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公開番号2021035145
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210301
出願番号2019152258
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901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902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902を環状に接続する渡り部903,904とを有し、一対の中間導線部902及び各渡り部903,904にて導線材905が多重に巻回され、かつ各渡り部903,904が径方向に屈曲されて構成されている。渡り部903,904において、多重の導線材905からなる導線集合体906が各中間導線部902の側から径方向及び周方向に延びており、その周方向の中間位置に、導線集合体906を軸方向に折り返した折り返し部913が設けられている。
【選択図】 図111
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(901,931)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(902)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(903,904)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(905)が多重に巻回され、かつ軸方向両側の前記渡り部のうち少なくとも一方が径方向に屈曲されて構成されており、
径方向に屈曲された前記渡り部において、多重の前記導線材からなる導線集合体(906)が前記各中間導線部の側から径方向及び周方向に延びており、その周方向の中間位置に、前記導線集合体を軸方向に折り返した折り返し部(913)が設けられている電機子。
続きを表示(約 900 文字)【請求項2】
前記渡り部において、前記折り返し部の折り返し頂部(913a)を含む範囲で前記導線集合体がひねられた状態になっていることで、当該導線集合体が軸方向に折り返されている請求項1に記載の電機子。
【請求項3】
前記折り返し部において、径方向内外のうち前記渡り部の屈曲先端の側から見て、前記導線材の延びる向きが軸方向に平行な向きとなっている請求項1又は2に記載の電機子。
【請求項4】
回転電機(700)において、周方向に極性が交互となる複数の磁極を有する界磁子(710)に対して径方向内側又は径方向外側に対向配置される電機子であって、
前記部分巻線において、前記導線集合体の横断面が四角形状をなしており、
前記一対の中間導線部において、前記界磁子に対向する対向面が180度逆になっている請求項1〜3のいずれか1項に記載の電機子。
【請求項5】
径方向に屈曲された前記渡り部において、前記一対の中間導線部のうち一方側での屈曲部の径方向の曲げ半径と、他方側での屈曲部の径方向の曲げ半径とが互いに同じである請求項1〜4のいずれか1項に記載の電機子。
【請求項6】
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1〜5のいずれか1項に記載の電機子。
【請求項7】
前記渡り部は、前記折り返し部の軸方向両端のうち軸方向外側の端部に繋がる部分である第1部分(915)と、軸方向内側の端部に繋がる部分である第2部分(916)とを有し、それら各部分は軸方向に互いに離間しており、
前記複数の部分巻線は、周方向に隣り合う前記各部分巻線において前記第1部分及び前記第2部分を軸方向に交差させた状態で、周方向に並べて配置されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の電機子。

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 8,300 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渡り部のうち少なくとも一方が径方向に屈曲されて構成されており、
径方向に屈曲された前記渡り部において、多重の前記導線材からなる導線集合体が前記各中間導線部の側から径方向及び周方向に延びており、その周方向の中間位置に、前記導線集合体を軸方向に折り返した折り返し部が設けられている。
【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、径方向に屈曲された渡り部において、多重の導線材からなる導線集合体が各中間導線部の側から径方向及び周方向に延びており、その周方向の中間位置に、導線集合体を軸方向に折り返した折り返し部が設けられている。この場合、渡り部の折り返し部では、導線集合体が軸方向に折り返されていることで、軸方向において導線集合体の上下が反転している。したがって、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)で導線集合体の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、折り返し部において、折り返し頂部での導線材の延びる向きは、必ずしも軸方向に平行でなくてもよく、少なくとも折り返し頂部で導線材が軸方向に向けて延び、それに伴い導線集合体が軸方向に折り返された構成になっていればよい。かかる構成であれば、上述のとおり優れた効果を奏するものとなっている。
【0012】
手段2では、手段1において、前記渡り部において、前記折り返し部の折り返し頂部を含む範囲で前記導線集合体がひねられた状態になっていることで、当該導線集合体が軸方向に折り返されている。
【0013】
この場合、渡り部において、折り返し部の折り返し頂部を含む範囲で導線集合体にひねりを付与することで、導線集合体を軸方向に折り返した折り返し部を好適に形成することができる。
【0014】
手段3では、手段1又は2において、前記折り返し部において、径方向内外のうち前記渡り部の屈曲先端の側から見て、前記導線材の延びる向きが軸方向に平行な向きとなっている。
【0015】
この場合、折り返し部において導線材の延びる向きが軸方向に平行な向きとなっているため、導線材の延びる向きが軸方向に対して非平行である場合に比べて、導線集合体の横断面の変形(ゆがみ)が生じにくいものとなっている。
【0016】
手段4では、手段1〜3のいずれかにおいて、回転電機において、周方向に極性が交互となる複数の磁極を有する界磁子に対して径方向内側又は径方向外側に対向配置される電機子であって、前記部分巻線において、前記導線集合体の横断面が四角形状をなしており、前記一対の中間導線部において、前記界磁子に対向する対向面が180度逆になっている。
【0017】
上記のとおり渡り部の中間位置に、導線集合体を軸方向に折り返した折り返し部が設けられた構成では、渡り部において折り返し部を挟む周方向両側で導線集合体の外周面が軸方向上下で入れ替わる。これにより、一対の中間導線部において導体集合体の外周面が径方向内外で入れ替わる。この場合、やはり導線集合体の横断面の変形(ゆがみ)が抑制されるものとなっている。
【0018】
なお、上記のごとく渡り部の中間位置に折り返し部が設けられた構成についてさらに言えば、その構成では、部分巻線において、導線材が、一方の中間導線部と他方の中間導線部とで径方向の巻回位置が互いに逆なるように巻回されるものになっている。
【0019】
手段5では、手段1〜4のいずれかにおいて、径方向に屈曲された前記渡り部において、前記一対の中間導線部のうち一方側での屈曲部の径方向の曲げ半径と、他方側での屈曲部の径方向の曲げ半径とが互いに同じである。
【0020】
上記構成では、径方向に屈曲された渡り部において、周方向両側、すなわち一方の中間導線部側と他方の中間導線部側とで屈曲部の曲げ半径が互いに同じであるため、渡り部の2つの屈曲部における屈曲による導線材の位置ずれを一層適正にキャンセルすることができる。これにより、渡り部の断面形状の適正化を図ることができる。
【0021】
手段6では、手段1〜5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。
【0022】
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。
【0023】
手段7では、手段1〜6のいずれかにおいて、前記渡り部は、前記折り返し部の軸方向両端のうち軸方向外側の端部に繋がる部分である第1部分と、軸方向内側の端部に繋がる部分である第2部分とを有し、それら各部分は軸方向に互いに離間しており、前記複数の部分巻線は、周方向に隣り合う前記各部分巻線において前記第1部分及び前記第2部分を軸方向に交差させた状態で、周方向に並べて配置されている。
【0024】
上記構成では、渡り部において、折り返し部の軸方向両端のうち軸方向外側の端部に第1部分が設けられるとともに、軸方向内側の端部に第2部分が設けられ、それら各部分が軸方向に互いに離間するものとなっている。そして、複数の部分巻線が、周方向に隣り合う各部分巻線において第1部分及び第2部分を軸方向に交差させた状態で、周方向に並べて配置されている。この場合、渡り部において、軸方向に延びる折り返し部により周方向に段差を付与することができる。そして、渡り部の段差を利用して、各部分巻線の一部を重複させつつ周方向に並べて配置することで、電機子巻線の軸方向長さの縮小化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
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】
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
(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乃至図5に示す。図1は、回転電機10の縦断面斜視図であり、図2は、回転電機10の回転軸11に沿う方向での縦断面図であり、図3は、回転軸11に直交する方向での回転電機10の横断面図(図2のIII−III線断面図)であり、図4は、図3の一部を拡大して示す断面図であり、図5は、回転電機10の分解図である。なお、図3では、図示の都合上、回転軸11を除き、切断面を示すハッチングを省略している。以下の記載では、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。
【0029】
回転電機10は、大別して、軸受ユニット20と、ハウジング30と、回転子40と、固定子50と、インバータユニット60とを備えている。これら各部材は、いずれも回転軸11と共に同軸上に配置され、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。本実施形態の回転電機10は、「界磁子」としての回転子40と、「電機子」としての固定子50とを有する構成となっており、回転界磁形の回転電機として具体化されるものとなっている。
【0030】
軸受ユニット20は、軸方向に互いに離間して配置される2つの軸受21,22と、その軸受21,22を保持する保持部材23とを有している。軸受21,22は、例えばラジアル玉軸受であり、それぞれ外輪25と、内輪26と、それら外輪25及び内輪26の間に配置された複数の玉27とを有している。保持部材23は円筒状をなしており、その径方向内側に軸受21,22が組み付けられている。そして、軸受21,22の径方向内側に、回転軸11及び回転子40が回転自在に支持されている。軸受21,22により、回転軸11を回転可能に支持する一組の軸受が構成されている。
(【0031】以降は省略されています)

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