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公開番号2021035144
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210301
出願番号2019152257
出願日20190822
発明の名称電機子
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02K 3/04 20060101AFI20210201BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電機子巻線において製造の容易化を図りつつ、径方向への屈曲に起因する大型化を抑制する。
【解決手段】部分巻線851は、周方向に所定間隔を離して設けられる一対の中間導線部871と、軸方向一端側及び他端側に設けられ一対の中間導線部871を環状に接続する渡り部872,873とを有し、一対の中間導線部871及び各渡り部872,873にて導線材852が多重に巻回され、かつ軸方向両側の各渡り部872,873が径方向に屈曲されて構成されている。軸方向両側の渡り部872,873は、径方向に互いに逆となる向きに屈曲されている。また、渡り部872,873の先端位置から、中間導線部871における軸方向の所定位置までにおいて、屈曲外径側の導線長さL1、屈曲内径側の導線長さL2が、L1>L2となっている。
【選択図】 図107
特許請求の範囲【請求項1】
円筒状をなし、相あたり複数の部分巻線(851)からなる相巻線を有する多相の電機子巻線(731)を備える電機子(730)であって、
前記部分巻線は、周方向に所定間隔を離して設けられる一対の中間導線部(871)と、軸方向一端側及び他端側に設けられ前記一対の中間導線部を環状に接続する渡り部(872,873)とを有し、前記一対の中間導線部及び前記各渡り部にて導線材(852)が多重に巻回され、かつ軸方向両側の前記各渡り部が径方向に屈曲されて構成されており、
軸方向両側の前記渡り部は、径方向に互いに逆となる向きに屈曲されており、
前記渡り部の先端位置から、前記中間導線部における軸方向の所定位置までにおいて、屈曲外径側の導線長さL1、屈曲内径側の導線長さL2が、L1>L2となっている電機子。
続きを表示(約 1,500 文字)【請求項2】
前記渡り部において屈曲先端となる先端面が、軸方向に平行となる向きで形成されている請求項1に記載の電機子。
【請求項3】
前記渡り部は、前記一対の中間導線部から延び径方向に屈曲する一対の屈曲部(854a,855a)と、その一対の屈曲部の間で周方向に延びる繋ぎ部(854b,855b)とを有しており、前記一対の屈曲部は、軸方向に直交する向きに屈曲されており、
前記繋ぎ部において、多重の前記導線材からなる導線集合体(856)の横断面が長方形状をなしている請求項1又は2に記載の電機子。
【請求項4】
軸方向一方側の前記渡り部と軸方向他方側の前記渡り部とで、径方向に屈曲された曲げ半径が互いに同じである請求項1〜3のいずれか1項に記載の電機子。
【請求項5】
前記部分巻線における前記一対の中間導線部の間に、他相の前記部分巻線における前記一対の中間導線部のうち一方の中間導線部が配置され、かつ異相の前記部分巻線における前記各渡り部が軸方向に重なる状態で配置されることで、各相の前記中間導線部が周方向に所定順序で並べられている請求項1〜4のいずれか1項に記載の電機子。
【請求項6】
円筒状のバックヨーク(732)を有するベース部材(736)を備え、前記バックヨークの径方向外側又は径方向内側に前記部分巻線が組み付けられることで前記電機子巻線と前記ベース部材とが一体化されている電機子であって、
前記部分巻線は、多重の前記導線材からなる導線集合体(856)の厚さ分を少なくとも軸方向にずらした状態で、前記ベース部材に組み付けられる第1部分巻線と第2部分巻線とを有しており、
前記ベース部材の軸方向両側のうち一方側では、前記第1部分巻線及び前記第2部分巻線における前記渡り部がそれぞれ径方向内側に向けて屈曲され、かつ前記第1部分巻線の前記渡り部が軸方向内側、前記第2部分巻線の前記渡り部が軸方向外側に配置され、
前記ベース部材の軸方向両側のうち他方側では、前記第1部分巻線及び前記第2部分巻線における前記渡り部がそれぞれ径方向外側に向けて屈曲され、かつ前記第1部分巻線の前記渡り部が軸方向外側、前記第2部分巻線の前記渡り部が軸方向内側に配置されている請求項5に記載の電機子。
【請求項7】
円筒状のバックヨーク(732)を有するベース部材(736)を備え、前記バックヨークの径方向外側又は径方向内側に前記部分巻線が組み付けられることで前記電機子巻線と前記ベース部材とが一体化されている電機子であって、
前記電機子巻線は、前記部分巻線と、当該部分巻線の前記バックヨーク側に設けられたバックヨーク側絶縁壁(861)とを含む複数のコイルモジュール(850)を有し、
前記複数のコイルモジュールは、前記ベース部材の径方向内側又は径方向外側において周方向に並べて配置されており、
前記ベース部材には第1係合部(734)が設けられ、前記コイルモジュールの前記バックヨーク側絶縁壁には第2係合部(866,867)が設けられており、前記第1係合部と前記第2係合部とによる周方向の係合が行われた状態で、前記ベース部材に対して前記コイルモジュールが固定されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の電機子。
【請求項8】
前記ベース部材は、前記バックヨークの軸方向両端の少なくともいずれかの端面に固定されたエンドリング(733)を有しており、
前記エンドリングに、前記第1係合部が設けられている請求項7に記載の電機子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、回転電機の電機子に関する。
続きを表示(約 8,500 文字)【背景技術】
【0002】
従来、周方向に極性が交互となる複数の磁極を有する磁石部を含む界磁子と、多相の電機子巻線を有する電機子と、を備える回転電機が知られている。電機子巻線は相ごとに相巻線を有している。また、電機子巻線において各相の相巻線を複数の部分巻線を含む構成とし、その部分巻線を周方向に並べて配置した構成が知られている。
【0003】
特許文献1には、部分巻線の構成例として、電線部材である素線や細線が円環状に巻回され、コイルエンドが径方向に屈曲されてなる型巻コイルが開示されている。この部分巻線(型巻コイル)では、コイルエンドに相当する部分が周方向に延びる渡り部となっており、その渡り部を互いに交差させた状態で、複数の部分巻線が周方向に並べて配置されるようになっている。この場合、渡り部が径方向に屈曲されていることにより、部分巻線どうしの干渉が回避されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2014−230484号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上記のような部分巻線を製造する場合において、製造上の都合を考慮すると、環状の空芯コイルを作製した後に、その空芯コイルの軸方向端部(渡り部)を径方向に屈曲させることが考えられる。しかしながら、空芯コイルの軸方向端部を径方向に屈曲させる場合には、その屈曲部において内径側となる部分と外径側となる部分とで曲げ半径(曲率)が相違し、屈曲外径側では、屈曲内径側に比べて曲げ半径が大きくなる(曲率が小さくなる)。この場合、屈曲外径側では、屈曲内径側よりも屈曲に要する長さが長いことから、部分巻線の渡り部の先端部(渡り部のうち周方向に延びる繋ぎ部)において、屈曲内径側と屈曲外径側とで先端位置のずれが生じる。そのため、部分巻線の渡り部の先端部においてコイル横断面が矩形状でなく平行四辺形状にゆがみ、ひいては、渡り部における径方向の突出長さ(張り出し長さ)が長くなってしまうことが考えられる。なお、渡り部における径方向の突出長さが過剰に長くなると、電機子巻線の径方向内側に配置される他の部材との干渉が生じ易くなる等の不都合が懸念される。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電機子巻線において製造の容易化を図りつつ、径方向への屈曲に起因する大型化を抑制することができる電機子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
手段1は、
円筒状をなし、相あたり複数の部分巻線からなる相巻線を有する多相の電機子巻線を備える電機子であって、
前記部分巻線は、周方向に所定間隔を離して設けられる一対の中間導線部と、軸方向一端側及び他端側に設けられ前記一対の中間導線部を環状に接続する渡り部とを有し、前記一対の中間導線部及び前記各渡り部にて導線材が多重に巻回され、かつ軸方向両側の前記各渡り部が径方向に屈曲されて構成されており、
軸方向両側の前記渡り部は、径方向に互いに逆となる向きに屈曲されており、
前記渡り部の先端位置から、前記中間導線部における軸方向の所定位置までにおいて、屈曲外径側の導線長さL1、屈曲内径側の導線長さL2が、L1>L2となっている。
【0009】
電機子巻線の部分巻線において渡り部が径方向に屈曲されている構成では、その屈曲部において内径側と外径側とで曲げ半径が異なるため、曲げ半径の小さい内径側では、外径側に比べて径方向の突出長さが長くなることが生じる。この場合、渡り部における径方向の突出長さ(張り出し長さ)が長くなってしまう。
【0010】
この点、上記構成では、軸方向両側の渡り部を径方向に互いに逆となる向きに屈曲させるようにした。また、渡り部の先端位置から、中間導線部における軸方向の所定位置までにおいて、屈曲外径側の導線長さをL1、屈曲内径側の導線長さをL2とした場合に、L1>L2となるようにした。つまり、部分巻線の渡り部では、屈曲外径側で、屈曲内径側に比べて曲げ半径が大きくなり、かつ屈曲に要する長さが長くなるが、軸方向両側で渡り部を径方向に互いに逆となる向きに屈曲させ、かつL1>L2とすることで、屈曲内外での導線長さの差異を互いに相殺させつつ、渡り部を好適に屈曲させることができる。この場合、渡り部を屈曲形成する際において、渡り部の先端部(周方向に延びる繋ぎ部)でコイル横断面が斜めにゆがむことを抑制でき、ひいては、渡り部における径方向の突出長さ(張り出し長さ)を縮小化することが可能となる。その結果、電機子巻線において製造の容易化を図りつつ、径方向への屈曲に起因する大型化を抑制することができる。
【0011】
なお、渡り部は、電機子巻線のコイルエンドに相当する部分である。中間導線部における軸方向の所定位置は、例えば電機子巻線のコイルサイドとコイルエンドとの境界位置であるとよい。又は、中間導線部における軸方向の所定位置は、電機子巻線のコイルサイドとなる範囲内の中間位置であってもよい。
【0012】
手段2では、手段1において、前記渡り部において屈曲先端となる先端面が、軸方向に平行となる向きで形成されている。
【0013】
上記のとおり渡り部において屈曲先端となる先端面が軸方向に平行となる向きで形成されている構成では、部分巻線の渡り部において、屈曲外径側と屈曲内径側とで径方向の突出長さ(すなわち中間導線部からの径方向突出量)を等しくすることができる。これにより、やはり径方向への屈曲に伴う突出長さの縮小を図ることができる。
【0014】
なお、渡り部において径方向に屈曲される屈曲角度は、軸方向に対して直角であるとよい。ただし、同屈曲角度は、軸方向に対して非直角(例えば鈍角)であってもよい。いずれにしても、渡り部において屈曲先端となる先端面が、軸方向に平行となる向きで形成されていればよい。
【0015】
手段3では、手段1又は2において、前記渡り部は、前記一対の中間導線部から延び径方向に屈曲する一対の屈曲部と、その一対の屈曲部の間で周方向に延びる繋ぎ部とを有しており、前記一対の屈曲部は、軸方向に直交する向きに屈曲されており、前記繋ぎ部において、多重の前記導線材からなる導線集合体の横断面が長方形状をなしている。
【0016】
上記構成では、部分巻線の渡り部において、一対の屈曲部が軸方向に直交する向きに屈曲され、かつ繋ぎ部において導線集合体の横断面が長方形状をなしている。この場合、部分巻線の軸方向長さの縮小化を図りつつ、径方向への屈曲に伴う突出長さの縮小を図ることができる。
【0017】
手段4では、手段1〜3のいずれかにおいて、軸方向一方側の前記渡り部と軸方向他方側の前記渡り部とで、径方向に屈曲された曲げ半径が互いに同じである。
【0018】
上記構成では、軸方向一方側と他方側とで渡り部の曲げ半径が互いに同じであるため、それら各渡り部において屈曲方向への断面形状の変形(ゆがみ)を互いに適正にキャンセルすることができる。これにより、軸方向両側において渡り部の断面形状の適正化を図ることができる。
【0019】
手段5では、手段1〜4のいずれかにおいて、前記部分巻線における前記一対の中間導線部の間に、他相の前記部分巻線における前記一対の中間導線部のうち一方の中間導線部が配置され、かつ異相の前記部分巻線における前記各渡り部が軸方向に重なる状態で配置されることで、各相の前記中間導線部が周方向に所定順序で並べられている。
【0020】
上記構成によれば、複数の部分巻線を周方向に並べて配置する場合に、互いの干渉を抑制しつつこれら各部分巻線を好適に配置することができる。
【0021】
手段6では、手段5において、円筒状のバックヨークを有するベース部材を備え、前記バックヨークの径方向外側又は径方向内側に前記部分巻線が組み付けられることで前記電機子巻線と前記ベース部材とが一体化されている電機子であって、前記部分巻線は、多重の前記導線材からなる導線集合体の厚さ分を少なくとも軸方向にずらした状態で、前記ベース部材に組み付けられる第1部分巻線と第2部分巻線とを有しており、前記ベース部材の軸方向両側のうち一方側では、前記第1部分巻線及び前記第2部分巻線における前記渡り部がそれぞれ径方向内側に向けて屈曲され、かつ前記第1部分巻線の前記渡り部が軸方向内側、前記第2部分巻線の前記渡り部が軸方向外側に配置され、前記ベース部材の軸方向両側のうち他方側では、前記第1部分巻線及び前記第2部分巻線における前記渡り部がそれぞれ径方向外側に向けて屈曲され、かつ前記第1部分巻線の前記渡り部が軸方向外側、前記第2部分巻線の前記渡り部が軸方向内側に配置されている。
【0022】
上記構成によれば、第1部分巻線及び第2部分巻線は、軸方向に少なくとも導線集合体の厚さ分をずらした状態でベース部材に組み付けられており、ベース部材の軸方向一方側では、それら各部分巻線の渡り部が径方向内側に向けて屈曲され、軸方向他方側では、それら各部分巻線の渡り部が径方向外側に向けて屈曲されている。また、ベース部材の軸方向両側の一方側及び他方側において、第1部分巻線及び第2部分巻線における渡り部の軸方向の重なりを互いに逆にして、それら各渡り部が配置されている。この場合、部分巻線として共通の構成のものを用いつつも、それらを好適に配置できる。
【0023】
手段7では、手段1〜6のいずれかにおいて、前記電機子巻線は、前記部分巻線と、当該部分巻線の前記バックヨーク側に設けられたバックヨーク側絶縁壁とを含む複数のコイルモジュールを有し、前記複数のコイルモジュールは、前記ベース部材の径方向内側又は径方向外側において周方向に並べて配置されており、前記ベース部材には第1係合部が設けられ、前記コイルモジュールの前記バックヨーク側絶縁壁には第2係合部が設けられており、前記第1係合部と前記第2係合部とによる周方向の係合が行われた状態で、前記ベース部材に対して前記コイルモジュールが固定されている。
【0024】
上記構成では、バックヨークを含むベース部材に設けられた第1係合部と、コイルモジュールのバックヨーク側絶縁壁に設けられた第2係合部とによる周方向の係合が行われた状態で、ベース部材に対してコイルモジュールが固定されている。これにより、ベース部材に対する各コイルモジュール(部分巻線)の周方向の位置ずれを抑制し、周方向の位置精度を高めることができる。この場合、仮にバックヨークから径方向に延びるティースを具備しない構成の電機子、すなわちスロットレス構造を有する電機子にあっても、電機子巻線の組み付けを好適に実施できる。
【0025】
手段8では、手段7において、前記ベース部材は、前記バックヨークの軸方向両端の少なくともいずれかの端面に固定されたエンドリングを有しており、前記エンドリングに、前記第1係合部が設けられている。
【0026】
上記構成では、回転電機の性能に寄与するバックヨークに、周方向の係合のための凹凸等を設けなくてもよく、バックヨークの性能や特性を変えることなく、ベース部材に対するコイルモジュールの固定を適正に実施できる。例えば、係合のための凹凸等をバックヨークに設けた場合に比べて、コギングトルクの悪化等を抑制することができる。
【0027】
なお、エンドリングは、非磁性材料により構成されているとよい。これにより、エンドリングに周方向の係合のための凹凸等が設けられていても、電機子における磁気的な影響を抑制できる。つまり、コギングトルクの悪化等を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
回転電機の縦断面斜視図。
回転電機の縦断面図。
図2のIII−III線断面図。
図3の一部を拡大して示す断面図。
回転電機の分解図。
インバータユニットの分解図。
固定子巻線のアンペアターンとトルク密度との関係を示すトルク線図。
回転子及び固定子の横断面図。
図8の一部を拡大して示す図。
固定子の横断面図。
固定子の縦断面図。
固定子巻線の斜視図。
導線の構成を示す斜視図。
素線の構成を示す模式図。
n層目における各導線の形態を示す図。
n層目とn+1層目の各導線を示す側面図。
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。
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。
回転電機の制御システムの電気回路図。
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。
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。
第2実施形態における回転子及び固定子の横断面図。
図22の一部を拡大して示す図。
磁石ユニットにおける磁束の流れを具体的に示す図。
変形例1における固定子の断面図。
変形例1における固定子の断面図。
変形例2における固定子の断面図。
変形例3における固定子の断面図。
変形例4における固定子の断面図。
変形例7における回転子及び固定子の横断面図。
変形例8において操作信号生成部の処理の一部を示す機能ブロック図。
キャリア周波数変更処理の手順を示すフローチャート。
変形例9において導線群を構成する各導線の接続形態を示す図。
変形例9において4対の導線が積層配置されている構成を示す図。
変形例10においてインナロータ型の回転子及び固定子の横断面図。
図35の一部を拡大して示す図。
インナロータ型の回転電機の縦断面図。
インナロータ型の回転電機の概略構成を示す縦断面図。
変形例11においてインナロータ構造の回転電機の構成を示す図。
変形例11においてインナロータ構造の回転電機の構成を示す図。
変形例12において回転電機子形の回転電機の構成を示す図。
変形例14における導線の構成を示す断面図。
リラクタンストルク、磁石トルク及びDMの関係を示す図。
ティースを示す図。
インホイールモータ構造の車輪及びその周辺構造を示す斜視図。
車輪及びその周辺構造の縦断面図。
車輪の分解斜視図。
回転電機を回転軸の突出側から見た側面図。
図48の49−49線断面図。
図49の50−50線断面図。
回転電機の分解断面図。
回転子の部分断面図。
固定子巻線及び固定子コアの斜視図。
固定子巻線を平面状に展開して示す正面図。
導線のスキューを示す図。
インバータユニットの分解断面図。
インバータユニットの分解断面図。
インバータハウジングでの各電気モジュールの配置の状態を示す図。
電力変換器の電気的構成を示す回路図。
スイッチモジュールの冷却構造例を示す図。
スイッチモジュールの冷却構造例を示す図。
スイッチモジュールの冷却構造例を示す図。
スイッチモジュールの冷却構造例を示す図。
スイッチモジュールの冷却構造例を示す図。
冷却水通路に対する各電気モジュールの配列順序を示す図。
図49の66−66線断面図。
図49の67−67線断面図。
バスバーモジュールを単体で示す斜視図。
各電気モジュールとバスバーモジュールとの電気的な接続状態を示す図。
各電気モジュールとバスバーモジュールとの電気的な接続状態を示す図。
各電気モジュールとバスバーモジュールとの電気的な接続状態を示す図。
インホイールモータにおける変形例1を説明するための構成図。
インホイールモータにおける変形例2を説明するための構成図。
インホイールモータにおける変形例3を説明するための構成図。
インホイールモータにおける変形例4を説明するための構成図。
変形例15における回転電機の全体を示す斜視図。
回転電機の縦断面図。
回転電機の分解断面図。
回転子の断面図。
磁石ユニットの断面構造を示す部分断面図。
磁石ユニットの一部を拡大して示す部分断面図。
固定子の構成を示す斜視図。
固定子巻線と固定子コアとを分解して示す斜視図。
各相の相巻線のうちU相巻線に相当する構成のみを示す斜視図。
固定子の縦断面図。
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。
コイルモジュールの構成を示す図。
コイルモジュールの構成を示す図。
コイルモジュールの構成を示す図。
コイルモジュールの構成を示す図。
固定子の縦断面を示す断面図。
固定子の横断面を示す断面図。
固定子コア及びエンドリングとコイルモジュールとを互いに分離して示す断面図。
インナユニットの縦断面図。
インナユニットの縦断面図。
バスバーモジュールの斜視図。
バスバーモジュールの縦断面の一部を示す断面図。
各バスバーに対する接続端子の接続位置を示す略図。
部分巻線における導線の巻回順序を示す図。
コイルモジュールの構成を示す図。
変形例16におけるコイルモジュールの構成を示す縦断面図。
部分巻線の構成を示す図。
コイルモジュールの構成を示す図。
固定子の縦断面を示す断面図。
固定子を軸方向片側から見た部分平面図。
従来技術の部分巻線を示す図。
部分巻線の構成を示す図。
部分巻線の製造方法を説明するための図。
部分巻線の製造方法を説明するための図。
部分巻線の別例を説明するための図。
変形例17における部分巻線の構成を示す図。
固定子コアに対して複数の部分巻線を組み付けた状態を示す縦断面図。
部分巻線の渡り部の構成を拡大して示す図。
部分巻線の製造方法を説明するための図。
部分巻線の製造方法を説明するための図。
部分巻線の別例を説明するための図。
固定子コアに対して複数の部分巻線を組み付けた状態を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【0029】
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。
【0030】
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、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。
(【0031】以降は省略されています)

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