Wicklung misst.
Der Stromsensor 634 kann außerhalb des elektrischen Moduls 532 um den Wicklungsverbindungsanschluss 633 angeordnet sein oder innerhalb des elektrischen Moduls 532 installiert sein.
Verbindungen zwischen den elektrischen Modulen 532 und dem Sammelschienenmodul 533 sind nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf 69 und 70 beschrieben. 69 zeigt eine abgewickelte Ansicht der elektrischen Module 532, die schematisch elektrische Verbindungen der elektrischen Module 532 mit dem Sammelschienenmodul 533 veranschaulicht. 70 zeigt eine Darstellung, die schematisch elektrische Verbindungen der elektrischen Module 532, die in einer Ringform angeordnet sind, mit dem Sammelschienenmodul 533 veranschaulicht. In 69 sind Leistungszufuhrleitungen durch durchgezogene Linien ausgedrückt, wohingegen Signalübertragungsleitungen durch gestrichelte Linien ausgedrückt sind. 70 zeigt lediglich die Leistungszufuhrleitungen.
Das Sammelschienenmodul 533 weist eine erste Sammelschiene 641, eine zweite Sammelschiene 642 und eine dritte Sammelschiene 643 als Leistungszufuhrstromschien auf. Die erste Sammelschiene 641 ist mit dem Hochpotentialleistungsanschluss 632A verbunden. Die zweite Sammelschiene 642 ist mit dem Niedrigpotentialleistungsanschluss 632B verbunden. Die drei dritten Sammelschienen 643 sind mit den U-Phasen-Wicklungsverbindungsanschlüssen 633U, den V-Phasen-Wicklungsverbindungsanschlüssen 633V und den W-Phasen-Wicklungsverbindungsanschlüssen 633W verbunden.
Die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 erzeugen üblicherweise Wärme aufgrund des Betriebs der rotierenden elektrischen Maschine 10. Ein nicht gezeigter Anschlussblock kann daher zwischen den Wicklungsverbindungsanschlüssen 633 und den dritten Sammelschienen 643 in Kontakt mit dem Wechselrichtergehäuse 531, das mit dem Kühlmittelpfad 545 ausgerüstet ist, angeordnet werden. Alternativ dazu können die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 und/oder die dritten Sammelschiene 643 in einer Kurbelform gebogen werden, um physikalischen Kontakt mit dem Wechselrichtergehäuse 531, das mit dem Kühlmittelpfad 545 ausgerüstet ist, zu erzielen.
Die vorstehend beschriebene Struktur dient dazu, Wärme, die durch die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 oder die dritten Sammelschienen 643 erzeugt wird, zu Kühlwasser, das in den Kühlmittelpfad 545 fließt, freizugeben.
70 zeigt die erste Sammelschiene 641 und die zweite Sammelschiene 642 als vollständig kreisförmige Sammelschienen, jedoch können sie alternativ von einer C-Form sein. Jeder der Wicklungsverbindungsanschlüsse 633U, 633V und 633W kann alternativ direkt mit einem Entsprechenden der Schaltermodule 532A (d.h. den Modulanschlüssen 615) ohne Verwendung des Sammelschienenmoduls 533 verbunden werden.
Jedes der Schaltermodule 532A ist mit den vier Modulanschlüssen 615 einschließlich eines positiven Anschlusses, eines negativen Anschlusses, eines Wicklungsanschlusses und eines Signalanschlusses ausgerüstet. Der positive Anschluss ist mit der ersten Sammelschiene 641 verbunden. Der negative Anschluss ist mit der zweiten Sammelschiene 642 verbunden. Der Wicklungsanschluss ist mit einer der dritten Sammelschienen 643 verbunden.
Das Sammelschienenmodul 533 ist ebenfalls mit vierten Sammelschienen 644 als Signalübertragungssammelschienen ausgerüstet. Der Signalanschluss von jedem der Schaltermodule 532A ist mit einem der vierten Sammelschienen 644 verbunden. Die vierte Sammelschiene 644 ist mit dem Signalanschluss 632C verbunden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel empfängt jedes der Schaltermodule 532A ein Steuerungssignal, das von einer externen ECU übertragen wird, durch den Signalanschluss 632C. Insbesondere werden die Schalter 601 und 602 in jedem der Schaltermodule 532A in Reaktion auf das durch den Signalanschluss 632C eingegebene Steuerungssignal ein- oder ausgeschaltet. Jedes der Schaltermodule 532A ist daher mit dem Signalanschluss 632C verbunden, ohne durch eine in der rotierenden elektrischen Maschine 500 installierte Steuerungsvorrichtung zu laufen. Die Steuerungssignale können alternativ, wie es in 71 veranschaulicht ist, durch die Steuerungsvorrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 erzeugt werden und dann in die Schaltermodule 532A eingegeben werden.
Die Struktur gemäß 71 weist eine Steuerungsplatine 651 auf, auf der die Steuerungsvorrichtung 652 montiert ist. Die Steuerungsvorrichtung 652 ist mit den Schaltermodulen 532A verbunden. Der Signalanschluss 632C ist mit der Steuerungsvorrichtung 652 verbunden. Beispielsweise gibt eine externe ECU, die als eine höherrangige Steuerungsvorrichtung dient, ein Befehlssignal, das mit dem Motorbetrieb oder dem Generatorbetrieb verknüpft ist, zu der Steuerungsvorrichtung 652 aus. Die Steuerungsvorrichtung 652 steuert dann Ein-Aus-Operationen der Schalter 601 und 602 von jedem der Schaltermodule 532A.
In der Wechselrichtereinheit 530 kann die Steuerungsplatine 651 näher an der Außenseite des Fahrzeugs (d.h. der Unterseite des Rotorträgers 511) angeordnet sein, als es das Sammelschienenmodul 533 ist. Die Steuerungsplatine 651 kann alternativ zwischen den elektrischen Modulen 532 und der Endplatte 547 des Buckelelements 543 angeordnet werden. Die Steuerungsplatine 651 kann derart angeordnet sein, dass sie zumindest einen Abschnitt von jedem der elektrischen Module 532 in der axialen Richtung überlappt.
Jedes der Kondensatormodule 532B ist mit zwei Modulanschlüssen 615 ausgerüstet, die als ein positiver Anschluss und ein negativer Anschluss dienen. Der positive Anschluss ist mit der ersten Sammelschiene 641 verbunden. Der negative Anschluss ist mit der zweiten Sammelschiene 642 verbunden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 49 und 50 weist das Wechselrichtergehäuse 531 darin angeordnet einen Ausbeulungsabschnitt 573 auf, der mit einem Einlasspfad 571 und einem Auslasspfad 572 für Kühlwasser ausgerüstet ist. Der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 sind mit den elektrischen Modulen 532 ausgerichtet, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung des Wechselrichtergehäuses 531 angeordnet sind. Die externen Anschlüsse 632 sind benachbart zu dem Ausbeulungsabschnitt 573 in der radialen Richtung des Wechselrichtergehäuses 531 angeordnet. Anders ausgedrückt sind der Ausbeulungsabschnitt 573 und die externen Anschlüsse 632 an derselben Winkelposition in der Umlaufsrichtung des Wechselrichtergehäuses 531 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die externen Anschlüsse 632 radial innerhalb des Ausbeulungsabschnitts 573 angeordnet. Wenn das Wechselrichtergehäuse 531 von innerhalb des Fahrzeugs betrachtet wird, sind der Einlass-/Auslassanschluss 574 und die externen Anschlüsse 632, wie es in 48 klar veranschaulicht ist, miteinander in der radialen Richtung der Endplatte 547 des Buckelelements 543 ausgerichtet.
Der Ausbeulungsabschnitt 573 und die externen Anschlüsse 632 sind, wie es klar in 66 veranschaulicht ist, benachbart zu den elektrischen Modulen 532 in der Umlaufsrichtung angeordnet, wodurch ermöglicht wird, die Größe der Wechselrichtereinheit 530 zu reduzieren, was ebenfalls ermöglicht, die Größe der rotierenden elektrischen Maschine 500 zu reduzieren.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Struktur der Reifenradbaugruppe 400 gemäß 45 und 47 ist das Kühlrohr H2 mit dem Einlass-/Ausgangsanschluss 574 verbunden. Das elektrische Kabel H1 ist mit den externen Anschlüssen 632 verbunden. Das elektrische Kabel H1 und das Kühlrohr H2 sind innerhalb des Speicherkanals 440 angeordnet.
In dem Wechselrichtergehäuse 531 sind die drei Schaltermodule 532A benachbart zueinander neben den externen Anschlüssen 632 in der Umlaufsrichtung angeordnet. Die sechs Kondensatormodule 532B sind nahe an der regelmäßigen Anordnung (dem Array) der Schaltermodule 532A in der Umlaufsrichtung angeordnet. Eine derartige Anordnung kann in der nachfolgenden Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann die regelmäßige Anordnung der drei Schaltermodule 532A an einem Ort angeordnet werden, der am weitesten weg von den externen Anschlüssen 632 ist, d.h., diametral entgegengesetzt zu den externen Anschlüssen 632 über die Drehwelle 501 hinweg. Alternativ dazu können die Schaltermodule 532A bei einem vergrößerten Intervall weg voneinander in der Umfangsrichtung derart verteilt werden, dass die Kondensatormodule 532B zwischen den Schaltermodulen 532A angeordnet sein können.
Die Anordnung der Schaltermodule 532A, die sich am weitesten weg von den externen Anschlüssen 632, d.h., diametral entgegengesetzt zu den externen Anschlüssen 632 über die Drehwelle 501 hinweg befinden, minimiert ein Risiko eines Versagens im Betrieb der Schaltermodule 532A, die durch eine Gegeninduktivität zwischen den externen Anschlüssen 632 und den Schaltermodulen 532A verursacht wird.
Nachstehend ist die Struktur des Resolvers 660, der als ein Winkelpositionssensor arbeitet, beschrieben.
Das Wechselrichtegehäuse 531 weist, wie es in 49 bis 51 veranschaulicht ist, darin angeordnet den Resolver 660 auf, der den elektrischen Winkel θ der rotierenden elektrischen Maschine 500 misst. Der Resolver 660 fungiert als ein elektromagnetischer Induktionssensor und weist einen Resolverrotor, der an die Drehwelle 501 befestigt ist, und einen Resolverstator 662 auf, der einem äußeren Umlauf des Resolverrotors 661 zugewandt ist. Der Resolverrotor 661 ist aus einer ringförmigen Scheibe aufgebaut, die auf die Drehwelle 501 koaxial zu der Drehwelle 501 gepasst ist. Der Resolverstator 662 weist einen kreisförmigen Startorkern 663 und eine Statorspule 664 auf, die um Zähne des Statorkerns 663 gewickelt ist. Die Statorspule 664 weist eine Einzel-Phasen-Erregungsspule und Zwei-Phasen-Ausgangsspulen auf.
Die Erregungsspule der Statorspule 664 wird durch ein Sinuswellen Erregungssignal zur Erzeugung eines Magnetflusses gespeist, der mit den Ausgangsspulen verkettet ist. Dies bewirkt, dass sich eine Positionsbeziehung der Erregungsspule mit den zwei Ausgangsspulen zyklisch als eine Funktion einer Winkelposition des Resolverrotors 661 (d.h. eines Drehwinkels der Drehwelle 501) verändert, so dass die Anzahl der magnetischen Flüsse, die mit den Ausgangsspulen verkettet sind, sich zyklisch ändert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Erregungsspule und die Ausgangsspulen derart angeordnet, dass Spannungen, wie sie an den Ausgangsspulen entwickelt werden, um π/2 phasenversetzt sind. Ausgangsspannungen, die durch die Ausgangspule erzeugt werden, sind daher Wellen, die durch Modulierung des Erregungssignals mit Modulationswellen sinθ und cosθ hergeleitet werden. Insbesondere werden, wenn das Erregungssignal durch sinΩt ausgedrückt wird, die modulierten Wellen durch sinθ×sinΩt und cosθ×sinΩt ausgedrückt.
Der Resolver 660 ist mit einem Resolverdigitalwandler ausgerüstet. Der Resolverdigitalwandler arbeitet zur Durchführung einer Wellenerfassung unter Verwendung der modellierten Welle und des Erregungssignals, um den elektrischen Winkel θ zu berechnen. Beispielsweise ist der Resolver 660 mit dem Signalanschluss 632C verbunden. Ein Ausgang des Resolverdigitalwandlers wird in eine externe Vorrichtung durch den Signalanschluss 632C eingegeben. In einem Fall, in dem eine Steuerungsvorrichtung in der rotierenden elektrischen Maschine 500 installiert ist, wird der Ausgang des Resolverdigitalwandlers in die Steuerungsvorrichtung eingegeben.
Die Struktur des Resolvers 660, der in dem Wechselrichtergehäuse 531 eingebaut ist, ist nachstehend beschrieben.
Das Buckelelement 543 des Wechselrichtergehäuses 531 weist, wie es in 49 und 51 gezeigt ist, darin geformt den hohlzylindrischen Buckel 548 auf. Der Buckel 548 weist einen Vorsprung 548a auf, der an einem inneren Umfang davon in der Form eines inneren Ansatzes geformt ist. Der Vorsprung 548a springt in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Wechselrichtergehäuses 531 vor. Der Resolverstator 662 ist unter Verwendung von Schrauben in Kontakt mit dem Vorsprung 548a befestigt. In dem Buckel 548 ist das Lager 650 an einer zu dem Resolver 660 entgegengesetzten Seite des Vorsprung 548a angeordnet.
Innerhalb des Buckels 548 ist eine Gehäuseabdeckung 666 auf einer zu dem Vorsprung 548a in der axialen Richtung entgegengesetzten Seite des Resolver 660 angeordnet. Die Gehäuseabdeckung 666 ist aus einer kreisringförmigen Scheibe aufgebaut und schließt eine innere Kammer des Buckels 548, in dem der Resolver 660 angeordnet ist. Die Gehäuseabdeckung 660 ist aus einem elektrisch leitenden Material wie einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFRP) hergestellt. Die Gehäuseabdeckung 666 weist eine Mittenöffnung 666a auf, die in der Mitte davon geformt ist und durch die die Drehwelle 501 gelangt. In der Mittenöffnung 666a ist, wie es in 49 gezeigt ist, ein Abdichtungselement 667 angeordnet, das hermetisch einen Luftspalt zwischen der Mittelöffnung 666a und einem äußeren Umfang der Drehwelle 501 abdichtet. Das Abdichtungselement 667 dichtet die innere Kammer des Buckels 548 ab, in der der Resolver 660 angeordnet ist. Das Abdichtungselement 667 kann als eine verschiebbare Dichtung entworfen sein, die aus Harz hergestellt ist.
Die innere Kammer, in der der Resolver 660 angeordnet ist, ist durch den ringförmigen Buckel 548 des Buckelelements 543 umgeben oder definiert, und weist axial entgegengesetzte Enden auf, die durch das Lager 560 und die Gehäuseabdeckung 666 geschlossen sind. Der äußere Umlauf des Resolvers 660 ist daher durch leitendes Material umgeben, wodurch nachteilige Wirkungen von elektromagnetischen Störungen auf den Resolver 660 minimiert werden.
Das Wechselrichtergehäuse 531 ist, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 57 beschrieben worden ist, derart entworfen, dass es eine Doppelwandstruktur aufweist, die mit der äußeren Umfangswand WA1 und der inneren Umfangswand WA2 ausgerüstet ist. Der Stator 520 ist radial außerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Die elektrischen Module 532 sind zwischen der äußeren Umfangswand WA1 und der inneren Umfangswand WA2 angeordnet. Der Resolver 660 ist radial innerhalb der inneren Umfangswand WA2 angeordnet. Das Wechselrichtergehäuse 531 ist aus leitendem Material hergestellt. Der Stator 520 und der Resolver 660 sind daher voneinander durch eine leitende Wand (d.h. eine leitende Doppelwand), d.h. die äußere Umfangswand WA1 und die innere Umfangswand WA2 isoliert, wodurch ein Risiko für eine magnetische Interferenz zwischen dem Stator 520 (d.h. dem Magnetkreis) und dem Resolver 660 minimiert wird.
Nachstehend ist eine Rotorabdeckung 670 beschrieben, die in dem offenen Ende des Rotorträgers 511 angeordnet ist.
Der Rotorträger 511 weist, wie es in 49 und 50 veranschaulicht ist, ein in der axialen Richtung geöffnetes Ende auf. Die Rotorabdeckung 670, die im Wesentlichen aus einer ringförmigen Scheibe aufgebaut ist, ist an dem offenen Ende angeordnet, d.h. deckt teilweise das offene Ende ab. Die Rotorabdeckung 670 ist an den Rotorträger 511 beispielsweise unter Verwendung von Schweißtechniken oder Schraubverbindungen (d.h. Schrauben) befestigt. Die Rotorabdeckung 670 ist vorzugsweise derart geformt, dass sie einen Abschnitt aufweist, dessen Größe (d.h. Durchmesser) kleiner als der innere Umfang des Rotorträgers 511 ist, um die Magneteinheit 512 von einem Bewegen in der axialen Richtung abzuhalten. Die Rotorabdeckung 670 weist einen äußeren Durchmesser auf, der identisch zu demjenigen des Rotorträgers 511 ist, weist jedoch einen inneren Durchmesser auf, der etwas größer als ein äußerer Durchmesser des Wechselrichtergehäuses 531 ist. Der äußere Durchmesser des Wechselrichtergehäuses 531 ist gleich dem inneren Durchmesser des Stators 520.
Der Stator 520 ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, an dem äußeren Umlauf des Wechselrichtergehäuses 531 angebracht. Insbesondere sind der Stator 520 und das Wechselrichtergehäuse 531 miteinander verbunden. Das Wechselrichtergehäuse 531 weist einen Abschnitt auf, der in der axialen Richtung von der Verbindung des Stators 520 und des Wechselrichtergehäuses 531 vorspringt. Ein derartiger Vorsprung des Wechselrichtergehäuses 531 ist, wie es klar in 49 gezeigt ist, durch die Rotorabdeckung 670 umgeben. Das Abdichtungselement 671 ist zwischen dem inneren Umlauf der Rotorabdeckung 670 und dem äußeren Umfang des Wechselrichtergehäuses 531 angeordnet, um einen Luftspalt dazwischen hermetisch abzudichten. Das Abdichtungselement 671 schließt daher eine innere Kammer der Rotorabdeckung 670 hermetisch, in der die Magneteinheit 512 und der Stator 520 angeordnet sind. Das Abdichtungselement 671 kann aus einer verschiebbaren Dichtung aufgebaut sein, die aus Harz hergestellt ist.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bietet die nachfolgenden Vorteile.
In der rotierende elektrische Maschine 500 ist die äußere Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531 radial innerhalb des Magnetkreises angeordnet, der aus der Magneteinheit 512 und der Statorwicklung 521 aufgebaut ist, ist ebenfalls der Kühlmittelpfad 545 in der äußeren Umfangswand WA1 geformt. In der rotierende elektrische Maschine 500 sind ebenfalls die Vielzahl der elektrischen Module 532 entlang des inneren Umlaufs der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Dies ermöglicht es, dass der Magnetkreis, der Kühlmittelpfad 545 und der Leistungswandler in einer gestapelten Form in der radialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 angeordnet werden, wodurch zugelassen wird, dass eine axiale Abmessung der rotierenden elektrischen Maschine 500 reduziert wird, und ebenfalls eine effektive Anordnung von Teilen in der rotierenden elektrischen Maschine 500 erzielt wird. Die rotierende elektrische Maschine 500 gewährleistet ebenfalls die Stabilität beim Kühlen der elektrischen Module 532, die den Leistungswandler aufbauen, wodurch es ermöglicht wird, dass die rotierende elektrische Maschine 500 mit hoher Effizienz arbeitet und deren Größe reduziert wird.
Die elektrischen Module 532 (d.h. Die Schaltermodule 532A und die Kondensatormodule 532B), die mit wärmeerzeugenden Vorrichtungen wie Halbleiterschaltern oder Kondensatoren ausgerüstet sind, sind in direktem Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche der äußeren Umfangswand WA1 platziert, wodurch bewirkt wird, dass Wärme, wie sie durch die elektrische Module 532 erzeugt wird, auf die äußere Umfangswand WA1 übertragen wird, sodass die elektrischen Module 532 gut gekühlt werden.
In jedem der Schaltermodule 532A sind die Kühleinrichtungen 623 außerhalb der Schalter 601 und 602 angeordnet. Anders ausgedrückt sind die Schalter 601 und 602 zwischen den Kühleinrichtungen 623 angeordnet. Der Kondensator 604 ist auf einer zu den Schaltern 601 und 602 entgegengesetzten Seite von zumindest einer der Kühleinrichtungen 623 angeordnet, wodurch das Kühlen des Kondensators 604 als auch der Schalter 601 und 602 verbessert wird.
In jedem der Schaltermodule 532A sind die Kühleinrichtungen 623, wie es vorstehend beschrieben worden ist, auf beiden Seiten der Schalter 601 und 602 platziert. Die Treiberschaltung 603 ist auf einer zu den Schaltern 601 und 602 entgegengesetzten Seite von zumindest einer der Kühleinrichtungen 623 angeordnet, wohingegen der Kondensator 604 auf der anderen entgegengesetzten Seite der Kühleinrichtung 623 angeordnet ist, wobei das Kühlen der Treiberschaltung 603 und des Kondensators 604 als auch der Schalter 601 und 602 verbessert wird.
Beispielsweise ist jedes der Schaltermodule 532A derart entworfen, dass es den Kühlmittelpfad 545 aufweist, der Kühlwasser in die Module zum Kühlen der Halbleiterschalter transportiert. Insbesondere wird jedes Modul 532A durch die äußere Umfangswand WA1, durch die das Kühlwasser gelangt, und ebenfalls durch das Kühlwasser gekühlt, das in das Modul 532A hineinfließt. Dies verbessert das Kühlen der Schaltermodule 532A.
Die rotierende elektrische Maschine ist mit einem Kühlsystem ausgerüstet, bei dem Kühlwasser in den Kühlmittelpfad 545 aus dem externen Umwälzungspfad 575 transportiert wird. Die Schaltermodule 532A sind auf einer stromaufwärtigen Seite des Kühlmittelpfads 545 nahe an dem Einlasspfad 571 platziert, wohingegen die Kondensatormodule 532A stromabwärts der Schaltermodule 532A angeordnet sind. Im Allgemeinen weist Kühlwasser, das durch den Kühlmittelpfad 545 fließt, auf der stromaufwärtigen Seiten eine niedrigere Temperatur als auf der stromabwärtigen Seite auf. Die Schaltermodule 532A werden daher besser als die Kondensatormodul 532B gekühlt.
Die elektrischen Module 532 sind, wie es vorstehend beschrieben ist, bei kürzeren Intervallen (d.h. dem ersten Intervallen INT1) oder einem längeren Intervall (d.h. dem zweiten Intervall INT2) weg voneinander in der Umfangsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 angeordnet. Anders ausgedrückt umfassen die Intervalle zwischen den elektrischen Modulen 532 ein einzelnes längeres Intervall (d.h. das zweite Intervall INT2). Der Ausbeulungsabschnitt 573, der mit dem Einlasspfad 571 und dem Auslasspfad 572 ausgerüstet ist, liegt in dem größeren Intervall. Diese Anordnungen ermöglichen es, dass der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 des Kühlmittelpfads 545 radial innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet werden. Üblicherweise ist es erforderlich, das Volumen oder die Strömungsrate von Kühlwasser zur Verbesserung der Kühleffizienz zu erhöhen. Ein derartiges Erfordernis kann erfüllt werden, indem eine Fläche einer Öffnung von jedem des Einlasspfads 571 und des Auslasspfads 172 erhöht wird. Dies wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzielt, indem der Ausbeulungsabschnitt 573 in dem größeren Intervall (d.h. dem zweiten Intervall INT2) zwischen den elektrischen Modulen 532 platziert wird, was es ermöglicht, dass der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 derart geformt werden, dass sie erforderliche Größen aufweisen.
Die externen Anschlüsse 632 des Sammelschienenmoduls 533 sind benachbart zu dem Ausbeulungsabschnitt 573 in der radialen Richtung des Rotors 510 radial innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Anders ausgedrückt sind die externen Anschlüsse 632 zusammen mit dem Ausbeulungsabschnitt 573 innerhalb des größeren Intervalls (d.h. dem zweiten Intervall INT2) zwischen den elektrischen Modulen 532 platziert, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung des Rotors 510 angeordnet sind. Dies erzielt eine geeignete Anordnung der externen Anschlüsse 632 ohne ein physikalisches Eingreifen mit den elektrischen Modulen 532.
Die rotierende elektrische Maschine 500 der Bauart mit Außenrotor beziehungsweise äußerem Rotor ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, derart entworfen, dass der Stator 520 an dem radial äußeren Umlauf der äußeren Umfangswand WA1 angebracht ist und ebenfalls die Vielzahl der elektrischen Module 532 radial innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet ist. Diese Anordnung verursacht, dass Wärme, die durch den Stator 520 erzeugt wird, von radial außerhalb auf die äußere Umfangswand WA1 übertragen wird, und bewirkt ebenfalls, dass Wärme, die durch die elektrischen Module 532 erzeugt wird, von radial innerhalb auf die äußere Umfangswand WA1 übertragen wird. Der Stator 520 und die elektrischen Module 532 werden gleichzeitig durch Kühlwasser, das durch den Kühlmittelpfad 545 fließt, gekühlt, wodurch eine Ableitung von thermischer Energie, die durch die wärmeerzeugenden Teile, die in der rotierenden elektrischen Maschine 500 installiert sind, erzeugt wird, erleichtert wird.
Die elektrischen Module 532, die radial innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet sind, und die Statorwicklung 521, die radial außerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet ist, sind elektrisch miteinander unter Verwendung der Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 des Sammelschienenmoduls 533 verbunden. Die Wicklungsverbindungsanschlüsse 633 sind weg von dem Kühlpfad 545 in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 angeordnet. Dies erleichtert elektrische Verbindungen der elektrischen Module 532 mit der Statorwicklung 521 selbst in einer Struktur, in der der Kühlmittelpfad 545 sich in einer Ringform in der äußeren Umfangswand WA1 erstreckt, anders ausgedrückt, die Außenseite und die Innenseite der äußeren Umfangswand WA1 sind voneinander durch den Kühlmittelpfad 545 isoliert.
Die rotierende elektrische Maschine 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist entworfen, eine verringerte Zahngröße oder keine Zähne (d.h. Eisenkerne) zwischen den Leitern 523 des Stators 520 aufzuweisen, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung angeordnet sind, um eine Begrenzung auf eine Drehmomentausgabe zu reduzieren, die aus einer magnetischen Sättigung resultiert, die zwischen den Leitern 532 auftritt. Die rotierende elektrische Maschine 500 weist ebenfalls die Leiter 523 mit einer dünnen flachen Form auf, um einen Grad einer Drehmomentausgabe zu verbessern. Diese Struktur ermöglicht eine Erhöhung der Größe einer Region, die radial innerhalb des Magnetkreises ist, in dem die Dicke der Stators 520 ohne Ändern des äußeren Durchmessers der rotierenden elektrischen Maschine 500 reduziert wird. Die Region wird verwendet, die äußere Umfangswand WA1, die mit dem Kühlmittelpfad 545 ausgerüstet ist, darin anzuordnen, und ermöglicht ein Platzieren der elektrischen Module radial innerhalb der äußeren Umfangswand WA1.
Die rotierende elektrische Maschine 500 ist mit der Magneteinheit 512 ausgerüstet, in der durch Magnete erzeugte magnetische Flüsse auf der d-Achse konzentriert werden, um einen Grad des Ausgangsdrehmoments zu verbessern. Eine derartige Struktur der Magneteinheit 512 ermöglicht eine Reduktion der radialen Dicke davon und eine Erhöhung des Volumens der Region radial innerhalb des Magnetkreises, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Die Region wird verwendet, um die äußere Umfangswand WA1 mit dem Kühlmittelpfad 545 darin anzuordnen, und ebenfalls, um die Vielzahl der elektrischen Module 532 radial innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 zu platzieren.
Die vorstehend genannte Region wird ebenfalls verwendet, um das Lager 560 und den Resolver 660 zusätzlich zu dem Magnetkreis, der äußeren Umfangswand WA1 und den elektrischen Modulen 532 darin anzuordnen.
Die Reifenradbaugruppe 400, die die rotierende elektrische Maschine 500 als einen Innenradmotor verwendet, ist an dem Fahrzeugkörper unter Verwendung der Basisplatte 405, die an dem Wechselrichtergehäuse 531 befestigt ist, und eines Montagemechanismus wie Aufhängungen angebracht. Die rotierende elektrische Maschine 500 ist entworfen, eine reduzierte Größe aufzuweisen, wodurch eine verringerte Raumgröße in dem Fahrzeugkörper belegt wird. Dies ermöglicht es, das Raumvolumen, das für die Installation einer Leistungseinheit wie einer Speicherbatterie in dem Fahrzeug oder das Volumen einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu erhöhen.
Modifizierte Formen des Innenradmotors sind nachstehend beschrieben.
ERSTE MODIFIKATION DES INNENRADMOTORS
Bei der rotierenden elektrischen Maschine 500 sind die elektrischen Module 532 und das Sammelschienenmodul 533 radial innerhalb der äußeren Umfangswand WA1 der Wechselrichtereinheit 530 angeordnet und ist der Stator 520 radial außerhalb der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Orte der Sammelschienenmodule 533 in Bezug auf die elektrischen Module 532 sind optional. Die Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 können mit dem Sammelschienenmodul 533 radial über die äußere Umfangswand WA1 unter Verbindung von Wicklungsverbindungsdrähten (beispielsweise Wicklungsverbindungsanschlüssen 633) verbunden werden, deren Orte optional sind.
Beispielsweise können das Sammelschienenmodul 533 oder die Wicklungsverbindungsdrähte in den nachfolgenden Anordnungen angeordnet werden.

(α1) Das Sammelschienenmodul 533 kann in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 näher an der äußeren Seite des Fahrzeugs, d.h. der Unterseite des Rotorträgers 511 angeordnet werden, als es die elektrischen Module 532 sind.
(α2) Das Sammelschienenmodul 533 kann in der axialen Richtung näher an der inneren Seite des Fahrzeugs, d.h. weiter weg von dem Rotorträger 511 angeordnet werden, als es die elektrischen Module 532 sind.

Die Wicklungsverbindungsdrähte können an den nachstehend beschriebenen Orten platziert werden.

(β1) Die Wicklungsverbindungsdrähte können in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 nahe an der äußeren Seite des Fahrzeugs, d.h. der Unterseite des Rotorträgers 511 angeordnet werden.
(β2) Die Wicklungsverbindungsdrähte können näher an der inneren Seite des Fahrzeugs, d.h. weit weg von dem Rotorträger 511 angeordnet werden.

Vier Arten von Orten der elektrischen Module 532, des Sammelschienenmoduls 533 und der Wicklungsverbindungsdrähte sind nachstehend unter Bezugnahme auf 72(a) bis 72(d) beschrieben. 72(a) bis 72(d) zeigen Längsschnittansichten, die teilweise modifizierten Formen der rotierenden elektrischen Maschine 500 veranschaulichen. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen angewendet werden, beziehen sich auf gleiche Teile, und deren ausführliche Beschreibung wird entfallen. Die Wicklungsverbindungsdrähte 637 sind elektrische Leiter, die die Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 mit dem Sammelschienenmodul 533 verbinden und entsprechend den vorstehend beschriebenen Wicklungsverbindungsanschlüssen 633.
In der in 72(a) veranschaulichten Struktur entspricht eine Ortsbeziehung des Sammelschienenmoduls 533 zu den elektrischen Modulen 532 der vorstehend beschriebenen Anordnung (α1). Die Wicklungsverbindungsdrähte 637 sind in der vorstehend beschriebenen Anordnung (β1) angeordnet. Insbesondere sind die Verbindungen der elektrischen Module 532 mit dem Sammelschienenmodul 533 und Verbindungen der Statorwicklung 521 mit dem Sammelschienenmodul 533 auf der äußeren Seite des Fahrzeugs (d.h. nahe an der Unterseite des Rotorträgers 511) ausgeführt. Diese Anordnung ist identisch zu derjenigen gemäß 49.
Die Struktur gemäß 72(a) ermöglicht es, den Kühlmittelpfad 545 in der äußeren Umfangswand WA1 ohne ein physikalisches Eingreifen mit den Wicklungsverbindungsdrähten 637 zu formen, und erleichtert ebenfalls die Anordnung der Wicklungsverbindungsdrähte 637, die die Statorwicklung 521 und das Sammelschienenmodul 533 miteinander verbinden.
In der in 72(b) veranschaulichten Struktur entspricht eine Ortsbeziehung des Sammelschienenmoduls 533 zu den elektrischen Modulen 532 der vorstehend beschriebenen Anordnung (α1). Die Wicklungsverbindungsdrähte 637 sind in der vorstehend beschriebenen Anordnung (β2) angeordnet. Insbesondere sind die Verbindungen der elektrischen Module 532 zu dem Sammelschienenmodul 533 auf der äußeren Seite des Fahrzeugs (d.h. nahe an der Unterseite des Rotorträgers 511) ausgeführt, wohingegen die Statorwicklung 521 und das Sammelschienenmodul 533 nahe an der inneren Seite des Fahrzeugs (d.h. weit weg von dem Rotorträger 511) verbunden sind.
Die Struktur gemäß 72(b) ermöglicht es, den Kühlmittelpfad 545 in der äußeren Umfangswand WA1 ohne ein physikalisches Eingreifen mit den Wicklungsverbindungsdrähten 637 zu formen.
In der in 72(c) veranschaulichten Struktur entspricht eine Ortsbeziehung des Sammelschienenmoduls 533 zu den elektrischen Modulen 532 der vorstehend beschriebenen Anordnung (a2). Die Wicklungsverbindungsdrähte 637 sind in der vorstehend beschriebenen Anordnung (β1) angeordnet. Insbesondere sind Verbindungen der elektrischen Module 532 mit dem Sammelschienenmodul 533 auf der inneren Seite des Fahrzeugs (d.h. weit weg von der Unterseite des Rotorträgers 511) ausgeführt, wohingegen die Statorwicklung 521 und das Sammelschienenmodul 533 nahe an der äußeren Seite des Fahrzeugs (d.h. nahe an dem Rotorträger 511) verbunden sind.
In der in 72(d) veranschaulichten Struktur entspricht eine Ortsbeziehung des Sammelschienenmoduls 533 zu den elektrischen Modulen 532 in der vorstehend beschriebenen Anordnung (a2). Die Wicklungsverbindungsdrähte 637 sind in der vorstehend beschriebenen Anordnung (β2) angeordnet. Insbesondere sind Verbindungen der elektrischen Module 532 mit dem Sammelschienenmodul 533 und Verbindungen der Statorwicklung 521 mit dem Sammelschienenmodul 533 auf der inneren Seite des Fahrzeugs (d.h. weit weg von der Unterseite des Rotorträgers 511) ausgeführt.
Die Struktur gemäß 72(c) oder 72(d), in der das Sammelschienenmodul 533 weiter weg von dem Rotorträger 511 als die elektrischen Module 532 angeordnet sind, erleichtert eine Anordnung von elektrischen Drähten, die beispielsweise zu einer elektrischen Vorrichtung wie einem Ventilatormotor führen, wenn in dem Rotorträger 511 installiert. Die Struktur ermöglicht ebenfalls ein Platzieren des Sammelschienenmoduls 533 nahe an den Resolver 660, der näher an der inneren Seite des Fahrzeugs montiert ist, als es die Lager 563 sind, wodurch eine Anordnung von elektrischen Drähten erleichtert wird, die zu dem Resolver 660 führen.
ZWEITE MODIFIKATION DES INNENRADMOTORS
Modifizierte Formen einer Montagestruktur des Resolverrotors 661 sind nachstehend beschrieben. Insbesondere werden die Drehwelle 501, der Rotorträger 511 und der innere Laufring 561 des Lagers 560 zusammen in der Form einer Dreheinheit gedreht. Die Struktur, in der der Resolverrotor 611 an die Dreheinheit montiert ist, ist nachstehend beschrieben.
73(a) bis 73(c) zeigen strukturelle Ansichten, die Modifikationen der Montagestruktur zum Anbringen des Resolverrotors 661 an die Dreheinheit veranschaulichen. In jede der Modifikationen ist der Resolver 660 innerhalb eines hermetisch abgedichteten Raums angeordnet, der durch den Rotorträger 511 und das Wechselrichtergehäuse 531 umgeben ist und vor Spritzwasser und Matsch geschützt ist. 73(a) zeigt dieselbe Struktur des Lagers 560 wie diejenigen gemäß 49. Die Strukturen gemäß 73(b) und 73(c) weisen das Lager 560 auf, das sich in der Struktur von derjenigen, die in 49 veranschaulicht ist, unterscheidet, und weg von der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 angeordnet ist. 73(a) bis 73(c) demonstrieren jeweils zwei verfügbare Orte, an denen der Resolverrotor 661 montiert ist. Obwohl es nicht klar veranschaulicht ist, kann der Buckel 548 des Buckelelements 543 bis zu oder nahe an den äußeren Umlauf des Resolverrotors 661 erstreckt werden, um zu bewirken, dass der Resolverstator 662 an den Buckel 548 befestigt wird.
In der in 73(a) veranschaulichten Struktur ist der Resolverrotor 661 an den innere Laufring 661 des Lagers 560 angebracht. Insbesondere ist der Resolverrotor 661 an eine Oberfläche des Flansches 561b des inneren Laufrings 561 befestigt, die in die axiale Richtung zeigt, oder an eine Endoberfläche des Zylinders 561a des inneren Laufrings 561 befestigt, die in die axiale Richtung zeigt.
In der in 73(b) veranschaulichten Struktur ist der Resolverrotor 661 an dem Rotorträger 511 angebracht. Insbesondere ist der Resolverrotor 661 an einer inneren Umfangsoberfläche der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 befestigt. Der Rotorträger 511 weist einen hohlen Zylinder 515 auf, der sich von einer inneren Umlaufskante der Endplatte 514 entlang der Drehwelle 501 erstreckt. Der Resolverrotor 661 kann alternativ an einem äußeren Umfang des Zylinders 515 des Rotorträgers 511 befestigt sein. In dem letzteren Fall ist der Resolverrotor 661 zwischen der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 und dem Lager 560 angeordnet.
In der in 73(c) veranschaulichten Struktur ist der Resolverrotor 661 an die Drehwelle 501 angebracht. Insbesondere ist der Resolverrotor 661 an die Drehwelle 501 zwischen der Endplatte 514 des Rotorträgers 511 und dem Lager 560 oder an einer zu dem Rotorträger 511 entgegengesetzten Seite des Lagers 560 montiert.
DRITTE MODIFIKATION DES INNENRADMOTORS
Modifikationen der Strukturen des Wechselrichtergehäuses 531 und der Rotorabdeckung 670 sind nachstehend unter Bezugnahme auf 74(a) und 74(b) beschrieben, die Längsschnittansichten zeigen, die schematisch die Struktur der rotierenden elektrischen Maschine 500 veranschaulichen. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen angewendet werden, beziehen sich auf die gleichen Teile. Die Struktur gemäß 74(a) entspricht im Wesentlichen derjenigen, die in 49 veranschaulicht ist. Die Struktur gemäß 74(b) entspricht im Wesentlichen einer teilweise modifizierten Form von derjenigen gemäß 74(a).
In der in 74(a) veranschaulichten Struktur ist die Rotorabdeckung 670 an einem offenen Ende des Rotorträgers 511 befestigt. Die Rotorabdeckung 670 umgibt die äußere Umfangswand WA1 des Wechselrichtergehäuses 531. Das heißt, dass die Rotorabdeckung 670 eine innere Umlaufsendoberfläche aufweist, die der äußeren Umfangsoberfläche der äußeren Umfangswand WA1 zugewandt ist. Das Abdichtungselement 671 ist zwischen der inneren Umlaufsendoberfläche der Rotorabdeckung 670 und der äußeren Umfangsoberfläche der äußeren Umfangswand WA1 angeordnet. Die Gehäuseabdeckung 666 ist innerhalb des Buckels 548 des Wechselrichtergehäuse 531 angeordnet. Das Abdichtungselement 667 ist zwischen der Gehäuseabdeckung 666 und der Drehwelle 501 angeordnet. Die externen Anschlüsse 632 des Sammelschienenmoduls 533 erstrecken sich durch die Wand des Wechselrichtergehäuses 531 nach unten, wie in 74(a) betrachtet.
In dem Wechselrichtergehäuse 531 sind der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 geformt, die mit dem Kühlmittelpfad 545 kommunizieren. Das Wechselrichtergehäuse 531 weist ebenfalls darauf geformt den Einlass-/ Auslassanschluss 574 auf, in dem die offenen Enden des Einlasspfads 571 und des Auslasspfads 572 liegen.
In der in 74(b) veranschaulichten Struktur weist das Wechselrichtergehäuse 531 (d.h., das Buckelelement 543) den ringförmigen Vorsprung 681 auf, der darauf in der Form eines Flansches geformt ist. Der ringförmige Vorsprung 681 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Drehwelle 501 nach innen in dem Wechselrichtergehäuse 531 (d.h., in dem Fahrzeug). Die Rotorabdeckung 670 umgibt den Vorsprung 681 des Wechselrichtergehäuses 531. Anders ausgedrückt weist die Rotorabdeckung 670 eine innere Endoberfläche auf, die dem äußeren Umfang des Vorsprungs 681 zugewandt ist. Das Abdichtungselement 671 ist zwischen der inneren Endoberfläche der Rotorabdeckung 670 und dem äußeren Umfang des Vorsprung 681 angeordnet. Die externen Anschlüsse 632 des Sammelschienenmoduls 533 erstrecken sich durch die Wand des Buckels 548 des Wechselrichtergehäuses 531 in den inneren Raum des Buckels 548 und verlaufen ebenfalls durch die Wand der Gehäuseabdeckung 666 zu der Innenseite des Fahrzeugs hin (nach unten, wie in 74(b) betrachtet).
Das Wechselrichtergehäuse 531 weist darin geformt den Einlasspfad 571 und den Auslasspfad 572 auf, die mit dem Kühlmittelpfad 545 kommunizieren. Der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 erstrecken sich zu dem inneren Umfang des Buckels 548 und sind dann mit den Verbindungsrohren 682 verbunden, die sich nach innen durch die Wand der Gehäuseabdeckung 666 erstrecken (d.h., nach unten, wie in 74(b) betrachtet). Abschnitte der Rohre 682, die sich in die Gehäuseabdeckung 666 (d.h. zu der Innenseite des Fahrzeugs hin) erstrecken, dienen als der Einlass-/Auslassanschluss 574.
Die Struktur gemäß 74(a) oder 74(b) dichtet hermetisch den inneren Raum des Rotorträgers 511 und der Rotorabdeckung 670 ab und erzielt eine gleichförmige Drehung des Rotorträgers 511 und der Rotorabdeckung 670 in Bezug auf das Wechselrichtergehäuse 531.
Insbesondere ist die Struktur gemäß 74(b) entworfen, die Rotorabdeckung 670 aufzuweisen, die einen kleineren Durchmesser als denjenigen gemäß 74(a) aufweist. Das Wechselrichtergehäuse 531 und die Rotorabdeckung 670 sind daher derart gelegt, dass sie einander in der axialen Richtung der Drehwelle 501 innerhalb der elektrischen Module 532 in dem Fahrzeug sich überlappen, wodurch ein Risiko für nachteilige Wirkungen von elektromagnetischen Störungen in den elektrischen Modulen 532 minimiert wird. Der verringerte Innendurchmesser der Rotorabdeckung 670 führt zu einer Verringerung des Durchmessers eines gleitenden Abschnitts des Abdichtungselements 671, wodurch ein mechanischer Drehverlust des gleitenden Abschnitts reduziert wird.
VIERTE MODIFIKATION DES INNENRADMOTORS
Eine Modifikation der Struktur der Statorwicklung 521 ist nachstehend unter Bezugnahme auf 75 beschrieben.
Die Statorwicklung 521 ist, wie es deutlich in 75 veranschaulicht ist, aus Leitern aufgebaut, die derart geformt sind, dass sie einen rechteckigen querlaufenden Abschnitt aufweisen und durch Wellenwicklung mit einer langen Seite davon, die sich in der Umlaufsrichtung der Statorwicklung 521 erstreckt, gewickelt sind. Jeder der 3-Phasen-Leiter 532 der Statorwicklung 521 weist Spulenenden und Spulenseiten auf. Die Spulenseiten sind zu einem gegebenen Intervall weg voneinander angeordnet und durch die Spulenenden miteinander verbunden. Die Spulenseiten der Leiter 523, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung der Statorwicklung 521 angeordnet sind, weisen Seitenoberflächen auf, die in die Umlaufsrichtung zeigen und in Kontakt miteinander oder zu einem kleinen Intervall weg voneinander platziert sind.
Die Spulenenden von jeder der Phasenwicklungen der Statorwicklung 521 sind in der radialen Richtung gebogen. Insbesondere ist die Statorwicklung 521 (d.h., die Leiter 523) nach innen in der radialen Richtung an Orten gebogen, die sich unter den U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen unterscheiden und weg voneinander in der axialen Richtung sind, wodurch ein physikalisches Eingreifen miteinander vermieden wird. In der veranschaulichten Struktur sind die Spulenenden der Leiter 523 der U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen, wie es vorstehend beschrieben worden ist, zu rechten Winkeln nach innen in der radialen Richtung der Statorwicklung 521 an Orten gebogen, die voneinander um einen Abstand axial versetzt sind, der äquivalent zu der Dicke der Leiter 523 ist. Die Spulenseiten der Leiter 523, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung sind, weisen Längen auf, die sich in der axialen Richtung erstrecken und vorzugsweise identisch zueinander sind.
Die Herstellung des Stators 520, in dem der Statorkern 522 in die Statorwicklung 521 installiert wird, kann durch Vorbereiten der hohlzylindrischen Statorwicklung 521 erzielt werden, der einen Schlitz aufweist, um zu bewirken, dass Endoberflächen in die Umlaufsrichtung zeigen, anders ausgedrückt, um die Statorwicklung 521 im Wesentlichen in einer C-Form auszuführen, den Statorkern 522 innerhalb eines inneren Umfangs der Statorwicklung 521 einzupassen und dann die zeigenden Endoberflächen zu verbinden, um die Statorwicklung 521 einer vollständigen hohlzylindrischen Form zu vervollständigen.
Alternativ kann der Stator 520 durch Vorbereiten des Statorkerns 522, der aus drei diskreten Kernabschnitten aufgebaut ist, die benachbart zueinander in der Umlaufsrichtung sind, und darauffolgendes Platzieren der Kernabschnitte innerhalb des inneren Umfangs der hohlzylindrischen Statorwicklung 521 hergestellt werden.
ANDERE MODIFIKATIONEN
Die rotierende elektrische Maschine 500 ist, wie es in 50 veranschaulicht ist, ausgelegt, den Einlasspfad 571 und den Auslasspfad 572 des Kühlmittelpfads 545 aufzuweisen, die an einer Stelle gesammelt sind. Diese Anordnung kann in der nachfolgenden Weise modifiziert werden. Beispielsweise können der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 an Orten platziert werden, die voneinander in der Umlaufsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine 500 getrennt sind. Insbesondere können der Einlasspfad 571 und der Auslasspfad 572 zu einem Winkelintervall von 180° weg voneinander in der Umlaufsrichtung, anders ausgedrückt, diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet werden. Der Einlasspfad 571 und/oder der Auslasspfad 572 können aus einer Vielzahl von diskreten Pfaden aufgebaut sein.
Die Reifenradbaugruppe 400 in dem entsprechenden Ausführungsbeispiel ist entworfen, die Drehwelle 501 aufzuweisen, die in eine von axial entgegengesetzten Richtungen der rotierenden elektrischen Maschine 500 vorspringt, jedoch kann die Drehwelle alternativ Endabschnitte aufweisen, die in axial entgegengesetzten Richtungen vorspringen. Dies ist geeignet für Fahrzeuge, die mit einem einzelnen Vorderrad oder einem einzelnen Hinterrad ausgerüstet sind.
Die rotierende elektrische Maschine 500 kann alternativ entworfen sein, eine Innenrotorstruktur zur Verwendung in dem Rad 400 aufzuweisen.
FÜNFZEHNTE MODIFIKATION
Nachstehend wird eine rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt 700 gemäß der fünfzehnten Modifikation beschrieben. Die rotierende elektrische Maschine 700 wird beispielsweise als eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug verwendet. 76 zeigt eine longitudinale Schnittansicht, die eine schematische Konfiguration der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt 700 veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 76 umfasst die rotierende elektrische Maschine 700 eine Drehwelle 701, einen Rotor 710 und einen Stator 720. Der Rotor 710 ist an der Drehwelle 701 befestigt, um zusammen mit der Drehwelle 701 drehbar zu sein. Der Stator 720 ist angeordnet, um dem Rotor 710 in der axialen Richtung der Drehwelle 701 gegenüberzuliegen. Der Rotor 710 und der Stator 720 sind in einem nicht veranschaulichten Gehäuse untergebracht, das integral an dem Stator 720 angebracht ist. Der Rotor 710 dient als eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, wobei der Stator 720 als ein Anker dient.
Der Rotor 710 umfasst einen scheibenförmigen Rotorkern 711, der entgegengesetzte erste und zweite Hauptoberflächen aufweist. Der Rotor 710 umfasst ebenso eine Magneteinheit 712, die an der ersten Hauptoberfläche des Rotorkerns 711 befestigt ist. Der Rotorkern 711, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, umfasst beispielsweise eine Vielzahl von magnetischen Stahlplatten, die in der axialen Richtung der Drehwelle 701 gestapelt sind. Der Rotorkern 711 ist an der Drehwelle 701 befestigt.
Der Stator 720 umfasst einen Statorkern 721 und eine Mehrphasenstatorwicklungsbaugruppe 722, die integral an dem Statorkern 721 angebracht ist.
Ein Lager 702 ist an dem Stator 720 befestigt, wobei die Drehwelle 701 durch das Lager 702 drehbar gehalten wird.
Nachfolgend wird die Konfiguration des Rotors 710 ausführlicher unter Verwendung der 77(a) und 77(b) beschrieben. 77(a) zeigt eine Draufsicht, die die Konfiguration des Rotors 710 veranschaulicht, wobei 77(b) eine Schnittansicht zeigt, die entlang einer Linie 77B-77B in 77(a) entnommen ist. Wie es in 77(a) veranschaulicht ist, umfasst die Magneteinheit 712 eine Vielzahl von Magneten, wie beispielsweise Permanentmagneten, 713, die angeordnet sind, die Drehwelle 701 zu umgeben. Die Magnete 713 sind ringförmig auf der ersten Hauptoberfläche des Rotorkerns 711 angeordnet. Die ringförmig angeordneten Magnete 713 stellen eine Vielzahl von Magnetpolen bereit, deren Polaritäten sich in der Umlaufsrichtung des Rotorkerns 711 abwechseln. Die Magneteinheit 712 gemäß der fünfzehnten Modifikation umfasst acht Magnete 713, die acht Magnetpole bereitstellen. Jeder Magnet 713 besteht aus einem gesinterten Neodym-Magneten, der eine intrinsische Kraft von 400 [kA/m] oder mehr und eine Remanenzflussdichte von 1,0 [T] oder mehr aufweist.
Jeder Magnet 713 weist entgegengesetzte erste und zweite Oberflächen in der axialen Richtung der Drehwelle 701 auf. Die erste Oberfläche jedes Magneten 713, die näher an dem Stator 720 ist, als es die zweite Oberfläche ist, dient als eine Magnetflusswirkoberfläche 713a.
Jeder Magnet 713 ist konfiguriert, Magnetflüsse durch einen d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche 713a verdichtet beziehungsweise konzentriert zu erzeugen; der d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche 713a jedes Magneten 713 ist auf oder benachbart zu der entsprechenden d-Achse angeordnet, die die Mitte des entsprechenden Magnetpols darstellt.
Jeder Magnet 713 besteht aus einem polaren anisotropen Magneten, wobei er eine d-Achsen-Seiten-Region und q-Achsen-Seiten-Regionen aufweist; die d-Achsen-Seiten-Region ist angeordnet, um näher an der entsprechenden d-Achse, d.h. der Mitte des entsprechenden Magnetpols zu sein, als es die q-Achsen-Seiten-Regionen sind, wobei jede q-Achsen-Seiten-Region angeordnet ist, um näher an der entsprechenden q-Achse, d.h. der entsprechenden Polgrenze zu sein, als es die d-Achsen-Seiten-Region ist.
Spezifisch ist jeder Magnet 713 magnetisch derart ausgerichtet, dass die Richtung eines ersten Teils jeder leichten Achse einer Magnetisierung, die in der d-Achsen-Seiten-Region angeordnet ist, paralleler zu der d-Achse als die eines zweiten Teils der entsprechenden leichten Achse einer Magnetisierung, die in irgendeiner der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet ist, ist. Das heißt, die Richtung des ersten Teils jeder leichten Achse einer Magnetisierung, die in der d-Achsen-Seiten-Region angeordnet ist, ist unterschiedlich zu der des zweiten Teils der entsprechenden leichten Achse einer Magnetisierung, die in irgendeiner der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet ist. Die Richtung des ersten Teils jeder leichten Achse einer Magnetisierung, die in der d-Achsen-Seiten-Region angeordnet ist, ist im Wesentlichen parallel zu der d-Achse, wobei die Richtung des zweiten Teils jeder leichten Achse einer Magnetisierung, die in einer entsprechenden der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet ist, im Wesentlichen senkrecht zu einer entsprechenden der q-Achsen ist.
Die magnetische Ausrichtung entlang jeder leichten Achse einer Magnetisierung in jedem Magneten 713 bildet einen kreisbogenförmigen Magnetpfad in dem entsprechenden Magneten 713. Die Richtung des ersten Teils jeder leichten Achse einer Magnetisierung, die in der d-Achsen-Seiten-Region angeordnet ist, kann parallel zu der d-Achse sein, wobei die Richtung des zweiten Teils jeder leichten Achse einer Magnetisierung, die in einer entsprechenden der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet ist, senkrecht zu einer entsprechenden der q-Achsen sein kann.
78 zeigt eine Ansicht, die die Richtungen der jeweiligen Magnetpfade veranschaulicht, die auf einer Oberfläche jedes Magneten 713 ausgebildet sind, die senkrecht zu der axialen Richtung der Drehwelle 701 ist. Das heißt, die leichten Achsen eine Magnetisierung, die in einem radial inneren Abschnitt jedes Magneten 713 ausgebildet werden, sind parallel zu denen, die in einem radial äußeren Abschnitt des entsprechenden Magneten 713 ausgebildet sind. Spezifisch sind die Magnetpfade, die in jedem N-Pol-Magneten 713 ausgebildet sind, ausgerichtet, sich der entsprechenden d-Achse anzunähern. Im Gegensatz dazu sind die Magnetpfade, die in jedem S-Pol-Magneten 713 ausgebildet sind, ausgerichtet, um von der entsprechenden d-Achse weg zu liegen.
Als Nächstes wird nachstehend die Konfiguration des Stators 720 ausführlich unter Verwendung der 79(a) und 79(b) sowie 80 beschrieben. 79(a) zeigt eine Draufsicht, die die Konfiguration des Stators 720 veranschaulicht, und 79(b) zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer Linie 79B-79B in 79(a) entnommen ist. 80 zeigt eine perspektivische Ansicht, die die Konfiguration des Statorkerns 721 veranschaulicht.
Wie es in den 79(a) und 79(b) sowie 80 veranschaulicht ist, umfasst der Stratokern 721 eine scheibenförmige Basis 723 und eine Vielzahl von prismaartigen Zähnen 724, die sich von der Basis 723 in der axialen Richtung des Statorkerns 721 erstrecken.
Jeder der Zähne 724 weist einen Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung auf; der Querschnitt weist eine im Wesentlichen trapezförmige Form auf, wobei die Zähne 724 bei regelmäßigen Intervallen in der Umlaufsrichtung des Statorkerns 721 angeordnet sind, während

(1) Die Breite zwischen zwei nicht parallelen Seiten des Querschnitts von jedem der Zähne 724 sich radial nach außen erstreckt
(2) Der Mittelpunkt der kürzeren Seite des Querschnitts von jedem der Zähne 724 hin zu der Mittelachse des Statorkerns 721 gerichtet ist.

Jeder der Zähne 724 weist entgegengesetzte Endflächen in der axialen Richtung des Statorkerns 721 auf; jede Endfläche ist eine flache Form, die senkrecht zu der axialen Richtung des Statorkerns 721 ist. Der Querschnitt von jedem der Zähne 724 kann eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen, deren eines Paar von parallelen Seiten eine radial konstante Breite aufweist.
Die Statorwicklungsbaugruppe 722 umfasst eine U-Phasen-Wicklung, eine V-Phasen-Wicklung und eine W-Phasen-Wicklung. Jede der U-Phasen-Wicklung, V-Phasen-Wicklung und W-Phasen-Wicklung umfasst Wicklungssegmente 725; jedes der Wicklungssegmente 725 ist um einen entsprechenden der Zähne 724 gewickelt.
Jedes Wicklungssegment 725, das um den entsprechenden Zahn 724 gewickelt ist, kann ein leitfähiges Drahtelement umfassen, das mehrfach gewickelt ist.
Die Wicklungssegmente 725 für die U-, V-, und W-Phasen-Wicklungen sind in der Umlaufsrichtung des Statorkerns 721 angeordnet, während jedes benachbarte Paar von Wicklungssegmenten 725 unterschiedliche Phasen zueinander aufweist. Das heißt, die Wicklungssegmente 725 für die U-Phasen-Wicklung, die Wicklungssegmente 725 für die V-Phasen-Wicklung und die Wicklungssegmente 725 für die W-Phasen-Wicklung sind in der Umlaufsrichtung des Statorkerns 721 in einer vorbestimmten Reihenfolge angeordnet. Jedes Wicklungssegment 725 umfasst eine konzentrierte beziehungsweise verdichtete Spule, d.h. eine konzentrierte beziehungsweise verdichtete Kurzabstand-(2π/3-)Spule.
Jedes Wicklungssegment 725, das um den entsprechenden Zahn 724 gewickelt ist, kann ein leitfähiges Drahtelement, das mehrfach gewickelt ist, und ein isolierendes Element umfassen, das beispielsweise aus einem synthetischen Harz bzw. Kunststoff hergestellt ist, das das mehrfach gewickelte leitfähige Drahtelement bedeckt. Jedes Wicklungssegment 725 kann mit einer isolierenden Spulenhalteeinrichtung integriert sein. Die Wicklungssegmente 725 für jede Phase sind elektrisch miteinander durch ein Verbindungselement, wie beispielsweise eine Stromschiene beziehungsweise Sammelschiene, verbunden.
Jeder der Zähne 724 des Statorkerns 721 umfasst einen Pulvermagnetkern. Ein Pressen von weichmagnetischen Pulvern, die mit einem isolierenden Film bedeckt sind, stellt einen Pulvermagnetkern bereit, der eine gewünschte Zahnform aufweist. Die Basis 723 des Statorkerns 721 gemäß der fünfzehnten Modifikation ist als ein gestapelter Kern ausgelegt, der den Stapel von elektromagnetischen Edelstahlblechen umfasst, wobei die Zähne 724, von denen jeder einen Pulvermagnetkern umfasst, an der Basis 723 befestigt sind. Jeder Zahn 724 dient als ein in vorbestimmter Weise geformter Pulvermagnetkern. Ein geformter Pulvermagnetkern, der jeden Zahn 724 bildet, kann die Basis 723 und die Zähne 724 bilden, die miteinander integriert sind. Die Basis 723 des Stators 720 kann aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt sein.
Die vorstehend beschriebene fünfzehnte Modifikation bietet die nachstehend genannten Vorteile.
Jeder der Zähne 724 des Statorkerns 721 der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt 700 gemäß der fünfzehnten Modifikation umfasst einen Pulvermagnetkern. Dies ermöglicht es, dass die rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt 70 einen in geeigneter Weise niedrigeren Wirbelstromverlust unabhängig von der Richtung von Magnetflüssen zu dem Statorkern 721 aufweist. Es kam eine Möglichkeit geben, dass jeder der Zähne 724, der einen Pulvermagnetkern umfasst, eine niedrigere magnetische Permeabilität im Vergleich mit einem Fall aufweist, bei dem jeder der Zähne 724 elektromagnetische Edelstahlbleche umfasst.
Um sich mit der Möglichkeit einer niedrigeren magnetischen Permeabilität jedes Zahns 724 zu befassen, ist jeder Magnet 713 der Magneteinheit 712 des Rotors 710 konfiguriert, Magnetflüsse durch einen d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche 713a konzentriert beziehungsweise verdichtet zu erzeugen; der d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche 713a jedes Magneten 713 ist auf oder benachbart zu der entsprechenden d-Achse angeordnet.
Diese Konfiguration jedes Magneten 713 ermöglicht es, dass der Signalverlauf der Oberflächenmagnetflussdichteverteilung des Rotors 710 näher an einem sinusförmigen Signalverlauf im Vergleich mit einem Fall ist, bei dem die Magneteinheit 712 des Rotors 710 parallele anisotrope Magnete umfasst. Dies ermöglicht ebenso eine Verringerung in einem Rastdrehmoment und/oder einer Drehmomentwelligkeit.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale ermöglichen es, dass die rotierende elektrische Maschine 700 mit Axialspalt einen gewünschten Ausgabedrehmomentpegel aufweist, während sie einen geringeren Verlust aufweist.
Es kann ebenso eine Möglichkeit für die rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt 700 geben, dass die Ausbildung der Zähne 724 im Vergleich mit der für eine rotierende elektrische Maschine mit Radialspalt schwieriger wird.
Um sich mit der Möglichkeit zu befassen, dass die Ausbildung der Zähne 724 schwieriger wird, umfasst jeder der Zähne 724 einen Pulvermagnetkern. Dies resultiert in einem höheren Grad einer Flexibilität bei einer Ausbildung der Zähne 724, was in einer einfacheren Ausbildung der Zähne 724 resultiert.
Die Magneteinheit 712 des Rotors 710 umfasst die Magnete 713, von denen jeder magnetisch derart ausgerichtet ist, dass die Richtung des ersten Teils jeder leichten Achse einer Magnetisierung, die in der d-Achsen-Seiten-Region angeordnet ist, paralleler zu der d-Achse als die des zweiten Teils der entsprechenden leichten Achse einer Magnetisierung ist, die in irgendeiner der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet ist. Diese Konfiguration jedes Magneten 713 vereinfacht es, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung des Rotors 710 einen sinusförmigen Signalverlauf aufweist. Dies ermöglicht einen geeigneten Signalverlauf eines Ausgabedrehmoments der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt 700 mit dem Statorkern 721, dessen Zähne 724 alle einen Pulvermagnetkern umfassen.
Die rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt 700 weist auf

1. Das erste Merkmal, dass leichte Achsen einer Magnetisierung, die in einem radial inneren Abschnitt des Querschnitts jedes Magneten 713 ausgebildet sind, parallel zu denen sind, die in einem radial äußeren Abschnitt des Querschnitts des entsprechenden Magneten 713 ausgebildet sind
2. Das zweite Merkmal, dass die Magnetpfade, die in dem Querschnitt jedes N-Pol-Magneten 713 ausgebildet sind, ausgerichtet sind, sich der entsprechenden d-Achse anzunähern
3. Die Magnetpfade, die in dem Querschnitt jedes S-Pol-Magneten 713 ausgebildet sind, ausgerichtet sind, von der entsprechenden d-Achse weg zu sein

Die vorstehend genannten Merkmale der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt 700 ermöglichen es, dass jeder Magnet 713 der Magneteinheit 712, der angeordnet ist, der Statorwicklungsbaugruppe 722 gegenüberzuliegen, auf einfachere Weise Magnetflüsse durch den d-Achsen-Teil auf oder benachbart zu der entsprechenden d-Achse zu konzentrieren beziehungsweise zu verdichten.
Die fünfzehnte Modifikation kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden:

Die Konfiguration der Magneteinheit 712 des Rotors 710 kann modifiziert werden.

Beispielsweise weist jeder Magnet 713 der Magneteinheit 712, die in 81 veranschaulicht ist, entgegengesetzte erste und zweite Oberflächen in der axialen Richtung der Drehwelle 701 auf. Die erste Oberfläche, die eine obere Oberfläche in 81 ist und angeordnet ist, um näher an dem Stator 720 zu sein, als es die zweite Oberfläche ist, dient als eine erste Magnetflusswirkoberfläche 713a, wobei die zweite Oberfläche, die eine untere Oberfläche in 81 ist und angeordnet ist, um weiter weg von dem Stator 720 zu sein, als es die erste Oberfläche ist, als eine zweite Magnetflusswirkoberfläche 713b dient.
Jeder Magnet 713 weist eine magnetisch lineare Ausrichtung auf, sodass

(1) Leichte Achsen einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Magneten 713 ausgebildet sind, sich linear erstrecken und schräg zu der entsprechenden d-Achse zwischen den ersten und zweiten Magnetflusswirkoberflächen 713a und 713b sind
(2) Jede leichte Achse einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Magneten 713 ausgebildet ist, näher zu der entsprechenden d-Achse gerichtet ist, wenn sie sich dem Stator 720 annähert
(3) Jede leichte Achse einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Magneten 713 ausgebildet ist, weiter weg von der entsprechenden d-Achse gerichtet ist, wenn sie von dem Stator 720 getrennt wird.

Diese Konfiguration jedes Magneten 713 vereinfacht es, dass die Oberflächenmagnetflussdichteverteilung des Rotors 710 einen sinusförmigen Signalverlauf aufweist. Dies ermöglicht einen geeigneten Signalverlauf eines Ausgabedrehmoments der rotierenden elektrischen Maschine mit Axialspalt 700 mit dem Statorkern 721, dessen Zähne 724 einen Pulvermagnetkern umfassen.
Die Magneteinheit 712 weist, wie es in 82 veranschaulicht ist, eine Magnetanordnungskonfiguration auf, die als eine Halbachanordnungskonfiguration bezeichnet wird. Spezifisch umfasst die Magneteinheit 712 als die Magnete 713 erste Magnete 731 und zweite Magnete 732. Jeder der ersten Magnete 731 weist einen oder mehrere Magnetpfade auf, die in einer entsprechenden radialen Richtung der Magneteinheit 712 ausgerichtet sind, wobei jeder der zweiten Magnete 732 einen oder mehrere Magnetpfade aufweist, die in der Umlaufsrichtung der Magneteinheit 712 ausgerichtet sind.
Jeder der ersten und zweiten Magnete 731 und 732 weist entgegengesetzte erste und zweite Magnetflusswirkoberflächen in der axialen Richtung der Drehwelle 701 auf; die erste Magnetflusswirkoberfläche ist angeordnet, um näher an dem Stator 720 zu sein, als es die zweite Magnetflusswirkoberfläche ist.
Jeder der ersten Magnete 731 ist auf der d-Achse des entsprechenden der Magnetpole angeordnet, wobei jeder der zweiten Magnete 732 auf der entsprechenden der q-Achsen des entsprechenden der Magnetpole angeordnet ist.
Die Magneteinheit 712, die in 81 veranschaulicht ist, ermöglicht es, dass Magnetflüsse, die bei jeder ersten Magnetflusswirkoberfläche erzeugt werden, auf die entsprechende d-Achse oder darum herum konzentriert werden.
Eine rotierende elektrische Maschine gemäß der fünfzehnten Modifikation kann als eine rotierende elektrische Maschine mit Doppelrotor und Axialspalt konfiguriert sein. 83 zeigt eine longitudinale Schnittansicht einer rotierenden elektrischen Maschine mit Doppelrotor und Axialspalt 800. In 83 stellt die vertikale Richtung eine axiale Richtung dar, wobei die seitliche Richtung eine Umlaufsrichtung darstellt.
Die rotierende elektrische Maschine 800 umfasst einen ersten Rotor 710A und einen zweiten Rotor 710B, die in der axialen Richtung angeordnet sind, während die Statorwicklung 722 zwischen den ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B angeordnet ist. Jeder der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B umfasst eine Magneteinheit 712. Die Magneteinheit 712 von jedem der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B umfasst eine Vielzahl von Magneten 713, die in der Umlaufsrichtung angeordnet sind. Jeder Magnet 713 weist entgegengesetzte erste und zweite äußere Oberflächen in der axialen Richtung der Drehwelle 701 auf. Die erste äußere Oberfläche jedes Magneten 713, die näher an dem Stator 720 ist, als es die zweite äußere Oberfläche ist, dient als eine erste Magnetflusswirkoberfläche 713a, wobei die zweite äußere Oberfläche jedes Magneten 713, die weiter weg von dem Stator 720 ist, als es die erste äußere Oberfläche ist, als eine zweite Magnetflusswirkoberfläche 713b dient.
Jeder Magnet 713 ist konfiguriert, Magnetflüsse durch einen d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche 713a verdichtet beziehungsweise konzentriert zu erzeugen; der d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche 713a jedes Magneten 713 ist auf oder benachbart zu der entsprechenden d-Achse angeordnet, die die Mitte des entsprechenden Magnetpols darstellt.
Die ringförmig angeordneten Magnete 713 der Magneteinheit 712 jedes der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B stellen eine Vielzahl von Magnetpolen bereit, deren Polaritäten sich in der Umlaufsrichtung des Rotorkerns 711 abwechseln.
Jeder der Magnetpole des ersten Rotors 710A und des entsprechenden der Magnetpole des zweiten Rotors 710B sind angeordnet, um einander in der axialen Richtung gegenüberzuliegen.
Die N- oder S-Polarität jedes der Magnetpole des ersten Rotors 710A und die N- oder S-Polarität des entsprechenden der Magnetpole des zweiten Rotors 710B sind zueinander unterschiedlich.
Jeder Magnet 713 von jedem der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B weist eine d-Achsen-Seiten-Region und q-Achsen-Seiten-Regionen auf; die d-Achsen-Seiten-Region ist angeordnet, um näher an der entsprechenden d-Achse, d.h. der Mitte des entsprechenden Magnetpols zu sein, als es die q-Achsen-Seiten-Regionen sind, wobei jede q-Achsen-Seiten-Region angeordnet ist, um näher an der entsprechenden q-Achse, d.h. der entsprechenden Polgrenze zu sein, als es die d-Achsen-Seiten-Region ist.
Jeder Magnet 713 von jedem der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B weist einen oder mehrere Magnetpfade auf, die darin ausgebildet sind; ein Teil von jedem der Magnetpfade, die in jeder der q-Achsen-Seiten-Regionen des entsprechenden Magneten 713 angeordnet sind, ist ausgerichtet, um zu der zweiten Magnetflusswirkoberfläche 713b des entsprechenden Magneten 713 geneigt zu sein oder dazu senkrecht zu sein.
Spezifisch ist jeder Magnet 713 von jedem der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B magnetisch derart ausgerichtet, dass die Richtung eines ersten Teils jeder leichten Achse einer Magnetisierung, die in der d-Achsen-Seiten-Region angeordnet ist, paralleler zu der d-Achse als die eines zweiten Teils der entsprechenden leichten Achse einer Magnetisierung, die in irgendeiner der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet ist, ist. Die magnetische Ausrichtung entlang jeder leichten Achse einer Magnetisierung in jedem Magneten 713 des ersten Rotors 710A bildet einen kreisbogenförmigen Magnetpfad in dem entsprechenden Magneten 713, wobei die magnetische Ausrichtung entlang jeder leichten Achse einer Magnetisierung in jedem Magneten 713 des zweiten Rotors 710B einen kreisbogenförmigen Magnetpfad in dem entsprechenden Magneten 713 bildet. Die zweite Magnetflusswirkoberfläche 713b jedes Magneten 713 kann lediglich eine äußere Oberfläche sein, in die und aus der keine Magnetflüsse fließen.
Jeder Magnet 713 von jedem der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B kann, wie es in 81 veranschaulicht ist, eine magnetisch lineare Ausrichtung aufweisen, sodass

(1) Leichte Achsen einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Magneten 713 ausgebildet sind, sich linear erstrecken und zu der entsprechenden d-Achse zwischen den ersten und zweiten Magnetflusswirkoberflächen 713a und 713b schräg sind
(2) Jede leichte Achse einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Magneten 713 ausgebildet ist, näher zu der entsprechenden d-Achse gerichtet ist, wenn sie sich dem Stator 720 annähert
(3) Jede leichte Achse einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Magneten 713 ausgebildet ist, weiter weg von der entsprechenden d-Achse gerichtet ist, wenn sie von dem Stator 720 getrennt wird.

Der erste Rotor 710A dient als eine erste Magnetfelderzeugungseinrichtung, wobei der zweite Rotor 710B als eine zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung dient.
Jeder Magnet 713 der Magneteinheit 712 von jedem der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B ist konfiguriert, Magnetflüsse durch einen d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche 713a konzentriert bzw. verdichtet zu erzeugen; der d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche 713a jedes Magneten 713 ist auf oder benachbart zu der entsprechenden d-Achse angeordnet. Dies vergrößert weiter die Verbindungsmagnetflüsse über die Statorwicklungsbaugruppe 722.
Jeder Magnet 713 der Magneteinheit 712 von jedem der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B weist einen oder mehrere Magnetpfade auf; ein Teil von jedem der Magnetpfade, der in der q-Achsen-Seiten-Region des entsprechenden Magneten 713 angeordnet ist, ist ausgerichtet, um zu der zweiten Magnetflusswirkoberfläche 713b des entsprechenden Magneten 713, die als eine zugehörige äußere Oberfläche dient, geneigt zu sein oder dazu senkrecht zu sein. Diese Konfiguration verhindert ein Magnetflussentweichen aus der zweiten Magnetflusswirkoberfläche 713b jedes Magneten 713 von jedem der ersten und zweiten Rotoren 710A und 710B.
Die rotierende elektrische Maschine kann als eine rotierende elektrische Maschine mit Radialspalt ausgelegt sein, die eine Außenrotor- oder eine Innenrotorstruktur aufweist.
Die rotierende elektrische Maschine mit Radialspalt gemäß dieser Modifikation umfasst einen Rotor und einen Stator. Der Rotor umfasst eine Magneteinheit, die eine Vielzahl von Magnetpolen umfasst, wobei der Stator einen Statorkern und eine Statorwicklung umfasst. Einer des Rotors und des Stators ist radial innerhalb des entsprechenden anderen angeordnet. Der Statorkern umfasst eine Vielzahl von Zähnen, die bei regelmäßigen Intervallen in der Umlaufsrichtung angeordnet sind. Jeder der Zähne ist als ein Pulvermagnetkernelement konfiguriert, das ausgebildet oder geformt ist, eine vorbestimmte Form aufzuweisen. Die Magneteinheit des Rotors umfasst eine Vielzahl von Permanentmagneten, von denen jeder einen Magnetfluss bei einem entsprechenden der Magnetpole erzeugt. Jeder der Permanentmagnete weist entgegengesetzte Oberflächen auf, wobei eine der Oberflächen angeordnet ist, näher an dem Stator als die entsprechend andere zu sein, und als eine Magnetflusswirkoberfläche dient. Jeder der Permanentmagnete ist konfiguriert, Magnetflüsse durch einen d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche konzentriert bzw. verdichtet zu erzeugen; der d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche von jedem der Permanentmagnete ist auf oder benachbart zu einer entsprechenden d-Achse, die eine Mitte des entsprechenden der Magnetpole darstellt, angeordnet.
Jede rotierende elektrische Maschine 700, die als eine rotierende elektrische Maschine eines Drehfeldtyps ausgelegt ist, umfasst einen Rotor, der als eine Magnetfelderzeugungseinrichtung dient, wobei sie als eine rotierende elektrische Maschine eines Drehankertyps ausgelegt sein kann, die einen Rotor umfasst, der als ein Anker dient.
Die Offenbarung der Spezifikation ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt. Die Offenbarung der Spezifikation kann nicht nur die offenbarten Ausführungsbeispiele umfassen, sondern auch Modifikationen eines Fachmanns, die auf den offenbarten Ausführungsbeispielen beruhen. Beispielsweise ist die Offenbarung der Spezifikation nicht auf Kombinationen der Bauteile und/oder Elemente begrenzt, die in den offenbarten Ausführungsbeispielen offenbart sind, wobei sie folglich durch verschiedene Kombinationen innerhalb der offenbarten Ausführungsbeispiele implementiert werden kann.
Die Offenbarung der Spezifikation kann zusätzliche Elemente zu den offenbarten Ausführungsbeispielen umfassen. Die Offenbarung der Spezifikation kann die offenbarten Ausführungsbeispiele umfassen, von denen ein Bauteil oder mehrere Bauteile und/oder Elemente entfernt worden sind. Die Offenbarung der Spezifikation kann einen Ersatz von einem oder mehreren Elementen oder Bauteilen in einem der offenbarten Ausführungsbeispiele mit einem oder mehreren Elementen oder Bauteilen in einem anderen der offenbarten Ausführungsbeispielen umfassen. Die Offenbarung der Spezifikation kann Kombinationen von einem oder mehreren Elementen oder Bauteilen in einem der offenbarten Ausführungsbeispiele mit einem oder mehreren Elementen oder Bauteilen in einem anderen der offenbarten Ausführungsbeispiele umfassen.
Die offenbarten technischen Bereiche der Offenbarung der Spezifikation sind nicht auf die Beschreibungen der offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt. Einige der offenbarten technischen Bereiche der Offenbarung der Spezifikation sind durch die Beschreibungen von Patentansprüchen gezeigt, wobei verschiedene Änderungen der offenbarten technischen Bereiche innerhalb des Äquivalentbereichs und/oder äquivalenter Bereiche der Beschreibungen der Patentansprüche folglich akzeptiert werden sollten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019203538 [0001]

Claims

Rotierende elektrische Maschine (700, 800), die umfasst: eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (710), die eine Magneteinheit (712) umfasst, die eine Vielzahl von Magnetpolen umfasst, die jeweils Polaritäten aufweisen, wobei sich die Polaritäten der jeweiligen Magnetpole in einer Umlaufsrichtung der rotierenden elektrischen Maschine abwechseln; und einen Anker (720), der einen Ankerkern (721) und eine Mehrphasenankerwicklung (722), die mit dem Ankerkern zusammengebaut ist, umfasst, wobei: der Ankerkern ein Pulvermagnetkernelement (724) umfasst, das einen in vorbestimmter Weise geformten Pulvermagnetkern umfasst; die Magneteinheit eine Vielzahl von Permanentmagneten umfasst, wobei jeder der Permanentmagnete konfiguriert ist, Magnetflüsse bei einem entsprechenden der Magnetpole zu erzeugen; jeder der Permanentmagnete entgegengesetzte erste und zweite äußere Oberflächen aufweist, wobei die erste äußere Oberfläche angeordnet ist, um näher an dem Anker als die zweite äußere Oberfläche zu sein, wobei die erste äußere Oberfläche als eine Magnetflusswirkoberfläche (713a) dient; und die Magneteinheit konfiguriert ist, die Magnetflüsse, die durch jeden der Permanentmagnete erzeugt werden, durch einen d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche eines entsprechenden der Permanentmagnete zu konzentrieren, wobei der d-Achsen-Teil der Magnetflusswirkoberfläche von jedem der Permanentmagnete auf oder benachbart zu einer entsprechenden d-Achse angeordnet ist, die eine Mitte des entsprechenden der Magnetpole darstellt.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei: die Magnetfelderzeugungseinrichtung und der Anker angeordnet sind, um einander in einer axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine gegenüber zu liegen, sodass die rotierende elektrische Maschine als eine rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt (700) konfiguriert ist; der Ankerkern umfasst: eine scheibenförmige Basis (723); und eine Vielzahl von Zähnen (724), die durch das Pulvermagnetkernelement konfiguriert sind, das den in vorbestimmter Weise geformten Pulvermagnetkern umfasst, wobei jeder der Zähne sich von der Basis in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine erstreckt; und jeder der Permanentmagnete konfiguriert ist, die Magnetflüsse durch den d-Achsen-Teil der zugehörigen Magnetflusswirkoberfläche konzentriert zu erzeugen.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei: jeder der Permanentmagnete eine d-Achsen-Seiten-Region und q-Achsen-Seiten-Regionen aufweist, wobei die d-Achsen-Seiten-Region jedes Permanentmagneten angeordnet ist, um näher an der entsprechenden d-Achse zu sein, als es die q-Achsen-Seiten-Regionen sind, wobei jede der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet ist, um näher an einer entsprechenden der q-Achsen zu sein, als es die d-Achsen-Seiten-Region ist, wobei jede der q-Achsen jedes Permanentmagneten eine entsprechende von Polgrenzen des entsprechenden Magnetpols darstellt; und jeder der Permanentmagnete magnetisch derart ausgerichtet ist, dass eine Richtung eines ersten Teils von jeder von einer oder mehreren leichten Achsen einer Magnetisierung, die in der d-Achsen-Seiten-Region angeordnet sind, paralleler zu der d-Achse als die eines zweiten Teils von jeder der einen oder der mehreren leichten Achsen einer Magnetisierung ist, die in irgendeiner der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet sind.
Rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 2, wobei: die erste äußere Oberfläche von jedem der Permanentmagnete, die als die Magnetflusswirkoberfläche dient, eine erste Magnetflusswirkoberfläche (713a) ist; die zweite äußere Oberfläche von jedem der Permanentmagnete als eine zweite Magnetflusswirkoberfläche (713b) dient; und jeder Permanentmagnet eine magnetisch lineare Ausrichtung aufweist, sodass: eine oder mehrere leichte Achsen einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden der Permanentmagnete ausgebildet sind, zu der entsprechenden d-Achse zwischen den ersten und zweiten Magnetflusswirkoberflächen schräg sind; die eine oder die mehreren leichten Achsen einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Permanentmagneten ausgebildet sind, näher zu der entsprechenden d-Achse gerichtet sind, wenn sie sich dem Anker nähern; und die eine oder die mehreren leichten Achsen einer Magnetisierung, die in dem entsprechenden Permanentmagneten ausgebildet sind, weiter weg von der entsprechenden d-Achse gerichtet sind, wenn sie sich von dem Anker trennen.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei: jeder der Permanentmagnete einen radial inneren Abschnitt und einen radial äußeren Abschnitt aufweist; jeder der Permanentmagnete eine oder mehrere erste leichte Achsen einer Magnetisierung aufweist, die in dem zugehörigen radial inneren Abschnitt ausgebildet sind, und eine oder mehrere zweite leichte Achsen einer Magnetisierung aufweist, die in dem zugehörigen radial äußeren Abschnitt ausgebildet sind, wobei die eine oder die mehreren ersten leichten Achsen einer Magnetisierung parallel zu der einen oder den mehreren zweiten leichten Achsen einer Magnetisierung sind; die Permanentmagnete N-Pol-Magnete und S-Pol-Magnete umfassen; erste Magnetpfade, die in jedem der N-Pol-Magnete ausgebildet sind, ausgerichtet sind, um sich der entsprechenden der d-Achsen anzunähern; und zweite Magnetpfade, die in jedem der S-Pol-Magnete ausgebildet sind, ausgerichtet sind, um von der entsprechenden der d-Achsen weg zu sein.
Rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei: die Magnetfelderzeugungseinrichtung eine erste Magnetfelderzeugungseinrichtung (710A) und eine zweite Magnetfelderzeugungseinrichtung (710B) umfasst, die in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine angeordnet sind, während die Ankerwicklung zwischen den ersten und zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtungen angeordnet ist, sodass die rotierende elektrische Maschine als eine rotierende elektrische Maschine mit Axialspalt (800) konfiguriert ist; die Magneteinheit von jeder der ersten und zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtungen die Permanentmagnete umfasst; die zweite äußere Oberfläche von jedem der Permanentmagnete, die weiter weg von dem Anker als die zugehörige erste äußere Oberfläche angeordnet ist, als eine zweite Magnetflusswirkoberfläche (713b) dient; jeder der Magnetpole der ersten Magnetfelderzeugungseinrichtung und der entsprechende der Magnetpole der zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung angeordnet sind, einander in der axialen Richtung der rotierenden elektrischen Maschine gegenüberzuliegen; eine Polarität von jedem der Magnetpole der ersten Magnetfelderzeugungseinrichtung und die des entsprechenden der Magnetpole der zweiten Magnetfelderzeugungseinrichtung zueinander unterschiedlich sind; jeder Permanentmagnet von jedem der ersten und zweiten Rotoren q-Achsen-Seiten-Regionen aufweist, wobei jede der q-Achsen-Seiten-Regionen angeordnet ist, um nahe an einer entsprechenden von q-Achsen zu sein, wobei jede der q-Achsen jedes Permanentmagneten eine entsprechende von Polgrenzen des entsprechenden Magnetpols darstellt; und jeder Permanentmagnet von jedem der ersten und zweiten Rotoren einen oder mehrere Magnetpfade, die darin ausgebildet sind, aufweist, wobei ein Teil von jedem der Magnetpfade, die in jeder der q-Achsen-Seiten-Regionen des entsprechenden Magneten angeordnet sind, ausgerichtet ist, um zu der zweiten Magnetflusswirkoberfläche des entsprechenden Permanentmagneten schräg zu sein oder dazu senkrecht zu sein.