WO2023199711A1 - 回転電機 - Google Patents
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- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
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- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
Definitions
- the present disclosure relates to a rotating electrical machine.
- an IPM (Interior Permanent Magnet) type rotor in which a magnet receiving hole is formed in a rotor core made of laminated electromagnetic steel plates, and a magnet is inserted into the magnet receiving hole, has become popular.
- magnets used in such rotors include those shown in Patent Document 1.
- Patent Document 1 a magnet can be used that has a surface magnetic flux density distribution close to a sine wave, and eddy current loss can be suppressed because the magnetic flux changes more slowly than in a radial magnet. Furthermore, it is also possible to increase the magnetic flux density.
- the present disclosure has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to provide a rotating electrical machine that can suppress magnetic flux leakage from a designed magnetic circuit and release torque restrictions.
- a first means for solving the above problem includes a field element having a magnet portion including a plurality of magnetic poles with alternating polarities in the circumferential direction, and an armature having a multiphase armature winding,
- the magnet part includes a plurality of magnets arranged in a circumferential direction, and the magnet part has a magnetic pole center.
- the direction of the axis of easy magnetization is parallel to the d-axis compared to the q-axis side, which is a magnetic pole boundary, and the armature winding is
- the armature has conducting wire portions arranged at predetermined intervals in the circumferential direction at positions facing the magnet, and in the armature, an inter-conductor member is provided between each of the conducting wire portions in the circumferential direction, and as the inter-conductor member,
- the circumferential width of the inter-conductor member at one magnetic pole is Wt
- the saturation magnetic flux density of the inter-conductor member is B100
- the circumferential width of the magnet at one magnetic pole is Wm
- the residual magnetic flux density of the magnet is Br.
- the gist is density.
- the inter-conductor member provided between each conductor part is magnetically saturated by the magnetic flux from the magnet part. That is, the inter-conductor member does not have a role of inducing magnetic flux in the magnetic circuit. This allows the magnetic flux to flow in accordance with the designed magnetic circuit, and eliminates torque limitations based on magnetic saturation. Further, the inter-conductor member can be easily designed.
- the saturation magnetic flux density B100 is the saturation magnetic flux density calculated using the magnetic flux density at a magnetizing force of 10000 A/m. Therefore, when using a strong magnet part, it is possible to design more accurately.
- a second means is that in the first means, the armature winding is constituted by concentrated winding, and when a plurality of the inter-conductor members are present within one magnetic pole of the magnet section, the magnet The total width dimension in the circumferential direction of the inter-conductor members within one magnetic pole of the section is assumed to be Wt.
- a third means is, in the first or second means, when the width dimension in the circumferential direction of the member between the conductor wires is not uniform in the radial direction, the width dimension in the circumferential direction of the member between the conductor wires is the narrowest. The value is determined as Wt.
- a fourth means is that in any one of the first to third means, the magnet portion is constituted by a plurality of first magnets and a plurality of second magnets arranged alternately in the circumferential direction.
- the magnet magnetic path of the first magnet is provided so as to be closer to parallel to the radial direction than the magnet magnetic path of the second magnet, and the first magnet is provided on the d-axis side.
- the second magnet is provided on the q-axis side
- the circumferential width Wm of the magnet portion in one magnetic pole is the circumferential width Wm of the first magnet existing in one magnetic pole and the width Wm in the circumferential direction of the first magnet existing in one magnetic pole. It is determined by the sum of the circumferential width dimensions of the second magnets present in .
- a fifth means is that in any one of the first to fourth means, the magnet portion is configured by embedding the magnet in an iron core, and a plurality of the magnets are provided within one magnetic pole.
- Wm is the value obtained by subtracting the width in the circumferential direction of the gap between the magnets from the width in the circumferential direction from one end of the magnet to the other in one magnetic pole.
- a sixth means is that in any one of the first to fifth means, the conducting wire portion is a flat shape having a circumferential length longer than a radial length between the conducting wire members. It has a cross section of the shape.
- a seventh means is that in any one of the first to sixth means, the conducting wire portion is configured by bundling strands.
- FIG. 1 is a perspective view showing the entire rotating electrical machine in the first embodiment
- FIG. 2 is a plan view of the rotating electric machine
- FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 5 is an exploded cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 6 is a cross-sectional view of the rotor
- FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the cross-sectional structure of the magnet unit
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between electrical angle and magnetic flux density for the magnet of the embodiment
- FIG. 1 is a perspective view showing the entire rotating electrical machine in the first embodiment
- FIG. 2 is a plan view of the rotating electric machine
- FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 5 is an exploded cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 6 is
- FIG. 9 is a diagram showing the relationship between electrical angle and magnetic flux density for a comparative example magnet
- FIG. 10 is a perspective view of the stator unit
- FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view of the stator unit
- FIG. 12 is a perspective view of the core assembly seen from one side in the axial direction
- FIG. 13 is a perspective view of the core assembly seen from the other axial side
- FIG. 14 is a cross-sectional view of the core assembly
- FIG. 15 is an exploded cross-sectional view of the core assembly
- FIG. 16 is a circuit diagram showing the connection state of partial windings in each phase winding of three phases
- FIG. 17 is a side view showing a first coil module and a second coil module side by side in contrast
- FIG. 18 is a side view showing the first partial winding and the second partial winding side by side in contrast;
- FIG. 19 is a diagram showing the configuration of the first coil module,
- FIG. 20 is a sectional view taken along the line 20-20 in FIG. 19(a),
- FIG. 21 is a perspective view showing the structure of the insulating cover,
- FIG. 22 is a diagram showing the configuration of the second coil module,
- FIG. 23 is a sectional view taken along the line 23-23 in FIG. 22(a),
- FIG. 24 is a perspective view showing the configuration of the insulating cover,
- FIG. 25 is a diagram showing the overlap position of the film material when the coil modules are arranged in the circumferential direction,
- FIG. 19 is a diagram showing the configuration of the first coil module
- FIG. 20 is a sectional view taken along the line 20-20 in FIG. 19(a)
- FIG. 21 is a perspective view showing the structure of the insulating cover
- FIG. 22 is a diagram showing the configuration
- FIG. 26 is a plan view showing a state in which the first coil module is assembled to the core assembly
- FIG. 27 is a plan view showing a state in which the first coil module and the second coil module are assembled to the core assembly
- FIG. 28 is a longitudinal cross-sectional view showing a state of fixing with fixing pins
- FIG. 29 is a perspective view of the busbar module
- FIG. 30 is a sectional view showing a part of the longitudinal section of the busbar module
- FIG. 31 is a perspective view showing a state in which the busbar module is assembled to the stator holder
- FIG. 32 is a longitudinal cross-sectional view of a fixing part that fixes the busbar module
- FIG. 33 is a longitudinal sectional view showing a state in which the relay member is attached to the housing cover
- FIG. 34 is a perspective view of the relay member
- FIG. 35 is an electric circuit diagram showing a control system of a rotating electric machine
- FIG. 36 is a functional block diagram showing current feedback control processing by the control device
- FIG. 37 is a functional block diagram showing torque feedback control processing by the control device
- FIG. 38 is a partial cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a magnet unit in a modified example
- FIG. 39 is a diagram showing the configuration of a stator unit with an inner rotor structure
- FIG. 40 is a plan view showing how the coil module is assembled to the core assembly
- FIG. 41 is a longitudinal cross-sectional view of the rotating electric machine in the second embodiment
- FIG. 42 is a cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 41 is a longitudinal cross-sectional view of the rotating electric machine in the second embodiment
- FIG. 42 is a cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 41 is a longitudinal cross-sectional view of the rotating electric machine in the
- FIG. 43 is a cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 44 is an exploded cross-sectional view of the rotating electric machine
- FIG. 45 is an exploded perspective view of the stator unit
- FIG. 46 is an exploded perspective view of the stator
- FIG. 47 is an exploded perspective view of the stator
- FIG. 48 is an exploded cross-sectional view of the stator unit
- FIG. 49 is a perspective view showing the configuration of a partial winding
- FIG. 50 is an exploded perspective view showing an exploded insulating cover in a partial winding
- FIG. 51 is a perspective view showing the configuration of a partial winding
- FIG. 52 is an exploded perspective view showing an exploded insulating cover in a partial winding
- FIG. 53 is a plan view showing a state in which partial windings are arranged side by side in the circumferential direction;
- FIG. 54 is a cross-sectional view of the stator holder,
- FIG. 55 is a perspective view of the stator unit viewed from the wiring module side;
- FIG. 56 is an exploded cross-sectional view showing a rotating electrical machine divided into a fixed part and a rotating part,
- FIG. 57 is a circuit diagram of the stator winding in the second embodiment,
- FIG. 58 is a developed view of the stator winding and bus bar,
- FIG. 59 is a circuit diagram of a stator winding in a comparative example,
- FIG. 60 is a side view schematically showing a first partial winding and a second partial winding in another example;
- FIG. 61 is a perspective view schematically showing a first partial winding and a second partial winding in another example
- FIG. 62 is a perspective view schematically showing a first partial winding and a second partial winding in another example
- FIG. 63 is a side view schematically showing a first partial winding and a second partial winding in another example
- FIG. 64 is a side view schematically showing a first partial winding and a second partial winding in another example
- FIG. 65 is a perspective view schematically showing a first partial winding and a second partial winding in another example
- FIG. 66 is a side view schematically showing a first partial winding and a second partial winding in another example
- FIG. 67 is a cross-sectional view of the conductive wire material in the third embodiment
- FIG. 68 is a schematic cross-sectional view of the magnet unit and stator in the fourth embodiment
- FIG. 69 is a schematic cross-sectional view of a magnet unit and a stator in another example of the fourth embodiment
- FIG. 70 is a schematic cross-sectional view of a magnet unit and a stator in another example of the fourth embodiment
- FIG. 71 is a schematic cross-sectional view of a magnet unit in another example of the fourth embodiment
- FIG. 72 is a schematic cross-sectional view of a magnet unit in another example of the fourth embodiment
- FIG. 73 is a schematic cross-sectional view of a magnet unit in another example of the fourth embodiment
- FIG. 74 is a schematic cross-sectional view of the magnet unit in the fifth embodiment
- FIG. 75 is a flowchart showing the flow of the magnet manufacturing method in the fifth embodiment
- FIG. 76 is a schematic diagram of a molded body
- FIG. 77 is a cross-sectional view schematically showing a mold
- FIG. 78 is a diagram schematically showing a plastic working process of a molded body
- FIG. 79 is a diagram schematically showing the plastic working process of a molded body
- FIG. 80 is a longitudinal cross-sectional view of the rotating electric machine in the sixth embodiment
- FIG. 81 is a cross-sectional view of the rotating electric machine in the sixth embodiment
- FIG. 82 is a schematic vertical cross-sectional view of the rotating electric machine in the seventh embodiment
- FIG. 83 is a diagram schematically showing the arrangement of the magnet unit and stator in the seventh embodiment
- FIG. 84 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an axial gap type rotating electric machine in the eighth embodiment
- FIG. 85 is a diagram showing the configuration of a rotor according to the eighth embodiment
- FIG. 86 is a diagram showing the configuration of the rotor of the eighth embodiment
- FIG. 87 is a plan view showing the configuration of the stator of the eighth embodiment
- FIG. 88 is a perspective view showing the configuration of the stator core of the eighth embodiment
- FIG. 89 is a diagram showing the configuration of the magnet part of the eighth embodiment
- FIG. 90 is a diagram showing the configuration of the magnet part of the eighth embodiment
- FIG. 90 is a diagram showing the configuration of the magnet part of the eighth embodiment
- FIG. 91 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an axial gap type rotating electrical machine with a double stator structure
- FIG. 92 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an axial gap type rotating electric machine with a double rotor structure
- FIG. 93 is a diagram schematically showing a magnet magnetic path of a magnet
- FIG. 94 is a diagram schematically showing a magnet magnetic path of another example of the magnet
- FIG. 95 is a diagram schematically showing a magnet magnetic path of another example of the magnet
- FIG. 96 is a cross-sectional view of another example of a conducting wire material
- FIG. 97 is a diagram showing another example of a magnet and a stator.
- the rotating electrical machine in this embodiment is used, for example, as a vehicle power source.
- rotating electric machines can be widely used for industrial purposes, vehicles, aircraft, home appliances, OA equipment, game machines, and the like. Note that in each of the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the explanations thereof will be referred to for the parts with the same reference numerals.
- the rotating electric machine 10 is a synchronous multiphase AC motor, and has an outer rotor structure (external rotation structure).
- An outline of the rotating electric machine 10 is shown in FIGS. 1 to 5.
- 1 is a perspective view showing the entire rotating electrical machine 10
- FIG. 2 is a plan view of the rotating electrical machine 10
- FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the rotating electrical machine 10 (a sectional view taken along line 3-3 in FIG. )
- FIG. 4 is a cross-sectional view (cross-sectional view taken along the line 4--4 in FIG. 3) of the rotating electrical machine 10
- FIG. 5 is an exploded sectional view showing the components of the rotating electrical machine 10 in an exploded manner.
- the direction in which the rotating shaft 11 extends is referred to as the axial direction
- the direction extending radially from the center of the rotating shaft 11 is referred to as the radial direction
- the direction extending circumferentially around the rotating shaft 11 as the center is referred to as the circumferential direction. direction.
- the rotating electrical machine 10 is roughly divided into a rotating electrical machine main body having a rotor 20, a stator unit 50, and a busbar module 200, and a housing 241 and a housing cover 242 provided to surround the rotating electrical machine main body. All of these members are arranged coaxially with respect to the rotating shaft 11 that is integrally provided to the rotor 20, and are assembled in the axial direction in a predetermined order to configure the rotating electrical machine 10.
- the rotating shaft 11 is supported by a pair of bearings 12 and 13 provided in the stator unit 50 and the housing 241, respectively, and is rotatable in this state.
- the bearings 12 and 13 are, for example, radial ball bearings having an inner ring, an outer ring, and a plurality of balls arranged between them.
- the rotation of the rotating shaft 11 causes, for example, the axle of the vehicle to rotate.
- the rotating electrical machine 10 can be mounted on a vehicle by fixing the housing 241 to a vehicle body frame or the like.
- the stator unit 50 is provided so as to surround the rotating shaft 11, and the rotor 20 is arranged on the radially outer side of the stator unit 50.
- the stator unit 50 includes a stator 60 and a stator holder 70 assembled inside the stator 60 in the radial direction.
- the rotor 20 and the stator 60 are arranged to face each other in the radial direction with an air gap in between, and as the rotor 20 rotates together with the rotating shaft 11, the rotor 20 rotates on the outside of the stator 60 in the radial direction. Rotate.
- the rotor 20 corresponds to a "field element" and the stator 60 corresponds to an "armature.”
- FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view of the rotor 20.
- the rotor 20 includes a substantially cylindrical rotor carrier 21 and an annular magnet unit 22 fixed to the rotor carrier 21.
- the rotor carrier 21 has a cylindrical portion 23 having a cylindrical shape and an end plate portion 24 provided at one end in the axial direction of the cylindrical portion 23, and is configured by integrating these parts.
- the rotor carrier 21 functions as a magnet holding member, and a magnet unit 22 is fixed annularly inside the cylindrical portion 23 in the radial direction.
- a through hole 24a is formed in the end plate portion 24, and the rotating shaft 11 is fixed to the end plate portion 24 by a fastener 25 such as a bolt while being inserted into the through hole 24a.
- the rotating shaft 11 has a flange 11a extending in a direction intersecting (orthogonal to) the axial direction, and the rotor carrier 21 is attached to the rotating shaft 11 in a state where the flange 11a and the end plate portion 24 are surface-joined. is fixed.
- the magnet unit 22 includes a cylindrical magnet holder 31, a plurality of magnets 32 fixed to the inner circumferential surface of the magnet holder 31, and a magnet holder 31 on the opposite side from the end plate portion 24 of the rotor carrier 21 on both sides in the axial direction. It has a fixed end plate 33.
- the magnet holder 31 has the same length dimension as the magnet 32 in the axial direction.
- the magnet 32 is surrounded by the magnet holder 31 from the outside in the radial direction.
- the magnet holder 31 and the magnet 32 are fixed in contact with an end plate 33 at one end in the axial direction.
- the magnet unit 22 corresponds to a "magnet section".
- FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the cross-sectional structure of the magnet unit 22.
- the direction of the axis of easy magnetization of the magnet 32 is indicated by an arrow.
- the magnets 32 are arranged in parallel along the circumferential direction of the rotor 20 so that their polarities alternate. Thereby, the magnet unit 22 has a plurality of magnetic poles in the circumferential direction.
- the magnet 32 is a polar anisotropic permanent magnet, using a sintered neodymium magnet having an intrinsic coercive force of 400 [kA/m] or more and a residual magnetic flux density Br of 1.0 [T] or more. It is configured.
- the radially inner circumferential surface of the magnet 32 (on the stator 60 side) is the magnetic flux action surface 34 where magnetic flux is transferred.
- the magnet unit 22 is configured to generate magnetic flux intensively in a region near the d-axis, which is the center of the magnetic pole, on the magnetic flux acting surface 34 of the magnet 32.
- the direction of the axis of easy magnetization is different between the d-axis side (portion closer to the d-axis) and the q-axis side (portion closer to the q-axis). is parallel to the d-axis, and on the q-axis side, the axis of easy magnetization is perpendicular to the q-axis.
- an arcuate magnet magnetic path is formed along the direction of the axis of easy magnetization.
- the magnet 32 is configured such that the axis of easy magnetization is more parallel to the d-axis on the d-axis side, which is the magnetic pole center, than on the q-axis side, which is the magnetic pole boundary.
- the length of the magnet magnetic path is longer than the radial thickness dimension of the magnet 32. This increases the permeance of the magnet 32, making it possible to exhibit the same ability as a magnet with a larger amount of magnets, even though the amount of magnets is the same.
- the magnets 32 are configured such that two circumferentially adjacent magnets constitute one magnetic pole.
- the plurality of magnets 32 arranged in the circumferential direction in the magnet unit 22 each have a split surface on the d-axis and the q-axis, and the magnets 32 are arranged in contact with or close to each other.
- the magnets 32 have an arc-shaped magnet magnetic path as described above, and the N and S poles of magnets 32 adjacent to each other in the circumferential direction face each other on the q-axis. Therefore, permeance near the q-axis can be improved. Furthermore, since the magnets 32 on both sides of the q-axis attract each other, these magnets 32 can maintain contact with each other. Therefore, it also contributes to improving permeance.
- each magnet 32 causes magnetic flux to flow in an arc shape between adjacent N and S poles, so the magnet magnetic path is longer than, for example, a radial anisotropic magnet. Therefore, as shown in FIG. 8, the magnetic flux density distribution becomes close to a sine wave. As a result, unlike the magnetic flux density distribution of the radial anisotropic magnet shown as a comparative example in FIG. 9, the magnetic flux can be concentrated on the center side of the magnetic pole, making it possible to increase the torque of the rotating electric machine 10. . Furthermore, it can be confirmed that the magnet unit 22 of this embodiment has a different magnetic flux density distribution compared to the conventional Halbach array magnet. In addition, in FIGS.
- the horizontal axis shows the electrical angle
- the vertical axis shows the magnetic flux density.
- 90° on the horizontal axis indicates the d-axis (that is, the center of the magnetic pole)
- 0° and 180° on the horizontal axis indicate the q-axis.
- each magnet 32 having the above configuration, the magnet magnetic flux on the d-axis in the magnet unit 22 is strengthened, and changes in the magnetic flux near the q-axis are suppressed. Thereby, it is possible to suitably realize the magnet unit 22 in which the surface magnetic flux changes gradually from the q-axis to the d-axis in each magnetic pole.
- the sinusoidal matching rate of the magnetic flux density distribution may be set to a value of 40% or more, for example. In this way, the amount of magnetic flux in the central portion of the waveform can be reliably improved compared to the case of using radially oriented magnets or parallel oriented magnets with a sinusoidal matching rate of about 30%. Moreover, if the sine wave matching rate is set to 60% or more, the amount of magnetic flux in the central portion of the waveform can be reliably improved compared to a magnetic flux concentration array such as a Halbach array.
- the magnetic flux density changes sharply near the q-axis.
- the steeper the change in magnetic flux density the more eddy currents will increase in stator windings 61 of stator 60, which will be described later.
- the magnetic flux change on the stator winding 61 side also becomes steep.
- the magnetic flux density distribution has a magnetic flux waveform close to a sine wave. Therefore, near the q-axis, the change in magnetic flux density is smaller than the change in magnetic flux density of the radial anisotropic magnet. This makes it possible to suppress the generation of eddy currents.
- the magnet 32 has a recess 35 formed in a predetermined range including the d-axis on its radially outer outer circumferential surface, and a recess 36 formed in a predetermined range including the q-axis on its radially inner inner circumferential surface. ing.
- the magnet magnetic path becomes shorter near the d-axis on the outer circumferential surface of the magnet 32, and the magnet magnetic path becomes shorter near the q-axis on the inner circumferential surface of the magnet 32. . Therefore, in consideration of the fact that it is difficult to generate sufficient magnetic flux in the magnet 32 at a location where the magnet magnetic path length is short, the magnet is removed at a location where the magnet magnetic flux is weak.
- the magnet unit 22 may have a configuration in which the same number of magnets 32 as magnetic poles are used.
- the magnet 32 it is preferable that one magnet 32 is provided between two circumferentially adjacent magnetic poles, and between the d axes that are the centers of the respective magnetic poles.
- the magnet 32 has a configuration in which the center in the circumferential direction is the q-axis and has a cut surface on the d-axis.
- the magnet 32 may have a configuration in which the circumferential center is not the q-axis, but the circumferential center is the d-axis.
- a configuration may be used in which ring magnets connected in an annular shape are used.
- a resolver 41 as a rotation sensor is provided at the end (upper end in the figure) of the rotating shaft 11 on the opposite side of the joint with the rotor carrier 21 in the axial direction.
- the resolver 41 includes a resolver rotor fixed to the rotating shaft 11 and a resolver stator disposed opposite to the resolver rotor on the outside in the radial direction.
- the resolver rotor has a disc ring shape, and is provided coaxially with the rotating shaft 11 with the rotating shaft 11 inserted therethrough.
- the resolver stator has a stator core and a stator coil, and is fixed to the housing cover 242.
- FIG. 10 is a perspective view of the stator unit 50
- FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the stator unit 50. Note that FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view taken at the same position as FIG. 3.
- the stator unit 50 generally includes a stator 60 and a stator holder 70 on the radially inner side thereof. Further, the stator 60 has a stator winding 61 and a stator core 62. The stator core 62 and the stator holder 70 are integrated into a core assembly CA, and a plurality of partial windings 151 constituting the stator winding 61 are assembled to the core assembly CA. Note that the stator winding 61 corresponds to an "armature winding,” the stator core 62 corresponds to an "armature core,” and the stator holder 70 corresponds to an "armature holding member.” Further, the core assembly CA corresponds to a "support member".
- FIG. 12 is a perspective view of core assembly CA seen from one side in the axial direction
- FIG. 13 is a perspective view of core assembly CA seen from the other side in the axial direction
- FIG. 14 is a cross-sectional view of core assembly CA.
- FIG. 15 is an exploded cross-sectional view of core assembly CA.
- the core assembly CA includes the stator core 62 and the stator holder 70 assembled inside the stator core 62 in the radial direction.
- the stator core 62 is integrally assembled on the outer peripheral surface of the stator holder 70.
- the stator core 62 is configured as a core sheet laminate in which core sheets 62a made of magnetic electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction, and has a cylindrical shape with a predetermined thickness in the radial direction.
- a stator winding 61 is assembled on the radially outer side of the stator core 62 on the rotor 20 side.
- the outer peripheral surface of the stator core 62 has a curved shape with no irregularities.
- Stator core 62 functions as a back yoke.
- the stator core 62 is configured by stacking a plurality of core sheets 62a punched into, for example, annular plate shapes in the axial direction.
- the stator core 62 may have a helical core structure. In the stator core 62 having a helical core structure, a belt-shaped core sheet is used, and this core sheet is wound in an annular shape and laminated in the axial direction, thereby forming an overall cylindrical stator core 62. has been done.
- the stator 60 has a slotless structure that does not have teeth for forming slots, but its configuration uses any of the following (A) to (C). It may be something.
- an inter-conductor member is provided between each conductor portion (intermediate conductor portion 152 to be described later) in the circumferential direction, and the width dimension in the circumferential direction of the inter-conductor member at one magnetic pole is provided as the inter-conductor member.
- Wt is the saturation magnetic flux density of the member between conductors
- Bs is the circumferential width of the magnet 32 at one magnetic pole
- Wm is the residual magnetic flux density of the magnet 32
- the relationship is Wt ⁇ Bs ⁇ Wm ⁇ Br.
- the magnetic material used is (B) In the stator 60, an inter-conductor member is provided between each conductor portion (intermediate conductor portion 152) in the circumferential direction, and a non-magnetic material is used as the inter-conductor member. (C) The stator 60 has a configuration in which no inter-conductor member is provided between each conductor portion (intermediate conductor portion 152) in the circumferential direction.
- the stator holder 70 has an outer cylinder member 71 and an inner cylinder member 81, and these are arranged with the outer cylinder member 71 on the outside in the radial direction and the inner cylinder member 81 on the inside in the radial direction. It is constructed by being assembled in one piece.
- Each of these members 71 and 81 is made of metal such as aluminum or cast iron, or carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
- the outer cylindrical member 71 is a cylindrical member whose outer circumferential surface and inner circumferential surface are both perfectly circular curved surfaces, and an annular flange 72 extending radially inward is formed at one end in the axial direction.
- a plurality of protrusions 73 are formed on the flange 72 at predetermined intervals in the circumferential direction and extend inward in the radial direction (see FIG. 13).
- opposing surfaces 74 and 75 are formed at one end and the other end in the axial direction of the outer cylinder member 71, respectively, and are opposed to the inner cylinder member 81 in the axial direction.
- Annular grooves 74a and 75a are formed that extend to.
- the inner cylinder member 81 is a cylindrical member having an outer diameter smaller than the inner diameter of the outer cylinder member 71, and its outer peripheral surface is a perfectly circular curved surface concentric with the outer cylinder member 71.
- An annular flange 82 extending radially outward is formed on one end of the inner cylinder member 81 in the axial direction.
- the inner cylindrical member 81 is assembled to the outer cylindrical member 71 in a state in which it abuts the opposing surfaces 74 and 75 of the outer cylindrical member 71 in the axial direction. As shown in FIG. 13, the outer cylinder member 71 and the inner cylinder member 81 are assembled to each other with fasteners 84 such as bolts.
- a plurality of protrusions 83 extending radially inward are formed at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner peripheral side of the inner cylinder member 81, and the axial end face of the protrusions 83 and the outer cylinder
- the protrusions 73 and 83 of the member 71 are fastened together by a fastener 84 in a state where they are overlapped.
- the gap space serves as a refrigerant passage 85 through which a refrigerant such as cooling water flows.
- the coolant passage 85 is provided in an annular shape in the circumferential direction of the stator holder 70.
- the inner cylindrical member 81 is provided with a passage forming part 88 that protrudes radially inward on the inner peripheral side thereof and has an inlet side passage 86 and an outlet side passage 87 formed therein, Each of the passages 86 and 87 opens to the outer peripheral surface of the inner cylinder member 81. Furthermore, a partition portion 89 is provided on the outer peripheral surface of the inner cylinder member 81 to partition the refrigerant passage 85 into an inlet side and an outlet side. Thereby, the refrigerant flowing in from the inlet side passage 86 flows circumferentially through the refrigerant passage 85 and then flows out from the outlet side passage 87.
- FIG. 12 shows an inlet opening 86a leading to the inlet passage 86 and an outlet opening 87a leading to the outlet passage 87.
- the inlet side passage 86 and the outlet side passage 87 communicate with an inlet port 244 and an outlet port 245 (see FIG. 1) attached to the housing cover 242, and refrigerant enters and exits through these ports 244 and 245. It looks like this.
- Sealing materials 101 and 102 are provided at the joint between the outer cylinder member 71 and the inner cylinder member 81 to suppress leakage of refrigerant from the refrigerant passage 85 (see FIG. 15).
- the sealing materials 101 and 102 are, for example, O-rings, which are accommodated in the annular grooves 74a and 75a of the outer cylinder member 71 and are provided in a compressed state by the outer cylinder member 71 and the inner cylinder member 81. There is.
- the inner cylinder member 81 has an end plate portion 91 at one end in the axial direction, and the end plate portion 91 has a hollow cylindrical boss portion 92 extending in the axial direction. It is provided.
- the boss portion 92 is provided so as to surround an insertion hole 93 through which the rotating shaft 11 is inserted.
- the boss portion 92 is provided with a plurality of fastening portions 94 for fixing the housing cover 242.
- the end plate portion 91 is provided with a plurality of support portions 95 extending in the axial direction on the outside of the boss portion 92 in the radial direction. This support column 95 is a part that becomes a fixing part for fixing the bus bar module 200, and the details thereof will be described later.
- the boss portion 92 serves as a bearing holding member that holds the bearing 12, and the bearing 12 is fixed to a bearing fixing portion 96 provided on the inner peripheral portion of the boss portion 92 (see FIG. 3).
- the outer cylinder member 71 and the inner cylinder member 81 are formed with recesses 105 and 106 used for fixing a plurality of coil modules 150, which will be described later.
- a plurality of holes are formed at equal intervals in the circumferential direction.
- a recess 105 is formed.
- a plurality of recesses 106 are formed at equal intervals in the circumferential direction on the axial end surface of the outer cylinder member 71, specifically, on the axially outer end surface of the flange 72.
- These recesses 105 and 106 are arranged on an imaginary circle concentric with the core assembly CA.
- the recesses 105 and 106 are provided at the same position in the circumferential direction, and the interval and number thereof are also the same.
- the stator core 62 is assembled in a state that generates a compressive force in the radial direction to the stator holder 70 in order to ensure the strength of the assembly to the stator holder 70.
- the stator core 62 is fitted and fixed to the stator holder 70 with a predetermined interference by shrink fitting or press fitting.
- the stator core 62 and the stator holder 70 are assembled in a state where one of them exerts radial stress on the other.
- the diameter of the stator 60 for example.
- the tightening force of the core 62 is increased.
- the compressive stress (in other words, residual stress) of the stator core 62 is increased, there is a concern that the stator core 62 may be damaged.
- the stator core 62 and the stator holder 70 have a diametrically opposed portion.
- the configuration is such that a regulating portion is provided that regulates displacement of the stator core 62 in the circumferential direction by engagement in the circumferential direction. That is, as shown in FIGS. 12 to 14, between the stator core 62 and the outer cylindrical member 71 of the stator holder 70 in the radial direction, there are a plurality of engagement portions as restricting portions at predetermined intervals in the circumferential direction.
- a member 111 is provided, and the engagement member 111 suppresses displacement of the stator core 62 and the stator holder 70 in the circumferential direction.
- a convex portion may be provided on either the stator core 62 or the outer cylinder member 71.
- stator core 62 and the stator holder 70 are fitted and fixed with a predetermined interference, and in addition, their mutual circumferential displacement is restricted by the restriction of the engagement member 111. It is set up in the same condition. Therefore, even if the interference between stator core 62 and stator holder 70 is relatively small, displacement of stator core 62 in the circumferential direction can be suppressed. Further, since a desired displacement suppression effect can be obtained even if the interference is relatively small, damage to the stator core 62 caused by an excessively large interference can be suppressed. As a result, displacement of stator core 62 can be appropriately suppressed.
- An annular internal space is formed on the inner peripheral side of the inner cylindrical member 81 so as to surround the rotating shaft 11, and electrical components constituting an inverter as a power converter, for example, are arranged in the internal space.
- the electrical component is, for example, an electrical module in which a semiconductor switching element or a capacitor is packaged.
- stator winding 61 assembled to the core assembly CA The state in which the stator winding 61 is assembled to the core assembly CA is as shown in FIGS. 10 and 11.
- a plurality of partial windings 151 constituting the winding 61 are assembled so as to be lined up in the circumferential direction.
- the stator winding 61 has a plurality of phase windings, and is formed into a cylindrical (annular) shape by arranging the phase windings of each phase in a predetermined order in the circumferential direction.
- the stator winding 61 is configured to have three phase windings by using U-phase, V-phase, and W-phase phase windings.
- the stator 60 includes, in the axial direction, a portion of the rotor 20 corresponding to a coil side CS that radially faces the magnet unit 22, and a coil end that is axially outside of the coil side CS. It has a part corresponding to CE.
- the stator core 62 is provided in a range corresponding to the coil side CS in the axial direction.
- each phase winding has a plurality of partial windings 151 (see FIG. 16), and the partial windings 151 are individually provided as coil modules 150.
- the coil module 150 is configured by integrally providing partial windings 151 in the phase windings of each phase
- the stator winding 61 is configured by a predetermined number of coil modules 150 according to the number of poles. There is.
- the conductor portions of each phase are arranged in a predetermined order on the coil side CS of the stator winding 61. It becomes.
- FIG. 10 shows the arrangement order of the U-phase, V-phase, and W-phase conducting wire portions on the coil side CS.
- the number of magnetic poles is 24, but the number is arbitrary.
- FIG. 16 is a circuit diagram showing the connection state of the partial winding 151 in each three-phase winding.
- FIG. 16 shows a state in which partial windings 151 in the phase windings of each phase are connected in parallel.
- the coil module 150 is assembled on the radially outer side of the stator core 62.
- the coil module 150 is assembled with its axially opposite end portions protruding further axially outward than the stator core 62 (that is, toward the coil end CE side). That is, the stator winding 61 has a portion that corresponds to the coil end CE that protrudes further axially outward than the stator core 62, and a portion that corresponds to the coil side CS that is axially inner than the stator core 62.
- the coil module 150 has two types of shapes, one of which has a shape in which the partial winding 151 is bent radially inward at the coil end CE, that is, toward the stator core 62 side. In the other case, the partial winding 151 is not bent inward in the radial direction at the coil end CE, but has a shape that extends linearly in the axial direction.
- the partial winding 151 having a bent shape on both ends in the axial direction will be referred to as the "first partial winding 151A”
- the coil module 150 having the first partial winding 151A will be referred to as the "first coil”. It is also referred to as "module 150A”.
- the partial winding 151 that does not have a bent shape on both axial end sides is also referred to as a "second partial winding 151B", and the coil module 150 having the second partial winding 151B is also referred to as a "second coil module 150B”. .
- FIG. 17 is a side view showing the first coil module 150A and the second coil module 150B side by side in comparison
- FIG. 18 is a side view showing the first partial winding 151A and the second partial winding 151B side by side.
- the coil modules 150A, 150B and the partial windings 151A, 151B have different axial lengths and different axial end shapes.
- the first partial winding 151A has a substantially C-shape in side view
- the second partial winding 151B has a substantially I-shape in side view.
- the first partial winding 151A is equipped with insulation covers 161 and 162 as “first insulation covers” on both sides in the axial direction
- the second partial winding 151B is equipped with insulation covers 161 and 162 as “second insulation covers” on both sides in the axial direction. Insulating covers 163 and 164 are attached.
- FIG. 19(a) is a perspective view showing the configuration of the first coil module 150A
- FIG. 19(b) is an exploded perspective view showing the components of the first coil module 150A
- FIG. 20 is a sectional view taken along the line 20-20 in FIG. 19(a).
- the first coil module 150A includes a first partial winding 151A configured by multiple windings of the conducting wire CR, and an axial direction in the first partial winding 151A. It has insulating covers 161 and 162 attached to one end and the other end. The insulating covers 161 and 162 are molded from an insulating material such as synthetic resin.
- the first partial winding 151A includes a pair of intermediate conductive wire portions 152 that are provided in a straight line and parallel to each other, and a pair of transition portions 153A that connect the pair of intermediate conductive wire portions 152 at both ends in the axial direction. , the pair of intermediate conducting wire portions 152 and the pair of transition portions 153A form an annular shape.
- the pair of intermediate conductor parts 152 are provided separated by a predetermined coil pitch, and the intermediate conductor part 152 of the partial winding 151 of the other phase can be placed between the pair of intermediate conductor parts 152 in the circumferential direction. It has become.
- the pair of intermediate conductor portions 152 are provided at a distance of two coil pitches, and one intermediate conductor portion 152 of the partial windings 151 of the other two phases is arranged between the pair of intermediate conductor portions 152.
- the configuration is as follows.
- the pair of transition portions 153A have the same shape on both sides in the axial direction, and are both provided as portions corresponding to the coil ends CE (see FIG. 11). Each transition portion 153A is provided so as to be bent in a direction perpendicular to the intermediate conductor portion 152, that is, a direction perpendicular to the axial direction.
- the first partial winding 151A has transition portions 153A on both sides in the axial direction
- the second partial winding 151B has transition portions 153B on both sides in the axial direction.
- the transition portions 153A and 153B of these partial windings 151A and 151B have different shapes, and in order to make the distinction clear, the transition portion 153A of the first partial winding 151A is referred to as the "first transition portion 153A”.
- the transition portion 153B of the second partial winding 151B is also referred to as a “second transition portion 153B”.
- each transition part 153A, 153B is provided as a coil end conducting wire part which connects the intermediate conducting wire parts 152 of the same phase at two different positions in the circumferential direction in the coil end CE.
- the first partial winding 151A is formed by winding the conducting wire material CR in multiple layers so that the cross section of the conducting wire gathering portion is square.
- FIG. 20 shows a cross section of the intermediate conducting wire portion 152, in which the conducting wire material CR is wound in multiple layers so as to be lined up in the circumferential direction and the radial direction.
- the first partial winding 151A has a substantially rectangular cross section by arranging the conductive wire CR in a plurality of rows in the circumferential direction and in a plurality of rows in the radial direction in the intermediate conductor portion 152. It is formed.
- the conductive wire CR is wound multiple times so as to be aligned in the axial direction and the radial direction by bending in the radial direction.
- the first partial winding 151A is configured by concentrically winding the conducting wire CR.
- the winding method of the conductive wire CR is arbitrary, and instead of concentric winding, the conductive wire CR may be wound multiple times using alpha winding.
- the end of the conductive wire CR is connected from one of the first transition parts 153A on both sides in the axial direction (the upper first transition part 153A in FIG. 19(b)). It is pulled out, and its ends become winding ends 154 and 155.
- the winding end portions 154 and 155 are the winding start and winding end portions of the conductive wire CR, respectively.
- One of the winding ends 154 and 155 is connected to a current input/output terminal, and the other is connected to a neutral point.
- each intermediate conductor portion 152 is provided with a sheet-like insulating cover 157 covered therewith.
- FIG. 19A shows the first coil module 150A in a state in which the intermediate conductor portion 152 is covered with an insulating sheath 157 and the intermediate conductor portion 152 is present inside the insulating sheath 157.
- the corresponding portion is referred to as an intermediate conductor portion 152 (the same applies to FIG. 22(a) to be described later).
- the insulation covering 157 is formed by using a film material FM having an axial dimension having at least the length of the insulation covering range in the axial direction in the intermediate conductor part 152, and by wrapping the film material FM around the intermediate conductor part 152.
- the film material FM is made of, for example, a PEN (polyethylene naphthalate) film. More specifically, the film material FM includes a film base material and an adhesive layer provided on one of both surfaces of the film base material and having foaming properties. Then, the film material FM is wound around the intermediate conductor portion 152 while being adhered by an adhesive layer. Note that it is also possible to use a non-foaming adhesive as the adhesive layer.
- the intermediate conducting wire portion 152 has a substantially rectangular cross section by arranging the conducting wire materials CR in the circumferential direction and the radial direction, and the film material FM is arranged around the intermediate conducting wire portion 152.
- the insulating coating 157 is provided by covering the circumferential ends thereof in an overlapping manner.
- the film material FM is a rectangular sheet whose vertical dimension is longer than the axial length of the intermediate conductor part 152 and whose horizontal dimension is longer than one circumferential length of the intermediate conductor part 152. It is wound around the intermediate conductor portion 152 in a folded state.
- the gap between the conductor material CR of the intermediate conductor part 152 and the film base material is filled by foaming in the adhesive layer.
- the ends of the film material FM in the circumferential direction are joined together by an adhesive layer.
- an insulating cover 157 is provided on two circumferential side surfaces and two radial side surfaces so as to cover all of them.
- the insulating sheath 157 surrounding the intermediate conductor portion 152 includes a film on the portion facing the intermediate conductor portion 152 in the partial winding 151 of the other phase, that is, on one of the two circumferential side surfaces of the intermediate conductor portion 152.
- An overlap portion OL is provided where the materials FM overlap.
- overlapping portions OL are provided on the same side in the circumferential direction.
- An insulating covering 157 is provided.
- the range AX1 is a part not covered by the insulation covers 161, 162, and the insulation cover 157 is provided in a range extending vertically from the range AX1. .
- the insulating cover 161 is attached to the first transition portion 153A on one axial side of the first partial winding 151A, and the insulating cover 162 is attached to the first transition portion 153A on the other axial side of the first partial winding 151A. be done. Among these, the structure of the insulating cover 161 is shown in FIGS. 21(a) and 21(b). FIGS. 21(a) and 21(b) are perspective views of the insulating cover 161 viewed from two different directions.
- the insulating cover 161 includes a pair of side surfaces 171 serving as side surfaces in the circumferential direction, an outer surface portion 172 on the outer side in the axial direction, and an inner surface portion 173 on the inner side in the axial direction. It has a radially inner front part 174.
- Each of these parts 171 to 174 is formed into a plate shape, and is connected to each other in a three-dimensional manner so that only the outer side in the radial direction is open.
- the pair of side portions 171 are each provided in a direction extending toward the axis of the core assembly CA when assembled to the core assembly CA.
- the side surfaces 171 of the insulating covers 161 in the adjacent first coil modules 150A are in contact with or close to each other and face each other. Thereby, mutual insulation is achieved in each of the first coil modules 150A adjacent to each other in the circumferential direction, and a suitable annular arrangement is possible.
- the outer surface portion 172 is provided with an opening 175a for pulling out the winding end 154 of the first partial winding 151A
- the front surface portion 174 is provided with an opening 175a for pulling out the winding end 154 of the first partial winding 151A
- An opening 175b for pulling out the portion 155 is provided. In this case, one winding end 154 is drawn out from the outer surface part 172 in the axial direction, while the other winding end 155 is drawn out from the front part 174 in the radial direction.
- the pair of side surfaces 171 have semicircular shapes extending in the axial direction at positions that are both circumferential ends of the front surface section 174, that is, at positions where each side surface section 171 and the front surface section 174 intersect.
- a recess 177 is provided.
- a pair of protrusions 178 extending in the axial direction are provided on the outer surface portion 172 at symmetrical positions on both sides in the circumferential direction with respect to the center line of the insulating cover 161 in the circumferential direction.
- the first transition portion 153A of the first partial winding 151A has a curved shape that is convex toward the radially inner side, that is, the core assembly CA side.
- a gap is formed between the circumferentially adjacent first transition portions 153A, which becomes wider toward the distal end side of the first transition portions 153A. Therefore, in this embodiment, a recess 177 is provided at a position on the side surface 171 of the insulating cover 161 on the outside of the curved part of the first transition part 153A by utilizing the gap between the first transition parts 153A arranged in the circumferential direction. It is structured as follows.
- a temperature detection section may be provided in the first partial winding 151A, and in such a structure, the insulating cover 161 may be provided with an opening for drawing out the signal line extending from the temperature detection section. In this case, the temperature detection section can be suitably accommodated within the insulating cover 161.
- the other axially insulating cover 162 has roughly the same configuration as the insulating cover 161.
- the insulating cover 162 has a pair of side surfaces 171, an axially outer outer surface 172, an axially inner inner surface 173, and a radially inner front surface 174.
- semicircular recesses 177 are provided in the pair of side surfaces 171 at positions that are both circumferential ends of the front surface 174, and a pair of protrusions 178 are provided in the outer surface 172.
- the difference from the insulating cover 161 is that the insulating cover 162 does not have an opening for pulling out the winding ends 154, 155 of the first partial winding 151A.
- the insulating covers 161 and 162 have different axial height dimensions (i.e., axial width dimensions at the pair of side surfaces 171 and front surface section 174). Specifically, as shown in FIG. 17, the axial height W11 of the insulating cover 161 and the axial height W12 of the insulating cover 162 satisfy W11>W12. In other words, when winding the conductor CR in multiple layers, it is necessary to switch the winding stage of the conductor CR in a direction perpendicular to the winding direction (circling direction) (lane change), and due to this switching, It is conceivable that the winding width becomes larger.
- the insulating cover 161 of the insulating covers 161 and 162 is a part that covers the first transition portion 153A on the side that includes the winding start and winding end of the conductive wire CR, and includes the winding start and winding end of the conductive wire CR.
- the winding allowance (overlapping allowance) of the conductive wire CR becomes larger than other parts, and as a result, the winding width may become larger.
- the axial height W11 of the insulating cover 161 is larger than the axial height W12 of the insulating cover 162.
- FIG. 22(a) is a perspective view showing the configuration of the second coil module 150B
- FIG. 22(b) is an exploded perspective view showing the components of the second coil module 150B
- FIG. 23 is a sectional view taken along line 23-23 in FIG. 22(a).
- the second coil module 150B includes a second partial winding 151B configured by multiple windings of the conductive wire material CR similarly to the first partial winding 151A, and
- the second partial winding 151B has insulating covers 163 and 164 attached to one end and the other end in the axial direction.
- the insulating covers 163 and 164 are molded from an insulating material such as synthetic resin.
- the second partial winding 151B includes a pair of intermediate conductive wire portions 152 that are provided parallel to each other and in a straight line, and a pair of second transition portions 153B that connect the pair of intermediate conductive wire portions 152 at both ends in the axial direction.
- the pair of intermediate conducting wire portions 152 and the pair of second transition portions 153B form an annular shape.
- the pair of intermediate conductive wire portions 152 in the second partial winding 151B have the same configuration as the intermediate conductive wire portion 152 of the first partial winding 151A.
- the pair of second transition portions 153B have a different configuration from the first transition portion 153A of the first partial winding 151A.
- the second transition portion 153B of the second partial winding 151B is provided so as to extend linearly in the axial direction from the intermediate conductor portion 152 without being bent in the radial direction.
- FIG. 18 clearly shows the difference between the partial windings 151A and 151B by contrast.
- the end of the conducting wire CR is connected from one of the second transition parts 153B on both sides in the axial direction (the upper second transition part 153B in FIG. 22(b)). It is pulled out, and its ends become winding ends 154 and 155.
- the first partial winding 151A in the second partial winding 151B, one of the winding ends 154 and 155 is connected to the current input/output terminal, and the other is connected to the neutral point. It has become.
- each intermediate conductive wire portion 152 is provided with a sheet-shaped insulating cover 157 covered.
- the insulation covering 157 is formed by using a film material FM having an axial dimension having at least the length of the insulation covering range in the axial direction in the intermediate conductor part 152, and by wrapping the film material FM around the intermediate conductor part 152. It is provided.
- the configuration regarding the insulating cover 157 is also generally the same for each partial winding 151A, 151B. That is, as shown in FIG. 23, the film material FM is placed around the intermediate conducting wire portion 152 with its circumferential ends overlapping.
- an insulating cover 157 is provided on two circumferential side surfaces and two radial side surfaces so as to cover all of them.
- the insulating sheath 157 surrounding the intermediate conductor portion 152 includes a film on the portion facing the intermediate conductor portion 152 in the partial winding 151 of the other phase, that is, on one of the two circumferential side surfaces of the intermediate conductor portion 152.
- An overlap portion OL is provided where the materials FM overlap.
- overlapping portions OL are provided on the same side in the circumferential direction.
- An insulating covering 157 is provided.
- the range AX2 is not covered by the insulating covers 163, 164, and the insulating cover 157 is provided in a range extending vertically from the range AX2. .
- an insulating coating 157 is provided in a range that includes part of the transition portions 153A and 153B. That is, in each of the partial windings 151A, 151B, an insulating coating 157 is provided on the intermediate conductor portion 152 and on the portions of the transition portions 153A, 153B that extend linearly following the intermediate conductor portion 152. However, since the axial lengths of the partial windings 151A and 151B are different, the axial ranges of the insulation coverings 157 are also different.
- the insulating cover 163 is attached to the second transition portion 153B on one axial side of the second partial winding 151B, and the insulating cover 164 is attached to the second transition portion 153B on the other axial side of the second partial winding 151B. be done. Among these, the structure of the insulating cover 163 is shown in FIGS. 24(a) and 24(b). FIGS. 24(a) and 24(b) are perspective views of the insulating cover 163 viewed from two different directions.
- the insulating cover 163 includes a pair of side surfaces 181 serving as side surfaces in the circumferential direction, an outer surface portion 182 on the outer side in the axial direction, and a front surface portion 183 on the inner side in the radial direction. It has a radially outer rear surface portion 184.
- Each of these parts 181 to 184 is formed into a plate shape, and is connected to each other in a three-dimensional manner so that only the inner side in the axial direction is open.
- the pair of side portions 181 are each provided in a direction extending toward the axis of the core assembly CA when assembled to the core assembly CA.
- the side surfaces 181 of the insulating covers 163 in the adjacent second coil modules 150B are in contact with or close to each other and face each other. Thereby, mutual insulation is achieved between the second coil modules 150B adjacent to each other in the circumferential direction, and a suitable annular arrangement is possible.
- the front part 183 is provided with an opening 185a for pulling out the winding end 154 of the second partial winding 151B
- the outer surface part 182 is provided with an opening 185a for pulling out the winding end 154 of the second partial winding 151B.
- An opening 185b for pulling out the portion 155 is provided.
- a protrusion 186 that protrudes inward in the radial direction is provided on the front face 183 of the insulating cover 163.
- the protruding portion 186 is provided at a central position between one circumferential end and the other end of the insulating cover 163 so as to protrude inward in the radial direction from the second transition portion 153B.
- the protruding portion 186 has a tapered shape that tapers toward the inner side in the radial direction when viewed from above, and a through hole 187 extending in the axial direction is provided at the tip thereof.
- the protrusion part 186 protrudes inward in the radial direction from the second transition part 153B and has a through hole 187 at the center position between one circumferential end and the other end of the insulating cover 163, Its configuration is arbitrary. However, assuming an overlapping state with the insulating cover 161 on the axially inner side, it is desirable that the width is narrow in the circumferential direction to avoid interference with the winding ends 154 and 155.
- the protruding portion 186 has a thinner axial thickness in the shape of a step at the radially inner tip portion, and a through hole 187 is provided in the thinner low step portion 186a.
- This low step portion 186a corresponds to a portion where the height from the axial end surface of the inner cylinder member 81 is lower than the height of the second transition portion 153B when the second coil module 150B is assembled to the core assembly CA. .
- the protrusion 186 is provided with a through hole 188 that penetrates in the axial direction. This allows the adhesive to be filled between the insulating covers 161 and 163 through the through hole 188 in a state where the insulating covers 161 and 163 overlap in the axial direction.
- the other axially insulating cover 164 has roughly the same configuration as the insulating cover 163.
- the insulating cover 164 has a pair of side surfaces 181, an axially outer outer surface section 182, a radially inner front surface section 183, and a radially outer rear surface section 184, and has a protruding surface.
- a through hole 187 is provided at the tip of the portion 186.
- the insulating cover 164 does not have an opening for drawing out the winding ends 154, 155 of the second partial winding 151B.
- the radial width dimensions of the pair of side surfaces 181 are different. Specifically, as shown in FIG. 17, the radial width W21 of the side surface 181 of the insulating cover 163 and the radial width W22 of the side surface 181 of the insulating cover 164 satisfy W21>W22. . That is, among the insulating covers 163 and 164, the insulating cover 163 is a part that covers the second transition portion 153B on the side including the winding start and winding end of the conductive wire CR, and includes the winding start and winding end of the conductive wire CR.
- the winding allowance (overlap allowance) of the conductive wire CR becomes larger than other parts, and as a result, the winding width may become larger.
- the radial width W21 of the insulating cover 163 is larger than the radial width W22 of the insulating cover 164.
- the inconvenience that the number of turns of the conductive wire CR is limited by the insulating covers 163 and 164 can be suppressed. ing.
- FIG. 25 is a diagram showing the overlapping position of the film material FM when the coil modules 150A and 150B are arranged in the circumferential direction.
- a coil is provided around the intermediate conductor portion 152 so as to overlap the portion of the partial winding 151 of the other phase that faces the intermediate conductor portion 152, that is, the circumferential side surface of the intermediate conductor portion 152.
- the film material FM is then covered (see FIGS. 20 and 23).
- the overlapping portions OL of the film material FM are arranged on the same side (the right side in the circumferential direction in the figure) of both sides in the circumferential direction. ing.
- each intermediate conductor portion 152 of the partial windings 151A and 151B of different phases adjacent to each other in the circumferential direction the overlapping portions OL of the film material FM do not overlap in the circumferential direction.
- a maximum of three sheets of film material FM are overlapped between each of the intermediate conducting wire portions 152 arranged in the circumferential direction.
- the coil modules 150A, 150B have different axial lengths, and the shapes of the transition portions 153A, 153B of the partial windings 151A, 151B are different from each other, and the first transition portion 153A of the first coil module 150A is
- the second coil module 150B is configured to be attached to the core assembly CA with the second transition portion 153B of the second coil module 150B facing the inner side and the outer side in the axial direction.
- the insulating covers 161 to 164 the insulating covers 161 and 163 are axially overlapped on one axial end side of each coil module 150A and 150B, and the insulating covers 162 and 164 are axially overlapped on the other axial end side of each coil module 150A and 150B. In this state, each of the insulating covers 161 to 164 is fixed to the core assembly CA.
- FIG. 26 is a plan view showing a state in which a plurality of insulating covers 161 are lined up in the circumferential direction when the first coil module 150A is assembled to the core assembly CA
- FIG. FIG. 7 is a plan view showing a state in which a plurality of insulating covers 161 and 163 are lined up in the circumferential direction when the two-coil module 150B is assembled.
- FIG. 28(a) is a longitudinal cross-sectional view showing the assembled state of each coil module 150A, 150B to core assembly CA before fixing with fixing pin 191
- FIG. FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a state after fixing with fixing pins 191 in an assembled state of each coil module 150A, 150B.
- the plurality of insulating covers 161 are arranged with their side portions 171 in contact with or close to each other.
- Each insulating cover 161 is arranged so that the boundary line LB where the side parts 171 face each other matches the recessed part 105 on the axial end surface of the inner cylinder member 81.
- a through hole portion extending in the axial direction is formed by each recess 177 of the insulating covers 161, and the through hole portion extends in the axial direction. The position of the hole and the recess 105 are brought into alignment.
- a second coil module 150B is further assembled to the integral body of the core assembly CA and the first coil module 150A.
- the plurality of insulating covers 163 are arranged with the side parts 181 in contact with or close to each other.
- the transition portions 153A and 153B are arranged so as to intersect with each other on a circle in which the intermediate conducting wire portions 152 are lined up in the circumferential direction.
- Each insulating cover 163 is configured such that the protrusion 186 overlaps the insulating cover 161 in the axial direction, and the through hole 187 of the protruding part 186 is axially connected to the through hole formed by each recess 177 of the insulating cover 161. will be placed.
- the protrusion 186 of the insulating cover 163 is guided to a predetermined position by the pair of protrusions 178 provided on the insulating cover 161, so that the through hole on the insulating cover 161 side and the recess 100 of the inner cylinder member 81
- the position of the through hole 187 on the insulating cover 163 side is aligned with the position of the insulating cover 163 side. That is, when the coil modules 150A and 150B are assembled to the core assembly CA, the recess 177 of the insulating cover 161 is located on the back side of the insulating cover 163, so that the protruding portion It may become difficult to align the through holes 187 of 186.
- the insulating cover 161 and the protrusion 186 of the insulating cover 163 are fixed by the fixing pin 191 as a fixing member in a state where they are engaged at the overlapping part thereof. It will be done. More specifically, with the recess 105 of the inner cylinder member 81, the recess 177 of the insulating cover 161, and the through hole 187 of the insulating cover 163 aligned, fixing pins are inserted into the recesses 105, 177 and the through hole 187. 191 is inserted. Thereby, the insulating covers 161 and 163 are integrally fixed to the inner cylinder member 81.
- the circumferentially adjacent coil modules 150A and 150B are fixed to the core assembly CA at the coil end CE by a common fixing pin 191.
- the fixing pin 191 is desirably made of a material with good thermal conductivity, and is, for example, a metal pin.
- the fixing pin 191 is assembled to the low step portion 186a of the protruding portion 186 of the insulating cover 163.
- the upper end portion of the fixing pin 191 protrudes above the low step portion 186a, but does not protrude above the upper surface (outer surface portion 182) of the insulating cover 163.
- the fixing pin 191 is longer than the axial height of the overlapping portion of the insulating cover 161 and the protrusion 186 (lower part 186a) of the insulating cover 163, and has a margin for upward protrusion.
- the through hole 188 is shown in the range from the top surface to the bottom surface of the insulating cover 163, but in reality, the through hole 188 is formed in a thin plate portion formed by cutting out the material. It has a set configuration.
- each insulating cover 161, 163 by the fixing pin 191 is on the axial end face of the stator holder 70, which is radially inner than the stator core 62 (left side in the figure).
- the stator holder 70 is fixed to the stator holder 70 by a fixing pin 191.
- the first transition portion 153A is configured to be fixed to the axial end surface of the stator holder 70.
- the stator holder 70 is provided with the refrigerant passage 85, the heat generated in the first partial winding 151A is directly transferred from the first transition portion 153A to the vicinity of the refrigerant passage 85 of the stator holder 70.
- the fixing pin 191 is inserted into the recess 105 of the stator holder 70, so that heat is promoted to the stator holder 70 side through the fixing pin 191. With this configuration, the cooling performance of the stator winding 61 is improved.
- 18 insulating covers 161 and 163 are stacked on the inside and outside in the axial direction at the coil end CE, while the same number of insulating covers 161 and 163 are arranged on the axial end surface of the stator holder 70.
- Recesses 105 are provided at 18 locations. The structure is such that fixing is performed by fixing pins 191 in the 18 recesses 105.
- the position of the through hole 187 on the insulating cover 164 side matches with the through hole on the insulating cover 163 side and the recess 106 of the outer cylinder member 71, and the recesses 106, 177
- the fixing pin 191 By inserting the fixing pin 191 into the through hole 187, the insulating covers 162 and 164 are integrally fixed to the outer cylinder member 71.
- each coil module 150A, 150B When assembling each coil module 150A, 150B to core assembly CA, all first coil modules 150A are first attached to the outer circumferential side of core assembly CA, and then all second coil modules 150B are attached, It is preferable to fix with a fixing pin 191. Alternatively, two first coil modules 150A and one second coil module 150B are first fixed to the core assembly CA with one fixing pin 191, and then the first coil module 150A is assembled. The assembly of the second coil module 150B and the fixing using the fixing pins 191 may be repeated in this order.
- busbar module 200 Next, the busbar module 200 will be explained.
- the busbar module 200 is electrically connected to the partial windings 151 of each coil module 150 at the stator winding 61, and connects one end of the partial windings 151 of each phase in parallel for each phase, and also connects each partial winding 151 in parallel for each phase. This is a winding connection member that connects the other end of 151 at a neutral point.
- FIG. 29 is a perspective view of the busbar module 200
- FIG. 30 is a sectional view showing a part of the longitudinal section of the busbar module 200.
- the busbar module 200 has an annular portion 201 having an annular shape, a plurality of connection terminals 202 extending from the annular portion 201, and three input/output terminals 203 provided for each phase winding.
- the annular portion 201 is formed into an annular shape using an insulating material such as resin.
- the annular portion 201 has a substantially annular plate shape and has laminated plates 204 laminated in multiple layers (five layers in this embodiment) in the axial direction.
- bus bars 211 to 214 are provided sandwiched therebetween.
- Each of the bus bars 211 to 214 has an annular shape and includes a U-phase bus bar 211, a V-phase bus bar 212, a W-phase bus bar 213, and a neutral point bus bar 214. .
- These bus bars 211 to 214 are arranged in the axial direction in the annular portion 201 with their plate surfaces facing each other.
- Each laminate 204 and each bus bar 211 to 214 are bonded to each other with an adhesive. It is desirable to use an adhesive sheet as the adhesive. However, a structure in which a liquid or semi-liquid adhesive is applied may also be used.
- Connection terminals 202 are connected to each of the bus bars 211 to 214 so as to protrude radially outward from the annular portion 201, respectively.
- a protrusion 201a extending in an annular shape is provided on the upper surface of the annular portion 201, that is, on the upper surface of the outermost layer of the 5-layered laminate 204.
- the busbar module 200 may be provided with the busbars 211 to 214 embedded in the annular portion 201, and the busbars 211 to 214 arranged at predetermined intervals are integrally insert-molded. It may be something. Furthermore, the arrangement of each of the bus bars 211 to 214 is not limited to a configuration in which all the bus bars are arranged in the axial direction and all plate surfaces face in the same direction. A configuration in which the plates are arranged in rows, a configuration in which the plate surfaces extend in different directions, etc. may be used.
- each connection terminal 202 is arranged in the circumferential direction of the annular portion 201 and is provided so as to extend in the axial direction on the outside in the radial direction.
- the connection terminals 202 include a connection terminal connected to the U-phase bus bar 211, a connection terminal connected to the V-phase bus bar 212, a connection terminal connected to the W-phase bus bar 213, and a neutral point. and a connection terminal connected to a bus bar 214 for use.
- the connection terminals 202 are provided in the same number as the winding ends 154, 155 of each partial winding 151 in the coil module 150, 155 are connected one by one. Thereby, the bus bar module 200 is connected to the U-phase partial winding 151, the V-phase partial winding 151, and the W-phase partial winding 151, respectively.
- the input/output terminal 203 is made of, for example, a bus bar material, and is provided to extend in the axial direction.
- the input/output terminal 203 includes a U-phase input/output terminal 203U, a V-phase input/output terminal 203V, and a W-phase input/output terminal 203W. These input/output terminals 203 are connected to bus bars 211 to 213 for each phase within the annular portion 201, respectively. Through these input/output terminals 203, power is input/output from an inverter (not shown) to each phase winding of the stator winding 61.
- the busbar module 200 may be configured to be integrally provided with a current sensor that detects the phase current of each phase. In this case, it is preferable that the bus bar module 200 is provided with a current detection terminal, and the detection result of the current sensor is outputted to a control device (not shown) through the current detection terminal.
- the annular portion 201 has a plurality of protrusions 205 that protrude toward the inner circumference as a fixed portion for the stator holder 70, and a through hole 206 extending in the axial direction is formed in the protrusions 205. ing.
- FIG. 31 is a perspective view showing a state in which the busbar module 200 is assembled to the stator holder 70
- FIG. 32 is a longitudinal cross-sectional view of the fixed portion where the busbar module 200 is fixed.
- FIG. 12 please refer to FIG. 12 for the configuration of the stator holder 70 before the busbar module 200 is assembled.
- the busbar module 200 is provided on the end plate portion 91 so as to surround the boss portion 92 of the inner cylinder member 81.
- the busbar module 200 is fixed to the stator holder 70 (inner cylinder member 81) by fastening fasteners 217 such as bolts in a state where the position is determined by assembling the inner cylinder member 81 to the support column 95 (see FIG. 12). ing.
- the end plate portion 91 of the inner cylinder member 81 is provided with a support portion 95 extending in the axial direction.
- the busbar module 200 is fixed to the support 95 by fasteners 217 with the support 95 inserted through the through holes 206 provided in the plurality of protrusions 205 .
- the busbar module 200 is fixed using a retainer plate 220 made of a metal material such as iron.
- the retainer plate 220 includes a fastened part 222 having an insertion hole 221 through which a fastener 217 is inserted, a pressing part 223 that presses the top surface of the annular part 201 of the busbar module 200, and a space between the fastened part 222 and the pressing part 223. It has a bend portion 224 provided at the bend portion 224 .
- the fastener 217 When the retainer plate 220 is installed, the fastener 217 is inserted into the insertion hole 221 of the retainer plate 220, and the fastener 217 is screwed onto the support column 95 of the inner cylinder member 81. Further, the pressing portion 223 of the retainer plate 220 is in contact with the upper surface of the annular portion 201 of the bus bar module 200. In this case, as the fastener 217 is screwed into the support column 95, the retainer plate 220 is pushed downward in the figure, and the annular section 201 is pressed downward by the pressing section 223 accordingly. The downward pressing force in the drawing that occurs when the fastener 217 is screwed is transmitted to the pressing part 223 through the bend part 224, so the pressing part 223 is pressed with the elastic force in the bend part 224. ing.
- the annular projection 201a is provided on the upper surface of the annular portion 201, and the tip of the retainer plate 220 on the pressing portion 223 side can come into contact with the projection 201a. This suppresses the downward pressing force of the retainer plate 220 in the drawing from escaping to the outside in the radial direction.
- the configuration is such that the pressing force generated when the fastener 217 is screwed is properly transmitted to the pressing portion 223 side.
- the input/output terminal 203 when the busbar module 200 is assembled to the stator holder 70, the input/output terminal 203 is located 180 degrees on the opposite side in the circumferential direction from the inlet opening 86a and the outlet opening 87a communicating with the refrigerant passage 85. It is located at a location where However, these input/output terminals 203 and each of the openings 86a, 87a may be provided at the same position (that is, adjacent position).
- relay member 230 that electrically connects the input/output terminal 203 of the busbar module 200 to an external device of the rotating electric machine 10 will be described.
- the input/output terminals 203 of the busbar module 200 are provided so as to protrude outward from the housing cover 242, and are connected to the relay member 230 on the outside of the housing cover 242.
- the relay member 230 is a member that relays connections between the input/output terminals 203 for each phase extending from the bus bar module 200 and the power lines for each phase extending from an external device such as an inverter.
- FIG. 33 is a longitudinal cross-sectional view showing a state in which the relay member 230 is attached to the housing cover 242, and FIG. 34 is a perspective view of the relay member 230.
- a through hole 242a is formed in the housing cover 242, and the input/output terminal 203 can be pulled out through the through hole 242a.
- the relay member 230 has a main body portion 231 fixed to the housing cover 242 and a terminal insertion portion 232 inserted into the through hole 242a of the housing cover 242.
- the terminal insertion portion 232 has three insertion holes 233 into which the input/output terminals 203 of each phase are inserted, one by one.
- the three insertion holes 233 have an elongated cross-sectional opening, and are formed side by side with their longitudinal directions substantially the same.
- the relay bus bar 234 is bent into a substantially L-shape, and is fixed to the main body 231 with a fastener 235 such as a bolt. It is fixed to the tip of the holder with a fastener 236 such as a bolt and a nut.
- power lines for each phase extending from an external device can be connected to the relay member 230, and power can be input and output to the input/output terminal 203 for each phase.
- FIG. 35 is an electric circuit diagram of the control system of the rotating electric machine 10
- FIG. 36 is a functional block diagram showing control processing by the control device 270.
- the stator winding 61 includes a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding, and an inverter 260 corresponding to a power converter is connected to the stator winding 61.
- the inverter 260 is constituted by a full bridge circuit having upper and lower arms of the same number as the number of phases, and a series connection body consisting of an upper arm switch 261 and a lower arm switch 262 is provided for each phase. Each of these switches 261 and 262 is turned on and off by a driver 263, and the phase windings of each phase are energized by turning them on and off.
- Each switch 261, 262 is constituted by a semiconductor switching element such as a MOSFET or an IGBT. Further, a charge supply capacitor 264 is connected to the upper and lower arms of each phase in parallel to the series connection body of the switches 261 and 262 for supplying the charges required during switching to each switch 261 and 262.
- One end of a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding are connected to intermediate connection points between the switches 261 and 262 of the upper and lower arms, respectively.
- These phase windings are connected in a star shape (Y connection), and the other ends of each phase winding are connected to each other at a neutral point.
- the control device 270 includes a microcomputer consisting of a CPU and various memories, and performs energization control by turning on and off each switch 261 and 262 based on various detection information in the rotating electric machine 10 and requests for power running drive and power generation. .
- the detection information of the rotating electric machine 10 includes, for example, the rotation angle (electrical angle information) of the rotor 20 detected by an angle detector such as a resolver, the power supply voltage (inverter input voltage) detected by a voltage sensor, and a current sensor. Contains the energizing current of each phase detected by .
- the control device 270 performs on/off control of each switch 261 and 262 by, for example, PWM control at a predetermined switching frequency (carrier frequency) or rectangular wave control.
- the control device 270 may be a built-in control device built into the rotating electrical machine 10, or may be an external control device provided outside the rotating electrical machine 10.
- the rotating electric machine 10 of this embodiment since the rotating electric machine 10 of this embodiment has a slotless structure (teethless structure), the inductance of the stator 60 is reduced and the electrical time constant is small. Under conditions where the constant is small, it is desirable to increase the switching frequency (carrier frequency) and increase the switching speed.
- the capacitor 264 for charge supply is connected in parallel to the series connection of the switches 261 and 262 of each phase, the wiring inductance is lowered, and even in a configuration with a high switching speed, appropriate surge Countermeasures can be taken.
- the high potential side terminal of the inverter 260 is connected to the positive terminal of the DC power supply 265, and the low potential side terminal is connected to the negative terminal (ground) of the DC power supply 265.
- the DC power supply 265 is configured by, for example, a battery pack in which a plurality of single cells are connected in series. Further, a smoothing capacitor 266 is connected to the high potential side terminal and the low potential side terminal of the inverter 260 in parallel to the DC power supply 265.
- FIG. 36 is a block diagram showing current feedback control processing for controlling the U, V, and W phase currents.
- the current command value setting unit 271 uses the torque-dq map to determine the power running torque command value or the power generation torque command value for the rotating electric machine 10, and the electrical angular velocity ⁇ obtained by time-differentiating the electrical angle ⁇ . , the d-axis current command value and the q-axis current command value are set.
- the power generation torque command value is, for example, a regenerative torque command value when the rotating electric machine 10 is used as a power source for a vehicle.
- the dq converter 272 converts current detected values (three phase currents) by current sensors provided for each phase into two orthogonal converters whose d-axis is the direction of an axis of a magnetic field, or field direction.
- the current is converted into a d-axis current and a q-axis current, which are components of a dimensional rotating coordinate system.
- the d-axis current feedback control unit 273 calculates the d-axis command voltage as a manipulated variable for feedback-controlling the d-axis current to the d-axis current command value. Furthermore, the q-axis current feedback control unit 274 calculates a q-axis command voltage as a manipulated variable for feedback-controlling the q-axis current to the q-axis current command value. In each of these feedback control units 273 and 274, a command voltage is calculated using a PI feedback method based on the deviation of the d-axis current and the q-axis current from the current command value.
- the three-phase converter 275 converts the d-axis and q-axis command voltages into U-phase, V-phase, and W-phase command voltages.
- the above-mentioned units 271 to 275 are feedback control units that perform feedback control of the fundamental wave current based on the dq conversion theory, and the command voltages of the U-phase, V-phase, and W-phase are feedback control values.
- the operation signal generation unit 276 generates an operation signal for the inverter 260 based on the three-phase command voltage using a well-known triangular wave carrier comparison method. Specifically, the operation signal generation unit 276 controls the upper and lower arm switches in each phase by PWM control based on a magnitude comparison between a signal obtained by normalizing the three-phase command voltage with the power supply voltage and a carrier signal such as a triangular wave signal. Generates an operation signal (duty signal). The switch operation signal generated by the operation signal generation section 276 is output to the driver 263 of the inverter 260, and the driver 263 turns on and off the switches 261 and 262 of each phase.
- This process is mainly used for the purpose of increasing the output of the rotating electric machine 10 and reducing losses under operating conditions where the output voltage of the inverter 260 becomes large, such as in a high rotation region and a high output region.
- the control device 270 selects and executes either the torque feedback control process or the current feedback control process based on the operating conditions of the rotating electrical machine 10.
- FIG. 37 is a block diagram showing torque feedback control processing corresponding to U, V, and W phases.
- the voltage amplitude calculation unit 281 determines a command value for the magnitude of the voltage vector based on a power running torque command value or a power generation torque command value for the rotating electrical machine 10 and an electrical angular velocity ⁇ obtained by time-differentiating the electrical angle ⁇ . Calculate the voltage amplitude command.
- the dq converter 282 converts the current detected value by the current sensor provided for each phase into a d-axis current and a q-axis current.
- the torque estimator 283 calculates estimated torque values corresponding to the U, V, and W phases based on the d-axis current and the q-axis current. Note that the torque estimation unit 283 may calculate the voltage amplitude command based on map information in which the d-axis current, the q-axis current, and the voltage amplitude command are associated.
- the torque feedback control unit 284 calculates a voltage phase command, which is a command value of the phase of the voltage vector, as a manipulated variable for feedback controlling the estimated torque value to the power running torque command value or the power generation torque command value.
- the torque feedback control unit 284 calculates a voltage phase command using a PI feedback method based on the deviation of the estimated torque value from the power running torque command value or the power generation torque command value.
- the operation signal generation unit 285 generates an operation signal for the inverter 260 based on the voltage amplitude command, voltage phase command, and electrical angle ⁇ . Specifically, the operation signal generation unit 285 calculates three-phase command voltages based on a voltage amplitude command, a voltage phase command, and an electrical angle ⁇ , and generates a signal in which the calculated three-phase command voltages are normalized by the power supply voltage.
- a switch operation signal for the upper and lower arms in each phase is generated by PWM control based on magnitude comparison between the signal and a carrier signal such as a triangular wave signal.
- the switch operation signal generated by the operation signal generation section 285 is output to the driver 263 of the inverter 260, and the driver 263 turns on and off the switches 261 and 262 of each phase.
- the operation signal generation unit 285 generates a signal based on the voltage amplitude command, the voltage phase command, the electrical angle ⁇ , and the pulse pattern information, which is map information in which the switch operation signal is associated, the voltage amplitude command, the voltage phase command, and the electrical angle ⁇ .
- the switch operation signal may also be generated.
- the configuration of the magnet 32 in the magnet unit 22 may be changed as follows.
- the direction of the axis of easy magnetization in the magnet 32 is oblique to the radial direction, and a linear magnet magnetic path is formed along the direction of the axis of easy magnetization.
- the direction of the axis of easy magnetization is relative to the d-axis between the magnetic flux acting surface 34a on the stator 60 side (radially inner side) and the magnetic flux acting surface 34b on the anti-stator side (radially outer side).
- the stator 60 side approaches the d-axis and the anti-stator side moves away from the d-axis.
- the length of the magnetic path of the magnet 32 can be made longer than the thickness dimension in the radial direction, making it possible to improve permeance.
- the direction of bending of the transition portion 153 may be either inside or outside in the radial direction, and in relation to the core assembly CA, the first transition portion 153A is bent toward the core assembly CA side. Alternatively, the first transition portion 153A may be bent toward the opposite side of the core assembly CA. Further, if the second transition portion 153B is in a state of straddling a part of the first transition portion 153A in the circumferential direction on the outside in the axial direction of the first transition portion 153A, the second transition portion 153B can be either inside or outside in the radial direction. It may be bent.
- the partial winding 151 may be formed to have a substantially L-shape or a substantially Z-shape when viewed from the side.
- the transition portion 153 is bent inward or outward in the radial direction at one end in the axial direction, and the transition portion 153 is bent in the radial direction at the other end in the axial direction.
- the structure is such that it can be installed without being bent.
- the transition portions 153 are bent in opposite directions in the radial direction at one axial end and the other axial end. In either case, it is preferable that the coil module 150 is fixed to the core assembly CA by the insulating cover that covers the transition portion 153 as described above.
- all the partial windings 151 are connected in parallel for each phase winding, but this may be changed.
- all partial windings 151 for each phase winding may be divided into a plurality of parallel connection groups, and the plurality of parallel connection groups may be connected in series.
- a total of n partial windings 151 in each phase winding are divided into two parallel connection groups of n/2 windings, three parallel connection groups of n/3 windings, etc., and these are connected in series. It may also be configured to connect.
- the stator winding 61 may have a configuration in which all of the plurality of partial windings 151 are connected in series for each phase winding.
- the stator winding 61 in the rotating electric machine 10 may have a configuration having two phase windings (U-phase winding and V-phase winding).
- a pair of intermediate conductor portions 152 are provided one coil pitch apart, and between the pair of intermediate conductor portions 152, the intermediate conductor portion 152 of the partial winding 151 of the other one phase is provided. It is sufficient if the configuration is such that one is arranged.
- FIGS. 39(a) and 39(b) are diagrams showing the configuration of the stator unit 300 in the case of an inner rotor structure.
- FIG. 39(a) is a perspective view showing the coil modules 310A, 310B assembled to the core assembly CA
- FIG. 39(b) is a partial winding 311A, 311B included in each coil module 310A, 310B.
- a stator holder 70 is assembled to the radially outer side of the stator core 62, thereby forming a core assembly CA.
- a plurality of coil modules 310A and 310B are assembled inside the stator core 62 in the radial direction.
- the partial winding 311A has generally the same configuration as the first partial winding 151A described above, and includes a pair of intermediate conductor portions 312 and is bent toward the core assembly CA side (radially outward) on both sides in the axial direction. It has a transition portion 313A formed therein.
- the partial winding 311B has generally the same configuration as the second partial winding 151B described above, and includes a pair of intermediate conductor portions 312, a transition portion 313A on both sides in the axial direction, and a transition portion 313A in the circumferential direction on the outside in the axial direction. It has a transition part 313B provided so as to straddle the.
- An insulating cover 315 is attached to the transition portion 313A of the partial winding 311A
- an insulating cover 316 is attached to the transition portion 313B of the partial winding 311B.
- the insulating cover 315 is provided with semicircular recesses 317 extending in the axial direction on both side surfaces in the circumferential direction. Further, the insulating cover 316 is provided with a protrusion 318 that protrudes radially outward from the transition portion 313B, and a through hole 319 that extends in the axial direction is provided at the tip of the protrusion 318.
- FIG. 40 is a plan view showing a state in which coil modules 310A and 310B are assembled to core assembly CA.
- a plurality of recesses 105 are formed in the axial end face of the stator holder 70 at equal intervals in the circumferential direction.
- the stator holder 70 has a cooling structure using a liquid refrigerant or air, and preferably has a plurality of radiation fins formed on the outer peripheral surface as an air cooling structure, for example.
- the insulating covers 315 and 316 are arranged to overlap in the axial direction. Furthermore, a recess 317 provided on the side surface of the insulating cover 315 and a through hole 319 provided in the protrusion 318 of the insulating cover 316 at a center position between one end of the insulating cover 316 in the circumferential direction and the other end thereof. are continuous in the axial direction, and each part is fixed by a fixing pin 321.
- each insulating cover 315, 316 by the fixing pin 321 is on the axial end surface of the stator holder 70 which is radially outer than the stator core 62, and On the other hand, it is configured to be fixed by a fixing pin 321.
- the stator holder 70 is provided with a cooling structure, the heat generated in the partial windings 311A and 311B is easily transmitted to the stator holder 70. Thereby, the cooling performance of the stator winding 61 can be improved.
- the stator 60 used in the rotating electric machine 10 may have a protrusion (for example, teeth) extending from the back yoke. In this case as well, it is only necessary that the coil module 150 and the like be assembled to the stator core to the back yoke.
- the rotating electric machine is not limited to one with a star connection, but may be one with a delta connection.
- a rotating armature-type rotating electrical machine in which the armature is a rotor and the field element is a stator is used. It is also possible to employ a rotating electric machine.
- FIGS. 41 to 44 An outline of the rotating electric machine 400 is shown in FIGS. 41 to 44.
- 41 is a longitudinal cross-sectional view of the rotating electric machine 400
- FIG. 42 is a cross-sectional view of the rotating electric machine 400 (cross-sectional view taken along line 44-44 in FIG. 41)
- FIG. 43 is a cross-sectional view of the rotating electric machine 400.
- FIG. 44 is an exploded sectional view showing the components of the rotating electric machine 400.
- the rotating electric machine 400 is an outer rotor type surface magnet type rotating electric machine.
- the rotating electrical machine 400 can be roughly divided into a rotating electrical machine main body having a rotor 410 and a stator unit 420 including a stator 430.
- the spindle 401 is integrated with a hub 402 that is fixed to a wheel (not shown).
- the spindle 401 and the hub 402 are required to have high strength and are made of, for example, a steel material.
- the spindle 401 has a flange 403 that extends perpendicularly to the axial direction, and a fixed shaft 404 that has a cylindrical shape and extends closer to the center of the rotating electrical machine than the flange 403 and is inserted into the hollow part of the stator unit 420. have.
- the fixed shaft portion 404 preferably has a large diameter portion and a small diameter portion as shown in the figure.
- the hub 402 has an insertion hole 406 into which the fixed shaft portion 404 is inserted.
- the hub 402 is rotatably supported by a pair of bearings 407 and 408 with the fixed shaft portion 404 inserted into the insertion hole 406 of the hub 402.
- the hub 402 is rotatably supported by bearings 407 and 408 at two axial positions.
- the bearings 407 and 408 are, for example, radial ball bearings, and each has an outer ring, an inner ring, and a plurality of balls arranged between the outer ring and the inner ring.
- the bearings 407 and 408 may be roller bearings (needle roller bearings, tapered roller bearings) using rollers instead of balls as rolling elements.
- the direction in which the axis line serving as the center of rotation extends is the axial direction
- the rotating electrical machine 400 is installed in the vehicle with the axial direction being the horizontal direction or the substantially horizontal direction. It has become.
- the axial direction of the rotating electrical machine 400 is substantially horizontal with an inclination equal to the camber angle.
- a rotor 410 and a stator 430 are arranged to face each other in the radial direction with an air gap in between. Further, a stator unit 420 is fixed to the spindle 401, and a rotor 410 is fixed to the hub 402. Therefore, the hub 402 and rotor 410 are rotatable with respect to the spindle 401 and stator unit 420.
- the rotor 410 includes a substantially cylindrical rotor carrier 411 and an annular magnet unit 412 fixed to the rotor carrier 411.
- the rotor carrier 411 has a cylindrical cylindrical portion 413 and an end plate portion 414 provided at one end in the axial direction of the cylindrical portion 413.
- a magnet unit 412 is fixed in a ring shape.
- the other end of the rotor carrier 411 in the axial direction is open.
- the rotor carrier 411 functions as a magnet holding member.
- a through hole 414a is formed in the center of the end plate portion 414, and the hub 402 is fixed to the end plate portion 414 with a fixing device such as a bolt while being inserted into the through hole 414a (Fig. 41 reference).
- the magnet unit 412 is composed of a plurality of permanent magnets arranged so that the polarity alternates along the circumferential direction of the rotor 410.
- the magnet unit 412 corresponds to a "magnet section". Thereby, the magnet unit 412 has a plurality of magnetic poles in the circumferential direction.
- the magnet unit 412 has the configuration described as the magnet unit 22 in FIGS. 6 and 7 of the first embodiment, for example, and is a permanent magnet with an intrinsic coercive force of 400 [kA/m] or more and a residual It is constructed using a sintered neodymium magnet with a magnetic flux density Br of 1.0 [T] or more.
- the magnet unit 412 like the magnet unit 22 in FIG. 7, has a plurality of permanent magnets each having polar anisotropy.
- the direction of the axis of easy magnetization is different on the d-axis side (the part closer to the d-axis) and the q-axis side (the part closer to the q-axis), and on the d-axis side, the direction of the easy axis of magnetization is the same as the d-axis.
- the directions are parallel or nearly parallel, and on the q-axis side, the direction of the axis of easy magnetization is perpendicular to or nearly perpendicular to the q-axis.
- an arcuate magnet magnetic path is formed along the direction of the axis of easy magnetization.
- each magnet is oriented so that the axis of easy magnetization is closer to parallel to the d-axis on the d-axis side, which is the magnetic pole center, than on the q-axis side, which is the magnetic pole boundary.
- the magnets of the magnet unit 412 are preferably fixed to each other in the circumferential direction by adhesive or the like, and are integrated with a fixing member such as yarn attached to the outer circumference. Further, it is preferable that an annular end plate member is attached to the axial end of each magnet.
- FIG. 45 is an exploded perspective view of the stator unit 420.
- the stator unit 420 includes a stator 430 having an annular cylindrical shape, a stator holder 460 that holds the stator 430, a wiring module 480 that is attached to one axial end of the stator 430, and a wiring module 480 that is attached to the other axial end of the stator 430.
- the coil end cover 490 is attached to the coil end cover 490.
- FIGS. 46 and 47 are exploded perspective views of the stator 430 viewed from different directions in the axial direction.
- the stator 430 has a stator winding 431 as an armature winding and a stator core 432 as a winding support member.
- the stator winding 431 has three phase windings 431U, 431V, and 431W, and the phase windings 431U, 431V, and 431W of each phase are each constituted by a plurality of partial windings 441.
- the partial windings 441 are provided according to the number of poles of the rotating electric machine 400, and a plurality of partial windings 441 are connected in parallel or in series for each phase (details will be described later). In this embodiment, the number of magnetic poles is 24, but the number is arbitrary.
- the stator 430 has, in the axial direction, a portion corresponding to a coil side CS that radially opposes the stator core 432, and a portion corresponding to a coil end CE that is axially outside of the coil side CS. It has a part.
- the coil side CS is also a portion of the rotor 410 that faces the magnet unit 412 in the radial direction.
- Partial winding 441 is assembled on the radially outer side of stator core 432 . In this case, the partial winding 441 is assembled in such a manner that both end portions thereof in the axial direction protrude further axially outward than the stator core 432 (that is, toward the coil end CE side).
- Each of the partial windings 441 is provided so that one of its axial ends is bent in the radial direction, and the other is not bent in the radial direction.
- Half of the partial windings 441 among all the partial windings 441 have one end in the axial direction (lower side in FIG. 46) being a bent side, and are bent radially inward on the bent side. Further, the other half of the partial windings 441 have the other axial end (the upper side in FIG. 46) as a bent side, and are bent radially outward on the bent side.
- first partial winding 441A the partial winding 441 having a radially inward bend
- first partial winding 441A the partial winding 441 having a radially outward bend
- second partial winding 441B the partial winding 441 having a radially outward bend
- FIGS. 51(a) and 51(b) are perspective views showing the configuration of the first partial winding 441A
- FIG. 50 is a perspective view showing the structure of the first partial winding 441A
- 452 is an exploded perspective view
- FIGS. 51(a) and 51(b) are perspective views showing the configuration of the second partial winding 441B
- FIG. 52 is a perspective view showing the structure of the second partial winding 441B.
- FIG. 4 is an exploded perspective view showing the covers 453 and 454 in an exploded manner. Note that FIGS.
- FIGS. 51(a) and (b) are perspective views of the first partial winding 441A viewed from the inside and outside in the radial direction
- FIGS. 51(a) and (b) are similarly
- FIG. 4 is a perspective view of a winding 441B viewed from the inside and outside in the radial direction, respectively.
- Each of the partial windings 441A and 441B is constructed by winding the conductive wire material CR multiple times, and includes a pair of intermediate conductor portions 442 that are provided parallel to each other and in a straight line; It has a pair of transition parts 443 and 444 that are connected at both ends in the axial direction.
- the pair of intermediate conducting wire portions 442 and the pair of transition portions 443 and 444 form an annular shape.
- the pair of intermediate conductor portions 442 are provided at a distance of a predetermined coil pitch, and the intermediate conductor portion 442 of the partial winding 441 of the other phase can be placed between the pair of intermediate conductor portions 442 in the circumferential direction. It has become.
- the pair of intermediate conductor portions 442 are provided two coil pitches apart, and one intermediate conductor portion 442 of the partial windings 441 of the other two phases is arranged between the pair of intermediate conductor portions 442.
- the configuration is as follows.
- each intermediate conductor portion 442 is provided with a sheet-like insulating cover 445 covered therewith.
- the configuration of the insulation sheath 445 is similar to the insulation sheath 157 of the partial winding 151 in the first embodiment described above. That is, the insulation covering 445 can be formed by using a film material whose axial dimension has at least the length of the insulation covering range in the axial direction in the intermediate conductor part 442, and by wrapping the film material around the intermediate conductor part 442. It is provided. Further, the insulating cover 445 is provided around the intermediate conductor portion 442 in such a manner that the ends of the film material in the circumferential direction overlap.
- transition portions 443 and 444 on both sides in the axial direction are both provided as parts corresponding to the coil end CE (see FIG. 48), and one of the transition portions 443 and 444 is bent in the radial direction.
- the other transition portion 444 is formed without being bent in the radial direction.
- the partial windings 441A, 441B have a substantially L shape when viewed from the side.
- the radial bending direction of the transition portion 443 is different; in the first partial winding 441A, the transition portion 443 is bent inward in the radial direction, and in the second partial winding 441B, the transition portion 443 is bent in the radial direction. is bent radially outward.
- the shapes of the transition portions 443 in the partial windings 441A and 441B in plan view are different from each other. good.
- the width in the circumferential direction is preferably narrower toward the distal end, and in the transition portion 443 of the second partial winding 441B, the width in the circumferential direction is preferably widened toward the distal end.
- the intermediate conducting wire portions 442 are provided as coil side conducting wire portions lined up one by one in the circumferential direction on the coil side CS.
- each transition part 443,444 is provided as a coil end conducting wire part which connects the intermediate conducting wire parts 442 of the same phase at two different positions in the circumferential direction in the coil end CE.
- the conducting wire material CR is wound multiple times so that the cross section of the conducting wire gathering portion is square.
- the conducting wire materials CR are arranged in a plurality of rows in the circumferential direction and in a plurality of rows in the radial direction, so that the cross section is formed to have a substantially rectangular shape (Fig. 20 reference).
- the insulating covers 451 to 454 attached to each partial winding 441A, 441B will be explained.
- the insulating covers 451 to 454 are insulating members provided to insulate the partial windings 441 from each other at each transition portion 443,444.
- the insulating covers 451 to 454 are molded from an insulating material such as synthetic resin.
- an insulating cover 451 is attached to the transition portion 443 on one end in the axial direction, and the transition portion on the other end in the axial direction
- An insulating cover 452 is attached to 444.
- a bracket 455 made of, for example, a metal plate is embedded in the insulating cover 451.
- the bracket 455 has a protrusion 455a that protrudes radially outward from the tip of the transition portion 443, and the protrusion 455a is provided with a through hole 455b that penetrates in the axial direction (vertical direction in the figure).
- a bracket 456 made of, for example, a metal plate is embedded in the insulating cover 452.
- the bracket 456 has a protrusion 456a that protrudes radially outward from the tip of the transition portion 444, and the protrusion 456a is provided with a through hole 456b that penetrates in the axial direction (vertical direction in the figure).
- the insulating covers 451 and 452 each have engaging portions 451a and 452a that engage inside the curved portions at the distal ends of the transition portions 443 and 444, respectively. It is preferable that a part of the brackets 455, 456 be integrated with these engaging parts 451a, 452a as a base material. Note that the brackets 455 and 456 may be fixed to the outer surfaces of the insulating covers 451 and 452 by adhesive or the like instead of being embedded in the insulating covers 451 and 452.
- an insulating cover 453 is attached to the transition portion 443 on one end in the axial direction, and an insulating cover 453 is attached to the transition portion 443 on the other end in the axial direction.
- An insulating cover 454 is attached to the transition portion 444.
- a bracket 457 made of, for example, a metal plate is embedded in the insulating cover 453.
- the bracket 457 has a protrusion 457a that protrudes radially inward from the tip of the transition portion 443, and the protrusion 457a is provided with a through hole 457b that penetrates in the axial direction (vertical direction in the figure).
- a bracket 458 made of, for example, a metal plate is embedded in the insulating cover 454.
- the bracket 458 has a protrusion 458a that protrudes radially inward from the tip of the transition portion 444, and the protrusion 458a is provided with a through hole 458b that penetrates in the axial direction (vertical direction in the figure).
- the insulating covers 453 and 454 each have engaging portions 453a and 454a that engage inside the curved portions at the distal ends of the transition portions 443 and 444, respectively. It is preferable that a part of the brackets 457, 458 be integrated with these engaging parts 453a, 454a as a base material. Note that the brackets 457, 458 may be fixed to the outer surfaces of the insulating covers 453, 454 by adhesive or the like instead of being embedded in the insulating covers 453, 454.
- FIG. 53 is a plan view showing a state in which the partial windings 441A and 441B are arranged side by side in the circumferential direction. Note that FIG. 53 is a plan view of the stator winding 431 shown in FIG. 46 viewed from one axial direction (upper side of the figure).
- the transition portion 443 of the first partial winding 441A extends radially inward, and the transition portion 443 of the second partial winding 441B extends radially outward.
- the insulating cover of the first partial winding 441A is placed on one axial end side of the stator winding 431 (on the back side of the paper in FIG. 53).
- the protruding part 455a of the bracket 455 provided on the insulating cover 454 of the second partial winding 441B overlaps in the axial direction, and the through hole of each protruding part 455a, 458a overlaps in the axial direction.
- the positions of 455b and 458b in plan view match.
- the insulation of the first partial winding 441A is The protrusions 456a of the bracket 456 provided on the cover 452 and the protrusions 457a of the bracket 457 provided on the insulating cover 453 of the second partial winding 441B are arranged alternately and at equal intervals in the circumferential direction. ing.
- the through holes 456b, 457b of the protrusions 456a, 457a have the same radial distance from the center of the plane of the stator 430, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
- the stator winding 431 is formed into an annular shape by partial windings 441A and 441B, and a stator core 432 is assembled on the inside in the radial direction.
- the stator core 432 is configured as a core sheet laminate in which core sheets made of magnetic electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction, and has a cylindrical shape with a predetermined thickness in the radial direction. The inner and outer circumferential surfaces of the stator core 432 are curved without irregularities.
- Stator core 432 functions as a back yoke.
- the stator core 432 is configured by, for example, a plurality of core sheets punched into an annular plate shape and stacked in the axial direction. However, the stator core 432 may have a helical core structure.
- stator winding 431 may be attached to the stator core 432 by individually attaching the partial windings 441A and 441B to the stator core 432.
- the annular stator winding 431 may be formed by the partial windings 441A and 441B, and then the stator winding 431 may be assembled to the stator core 432.
- a plurality of recesses 433 are formed at predetermined intervals in the circumferential direction on the end surface of the stator core 432 on one axial end side.
- the brackets 455 and 458 penetrate through the insulating covers 451 and 454 on the radially inner side of the intermediate conductor portion 442 of each partial winding 441A and 441B. Alignment is performed between the holes 455b and 458b and the recess 433 on the axial end surface of the stator core 432.
- coupling members made of, for example, metal fixing pins into these through holes 455b, 458b and recess 433, each partial winding 441A, 441B is fixed to stator core 432. It has become.
- FIG. 54 is a cross-sectional view of stator holder 460 (cross-sectional view at the same position as FIG. 43).
- the stator holder 460 has an outer cylinder member 461 and an inner cylinder member 462, each of which has a cylindrical shape. It is constructed by assembling them together with the direction inward.
- Each of these members 461 and 462 is made of metal such as aluminum or cast iron, or carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
- the inner diameter of the cylindrical portion of the outer cylindrical member 461 is larger than the outer diameter of the cylindrical portion of the inner cylindrical member 462. Therefore, when the inner cylinder member 462 is assembled inside the outer cylinder member 461 in the radial direction, an annular gap is formed between these members 461 and 462, and the gap space allows a coolant such as cooling water to circulate.
- This is a refrigerant passage 463 that allows the The coolant passage 463 is provided in an annular shape in the circumferential direction of the stator holder 460.
- the inner cylindrical member 462 is formed with an inlet passage 464 that serves as an inlet for the refrigerant, and an outlet passage 465 that serves as an outlet for the refrigerant.
- a partition portion 466 is provided.
- the inlet side passage 464 and the outlet side passage 465 are provided to communicate with the refrigerant passage 463 on both sides with the partition portion 466 in between, and to extend in the axial direction.
- the refrigerant flowing in from the inlet side passage 464 flows in the circumferential direction through the refrigerant passage 463 and then flows out from the outlet side passage 465.
- One end of the inlet side passage 464 and the outlet side passage 465 is open to the axial end surface of the inner cylinder member 462, respectively.
- an inlet piping port is provided at the opening of the inlet side passage 464
- an outlet piping is provided at the opening of the outlet side passage 465.
- a circulation path for circulating refrigerant is connected to the inlet piping port and the outlet piping port.
- the circulation path is provided with, for example, an electric pump and a heat radiator such as a radiator, and as the pump is driven, the refrigerant circulates through the circulation path and the refrigerant passage 463 of the rotating electric machine 400.
- a stator core 432 is assembled on the radially outer side of the stator holder 460, specifically on the radially outer side of the outer cylinder member 461.
- the stator core 432 is assembled to the stator holder 460 (outer cylinder member 461) by, for example, adhesion.
- the stator core 432 may be fitted and fixed to the stator holder 460 with a predetermined interference by shrink fitting or press fitting.
- the inner cylinder member 462 has a cylindrical shape and has an end plate portion 471 at one end in the axial direction.
- a through hole 472 that penetrates in the axial direction is provided at the center of the end plate portion 471, and the fixed shaft portion 404 of the spindle 401 can be inserted into the through hole 472.
- a plurality of protrusions 473 are provided on the inner peripheral side of the inner cylinder member 462 at predetermined intervals in the circumferential direction.
- Each of these protruding parts 473 is provided so as to protrude radially inward in the hollow part of the inner cylinder member 462, and in the axial direction, is provided in a range from the end plate part 471 to an axially intermediate position ( (See Figure 48).
- the protruding portion 473 functions as a reinforcing material for the inner cylinder member 462.
- the end plate portion 471 of the inner cylinder member 462 is provided with an opening 474 that penetrates in the axial direction at a position radially outward of the through hole 472.
- This opening 474 is an insertion hole through which a power line 485 of each phase, which will be described later, is inserted in the axial direction.
- a terminal block 475 is provided in the opening 474 (see FIG. 41), and external wiring (not shown) is connected to the terminal block 475.
- the wiring module 480 is a winding connection member that is electrically connected to each partial winding 441A, 441B in the stator winding 431, and this wiring module 480 connects the partial windings 441 of each phase in parallel for each phase. Alternatively, they are connected in series, and the phase windings 431U, 431V, and 431W of each phase are connected to the neutral point. As shown in FIG. 41, the wiring module 480 is provided on one end side of both axial ends of the stator 430, specifically on the end plate portion 414 side of the rotor carrier 411.
- the stator winding 431 includes a first partial winding 441A having one axial end bent radially inward, and a second partial winding 441B having the other axial end bent radially outward. have. Then, the bent side of the first partial winding 441A and the non-bent side of the second partial winding 441B are placed on the end plate portion 414 side of the rotor carrier 411, and the respective partial windings 441A and 441B are aligned in the circumferential direction. The parts are arranged side by side, overlapping.
- a wiring module 480 is provided on the end plate portion 414 side of the rotor carrier 411 among both ends of the stator winding 431 in the axial direction.
- the wiring module 480 includes an annular portion 481 and a plurality of connection terminals 482 arranged circumferentially along the annular portion 481.
- the annular portion 481 is formed in an annular shape using an insulating material such as resin. Wiring for each phase, wiring for a neutral point, etc. (details will be described later) are buried in the annular portion 481, and connection terminals 482 are electrically connected to each of these wirings.
- the connection terminals 482 are provided for each partial winding 441, and each is fixed in a direction extending in the axial direction.
- a bus bar 483 is connected to each phase of wiring buried in the annular portion 481 for each phase.
- Each bus bar 483 is a part of power wiring for U-phase power, V-phase power, and W-phase power, respectively, and is provided so as to protrude inward in the radial direction.
- transition portions 444 that are not bent in the radial direction are arranged in an annular manner at the lower end of FIG. It is now set up. That is, the annular portion 481 of the wiring module 480 is formed to have a smaller diameter than the annular portion formed by the transition portions 444 arranged in the circumferential direction.
- the annular portion 481 is provided with a mounting member 484 for mounting the wiring module 480 to the stator holder 460.
- the mounting member 484 is made of, for example, a metal plate, and has a plurality of mounting portions spaced apart at predetermined intervals in the circumferential direction.
- a power line 485 that supplies power to the stator winding 431 for each phase is connected to each bus bar 483 of the wiring module 480.
- the power lines 485 are arranged to line up in the circumferential direction and extend in the axial direction.
- the power line 485 is preferably a conductive wire itself made of a rigid body such as a metal bus bar, or a conductive wire inserted through a tube made of a rigid body such as a synthetic resin.
- the power line 485 has a shield layer on the outer periphery. Thereby, generation of a magnetic field to the outside can be suppressed. Further, it is preferable that the outer coating of the power line 485 is a fluorine coating. In this case, assuming that the temperature of the power line 485 increases, heat resistance can be improved.
- the coil end cover 490 has an annular shape, and has a coil end portion on one axial end side of the stator 430, that is, a transition portion 443 of the coil end portions on both axial ends of the stator 430. It is provided at the coil end portion on the side bent radially outward.
- This coil end cover 490 covers the coil end portion of the stator winding 431 in the axial direction, and positions each partial winding 441A, 441B at one end in the axial direction.
- the coil end cover 490 is provided with a plurality of through holes 491 at equal intervals in the circumferential direction, and every other through hole 491 connects to the bracket 456 in the insulating cover 452 of the first partial winding 441A. This corresponds to the through hole 456b of the bracket 457 of the insulating cover 453 of the second partial winding 441B, respectively.
- each through hole 491 on the coil end cover 490 side is Alignment is performed. Further, by assembling a coupling member made of, for example, a metal fixing pin into each through hole 491, the coil end cover 490 is fixed to the stator 430. In this state, one axial end of each partial winding 441A, 441B is fixed by the coil end cover 490.
- the coil end cover 490 is provided with a plurality of attachment holes 492 for attaching the coil end cover 490 to the stator holder 460.
- the plurality of through holes 491 arranged in the circumferential direction have transition portions 444 that are not bent in the radial direction but extend in the axial direction (in other words, , the position of the intermediate conductor portion 442), and the plurality of mounting holes 492 that are also arranged in the circumferential direction are arranged radially inward than the transition portion 444 of the stator winding 431. ing.
- stator winding 431 consisting of a plurality of partial windings 441A and 441B and a stator core 432 are integrated.
- each partial winding 441A, 441B is fixed to the stator core 432 using the brackets 455, 458 of the insulating covers 451, 454 at one end in the axial direction (lower end side in FIG. 45).
- a stator holder 460 is attached to the stator 430 consisting of the stator winding 431 and the stator core 432 from one side in the axial direction, and a coil end cover 490 is attached to the stator holder 460. .
- a fixing tool such as a fixing pin or screw is inserted into the attachment hole 492 of the coil end cover 490, and the coil end cover 490 is fixed to the stator holder 460. Further, a fixing tool such as a fixing pin or screw is inserted into the through hole 491 of the coil end cover 490, and the coil end cover 490 is fixed to the stator winding 431 (each partial winding 441A, 441B). Ru.
- the wiring module 480 is attached to the stator holder 460 by an attachment member 484.
- the power lines 485 of each phase are provided in the hollow portion of the stator holder 460 (inner cylinder member 462) so as to extend from one end of the stator unit 420 in the axial direction to the other end.
- Each of these power lines 485 is connected to external wiring.
- Each power line 485 is preferably clamped to the inner cylinder member 462 (stator holder 460). Specifically, as shown in FIG. 48, a clamp member 495 made of anti-vibration rubber is provided in the opening 474 of the inner cylinder member 462, and the power line 485 provided passing through the opening 474 is secured by the clamp member 495. It is configured to be clamped. In this case, by clamping each power line 485 to the inner cylinder member 462, the earthquake resistance of each power line 485 can be improved. In particular, by using anti-vibration rubber as the clamp material 495, earthquake resistance can be further improved. Note that the power line 485 may be clamped at a location other than the opening 474 in the inner cylinder member 462.
- FIG. 55 is a perspective view of the stator unit 420 viewed from the wiring module 480 side (that is, the opposite side of the coil end cover 490).
- the stator winding 431 is shown as an integral cylindrical body.
- a wiring module 480 is arranged radially inside the stator winding 431 (specifically, radially inside each transition portion 444 arranged in the circumferential direction).
- the upper side of FIG. 55 is the hub 402 side, ie, the wheel wheel side, in the axial direction of the rotating electric machine 400, and the wiring module 480 is arranged on the hub 402 side, ie, the wheel wheel side, in the axial direction.
- the wiring module 480 is arranged radially inside the stator winding 431 at the coil end portion (radially inside each transition portion 444), so that the wiring module 480 extends radially outside. Therefore, the stator unit 420 can be made smaller.
- the transition portion 443 is bent radially inward at the coil end on the hub 402 side, and the transition portion 443 is bent radially outward at the coil end on the opposite hub side.
- a wiring module 480 is disposed on the hub 402 side (the side where the transition portion 443 is bent radially inward).
- the wiring module 480 and the coil end cover 490 are provided so as to protrude outward in the radial direction of the transition portion 444, and Although there is a concern that the overhang may become large, the configuration of this embodiment suppresses this inconvenience.
- a terminal block 531 is provided on the axial end surface of the stator holder 460 (specifically, the axial end surface of the outer cylinder member 461), and the bus bar 483 of the wiring module 480 and the power line 485 are connected via the terminal block 531. is connected. Specifically, the terminal portion of the bus bar 483 and the terminal portion of the power line 485 are overlapped with each other, and in the overlapping state, the bus bar 483 and the power line 485 are fixed to the terminal block 531 with a fixing device such as a screw. In this case, each power line 485 can be firmly fixed.
- a rotation prevention mechanism is provided at the connection portion between the bus bar 483 and the power line 485 to suppress their relative rotation. This prevents the power line 485 from being unintentionally misaligned with respect to the bus bar 483, thereby improving the ease of assembling and insulation of the power line 485.
- bus bar 483 has a bend structure, and its middle portion is bent into a crank shape. Thereby, vibrations at the terminal block 531 and the annular portion 481 can be appropriately absorbed.
- stator holder 460 when assembling the stator 430 and stator holder 460, the stator holder 460 and stator core 432 are assembled first, and the stator holder 460 and stator core 432 are fixed to the integral body.
- the child winding 431 may be assembled (that is, each partial winding 441A, 441B may be assembled).
- FIG. 56 is an exploded sectional view of the rotating electric machine 400 showing a state in which the spindle 401 and the stator unit 420 are integrated as a fixed object, and the hub 402 and the rotor 410 are integrated as a rotating object.
- the spindle 401 is assembled into the stator unit 420 while being inserted into the through hole 472 of the stator holder 460. Specifically, the fixed shaft portion 404 of the spindle 401 is inserted into the through hole 472 of the stator holder 460, and in this state, the spindle 401 is fixed to the end plate portion 471 of the inner cylinder member 462 with a fixture such as a bolt. .
- a hub 402 is fixed to the rotor 410. Specifically, the hub 402 is inserted into the through hole 414a of the rotor carrier 411, and in this state, the hub 402 is fixed to the end plate portion 414 with a fixture such as a bolt.
- an annular space S1 is formed around the fixed shaft portion 404 of the spindle 401 in the integrated body of the spindle 401 and the stator unit 420.
- an annular space S2 is formed around the hub 402 in the integrated body of the hub 402 and the rotor 410.
- the hub 402 enters into the annular space S1
- the stator unit 420 enters into the annular space S2, so that the integral body of the spindle 401 and stator unit 420 and the integral body of the hub 402 and rotor 410 are mutually connected. It is assembled.
- Bearings 407 and 408 are assembled between the fixed shaft portion 404 of the spindle 401 and the hub 402, and the hub 402 is rotatably supported by the bearings 407 and 408. That is, the hub 402 and rotor 410 are rotatably supported by the bearings 407 and 408 with respect to the spindle 401 and stator unit 420. Note that the inner rings of the bearings 407 and 408 are assembled on the fixed shaft portion 404 side, and the outer rings are assembled on the hub 402 side.
- the open end of the rotor 410 that is, the side opposite to the hub 402 in the axial direction (the rotor A rotor cover 511 is fixed to the opposite side of the end plate portion 414 of the carrier 411.
- the rotor cover 511 has an annular plate shape, and is fixed to the rotor carrier 411 with a fixing member such as a bolt, with a bearing 512 interposed between the rotor cover 511 and the inner cylinder member 462.
- a closed space SA is formed.
- a resolver 520 as a rotation sensor is provided within the closed space SA.
- the resolver 520 has an annular shape and includes a resolver stator fixed to the inner cylinder member 462 of the stator unit 420 on the fixed object side, and a resolver rotor fixed to the hub 402 on the rotating object side.
- a resolver rotor is disposed on the radially inner side of the resolver stator to face it.
- a plurality of protrusions 473 are provided on the inner peripheral side of the inner cylinder member 462 in the stator holder 460 at predetermined intervals in the circumferential direction (see FIG. 54).
- the resolver 520 (resolver stator) is attached to the axial end surface of the protrusion 473 of the inner cylinder member 462.
- the phase windings 431U, 431V, and 431W of each phase (three phases, U phase, V phase, and W phase in this embodiment) constituting the stator winding 431 include a plurality of partial windings 441. It is configured by connecting.
- a series connection body 600 is configured by connecting the first partial winding 441A and the second partial winding 441B in series, and the plurality of series connection bodies 600 are further connected in parallel.
- each phase winding 431U, 431V, 431W is configured.
- the phase windings 431U, 431V, and 431W are star-connected at the neutral point to form a stator winding 431.
- FIG. 58 is a developed view in which the circumferential direction of the stator winding 431 and the wiring module 480 is developed in the left-right direction.
- the partial winding 441 is shown in two stages, upper and lower.
- the upper partial winding 441 corresponds to the first partial winding 441A bent inward in the radial direction
- the lower partial winding 441 is This corresponds to the second partial winding 441B bent radially outward.
- the partial windings 441 constituting the U-phase phase winding 431U are shown as a first partial winding 441AU and a second partial winding 441BU, respectively.
- the partial winding 441 constituting the V-phase phase winding 431V is indicated as a first partial winding 441AV and a second partial winding 441BV, respectively
- the partial winding 441 constituting the W-phase phase winding 431W are respectively indicated as a first partial winding 441AW and a second partial winding 441BW.
- the second partial winding 441B is arranged at a position separated by about two coil pitches from the first partial winding 441A having the same phase. Note that since each phase is configured similarly, only the phase winding 431U of the U phase will be described below.
- one end of the U-phase first partial winding 441AU is connected to the U-phase wiring 483U buried in the wiring module 480. More specifically, in FIG. 58, on the left side of the U-phase first partial winding 441AU (the part corresponding to the intermediate conductor portion 442 disposed on one side in the circumferential direction), the connection terminal 482 is connected to the U-phase wiring 483U. It is connected.
- connection wiring 601U is connected to one end of the connection wiring 601U buried in the wiring module 480. More specifically, in FIG. 58, on the right side of the U-phase first partial winding 441AU (the part corresponding to the intermediate conductor portion 442 disposed on the other side in the circumferential direction), the connection wiring 601U is connected via the connection terminal 482. Connected to the left end.
- connection wiring 601U One end of the U-phase second partial winding 441BU, which is located two coil pitches away from the first partial winding 441AU, is connected to the other end of the connection wiring 601U. More specifically, in FIG. 58, on the left side of the U-phase second partial winding 441BU (the part corresponding to the intermediate conductor part 442 disposed on one side in the circumferential direction), the connection wiring 601U is connected via the connection terminal 482. Connected to the right end. In this way, the connection wiring 601U connects the first partial winding 441AU and the second partial winding 441BU, which is disposed approximately two coil pitches away from the first partial winding 441AU. Therefore, it is configured to have a length of approximately 2 coil pitches in the circumferential direction.
- the other end of the U-phase second partial winding 441BU is connected to the neutral point wiring 602 buried in the wiring module 480. More specifically, in FIG. 58, on the right side of the U-phase second partial winding 441BU (the part corresponding to the intermediate conductor part 442 disposed on the other side in the circumferential direction), the neutral point wiring is connected via the connection terminal 482. 602.
- each phase wiring 483U, 483V, 483W, connection wiring 601U, 601V, 601W, and neutral point wiring 602 are each formed in a ring or arc shape, and are made of a thin plate-like conductive member. . Furthermore, partial windings 441 that constitute stator windings 431 of other phases (V phase, W phase) are also connected in the same manner. Therefore, the connection wires 601U, 601V, and 601W that connect the first partial winding 441A and the second partial winding 441B each have a length of about 2 coil pitches, and are made so that they do not overlap with each other in the circumferential direction. It is composed of Therefore, as shown in FIG.
- connection wirings 601U, 601V, and 601W are buried in the wiring module 480 in a state in which they are arranged side by side in the circumferential direction so that their positions in the axial direction are the same. . Thereby, the height dimension of the wiring module 480 in the axial direction is suppressed.
- the first partial winding 441A and the second partial winding 441B have different shapes.
- the partial windings 441A and 441B are arranged side by side in the circumferential direction, the circumferential width of the transition portion 443 of the first partial winding 441A becomes narrower toward the tip, and the transition portion 443 of the second partial winding 441B In the portion 443, the width in the circumferential direction becomes wider toward the distal end side. Therefore, it is highly likely that the first partial winding 441A and the second partial winding 441B have different coil resistances.
- a series connection body 600 in which a first partial winding 441A and a second partial winding 441B, which have different shapes, that is, may have different coil resistances, are connected in series is connected in parallel.
- phase windings 431U, 431V, and 431W of each phase were constructed. This equalizes the overall coil resistance of each series connection body 600 connected in parallel, and as a result, the circulating current between the series connection bodies 600 connected in parallel is suppressed.
- a series connection body 600 is configured by connecting a first partial winding 441A and a second partial winding 441B having different coil resistances in series, and the series connection bodies 600 are connected in parallel.
- phase windings 431U, 431V, and 431W of each phase were constructed.
- the coil resistance between the series-connected bodies 600 connected in parallel can be equalized, and the circulating current between the series-connected bodies 600 can be suppressed.
- the number of turns in the series connected body 600 can be increased compared to the stator winding 431 of the comparative example shown in FIG. 59, so that field weakening control can be effectively implemented. I can do it.
- the phase windings 431U, 431V, and 431W of each phase are not configured, so that eddy current loss can be suppressed.
- the shapes of the first partial winding 441A and the second partial winding 441B were made different.
- the lengths of the conducting wire materials CR as strands constituting the partial windings were varied.
- the partial winding 441 can be shaped in accordance with the arrangement of the partial winding 441, the arrangement space, etc., and it is possible to increase the output while reducing the size.
- the intermediate conductor portions 442 of each partial winding 441 are arranged side by side in the circumferential direction.
- the first partial winding 441A is formed by bending the transition portion 443 at one end in the axial direction inward in the radial direction
- the second portion is formed by bending the transition portion 443 at the other end in the axial direction toward the outside in the radial direction. It constitutes a winding 441B.
- stator winding 431 is assembled, the stator winding 431 is fixed along the axial direction from above (the side of the non-bent portion of the first partial winding 441A) in FIG.
- the stator core 432 can be placed in contact with the radially inner side of the intermediate conductor portion 442 without interfering with the bent portion of the first partial winding 441A.
- stator holder 460 By moving the stator holder 460, the stator holder 460 can be placed in contact with the radially inner side of the stator 430 without interfering with the bent portion of the first partial winding 441A.
- the rotor carrier 411 is installed along the axial direction from above the stator 430 (the side of the non-bent portion of the second partial winding 441B) in FIG.
- the rotor carrier 411 By moving the rotor carrier 411, it becomes possible to arrange the rotor carrier 411 inside the stator 430 in the radial direction without interfering with the bent portion of the second partial winding 441B.
- the gap between the magnet unit 412 and the intermediate conductor portion 442 is minimized by arranging the bent portion of the second partial winding 441B on the outside of the rotor carrier 411, as shown in FIG. becomes possible.
- connection wirings 601U, 601V, and 601W connect the first partial winding 441A and the second partial winding 441B, which is arranged at a position separated by two coil pitches and constitutes the same phase. Therefore, the connection wirings 601U, 601V, and 601W only need to have a length of about two coil pitches, and can be prevented from overlapping each other in the circumferential direction. Therefore, by embedding the connection wirings 601U, 601V, 601W in the wiring module 480 in a state where they are arranged in the circumferential direction at the same position in the axial direction, the connection wirings 601U, 601V, 601W can be It becomes possible to suppress the dimensions and downsize the rotating electric machine 10.
- each partial winding 441 is constructed by winding a conductive wire CR a plurality of times. Therefore, eddy current loss can be suppressed.
- the shape and size of the cross-sectional area, the shape, material, thickness, length, etc. of the conductive wire CR are different between the first partial winding 441A and the second partial winding 441B. It may be different. Further, the number of turns of the conducting wire CR may be changed between the first partial winding 441A and the second partial winding 441B.
- the shapes of the coil modules may be the same as long as the coil resistances are different.
- the configuration of the first partial winding 441A may be arbitrarily changed.
- the first partial winding 441A may be formed by connecting the partial windings 441 in series or in parallel.
- the configuration of the second partial winding 441B may be changed arbitrarily.
- the second partial winding 441B may be formed by connecting the partial windings 441 in series or in parallel.
- each partial winding 441A, 441B of the stator winding 431 may be changed as follows.
- FIG. 60(a) and (b) are front views showing how each partial winding 441A, 441B is assembled to the stator core 432, of which FIG. 60(a) shows each partial winding 441A, 441B separated.
- FIG. 60(b) shows a state in which the partial windings 441A and 441B are assembled.
- the partial windings 441A and 441B have different axial lengths and different end shapes (crossover shapes) on both sides in the axial direction.
- the first partial winding 441A has a substantially C-shape when viewed from the side
- the second partial winding 441B has a substantially I-shape when viewed from the side.
- the dotted portions indicate the conductor portions at the ends of the transition portions of the respective partial windings 441A, 441B.
- the first partial winding 441A and the second partial winding 441B are assembled to the stator core 432 in a different order, with the first partial winding 441A having bent portions at both axial ends attached to the stator core 432 first.
- the second partial winding 441B which does not have bent portions at both ends in the axial direction, is assembled from the outside in the radial direction.
- FIG. 61(a) is a perspective view showing a state in which the first partial winding 441A and the second partial winding 441B are assembled.
- the first partial winding 441A having a bent portion may be assembled from the outside in the radial direction.
- the first partial winding 441A and the second partial winding 441B both have a substantially C-shape in side view, and have a length in the axial direction (axial length). are different. That is, in each of these partial windings 441A, 441B, transition portions 443, 444 on both sides in the axial direction are bent toward the stator core 432 side (opposite side of the magnet unit 412) in the radial direction.
- the axial length of the second partial winding 441B is longer than the axial length of the first partial winding 441A, so that the transition portion 443 of the first partial winding 441A at one end and the other end in the axial direction , 444 are on the axially inner side, and the transition portions 443, 444 of the second partial winding 441B are on the axially outer side. Then, with the first partial winding 441A attached to the stator core 432 first, the second partial winding 441B is assembled from the outside in the radial direction.
- both the first partial winding 441A and the second partial winding 441B form a substantially Z-shape when viewed from the side. That is, in each of these partial windings 441A, 441B, transition portions 443, 444 on both sides in the axial direction are bent to opposite sides in the radial direction.
- the partial windings 441A and 441B have the same shape when viewed from the side, and are assembled to the stator core 432 with their axial assembly positions shifted from each other.
- the second partial winding 441B is assembled from the outside in the radial direction with the first partial winding 441A attached to the stator core 432 first.
- FIG. 65(a) is a perspective view showing a state in which the first partial winding 441A and the second partial winding 441B are assembled.
- the first partial winding 441A and the second partial winding 441B both have a substantially C-shape in side view, and are assembled in opposite directions in the radial direction. It is being That is, in the first partial winding 441A, the transition parts 443, 444 on both sides in the axial direction are bent toward the stator core 432, and in the second partial winding 441B, the transition parts 443, 444 on both sides in the axial direction are fixed. It is bent to the opposite side of the child core 432. Then, with the first partial winding 441A attached to the stator core 432 first, the second partial winding 441B is assembled from the outside in the radial direction. In the configuration of FIG. 66, the transition portions 443, 444 of the first partial winding 441A and the transition portions 443, 444 of the second partial winding 441B overlap each other in the radial direction.
- the partial winding 441 is connected as in the second embodiment. That is, by connecting the first partial winding 441A and the second partial winding 441B in series to form a series connection body 600, and by connecting a plurality of series connection bodies 600 in parallel, the phase winding 431U of each phase, It is preferable to configure 431V and 431W. Thereby, circulating current can be suppressed.
- FIG. 67 shows an enlarged sectional view of the conductive wire CR.
- the cross section of the conductive wire CR has a rectangular shape.
- the cross section of the conductive wire CR is not limited to a square shape, and may be any shape, for example, a polygon other than a square or a circle.
- the conducting wire material CR is constructed by covering a plurality of wires 501 in a bundled state with an insulating coating 502. Thereby, insulation is ensured between the conducting wire materials CR that overlap each other in the circumferential direction or the radial direction, and between the conducting wire material CR and the stator core 62.
- This strand 501 includes a conductor 503 through which current flows, and a fusion layer 504 covering the surface of the conductor 503.
- the conductor 503 is, for example, a conductive metal such as copper.
- the conductor 503 is a square wire with a square cross section, it may have other shapes such as a round wire (for example, a polygonal shape, an ellipse, etc.).
- the fusion layer 504 is, for example, an epoxy adhesive resin. Heat resistance is about 150°C.
- the fusion layer 504 is thinner than the insulating coating 502, and has a thickness of, for example, 10 ⁇ m or less.
- the fusion layer 504 may be made of an insulating member. In other words, the idea is to serve both as the resin of the self-bonding wire and as insulation.
- the epoxy adhesive resin serving as the fusion layer 504 also serves as an insulating layer, and what is normally called an insulating layer is missing. Note that a normal insulating layer may be provided.
- the fusion layer 504 melts at a lower temperature than the insulating coating 502. It is characterized by a high dielectric constant.
- the characteristic of melting at low temperatures has the effect of making it easier to establish electrical continuity at the ends between the strands 501. Also, fusing etc. are easy to do. Further, the reason why the dielectric constant may be high is the precondition that the potential difference between the strands 501 is smaller than that between the conductive wires CR. With this setting, even if the adhesive layer 504 melts, the eddy current loss can be effectively reduced by contact resistance alone.
- the fusion layers 504 are in contact with each other and are fused together.
- the adjacent strands 501 are fixed to each other, and vibrations and sounds caused by the strands 501 rubbing against each other are suppressed.
- the shape is maintained by bundling and gathering a plurality of wires 501 provided with the fusion layer 504 and fusing the fusion layers 504 together.
- the insulating coating 502 is made of resin, for example, a modified PI enamel resin that has a heat resistance of 220° C. to 240° C. Oil resistance is achieved by using modified PI. This prevents ATF from being attacked by hydrolysis and sulfur. In this case, the linear expansion coefficient of the epoxy adhesive resin is larger than that of the modified PI enamel resin.
- This insulating coating 502 is formed into a wide tape shape and is wound around the outer periphery of the bundled plurality of wires 501.
- This insulating coating 502 has higher insulating performance than the fusion layer 504 of the wire 501, and is configured to be able to insulate between phases.
- the thickness of the fused layer 504 of the wire 501 is about 1 ⁇ m
- the thickness of each layer may be approximately 5 ⁇ m.
- the outer insulating coating 502 varies depending on the system voltage and line voltage used in the rotating electric machine.
- the film thickness commonly used in high-speed charging for vehicles is preferably around 200 ⁇ m if used as correlation insulation, and 40 to 100 ⁇ m if used as interphase voltage insulation.
- the linear expansion coefficient (coefficient of linear expansion) of the fusion layer 504 may be different from that of the insulating coating 502. That is, as described above, the potential difference between the conductors 503 is small, and even if the fusion layer 504 is torn when bundling the plurality of wires 501 or covering the insulating coating 502, the contact area between the conductors 503 is small. is very small and the contact resistance is very large. Therefore, even if the conductors 503 are not completely insulated, it is possible to suppress the eddy current from flowing between the conductors 503.
- any material having a linear expansion coefficient different from that of the insulating coating 502 can be selected as the fusion layer 504, which facilitates the design.
- the linear expansion coefficient of the fusion layer 504 may be larger than that of the insulating coating 502.
- the linear expansion coefficient of the fusion layer 504 may be smaller than that of the insulating coating 502.
- the fusion layer 504 becomes difficult to tear, the number of contact points between the conductors 503 does not increase, and an increase in eddy current loss can be suppressed.
- the coefficient of linear expansion of the fusion layer 504 may be the same as the coefficient of linear expansion of the insulating coating 502. This can prevent the fusion layer 504 and the insulating coating 502 from cracking at the same time.
- the coefficient of linear expansion of the fusion layer 504 may be different from the coefficient of linear expansion of the conductor 503. Note that when the linear expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the fusion layer 504 is between the linear expansion coefficient of the conductor 503 and the linear expansion coefficient of the insulating coating 502, the fusion layer 504 acts as a cushion, and the insulating coating 502 It can prevent cracking.
- insulating coating 502 may be used as the insulating coating 502 in the third embodiment.
- fluorine, polycarbonate, silicon, epoxy, polyethylene naphthalate, or LCP may be used as the fusing layer 504.
- the conductor 503 of the wire 501 may be configured as a composite body made by bundling thin fibrous conductive members.
- the conductor may be a composite of CNT (carbon nanotube) fibers.
- CNT fibers fibers containing boron-containing fine fibers in which at least a portion of carbon is replaced with boron may be used.
- carbon-based fine fibers vapor grown carbon fibers (VGCF) and the like can be used in addition to CNT fibers, but it is preferable to use CNT fibers.
- the conductive wire material CR may be configured by twisting a plurality of wires 501 together.
- the generation of eddy currents in each strand 501 can be further suppressed.
- each strand 501 is twisted, there are portions in one strand 501 where the directions of magnetic field application are opposite to each other, so that the back electromotive force is canceled out. Therefore, it is possible to reduce eddy currents.
- by forming the wire 501 from a fibrous conductive member it becomes possible to make the wire thinner and to significantly increase the number of twists, thereby making it possible to more appropriately reduce eddy currents.
- the stator 60, 430 has a slotless structure that does not have teeth for forming slots, but the stator 660 of the fourth embodiment has a structure as shown below. It is changing.
- FIG. 68 is a schematic cross-sectional view of the magnet unit 622 and the stator 660.
- teeth 610 as inter-conductor members are provided between intermediate conductor portions 652 as respective conductor portions in the circumferential direction.
- the width dimension is Wt
- the saturation magnetic flux density of the teeth 610 is B100
- the circumferential width dimension of the magnet 632 at one magnetic pole is Wm
- the residual magnetic flux density of the magnet 632 is Br, Wt ⁇ B100 ⁇ Wm ⁇ Br.
- the left-right direction corresponds to the circumferential direction
- the up-down direction corresponds to the radial direction.
- an inner rotor is assumed, it may be changed to an outer rotor.
- the saturation magnetic flux density was set to B100, but here is some additional information. In the embodiment described above, it is assumed that a magnet 632 that generates a strong magnetic field is employed. For this reason, it is desirable that the saturation magnetic flux density be calculated using "B100" (magnetic flux density at a magnetizing force of 10,000 A/m) rather than "B50” (magnetic flux density at a magnetizing force of 5,000 A/m) used in ordinary rotating electric machines. .
- the teeth 610 when the teeth 610 are provided in the stator 660, it is desirable that the teeth 610 be made of a magnetic material satisfying the relationship Wt ⁇ B100 ⁇ Wm ⁇ Br. By designing in this way, it is possible to obtain more accurate effects than the "B50" used in the design of ordinary rotating electric machines.
- the method for measuring "B100” is preferably the Epstein test.
- the Epstein test is a magnetic measurement test specified in JIS C 2550. To explain the outline, a rectangular sample (such as an iron core used in a rotating electric machine) is placed in a parallel grid shape inside a coil frame to create an Epstein ring. A magnetic field of 10,000 A/m is applied by a coil attached to the coil frame, the B value (unit: Tesla) is measured, and this is used as the value of "B100".
- B100 is measured by a micro single plate magnetic property test (SST test).
- the micro single plate magnetic property test is specified in JIS C 2556. To explain the outline, a plate-shaped sample is sandwiched between yoke, excited by the H-coil method or excitation current method, and a magnetic field of 10,000 A/m is applied to measure the B value (unit: Tesla), which is called “B100". ” value.
- the teeth 610 will be saturated with magnetic flux in principle.
- the magnetic flux is saturated in the tooth 610 and magnetic flux leakage occurs, the magnetic flux is induced to the adjacent tooth 610 closest in the circumferential direction, as shown by the dashed line in FIG.
- the intermediate conducting wire portion 652 has a flat cross section in which the length in the circumferential direction is longer than the length in the radial direction between the teeth 610.
- a plurality of layers may be laminated in the radial direction.
- the intermediate conducting wire portion 652 is configured by bundling the conducting wire materials CR. This makes it possible to suppress eddy currents.
- either distributed winding or concentrated winding may be employed in the stator winding 661 of the stator 660.
- the concentrated winding referred to here means that the width of one pair of magnetic poles is different from the width of one pair of poles of stator winding 661.
- the total circumferential width dimension of the teeth 610 within one magnetic pole of the magnet unit 622 may be set as Wt.
- Wt the total circumferential width dimension of the teeth 610 within one magnetic pole of the magnet unit 622
- three teeth 610 (all or part thereof) exist within the circumferential width dimension Wm of the magnet 632 at one magnetic pole.
- their total value Wt1+Wt2+Wt3 may be set as Wt.
- One magnetic pole is within a range of 180 electrical degrees around the d-axis, which is the center of the magnetic pole.
- Wt is determined based on the width dimension of the tooth body portion 610b other than the flange portion 610a that protrudes to both sides in the circumferential direction at the tip of the tooth 610. That is, since (all or part of) three teeth 610 exist within the circumferential width Wm of the magnet 632 at one magnetic pole, the width of the narrowest part thereof (Wt10+Wt20+Wt30) is set as Wt.
- the average width Wta in the circumferential direction of the tooth body portion 610b other than the flange portion 610a that is disposed on the magnet unit 622 side and protrudes to both sides in the circumferential direction is calculated, and Wt is determined based on the calculated average width Wta. good.
- the average magnetic resistance may be considered.
- the magnet unit 622 is configured by a plurality of first magnets 632a and a plurality of second magnets 632b arranged alternately in the circumferential direction.
- the magnet magnetic path of the first magnet 632a is provided so as to be closer to parallel to the radial direction than the magnet magnetic path of the second magnet 632b.
- the magnet magnetic path of the first magnet 632a is provided linearly along the radial direction
- the magnet magnetic path of the second magnet 632b is provided linearly along the circumferential direction.
- the first magnet 632a is provided on the d-axis side
- the second magnet 632b is provided on the q-axis side.
- the circumferential width dimension Wm of the magnet unit 622 in one magnetic pole is the circumferential width dimension of the first magnet 632a present in one magnetic pole and the circumferential width dimension of the second magnet 632b present in one magnetic pole. It is determined by the sum of the circumferential width dimensions (Wm1+Wm2+Wm3).
- "within one magnetic pole” is a space between adjacent q-axes in the circumferential direction. In other words, one magnetic pole is within a range of 180 electrical degrees around the d-axis, which is the center of the magnetic pole.
- IPM may be employed.
- an IPM rotor may be employed in which a magnet holder 631 (rotor core) is formed with a magnet housing hole 631a, and a magnet 632 is inserted into the magnet housing hole 631a.
- the circumferential width dimension Wm0 from end to end of the magnet 632 in one magnetic pole is The value obtained by subtracting the circumferential width Wmg between the magnets (Wm0-Wmg) may be set as Wm.
- Halbach array magnets 632a and 632b may be employed.
- a Halbach array IPM type rotor is used in which a magnet accommodating hole 631a is formed in a magnet holder 631 (rotor core) and magnets 632a and 632b are inserted into the magnet accommodating hole 631a. It's okay.
- the circumferential width dimension of the magnet unit 622 in one magnetic pole in this case will be explained.
- the magnet holder 631 is made of a magnetic material and does not easily leak magnetic flux, so as described above, the width dimension in the circumferential direction of the first magnet 632a existing within one magnetic pole and the width of the second magnet 632b existing within one magnetic pole are the same as described above. It is determined by the sum of the circumferential width dimensions (Wm1+Wm2+Wm3). As shown in FIG. 73, the thickness of the first magnet 632a in the radial direction is thinner than that of the second magnet 632b, and the first magnet 632a is on the opposite stator side (lower side in FIG. 73) in the radial direction with respect to the second magnet 632b. ).
- the magnet 32 that constitutes the magnet unit 22 may be changed.
- the magnet 732 in the fifth embodiment will be described below.
- the magnet unit 22 of the fifth embodiment includes a plurality of magnets 732 fixed to the inner peripheral surface of the magnet holder 31, similarly to the first embodiment.
- the magnets 732 are arranged in parallel along the circumferential direction of the rotor 20 so that their polarities alternate.
- the magnet unit 22 has a plurality of magnetic poles in the circumferential direction.
- the magnet 732 is a polar anisotropic permanent magnet made of hot-worked Nd-Fe- having an intrinsic coercive force of 400 [kA/m] or more and a residual magnetic flux density Br of 1.0 [T] or more. It is a B magnet.
- stator side circumferential surface 734 (armature side circumferential surface) facing the stator 60, and is a magnetic flux acting surface where magnetic flux is exchanged.
- stator side circumferential surface 734 is configured in a planar shape, it may be configured in a curved shape along the circumferential direction.
- a recess 734a that is recessed in the radial direction in a predetermined range including the q-axis is formed in the stator side circumferential surface 734.
- the radially outer circumferential surface of the magnet 732 (on the magnet holder 31 side) is the anti-stator side circumferential surface 735 on the opposite side of the stator 60 in the radial direction.
- the anti-stator side circumferential surface 735 is formed into a curved surface in the circumferential direction along the inner circumferential surface of the magnet holder 31, it may be formed into a planar shape. In this case, the gap between the magnet holder 31 and the inner peripheral surface may be filled with a resin adhesive or the like.
- a recess 735a is formed on a circumferential surface 735 on the anti-stator side and is recessed in the radial direction in a predetermined range including the d-axis.
- the magnets 732 are configured such that two circumferentially adjacent magnets constitute one magnetic pole.
- the plurality of magnets 732 arranged in the circumferential direction in the magnet unit 22 have side surfaces along the radial direction along the d-axis and the q-axis, respectively, and when the magnets 732 are in contact with or close to each other, It is located.
- the side surface of the magnet 732 on the q-axis side is referred to as a q-axis side surface 736
- the side surface on the d-axis side is referred to as a d-axis side surface 737.
- the magnet 732 is provided with an axis of easy magnetization that extends along the radial direction and then bends so as to extend along the circumferential direction toward the q-axis side.
- the d-axis side portion (for example, the surface portion) of the magnet 732 extends along the d-axis side side surface 737, and the anti-stator side circumferential surface 735 side portion extends along the anti-stator side circumferential surface 735.
- An axis of easy magnetization is provided that is bent and extends toward the q-axis side. Note that a magnet magnetic path is formed along the magnet magnetic path, and the direction of magnetization differs depending on whether it is an N pole or an S pole.
- the radius of curvature at the bent portion of the easy magnetization axis EAM1 in the d-axis side portion is set such that the center point P100 is on the q-axis. is smaller (that is, has a larger curvature) than the radius of curvature of the arc ARC (indicated by a two-dot chain line) passing through the intersection P101 between the d-axis and the stator side circumferential surface 734. That is, the easy axis of magnetization EAM1 is bent at a steep angle along the d-axis side surface 737 and the anti-stator side circumferential surface 735.
- the radius of curvature of the bent portion of the easy magnetization axis (for example, EAM1) arranged on the d-axis side is different from that of the easy magnetization axis (for example, EAM2) arranged on the q-axis side. ) is small compared to the radius of curvature of the bent part. That is, the axis of easy magnetization bends at a steeper angle as it approaches the d-axis side surface 737 (or the d-axis side), and bends at a gentler angle as it approaches the q-axis side surface 736 (or the q-axis side).
- the radius of curvature of the bent portion of the axis of easy magnetization (for example, EAM2) arranged on the q-axis side may be larger (that is, the curvature may be smaller) than the radius of curvature of the circular arc ARC.
- the magnet unit 22 has a magnetic pole center on the stator side circumferential surface 734 (magnetic flux acting surface) of the magnet 732. This causes magnetic flux to be generated intensively in a region near the d-axis.
- the magnet magnetic path becomes shorter near the q-axis on the stator side circumferential surface 734 (inner circumferential surface) of the magnet 732. Therefore, even if the recessed portion 734a is provided, only a portion where the magnet magnetic path length is short is eliminated, so that the influence on the magnetic flux density in the d-axis is small.
- the magnets 732 have a magnet magnetic path as described above, and the N and S poles of the circumferentially adjacent magnets 732 face each other on the q-axis. Therefore, permeance near the q-axis can be improved. Furthermore, since the magnets 732 on both sides of the q-axis attract each other, these magnets 732 can maintain contact with each other. Therefore, it also contributes to improving permeance.
- each magnet 732 causes magnetic flux to flow between adjacent N and S poles along the axis of easy magnetization, so the magnet magnetic path is longer than, for example, a radial anisotropic magnet. Therefore, as shown in FIG. 8, the magnetic flux density distribution becomes close to a sine wave. Thereby, it is possible to suitably realize the magnet unit 22 in which the surface magnetic flux changes gradually from the q-axis to the d-axis in each magnetic pole. This makes it possible to suppress the generation of eddy currents.
- the length of the magnet magnetic path is longer than the radial thickness dimension of the magnet 732. This increases the permeance of the magnet 732, making it possible to exhibit the same ability as a magnet with a large amount of magnets, even though the amount of magnets is the same.
- the magnet unit 22 may have a configuration in which the same number of magnets 732 as magnetic poles are used.
- the magnet 732 has a configuration in which the center in the circumferential direction is the q-axis and has a cut surface on the d-axis.
- step S101 a molding process in which the alloy powder is compression molded while aligning the axis of easy magnetization of the alloy powder in a predetermined direction using a magnetic field molding machine.
- a rectangular parallelepiped-shaped molded body 800 having a linear axis of easy magnetization as shown by the arrow in FIG. 76 is produced.
- step S102 by pushing the molded body 800 obtained in the molding process into a mold 801, plastic processing is performed so that the shape of the molded body 800 becomes the shape of the magnet 732 while bending the axis of easy magnetization.
- the process (step S102) is carried out.
- the mold 801 and the plastic working in step S102 will be explained in detail.
- FIG. 77 is a cross-sectional view of the mold 801.
- the vertical direction is defined as the mold 801 and the X direction
- the horizontal direction is defined as the Y direction
- the depth direction is defined as the Z direction.
- the mold 801 has a cavity 802 into which the molded body 800 is pushed.
- the cavity 802 is formed to extend in the X direction, and has a rectangular cross section.
- An opening 803 is provided at one end of the cavity 802 in the X direction, and a bottom surface 804 is provided at the other end.
- the molded body 800 is pushed through the opening 803, and the shape of the opening 803 corresponds to the shape of the stator side peripheral surface 734 of the magnet 732 (dimensions in the Y direction and Z direction, etc.). . Further, the bottom surface 804 is formed to correspond to the circumferential surface 735 of the magnet 732 on the anti-stator side. That is, the bottom surface 804 is formed in a curved shape along the circumferential direction, similar to the anti-stator side circumferential surface 735.
- the cavity 802 is surrounded by four first to fourth side walls. These first to fourth side walls are erected with respect to the bottom surface 804 of the cavity 802.
- the first side wall 805 is formed into a planar shape corresponding to the d-axis side side surface 737 of the magnet 732. That is, the dimension of the first side wall 805 in the X direction corresponds to the length of the d-axis side surface 737 in the radial direction, and the dimension of the first side wall 805 in the Z direction corresponds to the length of the d-axis side surface 737 in the axial direction. It is formed according to the size.
- a curved surface portion 805a is formed between the first side wall 805 and the bottom surface 804, and is provided in a curved shape corresponding to the recessed portion 735a of the anti-stator side peripheral surface 735 of the magnet 732.
- the second side wall 806 faces the first side wall 805 in the Y direction and is formed to correspond to the recess 734a of the magnet 732. That is, the dimension of the second side wall 806 in the X direction corresponds to the length dimension of the recess 734a in the radial direction, and the dimension of the second side wall 806 in the Z direction corresponds to the length dimension of the recess 734a in the axial direction. It is formed. Furthermore, since the recessed portion 734a has a curved shape, the second side wall 806 also has a curved shape. The radius of curvature of the second side wall 806 is larger than the radius of curvature of the curved surface portion 805a (that is, the second side wall 806 has a smaller curvature).
- a third side wall (not shown) is formed in a planar shape corresponding to one end surface in the axial direction of the magnet 732, and a fourth side wall (not shown) faces the third side wall in the Z direction, and is formed in a planar shape corresponding to one end surface in the axial direction of the magnet 732. It is formed into a planar shape corresponding to the other end surface of.
- a horizontal hole 807 extending in the Y direction along the bottom surface 804 of the cavity 802 is formed in the second side wall 806 . That is, the horizontal hole 807 is formed in the second side wall 806, opens toward the first side wall 805, and is recessed in the Y direction.
- a bottom surface 807a of the horizontal hole 807 is formed into a planar shape corresponding to the q-axis side surface 736 of the magnet 732.
- the dimension in the X direction of the bottom surface 807a of the horizontal hole 807 corresponds to the length dimension in the radial direction of the q-axis side surface 736
- the dimension in the Z direction of the bottom surface 807a of the horizontal hole 807 corresponds to the length dimension in the radial direction of the q-axis side surface 736. It is formed to correspond to the length dimension of.
- the dimension in the Y direction from the first side wall 805 to the bottom surface 807a of the horizontal hole 807 is formed to correspond to the circumferential dimension of the magnet 732.
- step S102 In the plastic working process of step S102, first, as shown in FIG. is pushed through the opening 803 of the cavity 802.
- the molded body 800 When pushing the molded body 800 into the cavity 802, it may be pushed straight along the X direction, but it may also be pushed diagonally as shown in FIG. 77. In other words, it may be pushed in obliquely to the X direction from the first side wall 805 side toward the second side wall 806 side.
- the molded body 800 may be pushed in so that the tip of the molded body 800 is pushed into the lateral hole 807 while being tilted to the side opposite to the second side wall 806 in the Y direction.
- the pushing direction at this time may be inclined at a predetermined angle A1 (approximately 1 to 15 degrees) with respect to the X direction.
- the molded body 800 is bent so as to escape into the side hole 807 along the bottom surface 804 by further pushing the molded body 800 after it hits the bottom surface 804 of the cavity 802.
- a curved surface portion 805a is formed between the first side wall 805 and the bottom surface 804, the tip of the molded body 800 can be easily guided to the side hole 807.
- the molded body 800 is pushed in until it hits the bottom surface 807a of the horizontal hole 807.
- the pushing direction may be further inclined in the Y direction so that the molded body 800 is further pushed into the horizontal hole 807.
- the shape of the molded body 800 is pressed into the shape of the cavity 802, that is, the shape of the magnet 732. Accordingly, the axis of easy magnetization is bent into a substantially L-shape along the first side wall 805 and the bottom surface 804.
- the radius of curvature of the second side wall 806 is larger than the radius of curvature of the curved surface portion 805a. Therefore, after being pushed into the mold 801, the axis of easy magnetization bends at a steeper angle as it approaches the d-axis side surface 737 (or the d-axis side), as shown in FIG. The closer it gets to the side surface 736 (or the q-axis side), the more it tends to bend at a gentler angle.
- step S102 the plastic working process in step S102 is hot pressing. That is, the molded body 800 is pushed into the mold 801 while being heated.
- a magnetization step (step S103) of magnetizing and generating the magnet 732 is performed. This completes the magnet 732. Note that the magnetization step may be performed after fixing to the magnet holder 31.
- the portion on the d-axis side extends along the d-axis side side surface 737, and then bends along the anti-stator side circumferential surface 735 at the anti-stator side circumferential surface 735 and extends on the q-axis side.
- a substantially L-shaped axis of easy magnetization extending toward the magnet is provided.
- the radius of curvature of the bent portion of the easy axis of magnetization EAM1 is smaller than the radius of curvature of the circular arc ARC. Therefore, the magnet magnetic path can be made longer than when the axis of easy magnetization is provided in an arc shape. In other words, even with the same amount of magnets, the magnetic flux density can be improved. Alternatively, even with the same magnetic flux density, it is possible to reduce the amount of magnets.
- the radius of curvature of the bent portion of the easy magnetization axis (for example, EMA1) arranged on the d-axis side is different from that of the easy magnetization axis (for example, EMA2) arranged on the q-axis side. ) is small compared to the radius of curvature of the bent part.
- the axis of easy magnetization bends at a steeper angle as it approaches the d-axis side surface 737 (or the d-axis side), and bends at a gentler angle as it approaches the q-axis side surface 736 (or the q-axis side).
- the magnet unit 22 has a magnetic pole center on the stator side circumferential surface 734 (magnetic flux acting surface) of the magnet 732. This causes magnetic flux to be generated intensively in a region near the d-axis.
- the radius of curvature of the axis of easy magnetization gradually changes. Thereby, the magnetic flux density can be changed smoothly so that it becomes larger toward the d-axis side.
- the magnet 732 can be manufactured efficiently. Further, since a horizontal hole 807 is formed in the cavity 802, by pushing the molded body 800 into the mold 801, the magnet 732 is processed into a substantially L-shape, and the axis of easy magnetization is formed into a substantially L-shape. Can be bent.
- the distance from the first side wall 705 to the second side wall 706 is formed to gradually widen in the X direction from the opening 803 to the bottom surface 804. Therefore, by pushing the molded body 800 into the mold 801, the tip of the molded body 800 can be easily guided to the horizontal hole 807 provided in the second side wall 806. In other words, the axis of easy magnetization can be easily bent into an L-shape.
- the second side wall 806 is formed in a curved shape, and a curved surface portion 805a is provided between the first side wall 805 and the bottom surface 804 in order to guide the pressed molded body 800 into the horizontal hole 807. ing. Therefore, by pushing the molded body 800 into the mold 801, the tip of the molded body 800 can be easily guided to the horizontal hole 807 provided in the second side wall 806.
- the radius of curvature of the curved surface portion 805a is smaller than the radius of curvature of the second side wall 806. Therefore, the axis of easy magnetization is bent at a steeper angle as it approaches the d-axis side surface 737 (or the d-axis side), and bent at a gentler angle as it approaches the q-axis side surface 736 (or the q-axis side). It's easier to do.
- the second side wall 806 was formed in a curved shape, the shape may be changed arbitrarily.
- the distance from the first side wall 805 to the second side wall 806 may be formed by an inclined surface that gradually widens in the X direction.
- it may be formed in a step-like shape.
- the curved surface portion 805a is provided between the first side wall 805 and the bottom surface 804, its shape may be changed arbitrarily. For example, it may be configured by an inclined surface. Further, the curved surface portion 805a may not be provided. In this case, for example, the first side wall 805 may be erected substantially perpendicularly to the bottom surface 804. Further, the first side wall 805 may be configured to be inclined at a predetermined angle with respect to the bottom surface 804.
- a plurality of molds 801 may be arranged in an annular shape so that each molded body 800 is simultaneously pushed in from the outside in the radial direction. This allows processing to be performed all at once.
- the magnet per magnetic pole may be divided and processed in any way.
- the magnet 732 may be further divided into two parts and each part may be processed.
- the rotating electrical machine 900 includes a rotor 910 that is integrally rotatably fixed to a rotating shaft 901, a first stator 920 that is provided inside the rotor 910 in the radial direction, and a first stator 920 that is connected to the rotor 910.
- stator 930 provided on the outside in the radial direction
- stator holder 940 as a stator holding member that holds each of these stators 920 and 930.
- Each of these members is provided in a cylindrical shape coaxial with the rotating shaft 901.
- the rotating shaft 901 is rotatably supported by a pair of bearings 902 and 903 provided inside the stator holder 940 in the radial direction.
- the rotor 910 has a rotor carrier 911 formed into a hollow cylindrical shape and an annular magnet unit 912 fixed to the rotor carrier 911.
- the rotor carrier 911 is fixed to the rotating shaft 901 and functions as a magnet holding member.
- the magnet unit 912 includes a plurality of magnets 913 arranged so that the polarity alternates along the circumferential direction of the rotor 910. Thereby, the magnet unit 912 has a plurality of magnetic poles in the circumferential direction.
- the magnet unit 912 corresponds to a "magnet section".
- the magnet unit 912 has a cylindrical rotor core 914, and a plurality of magnet housing holes 915 are formed in the rotor core 914 at predetermined intervals in the circumferential direction. .
- a magnet 913 is housed in each of the magnet housing holes 915 .
- the magnet 913 is a radially anisotropic permanent magnet whose magnetization direction is in the radial direction. Note that the magnet 913 may be a parallel anisotropic permanent magnet with parallel magnetization directions.
- a magnet having an arcuate or bent axis of easy magnetization (and a magnet magnetic path) may be employed.
- the rotor 910 has an embedded magnet type rotor structure, it may have a surface magnet type rotor structure instead.
- a surface magnet type rotor structure for example, a pair of magnets 913 may be arranged for each magnetic pole at predetermined intervals in the circumferential direction inside and outside the rotor core 914 in the radial direction.
- a first stator 920 is disposed on the radially inner side of the rotor 910 to face each other with a predetermined air gap therebetween, and a second stator 920 is disposed on the radially outer side of the rotor 910 with a predetermined air gap therebetween.
- Stators 930 are arranged to face each other.
- the first stator 920 is an inner stator
- the second stator 930 is an outer stator.
- the first stator 920 has a stator winding 921 and a stator core 922
- the second stator 930 has a stator winding 931 and a stator core 932.
- the stator winding 921 is also referred to as a "first stator winding 921" and the stator winding 931 is also referred to as a "second stator winding 931.”
- the stator cores 922 and 932 are configured as a core sheet laminate in which a plurality of core sheets made of electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction. Further, the stator cores 922 and 932 have a cylindrical shape with no unevenness on the outer peripheral surface, and function as a back yoke. That is, each stator 920, 930 has a toothless structure. Note that teeth may be provided.
- each stator 920, 930 has a plurality of coil modules provided for each partial winding, and these plurality of coil modules are assembled to each stator core 922, 932.
- the structure is as follows.
- the coil module has a pair of intermediate conductor portions that are provided at a predetermined distance apart, and a transition portion that connects the intermediate conductor portions at one end and the other end in the axial direction. The portion is bent in the radial direction.
- each coil module may have a shape in which both ends in the axial direction are bent in opposite directions to form a substantially Z-shape when viewed from the side. Moreover, each coil module does not need to be bent at both ends in the axial direction.
- the stator holder 940 includes a holder body 941 having a cylindrical shape with a bottom, and a cover 942 fixed to one end of the holder body 941 in the axial direction.
- the holder main body 941 and the cover 942 each have boss portions 943 and 944 at the center in the radial direction.
- a rotary shaft 901 is rotatably supported by bearings 902, 903 in boss portions 943, 944.
- an internal space surrounding the rotating shaft 901 is formed within the holder main body 941, and the magnet unit 912 of the rotor 910 and the stators 920, 930 are accommodated in the internal space.
- the holder main body 941 has a disc-shaped end plate 951, an inner cylinder part 952 extending in the axial direction from the end plate part 951, and an outer cylinder part 953 also extending in the axial direction from the end plate part 951. There is.
- the inner cylindrical portion 952 and the outer cylindrical portion 953 are provided concentrically at inner and outer positions in the radial direction, and the magnet unit 912 of the rotor 910 and Stators 920 and 930 are arranged (see FIG. 80).
- first stator 920 is fixed to the radially outer side of the inner cylinder part 952, and the second stator 930 is fixed to the radially inner side of the outer cylinder part 953, and the first stator 920 and A magnet unit 912 of the rotor 910 is arranged between the second stator 930 and the rotor 910 .
- each of the stators 920 and 930 is held by the inner cylinder part 952 and the outer cylinder part 953 on the opposite side (anti-magnet unit side) of the magnet unit 912 in the radial direction.
- Each stator 920, 930 is assembled into a stator holder 940 by fixing a stator core 922, 932 to each cylindrical portion 952, 953 by press fitting, thermal caulking, adhesive, or the like.
- the cover 942 is fixed to the holder body 941 with a fastener such as a bolt.
- the configuration of the stator holder 940 is not limited to that described above, and can be modified as appropriate.
- the inner cylinder part 952 may be integrally provided with the end plate part 951 of the holder main body 941
- the outer cylinder part 953 may be integrally provided with the cover 942.
- an inner cylindrical portion 952 and an outer cylindrical portion 953 are provided inside and outside in the radial direction, and stators 920 and 930 are respectively provided for these cylindrical portions 952 and 953. Fixed.
- each stator 920 in a configuration in which the member for fixing the first stator 920 (holder main body 941) and the member for fixing the second stator 930 (cover 942) are separable, each stator 920, After each stator 930 is fixed to a corresponding member, the members of each stator 920, 930 can be assembled to each other. This is thought to make the work of fixing the stators 920, 930 easier than in a configuration in which each of the stators 920, 930 is fixed to the same member (for example, the holder main body 941).
- an annular space is formed inside the inner cylinder part 952 of the stator holder 940 in the radial direction.
- an electrical component 946 constituting an inverter as a power converter may be disposed.
- the electrical component 946 is, for example, an electrical module in which a semiconductor switching element or a capacitor is packaged.
- first stator winding 921 and the second stator winding 931 have a common inverter, and that the inverter is mounted inside the inner cylinder portion 952 in the radial direction.
- first stator winding 921 and the second stator winding 931 each have an inverter individually, only the inverter on the first stator winding 921 side is connected to the inner cylindrical portion 952. It may be mounted radially inside.
- the inverter on the second stator winding 931 side is mounted outside the outer cylinder portion 953 or the cover 942.
- both inverters may be mounted inside the inner cylinder portion 952 in the radial direction.
- the stator holder 940 has a cooling structure for cooling the stators 920 and 930, and in particular has a structure for cooling each stator 920 and 930 individually.
- annular refrigerant passages 954 and 955 through which a refrigerant such as cooling water flows are formed in the inner cylindrical portion 952 and the outer cylindrical portion 953 of the stator holder 940, respectively.
- the refrigerant passage 954 provided in the inner cylindrical part 952 is also referred to as a "first refrigerant passage 954"
- the refrigerant passage 955 provided in the outer cylindrical part 953 is also referred to as a "second refrigerant passage 955".
- the first stator 920 is cooled by the refrigerant flowing through the first refrigerant passage 954, and the second stator 930 is cooled by the refrigerant flowing through the second refrigerant passage 955. Furthermore, the refrigerant passages 954 and 955 are communicated via a relay pipe 961, and the refrigerant can flow from the first refrigerant passage 954 to the second refrigerant passage 955, or in the opposite direction. There is.
- a rotating electric machine may be employed in which magnet portions are respectively arranged on the radially inner side and the radially outer side of the stator. This rotating electric machine will be explained in detail.
- the rotating electrical machine 1000 includes a rotor 1010 that is rotatably fixed to a rotating shaft 1001 and a stator 1030 that is provided inside the rotor 1010 in the radial direction. Each of these members is provided in a cylindrical shape coaxial with the rotating shaft 1001.
- the rotor 1010 corresponds to a "field element” and the stator 1030 corresponds to an "armature.”
- the rotor 1010 includes a rotor carrier 1011 formed in a hollow cylindrical shape, a first annular magnet unit 1021 , and a second annular magnet unit 1022 arranged radially inside the first magnet unit 1021 . have.
- the rotor carrier 1011 is fixed to the rotating shaft 1001 and has a function as a magnet holding member.
- the rotor carrier 1011 is formed into a hollow cylindrical shape and includes an inner cylindrical portion 1013 inside an outer cylindrical portion 1012 .
- the first magnet unit 1021 has a plurality of magnets arranged so that the polarity alternates along the circumferential direction of the rotor 1010, and is fixed to the inner circumferential surface of the outer cylindrical portion 1012.
- the second magnet unit 1022 has a plurality of magnets arranged so that the polarity changes alternately along the circumferential direction of the rotor 1010, and is fixed to the outer circumferential surface of the inner cylindrical portion 1013.
- the first magnet unit 1021 and the second magnet unit 1022 may be of the embedded magnet type or the surface magnet type, as described above. Moreover, each magnet may be a radial anisotropic permanent magnet or a parallel anisotropic permanent magnet. Further, as described in each of the above embodiments, a magnet having an arcuate or bent axis of easy magnetization (and a magnet magnetic path) may be employed. Further, it is preferable to use a high Br sintered neodymium magnet having an intrinsic coercive force of 400 [kA/m] or more and a residual magnetic flux density Br of 1.0 [T] or more.
- a stator 1030 is arranged between the first magnet unit 1021 and the second magnet unit 1022 in the radial direction. That is, a stator 1030 is disposed on the radially inner side of the first magnet unit 1021 with a predetermined air gap in between, and a stator 1030 is disposed on the radially inner side of the stator 1030 with a predetermined air gap in between.
- a second magnet unit 1022 is arranged to face each other.
- the stator 1030 has a stator winding 1031 and a stator core 1032. As shown in FIG. 83, the stator cores 1032 are erected to extend in the axial direction at predetermined intervals in the circumferential direction. The sections are arranged in such a way that the In addition, it is good also as a toothless structure (coreless structure).
- each stator 1030 has a plurality of coil modules provided for each partial winding, and these plurality of coil modules are assembled to each stator core 1032. There is.
- the stator 1030 is erected with respect to the stator holder 1040.
- the stator holder 1040 has a disk shape, and a rotary shaft 1001 is rotatably supported by bearings 1002 and 1003 at the center in the radial direction.
- FIG. 84 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an axial gap type rotating electric machine 1100.
- the rotating electric machine 1100 includes a rotor 1110 that is rotatably fixed to a rotating shaft 1101 and a stator 1120 that is provided to face the rotor 1110 in the axial direction.
- the rotor 1110 and the stator 1120 are provided in a housing that is provided integrally with the stator 1120.
- the rotor 1110 corresponds to a "field element" and the stator 1120 corresponds to an "armature.”
- the rotor 1110 has a disk-shaped rotor core 1111 and a magnet unit 1112 as a magnet portion fixed to one side of the rotor core 1111.
- the rotor core 1111 is made of a magnetic material, and is configured, for example, by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction.
- Rotor core 1111 is fixed to rotating shaft 1101.
- the stator 1120 includes a stator core 1121 and a multiphase stator winding 1122 that is integrally provided with the stator core 1121.
- a bearing 1102 is fixed to the stator 1120, and the rotating shaft 1101 is rotatably supported by the bearing 1102.
- the magnet unit 1112 includes a plurality of magnets 1113 (permanent magnets) arranged so as to surround the rotating shaft 1101.
- the magnets 1113 are arranged in a ring shape on one side of the rotor core 1111, and the magnets 1113 form a plurality of magnetic poles whose polarities alternate in the circumferential direction.
- eight magnetic poles are formed by eight magnets 1113.
- the magnet 1113 is configured using a sintered neodymium magnet having an intrinsic coercive force of 400 [kA/m] or more and a residual magnetic flux density Br of 1.0 [T] or more.
- each magnet 1113 has a magnetic flux acting surface 1113a on the stator 1120 side (upper side in the figure) of both surfaces in the axial direction, and the magnetic flux acting surface 1113a is located at the center of the magnetic pole.
- the magnetic flux is generated intensively in the region near the d-axis.
- each magnet 1113 is a polar anisotropic magnet, and the direction of the axis of easy magnetization is parallel to the d-axis on the d-axis side, which is the magnetic pole center, compared to the q-axis side, which is the magnetic pole boundary.
- the structure is oriented so that In other words, the direction of the axis of easy magnetization is different between the d-axis side (the part closer to the d-axis) and the q-axis side (the part closer to the q-axis), and on the d-axis side, the direction of the easy axis of magnetization is parallel to the d-axis. On the q-axis side, the direction of the axis of easy magnetization is close to the direction perpendicular to the q-axis. An arc-shaped magnet magnetic path is formed by orientation according to the direction of this axis of easy magnetization.
- the axis of easy magnetization may be oriented parallel to the d-axis on the d-axis side, and the axis of easy magnetization may be oriented perpendicular to the q-axis on the q-axis side. Further, as shown in the fifth embodiment, the axis of easy magnetization may be bent into a substantially L-shape.
- FIG. 86 is a diagram showing the orientation of the magnet magnetic path on a plane perpendicular to the axial direction in each magnet 1113.
- the directions of the easy magnetization axes are parallel on the radially inner side and the radially outer side, and the north pole magnet is oriented toward the d axis, and the south pole magnet is oriented away from the d axis.
- a magnetic path is formed.
- FIGS. 87(a), (b) and FIG. 88 are views showing the configuration of the stator 1120
- FIG. 87(b) is a sectional view of the stator 1120 taken along line 87B-87B in FIG. 87(a).
- FIG. 88 is a perspective view showing the configuration of stator core 1121.
- the stator core 1121 has a disk-shaped base portion 1123 and a plurality of columnar teeth 1124 extending in the axial direction from the base portion 1123. are doing.
- the teeth 1124 have a substantially trapezoidal shape in which a cross section perpendicular to the axial direction becomes wider toward the outside in the radial direction, and the teeth 1124 are shaped so that the widthwise center of the teeth 1124 is directed toward the center of the circle of the stator core 1121 in the longitudinal direction. They are provided at equal intervals in the direction.
- the axial tips of the teeth 1124 are flat surfaces perpendicular to the axial direction.
- the cross-sectional shape of each tooth 1124 may be a substantially rectangular shape with a uniform width on the radially outer side and the radially inner side.
- a partial winding 1125 is wound around each tooth 1124.
- the partial winding 1125 is configured by winding a conductive wire multiple times around the teeth 1124.
- the partial windings 1125 are provided, for example, so that partial windings 1125 of different phases are lined up in the circumferential direction. That is, the stator winding 1122 has, for example, a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding, and includes a U-phase partial winding 1125, a V-phase partial winding 1125, and a W-phase partial winding.
- Winding wires 1125 are arranged in a predetermined order in the circumferential direction.
- the partial winding 1125 is a concentrated winding coil, more specifically a 2/3 ⁇ short section concentrated winding coil.
- the partial winding 1125 has a conductor material wound in multiple layers, and its surroundings are covered with an insulating material such as synthetic resin.
- the partial winding 1125 may be integrated into a coil holder made of an insulating material.
- each partial winding 1125 is electrically connected for each phase by a connecting member such as a bus bar.
- the teeth 1124 are formed from a powder magnetic core.
- a powder magnetic core is obtained by compression molding soft magnetic powder whose surface is covered with an insulating film, and is molded into a desired tooth shape.
- the base portion 1123 is a laminated core made by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets, and the teeth 1124 made of a powder magnetic core are fixed to the base portion 1123.
- the magnet 1113 has a magnetic flux acting surface 1113a on the stator 1120 side (upper side of the figure) and a magnetic flux acting surface 1113b on the opposite side, opposite to the stator.
- the direction of the axis of easy magnetization between these magnetic flux acting surfaces 1113a and 1113b is oblique to the d-axis.
- the stator 1120 side approaches the d-axis, and the anti-stator side moves away from the d-axis, so that it is linearly oriented.
- the magnet unit 1112 may have a Halbach array magnet structure.
- the magnet unit 1112 includes, as magnets 1113, a first magnet 1131 whose magnetic path is oriented in the direction, and a second magnet 1132 whose magnetic path is oriented in the circumferential direction.
- a magnet 1131 is arranged, and a second magnet 1132 is arranged on the q-axis of each magnetic pole.
- the magnetic flux generated on the magnetic flux acting surface on the stator 1120 side in the axial direction of the magnet unit 1112 can be generated intensively in the region near the d-axis.
- FIG. 91 is a longitudinal cross-sectional view showing the configuration of an axial gap type rotating electric machine 1200.
- a rotating electric machine 1200 includes a rotor 1210 that is integrally rotatably fixed to a rotating shaft 1201, and a first stator 1220 and a first stator 1220 that are provided on one side and the other side in the axial direction with the rotor 1210 in between. 2 stators 1230, and a stator holder 1240 as a stator holding member that holds these stators 1220, 1230.
- the rotating shaft 1201 is rotatably supported by a pair of bearings 1202 and 1203 provided on the stator holder 1240.
- the rotor 1210 includes a disc-shaped rotor plate 1211 fixed to the rotating shaft 1201 and an annular magnet unit 1212 fixed to the radial outside of the rotor plate 1211.
- the rotor plate 1211 has a function as a magnet holding member.
- the magnet unit 1212 includes a plurality of magnets arranged so that the polarity alternates along the circumferential direction. Thereby, the magnet unit 1212 has a plurality of magnetic poles in the circumferential direction.
- the magnet unit 1212 corresponds to a "magnet section".
- the magnet unit 1212 has an annular rotor core fixed to the outside of the rotor plate 1211 in the radial direction, and a plurality of magnets are fixed to the rotor core at predetermined intervals in the circumferential direction. has been done.
- the magnet is a parallel anisotropic permanent magnet whose magnetization direction is the axial direction. Note that the axis of easy magnetization (and the magnet magnetic path) may be arbitrarily changed as shown in each of the above embodiments.
- a first stator 1220 is arranged on one side of the rotor 1210 in the axial direction to face the rotor 1210 with a predetermined air gap therebetween, and a first stator 1220 is arranged on the other side of the rotor 1210 in the axial direction with a predetermined air gap in between.
- a second stator 1230 is arranged to face each other.
- the first stator 1220 has a stator winding 1221 and a stator plate 1222
- the second stator 1230 has a stator winding 1231 and a stator plate 1232.
- the stator windings 1221 and 1231 are provided in each stator plate 1222 and 1232 so as to be wound around teeth provided at predetermined intervals in the circumferential direction.
- the stator holder 1240 includes a holder body 1241 having a cylindrical shape with a bottom, and a cover 1242 fixed to one end of the holder body 1241 in the axial direction.
- the holder main body 1241 has a disk-shaped end plate portion 1243 and a cylindrical portion 1244 extending in the axial direction from the end plate portion 1243.
- a first stator 1220 is fixed to the axially inner side of the end plate portion 1243 of the holder body 1241, and a second stator 1230 is fixed to the axially inner side of the cover 1242.
- the magnet unit 1212 of the rotor 1210 is arranged between the first stator 1220 and the second stator 1230.
- the rotating electrical machine may be an axial gap type rotating electrical machine that employs a double rotor structure as described in the seventh embodiment.
- FIG. 92 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration of an axial gap type rotating electrical machine 1300 that employs a double rotor structure.
- the vertical direction is the axial direction
- the horizontal direction is the circumferential direction.
- the rotating electric machine 1300 has a first rotor 1310A provided on one axial side with the stator winding 1322 in between, and a second rotor 1310B provided on the other axial side.
- the first rotor 1310A and the second rotor 1310B each include magnet units 1312A and 1312B each having a plurality of magnets 1313 arranged in the circumferential direction.
- magnetic flux action surface on the stator winding 1322 side magnetic flux is generated intensively in a region near the d-axis, which is the center of the magnetic pole.
- each magnet 1313 is configured to be oriented so that the axis of easy magnetization on the d-axis side is parallel to the d-axis compared to the q-axis side, and this orientation creates an arc-shaped magnet magnetic path. is formed.
- the outer surface (magnetic flux action surface 1313b) on the side opposite to the stator of both axial surfaces of each magnet 1313 may be an outer surface of the magnet where magnetic flux does not enter or exit.
- the axis of easy magnetization (and the magnet magnetic path) may be bent into a substantially L-shape as in the fifth embodiment.
- the magnet 1313 has an axis of easy magnetization that is diagonal to the axial direction between a magnetic flux acting surface 1313a on the stator winding 1322 side and a magnetic flux acting surface 1313b on the opposite side, opposite to the stator.
- the structure may be such that the stator 1320 side approaches the d-axis and the anti-stator side moves away from the d-axis.
- the magnets 1313 of the magnet unit 1312 in each rotor 1310A, 1310B generate magnetic flux intensively in the region near the d-axis on the magnetic flux acting surface 1313a on the stator 1320 side, and the stator winding
- the interlinkage magnetic flux interlinking with the line 1322 can be further strengthened.
- the bearings 12, 13, 407, 408 are not limited to ball bearings, and roller bearings may be used. In addition, not only radial ball bearings but also thrust ball bearings or thrust roller bearings may be used.
- a diagonally parallel oriented magnet 1401 as shown in FIG. 94 may be employed.
- a plurality of straight magnet magnetic paths (easy magnetization axes) are provided in parallel so as to be inclined toward the d-axis. Thereby, the magnetic flux density can be improved while the magnet is thin.
- a magnet 1402 as shown in FIG. 95 which is an annular magnet and has a plurality of radial magnetic paths formed for each magnetic pole, may be used.
- FIG. 95 shows an example of the magnet 1402 in the case of an inner rotor. Note that it is desirable that the centers of the plurality of radially formed magnet magnetic paths be located closer to the stator core than the air gap formed between each of the magnet paths and the stator.
- FIG. 96 shows an example of a 7-para twisted wire.
- seven wires 501 are twisted and covered with an insulating coating 502 to form a conductive wire material CR.
- the wire 501 in FIG. 96 is the same as the wire 501 in the third embodiment. In this case, when compressing the stranded wire, the central strand 501A receives stress, and can be easily compressed.
- the axial dimension of the magnet 632 may be larger than that of the stator 660 (particularly the teeth 610). This provides advantages such as being able to maintain the axial center of the magnetic circuit by magnetic force. Note that the axial dimension of stator 660 may be larger than that of magnet 632.
- the surface area of the teeth 610 at one magnetic pole is St
- the saturation magnetic flux density of the teeth 610 is B100
- the surface area of the magnet 632 at one magnetic pole is Sm
- the residual magnetic flux density of the magnet 632 is Br
- the magnet portion includes a plurality of magnets (632) arranged in a circumferential direction, The magnet portion is configured such that on the d-axis side, which is the center of the magnetic pole, the direction of the axis of easy magnetization is parallel to the d-axis, compared to the q-axis side, which is the boundary of the magnetic poles.
- the armature winding has conducting wire portions (652) arranged at predetermined intervals in the circumferential direction at positions facing the field element,
- An inter-conductor member (610) is provided between each of the conductor portions in the circumferential direction, and the width dimension in the circumferential direction of the inter-conductor member at one magnetic pole is Wt, and the saturation magnetic flux density of the inter-conductor member is provided.
- the structure uses a magnetic material that satisfies the relationship Wt ⁇ B100 ⁇ Wm ⁇ Br, where B100, the circumferential width of the magnet at one magnetic pole are Wm, and the residual magnetic flux density of the magnet is Br.
- B100 as the saturation magnetic flux density is the saturation magnetic flux density calculated from the magnetic flux density at a magnetizing force of 10000 A/m in the rotating electric machine.
- the armature winding is constituted by concentrated winding, and when a plurality of the interconductor members exist within one magnetic pole of the magnet section, the interconductor members within one magnetic pole of the magnet section
- Wt The rotating electrical machine according to configuration 1 or 2, wherein when the circumferential width dimension of the inter-conductor member is not uniform in the radial direction, the narrowest value among the circumferential width dimensions of the inter-conductor member is determined as Wt.
- the magnet portion is configured by a plurality of first magnets (632a) and a plurality of second magnets (632b) arranged alternately in the circumferential direction,
- the magnet magnetic path of the first magnet is provided so as to be closer to parallel to the radial direction than the magnet magnetic path of the second magnet, and the first magnet is provided on the d-axis side, and the first magnet is provided on the d-axis side.
- 2 magnets are installed on the q-axis side,
- the circumferential width dimension Wm of the magnet portion in one magnetic pole is determined by the sum of the circumferential width dimension of the first magnet existing in one magnetic pole and the circumferential width dimension of the second magnet existing in one magnetic pole.
- the magnet magnetic path it is generally desirable to configure the magnet magnetic path to be longer in order to improve the magnetic flux density.
- the shape of the axis of easy magnetization that is, the shape of the magnet magnetic path, depends on the direction of the magnetic field. becomes. For this reason, it is difficult to bend the magnet magnetic path extremely, and in this case, it is necessary to increase the thickness of the magnet or to allow magnetic flux leakage.
- the magnet part has a plurality of magnets (732) arranged in a circumferential direction, The magnet is divided on the d-axis side, which is the center of the magnetic pole,
- the magnet includes an armature-side circumferential surface (734) that faces the armature when viewed from the axial direction of the rotating shaft of the rotor, and a counter-armature that is located on the opposite side of the armature in the radial direction.
- a rotating electric machine is equipped with an axis of easy magnetization that extends toward the q-axis side.
- the radius of curvature of the bent portion of the easy axis of magnetization (EAM1) located on the d-axis side is equal to the radius of curvature of the bent portion of the easy axis of magnetization (EAM2) located on the q-axis side.
- the magnet part has a plurality of magnets (732) arranged in a circumferential direction,
- the magnet is divided on the d-axis side, which is the center of the magnetic pole,
- the magnet includes an armature-side circumferential surface (734) that faces the armature when viewed from the axial direction of the rotating shaft of the rotor, and a counter-armature that is located on the opposite side of the armature in the radial direction.
- the mold has a cavity (802) with an opening (803) at one end and a bottom (804) at the other end,
- the side wall forming the cavity includes a first side wall (805) formed in a planar shape corresponding to the d-axis side surface of the magnet, and a first side wall (805) opposite to the first side wall and located in the recess of the magnet.
- a horizontal hole (807) extending along the bottom surface of the cavity is formed in the second side wall,
- the molded body is pushed through the opening of the cavity along the direction of the axis of easy magnetization of the molded body, and is further pushed in after hitting the bottom surface, thereby forming the horizontal hole along the bottom surface.
- a method for manufacturing a magnet comprising: bending the molded body so as to release the molded body, and bending the axis of easy magnetization along the first side wall and the bottom surface.
- the second side wall is formed in a curved shape
- a curved surface (805a) is provided between the first side wall and the bottom surface, and the curved surface (805a) guides the pressed molded body to the side hole.
- the disclosure in this specification is not limited to the illustrated embodiments.
- the disclosure includes the illustrated embodiments and variations thereon by those skilled in the art.
- the disclosure is not limited to the combinations of parts and/or elements illustrated in the embodiments.
- the disclosure can be implemented in various combinations.
- the disclosure may have additional parts that can be added to the embodiments.
- the disclosure includes those in which parts and/or elements of the embodiments are omitted.
- the disclosure encompasses any substitutions or combinations of parts and/or elements between one embodiment and other embodiments.
- the disclosed technical scope is not limited to the description of the embodiments.
- the technical scope of some of the disclosed technical scopes is indicated by the description of the claims, and should be understood to include equivalent meanings and all changes within the scope of the claims.
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Abstract
電機子(660)において、周方向における各導線部(652)の間に導線間部材(610)を設ける。その導線間部材として、1磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をWt、前記導線間部材の飽和磁束密度をB100、1磁極における前記磁石の周方向の幅寸法をWm、前記磁石の残留磁束密度をBrとした場合に、Wt×B100≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いる構成となっている。ただし、飽和磁束密度としてのB100は、磁化力10000A/mにおける磁束密度で計算されたときにおける飽和磁束密度である。
Description
本出願は、2022年4月14日に出願された日本出願番号2022-067192号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、回転電機に関するものである。
従来、回転電機として、電磁鋼板を積層させてなる回転子コアに磁石収容孔を形成し、その磁石収容孔に磁石を挿入したIPM(Interior Permanent Magnet)型の回転子が普及してきている。このような回転子に採用される磁石としては、例えば、特許文献1に示すようなものがある。特許文献1によれば、正弦波に近い表面磁束密度分布を有する磁石とすることができ、ラジアル磁石と比べて緩やかな磁束変化のため渦電流損を抑制することができる。また、磁束密度を高めることも可能となる。
ところで、回転子の表面磁束密度を高めた場合、固定子側において磁気飽和が発生しやすくなる。特に残留磁束密度Brの高い永久磁石を回転子に採用した場合、その傾向が顕著となる。そして、固定子側で磁気飽和が発生すると、設計した磁気回路から磁束漏れが生じやすくなる。これにより、回転子からの磁束が有効に利用されず、その結果、トルクが制限されてしまうといった問題がある。つまり、回転子の表面磁束密度を高めても、意図したとおりにトルクを向上させることができないという問題がある。
本開示は、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、設計した磁気回路からの磁束漏れを抑制して、トルク制限を解除することができる回転電機を提供することにある。
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。
上記課題を解決するための第1の手段は、周方向に極性が交互となる複数の磁極を含む磁石部を有する界磁子と、多相の電機子巻線を有する電機子とを備え、前記界磁子及び前記電機子のうちいずれかが回転子とされている回転電機において、前記磁石部は、周方向に並べて配置されている複数の磁石を備え、前記磁石部は、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おり、前記電機子巻線は、前記界磁子に対向する位置で周方向に所定間隔で配置される導線部を有し、前記電機子において、周方向における前記各導線部の間に導線間部材を設け、かつその導線間部材として、1磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をWt、前記導線間部材の飽和磁束密度をB100、1磁極における前記磁石の周方向の幅寸法をWm、前記磁石の残留磁束密度をBrとした場合に、Wt×B100≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いる構成となっており、前記飽和磁束密度としてのB100は、磁化力10000A/mにおける磁束密度で計算されたときにおける飽和磁束密度であることを要旨とする。
上記構成によれば、各導線部の間に設けられた導線間部材は、磁石部からの磁束により磁気飽和する。つまり、導線間部材は、磁気回路において、磁束を誘導する役割を有さない。これにより、設計した磁気回路通りに磁束を流すことができ、磁気飽和に基づく、トルク制限を解消することができる。また、導線間部材を容易に設計することができる。なお、飽和磁束密度B100は、磁化力10000A/mにおける磁束密度で計算されたときにおける飽和磁束密度である。このため、強力な磁石部を用いた場合において、より正確に設計を行うことが可能となる。
第2の手段は、第1の手段において、前記電機子巻線が集中巻により構成されている場合であって、前記磁石部の1磁極内に前記導線間部材が複数存在する場合、前記磁石部の1磁極内にある前記導線間部材の周方向の幅寸法の合計をWtとする。
上記構成によれば、簡単、かつ、正確に設計を行うことが可能となる。
第3の手段は、第1又は第2の手段において、前記導線間部材の周方向の幅寸法が、径方向において一律でない場合には、前記導線間部材の周方向の幅寸法のうち最も狭い値をWtとして決定する。
磁気飽和は、導線間部材の一番狭い箇所で生じやすい。そこで、上記構成のようにすることにより、正確に設計を行うことが可能となる。
第4の手段は、第1~第3のうちいずれかの手段において、前記磁石部が、複数の第1磁石と、複数の第2磁石とが周方向に交互に配置されて構成されるものであり、前記第1磁石の磁石磁路は、前記第2磁石の磁石磁路に比較して径方向に対して平行に近くなるように設けられ、前記第1磁石はd軸側に設けられ、前記第2磁石はq軸側に設けられるものであり、1磁極における前記磁石部の周方向の幅寸法Wmは、1磁極内に存在する第1磁石の周方向の幅寸法及び1磁極内に存在する第2磁石の周方向の幅寸法の合計により求められる。
このような磁石配置にした場合であっても、上記構成によれば、簡単、かつ、正確に設計を行うことが可能となる。
第5の手段は、第1~第4のうちいずれかの手段において、前記磁石部が、鉄心に前記磁石が埋め込まれることにより構成されている場合であって、1磁極内において前記磁石が複数に分割されている場合、1磁極における前記磁石の端部から端部までの周方向の幅寸法から前記磁石間における隙間の周方向の幅寸法を減算した値をWmとする。
上記構成によれば、磁石間の鉄心を介して短絡してしまう磁石磁路を考慮して、1磁極における磁石部の周方向の幅寸法Wmを正確に設定することができる。
第6の手段は、第1~第5のうちいずれかの手段において、前記導線部は、前記導線間部材の間において、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法に対して長い扁平形状の断面を有する。
これにより、磁束漏れを抑制することが可能となる。
第7の手段は、第1~第6のうちいずれかの手段において、前記導線部は、素線が束ねられて構成されている。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態における回転電機の全体を示す斜視図であり、
図2は、回転電機の平面図であり、
図3は、回転電機の縦断面図であり、
図4は、回転電機の横断面図であり、
図5は、回転電機の分解断面図であり、
図6は、回転子の断面図であり、
図7は、磁石ユニットの断面構造を示す部分横断面図であり、
図8は、実施形態の磁石について電気角と磁束密度との関係を示す図であり、
図9は、比較例の磁石について電気角と磁束密度との関係を示す図であり、
図10は、固定子ユニットの斜視図であり、
図11は、固定子ユニットの縦断面図であり、
図12は、コアアセンブリ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、コアアセンブリの横断面図であり、
図15は、コアアセンブリの分解断面図であり、
図16は、3相の各相巻線における部分巻線の接続状態を示す回路図であり、
図17は、第1コイルモジュールと第2コイルモジュールとを横に並べて対比して示す側面図であり、
図18は、第1部分巻線と第2部分巻線とを横に並べて対比して示す側面図であり、
図19は、第1コイルモジュールの構成を示す図であり、
図20は、図19(a)における20-20線断面図であり、
図21は、絶縁カバーの構成を示す斜視図であり、
図22は、第2コイルモジュールの構成を示す図であり、
図23は、図22(a)における23-23線断面図であり、
図24は、絶縁カバーの構成を示す斜視図であり、
図25は、各コイルモジュールを周方向に並べた状態でのフィルム材のオーバーラップ位置を示す図であり、
図26は、コアアセンブリに対する第1コイルモジュールの組み付け状態を示す平面図であり、
図27は、コアアセンブリに対する第1コイルモジュール及び第2コイルモジュールの組み付け状態を示す平面図であり、
図28は、固定ピンによる固定状態を示す縦断面図であり、
図29は、バスバーモジュールの斜視図であり、
図30は、バスバーモジュールの縦断面の一部を示す断面図であり、
図31は、固定子ホルダにバスバーモジュール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を固定する固定部分における縦断面図であり、
図33は、ハウジングカバーに中継部材を取り付けた状態を示す縦断面図であり、
図34は、中継部材の斜視図であり、
図35は、回転電機の制御システムを示す電気回路図であり、
図36は、制御装置による電流フィードバック制御処理を示す機能ブロック図であり、
図37は、制御装置によるトルクフィードバック制御処理を示す機能ブロック図であり、
図38は、変形例において磁石ユニットの断面構造を示す部分横断面図であり、
図39は、インナロータ構造の固定子ユニットの構成を示す図であり、
図40は、コアアセンブリに対するコイルモジュールの組み付け状態を示す平面図であり、
図41は、第2実施形態における回転電機の縦断面図であり、
図42は、回転電機の横断面図であり、
図43は、回転電機の横断面図であり、
図44は、回転電機の分解断面図であり、
図45は、固定子ユニットの分解斜視図であり、
図46は、固定子の分解斜視図であり、
図47は、固定子の分解斜視図であり、
図48は、固定子ユニットの分解断面図であり、
図49は、部分巻線の構成を示す斜視図であり、
図50は、部分巻線において絶縁カバーを分解して示す分解斜視図であり、
図51は、部分巻線の構成を示す斜視図であり、
図52は、部分巻線において絶縁カバーを分解して示す分解斜視図であり、
図53は、部分巻線を周方向に並べて配置した状態を示す平面図であり、
図54は、固定子ホルダの横断面図であり、
図55は、固定子ユニットを配線モジュールの側から見た斜視図であり、
図56は、回転電機を固定部分と回転部分とで分割して示す分解断面図であり、
図57は、第2実施形態における固定子巻線の回路図であり、
図58は、固定子巻線とバスバーの展開図であり、
図59は、比較例における固定子巻線の回路図であり、
図60は、別例における第1部分巻線及び第2部分巻線の概略を示す側面図であり、
図61は、別例における第1部分巻線及び第2部分巻線の概略を示す斜視図であり、
図62は、別例における第1部分巻線及び第2部分巻線の概略を示す斜視図であり、
図63は、別例における第1部分巻線及び第2部分巻線の概略を示す側面図であり、
図64は、別例における第1部分巻線及び第2部分巻線の概略を示す側面図であり、
図65は、別例における第1部分巻線及び第2部分巻線の概略を示す斜視図であり、
図66は、別例における第1部分巻線及び第2部分巻線の概略を示す側面図であり、
図67は、第3実施形態における導線材の断面図であり、
図68は、第4実施形態における磁石ユニット及び固定子の模式的な断面図であり、
図69は、第4実施形態の別例における磁石ユニット及び固定子の模式的な断面図であり、
図70は、第4実施形態の別例における磁石ユニット及び固定子の模式的な断面図であり、
図71は、第4実施形態の別例における磁石ユニットの模式的な断面図であり、
図72は、第4実施形態の別例における磁石ユニットの模式的な断面図であり、
図73は、第4実施形態の別例における磁石ユニットの模式的な断面図であり、
図74は、第5実施形態における磁石ユニットの模式的な断面図であり、
図75は、第5実施形態における磁石製造方法の流れを示すフローチャートであり、
図76は、成形体の模式図であり、
図77は、金型を模式的に示した断面図であり、
図78は、成形体の塑性加工工程を模式的に示した図であり、
図79は、成形体の塑性加工工程を模式的に示した図であり、
図80は、第6実施形態における回転電機の縦断面図であり、
図81は、第6実施形態における回転電機の横断面図であり、
図82は、第7実施形態における回転電機の模式的な縦断面図であり、
図83は、第7実施形態における磁石ユニット及び固定子の配置を模式的に示す図であり、
図84は、第8実施形態においてアキシャルギャップ式の回転電機の概略構成を示す縦断面図であり、
図85は、第8実施形態の回転子の構成を示す図であり、
図86は、第8実施形態の回転子の構成を示す図であり、
図87は、第8実施形態の固定子の構成を示す平面図であり、
図88は、第8実施形態の固定子コアの構成を示す斜視図であり、
図89は、第8実施形態の磁石部の構成を示す図であり、
図90は、第8実施形態の磁石部の構成を示す図であり、
図91は、ダブルステータ構造としたアキシャルギャップ式の回転電機の概略構成を示す縦断面図であり、
図92は、ダブルロータ構造としたアキシャルギャップ式の回転電機の概略構成を示す縦断面図であり、
図93は、磁石の磁石磁路を模式的に示す図であり、
図94は、別例の磁石の磁石磁路を模式的に示す図であり、
図95は、別例の磁石の磁石磁路を模式的に示す図であり、
図96は、別例の導線材の断面図であり、
図97は、別例の磁石及び固定子を示す図である。
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、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。
(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。
(第1実施形態の変形例)
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44に示す。図41は、回転電機400の縦断面図であり、図42は、回転電機400の横断面図(図41の44-44線断面図)であり、図43は、回転電機400の横断面図(図41の45-45線断面図)であり、図44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44に示す。図41は、回転電機400の縦断面図であり、図42は、回転電機400の横断面図(図41の44-44線断面図)であり、図43は、回転電機400の横断面図(図41の45-45線断面図)であり、図44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41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44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41参照)。
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いる。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軸に平行又は平行に近くなる向きとなり、q軸側では磁化容易軸の向きがq軸に直交又は直交に近くな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軸に平行に近く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45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46,図47は、固定子430の分解斜視図であり、図48は、固定子ユニット420の分解断面図である。なお、図46,図47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、電機子巻線としての固定子巻線431と巻線支持部材としての固定子コア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431U,431V,431Wを有し、各相の相巻線431U,431V,431W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(詳しくは後述する)。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48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46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46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「第1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「第2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49(a),(b)は、第1部分巻線441Aの構成を示す斜視図であり、図50は、第1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51(a),(b)は、第2部分巻線441Bの構成を示す斜視図であり、図52は、第2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49(a),(b)は、第1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51(a),(b)も同様に、第2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CR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。
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48参照)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、第1部分巻線441Aでは渡り部443が径方向内側に屈曲され、第2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い。そして、第1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、第2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CR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(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49(a),(b)及び図50に示すように、第1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、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51(a),(b)及び図52に示すように、第2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、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53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53は、図46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53では、第1部分巻線441Aの渡り部443が径方向内側に向けて延び、かつ第2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53の紙面奥側)において、第1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、第2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53の紙面手前側)において、第1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、第2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46及び図47に示すように、固定子巻線431は、部分巻線441A,441Bにより環状に形成され、その径方向内側に固定子コア432が組み付けられる。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。固定子コア432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432としてヘリカルコア構造を有するものを用いてもよい。
なお、固定子コア432に対する固定子巻線431の組み付けは、固定子コア432に対して部分巻線441A,441Bを個別に組み付けることでなされてもよい。また、部分巻線441A,441Bにより環状の固定子巻線431を形成した後に、その固定子巻線431を固定子コア432に組み付けることでなされてもよい。
図47に示すように、固定子コア432の軸方向一端側の端面には、周方向に所定間隔で複数の凹部433が形成されている。固定子巻線431と固定子コア432とが一体化された状態では、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433とで位置合わせが行われている。そして、これら貫通孔455b,458b及び凹部433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、固定子コア432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。
次に、固定子ホルダ460の構成を説明する。ここでは、図48と図54とを用いて固定子ホルダ460の構成を説明する。図54は、固定子ホルダ460の横断面図(図43と同じ位置での横断面図)である。
図48,図54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。不図示とするが、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が設けられ、出口側通路465の開口部には出口配管が設けられている。入口配管ポートと出口配管ポートとには、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。
固定子ホルダ460の径方向外側、詳しくは外筒部材461の径方向外側には、固定子コア432が組み付けられる。固定子ホルダ460(外筒部材461)に対する固定子コア432の組み付けは、例えば接着により行われる。また、焼きばめ又は圧入により、固定子ホルダ460に対して所定の締め代で固定子コア432が嵌合固定される構成であってもよい。
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48参照)。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。
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431U,431V,431Wが中性点接続される。図41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第1部分巻線441Aと、軸方向他端側が径方向外側に屈曲された第2部分巻線441Bとを有している。そして、第1部分巻線441Aの屈曲側と第2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45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など(詳しくは後述)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45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。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。なお、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。この場合、回転電機400での振動を吸収することで断線を抑制することができる。
さらに、電力線485は、外周にシールド層を有するものであるとよい。これにより、外部への磁場発生を抑制することができる。また、電力線485の外層被膜がフッ素被膜であるとよい。この場合、電力線485の温度が上昇することを想定し、耐熱性を向上させることができる。
次に、コイルエンドカバー490について説明する。
図47に示すように、コイルエンドカバー490は、円環状をなし、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ものとなっている。
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、第1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、第2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。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る。そして、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。
また、コイルエンドカバー490には、固定子ホルダ460に対して、コイルエンドカバー490を取り付けるための複数の取付孔492が設けられている。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。
固定子ユニット420では、複数の部分巻線441A,441Bからなる固定子巻線431と固定子コア432とが一体化される。このとき、軸方向一端側(図45の下端側)において、絶縁カバー451,454のブラケット455,458を用いて、固定子コア432に対して各部分巻線441A,441Bが固定される。また、固定子巻線431及び固定子コア432からなる固定子430に対して、軸方向一方の側から固定子ホルダ460が組み付けられるとともに、固定子ホルダ460に対してコイルエンドカバー490が取り付けられる。このとき、コイルエンドカバー490の取付孔492に対して固定ピンやビス等の固定具が挿し入れられ、固定子ホルダ460に対してコイルエンドカバー490が固定される。また、コイルエンドカバー490の貫通孔491に対して固定ピンやビス等の固定具が挿し入れられ、固定子巻線431(各部分巻線441A,441B)に対してコイルエンドカバー490が固定される。
また、軸方向においてコイルエンドカバー490の反対側では、固定子ホルダ460に対して、取付部材484により配線モジュール480が取り付けられる。この状態において、固定子ホルダ460(内筒部材462)の中空部では、各相の電力線485が、固定子ユニット420の軸方向一端側から他端側に延びるように設けられる。そして、それら各電力線485は、外部配線に接続される。
各電力線485は、内筒部材462(固定子ホルダ460)に対してクランプされているとよい。具体的には、図48に示すように、内筒部材462の開口部474内に、防振ゴムからなるクランプ材495を設け、開口部474を貫通して設けられる電力線485をクランプ材495によりクランプさせる構成とする。この場合、各電力線485が内筒部材462にクランプされることにより、各電力線485の耐震性を向上させることができる。特に、クランプ材495として防振ゴムを用いることにより、耐震性を一層向上させることができる。なお、内筒部材462における電力線485のクランプ位置は、開口部474以外の場所であってもよい。
図55は、固定子ユニット420を配線モジュール480の側(すなわちコイルエンドカバー490の逆側)から見た斜視図である。なお、図55では、便宜上、固定子巻線431における各部分巻線441の具体的な図示を省略し、固定子巻線431を一体の筒状体として示している。
図55に示すように、固定子430の一方のコイルエンド部では、固定子巻線431の径方向内側(詳しくは、周方向に並ぶ各渡り部444の径方向内側)に配線モジュール480が配置されている。この場合、図55の上側は、回転電機400の軸方向においてハブ402側、すなわち車輪ホイール側であり、配線モジュール480は、軸方向においてハブ402側、すなわち車輪ホイール側に配置されている。この構成では、配線モジュール480が、コイルエンド部での固定子巻線431の径方向内側(各渡り部444の径方向内側)に配置されることで、配線モジュール480が径方向外側に張り出すことがなく、固定子ユニット420としての小型化が可能になっている。
なお、本実施形態の固定子巻線431では、ハブ402側のコイルエンド部において渡り部443が径方向内側に屈曲され、反ハブ側のコイルエンドにおいて渡り部443が径方向外側に屈曲されており、そのうちハブ402側(渡り部443が径方向内側に屈曲された側)に、配線モジュール480が配置されている。この場合、仮に反ハブ側に配線モジュール480が配置される構成を想定すると、渡り部444の径方向外側に張り出すように配線モジュール480とコイルエンドカバー490とが設けられ、それに伴う径方向外側への張り出しが大きくなることが懸念されるが、本実施形態の構成によればその不都合が抑制される。
また、固定子ホルダ460の軸方向端面(詳しくは外筒部材461の軸方向端面)には端子台531が設けられており、その端子台531を介して配線モジュール480のバスバー483と電力線485とが接続されている。具体的には、バスバー483の端子部分と電力線485の端子部分とが互いに重ねられ、その重なり状態でビス等の固定具により、バスバー483及び電力線485が端子台531に対して固定されている。この場合、各電力線485を強固に固定することができる。つまり、バスバー483と電力線485とを単に相互に接続するだけでは、回転電機400に生じる振動に起因して結線部分での断線の懸念が生じる。そこで、固定子ホルダ460(内筒部材462)の端子台531にてバスバー483と電力線485とを相互に接続する構成にしたため、振動に起因する結線部分の断線を抑制することができる。
なお、バスバー483と電力線485との結線部分には、それらの相対的な回転を抑制するための周り止め機構が設けられているとよい。これにより、バスバー483に対する電力線485の意図しない位置ずれが生じることが抑制され、ひいては電力線485の組付け性や絶縁性の向上を図ることができる。
また、バスバー483は、ベンド構造を有しており、その中間部分がクランク状に屈曲されている。これにより、端子台531や環状部481での振動を好適に吸収することができる。
なお、固定子430と固定子ホルダ460との組み付けに際し、固定子ホルダ460と固定子コア432とを先に組み付けておき、その固定子ホルダ460及び固定子コア432の一体物に対して、固定子巻線431の組み付け(すなわち各部分巻線441A,441Bの組み付け)を行うようにしてもよい。
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41と図56とを用いて説明する。なお、図56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56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54参照)。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。
次に、固定子巻線431における部分巻線441A,441Bの接続態様について図57に基づいて説明する。前述したように、固定子巻線431を構成する各相(本実施形態ではU相、V相、W相の3相)の相巻線431U、431V,431Wは、複数の部分巻線441を接続することにより構成されている。このとき、図57に示すように、第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとを直列で接続することにより直列接続体600を構成し、複数の直列接続体600さらに並列に接続することにより、各相巻線431U、431V,431Wを構成している。そして、各相巻線431U、431V,431Wは、中性点にてスター結線され、固定子巻線431を構成する。
ここで、配線モジュール480において、各部分巻線441がどのように接続されているかについて図58を参照して説明する。図58は、固定子巻線431及び配線モジュール480の周方向を、左右方向に展開した展開図である。図58では、部分巻線441を上下2段で図示しており、上段の部分巻線441が、径方向内側に屈曲する第1部分巻線441Aに相当し、下段の部分巻線441が、径方向外側に屈曲する第2部分巻線441Bに相当する。また、図58では、U相の相巻線431Uを構成する部分巻線441を、それぞれ第1部分巻線441AU、第2部分巻線441BUと示す。同様に、V相の相巻線431Vを構成する部分巻線441を、それぞれ第1部分巻線441AV、第2部分巻線441BVと示し、W相の相巻線431Wを構成する部分巻線441を、それぞれ第1部分巻線441AW、第2部分巻線441BWと示す。
図58に示すように、第2部分巻線441Bは、同相の第1部分巻線441Aに対して約2コイルピッチ分離れた位置に配置されるようになっている。なお、各相同様に構成されているため、以下では、U相の相巻線431Uのみについて説明する。
図58に示すように、U相の第1部分巻線441AUの一端は、配線モジュール480に埋設されているU相配線483Uに接続されている。より詳しくは、図58において、U相の第1部分巻線441AUの左側(周方向一方側に配置された中間導線部442に相当する部分)において、接続端子482を介してU相配線483Uに接続されている。
そして、U相の第1部分巻線441AUの他端は、配線モジュール480に埋設されている接続用配線601Uの一端に接続されている。より詳しくは、図58において、U相の第1部分巻線441AUの右側(周方向他方側に配置された中間導線部442に相当する部分)において、接続端子482を介して接続用配線601Uの左端に接続されている。
そして、当該第1部分巻線441AUから2コイルピッチ分離れた位置に配置されているU相の第2部分巻線441BUの一端は、当該接続用配線601Uの他端に接続されている。より詳しくは、図58において、U相の第2部分巻線441BUの左側(周方向一方側に配置された中間導線部442に相当する部分)において、接続端子482を介して接続用配線601Uの右端に接続されている。このように、接続用配線601Uは、第1部分巻線441AUと、その第1部分巻線441AUから約2コイルピッチ分離れた位置に配置されている第2部分巻線441BUとの間を接続するため、周方向において、約2コイルピッチの長さを有するように構成されている。
そして、図58に示すように、U相の第2部分巻線441BUの他端は、配線モジュール480に埋設されている中性点用配線602に接続されている。より詳しくは、図58において、U相の第2部分巻線441BUの右側(周方向他方側に配置された中間導線部442に相当する部分)において、接続端子482を介して中性点用配線602に接続されている。
なお、各相配線483U、483V、483W、接続用配線601U、601V、601W及び中性点用配線602は、それぞれ円環又は円弧状に形成されており、薄板状の導電部材により構成されている。また、他相(V相、W相)の固定子巻線431を構成する部分巻線441も、同様に接続されている。このため、第1部分巻線441Aと第2部分巻線441Bとを接続する接続用配線601U,601V,601Wは、それぞれ約2コイルピッチ分の長さを有し、周方向において互いに重複しないように構成されている。したがって、図61に示すように、各接続用配線601U,601V,601Wは、軸方向における位置が同じ位置となるようにして、周方向に並べて配置された状態で配線モジュール480に埋設されている。これにより、配線モジュール480の軸方向における高さ寸法が抑制されている。
部分巻線441をこのように接続した作用について説明する。前述したように第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとは形状が異なる。特に、各部分巻線441A,441Bは、周方向に並べて配置されるため、第1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、第2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。このため、第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとでは、コイル抵抗が異なる可能性が高い。
このため、図59の比較例のように、各部分巻線441をすべて並列に接続することにより、各相の相巻線431U,431V,431Wを構成する場合、次のような問題が生じる。すなわち、第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとのコイル抵抗の違いから、循環電流(矢印で示す)が流れる虞がある。とくに、上記実施形態のように、ティースレス、スロットレス構造の固定子430を採用する場合、磁石ユニット412からの磁束が固定子巻線431を直接貫き、固定子巻線431を通過する磁束が多くなり、循環電流が増大する可能性がある。
そこで、図57に示すように、形状の異なる、すなわち、コイル抵抗が異なる可能性がある第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとを直列接続した直列接続体600を並列に接続することにより、各相の相巻線431U,431V,431Wを構成した。これにより、並列に接続される各直列接続体600全体のコイル抵抗が平準化され、結果として、並列に接続される直列接続体600の間における循環電流が抑制される。
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。
図57に示すように、コイル抵抗が互いに異なる第1部分巻線441Aと第2部分巻線441Bとを直列接続することにより、直列接続体600を構成し、直列接続体600を並列に接続することにより、各相の相巻線431U,431V,431Wを構成した。これにより、並列に接続される直列接続体600相互間におけるコイル抵抗を平準化することができ、直列接続体600の間における循環電流を抑制することができる。また、直列接続することにより、図59に示す比較例の固定子巻線431に比較して、直列接続体600のほうがターン数を多くすることができるので、弱め界磁制御を効果的に実施することができる。また、全ての部分巻線441を直列接続することにより各相の相巻線431U,431V,431Wを構成していないため、渦電流損を抑制することができる。
第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとの形状を異ならせた。これに伴い、部分巻線を構成する素線としての導線材CRの長さを異ならせた。これにより、部分巻線441の配置や、配置スペース等に応じた形状の部分巻線441にすることができ、小型化しつつ、出力を大きくすることが可能となる。
各部分巻線441の中間導線部442を、周方向に並べて配置している。そして、軸方向一端側における渡り部443を径方向内側に屈曲することにより第1部分巻線441Aを構成し、軸方向他端側における渡り部443を径方向外側に屈曲することにより第2部分巻線441Bを構成している。これにより、部分巻線441を組み立てて固定子巻線431を構成した後に、軸方向に沿って移動させることにより中間導線部442の径方向内側及び外側に円筒形状の部材を組付けることが可能となる。
例えば、図46に示すように、固定子巻線431を組み立てた後、図46において固定子巻線431の上方(第1部分巻線441Aの非屈曲部分の側)から軸方向に沿って固定子コア432を移動させることにより、第1部分巻線441Aの屈曲部分と干渉させることなく、中間導線部442の径方向内側に固定子コア432を当接するように配置することが可能となる。
同様に、図45に示すように、固定子430を組み立てた後、図45において固定子430の上方(第1部分巻線441Aの非屈曲部分の側)から軸方向に沿って固定子ホルダ460を移動させることにより、第1部分巻線441Aの屈曲部分と干渉させることなく、固定子430の径方向内側に固定子ホルダ460を当接するように配置することが可能となる。
また、図44に示すように、固定子430を組み立てた後、図44において固定子430の上方(第2部分巻線441Bの非屈曲部分の側)から軸方向に沿って回転子キャリア411を移動させることにより、第2部分巻線441Bの屈曲部分と干渉させることなく、固定子430の径方向内側に回転子キャリア411を配置することが可能となる。その際、第2部分巻線441Bの屈曲部分を、図43に示すように、回転子キャリア411の外側に配置することにより、磁石ユニット412と中間導線部442との間のギャップを極力小さくすることが可能となる。
以上により、製造時における組み立て順序の自由度を増やすことができ、組み立てやすくすることが可能となる。また、回転電機10を小型化することが可能となる。
接続用配線601U,601V,601Wは、第1部分巻線441Aと2コイルピッチ分離れた位置に配置される同相を構成する第2部分巻線441Bとを接続する。このため、接続用配線601U,601V,601Wは、約2コイルピッチ分の長さを有すればよく、周方向において互いに重複しないすることが可能となる。したがって、接続用配線601U,601V,601Wを、軸方向において同一位置において周方向に並べられるように配置した状態で配線モジュール480に埋設することにより、接続用配線601U,601V,601Wの軸方向における寸法を抑制し、回転電機10を小型化することが可能となる。
各部分巻線441は、図20に示すように、導線材CRを複数回巻回することにより、構成されている。このため、渦電流損を抑制することができる。
(第2実施形態の変形例)
・上記第2実施形態において、第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとの間で、断面積の形状、大きさ、導線材CRの形状、材質、太さ、長さなどを異ならせてもよい。また、第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとの間で、導線材CRのターン数を変更してもよい。コイル抵抗が異なるのであれば、コイルモジュールの形状は同じであってもよい。
・上記第2実施形態において、第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとの間で、断面積の形状、大きさ、導線材CRの形状、材質、太さ、長さなどを異ならせてもよい。また、第1部分巻線441Aと、第2部分巻線441Bとの間で、導線材CRのターン数を変更してもよい。コイル抵抗が異なるのであれば、コイルモジュールの形状は同じであってもよい。
・上記第2実施形態において、第1部分巻線441Aの構成を任意に変更してもよい。例えば、部分巻線441を直列又は並列に接続したものを第1部分巻線441Aとしてもよい。同様に、第2部分巻線441Bの構成を任意に変更してもよい。例えば、部分巻線441を直列又は並列に接続したものを第2部分巻線441Bとしてもよい。
・上記第2実施形態において、固定子巻線431の各部分巻線441A,441Bの構成を以下のように変更してもよい。
図60(a),(b)は、固定子コア432に対する各部分巻線441A,441Bの組み付け状態を示す正面図であり、そのうち図60(a)は、各部分巻線441A,441Bを分離させた状態で示し、図60(b)は、各部分巻線441A,441Bを組み付けた状態で示している。
部分巻線441A,441B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(渡り部形状)が互いに異なるものとなっている。第1部分巻線441Aは、側面視で略C字状をなし、第2部分巻線441Bは、側面視で略I字状をなしている。図60(a),(b)において、ドット部分は、各部分巻線441A,441Bの渡り部先端における導体部分を示している。部分巻線441A,441Bの組み付け状態では、中間導線部442どうしが周方向に並び、かつ渡り部443どうし、渡り部444どうしがそれぞれ軸方向に重なり合う状態となっている。
第1部分巻線441A及び第2部分巻線441Bは、固定子コア432に対する組み付け順序が前後異なっており、軸方向両端の折り曲げ部を有する第1部分巻線441Aが固定子コア432に先に組み付けられた後に、軸方向両端の折り曲げ部を有していない第2部分巻線441Bが径方向外側から組み付けられる。
このように第1部分巻線441A及び第2部分巻線441Bを円環状に組付けていくことにより、図61(a)に示すように、固定子巻線431が円環状に構成される。なお、図61(b)は、第1部分巻線441A及び第2部分巻線441Bを組付けた状態を示す斜視図である。
なお、図62(a)、(b)に示すように、軸方向両端の折り曲げ部を有していない第2部分巻線441Bが固定子コア432に先に組み付けられた後に、軸方向両端の折り曲げ部を有する第1部分巻線441Aが径方向外側から組み付けられてもよい。
図63(a),(b)に示す構成では、第1部分巻線441A及び第2部分巻線441Bがいずれも側面視で略C字状をなし、かつ軸方向に長さ(軸長)が相違するものとなっている。つまり、これら各部分巻線441A,441Bは、軸方向両側の渡り部443,444が径方向において固定子コア432側(磁石ユニット412の逆側)に折り曲げ形成されている。また、第2部分巻線441Bの軸長が第1部分巻線441Aの軸長よりも長くなっており、そのため、軸方向一端側及び他端側において、第1部分巻線441Aの渡り部443,444が軸方向内側、第2部分巻線441Bの渡り部443,444が軸方向外側となっている。そして、第1部分巻線441Aが固定子コア432に先付けされた状態で、第2部分巻線441Bが径方向外側から組み付けられるようになっている。
図64(a),(b)に示す構成では、第1部分巻線441A及び第2部分巻線441Bがいずれも側面視で略Z字状をなすものとなっている。つまり、これら各部分巻線441A,441Bは、軸方向両側の渡り部443,444が径方向において互いに逆側に折り曲げ形成されている。各部分巻線441A,441Bは、側面視においては同一形状であり、軸方向の組み付け位置を互いにずらした状態で固定子コア432に組み付けられる。第2部分巻線441Bは、第1部分巻線441Aが固定子コア432に先付けされた状態で、径方向外側から組み付けられるようになっている。
このように第1部分巻線441A及び第2部分巻線441Bを円環状に組付けていくことにより、図65(a)に示すように、固定子巻線431が円環状に構成される。なお、図65(b)は、第1部分巻線441A及び第2部分巻線441Bを組付けた状態を示す斜視図である。
図66(a),(b)に示す構成では、第1部分巻線441A及び第2部分巻線441Bがいずれも側面視で略C字状をなし、それらが径方向に互いに逆向きで組み付けられている。つまり、第1部分巻線441Aでは、軸方向両側の各渡り部443,444が固定子コア432側に折り曲げられ、第2部分巻線441Bでは、軸方向両側の各渡り部443,444が固定子コア432の逆側に折り曲げられている。そして、第1部分巻線441Aが固定子コア432に先付けされた状態で、第2部分巻線441Bが径方向外側から組み付けられるようになっている。なお、図66の構成では、第1部分巻線441Aの渡り部443,444と、第2部分巻線441Bの渡り部443,444とが径方向に互いに重複する状態となっている。
このように図60~図66のように構成した場合であっても、第2実施形態と同様に部分巻線441が接続されていることが望ましい。つまり、第1部分巻線441Aと第2部分巻線441Bとを直列接続して直列接続体600を構成し、複数の直列接続体600を並列接続することにより、各相の相巻線431U,431V,431Wを構成するとよい。これにより、循環電流を抑制することができる。
なお、上述した図64~図66の構成に関しては、径方向からの第2部分巻線441Bの組み付け以外に、軸方向からの第2部分巻線44Bの組み付けが可能になっている。
(第3実施形態)
上記実施形態において、導線としての導線材CRの構成を次のようにしてもよい。以下、第3実施形態について説明する。図67に導線材CRの拡大断面図を示す。
上記実施形態において、導線としての導線材CRの構成を次のようにしてもよい。以下、第3実施形態について説明する。図67に導線材CRの拡大断面図を示す。
第3実施形態において、導線材CRの断面は、四角形状をしている。なお、導線材CRの断面は、四角形状に限らず任意の形状でよく、例えば、四角以外の多角形や円形であってもよい。
導線材CRは、複数の素線501が束ねられた状態で絶縁被膜502により覆われることにより構成されている。これにより、周方向又は径方向に互いに重なる導線材CR同士の間、及び導線材CRと固定子コア62との間においてそれぞれ絶縁性が確保されている。
この素線501は、電流が流れる導体503と、導体503の表面を覆う融着層504とを備える。導体503としては、例えば、銅などの導電性金属である。この導体503は、断面が四角形状の角線とされているが、丸線など他の形状(例えば、多角形状、楕円等)であってもよい。また、融着層504としては、例えば、エポキシ接着樹脂である。耐熱は150℃程度である。
融着層504は、絶縁被膜502よりも薄く構成されており、例えば、10μm以下の厚さとなっている。素線501において、導体503の表面には、融着層504のみが形成されており、別途絶縁層が設けられているわけではない。なお、融着層504が、絶縁部材により構成されていてもよい。つまり、自己融着線の樹脂と絶縁とを兼ねる考えである。絶縁層と融着層と普通は分けているが、融着層504にあたるエポキシ接着樹脂が、絶縁層の役割も兼用していて、普通絶縁層と呼ばれるものが欠如している。なお、普通絶縁層を設けてもよい。
また、融着層504は、絶縁被膜502よりも低温で溶ける。ないし誘電率が高いという特徴を持っている。低温で溶ける特徴により、素線501間の端部での導通を取りやすくする効果がある。また、ヒュージングなどがし易い。また、誘電率が高くてもよいことの理由として、素線501間には導線材CR間よりも電位差が小さいという前提条件があげられる。このように設定されることによって、たとえ融着層504が溶けても、渦電流損を効果的に接触抵抗のみで低下させることができる。
そして、複数の素線501が束ねられた状態では、融着層504同士が接触し、融着している。これにより、隣り合う各素線501が相互に固着され、素線501同士が擦れ合うことによる振動、音が抑制される。また、融着層504を備える複数の素線501を束ねて集合させ、その融着層504同士を融着させることで形状が維持される。
絶縁被膜502は、樹脂製であり、例えば、耐熱が220℃~240℃である変性PIエナメル樹脂である。変性PIとすることで、耐油性を得ている。ATFなどに対して加水分解や硫黄によるアタックを受けないようにしている。なおこの場合、変性PIエナメル樹脂よりもエポキシ接着樹脂の線膨張係数は大である。この絶縁被膜502は、幅広のテープ状に形成されており、束ねられた複数の素線501の外周に対して巻回されている。
そして、この絶縁被膜502は、素線501の融着層504よりも高い絶縁性能を有し、相間を絶縁することができるように構成されている。例えば、素線501の融着層504の厚さを例えば1μm程度にした場合、絶縁被膜502の合計厚さを9μm~50μm程度にして、相間の絶縁を好適に実施できるようにすることが望ましい。具体的には、絶縁被膜502を2重にする場合、1枚の厚さ寸法を5μm程度としてもよい。
なお、当然、外側の絶縁被膜502に関しては、回転電機の使われるシステム電圧、線間電圧により変わるものである。例えば車両用高速充電などで一般的に使用される被膜厚では、相関絶縁として用いられるのであれば200μm前後、相内電圧の絶縁として用いるのであれば、40~100μmなどで使われることが望ましい。
(第3実施形態の変形例)
上記における導線材CR及び固定子巻線61の構成を、以下に説明するように変更してもよい。
上記における導線材CR及び固定子巻線61の構成を、以下に説明するように変更してもよい。
・上記第3実施形態において、融着層504の線膨張係数(線膨張率)は、絶縁被膜502の線膨張係数と異ならせてもよい。すなわち、前述したように、導体503間の電位差は小さく、かつ、複数の素線501を束ねる際や絶縁被膜502を覆う際に、融着層504が破れても、導体503間が接触する面積は非常に小さく、接触抵抗が非常に大きい。このため、完全に絶縁されていなくても、導体503間に渦電流が流れることを抑制できる。また、製造後に、融着層504が破れて導体503同士が接触しても、問題がないともいえる。したがって、絶縁被膜502の線膨張係数とは異なる線膨張係数を有する任意の材料を、融着層504として選定することができ、設計が容易となる。例えば、融着層504の線膨張係数を絶縁被膜502の線膨張係数よりも大きくしてもよい。
また、当然、融着層504の線膨張係数を絶縁被膜502の線膨張係数よりも小さくしてもよい。小さくした場合、融着層504が破れにくくなり、導体503間で接触する箇所が増えることがなくなり、渦電流損が増加することを抑制できる。
・上記第3実施形態において、融着層504の線膨張係数(線膨張率)を、絶縁被膜502の線膨張係数と同じにしてもよい。これにより、融着層504と絶縁被膜502とが同時に割れることを抑制できる。
・上記第3実施形態において、融着層504の線膨張係数(線膨張率)は、導体503の線膨張係数と異ならせてもよい。なお、融着層504の線膨張係数(線膨張率)が、導体503の線膨張係数と絶縁被膜502の線膨張係数との間である場合、融着層504がクッションとなり、絶縁被膜502が割れることを抑制できる。
・上記第3実施形態の絶縁被膜502として、PA、PI、PAI、PEEKなどを用いてもよい。また、融着層504として、フッ素、ポリカーボネート、シリコン、エポキシ、ポリエチレンナフタレート、LCPを利用してもよい。
・上記第3実施形態において、素線501の導体503は、細い繊維状の導電部材を束ねた複合体として構成されていてもよい。例えば、導体としては、CNT(カーボンナノチューブ)繊維の複合体であってもよい。CNT繊維として、炭素の少なくとも一部をホウ素で置換したホウ素含有微細繊維を含む繊維が用いられていてもよい。炭素系微細繊維としては、CNT繊維以外に、気相成長法炭素繊維(VGCF)等を用いることができるが、CNT繊維を用いることが好ましい。
・上記第3実施形態において、導線材CRは、複数の素線501が撚り合わされて構成されていてもよい。この場合、各素線501での渦電流の発生がより抑えられる。また、各素線501が捻られていることで、1本の素線501において磁界の印加方向が互いに逆になる部位が生じて逆起電圧が相殺される。そのため、やはり渦電流の低減を図ることができる。特に、素線501を繊維状の導電部材により構成することで、細線化することと捻り回数を格段に増やすこととが可能になり、渦電流をより好適に低減することができる。
(第4実施形態)
上記各実施形態の構成を以下に示すように変更してもよい。以下、第4実施形態について説明する。
上記各実施形態の構成を以下に示すように変更してもよい。以下、第4実施形態について説明する。
上記各実施形態において、固定子60,430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、第4実施形態の固定子660は、以下に示すように変更している。なお、図68は、磁石ユニット622及び固定子660の模式的な断面図である。
図68に示すように、固定子660において、周方向における各導線部として中間導線部652の間に導線間部材としてのティース610を設け、かつそのティース610として、1磁極におけるティース610の周方向の幅寸法をWt、ティース610の飽和磁束密度をB100、1磁極における磁石632の周方向の幅寸法をWm、磁石632の残留磁束密度をBrとした場合に、Wt×B100≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いる。なお、図68において、左右方向が周方向に相当し、上下方向が径方向に相当する。また、インナロータを想定しているが、アウタロータに変更してもよい。
ここで、飽和磁束密度をB100としたが、これについて補足する。上記実施形態においては、強力な磁界を発生させる磁石632を採用することが前提である。このため、飽和磁束密度は、通常の回転電機で使われる「B50」(磁化力5000A/mにおける磁束密度)ではなく「B100」(磁化力10000A/mにおける磁束密度)で計算されることが望ましい。
すなわち、固定子660において、ティース610を設ける場合、かつそのティース610は、Wt×B100≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いることが望ましい。このように設計することで、通常の回転電機の設計で使われる「B50」よりも正しく効果を得ることができる。
ここで、「B100」の測定方法について補足する。「B100」の測定方法は、エプスタイン試験にて測定されることが望ましい。エプスタイン試験とは、JIS C 2550に規定されている磁気測定試験である。概略について説明すると、短冊状の試料(回転電機に使われる鉄心等)をコイル枠の中に井桁状に入れていき、エプスタイン環を作成する。コイル枠につけられたコイルにより10000A/mの磁界をかけて、B値(単位はテスラ)を測定し、これを「B100」の値として使用する。
また、エプスタイン環を作成できない場合、「B100」を、微小単板磁気特性試験(SST試験)にて測定する。微小単板磁気特性試験は、JIS C 2556に規定されている。概略について説明すると、板状試料を継鉄で挟み、Hコイル法又は励磁電流法により励磁して、10000A/mの磁界をかけて、B値(単位はテスラ)を測定し、これを「B100」の値として使用する。
また、強力なひずみが与えられていない場合(例えば、0.5mm厚み材を0.3mmに圧延するなどしていない場合)は、カタログ値やメーカーの測定値を、「B100」の値として使用してもよい。
ところで、ティース610を設ける場合において、Wt×B100≦Wm×Brとすると、原理的に、ティース610は磁束飽和することとなる。そして、ティース610において磁束飽和し、磁束漏れが生じると、図68の一点鎖線で示すように、周方向に最も近い隣のティース610に磁束が誘導される。このため、中間導線部652は、ティース610の間において、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法に対して長い扁平形状の断面を有するように構成されていることが望ましい。その際、図68に示すように、径方向に複数層積層されていてもよい。また、中間導線部652は、導線材CRが束ねられて構成されていることが望ましい。これにより、渦電流を抑制することが可能となる。
また、第4実施形態では、上記実施形態と同様に、固定子660の固定子巻線661において、分布巻、集中巻のいずれを採用してもよい。ただし、集中巻を採用する場合についての補足について説明する。ここでいう集中巻とは、磁極の1極対の幅と、固定子巻線661の1極対の幅とが異なるものである。集中巻の一例としては、1つの磁極対に対して中間導線部652が3つ(2極3スロット(2P3S))、2つの磁極対に対して中間導線部652が3つ(4極3スロット(4P3S))、4つの磁極対に対して中間導線部652が9つ(8極9スロット(8P9S))、5つの磁極対に対して中間導線部652が9つ(10極9スロット(10P9S))のような関係であるものが挙げられる。他にも、14P15Sのようなものもある。
そして、集中巻を採用し、磁石ユニット622の1磁極内にティース610が複数存在する場合、磁石ユニット622の1磁極内にあるティース610の周方向の幅寸法の合計をWtとしてもよい。例えば、図68の場合、1磁極における磁石632の周方向の幅寸法Wm内に、3つのティース610(の全部又は一部)が存在する。この場合、それらの合計値(Wt1+Wt2+Wt3)をWtとしてもよい。1磁極とは、磁極中心であるd軸を中心として電気角で180度の範囲内のことである。
なお、図69に示すように、ティース610の幅寸法が、径方向において一律でない場合には、ティース610の周方向の幅寸法のうち最も狭い値に基づいてWtを決定することが望ましい。すなわち、基本的に磁気回路の飽和は、ティース610の最も細い箇所で生じることから、最も幅が狭い部分を用いることが望ましい。図69の例でいえば、ティース610の先端において周方向両側に突出するフランジ部610a以外のティース本体部分610bの幅寸法に基づいてWtを決定する。つまり、1磁極における磁石632の周方向の幅寸法Wm内に、3つのティース610(の全部又は一部)が存在するので、それらの最も細い部分の幅寸法(Wt10+Wt20+Wt30)をWtとする。
また、ティース610において、磁石ユニット622側に配置され、周方向両側に突出するフランジ部610a以外のティース本体部分610bの周方向の平均幅Wtaを算出し、それらに基づいてWtを決定してもよい。つまり、平均磁気抵抗を考慮してもよい。
また、第4実施形態では、上記実施形態と同様に、ハルバッハ配列を採用してもよい。ハルバッハ配列について説明する。ハルバッハ配列は、図70に示すように、磁石ユニット622が、複数の第1磁石632aと、複数の第2磁石632bとが周方向に交互に配置されて構成されるものである。そして、第1磁石632aの磁石磁路は、第2磁石632bの磁石磁路に比較して径方向に対して平行に近くなるように設けられている。図70において、第1磁石632aの磁石磁路は、径方向に沿って直線状に設けられており、第2磁石632bの磁石磁路は、周方向に沿って直線状に設けられている。そして、第1磁石632aはd軸側に設けられ、第2磁石632bはq軸側に設けられる。
このようにハルバッハ配列を採用した場合における1磁極における磁石ユニット622の周方向の幅寸法について説明する。ハルバッハ配列を採用した場合、1磁極における磁石ユニット622の周方向の幅寸法Wmは、1磁極内に存在する第1磁石632aの周方向の幅寸法及び1磁極内に存在する第2磁石632bの周方向の幅寸法(Wm1+Wm2+Wm3)の合計により求められる。ハルバッハ配列において、1磁極内とは、周方向において隣り合うq軸間の間である。つまり、1磁極とは、磁極中心であるd軸を中心として電気角で180度の範囲内のことである。
また、上記実施形態において、IPMを採用してもよい。例えば、図71に示すように、磁石ホルダ631(回転子コア)に磁石収容孔631aを形成し、その磁石収容孔631aに磁石632を挿入したIPM型の回転子を採用してもよい。なお、図71に示すように、IPMを採用する場合であって、1磁極内において磁石632が複数に分割されている場合、1磁極における磁石632の端から端までの周方向の幅寸法Wm0から磁石間の周方向の幅寸法Wmgを減算した値(Wm0-Wmg)をWmとすればよい。
また、IPMとしつつ、ハルバッハ配列の磁石632a,632bを採用してもよい。例えば、図72に示すように、磁石ホルダ631(回転子コア)に磁石収容孔631aを形成し、その磁石収容孔631aに磁石632a,632bを挿入したハルバッハ配列のIPM型の回転子を採用してもよい。この場合における1磁極における磁石ユニット622の周方向の幅寸法について説明する。
磁石ホルダ631は、磁性体により構成されており、磁束漏れしにくいため、前述同様、1磁極内に存在する第1磁石632aの周方向の幅寸法及び1磁極内に存在する第2磁石632bの周方向の幅寸法(Wm1+Wm2+Wm3)の合計により求められる。なお、図73に示すように、第1磁石632aの径方向の厚さ寸法が、第2磁石632bよりも薄く、第2磁石632bに対して径方向において反固定子側(図73において下側)に配置されている場合も同様である。
(第5実施形態)
上記実施形態において、磁石ユニット22を構成する磁石32を、変更してもよい。以下、第5実施形態における磁石732について説明する。
上記実施形態において、磁石ユニット22を構成する磁石32を、変更してもよい。以下、第5実施形態における磁石732について説明する。
図74に示すように、第5実施形態の磁石ユニット22は、第1実施形態と同様に、磁石ホルダ31の内周面に固定された複数の磁石732を備える。そして、磁石ユニット22において、磁石732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732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]以上である熱間加工Nd-Fe-B磁石である。
磁石732において径方向内側(固定子60側)の周面が、固定子60に対向する固定子側周面734(電機子側周面)であり、磁束の授受が行われる磁束作用面である。固定子側周面734は、平面状に構成されているが、周方向に沿った曲面状に構成してもよい。この固定子側周面734には、q軸を含む所定範囲で径方向に凹む凹部734aが形成されている。
磁石732において径方向外側(磁石ホルダ31側)の周面が、径方向において固定子60の反対側における反固定子側周面735である。反固定子側周面735は、磁石ホルダ31の内周面に沿って周方向に曲面状に構成しているが、平面状に構成してもよい。この場合、磁石ホルダ31の内周面との間の隙間は、樹脂接着剤などにより埋めればよい。磁石732には、反固定子側周面735に、d軸を含む所定範囲で径方向に凹む凹部735aが形成されている。
磁石732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732は、d軸及びq軸にそれぞれ径方向に沿った側面を有するものとなっており、それら各磁石732が互いに当接又は近接した状態で配置されている。磁石732のq軸側の側面を、q軸側側面736と示し、d軸側の側面を、d軸側側面737と示す。
次に、第5実施形態における磁化容易軸について説明する。図74において、一点鎖線の矢印で示すように、磁石732において、径方向沿って延び、その後、周方向に沿ってq軸側に延びるように屈曲する磁化容易軸が設けられている。特に、磁石732のd軸側の部分(例えば、表面部分)には、d軸側側面737に沿って延び、反固定子側周面735の側の部分において反固定子側周面735に沿って屈曲してq軸側に延びるような磁化容易軸が設けられている。なお、磁石磁路に沿って磁石磁路が形成されるが、磁化方向は、N極かS極かによりその方向が異なっている。
また、固定子側周面734において、d軸側の部分(例えばd軸側側面737に最も近い外側部分)における磁化容易軸EAM1の屈曲部分における曲率半径は、q軸上に中心点P100が設定され、d軸と固定子側周面734との交点P101を通過する円弧ARC(二点鎖線で示す)の曲率半径に比較して、小さい(つまり曲率が大きい)。すなわち、磁化容易軸EAM1は、d軸側側面737と反固定子側周面735に沿うように、急な角度で屈曲している。
また、磁石732の固定子側周面734において、d軸側に配置される磁化容易軸(例えば、EAM1)の屈曲部分の曲率半径は、q軸側に配置される磁化容易軸(例えば、EAM2)の屈曲部分の曲率半径に比較して小さい。すなわち、磁化容易軸は、d軸側側面737(又はd軸側)に近づくほど、急な角度で屈曲し、q軸側側面736(又はq軸側)に近づくほど、緩やかな角度で屈曲する傾向を有する。なお、q軸側に配置される磁化容易軸(例えば、EAM2)の屈曲部分の曲率半径は、円弧ARCの曲率半径に比較して、大きくてもよい(つまり、曲率が小さくてもよい)。
以上のように磁化容易軸が設けられ、当該磁化容易軸に沿って磁石磁路が形成されると、磁石ユニット22は、磁石732の固定子側周面734(磁束作用面)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る。この場合、磁石732の磁化容易軸の向きによれば、磁石732の固定子側周面734(内周面)においてq軸付近で磁石磁路が短くなる。このため、凹部734aが設けられても、磁石磁路長が短い部分がなくなるだけであるため、d軸における磁束密度への影響が少ない。
また、磁石732は、上記のとおり磁石磁路を有しており、q軸では周方向に隣り合う磁石732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732は互いに吸引し合うため、これら各磁石732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732により、隣接するN,S極間を磁化容易軸に沿って磁束が流れるため、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。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。これにより、渦電流の発生を抑制することができる。
磁石732において、上述したように磁石磁路が屈曲して形成されていることにより、磁石732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732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。
なお、磁石ユニット22において、磁極と同じ数の磁石732を用いる構成としてもよい。例えば、磁石732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732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。
次に、上記磁石732の製造方法について図75,76を参照して説明する。
まず、磁場成形機で合金粉末の磁化容易軸を所定方向に揃えつつ、合金粉末を圧縮成形する成形加工工程(ステップS101)を実施する。これにより、図76において矢印で示すような直線状の磁化容易軸を有し、直方体形状の成形体800が生成される。
次に、成形加工工程で得られた成形体800を金型801に押し込むことにより、磁化容易軸を屈曲させつつ、成形体800の形状が、磁石732の形状となるように塑性加工する塑性加工工程(ステップS102)を実施する。ここで、金型801及びステップS102における塑性加工について詳しく説明する。
図77は、金型801の断面図である。図77において上下方向を金型801とX方向とし、左右方向をY方向とし、奥行方向をZ方向として規定する。図77に示すように、金型801は、成形体800が押し込まれる空洞部802を有する。空洞部802は、X方向に延びるように形成されており、断面が四角形状となっている。そして、空洞部802のX方向の一端に開口部803が設けられ、他端に底面804が設けられている。開口部803から成形体800が押し込まれるようになっており、開口部803の形状は、磁石732の固定子側周面734の形状(Y方向及びZ方向の各寸法など)に対応させている。また、底面804は、磁石732の反固定子側周面735に対応するように形成されている。つまり、底面804は、反固定子側周面735と同様に、周方向に沿った曲面状に形成されている。
また、空洞部802は、4つの第1側壁~第4側壁により囲まれて形成されている。これらの第1側壁~第4側壁は、空洞部802の底面804に対して立設されている。第1側壁805は、磁石732のd軸側側面737に対応して平面状に形成されている。つまり、第1側壁805のX方向の寸法は、d軸側側面737の径方向の長さ寸法に対応し、第1側壁805のZ方向の寸法は、d軸側側面737の軸方向の長さ寸法に対応して形成されている。
また、第1側壁805と底面804との間には、磁石732の反固定子側周面735の凹部735aに対応して曲面状に設けられた曲面部805aが形成されている。
第2側壁806は、Y方向において第1側壁805に対向し、磁石732の凹部734aに対応して形成されている。つまり、第2側壁806のX方向の寸法は、凹部734aの径方向の長さ寸法に対応し、第2側壁806のZ方向の寸法は、凹部734aの軸方向の長さ寸法に対応して形成されている。また、凹部734aは、曲面状に構成されているため、第2側壁806も曲面状に構成されている。そして、第2側壁806の曲率半径は、曲面部805aの曲率半径に比較して、大きくなっている(つまり、第2側壁806のほうが、曲率が小さい)。
図示しない第3側壁は、磁石732の軸方向における一方の端面に対応して平面状に形成されており、図示しない第4側壁は、Z方向において第3側壁に対向し、磁石732の軸方向における他方の端面に対応して平面状に形成されている。
第2側壁806には、空洞部802の底面804に沿ってY方向に延びる横穴807が形成されている。つまり、横穴807は、第2側壁806に形成され、第1側壁805に向かって開口し、Y方向に凹むように形成されている。この横穴807の底面807aは、磁石732のq軸側側面736に対応して平面状に形成されている。つまり、横穴807の底面807aのX方向の寸法は、q軸側側面736の径方向の長さ寸法に対応し、横穴807の底面807aのZ方向の寸法は、q軸側側面736の軸方向の長さ寸法に対応して形成されている。また、第1側壁805から横穴807の底面807aまでのY方向における寸法は、磁石732の周方向寸法に対応して形成されている。
そして、ステップS102の塑性加工工程では、まず、図77に示すように、押し込む方向(矢印F10)と、金型801のX方向と成形体800の磁化容易軸の方向を揃えて、成形体800を空洞部802の開口部803から押込む。成形体800を空洞部802に押し込む際、X方向に沿って真っすぐに押し込んでもよいが、図77に示すように斜め方向に押し込んでもよい。つまり、第1側壁805側から第2側壁806側に向かうようにX方向に対して斜めとなるように押し込んでもよい。具体的には、図77に示すように、成形体800の先端が横穴807に押し込まれるように、Y方向において第2側壁806とは反対側に傾けて成形体800を押し込んでもよい。このときの押込み方向は、X方向に対して所定角度A1(1~15度程度)傾ければよい。
その後、図78に示すように、空洞部802の底面804に突き当たった後もさらに押し込むことにより、底面804に沿って横穴807に成形体800を逃がすように屈曲させる。その際、第1側壁805と底面804との間には、曲面部805aが形成されているので、成形体800の先端を、横穴807に誘導しやすくなっている。
その後、図79に示すように、成形体800が横穴807の底面807aに突き当たるまで、成形体800を押し込んでいく。その際、成形体800を横穴807にさらに押し込むように、押込み方向をY方向にさらに傾けてもよい。これにより、成形体800の形状が、空洞部802の形状、すなわち、磁石732の形状となるように押込み加工される。それに伴い磁化容易軸が第1側壁805及び底面804に沿うように略L字形状に屈曲する。
また、第2側壁806の曲率半径は、曲面部805aの曲率半径に比較して、大きくなっている。このため、金型801に押し込まれた後において、磁化容易軸は、図74に示すように、d軸側側面737(又はd軸側)に近づくほど、急な角度で屈曲し、q軸側側面736(又はq軸側)に近づくほど、緩やかな角度で屈曲する傾向を有することとなる。
なお、ステップS102の塑性加工工程では、熱間押込み加工となっている。すなわち、加熱しながら、成形体800を金型801に押し込むようになっている。
そして、図75に示すように、塑性加工工程の後、塑性加工工程で得られた塑性加工品に対して、焼結処理、表面加工(切削加工、平面研磨等)、表面処理(メッキ等)などの各種工程(図示略)を実施したのち、着磁して磁石732を生成する着磁工程(ステップS103)を実施する。これにより、磁石732が完成する。なお、着磁工程は、磁石ホルダ31への固定後に行われてもよい。
第5実施形態によれば、以下のような効果を有する。
磁石732において、d軸側の部分には、d軸側側面737に沿って延びたのち、反固定子側周面735の部分において反固定子側周面735に沿って屈曲してq軸側に向かって延びるような略L字形状の磁化容易軸が設けられている。例えば、磁化容易軸EAM1の屈曲部分における曲率半径は、円弧ARCの曲率半径に比較して、小さくなっている。このため、円弧状に磁化容易軸を設けた場合に比較して、磁石磁路を長くすることができる。つまり、同じ磁石量であっても、磁束密度を向上させることができる。若しくは、同じ磁束密度であっても、磁石量を低減することが可能となる。
また、磁石732の固定子側周面734において、d軸側に配置される磁化容易軸(例えば、EMA1)の屈曲部分の曲率半径は、q軸側に配置される磁化容易軸(例えば、EMA2)の屈曲部分の曲率半径に比較して小さい。つまり、磁化容易軸は、d軸側側面737(又はd軸側)に近づくほど、急な角度で屈曲し、q軸側側面736(又はq軸側)に近づくほど、緩やかな角度で屈曲する傾向を有する。以上のように磁化容易軸が設けられ、当該磁化容易軸に沿って磁石磁路が形成されると、磁石ユニット22は、磁石732の固定子側周面734(磁束作用面)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る。
また、徐々に磁化容易軸の曲率半径が変化するようになっている。これにより、d軸側ほど、磁束密度を大きくなるようになだらかに変化させることができる。
また、成形体800を金型801に押し込むことにより、磁化容易軸を屈曲させつつ、成形体800の形状が、磁石832の形状となるように塑性加工する。つまり、磁石732の形状ととともに、磁化容易軸を変形させている。このため、効率的に磁石732を製造することができる。また、空洞部802には、横穴807が形成されているため、成形体800を金型801に押し込むことにより、略L字形状に磁石732を加工するとともに、略L字形状に磁化容易軸を屈曲させることができる。
また、第1側壁705から第2側壁706までの距離は、開口部803から底面804に向かうX方向において、徐々に広がるように形成されている。このため、金型801に成形体800を押し込むことにより、第2側壁806に設けられた横穴807へ成形体800の先端を誘導しやすくなっている。つまり、磁化容易軸をL字形状に屈曲しやすくなっている。
また、第2側壁806は、曲面状に形成されており、第1側壁805と底面804との間には、押し込まれた成形体800を横穴807に誘導するために、曲面部805aが設けられている。このため、金型801に成形体800を押し込むことにより、第2側壁806に設けられた横穴807へ成形体800の先端を誘導しやすくなっている。
また、曲面部805aの曲率半径は、第2側壁806の曲率半径に比較して小さくなっている。このため、磁化容易軸を、d軸側側面737(又はd軸側)に近づくほど、急な角度で屈曲させ、q軸側側面736(又はq軸側)に近づくほど、緩やかな角度で屈曲させやすくなっている。
(第5実施形態の変形例)
・第2側壁806は、曲面状に形成されていたが、その形状を任意に変更してもよい。例えば、第1側壁805から第2側壁806までの距離が、X方向において徐々に広がるような傾斜面により形成されていてもよい。また、階段状に形成されていてもよい。
・第2側壁806は、曲面状に形成されていたが、その形状を任意に変更してもよい。例えば、第1側壁805から第2側壁806までの距離が、X方向において徐々に広がるような傾斜面により形成されていてもよい。また、階段状に形成されていてもよい。
・第1側壁805と底面804との間に、曲面部805aを設けたが、その形状を任意に変更してもよい。例えば、傾斜面により構成されていてもよい。また、曲面部805aを設けなくてもよい。この場合、例えば、第1側壁805が底面804に対してほぼ垂直に立設されていてもよい。また、第1側壁805が底面804に対して所定角度傾斜するように構成されていてもよい。
・複数の金型801を円環状に配置して、径方向外側から各成形体800を同時に押し込むように構成してもよい。これにより、一度に加工をすることができる。
・また、1磁極当たりの磁石をどのように分割して加工してもよい。例えば、磁石732をさらに2分割するような形状として、それぞれ加工するようにしてもよい。
(第6実施形態)
上記実施形態において、回転子の径方向内側及び径方向外側にそれぞれ固定子を有する、いわゆるダブルステータ式の回転電機を採用してもよい。第6実施形態におけるダブルステータ式の回転電機について詳しく説明する。図80に示すように、回転電機900は、回転軸901に一体回転可能に固定された回転子910と、回転子910の径方向内側に設けられた第1固定子920と、回転子910の径方向外側に設けられた第2固定子930と、これら各固定子920,930を保持する固定子保持部材としての固定子ホルダ940とを備えている。これら各部材はいずれも、回転軸901に対して同軸の円筒状に設けられている。回転軸901は、固定子ホルダ940の径方向内側に設けられた一対の軸受902,903により回転可能に支持されている。
上記実施形態において、回転子の径方向内側及び径方向外側にそれぞれ固定子を有する、いわゆるダブルステータ式の回転電機を採用してもよい。第6実施形態におけるダブルステータ式の回転電機について詳しく説明する。図80に示すように、回転電機900は、回転軸901に一体回転可能に固定された回転子910と、回転子910の径方向内側に設けられた第1固定子920と、回転子910の径方向外側に設けられた第2固定子930と、これら各固定子920,930を保持する固定子保持部材としての固定子ホルダ940とを備えている。これら各部材はいずれも、回転軸901に対して同軸の円筒状に設けられている。回転軸901は、固定子ホルダ940の径方向内側に設けられた一対の軸受902,903により回転可能に支持されている。
回転子910は、中空筒状に形成された回転子キャリア911と、その回転子キャリア911に固定された環状の磁石ユニット912とを有している。回転子キャリア911は回転軸901に固定されており、磁石保持部材としての機能を有する。磁石ユニット912は、回転子910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磁石913を有している。これにより、磁石ユニット912は、周方向に複数の磁極を有する。磁石ユニット912が「磁石部」に相当する。
図81に示すように、磁石ユニット912は、円筒状の回転子コア914を有しており、その回転子コア914には、周方向に所定間隔で複数の磁石収容孔915が形成されている。そして、磁石収容孔915にそれぞれ磁石913が収容されている。磁石913は、磁化方向が径方向となるラジアル異方性の永久磁石である。なお、磁石913は、磁化方向が平行なパラレル異方性の永久磁石であってもよい。磁石913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]以上である高Brの焼結ネオジム磁石が用いられているとよい。また、上記各実施形態において説明したように、円弧状又は屈曲形状の磁化容易軸(及び磁石磁路)を有する磁石を採用してもよい。
回転子910は、埋込磁石型の回転子構造を有しているが、これに代えて、表面磁石型の回転子構造を有するものであってもよい。表面磁石型の回転子構造として、例えば、磁極ごとに、回転子コア914の径方向内外に一対となる磁石913を周方向に所定間隔で並べて配置する構成としてもよい。
回転子910の径方向内側には、所定のエアギャップを隔てた状態で第1固定子920が対向配置され、回転子910の径方向外側には、所定のエアギャップを隔てた状態で第2固定子930が対向配置されている。第1固定子920はインナステータであり、第2固定子930はアウタステータである。第1固定子920は、固定子巻線921と固定子コア922とを有し、第2固定子930は、固定子巻線931と固定子コア932とを有している。固定子巻線921を「第1固定子巻線921」、固定子巻線931を「第2固定子巻線931」とも称する。固定子コア922,932は、電磁鋼板からなる複数の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いる。また、固定子コア922,932は外周面に凹凸のない円筒状をなしており、バックヨークとして機能する。つまり、各固定子920,930はティースレス構造を有している。なお、ティースを設けてもよい。
各固定子920,930は、上記実施形態で説明したように、部分巻線ごとに設けられる複数のコイルモジュールを有し、これら複数のコイルモジュールが各固定子コア922,932に対して組み付けられる構成となっている。コイルモジュールの構成、及び固定子コア922,932に対する各コイルモジュールの組み付けに関する詳細ついては図46等を参照されたい。コイルモジュールは、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おいて中間導線部どうしを接続する渡り部とを有しており、渡り部のうち一方の渡り部が径方向に屈曲されている。
軸方向両端のうち一方が径方向に折れ曲がることにより側面視で略L字状に形成されており、その折れ曲がりにより、周方向に隣り合うコイルモジュールの干渉が抑制されるものとなっている。なお、各コイルモジュールは、軸方向の両端が互いに逆向きに屈曲され、側面視において略Z字状となる形状を有するものであってもよい。また、各コイルモジュールは、軸方向の両端が屈曲されていなくてもよい。
次に、固定子ホルダ940について説明する。固定子ホルダ940は、有底筒状をなすホルダ本体941と、ホルダ本体941の軸方向一端側に固定されるカバー942とを有している。ホルダ本体941及びカバー942は、それぞれ径方向中心部にボス部943,944を有している。図81に示すように、ボス部943,944において軸受902,903により回転軸901が回転可能に支持されている。また、ホルダ本体941内には回転軸901を囲む内部空間が形成されており、その内部空間に回転子910の磁石ユニット912と固定子920,930とが収容されている。
ホルダ本体941は、円板状の端板部951と、その端板部951から軸方向に延びる内側筒部952と、同じく端板部951から軸方向に延びる外側筒部953とを有している。内側筒部952及び外側筒部953は、同心で径方向内外となる位置に設けられており、これら各筒部952,953の間に形成された環状空間に、回転子910の磁石ユニット912と固定子920,930とが配置されるようになっている(図80参照)。より具体的には、内側筒部952の径方向外側に第1固定子920が固定されるとともに、外側筒部953の径方向内側に第2固定子930が固定され、第1固定子920と第2固定子930との間に、回転子910の磁石ユニット912が配置されるようになっている。換言すれば、各固定子920,930は、それぞれ径方向において磁石ユニット912の反対側(反磁石ユニット側)で内側筒部952、外側筒部953により保持されている。各固定子920,930は、圧入や熱カシメ、接着等により固定子コア922,932が各筒部952,953に固定されることで、固定子ホルダ940に組み付けられている。
ホルダ本体941内に磁石ユニット912と固定子920,930とが収容された状態で、そのホルダ本体941に対して、ボルト等の締結具によりカバー942が固定されるようになっている。
なお、固定子ホルダ940の構成は、上記のものに限られず、適宜の変更が可能である。例えば、ホルダ本体941の端板部951に内側筒部952を一体で設けるとともに、カバー942に外側筒部953を一体で設ける構成としてもよい。本構成では、ホルダ本体941に対するカバー942の固定により内側筒部952及び外側筒部953が径方向内外にそれぞれ設けられることとなり、これら各筒部952,953に対して固定子920,930がそれぞれ固定される。固定子ホルダ940において、第1固定子920を固定する部材(ホルダ本体941)と第2固定子930を固定する部材(カバー942)とが分離可能になっている構成では、各固定子920,930を個々に対応する部材に固定した後に、それら固定子920,930ごとの部材を互いに組み付けることが可能となる。これにより、同一部材(例えばホルダ本体941)に各固定子920,930を固定する構成に比べて、固定子920,930の固定作業が容易になることが考えられる。
また、図80に示すように、固定子ホルダ940の内側筒部952の径方向内側には環状空間が形成されており、その環状空間には、内側筒部952に当接又は近接した状態で、電力変換器としてのインバータを構成する電気部品946が配置されるとよい。電気部品946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。
なお、第1固定子巻線921及び第2固定子巻線931で共通のインバータを備える構成とし、そのインバータを内側筒部952の径方向内側に搭載するとよい。ただし、第1固定子巻線921及び第2固定子巻線931がそれぞれ個別にインバータを有する場合には、それら各インバータのうち第1固定子巻線921の側のインバータのみを内側筒部952の径方向内側に搭載してもよい。例えば、第2固定子巻線931の側のインバータは外側筒部953又はカバー942の外側に搭載する。また、両方のインバータを内側筒部952の径方向内側に搭載する構成でもよい。
固定子ホルダ940は、固定子920,930を冷却するための冷却構造を有しており、特に各固定子920,930を個別に冷却する構造を有するものとなっている。詳しくは、固定子ホルダ940の内側筒部952及び外側筒部953にはそれぞれ、冷却水等の冷媒を流通させる冷媒通路954,955が環状に形成されている。なお、内側筒部952に設けられた冷媒通路954を「第1冷媒通路954」、外側筒部953に設けられた冷媒通路955を「第2冷媒通路955」とも称する。第1冷媒通路954を流れる冷媒により第1固定子920が冷却され、第2冷媒通路955を流れる冷媒により第2固定子930が冷却される。また、各冷媒通路954,955は中継配管961を介して連通されており、第1冷媒通路954から第2冷媒通路955への冷媒の流通、又はその逆向きの冷媒の流通が可能となっている。
(第7実施形態)
上記実施形態において、固定子の径方向内側及び径方向外側にそれぞれ磁石部が配置される回転電機を採用してもよい。この回転電機について詳しく説明する。
上記実施形態において、固定子の径方向内側及び径方向外側にそれぞれ磁石部が配置される回転電機を採用してもよい。この回転電機について詳しく説明する。
図82に示すように、回転電機1000は、回転軸1001に一体回転可能に固定された回転子1010と、回転子1010の径方向内側に設けられた固定子1030とを備えている。これら各部材はいずれも、回転軸1001に対して同軸の円筒状に設けられている。回転子1010が「界磁子」に相当し、固定子1030が「電機子」に相当する。
回転子1010は、中空筒状に形成された回転子キャリア1011と、環状の第1磁石ユニット1021と、第1磁石ユニット1021の径方向内側に配置される環状の第2磁石ユニット1022と、を有している。回転子キャリア1011は回転軸1001に固定されており、磁石保持部材としての機能を有する。回転子キャリア1011は、中空筒状に形成されており、外側筒部1012の内側に、内側筒部1013を備えている。第1磁石ユニット1021は、回転子1010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磁石を有しており、外側筒部1012の内周面に固定されている。一方、第2磁石ユニット1022は、回転子1010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磁石を有しており、内側筒部1013の外周面に固定されている。
第1磁石ユニット1021及び第2磁石ユニット1022は、前述同様、埋込磁石型であっても、表面磁石型であってもよい。また、各磁石は、ラジアル異方性の永久磁石であっても、パラレル異方性の永久磁石であってもよい。また、上記各実施形態において説明したように、円弧状又は屈曲形状の磁化容易軸(及び磁石磁路)を有する磁石を採用してもよい。また、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]以上である高Brの焼結ネオジム磁石が用いられているとよい。
径方向において、第1磁石ユニット1021と第2磁石ユニット1022との間には、固定子1030が配置されている。すなわち、第1磁石ユニット1021の径方向内側には、所定のエアギャップを隔てた状態で固定子1030が対向配置され、固定子1030の径方向内側には、所定のエアギャップを隔てた状態で第2磁石ユニット1022が対向配置されている。
固定子1030は、固定子巻線1031と固定子コア1032とを有している。固定子コア1032は、図83に示すように、周方向に所定間隔空けて、軸方向に延びるように立設されており、各固定子コア1032の間に、固定子巻線1031の中間導線部が配置されるようになっている。なお、ティースレス構造(コアレス構造)としてもよい。
各固定子1030は、上記実施形態で説明したように、部分巻線ごとに設けられる複数のコイルモジュールを有し、これら複数のコイルモジュールが各固定子コア1032に対して組み付けられる構成となっている。
固定子1030は、固定子ホルダ1040に対して立設されている。固定子ホルダ1040は、円盤状に構成されており、径方向中心部において軸受1002,1003により回転軸1001が回転可能に支持されている。
(第8実施形態)
上記実施形態において、アキシャルギャップ式の回転電機を採用してもよい。図84は、アキシャルギャップ式の回転電機1100の概略構成を示す縦断面図である。
上記実施形態において、アキシャルギャップ式の回転電機を採用してもよい。図84は、アキシャルギャップ式の回転電機1100の概略構成を示す縦断面図である。
図84に示すように、回転電機1100は、回転軸1101に一体回転可能に固定された回転子1110と、回転子1110に軸方向に対向するように設けられた固定子1120とを有している。なお、不図示としているが、回転子1110及び固定子1120は、固定子1120に一体的に設けられたハウジングに収容された状態で設けられている。回転子1110が「界磁子」に相当し、固定子1120が「電機子」に相当する。
回転子1110は、円板状をなす回転子コア1111と、その回転子コア1111の片側に固定された磁石部としての磁石ユニット1112とを有している。回転子コア1111は、磁性材料からなり、例えば複数の電磁鋼板が軸方向に積層されることで構成されている。回転子コア1111は、回転軸1101に固定されている。また、固定子1120は、固定子コア1121と、その固定子コア1121に一体に設けられた多相の固定子巻線1122とを有している。固定子1120には軸受1102が固定されており、その軸受1102により、回転軸1101が回転可能に支持されている。
図85(a),(b)を用いて、回転子1110の構成をより具体的に説明する。図85(a)は、回転子1110の構成を示す平面図であり、図85(b)は、回転子1110において図85(a)の85B-85B線断面図である。図85(a)に示すように、磁石ユニット1112は、回転軸1101を囲むように配置された複数の磁石1113(永久磁石)を有している。各磁石1113は、回転子コア1111の片側の板面に環状に並べて配置されており、それら各磁石1113により、周方向に極性が交互となる複数の磁極が形成されている。本例では、8つの磁石1113により8つの磁極が形成されている。磁石1113は、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。
図85(b)に示すように、各磁石1113は、軸方向両面のうち固定子1120側(図の上側)が磁束作用面1113aとなっており、その磁束作用面1113a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、各磁石1113は、それぞれ極異方性磁石であり、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。つまり、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軸に平行な方向に近い向きとなり、q軸側では磁化容易軸の向きがq軸に直交する方向に近い向きとなっている。そして、この磁化容易軸の向きに応じた配向により円弧状の磁石磁路が形成されている。なお、各磁石1113において、d軸側では磁化容易軸をd軸に平行な向きとし、q軸側では磁化容易軸をq軸に直交する向きとしてもよい。また、第5実施形態に示したように、略L字形状に磁化容易軸を屈曲させてもよい。
図86は、各磁石1113において軸方向に直交する平面上の磁石磁路の向きを示す図である。図86において、磁石1113では、径方向内側と径方向外側とで磁化容易軸の向きが平行であり、N極磁石ではd軸に近づく向きとなり、S極磁石ではd軸から離れる向きとなる磁石磁路が形成されている。
次に、図87(a),(b)及び図88を用いて、固定子1120の構成をより具体的に説明する。図87(a)は、固定子1120の構成を示す平面図であり、図87(b)は、固定子1120において図87(a)の87B-87B線断面図である。図88は、固定子コア1121の構成を示す斜視図である。
図87(a),(b)及び図88に示すように、固定子コア1121は、円板状のベース部1123と、そのベース部1123から軸方向に延びる複数の柱状のティース1124とを有している。ティース1124は、軸方向に直交する横断面の形状が径方向外側ほど広くなる略台形状をなし、その長手方向において短手方向の中心が固定子コア1121の円中心に向かうようにして、周方向に等間隔で設けられている。ティース1124の軸方向先端は、軸方向に垂直な平坦面となっている。なお、各ティース1124では、横断面形状が、径方向外側と径方向内側とで幅が均一な略矩形状をなしていてもよい。
そして、各ティース1124に、部分巻線1125がそれぞれ巻装されている。部分巻線1125は、ティース1124の周りに導線材を多重に巻回することで構成されている。部分巻線1125は、例えば周方向に異相の部分巻線1125が並ぶように設けられている。つまり、固定子巻線1122は、例えばU相巻線、V相巻線、W相巻線を有しており、U相の部分巻線1125、V相の部分巻線1125、W相の部分巻線1125が周方向に所定順序で並べて設けられている。部分巻線1125は、集中巻コイルであり、より詳しくは2/3π短節集中巻コイルである。
なお、部分巻線1125は、導線材を多重に巻回した状態で、周囲が合成樹脂等の絶縁材料により被覆されているとよい。又は、絶縁材料からなるコイルホルダに部分巻線1125が一体化されている構成であってもよい。図示は略すが、各部分巻線1125は、相ごとにバスバー等の接続部材により電気的に接続されるようになっている。
固定子コア1121においてティース1124は圧粉磁心により成形されている。圧粉磁心は、表面を絶縁被膜で覆った軟磁性粉末を圧縮成形したものであり、所望とするティース形状に成形されている。本例では、固定子コア1121において、ベース部1123を、複数の電磁鋼板を積層した積層コアとし、そのベース部1123に対して、圧粉磁心からなるティース1124を固定する構成としている。ただし、ベース部1123及びティース1124を圧粉磁心により一体に成形することも可能である。また、固定子1120においてベース部1123を非磁性体として設けることも可能である。
(第8実施形態の変形例)
・回転子1110における磁石ユニット1112の構成を変更してもよい。例えば、図89に示す磁石ユニット1112では、磁石1113は、固定子1120側(図の上側)の磁束作用面1113aとその逆側の反固定子側の磁束作用面1113bとを有しており、それら磁束作用面1113a,1113bの間において磁化容易軸の向きがd軸に対して斜めとなっている。また、周方向(図の左右方向)において固定子1120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。本構成によれば、磁石ユニット1112における表面磁束密度分布を正弦波とする上で好適な構成とすることができ、ティース1124が圧粉磁心からなる固定子コア1121を用いたアキシャルギャップ式の回転電機1100において、適正なモータトルクの実現が可能となっている。
・回転子1110における磁石ユニット1112の構成を変更してもよい。例えば、図89に示す磁石ユニット1112では、磁石1113は、固定子1120側(図の上側)の磁束作用面1113aとその逆側の反固定子側の磁束作用面1113bとを有しており、それら磁束作用面1113a,1113bの間において磁化容易軸の向きがd軸に対して斜めとなっている。また、周方向(図の左右方向)において固定子1120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。本構成によれば、磁石ユニット1112における表面磁束密度分布を正弦波とする上で好適な構成とすることができ、ティース1124が圧粉磁心からなる固定子コア1121を用いたアキシャルギャップ式の回転電機1100において、適正なモータトルクの実現が可能となっている。
また、図90に示すように、磁石ユニット1112においてハルバッハ配列の磁石構造を有していてもよい。磁石ユニット1112は、磁石1113として、磁路の向きを方向とする第1磁石1131と磁路の向きを周方向とする第2磁石1132とを有しており、各磁極のd軸に第1磁石1131が配置されるとともに、各磁極のq軸に第2磁石1132が配置されている。本構成においても、磁石ユニット1112において軸方向における固定子1120側の磁束作用面に生じる磁束を、d軸付近の領域に集中的に生じさせるものとすることができる。
・第6実施形態で説明したダブルステータ型の回転電機を、アキシャルギャップ型の回転電機1200として具体化することも可能である。図91は、アキシャルギャップ型の回転電機1200の構成を示す縦断面図である。
図91において、回転電機1200は、回転軸1201に一体回転可能に固定された回転子1210と、回転子1210を挟んで軸方向一方側及び他方側にそれぞれ設けられた第1固定子1220及び第2固定子1230と、これら各固定子1220,1230を保持する固定子保持部材としての固定子ホルダ1240とを備えている。回転軸1201は、固定子ホルダ1240に設けられた一対の軸受1202,1203により回転可能に支持されている。
回転子1210は、回転軸1201に固定された円板状の回転子プレート1211と、その回転子プレート1211の径方向外側に固定された環状の磁石ユニット1212とを有している。回転子プレート1211は磁石保持部材としての機能を有する。磁石ユニット1212は、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磁石を有している。これにより、磁石ユニット1212は、周方向に複数の磁極を有する。磁石ユニット1212が「磁石部」に相当する。不図示とするが、磁石ユニット1212は、回転子プレート1211の径方向外側に固定される円環状の回転子コアを有し、その回転子コアに、周方向に所定間隔で複数の磁石が固定されている。磁石は、磁化方向が軸方向となるパラレル異方性の永久磁石である。なお、磁化容易軸(及び磁石磁路)は、上記各実施形態において示したように、任意に変更してもよい。
回転子1210の軸方向一方側には、所定のエアギャップを隔てた状態で第1固定子1220が対向配置され、回転子1210の軸方向他方側には、所定のエアギャップを隔てた状態で第2固定子1230が対向配置されている。第1固定子1220は、固定子巻線1221と固定子プレート1222とを有し、第2固定子1230は、固定子巻線1231と固定子プレート1232とを有している。固定子巻線1221,1231は、各固定子プレート1222,1232において周方向に所定間隔で設けられたティースに巻回された状態で設けられている。
固定子ホルダ1240は、有底筒状をなすホルダ本体1241と、ホルダ本体1241の軸方向一端側に固定されるカバー1242とを有している。ホルダ本体1241は、円板状の端板部1243と、その端板部1243から軸方向に延びる円筒部1244とを有している。ホルダ本体1241の端板部1243の軸方向内側に第1固定子1220が固定されるとともに、カバー1242の軸方向内側に第2固定子1230が固定されている。そして、第1固定子1220と第2固定子1230との間に、回転子1210の磁石ユニット1212が配置されている。
・回転電機は、第7実施形態で説明したようなダブルロータ構造を採用したアキシャルギャップ式の回転電機であってもよい。図92は、ダブルロータ構造採用したアキシャルギャップ式の回転電機1300の概略構成を示す縦断面図である。図92において上下方向が軸方向、左右方向が周方向となっている。
回転電機1300は、固定子巻線1322を挟んで軸方向一方の側に設けられた第1回転子1310Aと軸方向他方の側に設けられた第2回転子1310Bとを有している。図93に示すように、第1回転子1310A及び第2回転子1310Bはそれぞれ、周方向に並ぶ複数の磁石1313を有する磁石ユニット1312A,1312Bを備え、それら各磁石ユニット1312A,1312Bは、その磁石の固定子巻線1322側の磁束作用面において、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。
また、各回転子1310A,1310Bの各磁石ユニット1312では、軸方向において磁極が互いに異なっている。また、各磁石1313は、d軸側において、q軸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おり、この配向により円弧状の磁石磁路が形成されている。なお、各磁石1313の軸方向両面のうち反固定子側の外面(磁束作用面1313b)は、磁束の出入りが生じない磁石外面であってもよい。また、磁化容易軸(及び磁石磁路)を第5実施形態のように略L字形状に屈曲させてもよい。
磁石1313は、固定子巻線1322側の磁束作用面1313aとその逆側の反固定子側の磁束作用面1313bとの間において磁化容易軸の向きが軸方向に対して斜めであり、周方向において固定子1320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配向がなされて構成されていてもよい。
上記構成では、各回転子1310A,1310Bにおける磁石ユニット1312の磁石1313は、それぞれ固定子1320側の磁束作用面1313aにおいてd軸付近の領域に集中的に磁束を生じさせるものであり、固定子巻線1322に鎖交する鎖交磁束を一層強化することができる。
(その他の変形例)
・上記実施形態において、軸受12,13,407,408は、球軸受に限らず、ころ軸受を採用してもよい。また、ラジアル球軸受に限らずスラスト玉軸受や、スラストころ軸受を採用してもよい。
・上記実施形態において、軸受12,13,407,408は、球軸受に限らず、ころ軸受を採用してもよい。また、ラジアル球軸受に限らずスラスト玉軸受や、スラストころ軸受を採用してもよい。
・上記実施形態において、図94に示すような、斜めパラレル配向磁石1401を採用してもよい。図94では、d軸側に傾くように直線状の磁石磁路(磁化容易軸)が複数平行に設けられている。これにより、薄型磁石でありつつ、磁束密度を向上させることができる。また、図95に示すような、円環状の磁石であって、磁極毎に放射状の磁石磁路が複数形成された磁石1402を採用してもよい。図95では、インナロータの場合の磁石1402についての例である。なお、放射状に形成された複数の磁石磁路の中心は、それぞれ固定子との間に形成されるエアギャップよりも固定子鉄心側にあることが望ましい。
・上記実施形態において、導線材CRを、撚り線で構成する場合、7パラ、19パラ、37パラなどの利用が望ましい。図96に7パラの撚り線の例を示す。図96は、7本の素線501が撚られ、絶縁被膜502に覆われて導線材CRを構成している。なお、図96における素線501は、第3実施形態の素線501と同じものである。このように構成する場合、撚り線を圧縮する場合に、中心の素線501Aが応力を受けることとなり、容易に圧縮することが可能となる。また、偶数パラレルの撚り線とする場合、多数本の素線をより合わせて断面を平角状に成形するラザフォードケーブル(ラザフォード巻)を採用することが望ましい。撚り線を採用することにより、基本的に自己インダクタンスが低下することでの力率をアップさせることができる。
・上記第4実施形態において、図97に示すように、磁石632の軸方向寸法を、固定子660(特にティース610)よりも大きくしてもよい。これにより、磁力により磁気回路の軸方向の中心を維持することができるなどの良さが生じる。なお、固定子660の軸方向寸法を、磁石632よりも大きくしてもよい。この場合、ティース610として、1磁極におけるティース610の表面積(回転子側の表面積)をSt、ティース610の飽和磁束密度をB100、1磁極における磁石632の表面積(磁束作用面の表面積)をSm、磁石632の残留磁束密度をBrとした場合に、St×B100≦Sm×Brの関係となる磁性材料を用いることが望ましい。
なお、第8実施形態に示すようなアキシャルギャップ式の回転電機を採用する場合も同様に表面積に基づいて設計することが望ましい。すなわち、ティース1124(図87参照)として、1磁極におけるティース1124の表面積(回転子側の表面積)をSt、ティース1124の飽和磁束密度をB100、1磁極における磁石1113の表面積(磁束作用面の表面積、図85参照)をSm、磁石1113の残留磁束密度をBrとした場合に、St×B100≦Sm×Brの関係となる磁性材料を用いることが望ましい。
以下、上述した各実施形態から抽出される特徴的な構成を記載する。
[構成1]
周方向に極性が交互となる複数の磁極を含む磁石部(622)を有する界磁子(20)と、多相の電機子巻線(661)を有する電機子(660)とを備え、前記界磁子及び前記電機子のうちいずれかが回転子とされている回転電機において、
前記磁石部は、周方向に並べて配置されている複数の磁石(632)を備え、
前記磁石部は、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おり、
前記電機子巻線は、前記界磁子に対向する位置で周方向に所定間隔で配置される導線部(652)を有し、
前記電機子において、
周方向における前記各導線部の間に導線間部材(610)を設け、かつその導線間部材として、1磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をWt、前記導線間部材の飽和磁束密度をB100、1磁極における前記磁石の周方向の幅寸法をWm、前記磁石の残留磁束密度をBrとした場合に、Wt×B100≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いる構成となっており、
前記飽和磁束密度としてのB100は、磁化力10000A/mにおける磁束密度で計算されたときにおける飽和磁束密度である回転電機。
[構成2]
前記電機子巻線が集中巻により構成されている場合であって、前記磁石部の1磁極内に前記導線間部材が複数存在する場合、前記磁石部の1磁極内にある前記導線間部材の周方向の幅寸法の合計をWtとする構成1に記載の回転電機。
[構成3]
前記導線間部材の周方向の幅寸法が、径方向において一律でない場合には、前記導線間部材の周方向の幅寸法のうち最も狭い値をWtとして決定する構成1又は2に記載の回転電機。
[構成4]
前記磁石部が、複数の第1磁石(632a)と、複数の第2磁石(632b)とが周方向に交互に配置されて構成されるものであり、
前記第1磁石の磁石磁路は、前記第2磁石の磁石磁路に比較して径方向に対して平行に近くなるように設けられ、前記第1磁石はd軸側に設けられ、前記第2磁石はq軸側に設けられるものであり、
1磁極における前記磁石部の周方向の幅寸法Wmは、1磁極内に存在する第1磁石の周方向の幅寸法及び1磁極内に存在する第2磁石の周方向の幅寸法の合計により求められる構成1~3のうちいずれかに記載の回転電機。
[構成5]
前記磁石部が、鉄心(631)に前記磁石が埋め込まれることにより構成されている場合であって、1磁極内において前記磁石が複数に分割されている場合、1磁極における前記磁石の端部から端部までの周方向の幅寸法から前記磁石間における隙間の周方向の幅寸法を減算した値をWmとする構成1~4のうちいずれか1項に記載の回転電機。
[構成6]
前記導線部は、前記導線間部材の間において、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法に対して長い扁平形状の断面を有する構成1~5のうちいずれかに記載の回転電機。
[構成7]
前記導線部は、素線が束ねられて構成されている構成1~6のうちいずれかに記載の回転電機。
[構成1]
周方向に極性が交互となる複数の磁極を含む磁石部(622)を有する界磁子(20)と、多相の電機子巻線(661)を有する電機子(660)とを備え、前記界磁子及び前記電機子のうちいずれかが回転子とされている回転電機において、
前記磁石部は、周方向に並べて配置されている複数の磁石(632)を備え、
前記磁石部は、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おり、
前記電機子巻線は、前記界磁子に対向する位置で周方向に所定間隔で配置される導線部(652)を有し、
前記電機子において、
周方向における前記各導線部の間に導線間部材(610)を設け、かつその導線間部材として、1磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をWt、前記導線間部材の飽和磁束密度をB100、1磁極における前記磁石の周方向の幅寸法をWm、前記磁石の残留磁束密度をBrとした場合に、Wt×B100≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いる構成となっており、
前記飽和磁束密度としてのB100は、磁化力10000A/mにおける磁束密度で計算されたときにおける飽和磁束密度である回転電機。
[構成2]
前記電機子巻線が集中巻により構成されている場合であって、前記磁石部の1磁極内に前記導線間部材が複数存在する場合、前記磁石部の1磁極内にある前記導線間部材の周方向の幅寸法の合計をWtとする構成1に記載の回転電機。
[構成3]
前記導線間部材の周方向の幅寸法が、径方向において一律でない場合には、前記導線間部材の周方向の幅寸法のうち最も狭い値をWtとして決定する構成1又は2に記載の回転電機。
[構成4]
前記磁石部が、複数の第1磁石(632a)と、複数の第2磁石(632b)とが周方向に交互に配置されて構成されるものであり、
前記第1磁石の磁石磁路は、前記第2磁石の磁石磁路に比較して径方向に対して平行に近くなるように設けられ、前記第1磁石はd軸側に設けられ、前記第2磁石はq軸側に設けられるものであり、
1磁極における前記磁石部の周方向の幅寸法Wmは、1磁極内に存在する第1磁石の周方向の幅寸法及び1磁極内に存在する第2磁石の周方向の幅寸法の合計により求められる構成1~3のうちいずれかに記載の回転電機。
[構成5]
前記磁石部が、鉄心(631)に前記磁石が埋め込まれることにより構成されている場合であって、1磁極内において前記磁石が複数に分割されている場合、1磁極における前記磁石の端部から端部までの周方向の幅寸法から前記磁石間における隙間の周方向の幅寸法を減算した値をWmとする構成1~4のうちいずれか1項に記載の回転電機。
[構成6]
前記導線部は、前記導線間部材の間において、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法に対して長い扁平形状の断面を有する構成1~5のうちいずれかに記載の回転電機。
[構成7]
前記導線部は、素線が束ねられて構成されている構成1~6のうちいずれかに記載の回転電機。
次に、上述した第5実施形態から抽出される特徴的な構成11~17を記載する。
従来、回転電機の出力トルクを向上させるため、磁化容易軸の配向方向を工夫した焼結磁石を採用して、最大磁束密度を向上させる技術が提案されている(例えば、特開2015-228762号公報)。
上記のような磁石において、磁束密度を向上させるため、一般的には磁石磁路をより長く構成することが望ましい。しかしながら、磁場成形機で合金粉末の磁化容易軸を磁場方向に揃えつつ、合金粉末を成形して磁石を製造する場合、磁化容易軸の形状、つまり磁石磁路の形状は磁場方向に依存することとなる。このため、磁石磁路を極端に屈曲させることは困難であり、この場合、磁石の厚さ寸法を厚くしたり、若しくは、磁束漏れを許容したりする必要があった。
以下に示す構成11~17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、薄型でありつつ、磁石磁路が長い磁石を有する回転電機及びその磁石の製造方法を提供することにある。
[構成11]
複数の磁石が周方向に並べられて配置される磁石部(22)を有する界磁子と、多相の電機子巻線を有する電機子とを備え、前記界磁子及び前記電機子のうちいずれかが回転子とされている回転電機において、
前記磁石部は、周方向に並べて配置される複数の磁石(732)を有し、
前記磁石は、磁極中心であるd軸側において、分割されるものであり、
前記磁石は、前記回転子の回転軸の軸方向から見たとき、前記電機子に対向する電機子側周面(734)と、径方向において前記電機子とは反対側に位置する反電機子側周面(735)と、前記磁石の周方向の両端に設けられた径方向に沿った側面(736,737)を有し、
前記磁石において、d軸側の部分には、前記d軸側の側面(737)に沿って延びたのち、前記反電機子側周面の部分において前記反電機子側周面に沿って屈曲してq軸側に向かって延びるような磁化容易軸が設けられている回転電機。
[構成12]
前記d軸側側面に沿って延びたのち、前記反電機子側周面の部分において屈曲する前記磁化容易軸の屈曲部分における曲率半径は、q軸上に中心点(P100)が設定され、d軸と前記電機子側周面との交点(P101)を通過する円弧(ARC)の曲率半径に比較して、小さい構成11に記載の回転電機。
[構成13]
前記磁石の前記電機子側周面において、d軸側に配置される磁化容易軸(EAM1)の屈曲部分の曲率半径は、q軸側に配置される磁化容易軸(EAM2)の屈曲部分の曲率半径に比較して小さい構成11又は12に記載の回転電機。
[構成14]
周方向に極性が交互となる複数の磁極を含む磁石部(22)を有する界磁子と、多相の電機子巻線を有する電機子とを備え、前記界磁子及び前記電機子のうちいずれかが回転子とされている回転電機の磁石部に用いられる磁石の製造方法であって、
前記磁石部は、周方向に並べて配置される複数の磁石(732)を有し、
前記磁石は、磁極中心であるd軸側において、分割されるものであり、
前記磁石は、前記回転子の回転軸の軸方向から見たとき、前記電機子に対向する電機子側周面(734)と、径方向において前記電機子とは反対側に位置する反電機子側周面(735)と、前記磁石の周方向の両端に設けられた径方向に沿った側面(736,737)を有し、
前記電機子側周面には、磁極境界であるq軸側において径方向に凹む凹部(734a)が設けられ、
磁場成形機で合金粉末の磁化容易軸を所定方向に揃えつつ、合金粉末を圧縮成形する成形加工工程(S101)と、
成形加工工程で得られた成形体(800)を金型(801)に押し込むことにより、磁化容易軸を屈曲させつつ、前記成形体の形状が、前記磁石の形状となるように塑性加工する塑性加工工程(S102)と、
前記塑性加工工程で得られた塑性加工品を着磁して前記磁石を生成する着磁工程(S103)と、を有し、
前記金型は、一端に開口部(803)が設けられ、他端に底面(804)が設けられた空洞部(802)を有し、
前記空洞部を形成する側壁には、前記磁石の前記d軸側側面に対応して平面状に形成された第1側壁(805)と、前記第1側壁に対向し、前記磁石の前記凹部に対応して形成された第2側壁(806)があり、
前記第2側壁には、前記空洞部の底面に沿って延びる横穴(807)が形成されており、
前記塑性加工工程では、前記成形体の磁化容易軸の方向に沿って前記成形体を前記空洞部の開口部から押込み、前記底面に突き当たった後もさらに押し込むことにより、前記底面に沿って前記横穴に前記成形体を逃がすように屈曲させ、それに伴い磁化容易軸を前記第1側壁及び前記底面に沿うように屈曲させる磁石の製造方法。
[構成15]
前記塑性加工工程において、前記成形体を前記空洞部の開口部に押し込む際、押し込む力のベクトル方向を、前記成形体を前記第1側壁側から第2側壁側に向かうように前記第1側壁側に対して斜めに傾斜させる構成14に記載の磁石の製造方法。
[構成16]
前記第1側壁から前記第2側壁までの距離は、前記開口部から前記底面に向かう方向において、徐々に広がるように形成されている構成14又は15に記載の磁石の製造方法。[構成17]
前記第2側壁は、曲面状に形成されており、
前記第1側壁と前記底面との間には、押し込まれた前記成形体を前記横穴に誘導する曲面(805a)が設けられており、
前記第1側壁と前記底面との間に設けられた曲面の曲率半径は、前記第2側壁の曲率半径に比較して小さい構成14~16のうちいずれかに記載の磁石の製造方法。
[構成11]
複数の磁石が周方向に並べられて配置される磁石部(22)を有する界磁子と、多相の電機子巻線を有する電機子とを備え、前記界磁子及び前記電機子のうちいずれかが回転子とされている回転電機において、
前記磁石部は、周方向に並べて配置される複数の磁石(732)を有し、
前記磁石は、磁極中心であるd軸側において、分割されるものであり、
前記磁石は、前記回転子の回転軸の軸方向から見たとき、前記電機子に対向する電機子側周面(734)と、径方向において前記電機子とは反対側に位置する反電機子側周面(735)と、前記磁石の周方向の両端に設けられた径方向に沿った側面(736,737)を有し、
前記磁石において、d軸側の部分には、前記d軸側の側面(737)に沿って延びたのち、前記反電機子側周面の部分において前記反電機子側周面に沿って屈曲してq軸側に向かって延びるような磁化容易軸が設けられている回転電機。
[構成12]
前記d軸側側面に沿って延びたのち、前記反電機子側周面の部分において屈曲する前記磁化容易軸の屈曲部分における曲率半径は、q軸上に中心点(P100)が設定され、d軸と前記電機子側周面との交点(P101)を通過する円弧(ARC)の曲率半径に比較して、小さい構成11に記載の回転電機。
[構成13]
前記磁石の前記電機子側周面において、d軸側に配置される磁化容易軸(EAM1)の屈曲部分の曲率半径は、q軸側に配置される磁化容易軸(EAM2)の屈曲部分の曲率半径に比較して小さい構成11又は12に記載の回転電機。
[構成14]
周方向に極性が交互となる複数の磁極を含む磁石部(22)を有する界磁子と、多相の電機子巻線を有する電機子とを備え、前記界磁子及び前記電機子のうちいずれかが回転子とされている回転電機の磁石部に用いられる磁石の製造方法であって、
前記磁石部は、周方向に並べて配置される複数の磁石(732)を有し、
前記磁石は、磁極中心であるd軸側において、分割されるものであり、
前記磁石は、前記回転子の回転軸の軸方向から見たとき、前記電機子に対向する電機子側周面(734)と、径方向において前記電機子とは反対側に位置する反電機子側周面(735)と、前記磁石の周方向の両端に設けられた径方向に沿った側面(736,737)を有し、
前記電機子側周面には、磁極境界であるq軸側において径方向に凹む凹部(734a)が設けられ、
磁場成形機で合金粉末の磁化容易軸を所定方向に揃えつつ、合金粉末を圧縮成形する成形加工工程(S101)と、
成形加工工程で得られた成形体(800)を金型(801)に押し込むことにより、磁化容易軸を屈曲させつつ、前記成形体の形状が、前記磁石の形状となるように塑性加工する塑性加工工程(S102)と、
前記塑性加工工程で得られた塑性加工品を着磁して前記磁石を生成する着磁工程(S103)と、を有し、
前記金型は、一端に開口部(803)が設けられ、他端に底面(804)が設けられた空洞部(802)を有し、
前記空洞部を形成する側壁には、前記磁石の前記d軸側側面に対応して平面状に形成された第1側壁(805)と、前記第1側壁に対向し、前記磁石の前記凹部に対応して形成された第2側壁(806)があり、
前記第2側壁には、前記空洞部の底面に沿って延びる横穴(807)が形成されており、
前記塑性加工工程では、前記成形体の磁化容易軸の方向に沿って前記成形体を前記空洞部の開口部から押込み、前記底面に突き当たった後もさらに押し込むことにより、前記底面に沿って前記横穴に前記成形体を逃がすように屈曲させ、それに伴い磁化容易軸を前記第1側壁及び前記底面に沿うように屈曲させる磁石の製造方法。
[構成15]
前記塑性加工工程において、前記成形体を前記空洞部の開口部に押し込む際、押し込む力のベクトル方向を、前記成形体を前記第1側壁側から第2側壁側に向かうように前記第1側壁側に対して斜めに傾斜させる構成14に記載の磁石の製造方法。
[構成16]
前記第1側壁から前記第2側壁までの距離は、前記開口部から前記底面に向かう方向において、徐々に広がるように形成されている構成14又は15に記載の磁石の製造方法。[構成17]
前記第2側壁は、曲面状に形成されており、
前記第1側壁と前記底面との間には、押し込まれた前記成形体を前記横穴に誘導する曲面(805a)が設けられており、
前記第1側壁と前記底面との間に設けられた曲面の曲率半径は、前記第2側壁の曲率半径に比較して小さい構成14~16のうちいずれかに記載の磁石の製造方法。
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。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (7)
- 周方向に極性が交互となる複数の磁極を含む磁石部(622)を有する界磁子(20)と、多相の電機子巻線(661)を有する電機子(660)とを備え、前記界磁子及び前記電機子のうちいずれかが回転子とされている回転電機において、
前記磁石部は、周方向に並べて配置されている複数の磁石(632)を備え、
前記磁石部は、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おり、
前記電機子巻線は、前記界磁子に対向する位置で周方向に所定間隔で配置される導線部(652)を有し、
前記電機子において、
周方向における前記各導線部の間に導線間部材(610)を設け、かつその導線間部材として、1磁極における前記導線間部材の周方向の幅寸法をWt、前記導線間部材の飽和磁束密度をB100、1磁極における前記磁石の周方向の幅寸法をWm、前記磁石の残留磁束密度をBrとした場合に、Wt×B100≦Wm×Brの関係となる磁性材料を用いる構成となっており、
前記飽和磁束密度としてのB100は、磁化力10000A/mにおける磁束密度で計算されたときにおける飽和磁束密度である回転電機。 - 前記電機子巻線が集中巻により構成されている場合であって、前記磁石部の1磁極内に前記導線間部材が複数存在する場合、前記磁石部の1磁極内にある前記導線間部材の周方向の幅寸法の合計をWtとする請求項1に記載の回転電機。
- 前記導線間部材の周方向の幅寸法が、径方向において一律でない場合には、前記導線間部材の周方向の幅寸法のうち最も狭い値をWtとして決定する請求項1又は2に記載の回転電機。
- 前記磁石部が、複数の第1磁石(632a)と、複数の第2磁石(632b)とが周方向に交互に配置されて構成されるものであり、
前記第1磁石の磁石磁路は、前記第2磁石の磁石磁路に比較して径方向に対して平行に近くなるように設けられ、前記第1磁石はd軸側に設けられ、前記第2磁石はq軸側に設けられるものであり、
1磁極における前記磁石部の周方向の幅寸法Wmは、1磁極内に存在する第1磁石の周方向の幅寸法及び1磁極内に存在する第2磁石の周方向の幅寸法の合計により求められる請求項1に記載の回転電機。 - 前記磁石部が、鉄心(631)に前記磁石が埋め込まれることにより構成されている場合であって、1磁極内において前記磁石が複数に分割されている場合、1磁極における前記磁石の端部から端部までの周方向の幅寸法から前記磁石間における隙間の周方向の幅寸法を減算した値をWmとする請求項1に記載の回転電機。
- 前記導線部は、前記導線間部材の間において、周方向の長さ寸法が径方向の長さ寸法に対して長い扁平形状の断面を有する請求項1に記載の回転電機。
- 前記導線部は、素線が束ねられて構成されている請求項1に記載の回転電機。
Applications Claiming Priority (2)
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JP2022067192A JP2023157342A (ja) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | 回転電機 |
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---|---|
WO2023199711A1 true WO2023199711A1 (ja) | 2023-10-19 |
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---|---|---|---|
PCT/JP2023/011176 WO2023199711A1 (ja) | 2022-04-14 | 2023-03-22 | 回転電機 |
Country Status (2)
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WO (1) | WO2023199711A1 (ja) |
Citations (1)
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---|---|---|---|---|
JP2020137340A (ja) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | 株式会社デンソー | 回転電機 |
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2022
- 2022-04-14 JP JP2022067192A patent/JP2023157342A/ja active Pending
-
2023
- 2023-03-22 WO PCT/JP2023/011176 patent/WO2023199711A1/ja unknown
Patent Citations (1)
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JP2020137340A (ja) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | 株式会社デンソー | 回転電機 |
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JP2023157342A (ja) | 2023-10-26 |
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