JP2022151073A - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】電機子コアの組み付けを適正に行わせることができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機は、複数の磁極を有する回転子と、多相の固定子巻線及び固定子コアを含むティースレス構造の固定子と、固定子コアの径方向内外のうち固定子巻線の反対側に組み付けられる固定子ホルダと、を備え、回転子及び固定子が径方向に互いに対向するように設けられている。固定子コアは、周方向に並ぶ複数の分割コア435により円筒状に形成されている。固定子ホルダ460と各分割コア435との間に樹脂層RS1を介在させた状態で、固定子ホルダ460に対して各分割コア435が組み付けられている。【選択図】 図57
Description
この明細書における開示は、回転電機に関する。
従来、周方向に極性が交互となる複数の磁極を有する磁石部を含む界磁子と、多相の電機子巻線を有する電機子と、を備える回転電機が知られている。電機子は、例えば固定子として設けられ、円筒状の固定子コアと、その固定子コアに一体化された固定子巻線とを有している。また、固定子コアが、円筒状のフレームに対して焼きばめや圧入により嵌合固定される技術が知られている。ただし、固定子コアを焼きばめや圧入により固定する場合には、固定子コアに対して熱的負荷又は機械的負荷が作用し、過負荷になることの懸念が生じる。これに対して、固定子コアを周方向に複数の分割コアに分割した構成が知られている(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、固定子コアを周方向に複数の分割コアに分割した構成では、固定子コアを焼きばめや圧入により嵌合固定する構成とは異なり、径方向への固定力が生じない。そのため、固定子コアとフレームとの間に隙間が生じ、がたつきの発生や、固定子側からフレームへの放熱性の低下が懸念される。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電機子コアの組み付けを適正に行わせることができる回転電機を提供することを目的とする。
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
手段1は、
複数の磁極を有する界磁子と、
多相の電機子巻線と、前記電機子巻線の径方向内側又は径方向外側に一体に設けられる電機子コアとを含むティースレス構造の電機子と、
前記電機子コアの径方向内外のうち前記電機子巻線の反対側に組み付けられる電機子保持部材と、
を備え、前記界磁子及び前記電機子が径方向に互いに対向するように設けられた回転電機であって、
前記電機子コアは、周方向に並ぶ複数の分割コアにより円筒状に形成されており、
前記電機子保持部材と前記各分割コアとの間に樹脂層を介在させた状態で、前記電機子保持部材に対して前記各分割コアが組み付けられている。
複数の磁極を有する界磁子と、
多相の電機子巻線と、前記電機子巻線の径方向内側又は径方向外側に一体に設けられる電機子コアとを含むティースレス構造の電機子と、
前記電機子コアの径方向内外のうち前記電機子巻線の反対側に組み付けられる電機子保持部材と、
を備え、前記界磁子及び前記電機子が径方向に互いに対向するように設けられた回転電機であって、
前記電機子コアは、周方向に並ぶ複数の分割コアにより円筒状に形成されており、
前記電機子保持部材と前記各分割コアとの間に樹脂層を介在させた状態で、前記電機子保持部材に対して前記各分割コアが組み付けられている。
上記構成の回転電機では、電機子コアが、周方向に並ぶ複数の分割コアにより円筒状に形成され、それら各分割コアが電機子保持部材に対して組み付けられている。この場合、円環状の電機子コアと電機子保持部材とが焼きばめや圧入により嵌合固定される構成とは異なり、電機子コアと電機子保持部材との間の隙間に起因して、がたつきの発生や電機子側から電機子保持部材への放熱性の低下が懸念される。この点、電機子保持部材と各分割コアとの間に樹脂層を介在させた状態で電機子保持部材に対して各分割コアが組み付けられる構成としたため、電機子コアと電機子保持部材との間の隙間に起因する不都合を抑制することができる。特に、ティースレス構造の電機子を用いる場合には、電機子コアのティースに対して電機子巻線が係合されないために、電機子コア(各分割コア)のがたつきが生じることによる電機子巻線の位置ずれ等の不都合が懸念されるが、こうした不都合も抑制される。その結果、電機子コアの組み付けを適正に行わせることができる。
手段2では、手段1において、前記電機子保持部材及び前記分割コアにおいて径方向の互いの対向部分にはそれぞれ、周方向に係合可能な係合部が設けられている。
上記構成では、電機子保持部材及び分割コアにおいて径方向の互いの対向部分にそれぞれ、周方向に係合可能な係合部を設けたため、電機子保持部材に対する各分割コアの周方向の位置ずれを抑制することができる。
手段3では、手段1又は2において、前記分割コアは、軸方向に複数のコアシートが積層されたものであり、2種類以上の前記コアシートが積層されることにより構成されている。
上記構成によれば、軸方向(コアシート積層方向)に異なる形態が求められる分割コアを好適に実現することができる。例えば、軸方向の一部に電機子保持部材との係合を可能とする係合部を有する分割コアにおいて、係合部を有する部位と係合部を有していない部位とで異なる種類のコアシートが用いられる構成であるとよい。また、電機子巻線のコイルエンド部分に対して軸方向に対向する部分を有する分割コアにおいて、そのコイルエンド対向部分とそれ以外の部分とで異なる種類のコアシートが用いられる構成であるとよい。
手段4では、手段1~3のいずれかにおいて、周方向に並ぶ前記各分割コアの間の少なくとも1箇所に、先端部が前記電機子保持部材に刺さる状態で固定具が組み付けられている。
上記構成によれば、各分割コアの周方向の位置が、先端部が電機子保持部材に刺さる状態で組み付けられた固定具により規制される。これにより、各分割コアにおける周方向の位置ずれを抑制できる。
手段5では、手段1~3のいずれかにおいて、周方向に並ぶ前記各分割コアの少なくとも1つにおいて当該分割コアの周方向の中間部に、先端部が前記電機子保持部材に刺さる状態で固定具が組み付けられている。
上記構成によれば、分割コアの周方向の中間部に組み付けられた固定具により、電機子保持部材に対して分割コアが固定されている。これにより、各分割コアの固定を適正に行わせることができる。
手段6では、手段1~5のいずれかにおいて、前記電機子巻線は、相ごとに複数の部分巻線からなる相巻線を有し、前記部分巻線は、周方向に所定間隔を離して設けられる一対の中間導線部と、軸方向一端側及び他端側に設けられ前記一対の中間導線部を環状に接続する渡り部とを有し、互いに異なる部分巻線の各中間導線部どうしが近接状態で周方向に並べて配置されており、前記分割コアの周方向寸法は、前記部分巻線の周方向の横幅Lと同じであるか、又は、前記電機子コアの円周寸法が前記横幅L×nであり「n」の1,n以外の約数がDである場合にL×Dである。
分割コアの周方向寸法を、部分巻線の周方向の横幅Lと同じにすることで、分割コアに対する部分巻線の組み付けを簡易にすることができる。又は、分割コアの周方向寸法を、電機子コアの円周寸法が横幅L×nであり「n」の1,n以外の約数がDである場合にL×Dにすることで、やはり分割コアに対する部分巻線の組み付けを簡易にすることができる。
手段7では、手段6において、前記複数の部分巻線は、周方向に隣り合う2つの前記分割コアの互いの境界部を跨ぐように設けられた部分巻線を含む。
部分巻線が、周方向に隣り合う2つの分割コアの互いの境界部を跨ぐように設けられることで、分割コア間の境界部での各分割コアのズレが生じにくくなる。そのため、各分割コアの好適なる組み付けが可能となる。
手段8では、手段6又は7において、
前記電機子巻線では、前記部分巻線における前記一対の中間導線部の間に、他相の前記部分巻線における前記一対の中間導線部のうち一方の中間導線部が配置されるとともに、周方向に前記渡り部が重複する前記各部分巻線どうしで、一方の部分巻線の前記渡り部が径方向内側となり、かつ他方の部分巻線の前記渡り部が径方向外側となっており、
前記複数の部分巻線は、前記渡り部が径方向内外のうち前記分割コア側となる第1部分巻線と、前記渡り部が径方向内外のうち前記分割コアの反対側となる第2部分巻線とを含み、
前記第1部分巻線は、周方向に並ぶ前記分割コアの互いの境界部が、周方向の前記第1部分巻線どうしの境界部に対応するように設けられ、前記第2部分巻線は、周方向に並ぶ前記分割コアの互いの境界部を跨ぐように設けられている。
前記電機子巻線では、前記部分巻線における前記一対の中間導線部の間に、他相の前記部分巻線における前記一対の中間導線部のうち一方の中間導線部が配置されるとともに、周方向に前記渡り部が重複する前記各部分巻線どうしで、一方の部分巻線の前記渡り部が径方向内側となり、かつ他方の部分巻線の前記渡り部が径方向外側となっており、
前記複数の部分巻線は、前記渡り部が径方向内外のうち前記分割コア側となる第1部分巻線と、前記渡り部が径方向内外のうち前記分割コアの反対側となる第2部分巻線とを含み、
前記第1部分巻線は、周方向に並ぶ前記分割コアの互いの境界部が、周方向の前記第1部分巻線どうしの境界部に対応するように設けられ、前記第2部分巻線は、周方向に並ぶ前記分割コアの互いの境界部を跨ぐように設けられている。
複数の部分巻線として、渡り部が径方向内外のうち分割コア側となる第1部分巻線と、渡り部が径方向内外のうち分割コアの反対側となる第2部分巻線とを含む構成とすることにより、各部分巻線の渡り部を互いに干渉させることなく、各部分巻線を好適に配置することができる。また、第1部分巻線及び第2部分巻線のうち、渡り部が分割コア側となりかつ分割コアに対して先に組み付けられる第1部分巻線について、その周方向両端が分割コアの周方向両端に対応するようになっているため、各分割コア(電機子コア)に対する各部分巻線の組み付けが容易となっている。
手段9では、手段6~8のいずれかにおいて、前記分割コアには、前記部分巻線を固定する固定部が設けられている。
分割コアに設けられた固定部により、分割コアに対して部分巻線が固定される構成とした。これにより、ティースレス構造の電機子において、分割コアと部分巻線とを好適に組み付けることができる。
手段10では、手段9において、前記部分巻線には、前記渡り部に、前記部分巻線どうしの絶縁を図る絶縁部材が取り付けられており、前記絶縁部材に、前記固定部に固定される被固定部が設けられている。
部分巻線の渡り部に絶縁部材を設けたことで、各部分巻線の渡り部どうしが周方向に互いに重複するように配置される構成であっても、相互の絶縁を好適に実現できる。また、分割コア側の固定部に固定される被固定部を絶縁部材に設けたことで、絶縁部材に、部分巻線どうしを絶縁する絶縁機能と、分割コアに対する部分巻線の固定機能とを付与することができる。
手段11では、手段6~10のいずれかにおいて、前記電機子保持部材は、前記部分巻線の渡り部に対向する対向部を有し、その対向部に、前記部分巻線を固定する固定部が設けられている。
電機子保持部材とティースレスの電機子コアと電機子巻線とを備える構成では、径方向において電機子コアを挟んで一方の側に電機子保持部材が設けられ、他方の側に電機子巻線が設けられている。そして、部分巻線が、電機子保持部材において渡り部に対向する対向部に設けられた固定部に固定されるようにした。この場合、分割コアは、電機子保持部材と電機子巻線との間に介在し、かつそれら両者の固定により両者間に挟まれた状態で保持される。これにより、分割コアの位置ずれが規制され、電機子保持部材に対する分割コアの適正な組み付けが可能となっている。
手段12では、手段1~11のいずれかにおいて、周方向に並ぶ前記各分割コアは、その周方向端部に、径方向に互いに重なる重なり部を有している。
この構成により、電機子コアにおいて各分割コアどうしの境界部(繋ぎ目)での磁気性能の低下を抑制することができる。
手段13では、手段1~12のいずれかにおいて、前記分割コアは、軸方向に複数のコアシートが積層されたものであり、周方向のずれを含む状態で前記コアシートが積層されることにより、前記分割コアの周方向端面に段差が形成されており、周方向に並ぶ前記各分割コアは、その周方向端面の段差を互いに係合させた状態で前記電機子保持部材に組み付けられている。
上記構成では、コアシートの周方向のずれにより形成された分割コアの周方向端面の段差によって、周方向に並ぶ分割コアどうしが互いに係合している。これにより、電機子コアにおける磁気抵抗の悪化を抑制することができる。
手段14では、手段1~13のいずれかにおいて、前記各分割コアと前記電機子巻線との間に第2樹脂層が設けられている。
上記構成では、電機子保持部材と各分割コアとの間に樹脂層が形成されているとともに、各分割コアと電機子巻線との間にも樹脂層が形成されている。これにより、電機子巻線で生じた熱を各分割コアを介して電機子保持部材の側に好適に伝えることができ、放熱性の向上を図ることができる。
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号が付される場合がある。対応する部分および/又は関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
本実施形態における回転電機は、例えば車両動力源として用いられるものとなっている。ただし、回転電機は、産業用、車両用、航空機用、家電用、OA機器用、遊技機用などとして広く用いられることが可能となっている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
(第1実施形態)
本実施形態に係る回転電機10は、同期式多相交流モータであり、アウタロータ構造(外転構造)のものとなっている。回転電機10の概要を図1~図5に示す。図1は、回転電機10の全体を示す斜視図であり、図2は、回転電機10の平面図であり、図3は、回転電機10の縦断面図(図2の3-3線断面図)であり、図4は、回転電機10の横断面図(図3の4-4線断面図)であり、図5は、回転電機10の構成要素を分解して示す分解断面図である。以下の記載では、回転電機10において、回転軸11が延びる方向を軸方向とし、回転軸11の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸11を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。
本実施形態に係る回転電機10は、同期式多相交流モータであり、アウタロータ構造(外転構造)のものとなっている。回転電機10の概要を図1~図5に示す。図1は、回転電機10の全体を示す斜視図であり、図2は、回転電機10の平面図であり、図3は、回転電機10の縦断面図(図2の3-3線断面図)であり、図4は、回転電機10の横断面図(図3の4-4線断面図)であり、図5は、回転電機10の構成要素を分解して示す分解断面図である。以下の記載では、回転電機10において、回転軸11が延びる方向を軸方向とし、回転軸11の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸11を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。
回転電機10は、大別して、回転子20、固定子ユニット50及びバスバーモジュール200を有する回転電機本体と、その回転電機本体を囲むように設けられるハウジング241及びハウジングカバー242とを備えている。これら各部材はいずれも、回転子20に一体に設けられた回転軸11に対して同軸に配置されており、所定順序で軸方向に組み付けられることで回転電機10が構成されている。回転軸11は、固定子ユニット50及びハウジング241にそれぞれ設けられた一対の軸受12,13に支持され、その状態で回転可能となっている。なお、軸受12,13は、例えば内輪と外輪とそれらの間に配置された複数の玉とを有するラジアル玉軸受である。回転軸11の回転により、例えば車両の車軸が回転する。回転電機10は、ハウジング241が車体フレーム等に固定されることにより車両に搭載可能となっている。
回転電機10において、固定子ユニット50は回転軸11を囲むように設けられ、その固定子ユニット50の径方向外側に回転子20が配置されている。固定子ユニット50は、固定子60と、その径方向内側に組み付けられた固定子ホルダ70とを有している。回転子20と固定子60とはエアギャップを挟んで径方向に対向配置されており、回転子20が回転軸11と共に一体回転することにより、固定子60の径方向外側にて回転子20が回転する。回転子20が「界磁子」に相当し、固定子60が「電機子」に相当する。
図6は、回転子20の縦断面図である。図6に示すように、回転子20は、略円筒状の回転子キャリア21と、その回転子キャリア21に固定された環状の磁石ユニット22とを有している。回転子キャリア21は、円筒状をなす円筒部23と、その円筒部23の軸方向一端に設けられた端板部24とを有しており、それらが一体化されることで構成されている。回転子キャリア21は、磁石保持部材として機能し、円筒部23の径方向内側に環状に磁石ユニット22が固定されている。端板部24には貫通孔24aが形成されており、その貫通孔24aに挿通された状態で、ボルト等の締結具25により端板部24に回転軸11が固定されている。回転軸11は、軸方向に交差(直交)する向きに延びるフランジ11aを有しており、そのフランジ11aと端板部24とが面接合されている状態で、回転軸11に回転子キャリア21が固定されている。
磁石ユニット22は、円筒状の磁石ホルダ31と、その磁石ホルダ31の内周面に固定された複数の磁石32と、軸方向両側のうち回転子キャリア21の端板部24とは逆側に固定されたエンドプレート33とを有している。磁石ホルダ31は、軸方向において磁石32と同じ長さ寸法を有している。磁石32は、磁石ホルダ31に径方向外側から包囲された状態で設けられている。磁石ホルダ31及び磁石32は、軸方向一方側の端部においてエンドプレート33に当接した状態で固定されている。磁石ユニット22が「磁石部」に相当する。
図7は、磁石ユニット22の断面構造を示す部分横断面図である。図7には、磁石32の磁化容易軸の向きを矢印にて示している。
磁石ユニット22において、磁石32は、回転子20の周方向に沿って極性が交互に変わるように並べて設けられている。これにより、磁石ユニット22は、周方向に複数の磁極を有する。磁石32は、極異方性の永久磁石であり、固有保磁力が400[kA/m]以上であり、かつ残留磁束密度Brが1.0[T]以上である焼結ネオジム磁石を用いて構成されている。
磁石32において径方向内側(固定子60側)の周面が、磁束の授受が行われる磁束作用面34である。磁石ユニット22は、磁石32の磁束作用面34において、磁極中心であるd軸付近の領域に集中的に磁束を生じさせるものとなっている。具体的には、磁石32では、d軸側(d軸寄りの部分)とq軸側(q軸寄りの部分)とで磁化容易軸の向きが相違しており、d軸側では磁化容易軸の向きがd軸に平行する向きとなり、q軸側では磁化容易軸の向きがq軸に直交する向きとなっている。この場合、磁化容易軸の向きに沿って円弧状の磁石磁路が形成されている。要するに、磁石32は、磁極中心であるd軸の側において、磁極境界であるq軸の側に比べて磁化容易軸の向きがd軸に平行となるように配向がなされて構成されている。
磁石32において、磁石磁路が円弧状に形成されていることにより、磁石32の径方向の厚さ寸法よりも磁石磁路長が長くなっている。これにより、磁石32のパーミアンスが上昇し、同じ磁石量でありながら、磁石量の多い磁石と同等の能力を発揮させることが可能となっている。
磁石32は、周方向に隣り合う2つを1組として1磁極を構成するものとなっている。つまり、磁石ユニット22において周方向に並ぶ複数の磁石32は、d軸及びq軸にそれぞれ割面を有するものとなっており、それら各磁石32が互いに当接又は近接した状態で配置されている。磁石32は、上記のとおり円弧状の磁石磁路を有しており、q軸では周方向に隣り合う磁石32どうしでN極とS極とが向かい合うこととなる。そのため、q軸近傍でのパーミアンスの向上を図ることができる。また、q軸を挟んで両側の磁石32は互いに吸引し合うため、これら各磁石32は互いの接触状態を保持できる。そのため、やはりパーミアンスの向上に寄与するものとなっている。
磁石ユニット22では、各磁石32により、隣接するN,S極間を円弧状に磁束が流れるため、例えばラジアル異方性磁石に比べて磁石磁路が長くなっている。このため、図8に示すように、磁束密度分布が正弦波に近いものとなる。その結果、図9に比較例として示すラジアル異方性磁石の磁束密度分布とは異なり、磁極の中心側に磁束を集中させることができ、回転電機10のトルクを高めることが可能となっている。また、本実施形態の磁石ユニット22では、従来のハルバッハ配列の磁石と比べても、磁束密度分布の差異があることが確認できる。なお、図8及び図9において、横軸は電気角を示し、縦軸は磁束密度を示す。また、図8及び図9において、横軸の90°はd軸(すなわち磁極中心)を示し、横軸の0°,180°はq軸を示す。
つまり、上記構成の各磁石32によれば、磁石ユニット22においてd軸での磁石磁束が強化され、かつq軸付近での磁束変化が抑えられる。これにより、各磁極においてq軸からd軸にかけての表面磁束変化がなだらかになる磁石ユニット22を好適に実現することができる。
磁束密度分布の正弦波整合率は、例えば40%以上の値とされていればよい。このようにすれば、正弦波整合率が30%程度であるラジアル配向磁石、パラレル配向磁石を用いる場合に比べ、確実に波形中央部分の磁束量を向上させることができる。また、正弦波整合率を60%以上とすれば、ハルバッハ配列のような磁束集中配列と比べ、確実に波形中央部分の磁束量を向上させることができる。
図9に示すラジアル異方性磁石では、q軸付近において磁束密度が急峻に変化する。磁束密度の変化が急峻なほど、後述する固定子60の固定子巻線61において渦電流が増加してしまう。また、固定子巻線61側での磁束変化も急峻となる。これに対し、本実施形態では、磁束密度分布が正弦波に近い磁束波形となる。このため、q軸付近において、磁束密度の変化が、ラジアル異方性磁石の磁束密度の変化よりも小さい。これにより、渦電流の発生を抑制することができる。
磁石32には、径方向外側の外周面に、d軸を含む所定範囲で凹部35が形成されているとともに、径方向内側の内周面に、q軸を含む所定範囲で凹部36が形成されている。この場合、磁石32の磁化容易軸の向きによれば、磁石32の外周面においてd軸付近で磁石磁路が短くなるとともに、磁石32の内周面においてq軸付近で磁石磁路が短くなる。そこで、磁石32において磁石磁路長が短い場所で十分な磁石磁束を生じさせることが困難になることを考慮して、その磁石磁束の弱い場所で磁石が削除されている。
なお、磁石ユニット22において、磁極と同じ数の磁石32を用いる構成としてもよい。例えば、磁石32が、周方向に隣り合う2磁極において各磁極の中心であるd軸間を1磁石として設けられるとよい。この場合、磁石32は、周方向の中心がq軸となり、かつd軸に割面を有する構成となっている。また、磁石32が、周方向の中心をq軸とする構成でなく、周方向の中心をd軸とする構成であってもよい。磁石32として、磁極数の2倍の数の磁石、又は磁極数と同じ数の磁石を用いる構成に代えて、円環状に繋がった円環磁石を用いる構成であってもよい。
図3に示すように、回転軸11の軸方向両側のうち回転子キャリア21との結合部の逆側の端部(図の上側の端部)には、回転センサとしてのレゾルバ41が設けられている。レゾルバ41は、回転軸11に固定されるレゾルバロータと、そのレゾルバロータの径方向外側に対向配置されたレゾルバステータとを備えている。レゾルバロータは、円板リング状をなしており、回転軸11を挿通させた状態で、回転軸11に同軸に設けられている。レゾルバステータは、ステータコアとステータコイルとを有し、ハウジングカバー242に固定されている。
次に、固定子ユニット50の構成を説明する。図10は、固定子ユニット50の斜視図であり、図11は、固定子ユニット50の縦断面図である。なお、図11は、図3と同じ位置での縦断面図である。
固定子ユニット50は、その概要として、固定子60とその径方向内側の固定子ホルダ70とを有している。また、固定子60は、固定子巻線61と固定子コア62とを有している。そして、固定子コア62と固定子ホルダ70とを一体化してコアアセンブリCAとして設け、そのコアアセンブリCAに対して、固定子巻線61を構成する複数の部分巻線151を組み付ける構成としている。なお、固定子巻線61が「電機子巻線」に相当し、固定子コア62が「電機子コア」に相当し、固定子ホルダ70が「電機子保持部材」に相当する。また、コアアセンブリCAが「支持部材」に相当する。
ここではまず、コアアセンブリCAについて説明する。図12は、コアアセンブリCAを軸方向一方側から見た斜視図であり、図13は、コアアセンブリCAを軸方向他方側から見た斜視図であり、図14は、コアアセンブリCAの横断面図であり、図15は、コアアセンブリCAの分解断面図である。
コアアセンブリCAは、上述したとおり固定子コア62と、その径方向内側に組み付けられた固定子ホルダ70とを有している。言うなれば、固定子ホルダ70の外周面に固定子コア62が一体に組み付けられて構成されている。
固定子コア62は、磁性体である電磁鋼板からなるコアシート62aが軸方向に積層されたコアシート積層体として構成されており、径方向に所定の厚さを有する円筒状をなしている。固定子コア62において回転子20側となる径方向外側には固定子巻線61が組み付けられている。固定子コア62の外周面は凹凸のない曲面状をなしている。固定子コア62はバックヨークとして機能する。固定子コア62は、例えば円環板状に打ち抜き形成された複数枚のコアシート62aが軸方向に積層されて構成されている。ただし、固定子コア62としてヘリカルコア構造を有するものを用いてもよい。ヘリカルコア構造の固定子コア62では、帯状のコアシートが用いられ、このコアシートが環状に巻回形成されるとともに軸方向に積層されることで、全体として円筒状の固定子コア62が構成されている。
本実施形態において、固定子60は、スロットを形成するためのティースを有していないスロットレス構造を有するものであるが、その構成は以下の(A)~(C)のいずれかを用いたものであってもよい。
(A)固定子60において、周方向における各導線部(後述する中間導線部152)の間に導線間部材を設け、かつその導線間部材として、1磁極における導線間部材の周方向の幅寸法をWt、導線間部材の飽和磁束密度をBs、1磁極における磁石32の周方向の幅寸法をWm、磁石32の残留磁束密度をBrとした場合に、Wt×Bs≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いている。
(B)固定子60において、周方向における各導線部(中間導線部152)の間に導線間部材を設け、かつその導線間部材として、非磁性材料を用いている。
(C)固定子60において、周方向における各導線部(中間導線部152)の間に導線間部材を設けていない構成となっている。
(A)固定子60において、周方向における各導線部(後述する中間導線部152)の間に導線間部材を設け、かつその導線間部材として、1磁極における導線間部材の周方向の幅寸法をWt、導線間部材の飽和磁束密度をBs、1磁極における磁石32の周方向の幅寸法をWm、磁石32の残留磁束密度をBrとした場合に、Wt×Bs≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いている。
(B)固定子60において、周方向における各導線部(中間導線部152)の間に導線間部材を設け、かつその導線間部材として、非磁性材料を用いている。
(C)固定子60において、周方向における各導線部(中間導線部152)の間に導線間部材を設けていない構成となっている。
また、図15に示すように、固定子ホルダ70は、外筒部材71と内筒部材81とを有し、外筒部材71を径方向外側、内筒部材81を径方向内側にしてそれらが一体に組み付けられることにより構成されている。これら各部材71,81は、例えばアルミニウムや鋳鉄等の金属、又は炭素繊維強化プラスチック(CFRP)により構成されている。
外筒部材71は、外周面及び内周面をいずれも真円状の曲面とする円筒部材であり、軸方向一端側には、径方向内側に延びる環状のフランジ72が形成されている。このフランジ72には、周方向に所定間隔で、径方向内側に延びる複数の突出部73が形成されている(図13参照)。また、外筒部材71において軸方向一端側及び他端側には、それぞれ内筒部材81に軸方向に対向する対向面74,75が形成されており、その対向面74,75には、環状に延びる環状溝74a,75aが形成されている。
また、内筒部材81は、外筒部材71の内径寸法よりも小さい外径寸法を有する円筒部材であり、その外周面は、外筒部材71と同心の真円状の曲面となっている。内筒部材81において軸方向一端側には、径方向外側に延びる環状のフランジ82が形成されている。内筒部材81は、外筒部材71の対向面74,75に軸方向に当接した状態で、外筒部材71に組み付けられるようになっている。図13に示すように、外筒部材71及び内筒部材81は、ボルト等の締結具84により互いに組み付けられている。具体的には、内筒部材81の内周側には、周方向に所定間隔で、径方向内側に延びる複数の突出部83が形成されており、その突出部83の軸方向端面と外筒部材71の突出部73とが重ね合わされた状態で、その突出部73,83どうしが締結具84により締結されている。
図14に示すように、外筒部材71と内筒部材81とが互いに組み付けられた状態において、外筒部材71の内周面と内筒部材81の外周面との間には環状の隙間が形成されており、その隙間空間が、冷却水等の冷媒を流通させる冷媒通路85となっている。冷媒通路85は、固定子ホルダ70の周方向に環状に設けられている。より詳しくは、内筒部材81には、その内周側において径方向内側に突出し、かつその内部に入口側通路86と出口側通路87とが形成された通路形成部88が設けられており、それら各通路86,87は内筒部材81の外周面に開口している。また、内筒部材81の外周面には、冷媒通路85を入口側と出口側とに仕切るための仕切り部89が設けられている。これにより、入口側通路86から流入する冷媒は、冷媒通路85を周方向に流れ、その後、出口側通路87から流出する。
入口側通路86及び出口側通路87は、その一端側が径方向に延びて内筒部材81の外周面に開口するとともに、他端側が軸方向に延びて内筒部材81の軸方向端面に開口するようになっている。図12には、入口側通路86に通じる入口開口86aと、出口側通路87に通じる出口開口87aとが示されている。なお、入口側通路86及び出口側通路87は、ハウジングカバー242に取り付けられた入口ポート244及び出口ポート245(図1参照)に通じており、それら各ポート244,245を介して冷媒が出入りするようになっている。
外筒部材71と内筒部材81との接合部分には、冷媒通路85の冷媒の漏れを抑制するためのシール材101,102が設けられている(図15参照)。具体的には、シール材101,102は例えばOリングであり、外筒部材71の環状溝74a,75aに収容され、かつ外筒部材71及び内筒部材81により圧縮された状態で設けられている。
また、図12に示すように、内筒部材81は、軸方向一端側に端板部91を有しており、その端板部91には、軸方向に延びる中空筒状のボス部92が設けられている。ボス部92は、回転軸11を挿通させるための挿通孔93を囲むように設けられている。ボス部92には、ハウジングカバー242を固定するための複数の締結部94が設けられている。また、端板部91には、ボス部92の径方向外側に、軸方向に延びる複数の支柱部95が設けられている。この支柱部95は、バスバーモジュール200を固定するための固定部となる部位であるが、その詳細は後述する。また、ボス部92は、軸受12を保持する軸受保持部材となっており、その内周部に設けられた軸受固定部96に軸受12が固定されている(図3参照)。
また、図12,図13に示すように、外筒部材71及び内筒部材81には、後述する複数のコイルモジュール150を固定するために用いる凹部105,106が形成されている。
具体的には、図12に示すように、内筒部材81の軸方向端面、詳しくは端板部91においてボス部92の周囲となる軸方向外側端面には、周方向に等間隔で複数の凹部105が形成されている。また、図13に示すように、外筒部材71の軸方向端面、詳しくはフランジ72の軸方向外側の端面には、周方向に等間隔で複数の凹部106が形成されている。これら凹部105,106は、コアアセンブリCAと同心の仮想円上に並ぶように設けられている。凹部105,106は、周方向において同一となる位置にそれぞれ設けられ、その間隔及び個数も同じである。
ところで、固定子コア62は、固定子ホルダ70に対する組み付けの強度を確保すべく、固定子ホルダ70に対する径方向の圧縮力を生じる状態で組み付けられている。具体的には、焼きばめ又は圧入により、固定子ホルダ70に対して所定の締め代で固定子コア62が嵌合固定されている。この場合、固定子コア62及び固定子ホルダ70は、そのうち一方による他方への径方向の応力が生じる状態で組み付けられていると言える。また、回転電機10を高トルク化する場合には、例えば固定子60を大径化することが考えられ、かかる場合には固定子ホルダ70に対する固定子コア62の結合を強固にすべく固定子コア62の締め付け力が増大される。しかしながら、固定子コア62の圧縮応力(換言すれば残留応力)を大きくすると、固定子コア62の破損が生じることが懸念される。
そこで本実施形態では、固定子コア62及び固定子ホルダ70が互いに所定の締め代で嵌合固定されている構成において、固定子コア62及び固定子ホルダ70における径方向の互いの対向部分に、周方向の係合により固定子コア62の周方向の変位を規制する規制部を設ける構成としている。つまり、図12~図14に示すように、径方向において固定子コア62と固定子ホルダ70の外筒部材71との間には、周方向に所定間隔で、規制部としての複数の係合部材111が設けられており、その係合部材111により、固定子コア62と固定子ホルダ70との周方向の位置ずれが抑制されている。なおこの場合、固定子コア62及び外筒部材71の少なくともいずれかに凹部を設け、その凹部において係合部材111を係合させる構成とするとよい。係合部材111に代えて、固定子コア62及び外筒部材71のいずれかに凸部を設ける構成としてもよい。
上記構成では、固定子コア62及び固定子ホルダ70(外筒部材71)は、所定の締め代で嵌合固定されることに加え、係合部材111の規制により相互の周方向変位が規制された状態で設けられている。したがって、仮に固定子コア62及び固定子ホルダ70における締め代が比較的小さくても、固定子コア62の周方向の変位を抑制できる。また、締め代が比較的小さくても所望の変位抑制効果が得られるため、締め代が過剰に大きいことに起因する固定子コア62の破損を抑制できる。その結果、固定子コア62の変位を適正に抑制することができる。
内筒部材81の内周側には、回転軸11を囲むようにして環状の内部空間が形成されており、その内部空間に、例えば電力変換器としてのインバータを構成する電気部品が配置される構成としてもよい。電気部品は、例えば半導体スイッチング素子やコンデンサをパッケージ化した電気モジュールである。内筒部材81の内周面に当接した状態で電気モジュールを配置することにより、冷媒通路85を流れる冷媒による電気モジュールの冷却が可能となっている。なお、内筒部材81の内周側において、複数の突出部83を無くし、又は突出部83の突出高さを小さくし、これにより内筒部材81の内周側の内部空間を拡張することも可能である。
次に、コアアセンブリCAに対して組み付けられる固定子巻線61の構成を詳しく説明する。コアアセンブリCAに対して固定子巻線61が組み付けられた状態は、図10,図11に示すとおりであり、コアアセンブリCAの径方向外側、すなわち固定子コア62の径方向外側に、固定子巻線61を構成する複数の部分巻線151が周方向に並ぶ状態で組み付けられている。
固定子巻線61は、複数の相巻線を有し、各相の相巻線が周方向に所定順序で配置されることで円筒状(環状)に形成されている。本実施形態では、U相、V相及びW相の相巻線を用いることで、固定子巻線61が3相の相巻線を有する構成となっている。
図11に示すように、固定子60は、軸方向において、回転子20における磁石ユニット22に径方向に対向するコイルサイドCSに相当する部分と、そのコイルサイドCSの軸方向外側であるコイルエンドCEに相当する部分とを有している。この場合、固定子コア62は、軸方向においてコイルサイドCSに相当する範囲で設けられている。
固定子巻線61において各相の相巻線は各々複数の部分巻線151を有しており(図16参照)、その部分巻線151は個別にコイルモジュール150として設けられている。つまり、コイルモジュール150は、各相の相巻線における部分巻線151が一体に設けられて構成されており、極数に応じた所定数のコイルモジュール150により固定子巻線61が構成されている。各相のコイルモジュール150(部分巻線151)が周方向に所定順序で並べて配置されることで、固定子巻線61のコイルサイドCSにおいて各相の導線部が所定順序に並べて配置されるものとなっている。図10には、コイルサイドCSにおけるU相、V相及びW相の導線部の並び順が示されている。本実施形態では、磁極数を24としているが、その数は任意である。
固定子巻線61では、相ごとに各コイルモジュール150の部分巻線151が並列又は直列に接続されることにより、各相の相巻線が構成されている。図16は、3相の各相巻線における部分巻線151の接続状態を示す回路図である。図16では、各相の相巻線における部分巻線151がそれぞれ並列に接続された状態が示されている。
図11に示すように、コイルモジュール150は固定子コア62の径方向外側に組み付けられている。この場合、コイルモジュール150は、その軸方向両端部分が固定子コア62よりも軸方向外側(すなわちコイルエンドCE側)に突出した状態で組み付けられている。つまり、固定子巻線61は、固定子コア62よりも軸方向外側に突出したコイルエンドCEに相当する部分と、それよりも軸方向内側のコイルサイドCSに相当する部分とを有している。
コイルモジュール150は、2種類の形状を有するものとなっており、その一方は、コイルエンドCEにおいて部分巻線151が径方向内側、すなわち固定子コア62側に折り曲げられた形状を有するものであり、他方は、コイルエンドCEにおいて部分巻線151が径方向内側に折り曲げられておらず、軸方向に直線状に延びる形状を有するものである。以下の説明では、便宜を図るべく、軸方向両端側に屈曲形状を有する部分巻線151を「第1部分巻線151A」、その第1部分巻線151Aを有するコイルモジュール150を「第1コイルモジュール150A」とも称する。また、軸方向両端側の屈曲形状を有していない部分巻線151を「第2部分巻線151B」、その第2部分巻線151Bを有するコイルモジュール150を「第2コイルモジュール150B」とも称する。
図17は、第1コイルモジュール150Aと第2コイルモジュール150Bとを横に並べて対比して示す側面図であり、図18は、第1部分巻線151Aと第2部分巻線151Bとを横に並べて対比して示す側面図である。これら各図に示すように、各コイルモジュール150A,150B、各部分巻線151A,151Bは、軸方向長さが互いに異なり、かつ軸方向両側の端部形状が互いに異なるものとなっている。第1部分巻線151Aは、側面視において略C字状をなし、第2部分巻線151Bは、側面視において略I字状をなしている。第1部分巻線151Aには、軸方向両側に「第1絶縁カバー」としての絶縁カバー161,162が装着され、第2部分巻線151Bには、軸方向両側に「第2絶縁カバー」としての絶縁カバー163,164が装着されている。
次に、コイルモジュール150A,150Bの構成を詳しく説明する。
ここではまず、コイルモジュール150A,150Bのうち第1コイルモジュール150Aについて説明する。図19(a)は、第1コイルモジュール150Aの構成を示す斜視図であり、図19(b)は、第1コイルモジュール150Aにおいて構成部品を分解して示す斜視図である。また、図20は、図19(a)における20-20線断面図である。
図19(a),(b)に示すように、第1コイルモジュール150Aは、導線材CRを多重巻にして構成された第1部分巻線151Aと、その第1部分巻線151Aにおいて軸方向一端側及び他端側に取り付けられた絶縁カバー161,162とを有している。絶縁カバー161,162は合成樹脂等の絶縁材料により成形されている。
第1部分巻線151Aは、互いに平行でかつ直線状に設けられる一対の中間導線部152と、一対の中間導線部152を軸方向両端でそれぞれ接続する一対の渡り部153Aとを有しており、これら一対の中間導線部152と一対の渡り部153Aとにより環状に形成されている。一対の中間導線部152は、所定のコイルピッチ分を離して設けられており、周方向において一対の中間導線部152の間に、他相の部分巻線151の中間導線部152が配置可能となっている。本実施形態では、一対の中間導線部152は2コイルピッチ分を離して設けられ、一対の中間導線部152の間に、他2相の部分巻線151における中間導線部152が1つずつ配置される構成となっている。
一対の渡り部153Aは、軸方向両側でそれぞれ同じ形状となっており、いずれもコイルエンドCE(図11参照)に相当する部分として設けられている。各渡り部153Aは、中間導線部152に対して直交する向き、すなわち軸方向に直交する方向に折り曲がるようにして設けられている。
図18に示すように、第1部分巻線151Aは、軸方向両側に渡り部153Aを有し、第2部分巻線151Bは、軸方向両側に渡り部153Bを有している。これら各部分巻線151A,151Bの渡り部153A,153Bはその形状が互いに異なっており、その区別を明確にすべく、第1部分巻線151Aの渡り部153Aを「第1渡り部153A」、第2部分巻線151Bの渡り部153Bを「第2渡り部153B」とも記載する。
各部分巻線151A,151Bにおいて、中間導線部152は、コイルサイドCSにおいて周方向に1つずつ並ぶコイルサイド導線部として設けられている。また、各渡り部153A,153Bは、コイルエンドCEにおいて、周方向に異なる2位置の同相の中間導線部152どうしを接続するコイルエンド導線部として設けられている。
図20に示すように、第1部分巻線151Aは、導線集合部分の横断面が四角形になるように導線材CRが多重に巻回されて形成されている。図20は、中間導線部152の横断面を示しており、その中間導線部152において周方向及び径方向に並ぶように導線材CRが多重に巻回されている。つまり、第1部分巻線151Aは、中間導線部152において導線材CRが周方向に複数列で並べられ、かつ径方向に複数列で並べられることで、横断面が略矩形状となるように形成されている。なお、第1渡り部153Aの先端部では、径方向への折れ曲がりにより、導線材CRが軸方向及び径方向に並ぶように多重に巻回される構成となっている。本実施形態では、導線材CRを同心巻により巻回することで第1部分巻線151Aが構成されている。ただし、導線材CRの巻き方は任意であり、同心巻に代えて、アルファ巻により導線材CRが多重に巻回されていてもよい。
第1部分巻線151Aでは、軸方向両側の第1渡り部153Aのうち、一方の第1渡り部153A(図19(b)の上側の第1渡り部153A)から導線材CRの端部が引き出されており、その端部が巻線端部154,155となっている。巻線端部154,155は、それぞれ導線材CRの巻き始め及び巻き終わりとなる部分である。巻線端部154,155のうち一方が電流入出力端子に接続され、他方が中性点に接続されるようになっている。
第1部分巻線151Aにおいて各中間導線部152には、シート状の絶縁被覆体157が被せられた状態で設けられている。なお、図19(a)には、第1コイルモジュール150Aが、中間導線部152に絶縁被覆体157が被せられ、かつ絶縁被覆体157の内側に中間導線部152が存在する状態で示されているが、便宜上、その該当部分を中間導線部152としている(後述する図22(a)も同様)。
絶縁被覆体157は、軸方向寸法として少なくとも中間導線部152における軸方向の絶縁被覆範囲の長さを有するフィルム材FMを用い、そのフィルム材FMを中間導線部152の周囲に巻装することで設けられている。フィルム材FMは、例えばPEN(ポリエチレンナフタレート)フィルムよりなる。より具体的には、フィルム材FMは、フィルム基材と、そのフィルム基材の両面のうち片面に設けられ、発泡性を有する接着層とを含む。そして、フィルム材FMは、接着層により接着させた状態で、中間導線部152に対して巻装されている。なお、接着層として非発泡性の接着剤を用いることも可能である。
図20に示すように、中間導線部152は、導線材CRが周方向及び径方向に並ぶことで横断面が略矩形状をなしており、中間導線部152の周囲には、フィルム材FMがその周方向の端部をオーバーラップさせた状態で被せられていることで、絶縁被覆体157が設けられている。フィルム材FMは、縦寸法が中間導線部152の軸方向長さよりも長く、かつ横寸法が中間導線部152の1周長さよりも長い矩形シートであり、中間導線部152の断面形状に合わせて折り目を付けた状態で中間導線部152に巻装されている。中間導線部152にフィルム材FMが巻装された状態では、中間導線部152の導線材CRとフィルム基材との間の隙間が接着層での発泡により埋められるようになっている。また、フィルム材FMのオーバーラップ部分OLでは、フィルム材FMの周方向の端部どうしが接着層により接合されている。
中間導線部152では、2つの周方向側面及び2つの径方向側面においてそれらの全てを覆うようにして絶縁被覆体157が設けられている。この場合、中間導線部152を囲う絶縁被覆体157には、他相の部分巻線151における中間導線部152との対向部分、すなわち中間導線部152の2つの周方向側面のうち一方に、フィルム材FMがオーバーラップするオーバーラップ部分OLが設けられている。本実施形態では、一対の中間導線部152において、周方向の同じ側にオーバーラップ部分OLがそれぞれ設けられている。
第1部分巻線151Aでは、中間導線部152から、軸方向両側の第1渡り部153Aにおいて絶縁カバー161,162により覆われた部分(すなわち絶縁カバー161,162の内側となる部分)までの範囲で、絶縁被覆体157が設けられている。図17で言えば、第1コイルモジュール150AにおいてAX1の範囲が絶縁カバー161,162により覆われていない部分であり、その範囲AX1よりも上下に拡張した範囲で絶縁被覆体157が設けられている。
次に、絶縁カバー161,162の構成を説明する。
絶縁カバー161は、第1部分巻線151Aの軸方向一方側の第1渡り部153Aに装着され、絶縁カバー162は、第1部分巻線151Aの軸方向他方側の第1渡り部153Aに装着される。このうち絶縁カバー161の構成を図21(a),(b)に示す。図21(a),(b)は、絶縁カバー161を異なる二方向から見た斜視図である。
図21(a),(b)に示すように、絶縁カバー161は、周方向の側面となる一対の側面部171と、軸方向外側の外面部172と、軸方向内側の内面部173と、径方向内側の前面部174とを有している。これら各部171~174は、それぞれ板状に形成されており、径方向外側のみが開放されるようにして立体状に互いに結合されている。一対の側面部171はそれぞれ、コアアセンブリCAへの組み付け状態においてコアアセンブリCAの軸心に向けて延びる向きで設けられている。そのため、複数の第1コイルモジュール150Aが周方向に並べて配置された状態では、隣り合う各第1コイルモジュール150Aにおいて絶縁カバー161の側面部171どうしが当接又は接近状態で互いに対向する。これにより、周方向に隣接する各第1コイルモジュール150Aにおいて相互の絶縁が図られつつ好適なる環状配置が可能となっている。
絶縁カバー161において、外面部172には、第1部分巻線151Aの巻線端部154を引き出すための開口部175aが設けられ、前面部174には、第1部分巻線151Aの巻線端部155を引き出すための開口部175bが設けられている。この場合、一方の巻線端部154は外面部172から軸方向に引き出されるのに対し、他方の巻線端部155は前面部174から径方向に引き出される構成となっている。
また、絶縁カバー161において、一対の側面部171には、前面部174の周方向両端となる位置、すなわち各側面部171と前面部174とが交差する位置に、軸方向に延びる半円状の凹部177が設けられている。さらに、外面部172には、周方向における絶縁カバー161の中心線を基準として周方向両側に対称となる位置に、軸方向に延びる一対の突起部178が設けられている。
絶縁カバー161の凹部177について説明を補足する。図20に示すように、第1部分巻線151Aの第1渡り部153Aは、径方向内外のうち径方向内側、すなわちコアアセンブリCAの側に凸となる湾曲状をなしている。かかる構成では、周方向に隣り合う第1渡り部153Aの間に、第1渡り部153Aの先端側ほど幅広となる隙間が形成される。そこで本実施形態では、周方向に並ぶ第1渡り部153Aの間の隙間を利用して、絶縁カバー161の側面部171において第1渡り部153Aの湾曲部の外側となる位置に凹部177を設ける構成としている。
なお、第1部分巻線151Aに温度検出部(サーミスタ)を設ける構成としてもよく、かかる構成では、絶縁カバー161に、温度検出部から延びる信号線を引き出すための開口部を設けるとよい。この場合、絶縁カバー161内に温度検出部を好適に収容できる。
図示による詳細な説明は割愛するが、軸方向他方の絶縁カバー162は、絶縁カバー161と概ね同様の構成を有している。絶縁カバー162は、絶縁カバー161と同様に、一対の側面部171と、軸方向外側の外面部172と、軸方向内側の内面部173と、径方向内側の前面部174とを有している。また、絶縁カバー162において、一対の側面部171には前面部174の周方向両端となる位置に半円状の凹部177が設けられるとともに、外面部172に一対の突起部178が設けられている。絶縁カバー161との相違点として、絶縁カバー162は、第1部分巻線151Aの巻線端部154,155を引き出すための開口部を有していない構成となっている。
絶縁カバー161,162では、軸方向の高さ寸法(すなわち一対の側面部171及び前面部174における軸方向の幅寸法)が相違している。具体的には、図17に示すように、絶縁カバー161の軸方向の高さ寸法W11と絶縁カバー162の軸方向の高さ寸法W12は、W11>W12となっている。つまり、導線材CRを多重に巻回する場合には、巻線巻回方向(周回方向)に直交する向きに導線材CRの巻き段を切り替える(レーンチェンジする)必要があり、その切り替えに起因して巻線幅が大きくなることが考えられる。補足すると、絶縁カバー161,162のうち絶縁カバー161は、導線材CRの巻き始め及び巻き終わりを含む側の第1渡り部153Aを覆う部分であり、導線材CRの巻き始め及び巻き終わりを含むことにより、他の部分よりも導線材CRの巻き代(重なり代)が多くなり、その結果として巻線幅が大きくなることが生じうる。この点を加味して、絶縁カバー161の軸方向の高さ寸法W11が、絶縁カバー162の軸方向の高さ寸法W12よりも大きくなっている。これにより、絶縁カバー161,162の高さ寸法W11,W12が互いに同じ寸法である場合とは異なり、絶縁カバー161,162により導線材CRの巻き数が制限されるといった不都合が抑制されるようになっている。
次に、第2コイルモジュール150Bについて説明する。
図22(a)は、第2コイルモジュール150Bの構成を示す斜視図であり、図22(b)は、第2コイルモジュール150Bにおいて構成部品を分解して示す斜視図である。また、図23は、図22(a)における23-23線断面図である。
図22(a),(b)に示すように、第2コイルモジュール150Bは、第1部分巻線151Aと同様に導線材CRを多重巻にして構成された第2部分巻線151Bと、その第2部分巻線151Bにおいて軸方向一端側及び他端側に取り付けられた絶縁カバー163,164とを有している。絶縁カバー163,164は合成樹脂等の絶縁材料により成形されている。
第2部分巻線151Bは、互いに平行でかつ直線状に設けられる一対の中間導線部152と、一対の中間導線部152を軸方向両端でそれぞれ接続する一対の第2渡り部153Bとを有しており、これら一対の中間導線部152と一対の第2渡り部153Bとにより環状に形成されている。第2部分巻線151Bにおいて一対の中間導線部152は、第1部分巻線151Aの中間導線部152と構成が同じである。これに対して、一対の第2渡り部153Bは、第1部分巻線151Aの第1渡り部153Aとは構成が異なっている。第2部分巻線151Bの第2渡り部153Bは、径方向に折り曲げられることなく、中間導線部152から直線状に軸方向に延びるようにして設けられている。図18には、部分巻線151A,151Bの違いが対比して明示されている。
第2部分巻線151Bでは、軸方向両側の第2渡り部153Bのうち、一方の第2渡り部153B(図22(b)の上側の第2渡り部153B)から導線材CRの端部が引き出されており、その端部が巻線端部154,155となっている。そして、第2部分巻線151Bでも、第1部分巻線151Aと同様に、巻線端部154,155のうち一方が電流入出力端子に接続され、他方が中性点に接続されるようになっている。
第2部分巻線151Bでは、第1部分巻線151Aと同様に、各中間導線部152に、シート状の絶縁被覆体157が被せられた状態で設けられている。絶縁被覆体157は、軸方向寸法として少なくとも中間導線部152における軸方向の絶縁被覆範囲の長さを有するフィルム材FMを用い、そのフィルム材FMを中間導線部152の周囲に巻装することで設けられている。
絶縁被覆体157に関する構成も、各部分巻線151A,151Bで概ね同様である。つまり、図23に示すように、中間導線部152の周囲には、フィルム材FMがその周方向の端部をオーバーラップさせた状態で被せられている。中間導線部152では、2つの周方向側面及び2つの径方向側面においてそれらの全てを覆うようにして絶縁被覆体157が設けられている。この場合、中間導線部152を囲う絶縁被覆体157には、他相の部分巻線151における中間導線部152との対向部分、すなわち中間導線部152の2つの周方向側面のうち一方に、フィルム材FMがオーバーラップするオーバーラップ部分OLが設けられている。本実施形態では、一対の中間導線部152において、周方向の同じ側にオーバーラップ部分OLがそれぞれ設けられている。
第2部分巻線151Bでは、中間導線部152から、軸方向両側の第2渡り部153Bにおいて絶縁カバー163,164により覆われた部分(すなわち絶縁カバー163,164の内側となる部分)までの範囲で、絶縁被覆体157が設けられている。図17で言えば、第2コイルモジュール150BにおいてAX2の範囲が絶縁カバー163,164により覆われていない部分であり、その範囲AX2よりも上下に拡張した範囲で絶縁被覆体157が設けられている。
各部分巻線151A,151Bでは、いずれにおいても絶縁被覆体157が渡り部153A,153Bの一部を含む範囲で設けられている。すなわち、各部分巻線151A,151Bには、中間導線部152と、渡り部153A,153Bのうち中間導線部152に引き続き直線状に延びる部分とに、絶縁被覆体157が設けられている。ただし、各部分巻線151A,151Bではその軸方向長さが相違していることから、絶縁被覆体157の軸方向範囲も異なるものとなっている。
次に、絶縁カバー163,164の構成を説明する。
絶縁カバー163は、第2部分巻線151Bの軸方向一方側の第2渡り部153Bに装着され、絶縁カバー164は、第2部分巻線151Bの軸方向他方側の第2渡り部153Bに装着される。このうち絶縁カバー163の構成を図24(a),(b)に示す。図24(a),(b)は、絶縁カバー163を異なる二方向から見た斜視図である。
図24(a),(b)に示すように、絶縁カバー163は、周方向の側面となる一対の側面部181と、軸方向外側の外面部182と、径方向内側の前面部183と、径方向外側の後面部184とを有している。これら各部181~184は、それぞれ板状に形成されており、軸方向内側のみが開放されるようにして立体状に互いに結合されている。一対の側面部181はそれぞれ、コアアセンブリCAへの組み付け状態においてコアアセンブリCAの軸心に向けて延びる向きで設けられている。そのため、複数の第2コイルモジュール150Bが周方向に並べて配置された状態では、隣り合う各第2コイルモジュール150Bにおいて絶縁カバー163の側面部181どうしが当接又は接近状態で互いに対向する。これにより、周方向に隣接する各第2コイルモジュール150Bにおいて相互の絶縁が図られつつ好適なる環状配置が可能となっている。
絶縁カバー163において、前面部183には、第2部分巻線151Bの巻線端部154を引き出すための開口部185aが設けられ、外面部182には、第2部分巻線151Bの巻線端部155を引き出すための開口部185bが設けられている。
絶縁カバー163の前面部183には、径方向内側に突出する突出部186が設けられている。突出部186は、絶縁カバー163の周方向一端から他端までの間の中央となる位置に、第2渡り部153Bよりも径方向内側に突出するように設けられている。突出部186は、平面視において径方向内側ほど先細りになるテーパ形状をなしており、その先端部に、軸方向に延びる貫通孔187が設けられている。なお、突出部186は、第2渡り部153Bよりも径方向内側に突出し、かつ絶縁カバー163の周方向一端から他端までの間の中央となる位置に貫通孔187を有するものであれば、その構成は任意である。ただし、軸方向内側の絶縁カバー161との重なり状態を想定すると、巻線端部154,155との干渉を回避すべく周方向に幅狭に形成されていることが望ましい。
突出部186は、径方向内側の先端部において軸方向の厚さが段差状に薄くなっており、その薄くなっている低段部186aに貫通孔187が設けられている。この低段部186aは、コアアセンブリCAに対する第2コイルモジュール150Bの組み付け状態において、内筒部材81の軸方向端面からの高さが、第2渡り部153Bの高さよりも低くなる部位に相当する。
また、図23に示すように、突出部186には、軸方向に貫通する貫通孔188が設けられている。これにより、絶縁カバー161,163が軸方向に重なる状態において、貫通孔188を通じて、絶縁カバー161,163の間への接着剤の充填が可能となっている。
図示による詳細な説明は割愛するが、軸方向他方の絶縁カバー164は、絶縁カバー163と概ね同様の構成を有している。絶縁カバー164は、絶縁カバー163と同様に、一対の側面部181と、軸方向外側の外面部182と、径方向内側の前面部183と、径方向外側の後面部184とを有するとともに、突出部186の先端部に設けられた貫通孔187を有している。また、絶縁カバー163との相違点として、絶縁カバー164は、第2部分巻線151Bの巻線端部154,155を引き出すための開口部を有していない構成となっている。
絶縁カバー163,164では、一対の側面部181の径方向の幅寸法が相違している。具体的には、図17に示すように、絶縁カバー163における側面部181の径方向の幅寸法W21と絶縁カバー164における側面部181の径方向の幅寸法W22は、W21>W22となっている。つまり、絶縁カバー163,164のうち絶縁カバー163は、導線材CRの巻き始め及び巻き終わりを含む側の第2渡り部153Bを覆う部分であり、導線材CRの巻き始め及び巻き終わりを含むことにより、他の部分よりも導線材CRの巻き代(重なり代)が多くなり、その結果として巻線幅が大きくなることが生じうる。この点を加味して、絶縁カバー163の径方向の幅寸法W21が、絶縁カバー164の径方向の幅寸法W22よりも大きくなっている。これにより、絶縁カバー163,164の幅寸法W21,W22が互いに同じ寸法である場合とは異なり、絶縁カバー163,164により導線材CRの巻き数が制限されるといった不都合が抑制されるようになっている。
図25は、各コイルモジュール150A,150Bを周方向に並べた状態でのフィルム材FMのオーバーラップ位置を示す図である。上述したとおり各コイルモジュール150A,150Bでは、中間導線部152の周囲に、他相の部分巻線151における中間導線部152との対向部分、すなわち中間導線部152の周方向側面でオーバーラップするようにしてフィルム材FMが被せられている(図20,図23参照)。そして、各コイルモジュール150A,150Bを周方向に並べた状態では、フィルム材FMのオーバーラップ部分OLが、周方向両側のうちいずれも同じ側(図の周方向右側)に配置されるものとなっている。これにより、周方向に隣り合う異相の部分巻線151A,151Bにおける各中間導線部152において、フィルム材FMのオーバーラップ部分OLどうしが周方向に重ならない構成となっている。この場合、周方向に並ぶ各中間導線部152の間には、いずれも最多で3枚のフィルム材FMが重なる構成となっている。
次に、コアアセンブリCAに対する各コイルモジュール150A,150Bの組み付けに関する構成を説明する。
各コイルモジュール150A,150Bは、軸方向長さが互いに異なり、かつ部分巻線151A,151Bの渡り部153A,153Bの形状が互いに異なっており、第1コイルモジュール150Aの第1渡り部153Aを軸方向内側、第2コイルモジュール150Bの第2渡り部153Bを軸方向外側にした状態で、コアアセンブリCAに取り付けられる構成となっている。絶縁カバー161~164について言えば、各コイルモジュール150A,150Bの軸方向一端側において絶縁カバー161,163が軸方向に重ねられ、かつ軸方向他端側において絶縁カバー162,164が軸方向に重ねられた状態で、それら各絶縁カバー161~164がコアアセンブリCAに対して固定されるようになっている。
図26は、コアアセンブリCAに対する第1コイルモジュール150Aの組み付け状態において複数の絶縁カバー161が周方向に並ぶ状態を示す平面図であり、図27は、コアアセンブリCAに対する第1コイルモジュール150A及び第2コイルモジュール150Bの組み付け状態において複数の絶縁カバー161,163が周方向に並ぶ状態を示す平面図である。また、図28(a)は、コアアセンブリCAに対する各コイルモジュール150A,150Bの組み付け状態において固定ピン191による固定前の状態を示す縦断面図であり、図28(b)は、コアアセンブリCAに対する各コイルモジュール150A,150Bの組み付け状態において固定ピン191による固定後の状態を示す縦断面図である。
図26に示すように、コアアセンブリCAに対して複数の第1コイルモジュール150Aを組み付けた状態では、複数の絶縁カバー161が、側面部171どうしを当接又は接近状態としてそれぞれ配置される。各絶縁カバー161は、側面部171どうしが対向する境界線LBと、内筒部材81の軸方向端面の凹部105とが一致するようにして配置される。この場合、周方向に隣り合う絶縁カバー161の側面部171どうしが当接又は接近状態となることで、それら絶縁カバー161の各凹部177により、軸方向に延びる貫通孔部が形成され、その貫通孔部と凹部105の位置が一致する状態とされる。
また、図27に示すように、コアアセンブリCA及び第1コイルモジュール150Aの一体物に対して、さらに第2コイルモジュール150Bが組み付けられる。この組み付けに伴い、複数の絶縁カバー163が、側面部181どうしを当接又は接近状態としてそれぞれ配置される。この状態では、各渡り部153A,153Bは、周方向に中間導線部152が並ぶ円上で互いに交差するように配置されることとなる。各絶縁カバー163は、突出部186が絶縁カバー161に軸方向に重なり、かつ突出部186の貫通孔187が、絶縁カバー161の各凹部177により形成された貫通孔部に軸方向に連なるようにして配置される。
このとき、絶縁カバー163の突出部186が、絶縁カバー161に設けられた一対の突起部178により所定位置に案内されることで、絶縁カバー161側の貫通孔部と内筒部材81の凹部105とに対して絶縁カバー163側の貫通孔187の位置が合致するようになっている。つまり、コアアセンブリCAに対して各コイルモジュール150A,150Bを組み付けた状態では、絶縁カバー163の奥側に絶縁カバー161の凹部177が位置するために、絶縁カバー161の凹部177に対して突出部186の貫通孔187の位置合わせを行うことが困難になるおそれがある。この点、絶縁カバー161の一対の突起部178により絶縁カバー163の突出部186が案内されることで、絶縁カバー161に対する絶縁カバー163の位置合わせが容易となる。
そして、図28(a),(b)に示すように、絶縁カバー161と絶縁カバー163の突出部186との重なり部分においてこれらに係合する状態で、固定部材としての固定ピン191による固定が行われる。より具体的には、内筒部材81の凹部105と、絶縁カバー161の凹部177と、絶縁カバー163の貫通孔187とを位置合わせした状態で、それら凹部105,177及び貫通孔187に固定ピン191が差し入れられる。これにより、内筒部材81に対して絶縁カバー161,163が一体で固定される。本構成によれば、周方向に隣り合う各コイルモジュール150A,150Bが、コイルエンドCEでコアアセンブリCAに対して共通の固定ピン191により固定されるようになっている。固定ピン191は、熱伝導性の良い材料で構成されていることが望ましく、例えば金属ピンである。
図28(b)に示すように、固定ピン191は、絶縁カバー163の突出部186のうち低段部186aに組み付けられている。この状態では、固定ピン191の上端部は、低段部186aの上方に突き出ているが、絶縁カバー163の上面(外面部182)よりも上方に突き出ないものとなっている。この場合、固定ピン191は、絶縁カバー161と絶縁カバー163の突出部186(低段部186a)との重なり部分の軸方向高さ寸法よりも長く、上方に突き出る余裕代を有しているため、固定ピン191を凹部105,177及び貫通孔187に差し入れる際(すなわち固定ピン191の固定作業時)にその作業を行いやすくなることが考えられる。また、固定ピン191の上端部が絶縁カバー163の上面(外面部182)よりも上方に突き出ないため、固定ピン191の突き出しに起因して固定子60の軸長が長くなるといった不都合を抑制できるものとなっている。
固定ピン191による絶縁カバー161,163の固定後には、絶縁カバー163に設けた貫通孔188を通じて、接着剤の充填が行われる。これにより、軸方向に重なる絶縁カバー161,163が互いに強固に結合されるようになっている。なお、図28(a),(b)では、便宜上、絶縁カバー163の上面から下面までの範囲で貫通孔188を示すが、実際には肉抜き等により形成された薄板部に貫通孔188が設けられた構成となっている。
図28(b)に示すように、固定ピン191による各絶縁カバー161,163の固定位置は、固定子コア62よりも径方向内側(図の左側)の固定子ホルダ70の軸方向端面となっており、その固定子ホルダ70に対して固定ピン191による固定が行われる構成となっている。つまり、第1渡り部153Aが固定子ホルダ70の軸方向端面に対して固定される構成となっている。この場合、固定子ホルダ70には冷媒通路85が設けられているため、第1部分巻線151Aで生じた熱は、第1渡り部153Aから、固定子ホルダ70の冷媒通路85付近に直接的に伝わる。また、固定ピン191は、固定子ホルダ70の凹部105に差し入れられており、その固定ピン191を通じて固定子ホルダ70側への熱の伝達が促されるようになっている。かかる構成により、固定子巻線61の冷却性能の向上が図られている。
本実施形態では、コイルエンドCEにおいて18個ずつの絶縁カバー161,163が軸方向内外に重ねて配置される一方、固定子ホルダ70の軸方向端面には、各絶縁カバー161,163と同数の18箇所に凹部105が設けられている。そして、その18箇所の凹部105で固定ピン191による固定が行われる構成となっている。
不図示としているが、軸方向逆側の絶縁カバー162,164についても同様である。すなわち、まず第1コイルモジュール150Aの組み付けに際し、周方向に隣り合う絶縁カバー162の側面部171どうしが当接又は接近状態となることで、それら絶縁カバー162の各凹部177により、軸方向に延びる貫通孔部が形成され、その貫通孔部と、外筒部材71の軸方向端面の凹部106の位置が一致する状態とされる。そして、第2コイルモジュール150Bの組み付けにより、絶縁カバー163側の貫通孔部と外筒部材71の凹部106とに対して絶縁カバー164側の貫通孔187の位置が合致し、それら凹部106,177、貫通孔187に固定ピン191が差し入れられることで、外筒部材71に対して絶縁カバー162,164が一体で固定される。
コアアセンブリCAに対する各コイルモジュール150A,150Bの組み付け時には、コアアセンブリCAに対して、その外周側に全ての第1コイルモジュール150Aを先付けし、その後に、全ての第2コイルモジュール150Bの組み付けと、固定ピン191による固定とを行うとよい。又は、コアアセンブリCAに対して、先に、2つの第1コイルモジュール150Aと1つの第2コイルモジュール150Bとを1本の固定ピン191で固定し、その後に、第1コイルモジュール150Aの組み付けと、第2コイルモジュール150Bの組み付けと、固定ピン191による固定とをこの順序で繰り返し行うようにしてもよい。
次に、バスバーモジュール200について説明する。
バスバーモジュール200は、固定子巻線61において各コイルモジュール150の部分巻線151に電気的に接続され、各相の部分巻線151の一端を相ごとに並列接続するとともに、それら各部分巻線151の他端を中性点で接続する巻線接続部材である。図29は、バスバーモジュール200の斜視図であり、図30は、バスバーモジュール200の縦断面の一部を示す断面図である。
バスバーモジュール200は、円環状をなす環状部201と、その環状部201から延びる複数の接続端子202と、相巻線ごとに設けられる3つの入出力端子203とを有している。環状部201は、例えば樹脂等の絶縁部材により円環状に形成されている。
図30に示すように、環状部201は、略円環板状をなし軸方向に多層(本実施形態では5層)に積層された積層板204を有しており、これら各積層板204の間に挟まれた状態で4つのバスバー211~214が設けられている。各バスバー211~214は、いずれも円環状をなしており、U相用のバスバー211と、V相用のバスバー212と、W相用のバスバー213と、中性点用のバスバー214とからなる。これら各バスバー211~214は、環状部201内において、板面を対向させるようにして軸方向に並べて配置されるものとなっている。各積層板204と各バスバー211~214とは、接着剤により互いに接合されている。接着剤として接着シートを用いることが望ましい。ただし液状又は半液状の接着剤を塗布する構成であってもよい。そして、各バスバー211~214には、それぞれ環状部201から径方向外側に突出させるようにして接続端子202が接続されている。
環状部201の上面、すなわち5層に設けられた積層板204の最も表層側の積層板204の上面には、環状に延びる突起部201aが設けられている。
なお、バスバーモジュール200は、各バスバー211~214が環状部201内に埋設された状態で設けられるものであればよく、所定間隔で配置された各バスバー211~214が一体的にインサート成形されるものであってもよい。また、各バスバー211~214の配置は、全てが軸方向に並びかつ全ての板面が同方向を向く構成に限られず、径方向に並ぶ構成や、軸方向に2列でかつ径方向に2列に並ぶ構成、板面の延びる方向が異なるものを含む構成などであってもよい。
図29において、各接続端子202は、環状部201の周方向に並び、かつ径方向外側において軸方向に延びるように設けられている。接続端子202は、U相用のバスバー211に接続された接続端子と、V相用のバスバー212に接続された接続端子と、W相用のバスバー213に接続された接続端子と、中性点用のバスバー214に接続された接続端子とを含む。接続端子202は、コイルモジュール150における各部分巻線151の巻線端部154,155と同数で設けられており、これら各接続端子202には、各部分巻線151の巻線端部154,155が1つずつ接続される。これにより、バスバーモジュール200が、U相の部分巻線151、V相の部分巻線151、W相の部分巻線151に対してそれぞれ接続されるようになっている。
入出力端子203は、例えばバスバー材よりなり、軸方向に延びる向きで設けられている。入出力端子203は、U相用の入出力端子203Uと、V相用の入出力端子203Vと、W相用の入出力端子203Wとを含む。これらの入出力端子203は、環状部201内において相ごとに各バスバー211~213にそれぞれ接続されている。これらの各入出力端子203を通じて、固定子巻線61の各相の相巻線に対して、不図示のインバータから電力の入出力が行われるようになっている。
なお、バスバーモジュール200に、各相の相電流を検出する電流センサを一体に設ける構成であってもよい。この場合、バスバーモジュール200に電流検出端子を設け、その電流検出端子を通じて、電流センサの検出結果を不図示の制御装置に対して出力するようになっているとよい。
また、環状部201は、固定子ホルダ70に対する被固定部として、内周側に突出する複数の突出部205を有しており、その突出部205には軸方向に延びる貫通孔206が形成されている。
図31は、固定子ホルダ70にバスバーモジュール200を組み付けた状態を示す斜視図であり、図32は、バスバーモジュール200を固定する固定部分における縦断面図である。なお、バスバーモジュール200を組み付ける前の固定子ホルダ70の構成は、図12を参照されたい。
図31において、バスバーモジュール200は、内筒部材81のボス部92を囲むようにして端板部91上に設けられている。バスバーモジュール200は、内筒部材81の支柱部95(図12参照)に対する組み付けにより位置決めがなされた状態で、ボルト等の締結具217の締結により固定子ホルダ70(内筒部材81)に固定されている。
より詳しくは、図32に示すように、内筒部材81の端板部91には軸方向に延びる支柱部95が設けられている。そして、バスバーモジュール200は、複数の突出部205に設けられた貫通孔206に支柱部95を挿通させた状態で、支柱部95に対して締結具217により固定されている。本実施形態では、鉄等の金属材料よりなるリテーナプレート220を用いてバスバーモジュール200を固定することとしている。リテーナプレート220は、締結具217を挿通させる挿通孔221を有する被締結部222と、バスバーモジュール200の環状部201の上面を押圧する押圧部223と、被締結部222と押圧部223との間に設けられるベンド部224とを有している。
リテーナプレート220の装着状態では、リテーナプレート220の挿通孔221に締結具217が挿通された状態で、締結具217が内筒部材81の支柱部95に対して螺着されている。また、リテーナプレート220の押圧部223がバスバーモジュール200の環状部201の上面に当接した状態となっている。この場合、締結具217が支柱部95にねじ入れられることに伴いリテーナプレート220が図の下方に押し込まれ、それに応じて押圧部223により環状部201が下方に押圧されている。締結具217の螺着に伴い生じる図の下方への押圧力は、ベンド部224を通じて押圧部223に伝わるため、ベンド部224での弾性力を伴う状態で、押圧部223での押圧が行われている。
上述したとおり環状部201の上面には環状の突起部201aが設けられており、リテーナプレート220の押圧部223側の先端は突起部201aに当接可能となっている。これにより、リテーナプレート220の図の下方への押圧力が径方向外側に逃げてしまうことが抑制される。つまり、締結具217の螺着に伴い生じる押圧力が押圧部223の側に適正に伝わる構成となっている。
なお、図31に示すように、固定子ホルダ70に対するバスバーモジュール200の組み付け状態において、入出力端子203は、冷媒通路85に通じる入口開口86a及び出口開口87aに対して周方向に180度反対側となる位置に設けられている。ただし、これら入出力端子203と各開口86a,87aとが同位置(すなわち近接位置)にまとめて設けられていてもよい。
次に、バスバーモジュール200の入出力端子203を回転電機10の外部の外部装置に対して電気的に接続する中継部材230について説明する。
図1に示すように、回転電機10では、バスバーモジュール200の入出力端子203がハウジングカバー242から外側に突出するように設けられており、そのハウジングカバー242の外側で中継部材230に接続されている。中継部材230は、バスバーモジュール200から延びる相ごとの入出力端子203と、インバータ等の外部装置から延びる相ごとの電力線との接続を中継する部材である。
図33は、ハウジングカバー242に中継部材230を取り付けた状態を示す縦断面図であり、図34は、中継部材230の斜視図である。図33に示すように、ハウジングカバー242には貫通孔242aが形成されており、その貫通孔242aを通じて入出力端子203の引き出しが可能になっている。
中継部材230は、ハウジングカバー242に固定される本体部231と、ハウジングカバー242の貫通孔242aに挿し入れられる端子挿通部232とを有している。端子挿通部232は、各相の入出力端子203を1つずつ挿通させる3つの挿通孔233を有している。それら3つの挿通孔233は、断面開口が長尺状をなしており、長手方向がいずれも略同じとなる向きで並べて形成されている。
本体部231には、相ごとに設けられた3つの中継バスバー234が取り付けられている。中継バスバー234は、略L字状に屈曲形成されており、本体部231にボルト等の締結具235により固定されるとともに、端子挿通部232の挿通孔233に挿通された状態の入出力端子203の先端部にボルト及びナット等の締結具236により固定されている。
なお、図示は略しているが、中継部材230には外部装置から延びる相ごとの電力線が接続可能となっており、相ごとに入出力端子203に対する電力の入出力が可能となっている。
次に、回転電機10を制御する制御システムの構成について説明する。図35は、回転電機10の制御システムの電気回路図であり、図36は、制御装置270による制御処理を示す機能ブロック図である。
図35に示すように、固定子巻線61はU相巻線、V相巻線及びW相巻線よりなり、その固定子巻線61に、電力変換器に相当するインバータ260が接続されている。インバータ260は、相数と同じ数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されており、相ごとに上アームスイッチ261及び下アームスイッチ262からなる直列接続体が設けられている。これら各スイッチ261,262はドライバ263によりそれぞれオンオフされ、そのオンオフにより各相の相巻線が通電される。各スイッチ261,262は、例えばMOSFETやIGBT等の半導体スイッチング素子により構成されている。また、各相の上下アームには、スイッチ261,262の直列接続体に並列に、スイッチング時に要する電荷を各スイッチ261,262に供給する電荷供給用のコンデンサ264が接続されている。
上下アームの各スイッチ261,262の間の中間接続点に、それぞれU相巻線、V相巻線、W相巻線の一端が接続されている。これら各相巻線は星形結線(Y結線)されており、各相巻線の他端は中性点にて互いに接続されている。
制御装置270は、CPUや各種メモリからなるマイコンを備えており、回転電機10における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、各スイッチ261,262のオンオフにより通電制御を実施する。回転電機10の検出情報には、例えば、レゾルバ等の角度検出器により検出される回転子20の回転角度(電気角情報)や、電圧センサにより検出される電源電圧(インバータ入力電圧)、電流センサにより検出される各相の通電電流が含まれる。制御装置270は、例えば所定のスイッチング周波数(キャリア周波数)でのPWM制御や、矩形波制御により各スイッチ261,262のオンオフ制御を実施する。制御装置270は、回転電機10に内蔵された内蔵制御装置であってもよいし、回転電機10の外部に設けられた外部制御装置であってもよい。
ちなみに、本実施形態の回転電機10は、スロットレス構造(ティースレス構造)を有していることから、固定子60のインダクタンスが低減されて電気的時定数が小さくなっており、その電気的時定数が小さい状況下では、スイッチング周波数(キャリア周波数)を高くし、かつスイッチング速度を速くすることが望ましい。この点において、各相のスイッチ261,262の直列接続体に並列に電荷供給用のコンデンサ264が接続されていることで配線インダクタンスが低くなり、スイッチング速度を速くした構成であっても適正なサージ対策が可能となる。
インバータ260の高電位側端子は直流電源265の正極端子に接続され、低電位側端子は直流電源265の負極端子(グランド)に接続されている。直流電源265は、例えば複数の単電池が直列接続された組電池により構成されている。また、インバータ260の高電位側端子及び低電位側端子には、直流電源265に並列に平滑用のコンデンサ266が接続されている。
図36は、U,V,W相の各相電流を制御する電流フィードバック制御処理を示すブロック図である。
図36において、電流指令値設定部271は、トルク-dqマップを用い、回転電機10に対する力行トルク指令値又は発電トルク指令値や、電気角θを時間微分して得られる電気角速度ωに基づいて、d軸の電流指令値とq軸の電流指令値とを設定する。なお、発電トルク指令値は、例えば回転電機10が車両用動力源として用いられる場合、回生トルク指令値である。
dq変換部272は、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値(3つの相電流)を、界磁方向(direction of an axis of a magnetic field,or field direction)をd軸とする直交2次元回転座標系の成分であるd軸電流とq軸電流とに変換する。
d軸電流フィードバック制御部273は、d軸電流をd軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてd軸の指令電圧を算出する。また、q軸電流フィードバック制御部274は、q軸電流をq軸の電流指令値にフィードバック制御するための操作量としてq軸の指令電圧を算出する。これら各フィードバック制御部273,274では、d軸電流及びq軸電流の電流指令値に対する偏差に基づき、PIフィードバック手法を用いて指令電圧が算出される。
3相変換部275は、d軸及びq軸の指令電圧を、U相、V相及びW相の指令電圧に変換する。なお、上記の各部271~275が、dq変換理論による基本波電流のフィードバック制御を実施するフィードバック制御部であり、U相、V相及びW相の指令電圧がフィードバック制御値である。
操作信号生成部276は、周知の三角波キャリア比較方式を用い、3相の指令電圧に基づいて、インバータ260の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部276は、3相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくPWM制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号(デューティ信号)を生成する。操作信号生成部276にて生成されたスイッチ操作信号がインバータ260のドライバ263に出力され、ドライバ263により各相のスイッチ261,262がオンオフされる。
続いて、トルクフィードバック制御処理について説明する。この処理は、例えば高回転領域及び高出力領域等、インバータ260の出力電圧が大きくなる運転条件において、主に回転電機10の高出力化や損失低減の目的で用いられる。制御装置270は、回転電機10の運転条件に基づいて、トルクフィードバック制御処理及び電流フィードバック制御処理のいずれか一方の処理を選択して実行する。
図37は、U,V,W相に対応するトルクフィードバック制御処理を示すブロック図である。
電圧振幅算出部281は、回転電機10に対する力行トルク指令値又は発電トルク指令値と、電気角θを時間微分して得られる電気角速度ωとに基づいて、電圧ベクトルの大きさの指令値である電圧振幅指令を算出する。
dq変換部282は、dq変換部272と同様に、相ごとに設けられた電流センサによる電流検出値をd軸電流とq軸電流とに変換する。トルク推定部283は、d軸電流とq軸電流とに基づいて、U,V,W相に対応するトルク推定値を算出する。なお、トルク推定部283は、d軸電流、q軸電流及び電圧振幅指令が関係付けられたマップ情報に基づいて、電圧振幅指令を算出すればよい。
トルクフィードバック制御部284は、力行トルク指令値又は発電トルク指令値にトルク推定値をフィードバック制御するための操作量として、電圧ベクトルの位相の指令値である電圧位相指令を算出する。トルクフィードバック制御部284では、力行トルク指令値又は発電トルク指令値に対するトルク推定値の偏差に基づき、PIフィードバック手法を用いて電圧位相指令が算出される。
操作信号生成部285は、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて、インバータ260の操作信号を生成する。具体的には、操作信号生成部285は、電圧振幅指令、電圧位相指令及び電気角θに基づいて3相の指令電圧を算出し、算出した3相の指令電圧を電源電圧で規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくPWM制御により、各相における上下アームのスイッチ操作信号を生成する。操作信号生成部285にて生成されたスイッチ操作信号がインバータ260のドライバ263に出力され、ドライバ263により各相のスイッチ261,262がオンオフされる。
ちなみに、操作信号生成部285は、電圧振幅指令、電圧位相指令、電気角θ及びスイッチ操作信号が関係付けられたマップ情報であるパルスパターン情報、電圧振幅指令、電圧位相指令並びに電気角θに基づいて、スイッチ操作信号を生成してもよい。
(変形例)
以下に、上記第1実施形態に関する変形例を説明する。
以下に、上記第1実施形態に関する変形例を説明する。
・磁石ユニット22における磁石32の構成を以下のように変更してもよい。図38に示す磁石ユニット22では、磁石32において磁化容易軸の向きが径方向に対して斜めであり、その磁化容易軸の向きに沿って直線状の磁石磁路が形成されている。つまり、磁石32は、固定子60側(径方向内側)の磁束作用面34aと反固定子側(径方向外側)の磁束作用面34bとの間において磁化容易軸の向きがd軸に対して斜めであり、周方向において固定子60側でd軸に近づき、かつ反固定子側でd軸から離れる向きとなるように直線的な配向がなされて構成されている。本構成においても、磁石32の磁石磁路長を径方向の厚さ寸法よりも長くすることができ、パーミアンスの向上を図ることが可能となっている。
・磁石ユニット22においてハルバッハ配列の磁石を用いることも可能である。
・各部分巻線151において、渡り部153の折り曲げの方向は径方向内外のうちいずれであってもよく、コアアセンブリCAとの関係として、第1渡り部153AがコアアセンブリCAの側に折り曲げられていても、又は第1渡り部153AがコアアセンブリCAの逆側に折り曲げられていてもよい。また、第2渡り部153Bは、第1渡り部153Aの軸方向外側でその第1渡り部153Aの一部を周方向に跨ぐ状態になっているものであれば、径方向内外のいずれかに折り曲げられていてもよい。
・部分巻線151として2種類の部分巻線151(第1部分巻線151A、第2部分巻線151B)を有するものとせず、1種類の部分巻線151を有するものとしてもよい。具体的には、部分巻線151を、側面視において略L字状又は略Z字状をなすように形成するとよい。部分巻線151を側面視で略L字状に形成する場合、軸方向一端側では、渡り部153が径方向内外のいずれかに折り曲げられ、軸方向他端側では、渡り部153が径方向に折り曲げられることなく設けられている構成とする。また、部分巻線151を側面視で略Z字状に形成する場合、軸方向一端側及び軸方向他端側において、渡り部153が径方向に互いに逆向きに折り曲げられている構成とする。いずれの場合であっても、上述のように渡り部153を覆う絶縁カバーによりコイルモジュール150がコアアセンブリCAに対して固定される構成であるとよい。
・上述した構成では、固定子巻線61において、相巻線ごとに全ての部分巻線151が並列接続される構成を説明したが、これを変更してもよい。例えば、相巻線ごとの全ての部分巻線151を複数の並列接続群に分け、その複数の並列接続群を直列接続する構成でもよい。つまり、各相巻線における全n個の部分巻線151を、n/2個ずつの2組の並列接続群や、n/3個ずつの3組の並列接続群などに分け、それらを直列接続する構成としてもよい。又は、固定子巻線61において相巻線ごとに複数の部分巻線151が全て直列接続される構成としてもよい。
・回転電機10における固定子巻線61は2相の相巻線(U相巻線及びV相巻線)を有する構成であってもよい。この場合、例えば部分巻線151では、一対の中間導線部152が1コイルピッチ分を離して設けられ、一対の中間導線部152の間に、他1相の部分巻線151における中間導線部152が1つ配置される構成となっていればよい。
・回転電機10を、アウタロータ式の表面磁石型回転電機に代えて、インナロータ式の表面磁石型回転電機として具体化することも可能である。図39(a),(b)は、インナロータ構造とした場合の固定子ユニット300の構成を示す図である。このうち図39(a)はコイルモジュール310A,310BをコアアセンブリCAに組み付けた状態を示す斜視図であり、図39(b)は、各コイルモジュール310A,310Bに含まれる部分巻線311A,311Bを示す斜視図である。本例では、固定子コア62の径方向外側に固定子ホルダ70が組み付けられることでコアアセンブリCAが構成されている。また、固定子コア62の径方向内側に、複数のコイルモジュール310A,310Bが組み付けられる構成となっている。
部分巻線311Aは、概ね既述の第1部分巻線151Aと同様の構成を有しており、一対の中間導線部312と、軸方向両側においてコアアセンブリCAの側(径方向外側)に折り曲げ形成された渡り部313Aとを有している。また、部分巻線311Bは、概ね既述の第2部分巻線151Bと同様の構成を有しており、一対の中間導線部312と、軸方向両側において渡り部313Aを軸方向外側で周方向に跨ぐように設けられた渡り部313Bとを有している。部分巻線311Aの渡り部313Aには絶縁カバー315が装着され、部分巻線311Bの渡り部313Bには絶縁カバー316が装着されている。
絶縁カバー315には、周方向両側の側面部に、軸方向に延びる半円状の凹部317が設けられている。また、絶縁カバー316には、渡り部313Bよりも径方向外側に突出する突出部318が設けられ、その突出部318の先端部に、軸方向に延びる貫通孔319が設けられている。
図40は、コアアセンブリCAに対してコイルモジュール310A,310Bを組み付けた状態を示す平面図である。なお、図40において、固定子ホルダ70の軸方向端面には周方向に等間隔で複数の凹部105が形成されている。また、固定子ホルダ70は、液状冷媒又は空気による冷却構造を有しており、例えば空冷構造として、外周面に複数の放熱フィンが形成されているとよい。
図40では、絶縁カバー315,316が軸方向に重なる状態で配置されている。また、絶縁カバー315の側面部に設けられた凹部317と、絶縁カバー316の突出部318において絶縁カバー316の周方向一端から他端までの間の中央となる位置に設けられた貫通孔319とが軸方向に連なっており、それら各部で、固定ピン321による固定がなされている。
また、図40では、固定ピン321による各絶縁カバー315,316の固定位置が、固定子コア62よりも径方向外側の固定子ホルダ70の軸方向端面となっており、その固定子ホルダ70に対して固定ピン321による固定が行われる構成となっている。この場合、固定子ホルダ70には冷却構造が設けられているため、部分巻線311A,311Bで生じた熱が固定子ホルダ70に伝わり易くなっている。これにより、固定子巻線61の冷却性能を向上させることができる。
・回転電機10に用いられる固定子60は、バックヨークから延びる突起部(例えばティース)を有するものであってもよい。この場合にも、固定子コアに対するコイルモジュール150等の組み付けがバックヨークに対して行われるものであればよい。
・回転電機としては、星形結線のものに限らず、Δ結線のものであってもよい。
・回転電機10として、界磁子を回転子、電機子を固定子とする回転界磁形の回転電機に代えて、電機子を回転子、界磁子を固定子とする回転電機子形の回転電機を採用することも可能である。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態における回転電機400について説明する。本実施形態の回転電機400は、車両のインホイールモータとして用いられる。回転電機400の概要を図41~図46に示す。図41は、回転電機400の全体を示す斜視図であり、図42は、回転電機400の平面図であり、図43は、回転電機400の縦断面図(図42の43-43線断面図)であり、図44は、回転電機400の横断面図(図43の44-44線断面図)であり、図45は、回転電機400の横断面図(図43の45-45線断面図)であり、図46は、回転電機400の構成要素を分解して示す分解断面図である。
次に、第2実施形態における回転電機400について説明する。本実施形態の回転電機400は、車両のインホイールモータとして用いられる。回転電機400の概要を図41~図46に示す。図41は、回転電機400の全体を示す斜視図であり、図42は、回転電機400の平面図であり、図43は、回転電機400の縦断面図(図42の43-43線断面図)であり、図44は、回転電機400の横断面図(図43の44-44線断面図)であり、図45は、回転電機400の横断面図(図43の45-45線断面図)であり、図46は、回転電機400の構成要素を分解して示す分解断面図である。
回転電機400は、アウタロータ式の表面磁石型回転電機である。回転電機400は、大別して、回転子410と、固定子430を含んでなる固定子ユニット420とを有する回転電機本体を備えており、その回転電機本体に対して、不図示の車体に固定されるスピンドル401と、不図示の車輪のホイールに固定されるハブ402とが一体化された構成となっている。スピンドル401及びハブ402は、高強度であることが要求され、例えば鉄鋼材料よりなる。
スピンドル401は、軸方向に直交する向きに延びる鍔部403と、円柱状をなし鍔部403よりも回転電機中心側に延び、固定子ユニット420の中空部に挿通される固定軸部404とを有している。固定軸部404は、図示のように大径部と小径部とを有しているとよい。ハブ402は、固定軸部404を挿通させる挿通孔406を有している。そして、ハブ402の挿通孔406に固定軸部404が挿通された状態で、ハブ402が一対の軸受407,408により回転可能に支持されている。ハブ402は、軸方向の2位置で軸受407,408により回転可能に支持されている。軸受407,408は、例えばラジアル玉軸受であり、それぞれ外輪と内輪とそれら外輪及び内輪の間に配置された複数の玉とを有している。なお、軸受407,408は、転動体として玉に代えてころを用いたころ軸受(針状ころ軸受、円錐ころ軸受)であってもよい。
回転電機400では、回転中心となる軸線の延びる向き(図43の左右方向)が軸方向であり、その軸方向が水平方向又は略水平方向となる向きで回転電機400が車両に取り付けられるものとなっている。なお、車輪がキャンバー角を有している場合には、キャンバー角分の傾きを付与した状態で、回転電機400の軸方向が略水平方向になっているとよい。
回転電機400では、回転子410及び固定子430が、エアギャップを挟んで径方向に対向配置されている。また、スピンドル401に対して固定子ユニット420が固定され、ハブ402に対して回転子410が固定されている。そのため、スピンドル401及び固定子ユニット420に対して、ハブ402及び回転子410が回転可能となっている。
図46に示すように、回転子410は、略円筒状の回転子キャリア411と、その回転子キャリア411に固定された環状の磁石ユニット412とを有している。回転子キャリア411は、円筒状をなす筒状部413と、その筒状部413の軸方向一端側に設けられた端板部414とを有しており、筒状部413の径方向内側に環状に磁石ユニット412が固定されている。回転子キャリア411の軸方向他端側は開放されている。回転子キャリア411は、磁石保持部材として機能する。端板部414の中央部には貫通孔414aが形成されており、その貫通孔414aに挿通された状態で、ハブ402がボルト等の固定具により端板部414に固定されている(図43参照)。
磁石ユニット412は、回転子410の周方向に沿って極性が交互に変わるように配置された複数の永久磁石により構成されている。磁石ユニット412が「磁石部」に相当する。これにより、磁石ユニット412は、周方向に複数の磁極を有する。磁石ユニット412は、例えば第1実施形態の図6,図7において磁石ユニット22として説明した構成を有しており、永久磁石として、固有保磁力が400[kA/m]以上であり、かつ残留磁束密度Brが1.0[T]以上である焼結ネオジム磁石を用いて構成されている。
磁石ユニット412は、図7の磁石ユニット22と同様に、それぞれ極異方性の複数の永久磁石を有しており、それら各磁石は、d軸側(d軸寄りの部分)とq軸側(q軸寄りの部分)とで磁化容易軸の向きが相違し、d軸側では磁化容易軸の向きがd軸に平行する向きとなり、q軸側では磁化容易軸の向きがq軸に直交する向きとなっている。この場合、磁化容易軸の向きに沿って円弧状の磁石磁路が形成されている。要するに、各磁石は、磁極中心であるd軸の側において、磁極境界であるq軸の側に比べて磁化容易軸の向きがd軸に平行となるように配向がなされて構成されている。
なお、磁石ユニット412の各磁石は、周方向において接着等により互いに固定されるとともに、外周部においてヤーン等の固定部材が取り付けられて一体化されているとよい。また、各磁石の軸方向端部に、円環状の端板部材が取り付けられているとよい。
次に、固定子ユニット420の構成を説明する。図47は、固定子ユニット420の分解斜視図である。固定子ユニット420は、円環筒状の固定子430と、その固定子430を保持する固定子ホルダ460と、軸方向一端側に取り付けられる配線モジュール480と、固定子430の軸方向他端側に取り付けられるコイルエンドカバー490と、を有している。
ここではまず、固定子430について説明する。図48,図49は、固定子430において、固定子巻線431と固定子コア432とを分離して示す分解斜視図であり、図50は、固定子ユニット420において、固定子430と固定子ホルダ460とコイルエンドカバー490とを分離して示す分解断面図である。なお、図48,図49はそれぞれ、軸方向に異なる向きから見た固定子430の分解斜視図である。
固定子430は、ティースレス構造の電機子であり、固定子巻線431と固定子コア432とを有している。固定子430において、固定子巻線431は3相の相巻線を有し、各相の相巻線はそれぞれ複数の部分巻線441により構成されている。部分巻線441は、回転電機400の極数に応じて設けられており、相ごとに複数の部分巻線441が並列又は直列に接続されている。本実施形態では、磁極数を24としているが、その数は任意である。
図50に示すように、固定子430は、軸方向において、固定子コア432に径方向に対向するコイルサイドCSに相当する部分と、そのコイルサイドCSの軸方向外側であるコイルエンドCEに相当する部分とを有している。コイルサイドCSは、回転子410の磁石ユニット412に径方向に対向する部分でもある。部分巻線441は固定子コア432の径方向外側に組み付けられている。この場合、部分巻線441は、その軸方向両端部分が固定子コア432よりも軸方向外側(すなわちコイルエンドCE側)に突出した状態で組み付けられている。
部分巻線441はそれぞれ、軸方向両端のうち一方が径方向に屈曲され、他方が径方向に屈曲されずに設けられている。そして、全ての部分巻線441のうち半数の部分巻線441は、軸方向一端側(図48の下側)が屈曲側となり、その屈曲側で径方向内側に屈曲されている。また、残りの半数の部分巻線441は、軸方向他端側(図48の上側)が屈曲側となり、その屈曲側で径方向外側に屈曲されている。なお以下の記載では、部分巻線441のうち径方向内側への屈曲部を有する部分巻線441を「部分巻線441A」、径方向外側への屈曲部を有する部分巻線441を「部分巻線441B」とも称する。
部分巻線441A,441Bの構成を詳しく説明する。図51(a),(b)は、部分巻線441Aの構成を示す斜視図であり、図52は、部分巻線441Aにおいて渡り部443,444に取り付けられた絶縁カバー451,452を分解して示す分解斜視図である。また、図53(a),(b)は、部分巻線441Bの構成を示す斜視図であり、図54は、部分巻線441Bにおいて渡り部443,444に取り付けられた絶縁カバー453,454を分解して示す分解斜視図である。なお、図51(a),(b)は、部分巻線441Aを径方向内側及び外側からそれぞれ見た斜視図であり、図53(a),(b)も同様に、部分巻線441Bを径方向内側及び外側からそれぞれ見た斜視図である。
部分巻線441A,441Bはいずれも、導線材を多重に巻回することで構成されており、互いに平行でかつ直線状に設けられる一対の中間導線部442と、一対の中間導線部442を軸方向両端でそれぞれ接続する一対の渡り部443,444とを有している。そして、これら一対の中間導線部442と一対の渡り部443,444とにより環状に形成されている。一対の中間導線部442は、所定のコイルピッチ分を離して設けられており、周方向において一対の中間導線部442の間に、他相の部分巻線441の中間導線部442が配置可能となっている。本実施形態では、一対の中間導線部442は2コイルピッチ分を離して設けられ、一対の中間導線部442の間に、他2相の部分巻線441における中間導線部442が1つずつ配置される構成となっている。各部分巻線441A,441Bを周方向に並べて配置した状態では、互いに異なる部分巻線441A,441Bの各中間導線部442どうしが近接状態で周方向に並べて配置されている。
部分巻線441A,441Bにおいて各中間導線部442には、シート状の絶縁被覆体445が被せられた状態で設けられている。絶縁被覆体445の構成は、上述した第1実施形態における部分巻線151の絶縁被覆体157と同様である。すなわち、絶縁被覆体445は、軸方向寸法として少なくとも中間導線部442における軸方向の絶縁被覆範囲の長さを有するフィルム材を用い、そのフィルム材を中間導線部442の周囲に巻装することで設けられている。また、絶縁被覆体445は、中間導線部442の周囲に、フィルム材の周方向の端部をオーバーラップさせた状態で設けられている。
軸方向両側の各渡り部443,444は、いずれもコイルエンドCE(図50参照)に相当する部分として設けられ、各渡り部443,444のうち、一方の渡り部443は径方向に屈曲形成され、他方の渡り部444は径方向に屈曲されることなく形成されている。これにより、部分巻線441A,441Bは、側方から見て略L形状となっている。
なお、部分巻線441A,441Bでは、渡り部443の径方向の屈曲方向が異なり、部分巻線441Aでは渡り部443が径方向内側に屈曲され、部分巻線441Bでは渡り部443が径方向外側に屈曲されている。この場合、各部分巻線441A,441Bを周方向に並べて配置することを想定すると、部分巻線441A,441Bにおける渡り部443の平面視の形状(径方向の平面形状)が互いに異なっているとよく、部分巻線441Aの渡り部443では先端側ほど周方向の幅が細くなり、部分巻線441Bの渡り部443では先端側ほど周方向の幅が広くなっているとよい。
各部分巻線441A,441Bにおいて、中間導線部442は、コイルサイドCSにおいて周方向に1つずつ並ぶコイルサイド導線部として設けられている。また、各渡り部443,444は、コイルエンドCEにおいて、周方向に異なる2位置の同相の中間導線部442どうしを接続するコイルエンド導線部として設けられている。
部分巻線441A,441Bでは、上述した部分巻線151と同様に、導線集合部分の横断面が四角形になるように導線材が多重に巻回されて形成されている。中間導線部442で言えば、導線材が周方向に複数列で並べられ、かつ径方向に複数列で並べられることで、横断面が略矩形状となるように形成されている(図20参照)。
次に、各部分巻線441A,441Bに取り付けられた絶縁カバー451~454について説明する。絶縁カバー451~454は、各渡り部443,444において部分巻線441どうしの絶縁を図るべく設けられた絶縁部材である。絶縁カバー451~454は合成樹脂等の絶縁材料により成形されている。
図51(a),(b)及び図52に示すように、部分巻線441Aにおいて、軸方向一端側の渡り部443には絶縁カバー451が取り付けられ、軸方向他端側の渡り部444には絶縁カバー452が取り付けられている。絶縁カバー451には、例えば金属板からなるブラケット455が埋設されている。ブラケット455は、渡り部443の先端部から径方向外側に突出する突出部455aを有し、その突出部455aには軸方向(図の上下方向)貫通する貫通孔455bが設けられている。また、絶縁カバー452には、例えば金属板からなるブラケット456が埋設されている。ブラケット456は、渡り部444の先端部から径方向外側に突出する突出部456aを有し、その突出部456aには軸方向(図の上下方向)貫通する貫通孔456bが設けられている。
絶縁カバー451,452はそれぞれ、部分巻線441Aの渡り部443,444の先端部における湾曲部分の内側に係合する係合部451a,452aを有している。これら係合部451a,452aには、ブラケット455,456の一部が下地材として一体化されているとよい。なお、ブラケット455,456は、絶縁カバー451,452に埋設される以外に、絶縁カバー451,452の外表面に接着等により固定されていてもよい。
また、図53(a),(b)及び図54に示すように、部分巻線441Bにおいて、軸方向一端側の渡り部443には絶縁カバー453が取り付けられ、軸方向他端側の渡り部444には絶縁カバー454が取り付けられている。絶縁カバー453には、例えば金属板からなるブラケット457が埋設されている。ブラケット457は、渡り部443の先端部から径方向内側に突出する突出部457aを有し、その突出部457aには軸方向(図の上下方向)貫通する貫通孔457bが設けられている。また、絶縁カバー454には、例えば金属板からなるブラケット458が埋設されている。ブラケット458は、渡り部444の先端部から径方向内側に突出する突出部458aを有し、その突出部458aには軸方向(図の上下方向)貫通する貫通孔458bが設けられている。
絶縁カバー453,454はそれぞれ、部分巻線441Bの渡り部443,444の先端部における湾曲部分の内側に係合する係合部453a,454aを有している。これら係合部453a,454aには、ブラケット457,458の一部が下地材として一体化されているとよい。なお、ブラケット457,458は、絶縁カバー453,454に埋設される以外に、絶縁カバー453,454の外表面に接着等により固定されていてもよい。
図55は、各部分巻線441A,441Bを周方向に並べて配置した状態を示す平面図である。なお、図55は、図48に示す固定子巻線431を軸方向一方(図の上方)から見た平面図である。
図55では、部分巻線441Aの渡り部443が径方向内側に向けて延び、かつ部分巻線441Bの渡り部443が径方向外側に向けて延びる構成となっている。そして、各部分巻線441A,441Bの中間導線部442よりも径方向内側では、固定子巻線431の軸方向一端側(図55の紙面奥側)において、部分巻線441Aの絶縁カバー451に設けられたブラケット455の突出部455aと、部分巻線441Bの絶縁カバー454に設けられたブラケット458の突出部458aとが軸方向に重なり、かつ各突出部455a,458aの貫通孔455b,458bの平面視の位置が一致するものとなっている。
また、各部分巻線441A,441Bの中間導線部442よりも径方向外側では、固定子巻線431の軸方向他端側(図55の紙面手前側)において、部分巻線441Aの絶縁カバー452に設けられたブラケット456の突出部456aと、部分巻線441Bの絶縁カバー453に設けられたブラケット457の突出部457aとが、周方向に交互にかつ等間隔で並ぶものとなっている。この場合、各突出部456a,457aの貫通孔456b,457bが、固定子430の平面中心からの径方向距離が同一で、かつ周方向に等間隔で配置されるものとなっている。
図48及び図49に示すように、固定子巻線431は、部分巻線441A,441Bを周方向に並べることで環状に形成され、その径方向内側に固定子コア432が配置されるようになっている。固定子コア432は、磁性体である電磁鋼板からなるコアシートが軸方向に積層されたコアシート積層体として構成されており、径方向に所定の厚さを有する円筒状をなしている。固定子コア432の内周面及び外周面は凹凸のない曲面状をなしている。固定子コア432はバックヨークとして機能する。
本実施形態では、固定子コア432を周方向に複数に分割した構成としており、周方向に並ぶ複数の分割コア435によって円筒状の固定子コア432が形成されている。分割コア435は、部分巻線441A,441Bのうち部分巻線441Aに個別に対応させて設けられており、分割コア435の数は部分巻線441Aと同じであり、その周方向の幅寸法は部分巻線441Aの周方向の幅寸法と同じである。また、分割コア435の軸方向の幅寸法は、回転子410の磁石ユニット412(永久磁石)の軸方向の幅寸法と同じである。
分割コア435は、多数のコアシートが積層されたコアシート積層体であり、例えば成形枠を用いてコアシートを積層して成形されている。ただし、円環板状に打ち抜き形成された複数枚のコアシートを軸方向に積層して筒体とし、その筒体を周方向に複数に切断して複数の分割コア435を形成することも可能である。また、長尺状のコアシートを環状に巻回しながら積層することでヘリカルコア構造の筒体とし、その筒体を周方向に複数に切断して複数の分割コア435を形成することも可能である。なお、分割コア435の詳細な他の構成については後述する。
次に、固定子ホルダ460の構成を説明する。ここでは、図50と図56とを用いて固定子ホルダ460の構成を説明する。図56は、固定子ホルダ460の横断面図(図45と同じ位置での横断面図)である。
図50,図56に示すように、固定子ホルダ460は、それぞれ円筒状をなす外筒部材461と内筒部材462とを有し、外筒部材461を径方向外側、内筒部材462を径方向内側にしてそれらが一体に組み付けられることにより構成されている。これら各部材461,462は、例えばアルミニウムや鋳鉄等の金属、又は炭素繊維強化プラスチック(CFRP)により構成されている。
外筒部材461の筒部の内径寸法は、内筒部材462の筒部の外径寸法よりも大きい。そのため、外筒部材461の径方向内側に内筒部材462が組み付けられた状態では、これら各部材461,462の間に環状の隙間が形成され、その隙間空間が、冷却水等の冷媒を流通させる冷媒通路463となっている。冷媒通路463は、固定子ホルダ460の周方向に環状に設けられている。内筒部材462には、冷媒の入口となる入口側通路464と、冷媒の出口となる出口側通路465とが形成されており、冷媒通路463において入口側通路464と出口側通路465との間には仕切り部466が設けられている。入口側通路464及び出口側通路465は、それぞれ仕切り部466を挟んで両側で冷媒通路463に連通され、かつ軸方向に延びるように設けられている。入口側通路464から流入する冷媒は、冷媒通路463を周方向に流れ、その後、出口側通路465から流出する。
入口側通路464及び出口側通路465の一端は、それぞれ内筒部材462の軸方向端面に開口している。軸方向端面において、入口側通路464の開口部には入口配管ポート467が設けられ、出口側通路465の開口部には出口配管ポート468が設けられている(図42参照)。
不図示とするが、入口配管ポート467と出口配管ポート468とには、冷媒を循環させる循環経路が接続されるようになっている。循環経路には、例えば電動式のポンプと、ラジエータ等の放熱装置とが設けられ、ポンプの駆動に伴い循環経路と回転電機400の冷媒通路463とを通じて冷媒が循環する。
内筒部材462は、円筒状をなし、かつ軸方向一端側に端板部471を有している。端板部471の中央には、軸方向に貫通する貫通孔472が設けられており、その貫通孔472には、スピンドル401の固定軸部404が挿通可能となっている。
また、内筒部材462の内周側には、周方向に所定間隔で複数の突出部473が設けられている。これら各突出部473は、内筒部材462の中空部において径方向内側に突出するように設けられており、軸方向においては端板部471から軸方向中間位置までの範囲で設けられている(図50参照)。突出部473は、内筒部材462の補強材として機能する。
内筒部材462の端板部471には、貫通孔472の径方向外側となる位置に、軸方向に貫通する開口部474が設けられている。この開口部474は、後述する各相の電力線485を軸方向に挿通させる挿通孔部である。開口部474には端子台475が設けられており(図41参照)、その端子台475に、不図示の外部配線が接続されるようになっている。
また、図56に示すように、内筒部材462の端板部471には、貫通孔472の径方向外側であり、かつ周方向において開口部474との間に少なくとも1つの突出部473を介在させた位置に、軸方向に貫通する挿通孔476が設けられている。この挿通孔476は、後述するレゾルバ信号線522を軸方向に挿通させる孔部である。
ここで、固定子コア432を構成する複数の分割コア435について、部分巻線441A,441Bや固定子ホルダ460との関係を示しながら詳しく説明する。図57は、固定子ホルダ460に対して分割コア435と部分巻線441A,441Bとを組み付けた状態を拡大して示す横断面図であり、図58は、部分巻線441Aと分割コア435とを一体化させた状態を示す斜視図である。
分割コア435は、その横断面が固定子ホルダ460の外周側の曲面に合わせて円弧状に形成されており、径方向内側が凹状の曲面、径方向外側が凸状の曲面となっている。また、分割コア435は、固定子ホルダ460に対して、互いの対向面で凹凸係合による位置決めが行われるようになっており、分割コア435の径方向内面側には凸部436が設けられるとともに、固定子ホルダ460において外筒部材461の外周面には凹部477が設けられている。分割コア435側の凸部436と固定子ホルダ460側の凹部477はそれぞれ軸方向に直線状に延びるように設けられており、分割コア435において軸方向一端から軸方向他端までの範囲で凸部436が設けられている。凸部436及び凹部477がそれぞれ「係合部」に相当する。
固定子ホルダ460と分割コア435との間には、合成樹脂からなる樹脂層RS1が形成されている。
なお、長尺板状のコアシートの積層により分割コア435が形成される場合には、複数のコアシートを積層して直方体状の積層コアが作成された後に、その積層コアが所定の曲率で曲げ加工されるとよい。この作成手法によれば、固定子ホルダ460の円筒部の外径寸法が異なるものに対しても、共通の積層コアを用いつつ容易に対応可能となる。また、アウタロータ型の回転電機だけでなく、インナロータ型の回転電機にも容易に対応可能となる。
分割コア435において固定子ホルダ460の反対側、すなわち分割コア435の径方向外側には部分巻線441A,441Bが組み付けられている。分割コア435の周方向寸法は、部分巻線441A,441Bの周方向の横幅と同じである。この場合、分割コア435は部分巻線441Aに1対1で対応させて設けられており、分割コア435ごとに、各部分巻線441Aの一対の中間導線部442がそれぞれ固定されている。また、部分巻線441Bは、周方向に隣り合う2つの分割コア435の互いの境界部を跨ぐように設けられている。各部分巻線441A,441Bの中間導線部442と分割コア435との間には、合成樹脂からなる樹脂層RS2が形成されている。
各部分巻線441A,441Bでは、一方の部分巻線441Aの渡り部が径方向内側となり、かつ他方の部分巻線441Bの渡り部が径方向外側となるようにして各々の渡り部が周方向に重複するようになっている。この場合、部分巻線441Aの渡り部は径方向内外のうち分割コア435側となり、部分巻線441Bの渡り部は径方向内外のうち分割コア435の反対側となっている(図50参照)。
一般に、固定子ホルダ460に対する固定子コア432の組み付けは、焼きばめや圧入といった所定の締め代での嵌合固定により行われる。これに対して本実施形態では、固定子ホルダ460に対して複数の分割コア435をそれぞれ固定することで、固定子コア432の組み付けが行われる。この場合、径方向の組み付け力が生じにくくなるため、固定子ホルダ460と固定子コア432との間に隙間が生じ、がたつきや放熱性の低下の懸念が生じるが、固定子ホルダ460と分割コア435との間に樹脂層RS1が形成されていることで、がたつきや放熱性の低下が抑制されるようになっている。なお、アウタロータ構造の回転電機では、固定子ホルダ460と固定子コア432とのうち径方向外側の固定子コア432を加熱して焼きばめを行う必要があり、加熱に伴う特性変化等の生じる可能性があるが、分割コア435を用いた構成ではこうした懸念が解消される。
固定子ホルダ460と分割コア435との間に樹脂層RS1が介在し、部分巻線441A,441Bと分割コア435との間に樹脂層RS2が介在する構成によれば、部分巻線441A,441Bにより生じた熱を、冷却部としての冷媒通路463を有する固定子ホルダ460に向けて好適に放出することができ、放熱性の向上を図ることができる。なお、樹脂層RS1,RS2は、熱伝導率の高い材料(例えば熱伝導率が0.3W/mK以上の樹脂)により形成されているとよい。
樹脂層RS1,RS2は、それぞれ同じ樹脂材料により形成されているとよい。ただし、樹脂層RS1,RS2は互いに異なる樹脂材料であってもよく、部分巻線441A,441B側の樹脂層RS2の樹脂材料が、固定子ホルダ460側の樹脂層RS1の樹脂材料よりも接着強度の高いものであってもよい。この場合、固定子ホルダ460側の分割コア435の固定は凹凸係合を伴うものであるのに対し、分割コア435と部分巻線441A,441Bとの固定は係合によるものでなく、信頼性向上のために接着力が高められていることが望ましい。
又は、部分巻線441A,441B側の樹脂層RS2の樹脂材料が、固定子ホルダ460側の樹脂層RS1の樹脂材料よりも熱伝導率の高いものであってもよい。この場合、熱源であるコイル側の樹脂層RS2の熱伝達率を高めることにより、放熱性の向上を図ることができる。また、部分巻線441A,441B側では、固定子ホルダ460側に比べて分割コア435との間に隙間が生じ易いと考えられるため、樹脂層RS2の熱伝達率を高めることにより、やはり放熱性の向上を図ることができる。
上記のとおり固定子ホルダ460側に凹部477が設けられるとともに、分割コア435側に凸部436が設けられている構成(換言すれば分割コア435側に凹部が形成されていない構成)にすることで、コギングトルクの発生を抑制しつつ、所望の位置決め効果を実現することができる。
固定子ホルダ460に対する固定子430の組み付けに際しては、図58に示すごとく分割コア435と部分巻線441Aとが一体化された状態で、その一体物が固定子ホルダ460の円筒部、すなわち外筒部材461に組み付けられる。このとき、固定子ホルダ460側の凹部477と分割コア435側の凸部436とにより各分割コア435の位置合わせが行われるとともに、固定子ホルダ460と分割コア435との間に樹脂層RS1を介在させた状態で分割コア435の組み付けが行われる。分割コア435は、径方向からの組み付けが可能である。そのため、軸方向からの組み付けとは異なり、固定子ホルダ460側又は分割コア435側の少なくともいずれかに塗布された樹脂材がそぎ落とされるといった不都合が生じにくいものとなっている。
そして、固定子ホルダ460に対して分割コア435と部分巻線441Aとが組み付けられた後に、部分巻線441Bが組み付けられる。各部分巻線441A,441Bが組み付けられた状態では、部分巻線441Aは、周方向に並ぶ分割コア435の互いの境界部が、周方向の部分巻線441Aどうしの境界部に対応するように配置されている。また、部分巻線441Bは、周方向に並ぶ分割コア435の互いの境界部を跨ぐように配置されている。
なお、固定子ホルダ460に対する固定子430の組み付けは、固定子ホルダ460に対して各分割コア435の組み付けを行い、その後に、分割コア435ごとに部分巻線441Aを組み付けるとともに、さらに部分巻線441Bの組み付けを行うものであってもよい。
固定子ホルダ460及び分割コア435の凹凸係合に関する構成として以下の構成を用いることも可能である。
図59(a)は、分割コア435を径方向内側(固定子ホルダ460側)から見た正面図であり、図59(b)は、図59(a)のB-B線断面図である。図59(a),(b)に示す構成では、分割コア435において、軸方向一端から軸方向他端までの間の一部となる範囲で凸部436が設けられている。不図示とするが、固定子ホルダ460側においても軸方向に同じ範囲で凹部477が設けられている。この場合、周方向だけでなく、軸方向においても分割コア435と固定子ホルダ460との凹凸係合による位置決めが可能となる。
図59(a),(b)に示す分割コア435では、軸方向において凸部436を有する部分A1と凸部436を有していない部分A2とで、異なる種類(異なる形態)のコアシートが用いられている。具体的には、各部分A1,A2において、切欠を有するコアシートと切欠を有していないコアシートとが使い分けられている。この分割コア435は、各部分A1,A2がそれぞれ長尺板状のコアシートの積層により形成され、互いに接合された後に所定の曲率で曲げ加工されることで作製されるとよい。
図59(c),(d)に示すように、周方向に並ぶ各分割コア435において周方向端部が互いに径方向に重なり合う構成としてもよい。図59(c)の構成では、分割コア435の周方向端部の端面が径方向に対して斜めに延びる向きとなっており、その周方向端面どうしが近接対向する状態で、周方向に複数の分割コア435が並べて配置されている。また、図59(d)の構成では、分割コア435の周方向端部の端面に段差が形成され、その段差により、周方向に隣り合う分割コア435において周方向端部が互いに径方向に重なり合う構成になっている。図中のOLが、各分割コア435が径方向に互いに重なる重なり部に相当する。これらの各構成によれば、固定子コア432において各分割コア435どうしの境界部(繋ぎ目)での磁気性能の低下を抑制することができる。
なお、図59(d)の構成では、分割コア435の周方向端部の重なり部において、固定子ホルダ460側(図の下側)と固定子巻線431側(図の上側)とで厚さ寸法が異なり、固定子巻線431側の方が肉厚となる構成となっている。これにより、分割コア435の周方向端部を段差状にする構成において磁気抵抗悪化を好適に抑制できる。
図59(e)に示すように、固定子ホルダ460と分割コア435との係合部の構成として、固定子ホルダ460側に凸部を設けるとともに、分割コア435側に凹部を設ける構成としてもよい。この場合、固定子ホルダ460に環状の冷媒通路463が設けられていることを加味すると、固定子ホルダ460側に凹部でなく凸部が形成されることで、冷媒通路463の形成に影響が生じにくいものとなっている。
図60に示す分割コア435では、周方向のずれを含む状態で各コアシートが積層されており、そのずれにより、分割コア435の周方向端面に段差が形成されている。同様に、分割コア435の凸部436についても軸方向にずれが生じるものとなっている。各コアシートは、複数枚ごとに周方向にずらされた状態で積層されているとよい。ただし、各コアシートは、積層方向の1枚ごとに周方向にずらされていてもよい。
そして、各分割コア435が固定子ホルダ460に組み付けられた状態では、各分割コア435の周方向端面に形成された段差(凹凸)が互いに係合するようになっている。つまり、コアシートの周方向のずれにより形成された分割コア435の周方向端面の段差によって、周方向に並ぶ分割コア435どうしが互いに係合する構成となっている。これにより、固定子コア432における磁気抵抗の悪化を抑制することができる。
図61(a)に示すように、分割コア435において、軸方向に対して斜めとなる向きに延びるように凸部436が設けられていてもよい。凸部436に代えて凹部が設けられていてもよい。これにより、分割コア435に凸部又は凹部を設けることに起因するコギングトルクの発生を抑制することができる。
図61(b)に示すように、分割コア435において周方向両端面が軸方向に対して同じ向きに傾き、正面視において分割コア435が略平行四辺形状をなすように形成されていてもよい。
図61(c)に示すように、分割コア435において周方向両端面が軸方向に対して互いに逆向きに傾き、正面視において分割コア435が略台形状(等脚台形状)をなすように形成されていてもよい。
次に、コイルエンドカバー490について説明する。
図47や図50に示すように、コイルエンドカバー490は、円環状をなしており、固定子ホルダ460の端板部471に組み付けられるものとなっている。換言すると、コイルエンドカバー490は、固定子430の軸方向一端側のコイルエンド部、すなわち固定子430の軸方向両端のコイルエンド部のうち渡り部443が径方向外側に屈曲された側のコイルエンド部に設けられるものとなっている。このコイルエンドカバー490により、固定子巻線431のコイルエンド部が軸方向に覆われるとともに、軸方向一端側での各部分巻線441A,441Bの位置決めが行われる。
コイルエンドカバー490には、周方向に並ぶ複数の取付孔492が設けられており、それら各取付孔492において固定ピンやビス等の固定具によりコイルエンドカバー490が固定子ホルダ460に対して取り付けられるようになっている。なお、固定子ホルダ460とコイルエンドカバー490とが「電機子保持部材」に相当する。
本実施形態では、固定子ユニット420において、固定子コア432の各分割コア435及びコイルエンドカバー490に対して部分巻線441A,441Bが機械的結合により固定されるようになっており、以下にはその具体的な構成を説明する。
図55で説明したとおり、各部分巻線441A,441Bにおいて中間導線部442よりも径方向内側では、部分巻線441Aの絶縁カバー451に設けられたブラケット455の突出部455aと、部分巻線441Bの絶縁カバー454に設けられたブラケット458の突出部458aとが軸方向に重なり、かつ各突出部455a,458aの貫通孔455b,458bの平面視の位置が一致するものとなっている。
一方で、図49に示すように、各分割コア435の軸方向一端側の端面にはそれぞれ凹部437が形成されており、複数の分割コア435により円筒状の固定子コア432を形成した状態では、周方向に所定間隔で複数の凹部437が配置されている。
各分割コア435は、各部分巻線441A,441Bの径方向内側に組み付けられる。この場合、各部分巻線441A,441Bの中間導線部442よりも径方向内側において、絶縁カバー451,454におけるブラケット455,458の貫通孔455b,458bと、固定子コア432の軸方向端面の凹部437とで位置合わせが行われる。そして、これら貫通孔455b,458b及び凹部437に対して、例えば金属製の固定ピンからなる結合部材が組み付けられることにより、各分割コア435に対して各部分巻線441A,441Bが固定されるようになっている。
また、コイルエンドカバー490には、周方向に等間隔で複数の貫通孔491が設けられており、その複数の貫通孔491が、1つ置きに、部分巻線441Aの絶縁カバー452におけるブラケット456の貫通孔456bと、部分巻線441Bの絶縁カバー453におけるブラケット457の貫通孔457bとにそれぞれ対応するものとなっている。コイルエンドカバー490は、部分巻線441A,441Bの渡り部に対向する対向部に相当する。この場合、固定子430の軸方向一端側にコイルエンドカバー490が装着された状態で、絶縁カバー452,453側の貫通孔456b,457bに対して、コイルエンドカバー490側の各貫通孔491の位置合わせが行われ、さらに各貫通孔491に例えば金属製の固定ピンからなる結合部材が組み付けられることにより、固定子430に対してコイルエンドカバー490が固定される。かかる状態において、コイルエンドカバー490により、各部分巻線441A,441Bの軸方向一端側が各々固定されるようになっている。
固定子巻線431に対するコイルエンドカバー490の取り付け状態を想定すると、周方向に並ぶ複数の貫通孔491は、固定子巻線431において径方向に屈曲されず軸方向に延びる渡り部444(換言すると、中間導線部442の位置)よりも径方向外側に配置され、同じく周方向に並ぶ複数の取付孔492は、固定子巻線431の渡り部444よりも径方向内側に配置されるようになっている。
要するに、各分割コア435及びコイルエンドカバー490に対する部分巻線441A,441Bの固定の構造をまとめると以下のとおりである。各部分巻線441A,441Bの軸方向一端側では、部分巻線441Aの渡り部443が径方向内側に屈曲されており、各部分巻線441A,441Bの渡り部443,444が分割コア435に対して固定されている。一方で、各部分巻線441A,441Bの軸方向他端側では、部分巻線441Bの渡り部443が径方向外側に屈曲されており、各部分巻線441A,441Bの渡り部443,444がコイルエンドカバー490に対して固定されている。
分割コア435と各部分巻線441A,441Bとの固定に関して、分割コア435の凹部437が「固定部」に相当し、絶縁カバー451,454におけるブラケット455,458の貫通孔455b,458bが「被固定部」に相当する。また、コイルエンドカバー490と各部分巻線441A,441Bとの固定に関して、コイルエンドカバー490の貫通孔491が「固定部」に相当し、絶縁カバー452,453におけるブラケット456,457の貫通孔456b,457bが「被固定部」に相当する。
次に、配線モジュール480について説明する。配線モジュール480は、固定子巻線431において各部分巻線441A,441Bに電気的に接続される巻線接続部材であり、この配線モジュール480により、各相の部分巻線441が相ごとに並列又は直列に接続され、かつ各相の相巻線が中性点接続される。図43に示すように、配線モジュール480は、固定子430の軸方向両端のうち一端側、具体的には回転子キャリア411の端板部414の側(コイルエンドカバー490の反対側)に設けられている。
より詳しくは、固定子巻線431は、軸方向一端側が径方向内側に屈曲された部分巻線441Aと、軸方向他端側が径方向外側に屈曲された部分巻線441Bとを有しており、部分巻線441Aの屈曲側と部分巻線441Bの非屈曲側とを回転子キャリア411の端板部414側にして、それら各部分巻線441A,441Bが周方向に一部重複しつつ並べて配置されている。そして、固定子巻線431の軸方向両端のうち回転子キャリア411の端板部414側に、配線モジュール480が設けられている。
図47に示すように、配線モジュール480は、円環状をなす環状部481と、その環状部481に沿って周方向に並べて設けられた複数の接続端子482とを有している。環状部481は、例えば樹脂等の絶縁部材により円環状に形成されている。環状部481には、相ごとの配線と中性点用の配線(いずれも図示略)が埋設されており、それら各配線に、接続端子482が電気接続されている。接続端子482は、部分巻線441ごとに設けられ、かつそれぞれ軸方向に延びる向きで固定されている。
また、配線モジュール480において、環状部481に埋設された各相の配線には、相ごとにバスバー483が接続されている。各バスバー483は、それぞれU相電力用、V相電力用及びW相電力用の電力配線の一部であり、径方向内側に突出する向きで設けられている。
固定子巻線431では、図47の下側の端部に、径方向に屈曲されていない渡り部444が環状に並んで配置されており、その渡り部444の径方向内側に配線モジュール480が設けられるようになっている。つまり、配線モジュール480の環状部481は、周方向に並ぶ渡り部444により形成される円環部よりも小径に形成されている。環状部481には、配線モジュール480を固定子ホルダ460に取り付けるための取付部材484が設けられている。取付部材484は、例えば金属板により構成され、周方向に所定間隔で複数の取付部を有している。
配線モジュール480の各バスバー483には、固定子巻線431に対して相ごとに電力を供給する電力線485が接続される。各電力線485は、周方向に並び、かつ軸方向に延びるようにして配置されている。電力線485は、導線自体が金属バスバー等の剛体であるか、又は導線が合成樹脂等の剛体であるチューブに挿通されたものであるとよい。これにより、回転電機400にて振動が生じても、その振動の影響を受けにくくすることができる。電力線485をフレキシブルハーネスにより構成することも可能である。なお、各電力線485は、内筒部材462の端板部471に設けられた端子台475に接続されるようになっている。
次に、上述した回転子410や固定子ユニット420を含む回転電機400の全体構成について、図43と図62とを用いて説明する。なお、図62は、スピンドル401と固定子ユニット420とを固定物として一体化し、かつハブ402と回転子410とを回転物として一体化した状態で示す回転電機400の分解断面図である。
固定子ユニット420には、固定子ホルダ460の貫通孔472に挿通された状態でスピンドル401が組み付けられている。詳しくは、固定子ホルダ460の貫通孔472にスピンドル401の固定軸部404が挿通され、その状態で、内筒部材462の端板部471にボルト等の固定具によりスピンドル401が固定されている。一方、回転子410には、ハブ402が固定されている。詳しくは、回転子キャリア411の貫通孔414aにハブ402が挿通され、その状態で、ハブ402がボルト等の固定具により端板部414に固定されている。
そして、スピンドル401の固定軸部404がハブ402の挿通孔406に挿通された状態で、互いに径方向内外となる位置に固定子ユニット420及び回転子410がそれぞれ配置されるものとなっている。ここで、図62に示すように、スピンドル401及び固定子ユニット420の一体物には、スピンドル401の固定軸部404の周りに環状空間S1が形成されている。また、ハブ402及び回転子410の一体物には、ハブ402の周りに環状空間S2が形成されている。そして、環状空間S1にハブ402が入り込み、かつ環状空間S2に固定子ユニット420が入り込むようにして、スピンドル401及び固定子ユニット420の一体物と、ハブ402及び回転子410の一体物とが互いに組み付けられている。
スピンドル401の固定軸部404とハブ402との間には軸受407,408が組み付けられ、その軸受407,408によりハブ402が回転可能に支持されている。つまり、軸受407,408により、スピンドル401及び固定子ユニット420に対して、ハブ402及び回転子410が回転可能に支持されている。なお、軸受407,408において内輪が固定軸部404側に組み付けられ、外輪がハブ402側に組み付けられている。
スピンドル401及び固定子ユニット420の一体物と、ハブ402及び回転子410の一体物とが互いに組み付けられた状態において、回転子410の開放端側、すなわち軸方向においてハブ402の反対側(回転子キャリア411の端板部414の反対側)には、回転子カバー511が固定されている。回転子カバー511は、円環板状をなしており、内筒部材462との間に軸受512を介在させた状態で、回転子キャリア411にボルト等の固定具により固定されている。
スピンドル401及び固定子ユニット420の一体物と、ハブ402及び回転子410の一体物とが互いに組み付けられた状態では、固定子ユニット420の内周側に、軸方向及び径方向に閉じた環状の閉鎖空間SAが形成されている。そして、その閉鎖空間SA内に、回転センサとしてのレゾルバ520が設けられている。レゾルバ520は、円環状をなしており、固定物側である固定子ユニット420の内筒部材462に固定されたレゾルバステータと、回転物側であるハブ402に固定されたレゾルバロータとを有する。レソルバステータの径方向内側に、レゾルバロータが対向配置されている。
本実施形態では、上述したとおり、固定子ホルダ460における内筒部材462の内周側に、周方向に所定間隔で複数の突出部473が設けられている(図56参照)。レゾルバ520(レゾルバステータ)は、内筒部材462の突出部473の軸方向端面に取り付けられている。
図44に示すように、レゾルバ520は、その周方向の一部に端子部521を有しており、その端子部521にはレゾルバ信号線522が接続されている。また、図42,図43に示すように、レゾルバ信号線522は、内筒部材462の端板部471に設けられた挿通孔476を介して回転電機外部(回転電機400の軸方向端部)まで案内されている。なお、挿通孔476は、グロメット等のシール部材によりシールされているとよい。また、内筒部材462の軸方向端面に、レゾルバ信号線522に接続された信号線端子部が設けられていてもよい。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
回転電機400において、固定子コア432を、周方向に並ぶ複数の分割コア435により円筒状に形成し、それら各分割コア435を固定子ホルダ460に対して組み付ける構成とした。この場合、円環状の固定子コア432と固定子ホルダ460とが焼きばめや圧入により嵌合固定される構成とは異なり、固定子コア432と固定子ホルダ460との間の隙間に起因して、がたつきの発生や固定子430側から固定子ホルダ460への放熱性の低下が懸念される。この点、固定子ホルダ460と各分割コア435との間に樹脂層RS1を介在させた状態で固定子ホルダ460に対して各分割コア435を組み付ける構成としたため、固定子コア432と固定子ホルダ460との間の隙間に起因する不都合を抑制することができる。特に、ティースレス構造の固定子430を用いる場合には、固定子コア432のティースに対して固定子巻線431が係合されないために、固定子コア432(各分割コア435)のがたつきが生じることによる固定子巻線431の位置ずれ等の不都合が懸念されるが、こうした不都合も抑制される。その結果、固定子コア432の組み付けを適正に行わせることができる。
固定子ホルダ460及び分割コア435において径方向の互いの対向部分に、周方向に係合可能な係合部(凸部436及び凹部477)を設けたため、固定子ホルダ460に対する各分割コア435の周方向の位置ずれを抑制することができる。
分割コア435の周方向寸法を、部分巻線441A,441Bの周方向の横幅と同じにしたため、分割コア435に対する部分巻線441A,441Bの組み付けを簡易にすることができる。
部分巻線441Bが、周方向に並ぶ分割コア435の互いの境界部を跨ぐように設けられることで、分割コア435間の境界部での各分割コア435のズレが生じにくくなる。そのため、各分割コア435の好適なる組み付けが可能となる。
複数の部分巻線441として、渡り部が径方向内外のうち分割コア435側となる部分巻線441A(第1部分巻線)と、渡り部が径方向内外のうち分割コア435の反対側となる部分巻線441B(第2部分巻線)とを含む構成とすることにより、各部分巻線441の渡り部を互いに干渉させることなく、各部分巻線441を好適に配置することができる。また、部分巻線441A,441Bのうち、渡り部が分割コア435側となりかつ分割コア435に対して先に組み付けられる部分巻線441Aについて、その周方向両端が分割コア435の周方向両端に対応するようになっているため、各分割コア435(固定子コア432)に対する各部分巻線441の組み付けが容易となっている。
分割コア435に設けられた凹部437(固定部)により、分割コア435に対して部分巻線441A,441Bが固定される構成とした。これにより、ティースレス構造の固定子430において、分割コア435と部分巻線441A,441Bとを好適に組み付けることができる。
部分巻線441A,441Bの渡り部に絶縁カバー451~454を設けたことで、各部分巻線441A,441Bの渡り部どうしが周方向に互いに重複するように配置される構成であっても、相互の絶縁を好適に実現できる。また、絶縁カバー451,454におけるブラケット455,458の貫通孔455b,458bを、分割コア435側の固定部に固定される被固定部としたことで、絶縁カバー451~454に、部分巻線どうしを絶縁する絶縁機能と、分割コア435に対する部分巻線441A,441Bの固定機能とを付与することができる。
固定子ユニット420では、径方向において固定子コア432を挟んで一方の側に固定子ホルダ460の外筒部材461(円筒部)が設けられ、他方の側に固定子巻線431が設けられている。そして、部分巻線441A,441Bが、固定子ホルダ460に一体化されたコイルエンドカバー490の貫通孔491に固定されるようになっている。この場合、分割コア435は、固定子ホルダ460の外筒部材461と各部分巻線441A,441Bとの間に介在し、かつそれら両者の固定により両者間に挟まれた状態で保持される。これにより、分割コア435の位置ずれが規制され、固定子ホルダ460に対する分割コア435の適正な組み付けが可能となっている。
固定子ホルダ460と各分割コア435との間に樹脂層RS1が形成されるとともに、各分割コア435と部分巻線441A,441B(固定子巻線431)との間にも樹脂層RS2が形成される構成とした。これにより、固定子巻線431で生じた熱を各分割コア435を介して固定子ホルダ460の側に好適に伝えることができ、放熱性の向上を図ることができる。
(第2実施形態の変形例)
・図63に示すように、2つの部分巻線441Aに対して1つの分割コア435を設ける構成としてもよい。その他に、3つ以上の部分巻線441Aに対して1つの分割コア435を設けることも可能である。ただし、固定子コア432における分割コア435の数は2以上であり、かつ部分巻線441Aの数の半数以下である。上記構成によれば、分割コア435に対する部分巻線441の組み付けを簡易にすることができる。
・図63に示すように、2つの部分巻線441Aに対して1つの分割コア435を設ける構成としてもよい。その他に、3つ以上の部分巻線441Aに対して1つの分割コア435を設けることも可能である。ただし、固定子コア432における分割コア435の数は2以上であり、かつ部分巻線441Aの数の半数以下である。上記構成によれば、分割コア435に対する部分巻線441の組み付けを簡易にすることができる。
ここで、部分巻線441A,441Bの周方向の横幅をL、固定子コア432の円周寸法をL×n(nは自然数)、「n」の1,n以外の約数をDとする場合に、分割コア435の周方向寸法はL×Dである。本実施形態では、固定子コア432の円周寸法がL×18であり、「18」の1,18以外の約数Dは、2,3,6,9である。この場合、図63の構成では、分割コア435の円周寸法は「L×2」となっている。
・固定子ホルダ460に対する分割コア435の固定方法として以下の構成を用いてもよい。なお、図64(a)~(c)に示す固定子ホルダ460及び分割コア435では、これら両者の凹凸係合に関する構成が省略されている。
図64(a)に示すように、周方向に隣り合う各分割コア435の間に、先端部が固定子ホルダ460に刺さる状態で固定具531が組み付けられている構成としてもよい。固定具531は、先端が鋭利で、かつ楔状をなす部材であり、分割コア435の径方向の厚さ寸法よりも長い長さ寸法を有している。固定具531は、針状の部材であってもよいし、軸方向に延びる長尺板状の部材であってもよい。また、固定具531は磁性材料であるとよいが、非磁性材料であってもよい。この構成によれば、各分割コア435の周方向の位置が固定具531により規制される。これにより、各分割コア435における周方向の位置ずれを抑制できる。
なお、固定子ホルダ460にあらかじめ下穴を形成しておき、その下穴に対して固定具531を挿し入れる構成であってもよい。周方向に並ぶ各分割コア435の間において、周方向の少なくとも1箇所で固定具531による固定が行われていればよい。
図64(b)に示すように、固定具531は、各分割コア435の径方向端面、詳しくは反ホルダ側の周方向端面に係合する係合部を有しているとよい。これにより、各分割コア435の径方向の位置ずれを抑制できる。
図64(c)に示すように、固定具531は、各分割コア435の周方向の中間部に差し込まれるものであってもよい。固定具531は、周方向に並ぶ各分割コア435の少なくとも1つに設けられていればよい。これにより、各分割コア435の固定を適正に行わせることができる。なお、固定具531において分割コア435の径方向端面(詳しくは反ホルダ側の周方向端面)に係合する係合部を省略することも可能である。
・図65(a)に示すように、分割コア435は、径方向の厚さ寸法が異なる部位を有するものであってもよい。具体的には、分割コア435は、軸方向一端側に、径方向の厚さ寸法の大きい張り出し部438を有しており、その張り出し部438が固定子ホルダ460の反対側に延びるようにして、固定子ホルダ460に組み付けられるようになっている。この場合、分割コア435の軸方向の長さはコイルサイド部分よりも長く、張り出し部438が各部分巻線441A,441Bの渡り部よりも軸方向外側に配置されるようになっている。
また、分割コア435の軸方向一端には、既述のとおり凹部437が設けられ、軸方向他端の張り出し部438には凹部439が設けられている。これら各凹部437,439はそれぞれ部分巻線441A,441Bを固定するための固定部に相当する。
そして、図65(b)に示すように、分割コア435の軸方向一端では、部分巻線441A,441Bの渡り部が凹部437を用いて固定され、分割コア435の軸方向他端では、部分巻線441A,441Bの渡り部が張り出し部438の凹部439を用いて固定されるようになっている。
図65に示す分割コア435において、張り出し部438とそれ以外の部分とは、互いに異なる種類のコアシートが積層されることにより構成されている。つまり、分割コア435は、部分巻線441A,441B(固定子巻線431)のコイルエンド部分に対して軸方向に対向する部分として張り出し部438を有しており、軸方向において張り出し部438(コイルエンド対向部分)とそれ以外の部分とで異なる種類のコアシートが用いられている。また、張り出し部438とそれ以外の部分とではコアシートの材質が互いに異なるものであってもよい。例えば、透磁率や強度が互いに異なっているとよい。この場合、張り出し部438は非磁性体であるとよい。又は、分割コア435において、張り出し部438はそれ以外の部位よりも高強度であるとよい。上記構成によれば、軸方向(コアシート積層方向)に異なる形態が求められる分割コア435を好適に実現することができる。
・固定子巻線431の部分巻線441A,441Bとして、以下の構成を用いてもよい。
図66(a),(b)に示す構成では、2種類の部分巻線441A,441Bのうち一方の部分巻線441Aは、側面視で略C字状をなし、他方の部分巻線441Bは、側面視で略I字状をなしている。各部分巻線441A,441Bのうち、渡り部が分割コア435側となる方の部分巻線441Aが分割コア435に対して先付けされ、渡り部が分割コア435の反対側となる方の部分巻線441Bが分割コア435に対して後付けされる。部分巻線441Aは、渡り部が径方向内外のうち分割コア435側(径方向内側)となる第1部分巻線であり、部分巻線441Bは、渡り部が径方向内外のうち分割コア435の反対側(径方向外側)となる第2部分巻線である。
そして、図66(b)に示すように、各部分巻線441A,441Bの渡り部は、分割コア435の凹部437に挿し入れられた固定ピンにより固定されるようになっている。本構成では、分割コア435の軸方向両端面に凹部437がそれぞれ設けられ、部分巻線441A,441Bの軸方向両端の各渡り部が、それぞれ分割コア435に対して固定されるようになっている。
上記以外に、部分巻線441A,441Bの軸方向両端の各渡り部が、それぞれ固定子ホルダ460に対して固定される構成、すなわち分割コア435に対して直接的には固定されていない構成であってもよい。
・円筒状に配置された各分割コア435に対して、各部分巻線441A,441Bが図67に示すように組み付けられる構成であってもよい。図67では、部分巻線441Aは、周方向に並ぶ分割コア435の互いの境界部を跨ぐように設けられている。また、部分巻線441Bは、周方向に並ぶ分割コア435の互いの境界部が、周方向の部分巻線441Bどうしの境界部に対応するように設けられている。
・上記実施形態では、固定子巻線431として複数の部分巻線441A,441Bを用いる構成とし、部分巻線441Aに対応させて分割コア435を設ける構成としたが、これを変更してもよい。例えば、固定子巻線431を波巻きとする。この場合、固定子ホルダ460の円筒部に複数の分割コア435を並べて配置した後、その分割コア435の周方向外側に波巻きコイルを組み付けるとよい。
・上記構成では、図47に示すように、固定子ユニット420において固定子ホルダ460とコイルエンドカバー490とを別体で設け、固定ピンやビス等の固定具により、固定子ホルダ460に対してコイルエンドカバー490を固定するようにしたが、この構成を変更してもよい。具体的には、図68に示すように、固定子ホルダ460の端板部471に一体化させた状態でコイルエンドカバー497を設ける構成とする。この場合、固定子ホルダ460には、径方向外側に延びるようにして鍔状にコイルエンドカバー497が形成され、そのコイルエンドカバー497により各部分巻線441A,441Bのコイルエンド部(渡り部443)が固定されるようになっている。
・第2実施形態では、回転電機400をアウタロータ構造のものとしたが、これを変更し、インナロータ構造の回転電機であってもよい。インナロータ構造の回転電機では、固定子が径方向外側に設けられ、回転子が径方向内側に設けられる。かかる構成においても、上記のとおり固定子コアを複数の分割コアにより形成する構成やそれに付随する構成が適宜用いられるとよい。
・回転電機400の用途は車両の走行用モータ以外であってもよく、航空機を含め広く移動体に用いられる回転電機や、産業用又は家庭用の電気機器に用いられる回転電機であってもよい。
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
400…回転電機、410…回転子、430…固定子、431…固定子巻線、432…固定子コア、435…分割コア、460…固定子ホルダ、RS1…樹脂層。
Claims (14)
- 複数の磁極を有する界磁子(410)と、
多相の電機子巻線(431)と、前記電機子巻線の径方向内側又は径方向外側に一体に設けられる電機子コア(432)とを含むティースレス構造の電機子(430)と、
前記電機子コアの径方向内外のうち前記電機子巻線の反対側に組み付けられる電機子保持部材(460)と、
を備え、前記界磁子及び前記電機子が径方向に互いに対向するように設けられた回転電機(400)であって、
前記電機子コアは、周方向に並ぶ複数の分割コア(435)により円筒状に形成されており、
前記電機子保持部材と前記各分割コアとの間に樹脂層(RS1)を介在させた状態で、前記電機子保持部材に対して前記各分割コアが組み付けられている回転電機。 - 前記電機子保持部材及び前記分割コアにおいて径方向の互いの対向部分にはそれぞれ、周方向に係合可能な係合部(436,477)が設けられている請求項1に記載の回転電機。
- 前記分割コアは、軸方向に複数のコアシートが積層されたものであり、2種類以上の前記コアシートが積層されることにより構成されている請求項1又は2に記載の回転電機。
- 周方向に並ぶ前記各分割コアの間の少なくとも1箇所に、先端部が前記電機子保持部材に刺さる状態で固定具(531)が組み付けられている請求項1~3のいずれか1項に記載の回転電機。
- 周方向に並ぶ前記各分割コアの少なくとも1つにおいて当該分割コアの周方向の中間部に、先端部が前記電機子保持部材に刺さる状態で固定具(531)が組み付けられている請求項1~3のいずれか1項に記載の回転電機。
- 前記電機子巻線は、相ごとに複数の部分巻線(441)からなる相巻線を有し、
前記部分巻線は、周方向に所定間隔を離して設けられる一対の中間導線部(442)と、軸方向一端側及び他端側に設けられ前記一対の中間導線部を環状に接続する渡り部(443,444)とを有し、互いに異なる部分巻線の各中間導線部どうしが近接状態で周方向に並べて配置されており、
前記分割コアの周方向寸法は、前記部分巻線の周方向の横幅Lと同じであるか、又は、前記電機子コアの円周寸法が前記横幅L×nであり「n」の1,n以外の約数がDである場合にL×Dである請求項1~5のいずれか1項に記載の回転電機。 - 前記複数の部分巻線は、周方向に隣り合う2つの前記分割コアの互いの境界部を跨ぐように設けられた部分巻線を含む請求項6に記載の回転電機。
- 前記電機子巻線では、前記部分巻線における前記一対の中間導線部の間に、他相の前記部分巻線における前記一対の中間導線部のうち一方の中間導線部が配置されるとともに、周方向に前記渡り部が重複する前記各部分巻線どうしで、一方の部分巻線の前記渡り部が径方向内側となり、かつ他方の部分巻線の前記渡り部が径方向外側となっており、
前記複数の部分巻線は、前記渡り部が径方向内外のうち前記分割コア側となる第1部分巻線(441A)と、前記渡り部が径方向内外のうち前記分割コアの反対側となる第2部分巻線(441B)とを含み、
前記第1部分巻線は、周方向に並ぶ前記分割コアの互いの境界部が、周方向の前記第1部分巻線どうしの境界部に対応するように設けられ、前記第2部分巻線は、周方向に並ぶ前記分割コアの互いの境界部を跨ぐように設けられている請求項6又は7に記載の回転電機。 - 前記分割コアには、前記部分巻線を固定する固定部(437,439)が設けられている請求項6~8のいずれか1項に記載の回転電機。
- 前記部分巻線には、前記渡り部に、前記部分巻線どうしの絶縁を図る絶縁部材(451,454)が取り付けられており、
前記絶縁部材に、前記固定部に固定される被固定部(455b,458b)が設けられている請求項9に記載の回転電機。 - 前記電機子保持部材は、前記部分巻線の渡り部に対向する対向部(490,497)を有し、その対向部に、前記部分巻線を固定する固定部(491)が設けられている請求項6~10のいずれか1項に記載の回転電機。
- 周方向に並ぶ前記各分割コアは、その周方向端部に、径方向に互いに重なる重なり部(OL)を有している請求項1~11のいずれか1項に記載の回転電機。
- 前記分割コアは、軸方向に複数のコアシートが積層されたものであり、
周方向のずれを含む状態で前記コアシートが積層されることにより、前記分割コアの周方向端面に段差が形成されており、
周方向に並ぶ前記各分割コアは、その周方向端面の段差を互いに係合させた状態で前記電機子保持部材に組み付けられている請求項1~12のいずれか1項に記載の回転電機。 - 前記各分割コアと前記電機子巻線との間に第2樹脂層(RS2)が設けられている請求項1~13のいずれか1項に記載の回転電機。
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CN116914971A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-10-20 | 苏州时代新安能源科技有限公司 | 电机定子、电机定子的制造方法以及电机 |
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- 2021-03-26 JP JP2021053977A patent/JP2022151073A/ja active Pending
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