JP2022175764A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能を高めつつ、回転子の回転に伴い発生する損失を低減することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１０は、周方向に極性が交互となる複数の磁極が形成された磁石ユニット２１を有し、軸方向が水平方向又は略水平方向となる向きで回転する回転子２０と、固定子巻線６１を有し、径方向において回転子２０に対向するとともに回転子２０と同軸に配置された固定子６０と、を備える。回転電機１０において、固定子巻線６１は、磁石ユニット２１に対して径方向に対向する位置に周方向に並んで配置される中間導線部を有し、固定子６０は、周方向に隣り合う中間導線部の間に、径方向において回転子２０側に延びるティースが設けられていない構成となっており、回転子２０及び固定子６０により囲まれる空間に冷却液が貯留されており、固定子６０の少なくとも最下部分が貯留された冷却液に浸されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、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が形成された磁石部を有する回転子と、固定子巻線を有し、径方向において回転子に対向するとともに回転子と同軸に配置された固定子と、を備える回転電機が知られている。回転子は、軸方向が水平方向又は略水平方向となる向きで回転する。

回転電機の中には、例えば特許文献１に記載されているように、回転子及び固定子により囲まれる空間に冷却液が貯留されているものもある。

特開２０１６－１０２１９号公報

回転電機の冷却性能を高めるには、固定子巻線が浸るように冷却液が上記空間に貯留されていることが望ましい。この場合、回転子の回転により冷却液が攪拌され、その結果、回転子の回転を妨げる攪拌抵抗が発生する。

固定子として、径方向において回転子側に延びるティースを備えるものがある。この固定子が用いられる場合、回転子の回転に伴い、周方向に隣り合うティース間に形成されるスロット内に冷却液が入り込むなどして、攪拌抵抗が増加してしまう。その結果、回転電機で発生する損失が増大してしまう。

このため、回転電機の冷却性能を高めつつ、回転電機で発生する損失を低減することについては、未だ改善の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、冷却性能を高めつつ、回転子の回転に伴い発生する損失を低減することができる回転電機を提供することである。

手段１は、
周方向に極性が交互となる複数の磁極が形成された磁石部を有し、軸方向が水平方向又は略水平方向となる向きで回転する回転子と、
固定子巻線を有し、径方向において前記回転子に対向するとともに前記回転子と同軸に配置された固定子と、を備える回転電機であって、
前記固定子巻線は、前記磁石部に対して径方向に対向する位置に周方向に並んで配置される磁石対向部を有し、
前記固定子は、周方向に隣り合う前記磁石対向部の間に、径方向において前記回転子側に延びるティースが設けられていない構成となっており、
前記回転子及び前記固定子により囲まれる空間に冷却液が貯留されており、
前記回転子及び前記固定子のうち径方向内側に配置される方の少なくとも最下部分が、貯留された冷却液に浸されている。

手段１では、回転電機の冷却性能を向上するべく、回転子及び固定子のうち径方向内側に配置される方の少なくとも最下部分が、貯留された冷却液に浸されている。また、手段１では、ティースが設けられていない構成とされているため、周方向に隣り合うティース間に形成されるスロット内に冷却液が入り込むこと等に起因した攪拌抵抗を低減でき、回転子の回転に伴い発生する損失を抑制することができる。その結果、回転電機の冷却性能を向上しつつ、回転電機で発生する損失を抑制することができる。

手段２では、手段１において、
前記固定子巻線は、相あたり複数の部分巻線からなる相巻線を有し、
前記固定子巻線の径方向内側及び径方向外側のうち前記回転子とは逆側に設けられ、複数の前記部分巻線を支持する支持部材を備え、
前記部分巻線は、
軸方向に延びかつ周方向に所定間隔を離して設けられる前記磁石対向部としての一対の第１中間導線部、及び軸方向一端側及び他端側に設けられ一対の前記第１中間導線部を環状に接続する第１渡り部を有し、一対の前記第１中間導線部及び一対の前記第１渡り部において導線材が多重に巻回されて構成された第１部分巻線と、
軸方向に延びかつ周方向に所定間隔を離して設けられる前記磁石対向部としての一対の第２中間導線部、及び軸方向一端側及び他端側に設けられ一対の前記第２中間導線部を環状に接続する第２渡り部を有し、一対の前記第２中間導線部及び一対の前記第２渡り部において導線材が多重に巻回されて構成された第２部分巻線と、
を備え、
一対の前記第１中間導線部の間に、他相の前記第２中間導線部が配置されており、
前記第１渡り部は、径方向において前記第１中間導線部よりも前記支持部材の側に折り曲げられた状態となっており、
前記第２渡り部は、前記第１渡り部よりも軸方向外側に延びるとともに、前記第１渡り部の軸方向外側で当該第１渡り部の一部を周方向に跨いでおり、
前記各第１部分巻線及び前記各第２部分巻線に電気的に接続されたバスバーを備え、
前記バスバーは、前記第２渡り部の径方向内側及び径方向外側のうち前記回転子側とは逆側であって、かつ、前記第１渡り部の軸方向外側の空間において、前記第２渡り部に沿って周方向に延びている。

手段２では、第２渡り部の径方向内側及び径方向外側のうち回転子側とは逆側であって、かつ、第１渡り部の軸方向外側の空間をバスバーの配置空間として有効利用できる。この空間に、第２渡り部に沿って周方向に延びるバスバーを配置することにより、回転電機の軸方向における体格を小さくすることができ、ひいては冷却液が貯留される空間の体積を小さくすることができる。その結果、貯留される冷却液の量を削減できる。

手段３では、手段２において、
前記各第１部分巻線及び前記各第２部分巻線において、軸方向一端側から前記導線材の端部が引き出されて第１巻線端部とされており、軸方向他端側から前記導線材の端部が引き出されて第２巻線端部とされており、
前記バスバーは、
前記第２渡り部の前記第１巻線端部の側において、該第２渡り部に沿って周方向に延びるとともに前記第１巻線端部に接続され、インバータとの電力伝達を行う電力バスバーと、
前記第２渡り部の前記第２巻線端部の側において、該第２渡り部に沿って周方向に延びるとともに前記第２巻線端部に接続された中性点バスバーと、
を有する。

手段３では、電力バスバーと、中性点バスバーとが軸方向両端それぞれの側に分かれて配置される。そのため、電力バスバーと、中性点バスバーとが軸方向の同じ側に配置される場合と比べて、各バスバーが、第２渡り部よりも軸方向外側に突出することを的確に抑制することができる。これにより、回転電機の軸方向における体格をいっそう小さくすることができ、ひいては冷却液が貯留される空間の体積をいっそう小さくすることができる。

手段４は、手段２又は３において、前記固定子巻線において、周方向に隣り合う前記第１中間導線部と前記第２中間導線部とが当接している。

手段４によれば、第１，第２部分巻線のうち径方向において回転子側の周面の凹凸を極力なくすことができる。これにより、攪拌抵抗をより低減でき、回転子の回転に伴い発生する損失を好適に抑制することができる。

手段５では、手段１～４のいずれか１つにおいて、
前記回転子は、径方向において前記固定子の外側に配置されており、
前記回転子は、
前記磁石部が内周面に固定される円筒部と、
前記円筒部の軸方向両端それぞれから前記回転子の回転中心に向かって径方向内側に延びる端板部と、
を有し、
前記冷却液は、前記円筒部、前記各端板部及び前記固定子により囲まれる空間に貯留されており、
前記磁石部の軸方向の端面は、前記端板部から離間しており、
前記磁石部と前記端板部との間に周方向に沿って配置されるとともに、前記磁石部の軸方向の端面に当接した状態で配置されたスペーサ部材を備える。

手段５では、スペーサ部材が、磁石部と端板部との間に周方向に沿って配置されるとともに、磁石部の軸方向の端面に当接した状態で配置されている。これにより、円筒部、各端板部及び固定子により囲まれる冷却液の貯留空間を小さくすることができ、冷却液の量を削減することができる。

手段６では、手段５において、前記スペーサ部材は、金属により構成されている。

手段６によれば、冷却液からスペーサ部材への熱伝達を好適に行わせることができる。その結果、スペーサ部材を介して冷却液の熱を外部へと好適に放出できるため、回転電機の冷却性能を向上することができる。

手段７では、手段５又は６において、前記スペーサ部材は、非磁性材料により構成されている。

手段７によれば、磁石部及びスペーサ部材を含む磁気回路が形成されることを抑制できる。その結果、例えば、回転電機のトルクの低下を抑制したり、回転電機の外部への磁束漏れを抑制したりできる。

手段８では、手段５～７のいずれか１つにおいて、前記スペーサ部材は、径方向において前記固定子巻線のコイルエンドに対向する位置に配置されている。

手段８によれば、径方向において固定子巻線のコイルエンドに対向する位置であって、回転電機のトルク増強にあまり寄与しない位置である軸方向両端の空間にスペーサ部材が配置される。これにより、円筒部、各端板部及び固定子により囲まれる冷却液の貯留空間を小さくすることができ、冷却液の量を削減することができる。

回転電機の縦断面図。 図１の２－２線断面図。 円環状に形成された固定子巻線の斜視図。 第１部分巻線及び第２部分巻線の側面図。 第１部分巻線の斜視図。 第２部分巻線の斜視図。 各相巻線における部分巻線の電気的な接続状態を示す図。 図１の８－８線断面図。 回転電機の制御システムを示す電気回路図。 磁石ユニット及び第１，第２スペーサ部材の斜視図。 第１スペーサ部材の斜視図。 磁石ユニット及び第１，第２スペーサ部材の縦断面図。

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、または百以上の位が異なる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。

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。本実施形態の回転電機１０は、車両のインホイールモータとして用いられる。なお、車両においては、本実施形態のインホイールモータ構造を種々の形態で適用することが可能であり、例えば車両前後にそれぞれ２つの車輪を有する車両では、車両前側の２輪、車両後側の２輪、又は車両前後の４輪に本実施形態のインホイールモータ構造を適用することが可能である。ただし、車両前後の少なくとも一方が１輪である車両への適用も可能である。

回転電機１０の概要を図１，２に示す。以下の記載では、回転電機１０において、軸部１１が延びる方向を軸方向とし、軸部１１の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、軸部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。本実施形態において、回転電機１０は、軸部１１の向きが水平方向となるように配置されている。図１は、回転電機１０の軸方向に平行な方向の縦断面図であり、図２は、回転電機１０の軸方向と直交する方向の横断面図であり、図１の２－２線断面図である。

回転電機１０は、回転子２０及び固定子ユニット５０を備えている。これら各部材はいずれも、回転電機１０の軸部１１に対して同軸に配置されている。回転子２０は、永久磁石を有する磁石ユニット２１と、略円筒状の回転子キャリア２２と、円環板状をなす回転子カバー２３とを有している。

磁石ユニット２１において、磁石は、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２１は、周方向に複数の磁極を有する。磁石は、極異方性の永久磁石であり、例えば、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。なお、磁石ユニット２１が「磁石部」に相当する。

回転子キャリア２２は、円筒状をなす円筒部２４と、その円筒部２４の軸方向一端に設けられた接続部２５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。接続部２５は、円環板状をなしている。回転子キャリア２２は、磁石保持部材として機能し、円筒部２４の径方向内側に環状に磁石ユニット２１が固定されている。回転子２０の開放端側、すなわち軸方向において接続部２５の反対側には、回転子カバー２３が固定されている。接続部２５及び回転子カバー２３それぞれの中央部には、軸部１１が挿通される貫通孔が形成されている。なお、回転子カバー２３及び接続部２５が「端板部」に相当する。

回転電機１０は、第１軸受１２ａ及び第２軸受１２ｂを備えている。本実施形態において、各軸受１２ａ，１２ｂは、内輪、外輪及びそれらの間に配置された複数の玉を有するラジアル玉軸受である。接続部２５の径方向内側には第１軸受１２ａの外輪が固定され、第１軸受１２ａの内輪には軸部１１が固定されている。回転子カバー２３の径方向内側には第２軸受１２ｂの外輪が固定され、第２軸受１２ｂの内輪には軸部１１が固定されている。これにより、軸部１１に対して回転子２０が回転可能に支持されている。

図示は省略するが、車両は、例えば周知の空気入りタイヤと、タイヤの内周側に固定されたホイールとを備えている。回転電機１０は、ホイールの内周側に配置されている。詳しくは、回転電機１０は、軸部１１が車体側に固定されるとともに、回転子２０がホイールに固定されるように配置されている。タイヤ及びホイールは、回転子２０の回転により回転する。

回転電機１０において、固定子ユニット５０は軸部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、固定子６０よりも径方向内側に軸部１１と一体となるよう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いる。

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。固定子コア６２と固定子ホルダ７０とが一体化されてコアアセンブリＣＡとされ、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が組み付けられている。なお、固定子コア６２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。コアアセンブリＣＡは、上述したとおり固定子コア６２と、固定子コア６２よりも径方向内側に設けられた固定子ホルダ７０とを有している。固定子ホルダ７０の外周面には、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、磁性材料からなるコアシート（具体的には電磁鋼板）が軸方向に積層されて構成されており、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、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。

固定子ホルダ７０は、コア固定部材７１と、固定カバー７２とを有している。本実施形態において、コア固定部材７１及び固定カバー７２は、鉄等の磁性材料で構成されている。コア固定部材７１は、円柱状をなしている。コア固定部材７１の中央部には、軸方向に貫通する貫通孔７１ａが形成されている。その貫通孔７１ａに軸部１１が挿通された状態において、軸部１１がコア固定部材７１に固定されている。コア固定部材７１には、軸方向に貫通するボルト挿通孔７１ｂが形成されている。本実施形態では、周方向において所定間隔を隔ててボルト挿通孔７１ｂが複数形成されている。なお、図２には、ボルト挿通孔７１ｂが３つ形成されている例を示したが、これに限らない。

コア固定部材７１の軸方向端部には、径方向外側に延びる拡径部７１ｃが形成されている。拡径部７１ｃは円環状をなしている。

固定カバー７２は、円板状をなしている。固定カバー７２の中央部には、貫通孔７２ａが形成されている。固定カバー７２には、ボルト７３の頭部の座面となる座部７２ｂと、ボルト７３が挿通される貫通孔７２ｃとが形成されている。固定カバー７２の周縁部は、軸方向において拡径部７１ｃと対向している。

拡径部７１ｃと固定カバー７２とで固定子コア６２を挟んだ状態において、ボルト７３が貫通孔７２ｃ及びボルト挿通孔７１ｂに挿通され、ボルト７３に形成された雄ネジがボルト挿通孔７１ｂに形成された雌ネジにねじ込まれる。これにより、拡径部７１ｃと固定カバー７２とにより固定子コア６２が挟み込まれ、固定子コア６２が固定子ホルダ７０に固定される。この固定状態において、固定子コア６２と、コア固定部材７１及び固定カバー７２とが密接している。これにより、固定子巻線６１の径方向内側を磁性材料で極力埋めることができ、磁気抵抗の低減された磁気回路を構成することができる。その結果、回転電機１０のトルクを高めることができる。

次に、図３～図６を用いて、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。図３に示すように、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。

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１００を有している。部分巻線１００は、２種類の形状を有するものとなっており、軸方向両側の形状が異なる。２種類の部分巻線１００のうち一方は、軸方向両側において部分巻線１００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、軸方向両側において部分巻線１００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１００を「第１部分巻線１００Ａ」と称する。また、軸方向両端側の屈曲形状を有していない部分巻線１００を「第２部分巻線１００Ｂ」と称する。

図４は、第１部分巻線１００Ａと第２部分巻線１００Ｂとを横に並べて対比して示す側面図である。各部分巻線１００Ａ，１００Ｂは、軸方向において、中間導線部１０１と、渡り部１０２とを有している。中間導線部１０１は、径方向において磁石ユニット２１の有する磁石に対向するコイルサイドＣＳに相当する部分であり、渡り部１０２は、コイルサイドＣＳの軸方向外側であるコイルエンドＣＥに相当する部分である。以下の説明では、便宜を図るべく、第１部分巻線１００Ａの中間導線部１０１を「第１中間導線部１０１Ａ」、第１部分巻線１００Ａの渡り部１０２を「第１渡り部１０２Ａ」と称する。また、第２部分巻線１００Ｂの中間導線部１０１を「第２中間導線部１０１Ｂ」、第２部分巻線１００Ｂの渡り部１０２を「第２渡り部１０２Ｂ」と称する。

各部分巻線１００Ａ，１００Ｂは、軸方向長さが互いに異なり、かつ、コイルエンドＣＥである軸方向両側の各渡り部１０２Ａ，１０２Ｂの形状が互いに異なるものとなっている。第１部分巻線１００Ａは、側面視において略Ｃ字状をなし、第２部分巻線１００Ｂは、側面視において略Ｉ字状をなしている。

図５に、第１部分巻線１００Ａの斜視図を示す。第１部分巻線１００Ａは、互いに平行でかつ直線状に設けられる一対の第１中間導線部１０１Ａと、一対の第１中間導線部１０１Ａを軸方向両端でそれぞれ接続する一対の第１渡り部１０２Ａとを有している。一対の第１中間導線部１０１Ａと、一対の第１渡り部１０２Ａとにより第１部分巻線１００Ａが環状に形成されている。一対の第１中間導線部１０１Ａ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第１中間導線部１０１Ａの間に、他相の部分巻線１００の中間導線部１０１が配置可能となっている。本実施形態では、一対の第１中間導線部１０１Ａは２コイルピッチ分を離して設けられ、一対の第１中間導線部１０１Ａの間に、他２相の部分巻線１００における中間導線部１０１が１つずつ配置される構成となっている。

一対の第１渡り部１０２Ａ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に相当する部分として設けられている。各第１渡り部１０２Ａは、第１中間導線部１０１Ａ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。

第１部分巻線１００Ａでは、軸方向両側の第１渡り部１０２Ａのうち、一方の第１渡り部１０２Ａから導線材ＣＲの端部が引き出され、第１巻線端部１０３となっており、他方の第１渡り部１０２Ａから導線材ＣＲの端部が引き出され、第２巻線端部１０４となっている。つまり、各巻線端部１０３，１０４は、互いに軸方向反対側に引き出されている。各巻線端部１０３，１０４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。各巻線端部１０３，１０４のうち一方がインバータ３００の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。

次に、第２部分巻線１００Ｂについて説明する。

図６に、第２部分巻線１００Ｂの斜視図を示す。第２部分巻線１００Ｂは、互いに平行でかつ直線状に設けられる一対の第２中間導線部１０１Ｂと、一対の第２中間導線部１０１Ｂを軸方向両端でそれぞれ接続する一対の第２渡り部１０２Ｂとを有している。一対の第２中間導線部１０１Ｂと、一対の第２渡り部１０２Ｂとにより第２部分巻線１００Ｂが環状に形成されている。第２部分巻線１００Ｂにおいて一対の第２中間導線部１０１Ｂは、第１部分巻線１００Ａの第１中間導線部１０１Ａと構成が同じである。これに対して、一対の第２渡り部１０２Ｂは、第１部分巻線１００Ａの第１渡り部１０２Ａとは構成が異なっている。第２部分巻線１００Ｂの第２渡り部１０２Ｂは、径方向に折り曲げられることなく、第２中間導線部１０１Ｂ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４には、部分巻線１００Ａ，１００Ｂの違いが対比して明示されている。

第２部分巻線１００Ｂでも、第１部分巻線１００Ａと同様に、軸方向両側の第２渡り部１０２Ｂのうち、一方の第２渡り部１０２Ｂから導線材ＣＲの端部が引き出され、第１巻線端部１０３となっており、他方の第２渡り部１０２Ｂから導線材ＣＲの端部が引き出され、第２巻線端部１０４となっている。つまり、各巻線端部１０３，１０４は、互いに軸方向反対側に引き出されている。第２部分巻線１００Ｂでも、各巻線端部１０３，１０４のうち一方がインバータ３００の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。

なお、各部分巻線１００Ａ，１００Ｂの中間導線部１０１Ａ，１０１Ｂが、コイルサイドＣＳにおいて周方向に１つずつ並ぶ「磁石対向部」に相当する。

次に、コアアセンブリＣＡに対する各部分巻線１００Ａ，１００Ｂの組み付けに関する構成を説明する。

各部分巻線１００Ａ，１００Ｂは、軸方向長さが互いに異なり、かつ、各部分巻線１００Ａ，１００Ｂの渡り部１０２Ａ，１０２Ｂの形状が互いに異なっている。第１部分巻線１００Ａの第１渡り部１０２Ａを軸方向内側にして、第２部分巻線１００Ｂの第２渡り部１０２Ｂ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。

図１に示すように、第１部分巻線１００Ａでは、軸方向両側の第１渡り部１０２Ａのうち、一方の第１渡り部１０２Ａが径方向内側に折り曲げられることにより、コアアセンブリＣＡよりも軸方向外側に配置される。

第１渡り部１０２Ａは、軸方向において固定子コア６２の軸方向外側の端面から離間して設けられている。本実施形態では、固定子コア６２の軸方向外側の端面と、その面に対向する第１渡り部１０２Ａの対向面との間を、コア固定部材７１の拡径部７１ｃと、固定カバー７２の周縁部とで埋める構成としている。拡径部７１ｃの径方向外側の端部と、固定カバー７２の周縁部とには、面取り加工が施されている。これにより、第１渡り部１０２Ａの折り曲がり部分との干渉を避けつつ、固定子巻線６１とコアアセンブリＣＡとの間の隙間を極力小さくしている。その結果、磁気抵抗の低減された磁気回路を構成することができる。

なお、固定子巻線６１では、相ごとに部分巻線１００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７は、３相巻線における部分巻線１００の接続状態を示す回路図である。図７では、各相の相巻線における部分巻線１００がそれぞれ並列に接続された状態が示されている。

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。詳しくは、固定子６０において、周方向に隣り合う第１中間導線部１０１Ａと第２中間導線部１０１Ｂとが当接している構成となっている。

次に、図１及び図８を用いて、回転電機１０の軸方向外側に配置される構成について説明する。図８は、図１の８－８線断面図である。

回転電機１０は、電力バスバー２００と、中性点バスバー２０１とを備えている。電力バスバー２００は、各相の部分巻線１００の第１巻線端部１０３とインバータ３００とを電気的に接続する。中性点バスバー２０１は、各相の部分巻線１００の第２巻線端部１０４同士を電気的に接続し、中性点を構成する。

電力バスバー２００は、第２渡り部１０２Ｂの径方向内側であって、かつ、軸方向両側の第２渡り部１０２Ｂのうち第１巻線端部１０３の側において、第２渡り部１０２Ｂに沿って周方向に延びる円環状をなしている。電力バスバー２００は、３相分設けられている。各相の電力バスバー２００は、軸方向に並んで配置されている。

中性点バスバー２０１は、第２渡り部１０２Ｂの径方向内側であって、かつ、軸方向両側の第２渡り部１０２Ｂのうち第２巻線端部１０４の側において、第２渡り部１０２Ｂに沿って周方向に延びる円環状をなしている。つまり、電力バスバー２００と、中性点バスバー２０１とは、互いに軸方向反対側に分かれて配置されている。なお、電力バスバー２００及び中性点バスバー２０１は、円環状をなすものに代えて、周方向の一部が途切れたＣ字状をなすものであってもよい。

次に、図９を用いて、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９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、固定子巻線６１に、電力変換器に相当するインバータ３００が接続されている。インバータ３００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３０１及び下アームスイッチ３０２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３０１，３０２はドライバ３０３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３０１，３０２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３０１，３０２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３０１，３０２に供給する電荷供給用のコンデンサ３０４が接続されている。

上下アームの各スイッチ３０１，３０２の間の中間接続点に、電力バスバー２００を介して、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バスバー２０１により互いに接続されている。

制御装置３２０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３０１，３０２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３２０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３０１，３０２のオンオフ制御を実施する。制御装置３２０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。

インバータ３００の高電位側端子は直流電源３１０の正極端子に接続され、低電位側端子は直流電源３１０の負極端子（グランド）に接続されている。直流電源３１０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３００の高電位側端子及び低電位側端子には、直流電源３１０に並列に平滑用のコンデンサ３０５が接続されている。

続いて、図１及び図１０～図１２を用いて、スペーサ部材について説明する。図１０は、磁石ユニット２１及び第１，第２スペーサ部材２６Ａ，２６Ｂを示す斜視図であり、図１１は、第１スペーサ部材２６Ａの斜視図である。図１２は、磁石ユニット２１及び第１，第２スペーサ部材２６Ａ，２６Ｂの縦断面図であり、図２の１２－１２線断面図である。

回転子２０は、第１スペーサ部材２６Ａ及び第２スペーサ部材２６Ｂを有している。第１スペーサ部材２６Ａ及び第２スペーサ部材２６Ｂは、磁石ユニット２１の軸方向両側に配置されている。詳しくは、磁石ユニット２１の軸方向両側のうち一方の端面は、接続部２５から離間しており、第１スペーサ部材２６Ａは、磁石ユニット２１と接続部２５との間に配置されている。また、磁石ユニット２１の軸方向両側のうち他方の端面は回転子カバー２３から離間しており、第２スペーサ部材２６Ｂは、磁石ユニット２１と回転子カバー２３との間に配置されている。本実施形態において、各スペーサ部材２６Ａ，２６Ｂは、鉄等の金属により構成されている。

第１スペーサ部材２６Ａは、リング形状をなす一部材として形成されており、磁石ユニット２１の軸方向両端のうち一方の端面に当接した状態で配置されている。第１スペーサ部材２６Ａが一部材として形成されているため、第１スペーサ部材２６Ａを回転子２０に組み付ける際の作業効率の向上を図ることができる。

第２スペーサ部材２６Ｂは、周方向に分割された複数の部材を組み合わせることによりリング形状に形成されており、磁石ユニット２１の軸方向両端のうちの他方の端面に当接した状態で配置されている。なお、各スペーサ部材２６Ａ，２６Ｂの内周面は、磁石ユニット２１の内周面よりも径方向外側に配置されている。第２スペーサ部材２６Ｂが複数の部材から構成されるため、スペーサ部材が一部材として形成される場合と比べて、例えばスペーサ部材を切削加工する際に発生する材料の無駄を少なくすることができる。その結果、回転電機１０の製造コストの低減を図ることができる。

なお、第１スペーサ部材２６Ａは、リング形状をなす一部材として形成されるものに代えて、周方向に分割された複数の部材を組み合わせることによりリング形状に形成されるものであってもよい。また、第２スペーサ部材２６Ｂは、周方向に分割された複数の部材を組み合わせることによりリング形状に形成されるものに代えて、リング形状をなす一部材として形成されるものであってもよい。

第１スペーサ部材２６Ａの径方向内側であって、かつ、電力バスバー２００の径方向外側には、固定子巻線６１の各渡り部１０２Ａ，１０２Ｂが配置されている。つまり、第１スペーサ部材２６Ａは、径方向において固定子巻線６１のコイルエンドＣＥに対向する位置に配置されている。

第２スペーサ部材２６Ｂの径方向内側であって、かつ、中性点バスバー２０１の径方向外側には、固定子巻線６１の各渡り部１０２Ａ，１０２Ｂが配置されている。つまり、第２スペーサ部材２６Ｂは、径方向において固定子巻線６１のコイルエンドＣＥに対向する位置に配置されている。

本実施形態では、磁石ユニット２１の軸方向両側が、各スペーサ部材２６Ａ，２６Ｂに当接した状態で回転子２０に対して組み付けられることにより、磁石ユニット２１の軸方向における位置決めがなされる。詳しくは、回転子キャリア２２の開放端側から、第１スペーサ部材２６Ａ、磁石ユニット２１及び第２スペーサ部材２６Ｂの順序で、これらの部材が回転子２０に組み付けられる。または、第１スペーサ部材２６Ａ、磁石ユニット２１及び第２スペーサ部材２６Ｂが一体化されたアッシーが、回転子キャリア２２の開放端側から回転子２０に組付けられる。

第１スペーサ部材２６Ａのうち軸方向において磁石ユニット２１側の端部は、径方向外側に延びるフランジ部２７とされている。回転子キャリア２２を構成する円筒部２４には、フランジ部２７が引っかかる段差部２８が形成されている。第１スペーサ部材２６Ａは、フランジ部２７と段差部２８とが当接した状態で、回転子２０に組み付けられている。

回転電機１０内には、冷却液（具体的には冷却油）が貯留されている。本実施形態では、冷却液は、回転子２０の回転子カバー２３、円筒部２４及び接続部２５により囲まれる空間に満充填されている。つまり、固定子巻線６１及び各バスバー２００，２０１といった部材それぞれの全体が冷却液に浸されている。これにより、固定子巻線６１及び各バスバー２００，２０１への通電により発生した熱が冷却液を介して外部に放出される。その結果、固定子巻線６１及び各バスバー２００，２０１を冷却することができる。

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１０の冷却性能を向上するべく、固定子巻線６１及び各バスバー２００，２０１の全体が貯留された冷却液に浸されている。また、固定子６０にはティースが設けられていない。このため、周方向に隣り合うティース間に形成されるスロット内に冷却液が入り込むこと等に起因した攪拌抵抗を低減でき、回転子２０の回転に伴い発生する損失を抑制することができる。その結果、回転電機１０の冷却性能を向上しつつ、回転電機１０で発生する損失を抑制することができる。

第２渡り部１０２Ｂの径方向内側であって、かつ、第１渡り部１０２Ａの軸方向外側の空間を各バスバー２００，２０１の配置空間として有効利用できる。この空間に、第２渡り部１０２Ｂに沿って周方向に延びる各バスバー２００，２０１を配置することにより、回転電機１０の軸方向における体格を小さくすることができ、ひいては冷却液が貯留される空間の体積を小さくすることができる。その結果、貯留される冷却液の量を削減できる。

電力バスバー２００と、中性点バスバー２０１とが軸方向両端それぞれの側に分かれて配置される。そのため、電力バスバー２００と、中性点バスバー２０１とが軸方向の同じ側に配置される場合と比べて、各バスバー２００，２０１が、第２渡り部１０２Ｂよりも軸方向外側に突出することを的確に抑制することができる。これにより、回転電機１０の軸方向における体格をいっそう小さくすることができ、ひいては冷却液が貯留される空間の体積をいっそう小さくすることができる。

周方向に隣り合う第１中間導線部１０１Ａと第２中間導線部１０１Ｂとが当接するように配置されるため、第１，第２部分巻線１００Ａ，１００Ｂのうち径方向内側の凹凸を極力なくすことができる。これにより、攪拌抵抗をより低減でき、回転子２０の回転に伴い発生する損失を好適に抑制することができる。

第１スペーサ部材２６Ａが、磁石ユニット２１と接続部２５との間に周方向に沿って配置されるとともに、磁石ユニット２１の軸方向の端面に当接した状態で配置されている。また、第２スペーサ部材２６Ｂが、磁石ユニット２１と回転子カバー２３との間に周方向に沿って配置されるとともに、磁石ユニット２１の軸方向の端面に当接した状態で配置されている。これにより、回転子カバー２３、円筒部２４及び接続部２５部により囲まれる冷却液の貯留空間を小さくすることができ、冷却液の量を削減することができる。

各スペーサ部材２６Ａ、２６Ｂが鉄等の金属により構成されるため、冷却液から各スペーサ部材２６Ａ、２６Ｂへの熱伝達を好適に行わせることができる。その結果、冷却液の熱を各スペーサ部材２６Ａ，２６Ｂを介して外部へと好適に放出できるため、回転電機１０の冷却性能を向上することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・回転子カバー２３、円筒部２４及び接続部２５により囲まれる空間に冷却液が満充填されることに代えて、この空間の一部のみに冷却液が貯留されていてもよい。具体的には、回転子２０の回転停止状態において、鉛直方向における固定子巻線６１の少なくとも最下部分が冷却液に浸されていればよい。より具体的には、冷却液の液面が、図１に示す液面レベルＬよりも高くされていればよい。

これにより、冷却液が貯留される空間の体積を小さくすることができ、所定の量の冷却液に対して、冷却液に浸される固定子巻線６１の部分、及び冷却液に浸される各バスバー２００，２０１の部分が増える。このため、回転電機１０を好適に冷却することができる。

・回転電機を、アウタロータ構造の回転電機に代えて、固定子ユニットの径方向内側に回転子が配置されるインナロータ構造の回転電機としてもよい。この場合、回転子の回転停止状態において、鉛直方向における回転子の少なくとも最下部分が冷却液に浸されていればよい。インナロータ構造の回転電機では、第２部分巻線は、軸方向両側において径方向外側に折り曲げられた形状を有する。すなわち、第２部分巻線の第２渡り部は、中間導線部に対して直交して、かつ、径方向外側に折り曲がるようにして設けられていればよい。

電力バスバーは、第２渡り部の径方向外側であって、かつ、軸方向両側の第２渡り部のうち第１巻線端部の側において、第２渡り部に沿って周方向に延びていればよい。また、中性点バスバーは、第２渡り部の径方向外側であって、かつ、軸方向両側の第２渡り部のうち第２巻線端部の側において、第２渡り部に沿って周方向に延びていればよい。

・第１スペーサ部材及び第２スペーサ部材は、鉄等に代えて、アルミニウムやステンレス鋼等の非磁性金属、又は合成樹脂といった非磁性材料により構成されていてもよい。これにより、第１スペーサ部材及び第２スペーサ部材を含む磁気回路が形成されるのを抑制できる。その結果、例えば、回転電機のトルクの低下を抑制できる。

・回転電機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。

１０…回転電機、２０…回転子、２１…磁石ユニット、６０…固定子、６１…固定子巻線。

Claims (8)

1. 周方向に極性が交互となる複数の磁極が形成された磁石部（２１）を有し、軸方向が水平方向又は略水平方向となる向きで回転する回転子（２０）と、
   固定子巻線（６１）を有し、径方向において前記回転子に対向するとともに前記回転子と同軸に配置された固定子（６０）と、を備える回転電機（１０）であって、
   前記固定子巻線は、前記磁石部に対して径方向に対向する位置に周方向に並んで配置される磁石対向部を有し、
   前記固定子は、周方向に隣り合う前記磁石対向部の間に、径方向において前記回転子側に延びるティースが設けられていない構成となっており、
   前記回転子及び前記固定子により囲まれる空間に冷却液が貯留されており、
   前記回転子及び前記固定子のうち径方向内側に配置される方の少なくとも最下部分が、貯留された冷却液に浸されている、回転電機。
2. 前記固定子巻線は、相あたり複数の部分巻線からなる相巻線を有し、
   前記固定子巻線の径方向内側及び径方向外側のうち前記回転子とは逆側に設けられ、複数の前記部分巻線を支持する支持部材（６２）を備え、
   前記部分巻線は、
   軸方向に延びかつ周方向に所定間隔を離して設けられる前記磁石対向部としての一対の第１中間導線部（１０１Ａ）、及び軸方向一端側及び他端側に設けられ一対の前記第１中間導線部を環状に接続する第１渡り部（１０２Ａ）を有し、一対の前記第１中間導線部及び一対の前記第１渡り部において導線材（ＣＲ）が多重に巻回されて構成された第１部分巻線（１００Ａ）と、
   軸方向に延びかつ周方向に所定間隔を離して設けられる前記磁石対向部としての一対の第２中間導線部（１０１Ｂ）、及び軸方向一端側及び他端側に設けられ一対の前記第２中間導線部を環状に接続する第２渡り部（１０２Ｂ）を有し、一対の前記第２中間導線部及び一対の前記第２渡り部において導線材（ＣＲ）が多重に巻回されて構成された第２部分巻線（１００Ｂ）と、
   を備え、
   一対の前記第１中間導線部の間に、他相の前記第２中間導線部が配置されており、
   前記第１渡り部は、径方向において前記第１中間導線部よりも前記支持部材の側に折り曲げられた状態となっており、
   前記第２渡り部は、前記第１渡り部よりも軸方向外側に延びるとともに、前記第１渡り部の軸方向外側で当該第１渡り部の一部を周方向に跨いでおり、
   前記各第１部分巻線及び前記各第２部分巻線に電気的に接続されたバスバー（２００，２０１）を備え、
   前記バスバーは、前記第２渡り部の径方向内側及び径方向外側のうち前記回転子側とは逆側であって、かつ、前記第１渡り部の軸方向外側の空間において、前記第２渡り部に沿って周方向に延びている、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記各第１部分巻線及び前記各第２部分巻線において、軸方向一端側から前記導線材の端部が引き出されて第１巻線端部（１０３）とされており、軸方向他端側から前記導線材の端部が引き出されて第２巻線端部（１０４）とされており、
   前記バスバーは、
   前記第２渡り部の前記第１巻線端部の側において、該第２渡り部に沿って周方向に延びるとともに前記第１巻線端部に接続され、インバータ（３００）との電力伝達を行う電力バスバー（２００）と、
   前記第２渡り部の前記第２巻線端部の側において、該第２渡り部に沿って周方向に延びるとともに前記第２巻線端部に接続された中性点バスバー（２０１）と、
   を有する、請求項２に記載の回転電機。
4. 前記固定子巻線において、周方向に隣り合う前記第１中間導線部と前記第２中間導線部とが当接している、請求項２又は３に記載の回転電機。
5. 前記回転子は、径方向において前記固定子の外側に配置されており、
   前記回転子は、
   前記磁石部が内周面に固定される円筒部（２４）と、
   前記円筒部の軸方向両端それぞれから前記回転子の回転中心に向かって径方向内側に延びる端板部（２３，２５）と、
   を有し、
   前記冷却液は、前記円筒部、前記各端板部及び前記固定子により囲まれる空間に貯留されており、
   前記磁石部の軸方向の端面は、前記端板部から離間しており、
   前記磁石部と前記端板部との間に周方向に沿って配置されるとともに、前記磁石部の軸方向の端面に当接した状態で配置されたスペーサ部材（２６Ａ，２６Ｂ）を備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記スペーサ部材は、金属により構成されている請求項５に記載の回転電機。
7. 前記スペーサ部材は、非磁性材料により構成されている請求項５又は６に記載の回転電機。
8. 前記スペーサ部材は、径方向において前記固定子巻線のコイルエンドに対向する位置に配置されている、請求項５～７のいずれか１項に記載の回転電機。

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