JP5641156B2 - 回転電機用ロータ、およびこれを備えた回転電機 - Google Patents
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Description
本発明は、コイルが巻き回しされた回転電機用ロータ、およびこれを備えた回転電機に関する。
従来、実開平5−29275号公報(特許文献1)には、主励磁機の電機子と副励磁機の回転子と整流器とを筒状のホルダに取り付け、このホルダを回転軸に取り付けることにより、電機子と回転子と整流器とを一括して回転軸に取り付けられるようにした励磁機内蔵形のブラシレス発電機が開示されている。
また、特開2011−41433号公報(特許文献2)には、ステータ巻線に交流電流が流れることにより回転磁界を発生させるステータと、周方向複数個所に配置されたロータ巻線と、各ロータ巻線に流れる電流を整流するダイオードとを有するロータとを備えた回転電機が記載されている。
特許文献1および2に記載される発電機やモータのような回転電機では、回転子と共に回転することとなるダイオード等の電子機器は通電によって発熱する。そのため、電子機器の性能維持のためには、液体冷媒にて回転子に取り付けられた電子機器を十分に冷却することが望ましい。
しかしながら、例えば、回転子を取り巻くように外径側に配置された固定子の側から液体冷媒を、回転する回転子上の電子機器に供給した場合、上記電子機器を径方向外側で押さえる部材や回転子の遠心力が障害になって上記電子機器を十分に冷却できないおそれがある。
本発明の目的は、回転子に設けられた電子機器を液体冷媒によって十分に冷却できる回転電機を提供することである。
本発明の一態様の回転電機用ロータは、回転可能に支持されるシャフトと、前記シャフトに固定されるロータコアと、前記シャフトおよびロータコアと共に回転するように前記ロータコアの軸方向端面に設けられた電子機器と、前記ロータコアに巻き回しされて前記電子機器に接続され、前記電子機器よりも高い耐熱温度を有するコイルと、前記シャフト内を流れる液体冷媒をシャフト外に供給する冷媒供給路から供給された液体冷媒が、前記コイルよりも内径側に配置された前記電子機器を冷却した後に前記コイルを冷却する冷却構造と、を備える。
また、本発明に係る回転電機用ロータにおいて、前記ロータコアは外周部に複数の突極を有しており、前記コイルは、前記ロータコアの径方向に関して、前記突極の内径側に巻装されて前記突極を磁化させるコモンコイルと、前記突極の外径側に巻装されるとともに前記コモンコイルに接続され、ステータからの磁束変動を受けて誘導電流を発生させる誘導コイルとを含んでもよい。
この場合、前記コモンコイルは、前記誘導コイルの外周にオーバラップして巻装されていてもよい。
本発明に係る回転電機用ロータにおいて、前記電子機器は、前記ロータコアの軸方向一方端面に設けられており、前記シャフト内の冷媒流路を流れる液体冷媒は、前記シャフトに対して、前記電子機器が設けられている側の軸方向一方端部側から供給されてもよい。
そして、本発明に係る回転電機は、上記いずれかの構成の回転電機用ロータと、前記ロータに対向配置されて回転磁界を作用させるステータとを備えたものである。
本発明に係る回転電機用ロータ、及びこれを備えた回転電機によれば、シャフトから供給される液体冷媒によって、先に電子機器が冷却され、次いでロータに巻回されたコイルが冷却される。したがって、シャフトから供給される液体冷媒によって電子機器およびコイルの両方を効果的に冷却することができる。また、コイルを先に冷却した場合にコイルの熱により高温となった液体冷媒によって電子機器が加熱されることによる故障等を抑制できる。
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図1〜5、7、8は、本発明の実施形態を示す図である。図1は、本実施形態に係る回転電機用ロータを含む回転電機の一部を示す概略断面図である。図1に示すように、回転電機10は、電動機または発電機として機能するものであり、図示しないケーシングに固定された筒状のステータ12と、ステータ12と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ12に対し回転可能なロータ14とを備える。なお、「径方向」とは、ロータ14の回転中心軸に対し直交する放射方向をいう(本明細書全体及び特許請求の範囲で、特に断らない限り「径方向」の意味は同じである。)。
ステータ12は、磁性材製のステータコア16と、ステータコア16に配設された複数相(例えばU相、V相、W相の3相)のステータコイル20u,20v,20wとを含む。ロータ14は、磁性材製のロータコア24と、ロータコア24の中心部に挿入して嵌合固定されたシャフト25とを含む。
また、ロータ14は、ロータコア24に配設された複数のロータコイルである、N極誘導コイル28n、S極誘導コイル28s、N極コモンコイル30n、及びS極コモンコイル30sと、N極誘導コイル28nに接続された第1ダイオード38と、S極誘導コイル28sに接続された第2ダイオード40とを含む。なお、ロータ14は、ロータコア24の軸方向両端に設けられて各コイル28n,28s,30n,30sのコイルエンドを覆う2つのエンドプレートを含んでもよい。
まず、図2〜5を用いて回転電機10の基本構成を説明し、その後、ロータ14の詳細構造を説明する。図2は、本実施形態の回転電機において、ロータ及びステータの周方向一部を示す概略断面図である。図3は、本実施形態の回転電機において、ロータコイルに流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。図4は、ロータコイルにダイオードを接続して示す、図3に対応する図である。
図2に示すように、ステータ12は、ステータコア16を含む。ステータコア16の内周面の周方向複数個所には、径方向内側へ(すなわちロータ14へ向けて)突出する複数のティース18が配置されており、各ティース18間にスロット22が形成されている。ステータコア16は、けい素鋼板等の磁性を有する電磁鋼板のような金属板の積層体等の磁性材料により形成される。複数のティース18は、ロータ14の回転軸である回転中心軸周りの周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されている。なお、「周方向」とは、ロータ14の回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう(本明細書全体及び特許請求の範囲で、特に断らない限り「周方向」の意味は同じである。)。
各相のステータコイル20u,20v,20wは、スロット22を通ってステータコア16のティース18に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース18にステータコイル20u,20v,20wが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータコイル20u,20v,20wに複数相の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース18が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ12に生成することができる。
なお、ステータコイル20u,20v,20wは、このようにステータ12のティース18に巻き回しする構成に限定するものではなく、例えばティース18から外れたステータコア16の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータコイルを巻き回しするトロイダル巻きとし、ステータ12に回転磁界を生じさせることもできる。
ティース18に形成された回転磁界は、その先端面からロータ14に作用する。図2に示す例では、3相(U相、V相、W相)のステータコイル20u,20v,20wがそれぞれ巻装された3つのティース18により1つの極対が構成されている。
一方、ロータ14は、磁性材料製のロータコア24と、複数のロータコイルである、N極誘導コイル28n、N極コモンコイル30n、S極誘導コイル28s、及びS極コモンコイル30sとを含む。ロータコア24は、外周面の周方向複数個所に径方向外側に向けて(すなわちステータ12に向けて)突出して設けられた複数の磁極部であって主突極であるN極形成突極32nおよびS極形成突極32sを有する。
N極形成突極32nとS極形成突極32sとは、ロータコア24の周方向に沿って交互に、かつ、互いに間隔をおいて配置されており、各突極32n、32sがステータ12と対向している。ロータコア24の環状部分であるロータヨーク33及び複数の突極32n、32sは、磁性材製の金属板を複数積層した積層体である複数のロータコア要素を環状に連結することにより、一体に構成されている。これについては、後で詳しく説明する。N極形成突極32nとS極形成突極32sとは、互いに同一の形状及び大きさを有する。
より詳しくは、ロータ14の周方向に関して1つおきのN極形成突極32nのそれぞれに、2つのN極ロータコイルである、N極コモンコイル30nおよびN極誘導コイル28nがそれぞれ集中巻きで巻き回しされている。また、ロータ14において、N極形成突極32nと隣り合う別の突極であり、周方向1つおきのS極形成突極32sのそれぞれに、2つのS極ロータコイルであるS極コモンコイル30sおよびS極誘導コイル28sとが集中巻きで巻き回しされている。ロータ14の径方向に関して、各コモンコイル30n、30sは内側コイルであり、各誘導コイル28n、28sは外側コイルである。
ロータ14は、図3に示すように、周方向に隣り合う突極32n、32sの間に形成されたスロット34を有する。すなわち、ロータコア24には、複数のスロット34が、ロータ14の回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。また、ロータコア24は、回転軸であるシャフト25(図1参照)の径方向外側に嵌合固定されている。
各N極誘導コイル28nは、各N極形成突極32nにおいて、N極コモンコイル30nよりも先端側、すなわち、ステータ12に近い側に巻かれている。各S極誘導コイル28sは、各S極形成突極32sにおいて、S極コモンコイル30sよりも先端側、すなわち、ステータ12に近い側に巻かれている。
なお、図3に示すように、各突極32n、32sの周囲に巻かれる誘導コイル28n、28s及び各コモンコイル30n、30sは、それぞれ突極32n(または32s)の周囲の長さ方向(図3の上下方向)に沿って設けられたソレノイドが、突極32n(または32s)の周方向(図3の左右方向)に複数層整列した整列巻きで配置されることもできる。また、各突極32n、32sの先端側に巻かれる誘導コイル28n、28sは、突極32n、32sの周囲に複数回、すなわち複数ターン分、渦巻状に巻いた構成とすることもできる。
図4、図5に示すように、ロータ14の周方向に隣り合う2個の突極32n、32sを1組として、各組で1個のN極形成突極32nに巻かれたN極誘導コイル28nの一端と、別のS極形成突極32sに巻かれたS極誘導コイル28sの一端とを、2個の電子機器であって整流素子である第1ダイオード38及び第2ダイオード40を介して接続している。図5は、本実施形態において、ロータ14の周方向に隣り合う2つの突極32n、32sに巻装した複数のコイル28n、28s、30n、30sの接続回路の等価回路を示している。図5に示すように、N極誘導コイル28n及びS極誘導コイル28sの一端は、互いに順方向が逆になる第1ダイオード38及び第2ダイオード40を介して、接続点Rで接続されている。本実施形態では、後述するように第1および第2ダイオード38,40が1つの樹脂モールドパッケージにより一体化されたダイオード素子41とされたものが用いられている。
なお、本実施形態では、ロータコア24に巻装されたコイル28n,28s,30n,30sに接続される電子機器がダイオードである場合について説明するが、これに限定されるものではない。上記電子機器は、コイルに流れる電流を整流する機能を有する他の整流器(例えば、サイリスタ、トランジスタ等)が用いられてもよいし、抵抗器、コンデンサ等の電子機器がダイオード等の整流器と併せて用いられてもよい。
図4、図5に示すように、各組でN極形成突極32nに巻かれたN極コモンコイル30nの一端は、S極形成突極32sに巻かれたS極コモンコイル30sの一端に接続されている。N極コモンコイル30n及びS極コモンコイル30sは互いに直列に接続されることで、コモンコイル組36を形成している。さらに、N極コモンコイル30nの他端は接続点Rに接続され、S極コモンコイル30sの他端は、N極誘導コイル28n及びS極誘導コイル28sの接続点Rとは反対側の他端に接続されている。また、各誘導コイル28n、28s及び各コモンコイル30n,30sの巻回中心軸は、ロータ14(図2)の径方向と一致している。なお、各誘導コイル28n、28s及び各コモンコイル30n、30sは、対応する突極32n(または32s)に、樹脂等により造られる電気絶縁性を有するインシュレータ(図示せず)等を介して巻装されることもできる。
このような構成では、後述するように、N極誘導コイル28n、S極誘導コイル28s、N極コモンコイル30n及びS極コモンコイル30sに整流された電流が流れることで各突極32n、32sが磁化し、磁極部として機能する。図3に戻って、ステータコイル20u、20v、20wに交流電流を流すことで、ステータ12が回転磁界を生成するが、この回転磁界は、基本波成分の磁界だけでなく、基本波よりも高い次数の高調波成分の磁界を含んでいる。
より詳しくは、ステータ12に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータコイル20u、20v、20wの配置や、ティース18及びスロット22(図2)によるステータコア16の形状に起因して、(基本波のみの)正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。特に、集中巻においては、各相のステータコイル20u、20v、20wが互いに重なり合わないため、ステータ12の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。例えばステータコイル20u、20v、20wが3相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数の時間的3次成分であり、空間的な2次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータコイル20u、20v、20wの配置やステータコア16の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は空間高調波と呼ばれている。
ステータ12からロータ14に、この空間強調波成分を含む回転磁界が作用すると、空間高調波の磁束変動により、ロータ14の突極32n、32s間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生し、これにより図3に示す各誘導コイル28n、28sの少なくともいずれかの誘導コイル28n、28sに誘導起電力が発生する。
ステータ12から近い、突極32n、32sの先端側の誘導コイル28n、28sは、主に誘導電流を発生させる機能を有する。これに対し、ステータ12から遠い、コモンコイル30n、30sは、主に突極32n、32sを磁化する機能を有する。また、図5の等価回路から理解されるように、隣り合う突極32n、32s(図2〜図4参照)に巻装された誘導コイル28n、28sを流れる電流の合計がコモンコイル30n、30sにそれぞれ流れる電流となる。隣り合うコモンコイル30n、30s同士を直列に接続しているので、両方で巻き数を増加させたのと同じ効果を得られ、各突極32n、32sに流れる磁束を同じとしたままで各コモンコイル30n、30sに流す電流を低減できる。
各誘導コイル28n、28sに誘導起電力が発生すると、N極誘導コイル28n、S極誘導コイル28s、N極コモンコイル30n及びS極コモンコイル30sにダイオード38,40の整流方向に応じた直流電流が流れ、コモンコイル30n、30sが巻装された突極32n、32sが磁化することで、この突極32n、32sが磁極の固定された電磁石である磁極部として機能する。
図4に示すように、周方向に隣り合うN極誘導コイル28n及びN極コモンコイル30nと、S極誘導コイル28s及びS極コモンコイル30sとで巻き方向が逆になっており、周方向に隣り合う突極32n、32s同士で磁化方向が逆になる。図示の例では、N極誘導コイル28n及びN極コモンコイル30nが巻装された突極32nの先端にN極が生成され、S極誘導コイル28s及びS極コモンコイル30sが巻装された突極32sの先端にS極が生成されるようにしている。このため、ロータ14の周方向においてN極とS極とが交互に配置される。すなわち、ロータ14は、ステータ12で生成される磁界に含まれる高調波成分が鎖交することにより、周方向にN極及びS極が交互に形成されるように構成される。
また、本実施形態では、ロータ14は、周方向の複数個所に配置された突極32n、32sの周方向両側面から突出する補助突極42を有している。補助突極42は、各突極32n、32sの周方向(図3、図4の左右方向)両側面において、軸方向(図3、図4の表裏方向)の複数個所から、周方向に対し傾斜した方向にそれぞれ突出する板状の磁性体である。例えば、図示の例では、補助突極42は、各突極32n、32sの周方向両側面の径方向中間部に、先端に向かうほどロータ14の径方向外側になるように周方向に対し傾斜している。複数の補助突極42は、突極32n、32sの周方向の両側面において、N極誘導コイル28nとN極コモンコイル30nとの間、及び、S極誘導コイル28sとS極コモンコイル30sとの間のそれぞれから突出している。すなわち補助突極42は、根元部において、対応する突極32n、32sに磁気的に接続されている。
また、同じスロット34内に配置され、互いに対向する別の突極32n、32sから突出する複数の補助突極42同士は、機械的に連結されていてもよいし、または、機械的に連結されていなくてもよい。図3、図4では、互いに同じスロット34内に配置されるN極形成突極32nの補助突極42と、S極形成突極32sの補助突極42とが、機械的に連結しておらず、そのために互いに磁気的に分断されていることを模式的に示している。このような補助突極42は、突極32n、32sを含む補助突極42と同じ磁性材料により形成されている。
また、各突極32n(または32s)に巻かれた誘導コイル28n(または28s)とコモンコイル30n(または30s)とは、対応するスロット34内で補助突極42により仕切られて分離されている。同じ突極32n、32sに巻かれる誘導コイル28n、28sとコモンコイル30n、30sとは、ロータコア24の軸方向端面よりも外側に設けられる図示しない片側または両側のコイルエンド側等の補助突極42から外れた部分で、互いに接続されている。
なお、後述する図7に示すように、各突極32n(32sも同様である)の先端部に周方向両側に突出し、誘導コイル28n、28sの抜け止めを図るための鍔部44を形成することもできる。ただし、この鍔部44は省略することもできる。
このようなロータ14を含む回転電機10(図2)では、3相のステータコイル20u、20v、20wに3相の交流電流を流すことでティース18(図2)に形成された回転磁界(基本波成分)がロータ14に作用し、これに応じて、ロータ14の磁気抵抗が小さくなるように、突極32n、32sがティース18の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ14にトルク(リラクタンストルク)が作用する。
また、ティース18に形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ14の各誘導コイル28n、28sに鎖交すると、各誘導コイル28n、28sには、空間高調波成分に起因するロータ14の回転周波数(回転磁界の基本波成分)と異なる周波数の磁束変動によって、各誘導コイル28n、28sに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各誘導コイル28n、28sに流れる電流は、各ダイオード38,40により整流されることで一方向(直流)となる。
そして、各ダイオード38,40で整流された直流電流が各誘導コイル28n、28s及び各コモンコイル30n、30sに流れるのに応じて各突極32n、32sが磁化することで、各突極32n、32sは磁極が(N極かS極のいずれか一方に)固定された磁石として機能する。前述のように、ダイオード38,40による誘導コイル28n、28sの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各突極32n、32sに生じる磁石は、周方向においてN極とS極が交互に配置されたものとなる。
しかも、図3に示すように、各突極32n、32sの周方向両側面に補助突極42が、先端に向かうほど径方向外側になるように周方向に対し傾斜する方向に形成されている。このため、例えば図3の破線矢印α、βで示す方向に、ステータ12からロータ14に、ステータ12の起磁力として、空間的2次の空間高調波の磁束であるq軸磁束が流れる場合を考えると、補助突極42により誘導コイル28n、28sに多くの磁束を鎖交させることができる。すなわち、ステータ12とロータ14とのある位相関係で、空間高調波のq軸磁束が、ステータ12の一部のティース18から一部の補助突極42を介して、突極32n、32sの一部へ多く誘導され、突極32n、32sの一部から別のティース18へ誘導される場合があり、誘導コイル28n、28sに多くの磁束を鎖交させることができる。
また、q軸磁束の向き及び大きさは電気的1周期の中で変化するが、誘導コイル28n、28sに流れる磁束の最大量が多くなることで、誘導コイル28n、28sの鎖交磁束の変化を大きくできる。例えば、図3の破線矢印βで示すように、ステータ12のティース18からS極の補助突極42を介してS極形成突極32sにq軸磁束が流れようとする場合があり、S極形成突極32sをN極とする方向に磁束が流れようとする。この場合、これを妨げる方向にS極誘導コイル28sに誘導電流が流れようとし、その流れは第2ダイオード40(図4参照)で妨げられない。このため、図3に実線矢印で示すように、S極形成突極32sからロータコア24のロータヨーク33を介してN極形成突極32nに抜ける方向の磁束である、誘導電流による磁束が流れる。
また、これとは逆、すなわち、図3の破線矢印αと逆方向に、ステータ12のティース18からN極形成突極32nを介して補助突極42にq軸磁束が流れようとする場合があり、N極形成突極32nをS極とする方向に磁束が流れようとする。この場合、これを妨げる方向にN極誘導コイル28nに誘導電流が流れようとし、その流れは第1ダイオード38(図4参照)で妨げられることなく、N極形成突極32nをN極とする方向に電流を流す。この場合も、S極形成突極32sからロータヨーク33を介してN極形成突極32nに抜ける方向の、誘導電流による磁束が流れる。この結果、各突極32n、32sがN極またはS極に磁化する。
上記のように各突極32n、32sの両側面から補助突極42が突出しているので、補助突極42がない場合、すなわち各スロット34内で周方向に隣り合う突極32n、32s同士の間に空間しかない場合に比べて、各誘導コイル28n、28sに鎖交する磁束の振幅の最大値を大きくできるので、鎖交磁束の変化を大きくできる。
そして、各突極32n、32s(磁極が固定された磁石)の磁界がステータ12により生成される回転磁界(基本波成分)と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このステータ12により生成される回転磁界(基本波成分)と突極32n、32s(磁石)の磁界との電磁気相互作用(吸引及び反発作用)によっても、ロータ14にトルク(磁石トルクに相当するトルク)を作用させることができ、ロータ14がステータ12で生成される回転磁界(基本波成分)に同期して回転駆動する。このようにして回転電機10は、ステータコイル20u、20v、20wへの供給電力を利用してロータ14に動力(機械的動力)を発生させるモータとして機能させることができる。
なお、本実施形態では、隣り合う2つの突極32n、32sを1組として、各組において、2つの突極32n、32sに巻かれた誘導コイル28n、28s同士を2つのダイオード38,40を介して接続する場合を説明した。このため、2つの突極32n、32sに対して2つのダイオード38,40が必要になる。これに対して、ロータ14の全部の突極32n、32sに巻かれた全部のコイル28n、28s、30n、30s同士を接続するとともに、ダイオード38,40として2つのみを使用することもできる。図6は、ロータコイルに接続するダイオードの数を少なくした変形例を示す、図5に対応する図である。
図6に示す変形例では、上記の図3、図4等に示した構成において、ロータの周方向1つ置きの突極である全部のN極形成突極32n(図3参照)の先端側に巻装した複数のN極誘導コイル28n同士を直列に接続することでN極誘導コイル組Knを形成し、ロータのN極形成突極32nと隣り合う全部のS極形成突極32s(図3参照)の先端側に巻装した複数のS極誘導コイル28s同士を直列に接続することでS極誘導コイル組Ksを形成している。N極誘導コイル組Kn及びS極誘導コイル組Ksの一端は、互いに順方向が逆になる第1ダイオード38及び第2ダイオード40を介して、接続点Rで接続されている。
また、ロータの周方向に隣り合う2つのN極形成突極32n及びS極形成突極32s(図3参照)を1組とした場合に、各組においてN極コモンコイル30n及びS極コモンコイル30s同士を直列に接続することでコモンコイル組C1を形成するとともに、全部の突極32n、32sに関する全部のコモンコイル組C1同士を直列接続している。さらに、直列接続した複数のコモンコイル組C1のうち、一端となる1つのコモンコイル組C1のN極コモンコイル30nの一端を接続点Rに接続し、他端となる別のコモンコイル組C1のS極コモンコイル30sの一端を、N極誘導コイル組Kn及びS極誘導コイル組Ksの接続点Rとは反対側の他端に接続している。このような構成では、上記の図4、図5に示した構成と異なり、ロータに設けるダイオードの総数を第1ダイオード38及び第2ダイオード40の2つに減らすことができ、コスト低減と組付け工数の削減を図れる。
以上が、本実施形態のロータ14を含む回転電機10の基本的構成とその作用であるが、本実施形態では、ロータ14として、周方向複数個所に配置された複数のロータコア要素を含む構成を採用し、さらにステータ12で発生した磁束の多くが通過する磁気経路での磁気抵抗を減少させ、回転電機10の性能向上を図るために、次の具体的構成を採用している。図7および図8を用いてロータ14の具体的構造を説明する。なお、図7および図8において、上記の図1〜6で示した要素と同一または対応する要素には同一の符号を付している。
図7は、図1のロータ14におけるA−A断面図である。図8は、図7のB部拡大図である。図7に示すように、本実施形態のロータ14は、ロータコア24と、ロータコア24の中心部に嵌合固定されたシャフト25とを備える。
シャフト25は、外周面の周方向複数個所に設けられ、径方向に突出する複数の外側凸部46を含んでいる。図8に示すように、各外側凸部46は、全体的に軸方向に対し直交する平面に関する断面形状が同一である軸方向に長い形状である。各外側凸部46は、周方向幅が小さいシャフト側根元部48と、シャフト側根元部48に接続され、シャフト側根元部48の周方向幅よりも大きくなった周方向幅を有するシャフト側先端部50とを含む。シャフト側先端部50は略楕円の断面形状を有する。シャフト側先端部50は、周方向の幅が最大となる最大幅部分52を有し、最大幅部分52の周方向の幅D1は、シャフト側根元部48の周方向の最大幅D2よりも大きくなっている。シャフト25は、けい素を含まない鉄鋼材料である無垢材等の剛性の高い材料により造られている。
図7に戻って、ロータコア24は、それぞれ複数ずつのロータコア要素である、第1コア要素54と第2コア要素56とを含む。ロータコア24は、第1コア要素54と第2コア要素56とを周方向に1つずつ交互に配置し、環状に連結することにより形成されている。
各コア要素54,56は、けい素鋼板のような電磁鋼板等の磁性を有する金属板を積層して構成されている。また、各コア要素54,56は、シャフト25に対する結合側に設けられるロータ側根元部62と、ロータ側根元部62の径方向外側に接続されるロータ側先端部64とを含む。ロータ側根元部62は、ロータヨーク33を形成し、ロータ側先端部64はN極形成突極32nまたはS極形成突極32sを形成する。
ロータ側根元部62には、径方向外側へ向かって凹む内側凹部70が形成されている。内側凹部70の内側には、シャフト25に設けられた外側凸部46が軸方向に嵌合される。各内側凹部70は、各コア要素54,56の径方向内端に開口するように形成され、奥部に周方向幅が大きくなった幅広部72を有する。ロータ側根元部62の周方向両側面は、ロータ14の放射方向と一致する。ロータ側根元部62の周方向両側面において、内側凹部70の周方向幅が最大となる部分よりも径方向内側部分に半円部74が形成されている。
また、ロータ側先端部64は周方向両側面から周方向に対し傾斜した方向に突出する傾斜突出部78とを有する。各傾斜突出部78は、上記の補助突極42(図2等)を形成する。各傾斜突出部78の先端部にピン孔85が軸方向に貫通して形成されている。ロータ側先端部64の先端部の周方向両側面に、それぞれ鍔部44(図8参照)を形成するための周方向突出部80が形成されている。
各コア要素54,56において、傾斜突極部78の外径側に誘導コイル28n(または28s)が巻回されており、傾斜突極部78の内径側にコモンコイル30n(または30s)が巻回されている。各コイル28n,28s,30n,30sは、コア要素54,56同士が連結ピン86で連結する前にコア要素54,56に巻回されてもよいし、あるいは、連結ピン86で連結された後であってシャフト25の組み付け前に巻回されてもよい。
図7,8に示す例では、周方向に隣り合う第1および第2コア要素54,56の傾斜突出部78同士が、連結ピン86によって連結されている。具体的には、第1コア要素54の傾斜突出部78と第2コア要素56の傾斜突出部78とは軸方向にずれているために各コア要素54,56を環状に配列した場合に傾斜突出部78同士が互いに干渉することなく環状に整列することができる。
したがって、第1コア要素54の傾斜突出部78のピン孔85と、第2コア要素56の傾斜突出部78のピン孔85とを軸方向に沿って一直線状に位置合わせした状態で、連結ピン86をピン孔85に挿通または圧入することによって、環状に配列した第1および第2コア要素54,56を互いに連結した状態とすることができる。
この場合、傾斜突出部78によって構成される補助突極42と連結ピン86とを介して軸方向経路を含む磁束経路が形成されると磁束漏れによるトルク出力低下を招くことから、第1コア要素54の補助突極42(すなわち傾斜突出部78)と第2コア要素56の補助突極42(すなわち傾斜突出部78)との間に軸方向の隙間を形成すること、および/または、例えばステンレス等の非磁性材料からなる連結ピン86を用いることが好ましい。
上記のようにして環状に連結された第1および第2コア要素54,56の内側凹部70にシャフト25の外側凸部46がそれぞれ嵌合されるようにして、シャフト25が軸方向に挿入または圧入されて組み付けられる。そして、図8に示すように、隣り合うコア要素54,56のロータ側根元部62同士を押し広げるように、複数のピン係合部87に複数のガタ減少ピン88が軸方向に挿入または圧入される。これにより、周方向に隣り合うコア要素54,56同士について、シャフト25に対する結合側に設けられるロータ側根元部62で周方向にしっかりと接した状態で隣り合うコア要素54,56間の組付けガタを減少できる。
このような本実施形態におけるロータ14では、周方向複数個所に配置された複数のコア要素54,56がロータ側根元部62において互いに接触して設けられているので、ステータ12で発生した磁束の多くが通過する磁気経路がシャフト25を通過しないことにより磁気抵抗の増加を招くことがなく、回転電機10の性能向上を図れる。
なお、上記においては、N極形成突極32nおよびS極形成突極32sに誘導コイル28n,28sおよびコモンコイル30n,30sを巻装し、2つのダイオード38,40を介して周方向に隣り合う突極32n,32sの誘導コイル28n,28sとコモンコイル30n,30sとを接続したロータ構成について説明した。しかし、本発明の回転電機は、このような構成に限定されるものではない。例えば、図9に示すロータ14aのように、各突極32n,32sにコイル30をそれぞれ独立して巻装し、そして、各コイル30にダイオード38または40をそれぞれ直列接続した構成であってもよい。この場合、各突極32n,32sには、上記のような補助突極42が設けられていなくてもよい。
また、図10に示すロータ14bのように、図9に示すロータ構成に比べて、使用するダイオードの数を少なくしてもよい。詳しくは、ロータ14bは、N極形成突極32nおよびS極形成突極32sにコイル30がそれぞれ独立して巻装されている点で同じであるが、周方向に1つおきのコイル30を直列接続して1つのダイオード38に接続する一方、残りのコイル30を直列接続して上記ダイオード38とは順方向が逆向きの1つのダイオード40に接続してもよい。これによりダイオードの使用数を突極32n,32sに対応した数から2つに減らすことができる。
さらに、図9および図10に示すロータ14a,14bは、分割された複数のコア要素54,56を周方向に連結するのではなく、環状に打ち抜き加工された電磁鋼板を軸方向に積層してかしめ、溶接等により一体に連結して形成されてもよい。この場合、シャフトに固定されるロータコアは、キー嵌合、圧入、締り嵌め等によって周方向位置が決められることができる。
次に、図1に加えて図11〜13を参照して、ダイオードの冷却構造について説明する。図11は、ロータ14の軸方向端面を示す図である。図12は図11におけるC−C断面図である。図13は、ダイオードおよびコイルエンドをモールド樹脂で覆った例を示す、図12に対応する図である。なお、以下の説明においてロータコア24に近い側を「軸方向内側」といい、ロータコア24から遠い側を「軸方向外側」ということとし、これは本願の明細書および特許請求の範囲の全体についても同様である。
図1に示すように、ロータ14は、両端側において回転可能に支持されたシャフト25と、シャフト25の周囲にかしめ、焼嵌め、圧入等の方法で嵌合固定されたロータコア24とを備える。ロータコア24の各突極32n,32sには、上述したように誘導コイル28n,28sおよびコモンコイル30n,30sがそれぞれ巻装されている。
図11および図12を参照すると、各突極32n,32sにおいて、コモンコイル30n,30sは内径側に巻装され、誘導コイル28n,28sは外径側に巻装されている。そして、コモンコイル30n,30sは、誘導コイル28n,28sの外周にオーバラップして巻装されている。より詳しくは、コモンコイル30n,30sは、ロータコア24の軸方向端面から外側に突出するコイルエンド29において、誘導コイル28n,28sの軸方向外側に覆い被さるようにして設けられている。
ここで、誘導コイル28n,28sは、コイルエンド29においてコモンコイル30n,30sによって完全に覆われてはおらず、外径側部分が露出した状態とされている。これにより、この外径側部分において後述する液体冷媒である冷却油と接触することによって、誘導コイル28n,28sに対する冷却性能を確保できるようにしている。
ロータ14には、上記第1および第2ダイオード38,40をそれぞれ一体に含むダイオード素子41が、複数設けられている。本実施形態では、周方向に隣り合う1組のN極形成突極32nおよびS極形成突極32sに対応して、例えば6個のダイオード素子41が周方向に間隔をおいて配置されている。各ダイオード素子41は、図4及び図5を参照して上述したように、1組の突極32n,32sに巻装された誘導コイル28n,28sおよびコモンコイル30n,30sに接続されている。
より詳しくは、ダイオード素子41は、第1および第2ダイオード38,40を内蔵したモールド樹脂本体41aと、モールド樹脂本体41aから略L字状に突出した3本の端子部40bとを有する。ダイオード素子41の3本の端子部41bは、1組の誘導コイル28n,28sの各端部とコモンコイル30nまたは30sの端部とから延びる3本のリード線Lに例えば溶着、かしめ、半田付け等によって結線されている。これにより、ダイオード素子41が各コイル28n,28s,30n,30sに電気的に接続されている。
ダイオード素子41は、例えば円環状板部材である設置板90にねじ留め、接着等の方法によって取り付けられている。設置板90は、熱伝導性が良好な金属板で構成されるのが好ましい。設置板90は、シャフト25の外側凸部46の軸方向端面(およびロータコア24のロータヨーク33)に当接した状態で、シャフト25にかしめ、圧入、締り嵌め、ボルト固定等によって嵌合固定されている。ダイオード素子41は、設置板90の軸方向外側の表面上に固定されている。これにより、ダイオード素子41は、シャフト25およびロータコア24と共に回転するように設けられている。
上記のように設置板90の軸方向外側表面上に取り付けられたダイオード素子41は、シャフト25の外周面に接触して又は近接して配置されている。このようにシャフト25に近い内径側位置にダイオード素子41を設けることによって、ロータ14の高速回転時に作用する遠心力を低減することができ、強大な遠心力が作用することによるダイオード素子41の故障や径方向外側への飛び出し等の不具合の発生を抑制することができる。
また、ダイオード素子41は、ロータコア24の突極32n,32sに巻き回しされたコイル28n,28s,30n,30sよりも内径側に設置されている。これにより、後述するようにシャフト25から供給される冷却油によってダイオード素子41、コイル28n,28s,30n,30sの順に冷却されるように構成されている。
なお、本実施形態では全てのダイオード素子41をロータコア24の軸方向一方端側に設けた例について説明したが、これに限定されるものではなく、ロータコア24の軸方向他方端側にも分担して取り付けるようにしてもよい。具体的には、図11に示される6つのダイオード素子41のうち3つをロータコア24の軸方向他方端側に設けてもよい。
また、第1および第2ダイオード38,40が個別にパッケージされたものが用いられてもよい。この場合、例えば、第1ダイオード38をロータコア24の一方側端部に設け、第2ダイオード40をロータコア24の他方側端部に設けるようにしてもよい。
さらに、設置板90とロータコア24との間に隙間または断熱層を形成して、ダイオード素子41とロータコア24(すなわちコイル28n,28s,30n,30s)とを熱的に分離してもよい。このようにすれば、ロータコア24から設置板90を介してダイオード素子41に熱が伝わるのを抑制できる利点がある。この場合、設置板90とロータコア24との間の隙間にシャフト25から冷却油を供給して、設置板90に取り付けられたダイオード素子41およびロータコア24に巻装されたコイル28n,28s,30n,30sの両方を冷却するようにしてもよい。
図1および図11を参照すると、シャフト25内には、冷媒流路89が軸方向に延伸して供給されている。冷媒流路89には、液体冷媒の一例として好適である冷却油がシャフト25の軸方向一方端側から供給されるようになっている。そして、冷却油は、図示しないオイルクーラおよびオイルポンプ等を経由してシャフト25の冷媒流路89に循環供給されるように構成されている。
また、冷媒流路89を流れる液体冷媒は、シャフト25に対して、ダイオード素子41が設けられている側の軸方向一方端部側から供給されるのが好ましい。このようにすることで、ロータコア24内に位置するシャフト25内を通ってから供給される場合に比べて、より低温の状態でダイオード素子41の冷却に用いることができる。したがって、ダイオード素子41を十分に冷却することができ、熱的損傷等を抑制できる。また、冷却油の供給量が減少してしまった場合等にも、ダイオード素子41に対する冷却性能を担保することができる。
図11および図12を参照すると、シャフト25には、複数の冷媒供給路96が形成されている。冷媒供給路96は、径方向に貫通する穴からなり、冷媒流路89内を流れる冷却油をシャフト外に供給する機能を有する。また、シャフト25の外周面に開口する冷媒供給路96の開口部は、周方向に関してダイオード素子41の間に対応して設けるのが好ましい。本実施形態では、ダイオード素子41間に6つの冷媒供給路96が形成されている例を示す。このような位置に冷媒供給路96を形成することで、後述するように冷媒供給路96から吐出された冷却油は、回転するロータ14の遠心力によって図中点描領域として示すように略扇状に拡がって径方向外側へと流れるが、ダイオード素子41に直に接触することが抑制される。したがって、遠心力によって高速で径方向外側へ流れる冷却油がダイオード素子41に接触または衝突することによる磨耗等の不具合が生じることが抑制される。
図12に示すように、シャフト25に形成された冷媒供給路96は、ダイオード素子41が設置された設置板90の軸方向外側表面と略面一に開口するように形成されるのが好ましい。このようにすれば、冷却供給路96から吐出された冷却油が設置板90の外側表面に接触しつつ径方向外側へと確実に流れるようにすることができる。したがって、冷却油により設置板90を介してダイオード素子41を効果的に冷却することができる。
続いて、上記のような軸心冷却構造を有するロータ14を備える回転電機10の冷却動作について説明する。
シャフト25の軸方向一端部から冷媒流路89に供給された冷却油は、軸方向に流れて冷媒供給路96が形成された位置に到達すると、ロータ14の回転による遠心力によって、または、冷却油が圧送される場合には油圧も相まって、冷却供給路96を介してシャフト外に供給される。そして、冷媒供給路96からシャフト外に吐出された冷却油は、ダイオード素子41間に位置する設置板90の外側表面上を周方向に略扇状に広がりながら径方向外側へと流れる。
一方、第1および第2ダイオード38,40を含むダイオード素子41は、誘導コイル28n,28sによって生成された誘起電流が流れることによって発熱する。このように生じた熱は、ダイオード素子41の腹面(すなわち設置板90との接触面)から設置板90に伝わり、上記のように設置板90の外側表面を流れる冷却油に奪われる。つまり、ダイオード素子41は、設置板90を介して冷却油により間接的に冷却される。
それから、冷却油は、更に、周方向に略扇状に広がりながら径方向外側へと流れて、コイルエンドにおいて、コモンコイル30n,30sおよび誘導コイル28n,28sと接触し、これにより各コイル28n,28s,30n,30sが冷却油によって冷却される。各コイル28n,28s,30n,30sの耐熱温度(例えば160℃)は、ダイオード素子41の耐熱温度(例えば125℃)よりも高い。そのため、先に設置板90を介してダイオード素子41を間接的に冷却した冷却油によって、ダイオード素子41よりも高温になる傾向にあるコイル28n,28s,30n,30sを効果的かつ十分に冷却することが可能である。
このとき、コモンコイル30n,30sが誘導コイル28n,28sよりも内径側に配置されていることから、先にコモンコイル30n,30sが冷却されてから、次いで誘導コイル28n,28sが冷却されることになる。誘導コイル28n,28sは、図4,5を参照して上述したように第1および第2ダイオード38,40によってそれ自身を流れる誘導電流の流れ方向が一方向に規制されるのに対し、互いに直列接続された1組のコモンコイル30n,30sには1組の誘導コイル28n,28sによって発生した合計の誘導電流が流れるため、コモンコイル30n,30sの発熱量が誘導コイル28n,28sの発熱量に比べて大きなものとなる。したがって、シャフト25から供給された冷却油によって、内径側に位置するコモンコイル30n,30sが冷却された後に、外径側に位置する誘導コイル28n,28sが冷却されることで、コモンコイル30n,30sに対する冷却性能を誘導コイル28n,28sに対する冷却性能よりも優位にすることができる。これにより、コモンコイル30n,30sの巻き数をより増やすことが可能になる。
また、本実施形態のロータ14では、コモンコイル30n,30sは誘導コイル28n,28sの外周にオーバラップして巻装されているため、シャフト25から供給された冷却油が誘導コイル28n,28sよりもコモンコイル30n,30sに対してより多く接触する。したがって、コモンコイル30n,30sに対する冷却性能をさらに優位にすることができ、その結果、巻き数を誘導コイル28n,28sよりも多くした場合にもコモンコイル30n,30sに対する冷却を十分に行うことができる。
コイルエンドにおいてコモンコイル30n,30s、誘導コイル28n,28sの順に冷却した冷却油は、回転するロータ14の遠心力によって更に径方向外側へと流れてロータ14からステータ12のステータコイル20u,20v,20wのコイルエンドにかかる。これにより、ロータ14のコイル28n,28s,30n,30sに比べて、より大きな駆動電流が回転電機10の外部から供給されるステータコイル20u,20v,20wを、ロータ14のダイオード素子41およびコイル28n,28s,30n,30sの冷却で昇温した冷却油によっても有効に冷却することができる。
その後、ステータコイル20u,20v,20wを冷却した冷却油は、回転電機10を収容するケースの底部に流れ落ちて溜まり、そこから排出口を介して抜かれてオイルクーラを通過して放熱および降温した後、オイルポンプ等の作用によってシャフト25内の冷媒流路89に循環供給される。
上述したように本実施形態のロータ14を備える回転電機10によれば、シャフト25の冷媒供給路96から供給される冷却油によって、先にダイオード素子41が冷却され、次いでダイオード素子41よりも高い耐熱温度を有するコイル28n,28s,30n,30sが冷却される。したがって、シャフト25から供給される冷却油によってダイオード素子41およびコイル28n,28s,30n,30sの両方を効果的に冷却することができる。また、コイル28n,28s,30n,30sを先に冷却した場合にはコイル28n,28s,30n,30sの熱により高温となった冷却油によってダイオード素子41が加熱されることによる故障等が懸念されるが、本実施形態ではそのような事態を抑制できる。
加えて、本実施形態のロータ14を備えた回転電機10によれば、ダイオード素子41が内径側に配置されていることで、ロータ回転時の遠心力によるダイオード素子41の飛び出しを抑制しつつ上記遠心力等によって径方向外側へ流れる冷却油によりダイオード素子41等を効果的に冷却することができる。
なお、上記において本発明の実施形態とその変形例について説明したが、本発明は上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。
例えば、上記においてはシャフト25の冷媒供給路96から供給される冷却油がダイオード素子41に直接に掛からないようにするために冷媒供給路96の開口部を周方向に関してダイオード素子41の間に対応する位置に形成した。これに代えて又はこれに加えて、図13に示すように、ダイオード素子41とコイル28n,28s,30n,30sとをモールド樹脂部100によって覆うとともに、ダイオード素子41の径方向内側に位置するシャフト25上に冷媒供給路96の開口部を形成してもよい。この場合、冷媒供給路96から吐出される冷却油がダイオード素子41を覆うモールド樹脂部100上を流れることで、ダイオード素子41の冷却を十分に行うことができる。また、冷却油はダイオード素子41と直に接触しないので、遠心力の作用によって径方向外側へ高速で流れる冷却油がダイオード素子41に接触または衝突することによる磨耗や劣化といった不具合が発生することがない。
また、図13に示すように、ダイオード素子41をシャフト25の外側凸部46の軸方向端面およびロータコア24のロータヨーク33の少なくとも一方の上に直に固定して、設置板90を省略してもよい。これにより、部品数とコストを削減できる利点がある。
また、上記実施形態においては、ロータコア24の端部に設けた設置板90に別部材であるダイオード素子または整流器をねじ留め等によって取り付けるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば半導体素子からなるダイオードを設置板と一体に作り込んだもの又は内蔵したものを用いてもよい。
さらに、上記実施形態においてはダイオード素子41を設置板90に取り付けてシャフト25の冷媒供給路96から供給された冷却油によりダイオード素子41を冷却する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、ロータコア24に巻装されたコイル28n,28s,30n,30sのコイルエンドを覆うエンドプレートをロータコアの軸方向端面に設け、このエンドプレート上にダイオード素子を固定し、シャフトまたは非回転部から供給される冷却油によって、先ずエンドプレートを介して内径側のダイオード素子41を冷却し、次いで外径側のコイルを冷却する構成としてもよい。
10 回転電機、12 ステータ、14,14a,14b ロータ、16 ステータコア、18 ティース、20u、20v、20w ステータコイル、22 スロット、24 ロータコア、25 シャフト、26a、26b エンドプレート、28n N極誘導コイル、28s S極誘導コイル、30n N極コモンコイル、30s S極コモンコイル、32n N極形成突極、32s S極形成突極、33 ロータヨーク、34 スロット、36 コモンコイル組、38 第1ダイオード、40 第2ダイオード、41 ダイオード素子、42 補助突極、44 鍔部、46 外側凸部、48 シャフト側根元部、50 シャフト側先端部、52 最大幅部分、54 第1コア要素、56 第2コア要素、62 ロータ側根元部、64 ロータ側先端部、70 内側凹部、72 幅広部、74 半円部、78 傾斜突出部、80 周方向突出部、85 ピン孔、86 連結ピン、87 ピン係合部、88 ガタ減少ピン、89 冷媒流路、90 設置板、96 冷媒供給路、100 モールド樹脂部。
Claims (5)
- 回転可能に支持されるシャフトと、
前記シャフトに固定されるロータコアと、
前記シャフトおよびロータコアと共に回転するように前記ロータコアの軸方向端面に設けられた電子機器と、
前記ロータコアに巻き回しされて前記電子機器に接続され、前記電子機器よりも高い耐熱温度を有するコイルと、
前記シャフト内を流れる液体冷媒をシャフト外に供給する冷媒供給路から供給された液体冷媒が、前記コイルよりも内径側に配置された前記電子機器を冷却した後に前記コイルを冷却する冷却構造と、
を備える、回転電機用ロータ。 - 請求項1に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記ロータコアは外周部に複数の突極を有しており、前記コイルは、前記ロータコアの径方向に関して、前記突極の内径側に巻装されて前記突極を磁化させるコモンコイルと、前記突極の外径側に巻装されるとともに前記コモンコイルに接続され、ステータからの磁束変動を受けて誘導電流を発生させる誘導コイルとを含む、回転電機用ロータ。 - 請求項3に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記コモンコイルは、前記誘導コイルの外周にオーバラップして巻装されている、回転電機用ロータ。 - 請求項1、3、4のいずれか1に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記電子機器は、前記ロータコアの軸方向一方端面に設けられており、
前記シャフト内の冷媒流路を流れる液体冷媒は、前記シャフトに対して、前記電子機器が設けられている側の軸方向一方端部側から供給される、
回転電機用ロータ。 - 請求項1、3〜5のいずれか1に記載の回転電機用ロータと、
前記ロータに対向配置されて回転磁界を作用させるステータと、
を備える回転電機。
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CN111585365B (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-26 | 南京航空航天大学 | 一种辅助齿型谐波感应励磁电机 |
US11626779B2 (en) | 2021-02-17 | 2023-04-11 | E-Circuit Motors, Inc. | Planar stator having discrete segments with different winding characteristics |
AU2022318884A1 (en) | 2021-07-30 | 2024-01-25 | E-Circuit Motors, Inc. | Magnetic material filled printed circuit boards and printed circuit board stators |
US11336130B1 (en) | 2021-08-17 | 2022-05-17 | E-Circuit Motors, Inc. | Low-loss planar winding configurations for an axial flux machine |
JP2023047885A (ja) * | 2021-09-27 | 2023-04-06 | トヨタ自動車株式会社 | 回転電機 |
WO2023210274A1 (ja) * | 2022-04-28 | 2023-11-02 | 株式会社アイシン | 巻線界磁式回転電機 |
US11637463B1 (en) * | 2022-10-16 | 2023-04-25 | RH Motor Industry, LLC | Double rotor brushless direct-current motor with fluid cooling |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS3729704Y1 (ja) * | 1957-03-12 | 1962-11-06 | Westinghouse Electric Corp | |
JPS58186776U (ja) * | 1982-06-07 | 1983-12-12 | 三菱電機株式会社 | 液冷回転電機 |
JP2000262013A (ja) * | 1999-03-09 | 2000-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | 車両用交流発電機 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA902150A (en) * | 1969-11-10 | 1972-06-06 | M. Potter Frederick | Brushless d.c. oil cooled generator |
US3896320A (en) * | 1971-10-19 | 1975-07-22 | United Aircraft Corp | High speed electric generator |
US3733503A (en) * | 1972-06-16 | 1973-05-15 | Bendix Corp | Oil spray cooled, brushless, variable speed direct current generator |
IL50920A (en) * | 1975-11-26 | 1978-07-31 | Sundstrand Corp | Cooling arrangement for dynamoelectric machines |
US4221982A (en) * | 1978-07-31 | 1980-09-09 | General Motors Corporation | Liquid cooled rectified-alternating current generator |
US4621210A (en) * | 1985-11-22 | 1986-11-04 | Sundstrand Corporation | Electric generator cooling arrangement |
JPS63293491A (ja) | 1987-05-27 | 1988-11-30 | Mitsubishi Nuclear Fuel Co Ltd | 支持格子用内ストラップ |
US5319272A (en) * | 1992-07-14 | 1994-06-07 | Eemco/Datron, Inc. | Miniature rotating rectifier assembly |
JP3797225B2 (ja) | 2001-05-01 | 2006-07-12 | 株式会社デンソー | 車両用交流発電機 |
US6727609B2 (en) * | 2001-08-08 | 2004-04-27 | Hamilton Sundstrand Corporation | Cooling of a rotor for a rotary electric machine |
DE10361859A1 (de) * | 2003-12-30 | 2005-08-11 | Robert Bosch Gmbh | Elektrische Maschine und dazu vorgesehener Ständer |
JP4241756B2 (ja) * | 2005-05-13 | 2009-03-18 | オムロン株式会社 | 部品実装基板構造 |
JP5062517B2 (ja) | 2007-01-18 | 2012-10-31 | 株式会社デンソー | 界磁巻線型同期機 |
JP4440275B2 (ja) * | 2007-02-02 | 2010-03-24 | 三菱電機株式会社 | 三相回転電機 |
JP5302527B2 (ja) * | 2007-10-29 | 2013-10-02 | 株式会社豊田中央研究所 | 回転電機及びその駆動制御装置 |
CN201352730Y (zh) * | 2009-02-10 | 2009-11-25 | 铁岭宝众新能源汽车有限公司 | 励磁直流无刷电动机 |
JP5492458B2 (ja) * | 2009-05-28 | 2014-05-14 | 株式会社豊田中央研究所 | モータ |
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CN102118081A (zh) * | 2011-03-21 | 2011-07-06 | 天津市松正电动汽车技术股份有限公司 | 一种电机液冷系统和方法 |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS3729704Y1 (ja) * | 1957-03-12 | 1962-11-06 | Westinghouse Electric Corp | |
JPS58186776U (ja) * | 1982-06-07 | 1983-12-12 | 三菱電機株式会社 | 液冷回転電機 |
JP2000262013A (ja) * | 1999-03-09 | 2000-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | 車両用交流発電機 |
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