JP4368546B2 - 車両用薄型扁平多相誘導式回転機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの始動あるいは車両の走行を補助することを目的にエンジンの出力軸に直結されてバッテリと半導体素子によって駆動される車両用誘導式回転機に関し、特に車両に搭載するレイアウトから薄型扁平とされた車両用薄型扁平誘導式回転機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの出力軸に直結されてエンジンの始動あるいは車両の走行を補助することを目的に車両に搭載されバッテリと半導体素子によって駆動される回転機は、例えば特開平１０−６８３７４号公報に提案されている。
【０００３】
しかし、この公報に提案された回転機においては、回転機構造に特段の工夫は無く、エンジンの出力軸に回転機をつないだ場合には、回転機の分だけ軸方向に寸法が拡大する。そのため、回転機分だけ軸方向に長くなることとなり、寸法制約から車両に搭載するためのレイアウトの変更が必要となる。
【０００４】
そして、このような軸方向の長さに対する配置制約に対して、薄型扁平の回転機を実現するものとして、例えば特開平７−１９７５号公報などに記載されるような集中巻きされた固定子をもつ永久磁石式回転機を使う方法が提案されている。しかしながら、永久磁石式回転機は、高温時において固定子巻線に過大な電流が流れると磁石が減磁してしまう可能性があることや、回転子の磁束量が一定であるために、回転数に応じて固定子に発生する鉄損が大きくなることや、さらには回転子と固定子の間に磁気吸引力があるために分解・組み立てが困難であることなど永久磁石式回転機特有の新たな課題が生じる。
【０００５】
これに対して誘導式回転機は堅牢であるが、亀甲型のコイルを複数配置した固定子巻線が必要であり、コイルエンド部が大きく張り出すために車載性が低下する。このような分布巻きされた固定子のコイルエンド部を小型化するには、多極化してコイル長を小さくすればよいのであるが、ギャップ０．５ｍｍ以上の比較的空隙長の大きな誘導式回転機で多極化すると、励磁電流が多くなり力率が極端に低下する。そのため、４２Ｖ系システムなど低い電圧のバッテリを車両に搭載し、安価にハイブリッド走行や、アイドルストップ運転を行うことを計画する場合には、回転機の力率低下にともなう大電流化は、バッテリ内部抵抗あるいはインバータによる損失が大きくなってしまうという課題もある。
【０００６】
また、一般に有害ガスを出すことなく瞬時にエンジン始動を回転機によって行うには、エンジン軸で１００Ｎｍ以上の大トルクが必要である。そのため、渋滞などで頻繁にエンジンの始動を行うと回転機部、特にコイル部の発熱が深刻になるといった別の課題も生じる。そして、エンジンルーム内部の雰囲気温度も１００度程度と高温となるためにコイル部の冷却性に優れた回転機が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような背景に関し、軸方向に短く大トルクであると同時にコイル部の冷却性にも優れ、さらには空隙長が大きくても励磁電流が少ないことをすべて同時に満足する車両用薄型扁平誘導式回転機はいまだ実現できていなかった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、軸方向に短く大トルクであり同時にコイル部の冷却性に優れ、さらには空隙長が大きくても励磁電流が少ない車両用薄型扁平誘導式回転機を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が固定子鉄心の外周面に配設され、固定子鉄心に固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、シールド部材にも固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。
【００１０】
また、この発明の請求項２に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が固定子鉄心の内周面に配設され、固定子鉄心に固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、シールド部材にも固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。
【００１１】
また、この発明の請求項３に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が固定子鉄心の外周面に密着して配設され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。
【００１２】
また、この発明の請求項４に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が固定子鉄心の内周面に密着して配設され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。
【００１３】
また、この発明の請求項５に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材は、固定子を車両に固定する固定手段を兼ねている。
【００１４】
また、この発明の請求項６に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、固定子巻線の素線が平角導線である。
【００１５】
また、この発明の請求項７に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、固定子鉄心の軸方向両端部のすくなくともいずれか一方に非磁性金属製の端板が密着して配設され、固定子巻線は、端板も囲繞して巻回されている。
【００１６】
また、この発明の請求項８に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１または請求項２に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材が銅またはアルミを材料からなり、シールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている。
【００１７】
また、この発明の請求項９に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材の回転子と反対側に非磁性金属製の第２のシールド部材がさらに設けられ、第２のシールド部材は、固定子を車両に固定する固定手段を兼ねているとともに、第２のシールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は従来の誘導式回転機を車両に搭載した様子を示す模式図である。図１において、１はエンジン、２は直接あるいは減速機やクラッチ機構などを介して動力をタイヤに伝える出力軸、３は出力軸２に取り付けられた誘導式回転機の回転子、４は回転子３と空隙ｇを介して対向する誘導式回転機の固定子である。
【００２０】
固定子４には２相以上の多相に分けられた巻線５がスロット内に配置されている。巻線５の相数としては三相がよく用いられる。巻線５は、空隙中に進行磁界を発生させて回転子３に設けられたかご型導体に誘導電流を誘起させ、回転子３と固定子４の間に電磁力を作用させる。
【００２１】
図１に示した誘導電動機が一般的な巻線方式である場合はコイルエンド部６が軸方向に長くなり回転機の軸方向寸法ｌが長くなり車両などの限られた配置寸法制約に対して回転機の搭載は困難となる。
【００２２】
図２は従来の亀甲巻線式の誘導式回転機の正面図である。図２に基づいて従来技術のコイルエンドを小さくする方法を説明する。図２には巻線５の一部（１巻回分）が示されている。巻線５は、固定子４の固定子鉄心８に形成されたスロット９ａを軸方向に貫通した後は、矢印Ａに示されるように周方向に５個のスロットをまたいで、別のスロット９ｂに挿入されて貫通している。このようにスロットをまたぐことによって形成されるコイルエンド５ａの長さは、通常は、回転機の回転子直径（固定子と回転子の間の空隙部の直径）をＤ、極数をｐとすると、コイル巻線が極ピッチであることと、渡りの部分は１スロットあたり１ヶ所必要であることを考慮すると、おおよそπＤ／ｐ程度となる。したがって、このコイルエンド部５の長さを小さくするには回転子径Ｄを小さくするか極数ｐを大きくするかのいずれかとなる。
【００２３】
回転子径Ｄを小さくした場合には、回転機出力が小さくなるので極数ｐを大きく多極に設計することになる。しかし、誘導式回転機の場合、励磁に必要な無効電流はほぼ極数に比例して増加するために多極化すると回転機力率が低下する。そのため、多極化は４〜１０極程度の範囲に留めることが望ましい。
【００２４】
次に、この課題を解決する本発明の構成を説明する。
図３は本発明の実施の形態１の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。図４は図３のIV-IV線に沿う要部の側断面図である。本実施の形態において、巻線５は、図に示されるように固定子鉄心８にトロイダル状（環状・グラムリング状）に巻回されている。したがって、コイルエンドの長さは極数によらず、固定子鉄心８の軸方向の厚さである軸長Ｌに依存する。そして、１スロット１ターンを構成するには最低、回転子鉄心軸方向長Ｌ以上のコイルエンドが必要となる。
【００２５】
一方、従来の亀甲巻線式のコイルエンドの長さは、上述に説明したようにπＤ／ｐであるので、πＤ／ｐ＞Ｌであればトロイダル状に巻回した回転機の方がコイルエンド部の長さが短く有利な設計となる。
【００２６】
具体的な寸法を一例としてあげると、フライホイール径は２００〜３００Φ、軸長は２０〜４０ｍｍ程度であり、回転子３をフライホイール兼用で配置した場合には回転子外径はこれに順ずる寸法となる。極数は２〜１０極の範囲とする。これらの範囲において、力率よりコイルエンド部が小さくなることを優先すると、例えば、Φ２００、極数１０を選択した場合、亀甲巻線のコイルエンドの最小距離は、π×２００／１０＝６２．８ｍｍとなる。
【００２７】
一方、回転機の鉄心軸方向長Ｌを５０ｍｍ以下とするとコイルエンドはトロイダル方式の方が短くなり、薄型化と低抵抗化できるという効果がある。
【００２８】
詳細には、亀甲巻線の場合は、極ピッチより小さいピッチで巻線する場合、コイルエンドをやや小さく形成できるものの、三相のコイルが互いに交差しないようにする必要からコイルエンドが軸方向に重なって配置されることとなり、コイルエンド部がさらに大型化するため薄型化の点でより不利となる。
【００２９】
一方、トロイダル方式の場合は、このようなことがないばかりか、１０極よりさらに小極化して回転機力率を向上させることが可能なため、回転機電流低減の点でより有利であり、トロイダル化の効果はさらに大きくなる。
【００３０】
次に、本実施の形態の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の詳しい構成を説明する。固定子鉄心８の軸方向両端面には、銅あるいはアルミで作製された薄板状の磁気シールド用の端板１０が密着して配設されている。さらに固定子鉄心８の外周面には、銅あるいはアルミで作製されたシールド部材１１が配設されている。シールド部材１１は、磁気シールドの機能と外周部での巻線５保持の機能の両機能を兼ね備えている。
【００３１】
磁気シールド用のシールド部材１１は、図中の矢印Ｂで示されるコイルエンド部の漏れ磁束を渦電流によるシールド作用で低減する作用がある。これにより、トロイダル巻線で問題となる外周側への漏れ磁束による力率低下を低減でき高力率な誘導式回転機が得られるという効果がある。
【００３２】
シールド部材１１は、概略円筒状をなし内周面は固定子鉄心８に密着している。外周部にはスロット１１ａが形成されされている。そして、巻線５は、固定子鉄心８に形成されたスロット８ａとシールド部材１１のスロット１１ａの両スロットにかけて巻回されている。そのため、シールド部材１１は、巻線時に外周側でコイルを保持する機能を兼ね備え、トロイダル巻線で問題となる作業性が向上するので占積率の高い誘導式回転機を提供できるという効果もある。
【００３３】
さらに、図２のような亀甲型の巻線を平角線で作製しようとする場合にはコイルエンドの成型が困難であるため一部の大型誘導式回転機でしか使われていなかった（亀甲巻線では平角線を使う場合は板幅方向に曲げるか、巻線をひねることが必要である）。しかし、本実施の形態で提案するトロイダル巻線の場合には、トロイダルの巻線方向が平角線の板厚方向の折り曲げになるため、コイルエンド成型も容易に行え巻線５に薄板の平角銅線を使うことが可能である。トロイダル巻線方式で平角線を使うことは、整列巻線を行う作業性が丸線より向上するため量産性に優れた誘導式回転機が提供できるという効果がある。さらにはスロットに対する導体の占積率が向上して１次抵抗を低減できる。このために高効率で大電流を流した場合でも抵抗による電圧降下が少なく、回転機駆動用電源の半導体素子容量を低減できるという効果が得られる。
【００３４】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。図６は図５のVI-VI線に沿う要部の側断面図である。本実施の形態においては、実施の形態１の構成に加えて、第２のシールド部材としての外側シールド部材１３が設けられている。外側シールド部材１３は、銅あるいはアルミで作製され円筒状をなし、固定子鉄心８及びシールド部材１１に巻線５が巻回された後、シールド部材１１の外周部にヤキバメやネジ止めなどによって固定される。
【００３５】
本実施の形態のようにシールド部材を２分割することで、巻線作業の作業性が向上するとともに、固定子４の外周部が凹凸のない一体の円筒状となり、車載時の保持や他の部品への組み込みが容易になるという効果がある。
【００３６】
さらに、外側シールド部材１３には、図６に示されるように冷却水を流通させる流路１４が周方向全周にわたって形成されている。この流路１４に水あるいは油を流通させることによりコイルエンドを冷却する。従来の液冷式の誘導式回転機の構造では、冷却流路からフレームを経てさらに固定子鉄心８を介して巻線５を冷却していたため冷却性能が低かったが、本実施の形態では、トロイダル状の巻線のためコイルエンドが直接外側シールド部材１３に密着していることに加えて、外側シールド部材１３に熱伝導率の高いアルミや銅をつかうことで冷却効率が高くコイルの通電電流を大きくできるという作用がある。また、冷却効果が高いことからコイル発熱によるコイル抵抗が上昇する程度も少ない。このため大電流を流した場合でも温度上昇が小さく、同時に抵抗増加による電圧降下も少なく、バッテリ電源の能力を最大限使い切ることが可能で大トルクを発生できるという効果が得られる。
【００３７】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。本実施の形態は、実施の形態１の構成に加えて、シールド部材１１に軸方向に貫通し冷却水を流通させる流路１５が形成されている。流路１５は、軸方向に形成されているので、エンジンや変速機などを循環する油や水を冷却に使うことが可能である。
【００３８】
また、流路１５のほかに、例えば車載時にエンジン等の他の部品と接続するための貫通穴１６を設けると、ボルト穴などとして使えるために車載時の配置設計が容易になる。
【００３９】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４の車両用薄型扁平多相誘導式回転機を示す車両に搭載した様子を示す模式図である。本発明では誘導式回転機を用いており磁石式回転機と比べて高価な磁石を用いないので安価とすることができる。また、低速瞬時に大トルクを発生した場合でも、固定子巻線の起磁力による磁石減磁などの問題がない。さらに、車両の分解・組み立て時に回転子３が固定子４に吸い込まれるなどの力がないので組み立て作業性にすぐれ分解整備しやすい。また、制御電源を遮断すると端子電圧がほぼゼロであるので制御電源の破壊に至ることがない。さらにまた、磁束量を制御で加減できるので電源制約がある場合でも低速大トルクと高速低鉄損を両立できる。
【００４０】
従来はこれら永久磁石式にはない特徴を活かした誘導式回転機を使ったハイブリッド式の車両を構成しようとしても、狭いエンジンルームに回転機とエンジンの双方を搭載するために配置寸法制約が厳しく、一般の亀甲巻線式の誘導電動機を搭載するには多極設計が余儀なくされていたが、本発明においては２、４、６極などの小極で設計した場合でもコイルエンドが薄くできるので軸端方向に配置制約がある場合でも搭載性に優れている。また、同時にコイルエンドが薄く、抵抗が小さいので大電流を通電した場合でも電圧損失が少ない。さらに、外側シールド部材１３に流路１４を形成した場合には、巻線部の冷却性に優れており電流密度を上げることで大容量化が可能である。以上のような特徴から特にエンジン軸に直結して使うハイブリッド車両に最適な誘導式回転機を提供できるという効果がある。
【００４１】
実施の形態５．
図９は本発明の実施の形態５の車両用薄型扁平多相誘導式回転機を示す車両に搭載した様子を示す模式図である。実施の形態４では回転子が内周側、固定子が外周側としている。本実施の形態では固定子２４を回転子２３の内周側に配置している。固定子２４は固定子鉄心２８を有し固定子鉄心２８の内周面には外側シールド部材３３が密着して固定されている。固定子鉄心２８と外側シールド部材３３には、巻線５がトロイダル状に巻回されている。外側シールド部材３３には、周方向に流路３４が形成されている。
【００４２】
このように構成された回転機においては、コイルエンド部が回転機の内周側に位置している。大径回転機の場合は内周のスペースが空いているのでこの部分コイルエンドを配置することで、実施の形態４のようなインナーロータ型回転機に比べて不必要な回転機外径の大型化が避けられるという効果がある。
【００４３】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が固定子鉄心の外周面に配設され、固定子鉄心に固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、シールド部材にも固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。そのため、磁石回転機に比較して以下の効果がある。すなわち、高価な磁石を用いないので安価とすることができる。また、高温で低速瞬時に大トルク（＝大電流）が発生する場合等において、磁石減磁などの問題がない。また、回転機の分解・組み立て時に、回転子が固定子に吸い込まれる力がないので作業性にすぐれる。また、制御電源を遮断すると端子電圧がほぼゼロであるので制御電源が破壊に至ることがない。また、磁束量を制御にて加減でき、電源制約がある場合でも低速大トルクと高速低鉄損を両立することができる。さらにまた、一般の亀甲巻線式の誘導電動機に比較して以下の効果がある。すなわち、大径小極にて設計した場合においてもコイルエンドを薄くすることができ、軸端方向に配置制約がある場合でも搭載性に優れる。またその結果、極数を小さくすることができ、励磁電流を少なくすることができる。すなわち回転機の力率が高く固定子の電流量が少なくて済む。また、シールド部材の磁気シールド効果によって漏れ磁束を低減することができる。また、シールド部材によって固定子巻線が保持され、固定子巻線が安定するので信頼性の高い回転機とすることができる。
【００４４】
また、この発明の請求項２に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が固定子鉄心の内周面に配設され、固定子鉄心に固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、シールド部材にも固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。従って、請求項１に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機と同様の効果が得られる。
【００４５】
また、この発明の請求項３に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が固定子鉄心の外周面に密着して配設され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。通常の亀甲式巻線においては、コイルに発生した発熱は鉄心を介してフレームに伝達されフレームが水冷される。すなわち、コイル→鉄心→フレーム→水という熱の経路で冷却される。あるいはコイルエンドに風があてられ冷却される。これにくらべ、本発明の回転機おいては、固定子巻線にて発生した発熱は、シールド部材に伝達され、シールド部材が冷却されることとなる。つまり、固定子巻線→シールド部材→水という熱の経路が形成されて熱伝面が少なくなり、また、シールド部材に熱伝導率の大きな銅またはアルミが用いられているので、固定子巻線を効率良く冷却することができる。また、シールド部材は、銅またはアルミからなるので、電気抵抗が比較的小さく、シールド効果も高まり、さらには軽量化を図ることができる。
【００４６】
また、この発明の請求項４に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が固定子鉄心の内周面に密着して配設され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。従って、請求項３に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機と同様の効果が得られる。
【００４７】
また、この発明の請求項５に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材は、固定子を車両に固定する固定手段を兼ねている。そのため、シールド部材が固定手段を兼ねるので、高性能とするとともに部品点数を少なくすることができ安価とすることができる。さらに、アウターロータ型の回転機においては、固定手段としてのシールド部材を回転機の内周側に配置することができ回転機の外径を小さくすることができる。
【００４８】
また、この発明の請求項６に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、固定子巻線の素線が平角導線である。トロイダル状の巻線においては、コイル曲げ方向が半径方向となるので平角導線とすることで巻線性がよくすることができる。
さらには、スロット内の巻線の占積率を高めることができる。
【００４９】
また、この発明の請求項７に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、固定子鉄心の軸方向両端部のすくなくともいずれか一方に非磁性金属製の端板が密着して配設され、固定子巻線は、端板も囲繞して巻回されている。そのため、非磁性金属の磁気シールド効果によって、より一層の漏れ磁束が低減できる。
【００５０】
また、この発明の請求項８に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１または請求項２に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材が銅またはアルミを材料からなり、シールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている。すなわち、固定子巻線にて発生した発熱は、シールド部材に伝達され、シールド部材が冷却されることとなり、固定子巻線→シールド部材→水という熱の経路が形成されて熱伝面が少なくなり、また、シールド部材に熱伝導率の大きな銅またはアルミが用いられているので、固定子巻線を効率良く冷却することができる。また、シールド部材は、銅またはアルミからなるので、電気抵抗が比較的小さく、シールド効果も高まり、さらには軽量化を図ることができる。
【００５１】
また、この発明の請求項９に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材の回転子と反対側に非磁性金属製の第２のシールド部材がさらに設けられ、第２のシールド部材は、固定子を車両に固定する固定手段を兼ねているとともに、第２のシールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている。そのため、シールド部材が固定手段を兼ねるので、高性能とするとともに部品点数を少なくすることができ安価とすることができるとともに、効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の誘導式回転機を車両に搭載した様子を示す模式図である。
【図２】 従来の亀甲巻線式の誘導式回転機の正面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。
【図４】 図３のIV-IV線に沿う要部の側断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態２の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。
【図６】 図５のVI-VI線に沿う要部の側断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態３の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。
【図８】 本発明の実施の形態４の車両用薄型扁平多相誘導式回転機を示す車両に搭載した様子を示す模式図である。
【図９】 本発明の実施の形態５の車両用薄型扁平多相誘導式回転機を示す車両に搭載した様子を示す模式図である。
【符号の説明】
１ エンジン、３，２３ 回転子、４，２４ 固定子、５ 固定子巻線、８，２８ 固定子鉄心、８ａ スロット、１０ 端板、１１ シールド部材、１１ａスロット、１３，３３ 外側シールド部材（第２のシールド部材）、１４，３４ 流路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの始動あるいは車両の走行を補助することを目的にエンジンの出力軸に直結されてバッテリと半導体素子によって駆動される車両用誘導式回転機に関し、特に車両に搭載するレイアウトから薄型扁平とされた車両用薄型扁平誘導式回転機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの出力軸に直結されてエンジンの始動あるいは車両の走行を補助することを目的に車両に搭載されバッテリと半導体素子によって駆動される回転機は、例えば特開平１０−６８３７４号公報に提案されている。
【０００３】
しかし、この公報に提案された回転機においては、回転機構造に特段の工夫は無く、エンジンの出力軸に回転機をつないだ場合には、回転機の分だけ軸方向に寸法が拡大する。そのため、回転機分だけ軸方向に長くなることとなり、寸法制約から車両に搭載するためのレイアウトの変更が必要となる。
【０００４】
そして、このような軸方向の長さに対する配置制約に対して、薄型扁平の回転機を実現するものとして、例えば特開平７−１９７５号公報などに記載されるような集中巻きされた固定子をもつ永久磁石式回転機を使う方法が提案されている。しかしながら、永久磁石式回転機は、高温時において固定子巻線に過大な電流が流れると磁石が減磁してしまう可能性があることや、回転子の磁束量が一定であるために、回転数に応じて固定子に発生する鉄損が大きくなることや、さらには回転子と固定子の間に磁気吸引力があるために分解・組み立てが困難であることなど永久磁石式回転機特有の新たな課題が生じる。
【０００５】
これに対して誘導式回転機は堅牢であるが、亀甲型のコイルを複数配置した固定子巻線が必要であり、コイルエンド部が大きく張り出すために車載性が低下する。このような分布巻きされた固定子のコイルエンド部を小型化するには、多極化してコイル長を小さくすればよいのであるが、ギャップ０．５ｍｍ以上の比較的空隙長の大きな誘導式回転機で多極化すると、励磁電流が多くなり力率が極端に低下する。そのため、４２Ｖ系システムなど低い電圧のバッテリを車両に搭載し、安価にハイブリッド走行や、アイドルストップ運転を行うことを計画する場合には、回転機の力率低下にともなう大電流化は、バッテリ内部抵抗あるいはインバータによる損失が大きくなってしまうという課題もある。
【０００６】
また、一般に有害ガスを出すことなく瞬時にエンジン始動を回転機によって行うには、エンジン軸で１００Ｎｍ以上の大トルクが必要である。そのため、渋滞などで頻繁にエンジンの始動を行うと回転機部、特にコイル部の発熱が深刻になるといった別の課題も生じる。そして、エンジンルーム内部の雰囲気温度も１００度程度と高温となるためにコイル部の冷却性に優れた回転機が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような背景に関し、軸方向に短く大トルクであると同時にコイル部の冷却性にも優れ、さらには空隙長が大きくても励磁電流が少ないことをすべて同時に満足する車両用薄型扁平誘導式回転機はいまだ実現できていなかった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、軸方向に短く大トルクであり同時にコイル部の冷却性に優れ、さらには空隙長が大きくても励磁電流が少ない車両用薄型扁平誘導式回転機を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が固定子鉄心の外周面に配設され、固定子鉄心に固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、シールド部材にも固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。
【００１０】
また、この発明の請求項２に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が固定子鉄心の内周面に配設され、固定子鉄心に固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、シールド部材にも固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。
【００１１】
また、この発明の請求項３に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が固定子鉄心の外周面に密着して配設され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。
【００１２】
また、この発明の請求項４に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が固定子鉄心の内周面に密着して配設され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。
【００１３】
また、この発明の請求項５に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材は、固定子を車両に固定する固定手段を兼ねている。
【００１４】
また、この発明の請求項６に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、固定子巻線の素線が平角導線である。
【００１５】
また、この発明の請求項７に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、固定子鉄心の軸方向両端部のすくなくともいずれか一方に非磁性金属製の端板が密着して配設され、固定子巻線は、端板も囲繞して巻回されている。
【００１６】
また、この発明の請求項８に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１または請求項２に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材が銅またはアルミを材料からなり、シールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている。
【００１７】
また、この発明の請求項９に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材の回転子と反対側に非磁性金属製の第２のシールド部材がさらに設けられ、第２のシールド部材は、固定子を車両に固定する固定手段を兼ねているとともに、第２のシールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は従来の誘導式回転機を車両に搭載した様子を示す模式図である。図１において、１はエンジン、２は直接あるいは減速機やクラッチ機構などを介して動力をタイヤに伝える出力軸、３は出力軸２に取り付けられた誘導式回転機の回転子、４は回転子３と空隙ｇを介して対向する誘導式回転機の固定子である。
【００２０】
固定子４には２相以上の多相に分けられた巻線５がスロット内に配置されている。巻線５の相数としては三相がよく用いられる。巻線５は、空隙中に進行磁界を発生させて回転子３に設けられたかご型導体に誘導電流を誘起させ、回転子３と固定子４の間に電磁力を作用させる。
【００２１】
図１に示した誘導電動機が一般的な巻線方式である場合はコイルエンド部６が軸方向に長くなり回転機の軸方向寸法ｌが長くなり車両などの限られた配置寸法制約に対して回転機の搭載は困難となる。
【００２２】
図２は従来の亀甲巻線式の誘導式回転機の正面図である。図２に基づいて従来技術のコイルエンドを小さくする方法を説明する。図２には巻線５の一部（１巻回分）が示されている。巻線５は、固定子４の固定子鉄心８に形成されたスロット９ａを軸方向に貫通した後は、矢印Ａに示されるように周方向に５個のスロットをまたいで、別のスロット９ｂに挿入されて貫通している。このようにスロットをまたぐことによって形成されるコイルエンド５ａの長さは、通常は、回転機の回転子直径（固定子と回転子の間の空隙部の直径）をＤ、極数をｐとすると、コイル巻線が極ピッチであることと、渡りの部分は１スロットあたり１ヶ所必要であることを考慮すると、おおよそπＤ／ｐ程度となる。したがって、このコイルエンド部５の長さを小さくするには回転子径Ｄを小さくするか極数ｐを大きくするかのいずれかとなる。
【００２３】
回転子径Ｄを小さくした場合には、回転機出力が小さくなるので極数ｐを大きく多極に設計することになる。しかし、誘導式回転機の場合、励磁に必要な無効電流はほぼ極数に比例して増加するために多極化すると回転機力率が低下する。そのため、多極化は４〜１０極程度の範囲に留めることが望ましい。
【００２４】
次に、この課題を解決する本発明の構成を説明する。
図３は本発明の実施の形態１の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。図４は図３のIV-IV線に沿う要部の側断面図である。本実施の形態において、巻線５は、図に示されるように固定子鉄心８にトロイダル状（環状・グラムリング状）に巻回されている。したがって、コイルエンドの長さは極数によらず、固定子鉄心８の軸方向の厚さである軸長Ｌに依存する。そして、１スロット１ターンを構成するには最低、回転子鉄心軸方向長Ｌ以上のコイルエンドが必要となる。
【００２５】
一方、従来の亀甲巻線式のコイルエンドの長さは、上述に説明したようにπＤ／ｐであるので、πＤ／ｐ＞Ｌであればトロイダル状に巻回した回転機の方がコイルエンド部の長さが短く有利な設計となる。
【００２６】
具体的な寸法を一例としてあげると、フライホイール径は２００〜３００Φ、軸長は２０〜４０ｍｍ程度であり、回転子３をフライホイール兼用で配置した場合には回転子外径はこれに順ずる寸法となる。極数は２〜１０極の範囲とする。これらの範囲において、力率よりコイルエンド部が小さくなることを優先すると、例えば、Φ２００、極数１０を選択した場合、亀甲巻線のコイルエンドの最小距離は、π×２００／１０＝６２．８ｍｍとなる。
【００２７】
一方、回転機の鉄心軸方向長Ｌを５０ｍｍ以下とするとコイルエンドはトロイダル方式の方が短くなり、薄型化と低抵抗化できるという効果がある。
【００２８】
詳細には、亀甲巻線の場合は、極ピッチより小さいピッチで巻線する場合、コイルエンドをやや小さく形成できるものの、三相のコイルが互いに交差しないようにする必要からコイルエンドが軸方向に重なって配置されることとなり、コイルエンド部がさらに大型化するため薄型化の点でより不利となる。
【００２９】
一方、トロイダル方式の場合は、このようなことがないばかりか、１０極よりさらに小極化して回転機力率を向上させることが可能なため、回転機電流低減の点でより有利であり、トロイダル化の効果はさらに大きくなる。
【００３０】
次に、本実施の形態の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の詳しい構成を説明する。固定子鉄心８の軸方向両端面には、銅あるいはアルミで作製された薄板状の磁気シールド用の端板１０が密着して配設されている。さらに固定子鉄心８の外周面には、銅あるいはアルミで作製されたシールド部材１１が配設されている。シールド部材１１は、磁気シールドの機能と外周部での巻線５保持の機能の両機能を兼ね備えている。
【００３１】
磁気シールド用のシールド部材１１は、図中の矢印Ｂで示されるコイルエンド部の漏れ磁束を渦電流によるシールド作用で低減する作用がある。これにより、トロイダル巻線で問題となる外周側への漏れ磁束による力率低下を低減でき高力率な誘導式回転機が得られるという効果がある。
【００３２】
シールド部材１１は、概略円筒状をなし内周面は固定子鉄心８に密着している。外周部にはスロット１１ａが形成されされている。そして、巻線５は、固定子鉄心８に形成されたスロット８ａとシールド部材１１のスロット１１ａの両スロットにかけて巻回されている。そのため、シールド部材１１は、巻線時に外周側でコイルを保持する機能を兼ね備え、トロイダル巻線で問題となる作業性が向上するので占積率の高い誘導式回転機を提供できるという効果もある。
【００３３】
さらに、図２のような亀甲型の巻線を平角線で作製しようとする場合にはコイルエンドの成型が困難であるため一部の大型誘導式回転機でしか使われていなかった（亀甲巻線では平角線を使う場合は板幅方向に曲げるか、巻線をひねることが必要である）。しかし、本実施の形態で提案するトロイダル巻線の場合には、トロイダルの巻線方向が平角線の板厚方向の折り曲げになるため、コイルエンド成型も容易に行え巻線５に薄板の平角銅線を使うことが可能である。トロイダル巻線方式で平角線を使うことは、整列巻線を行う作業性が丸線より向上するため量産性に優れた誘導式回転機が提供できるという効果がある。さらにはスロットに対する導体の占積率が向上して１次抵抗を低減できる。このために高効率で大電流を流した場合でも抵抗による電圧降下が少なく、回転機駆動用電源の半導体素子容量を低減できるという効果が得られる。
【００３４】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。図６は図５のVI-VI線に沿う要部の側断面図である。本実施の形態においては、実施の形態１の構成に加えて、第２のシールド部材としての外側シールド部材１３が設けられている。外側シールド部材１３は、銅あるいはアルミで作製され円筒状をなし、固定子鉄心８及びシールド部材１１に巻線５が巻回された後、シールド部材１１の外周部にヤキバメやネジ止めなどによって固定される。
【００３５】
本実施の形態のようにシールド部材を２分割することで、巻線作業の作業性が向上するとともに、固定子４の外周部が凹凸のない一体の円筒状となり、車載時の保持や他の部品への組み込みが容易になるという効果がある。
【００３６】
さらに、外側シールド部材１３には、図６に示されるように冷却水を流通させる流路１４が周方向全周にわたって形成されている。この流路１４に水あるいは油を流通させることによりコイルエンドを冷却する。従来の液冷式の誘導式回転機の構造では、冷却流路からフレームを経てさらに固定子鉄心８を介して巻線５を冷却していたため冷却性能が低かったが、本実施の形態では、トロイダル状の巻線のためコイルエンドが直接外側シールド部材１３に密着していることに加えて、外側シールド部材１３に熱伝導率の高いアルミや銅をつかうことで冷却効率が高くコイルの通電電流を大きくできるという作用がある。また、冷却効果が高いことからコイル発熱によるコイル抵抗が上昇する程度も少ない。このため大電流を流した場合でも温度上昇が小さく、同時に抵抗増加による電圧降下も少なく、バッテリ電源の能力を最大限使い切ることが可能で大トルクを発生できるという効果が得られる。
【００３７】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。本実施の形態は、実施の形態１の構成に加えて、シールド部材１１に軸方向に貫通し冷却水を流通させる流路１５が形成されている。流路１５は、軸方向に形成されているので、エンジンや変速機などを循環する油や水を冷却に使うことが可能である。
【００３８】
また、流路１５のほかに、例えば車載時にエンジン等の他の部品と接続するための貫通穴１６を設けると、ボルト穴などとして使えるために車載時の配置設計が容易になる。
【００３９】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４の車両用薄型扁平多相誘導式回転機を示す車両に搭載した様子を示す模式図である。本発明では誘導式回転機を用いており磁石式回転機と比べて高価な磁石を用いないので安価とすることができる。また、低速瞬時に大トルクを発生した場合でも、固定子巻線の起磁力による磁石減磁などの問題がない。さらに、車両の分解・組み立て時に回転子３が固定子４に吸い込まれるなどの力がないので組み立て作業性にすぐれ分解整備しやすい。また、制御電源を遮断すると端子電圧がほぼゼロであるので制御電源の破壊に至ることがない。さらにまた、磁束量を制御で加減できるので電源制約がある場合でも低速大トルクと高速低鉄損を両立できる。
【００４０】
従来はこれら永久磁石式にはない特徴を活かした誘導式回転機を使ったハイブリッド式の車両を構成しようとしても、狭いエンジンルームに回転機とエンジンの双方を搭載するために配置寸法制約が厳しく、一般の亀甲巻線式の誘導電動機を搭載するには多極設計が余儀なくされていたが、本発明においては２、４、６極などの小極で設計した場合でもコイルエンドが薄くできるので軸端方向に配置制約がある場合でも搭載性に優れている。また、同時にコイルエンドが薄く、抵抗が小さいので大電流を通電した場合でも電圧損失が少ない。さらに、外側シールド部材１３に流路１４を形成した場合には、巻線部の冷却性に優れており電流密度を上げることで大容量化が可能である。以上のような特徴から特にエンジン軸に直結して使うハイブリッド車両に最適な誘導式回転機を提供できるという効果がある。
【００４１】
実施の形態５．
図９は本発明の実施の形態５の車両用薄型扁平多相誘導式回転機を示す車両に搭載した様子を示す模式図である。実施の形態４では回転子が内周側、固定子が外周側としている。本実施の形態では固定子２４を回転子２３の内周側に配置している。固定子２４は固定子鉄心２８を有し固定子鉄心２８の内周面には外側シールド部材３３が密着して固定されている。固定子鉄心２８と外側シールド部材３３には、巻線５がトロイダル状に巻回されている。外側シールド部材３３には、周方向に流路３４が形成されている。
【００４２】
このように構成された回転機においては、コイルエンド部が回転機の内周側に位置している。大径回転機の場合は内周のスペースが空いているのでこの部分コイルエンドを配置することで、実施の形態４のようなインナーロータ型回転機に比べて不必要な回転機外径の大型化が避けられるという効果がある。
【００４３】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が固定子鉄心の外周面に配設され、固定子鉄心に固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、シールド部材にも固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。そのため、磁石回転機に比較して以下の効果がある。すなわち、高価な磁石を用いないので安価とすることができる。また、高温で低速瞬時に大トルク（＝大電流）が発生する場合等において、磁石減磁などの問題がない。また、回転機の分解・組み立て時に、回転子が固定子に吸い込まれる力がないので作業性にすぐれる。また、制御電源を遮断すると端子電圧がほぼゼロであるので制御電源が破壊に至ることがない。また、磁束量を制御にて加減でき、電源制約がある場合でも低速大トルクと高速低鉄損を両立することができる。さらにまた、一般の亀甲巻線式の誘導電動機に比較して以下の効果がある。すなわち、大径小極にて設計した場合においてもコイルエンドを薄くすることができ、軸端方向に配置制約がある場合でも搭載性に優れる。またその結果、極数を小さくすることができ、励磁電流を少なくすることができる。すなわち回転機の力率が高く固定子の電流量が少なくて済む。また、シールド部材の磁気シールド効果によって漏れ磁束を低減することができる。また、シールド部材によって固定子巻線が保持され、固定子巻線が安定するので信頼性の高い回転機とすることができる。
【００４４】
また、この発明の請求項２に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が固定子鉄心の内周面に配設され、固定子鉄心に固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、シールド部材にも固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。従って、請求項１に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機と同様の効果が得られる。
【００４５】
また、この発明の請求項３に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が固定子鉄心の外周面に密着して配設され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。通常の亀甲式巻線においては、コイルに発生した発熱は鉄心を介してフレームに伝達されフレームが水冷される。すなわち、コイル→鉄心→フレーム→水という熱の経路で冷却される。あるいはコイルエンドに風があてられ冷却される。これにくらべ、本発明の回転機おいては、固定子巻線にて発生した発熱は、シールド部材に伝達され、シールド部材が冷却されることとなる。つまり、固定子巻線→シールド部材→水という熱の経路が形成されて熱伝面が少なくなり、また、シールド部材に熱伝導率の大きな銅またはアルミが用いられているので、固定子巻線を効率良く冷却することができる。また、シールド部材は、銅またはアルミからなるので、電気抵抗が比較的小さく、シールド効果も高まり、さらには軽量化を図ることができる。
【００４６】
また、この発明の請求項４に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、回転子が固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が固定子鉄心の内周面に密着して配設され、固定子巻線は、固定子鉄心とシールド部材を囲繞して巻回されている。従って、請求項３に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機と同様の効果が得られる。
【００４７】
また、この発明の請求項５に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材は、固定子を車両に固定する固定手段を兼ねている。そのため、シールド部材が固定手段を兼ねるので、高性能とするとともに部品点数を少なくすることができ安価とすることができる。さらに、アウターロータ型の回転機においては、固定手段としてのシールド部材を回転機の内周側に配置することができ回転機の外径を小さくすることができる。
【００４８】
また、この発明の請求項６に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、固定子巻線の素線が平角導線である。トロイダル状の巻線においては、コイル曲げ方向が半径方向となるので平角導線とすることで巻線性がよくすることができる。
さらには、スロット内の巻線の占積率を高めることができる。
【００４９】
また、この発明の請求項７に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、固定子鉄心の軸方向両端部のすくなくともいずれか一方に非磁性金属製の端板が密着して配設され、固定子巻線は、端板も囲繞して巻回されている。そのため、非磁性金属の磁気シールド効果によって、より一層の漏れ磁束が低減できる。
【００５０】
また、この発明の請求項８に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１または請求項２に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材が銅またはアルミを材料からなり、シールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている。すなわち、固定子巻線にて発生した発熱は、シールド部材に伝達され、シールド部材が冷却されることとなり、固定子巻線→シールド部材→水という熱の経路が形成されて熱伝面が少なくなり、また、シールド部材に熱伝導率の大きな銅またはアルミが用いられているので、固定子巻線を効率良く冷却することができる。また、シールド部材は、銅またはアルミからなるので、電気抵抗が比較的小さく、シールド効果も高まり、さらには軽量化を図ることができる。
【００５１】
また、この発明の請求項９に係る車両用薄型扁平多相誘導式回転機は、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機において、シールド部材の回転子と反対側に非磁性金属製の第２のシールド部材がさらに設けられ、第２のシールド部材は、固定子を車両に固定する固定手段を兼ねているとともに、第２のシールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている。そのため、シールド部材が固定手段を兼ねるので、高性能とするとともに部品点数を少なくすることができ安価とすることができるとともに、効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の誘導式回転機を車両に搭載した様子を示す模式図である。
【図２】 従来の亀甲巻線式の誘導式回転機の正面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。
【図４】 図３のIV-IV線に沿う要部の側断面図である。
【図５】 本発明の実施の形態２の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。
【図６】 図５のVI-VI線に沿う要部の側断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態３の車両用薄型扁平多相誘導式回転機の要部の正面図である。
【図８】 本発明の実施の形態４の車両用薄型扁平多相誘導式回転機を示す車両に搭載した様子を示す模式図である。
【図９】 本発明の実施の形態５の車両用薄型扁平多相誘導式回転機を示す車両に搭載した様子を示す模式図である。
【符号の説明】
１ エンジン、３，２３ 回転子、４，２４ 固定子、５ 固定子巻線、８，２８ 固定子鉄心、８ａ スロット、１０ 端板、１１ シールド部材、１１ａスロット、１３，３３ 外側シールド部材（第２のシールド部材）、１４，３４ 流路。
Claims (9)
- 車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、上記回転子が上記固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が上記固定子鉄心の外周面に配設され、上記固定子鉄心に上記固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、上記シールド部材にも上記固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、上記固定子巻線は、上記固定子鉄心と上記シールド部材を囲繞して巻回されている
ことを特徴とする車両用薄型扁平多相誘導式回転機。 - 車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、上記回転子が上記固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、非磁性金属製のシールド部材が上記固定子鉄心の内周面に配設され、上記固定子鉄心に上記固定子巻線を巻回するためのスロットが形成されているとともに、上記シールド部材にも上記固定子巻線を巻回するためのスロットが形成され、上記固定子巻線は、上記固定子鉄心と上記シールド部材を囲繞して巻回されている
ことを特徴とする車両用薄型扁平多相誘導式回転機。 - 車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、上記回転子が上記固定子の内周側に配置されたインナーロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が上記固定子鉄心の外周面に密着して配設され、上記固定子巻線は、上記固定子鉄心と上記シールド部材を囲繞して巻回されている
ことを特徴とする車両用薄型扁平多相誘導式回転機。 - 車両に搭載されたエンジンの始動あるいは車両の走行を補助する目的で車両に搭載され、バッテリと半導体素子によって駆動される多相誘導式回転機であって、特に回転機極数Ｐ、固定子と回転子の間の空隙部の直径Ｄ、回転子鉄心軸方向長Ｌの関係が、およそπＤ／Ｐ＞Ｌの関係にあり、固定子巻線が固定子鉄心にトロイダル状に巻回され、上記回転子が上記固定子の外周側に配置されたアウターロータ型の多相誘導式回転機において、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられたシールド部材が上記固定子鉄心の内周面に密着して配設され、上記固定子巻線は、上記固定子鉄心と上記シールド部材を囲繞して巻回されている
ことを特徴とする車両用薄型扁平多相誘導式回転機。 - 上記シールド部材は、上記固定子を上記車両に固定する固定手段を兼ねている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機。 - 上記固定子巻線の素線が平角導線である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機。 - 上記固定子鉄心の軸方向両端部のすくなくともいずれか一方に非磁性金属製の端板が密着して配設され、上記固定子巻線は、上記端板も囲繞して巻回されている
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機。 - 上記シールド部材は、銅またはアルミからなり、冷却水を流通させる流路が設けられている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機。 - 上記シールド部材の上記回転子と反対側に非磁性金属製の第２のシールド部材がさらに設けられ、該第２のシールド部材は、上記固定子を上記車両に固定する固定手段を兼ねているとともに、該第２のシールド部材に、冷却水を流通させる流路が設けられている
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の車両用薄型扁平多相誘導式回転機。
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