WO2025169713A1 - 巻線界磁ロータ - Google Patents
巻線界磁ロータInfo
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- WO2025169713A1 WO2025169713A1 PCT/JP2025/001729 JP2025001729W WO2025169713A1 WO 2025169713 A1 WO2025169713 A1 WO 2025169713A1 JP 2025001729 W JP2025001729 W JP 2025001729W WO 2025169713 A1 WO2025169713 A1 WO 2025169713A1
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- winding
- rotor
- wiring
- recess
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
- H02K3/51—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto applicable to rotors only
Definitions
- This specification relates to a wound field rotor used in a wound field type rotating electric machine.
- the rotor In a wound-field rotating electric machine, the rotor has a rotor core with multiple main poles (magnetic salient poles) arranged circumferentially, and a field winding wound around the main poles.
- a circuit module equipped with capacitors and diodes as electrical components is provided at the axial end of the rotor.
- the circuit module has a component holder that holds the electrical components, and portions of the wiring extending from the field winding and electrical components are held by the component holder, with the ends of the wiring joined to each other. More specifically, the wiring is held in the component holder with its tip end extending axially, and the tip end of the wiring is joined to each other by welding or the like.
- the wiring protrudes axially from the component holder, and the tips of the axially protruding wiring are joined together.
- the joints at the tips of the wiring becoming detached due to centrifugal force and rotational fluctuations during rotor rotation.
- This disclosure was made in consideration of the above circumstances, and aims to maintain the wiring joints in a wound field rotor in an appropriate state.
- the present disclosure provides: a rotor core having a plurality of main pole portions provided for each magnetic pole; a field winding formed by winding a conductor around the main pole portion; a circuit module disposed on one axial end side of the rotor core and having an electrical component connected to the field winding;
- a wound field rotor comprising: the circuit module has a component holder that holds the electrical component; On the first surface side, which is opposite to the rotor core, of a first surface side and a second surface side on both sides of the component holder in the axial direction, wiring ends that are ends of wiring portions extending from the field winding and the electrical component extend from the component holder in the axial direction, and the wiring ends are joined to each other,
- a support member is provided on the first surface side of the component holder so as to surround the joint between the wiring end portions.
- the wiring ends which are the ends of the wiring sections extending from the field winding and electrical components, extend from the first surface, which is the side opposite the rotor core, of the first and second surfaces on both axial sides of the part holder.
- This configuration allows for the efficient joining of the wiring ends.
- the wiring ends extend to the first surface, which is the side opposite the rotor core of the part holder, there is a concern that the centrifugal force and rotational fluctuations during rotor rotation may cause the joint at the extending portion of the wiring end to peel off.
- a support member is provided on the first surface side of the component holder, surrounding the joint between the wiring ends. This prevents displacement and deformation of the extending portions of the wiring ends, even if centrifugal force or rotational fluctuations occur during rotor rotation. This prevents problems such as peeling of the joint at the extending portions of the wiring ends. As a result, the joints of the wiring portions in the wound field rotor can be maintained in an appropriate state.
- FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a control system for a rotating electrical machine.
- FIG. 2 is a diagram showing an inverter and its peripheral configuration;
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotor and stator;
- FIG. 4 is a diagram showing an electric circuit provided in the rotor;
- FIG. 5 is a perspective view showing the overall configuration of the rotor;
- FIG. 6 is a perspective view showing a rotor with a covering portion and a coil end cover removed;
- FIG. 7 is an exploded perspective view of the rotor;
- FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of the rotor;
- FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a control system for a rotating electrical machine.
- FIG. 2 is a diagram showing an inverter and its peripheral configuration
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotor and stator
- FIG. 4 is a diagram showing an electric circuit provided in the rotor
- FIG. 9 is an exploded perspective view of a winding unit in a rotor main portion;
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a part of a rotor main portion;
- FIG. 11 is a perspective view of a busbar module;
- FIG. 12 is a diagram showing an internal configuration of a busbar module;
- FIG. 13 is an exploded perspective view of the circuit module;
- FIG. 14 is a diagram showing the internal configuration of the part holder;
- FIG. 15 is a perspective view showing the configuration of an axial end portion of a rotor main portion;
- FIG. 16 is a perspective view showing a state in which a busbar module is assembled to a rotor main portion;
- FIG. 17 is a perspective view showing a state in which the part holder is assembled to the rotor main portion;
- FIG. 18 is a plan view of the bus bar module and the component holder stacked together, as viewed from the bus bar module side;
- FIG. 19 is an enlarged perspective view of a portion of the component holder where wiring connections are made;
- FIG. 20 is a longitudinal cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a wiring connection portion in a component holder;
- FIG. 21 is a diagram for explaining the configuration of a crossover wire of a field winding;
- FIG. 22 is a diagram schematically illustrating a connection state of each of the first coil modules arranged in the circumferential direction;
- FIG. 23 is a plan view of the bus bar module and the component holder as viewed from the second surface side;
- FIG. 24 is a perspective view of the bus bar module and the component holder as viewed from the second surface side;
- FIG. 25 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the field winding near the coil end;
- FIG. 26 is an enlarged perspective view of a portion of the component holder where wiring connections are made;
- FIG. 27 is a longitudinal cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a wiring connection portion in a component holder;
- FIG. 28 is a longitudinal cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a wiring connection portion in a component holder;
- Rotating electric machines are used, for example, as a power source for driving electric vehicles such as electric cars and hybrid cars.
- the control system includes a DC power supply 10, an inverter 20, a control device 30, and a rotating electric machine 40.
- the rotating electric machine 40 is a self-excited wound field type synchronous machine.
- the rotating electric machine 40, inverter 20, and control device 30 may be configured as an electromechanical integrated drive device, or the rotating electric machine 40, inverter 20, and control device 30 may each be configured with their own components.
- the rotating electric machine 40 includes a housing 41, and a stator 50 and a rotor 60 housed within the housing 41.
- the rotating electric machine 40 of this embodiment is an inner rotor type rotating electric machine in which the rotor 60 is disposed radially inside the stator 50.
- the stator 50 includes a stator core 51 and a stator winding 52.
- the stator winding 52 is made of, for example, copper wire, and includes U-, V-, and W-phase windings 52U, 52V, and 52W, which are arranged with a 120° electrical angle offset from each other.
- the rotor 60 comprises a rotor core 61 and a field winding 70.
- the field winding 70 is preferably made of a conductor material such as aluminum wire, which has a low specific gravity and is easily formed.
- the conductor material of the field winding 70 is not limited to aluminum wire, and may be, for example, copper wire or CNT (carbon nanotube).
- a rotating shaft 32 is attached to the central hole of the rotor core 61. The rotating shaft 32 is rotatably supported in the housing 41 by bearings 42 and 43.
- the inverter 20 includes a series connection of upper-arm switches SUp, SVp, and SWp for the U, V, and W phases and lower-arm switches SUn, SVn, and SWn for the U, V, and W phases.
- First ends of U, V, and W-phase windings 52U, 52V, and 52W are connected to the connection points between the upper-arm switches SUp, SVp, and SWp and the lower-arm switches SUn, SVn, and SWn for each phase.
- Second ends of U, V, and W-phase windings 52U, 52V, and 52W are connected at the neutral point. That is, in this embodiment, the stator winding 52 is star-connected. However, the stator winding 52 may also be delta-connected.
- each switch SUp to SWn is, for example, an IGBT.
- a freewheel diode is connected in anti-parallel to each switch SUp to SWn.
- the positive terminal of DC power supply 10 is connected to the collector of each phase's upper arm switches SUp, SVp, SWp.
- the negative terminal of DC power supply 10 is connected to the emitter of each phase's lower arm switches SUn, SVn, SWn.
- a smoothing capacitor 11 is connected in parallel to DC power supply 10.
- the stator 50 and rotor 60 are both arranged coaxially with the rotating shaft 32.
- the direction in which the rotating shaft 32 extends is referred to as the axial direction
- the direction extending radially from the center of the rotating shaft 32 is referred to as the radial direction
- the direction extending circumferentially around the rotating shaft 32 is referred to as the circumferential direction.
- the stator core 51 is made of laminated steel plates made of a soft magnetic material, and has an annular back yoke 51a and multiple teeth 51b that protrude radially inward from the back yoke 51a. Multiple slots 54 are formed circumferentially between adjacent teeth 51b.
- the stator winding 52 is formed by accommodating the phase windings of each phase in a predetermined order in each of these slots 54.
- the stator 50 may employ a segment coil structure using multiple conductor segments.
- the structure of the stator winding 52 is arbitrary.
- the rotor core 61 is made of a soft magnetic material, for example, laminated steel plates.
- the rotor core 61 has a cylindrical portion 61a and multiple main pole portions 62 that protrude radially outward from the cylindrical portion 61a.
- a field winding 70 is wound around the main pole portions 62 using concentrated winding.
- eight main pole portions 62 are provided at equal intervals around the circumference.
- the field winding 70 includes a first winding portion 71 and a second winding portion 72.
- the first winding portion 71 is wound radially outward around each main pole portion 62
- the second winding portion 72 is wound radially inward relative to the first winding portion 71.
- the winding directions of the first winding portion 71 and the second winding portion 72 are the same for each main pole portion 62.
- the winding direction of the winding portions 71, 72 wound around one is opposite to the winding direction of the winding portions 71, 72 wound around the other. Therefore, the magnetization directions of circumferentially adjacent main pole portions 62 are opposite to each other.
- the main pole portions 62 in the rotor core 61 and the field winding 70 wound around each main pole portion 62 form multiple magnetic poles (field poles) lined up in the circumferential direction.
- Figure 4 is a diagram showing an electrical circuit including the first and second winding portions 71 and 72 in the rotor 60.
- the first winding portion 71 and the second winding portion 72 are connected in series by connecting the second end 71b of the first winding portion 71 to the first end 72a of the second winding portion 72.
- a diode 91 and a capacitor 92 are connected to the second end 71b of the first winding portion 71 in parallel with the second winding portion 72.
- a diode 93 and a capacitor 94 are connected in series to the series connection of the first winding portion 71 and the second winding portion 72.
- the diode 91 and the capacitor 92 connected in parallel with the second winding portion 72 are also referred to as the parallel diode 91 and the parallel capacitor 92, respectively.
- the diode 93 and the capacitor 94 connected in series with the series connection of the first winding portion 71 and the second winding portion 72 are also referred to as the series diode 93 and the series capacitor 94, respectively.
- Capacitors 92 and 94 are, for example, ceramic capacitors or film capacitors.
- the parallel diode 91 has its cathode connected to the first end 72a of the second winding portion 72, and its anode connected to the second end 72b of the second winding portion 72.
- the series diode 93 has its cathode connected to the first end 71a of the first winding portion 71, and its anode connected to the second end 72b of the second winding portion 72.
- the field current flowing through each winding portion 71, 72 is rectified.
- the number of turns of the second winding portion 72 is greater than the number of turns of the first winding portion 71.
- the control device 30 is an electronic control unit (ECU) primarily composed of a microcomputer 31.
- the microcomputer 31 is equipped with a CPU (Central Processing Unit).
- the functions provided by the microcomputer 31 can be provided by software recorded in a physical memory device and a computer that executes the software, by software alone, by hardware alone, or a combination of these.
- the microcomputer 31 is provided by a hardware electronic circuit, it can be provided by a digital circuit including multiple logic circuits, or by an analog circuit.
- the microcomputer 31 executes a program stored on a non-transitory tangible storage medium that serves as its own storage unit.
- the program includes a program for controlling the rotating electric machine 40.
- the storage unit is, for example, a non-volatile memory.
- the program stored in the storage unit can be updated via a communication network such as the Internet, for example, via OTA (Over the Air).
- Control device 30 generates drive signals that turn on and off each of the switches SUp-SWn that make up inverter 20. Specifically, control device 30 converts the DC power output from DC power supply 10 into AC power and supplies it to U-, V-, and W-phase windings 52U, 52V, and 52W. It generates drive signals that turn on and off each of the switches SUp-SWn, and outputs the generated drive signals to the gates of each of the switches SUp-SWn. As a result, the upper and lower arm switches in each phase are alternately turned on with dead time in between.
- bus bars 134 are embedded in the main body 131 to electrically connect the coil modules 111, 112 for each magnetic pole.
- each bus bar 134 is arranged to extend circumferentially around the central hole 132, with both longitudinal ends forming arm portions 134a that extend radially.
- the arm portions 134a protrude radially outward from the outer peripheral surface of the main body 131, with their tips bent axially.
- Bus bar 145_1 is connected to diode 93 and capacitor 94, and in terms of the electrical circuit of FIG. 4, is the bus bar connected to the first end 71a of the first winding portion 71.
- Bus bar 145_2 is connected to diode 91 and capacitor 92, and in terms of the electrical circuit of FIG. 4, is the bus bar connected to the second end 71b of the first winding portion 71 and the first end 72a of the second winding portion 72.
- Bus bar 145_3 is connected to diodes 91, 93 and capacitors 92, 94, and in terms of the electrical circuit of FIG. 4, is the bus bar connected to the second end 72b of the second winding portion 72.
- the heat sink 151 is fixed to one of the axially opposite sides of the component holder 141 opposite the rotor core 61 (the right side in the figure). By fixing the heat sink 151 to the component holder 141, the entire end face of the component holder 141 opposite the rotor core is covered by the heat sink 151.
- the heat sink 151 is made of aluminum, for example. However, the heat sink 151 may be made of other materials that have excellent heat dissipation properties, such as aluminum alloy or copper.
- a central hole 152 is provided in the center of the heat sink 151.
- a cylindrical member 143 integrated with the component holder 141 is assembled into the central hole 152.
- heat sink 151 By fixing the heat sink 151 to the axial end face of the component holder 141, heat generated in the diodes 91, 93 and capacitors 92, 94 when current is applied to the component holder 141 is released via the heat sink 151.
- Figure 15 is a perspective view showing the configuration of the axial end of the rotor main section 101.
- Figure 16 is a perspective view showing the busbar module 105 assembled to one axial side of the rotor main section 101
- Figure 17 is a perspective view showing the component holder 141 of the circuit module 106 assembled to one axial side of the rotor main section 101.
- Figure 16 is a perspective view showing the busbar module 105 assembled to the configuration shown in Figure 15
- Figure 17 is a perspective view showing the component holder 141 of the circuit module 106 assembled to the configuration shown in Figure 16.
- winding units 110 are arranged circumferentially in the rotor main section 101, and in each winding unit 110, two conductor ends 125 are drawn out from the first coil module 111 and two conductor ends 126 are drawn out from the second coil module 112. Each conductor end 125, 126 is drawn out so that its tip end meets at a position toward the radial center on the axial outside of the field winding 70.
- the arm portions 134a of the busbar 134 extending from the outer peripheral surface of the main body portion 131 in the busbar module 105 are joined to the conductor ends 125, 126 of the field winding 70, respectively.
- the busbar module 105 is positioned at one axial end of the rotor main portion 101, with the tips of the conductor ends 125, 126 and the arm portion 134a closely facing each other. In this state, the tips of the conductor ends 125, 126 and the arm portion 134a are joined to each other by welding or the like.
- Figure 18 is a plan view of the busbar module 105 and component holder 141 stacked together, viewed from the busbar module 105 side.
- the component holder 141 has a larger radial dimension than the busbar module 105 and has a portion that is radially outward from the busbar module 105.
- the arm portions 134a of the busbar 134 protrude radially outward from the outer periphery of the busbar module 105, and the tips of the conductor ends 125, 126 and the arm portions 134a are joined together at a position radially outward from the main body portion 131 and axially facing the axial end face of the component holder 141 (see Figure 16).
- the component holder 141 has multiple through holes 153 located radially outward of the busbar module 105. This allows the through holes 153 to communicate on both axial sides even when the busbar module 105 and component holder 141 are stacked.
- Figure 19 is an enlarged perspective view of the area where the wiring connection is made in the part holder 141.
- Figure 20 is a longitudinal cross-sectional view showing the cross-sectional structure of the wiring connection portion in the part holder 141, taken along line 20-20 in Figure 19. Note that here, of the two axial sides of the part holder 141, the side opposite the rotor core (upper side in Figure 20) is referred to as the first surface F1, and the side facing the rotor core (lower side in Figure 20) is referred to as the second surface F2.
- the part holder 141 has a recess 161 on its first surface F1, which is the side opposite the rotor core, and the tip portion of the arm portion 134a of the bus bar 145 extends into this recess 161.
- the part holder 141 also has a through hole 162 that extends axially from the bottom of the recess 161 and opens the recess 161 to the second surface F2 of the part holder 141.
- Another bus bar 147 which is the connection partner for the bus bar 145, is inserted into the through hole 162, and the arm portion 147a of the bus bar 147 extends into the recess 161.
- the bus bar 147 is a relay bus bar with one end connected to the wire ends 125, 126 of the field winding 70. Instead of the bus bar 147, it is also possible to use either the wire ends 125, 126 of the field winding 70 as the connection partner for the bus bar 145.
- each bus bar 145, 147 are joined together, thereby electrically connecting the bus bars 145, 147 to each other.
- the arm portions 145a, 147a extend axially from the component holder 141 on the first surface F1 side, and are joined to each other within the recess 161 by welding or the like.
- the arm portions 145a, 147a correspond to the "wiring ends.”
- Each arm portion 145a, 147a is arranged so that it does not protrude outside the recess 161, i.e., so that it does not extend axially outward beyond the first surface F1 of the component holder 141. This prevents interference between each arm portion 145a, 147a and the heat sink 151 when the heat sink 151 is placed over the component holder 141.
- a support member 163 formed by filling with a filler is housed within the recess 161.
- the support member 163 is made of, for example, a resin material.
- the support member 163 is provided within the recess 161 in a state where it surrounds the joint between the arm portions 145a, 147a. In this case, if the arm portions 145a, 147a extend axially from the part holder 141, centrifugal force and the like acts on the arm portions 145a, 147a when the rotor 60 rotates, raising concerns about peeling of the joint.
- problems such as peeling of the joint due to centrifugal force and the like are suppressed.
- the axial end face (the end face on the first surface F1 side) of the support member 163 should be in contact with the heat sink 151.
- the arm portions 145a, 147a and the heat sink 151 should be insulated from each other.
- Figure 19 shows the recess 161 in a state where it has not yet been filled with resin; once the recess 161 is filled with resin, each arm portion 145a, 147a will be surrounded by the support member 163.
- the arm portions 145a, 147a are pulled out into the recess 161 of the part holder 141, and welding or other operations are performed using the space within the recess 161 to join the arm portions 145a, 147a to each other.
- a filler material is then filled into the recess 161, and as the filler material solidifies, a support member 163 is formed within the recess 161.
- the recess 161 of the part holder 141 serves as the joining space for each bus bar, ensuring the space required for the joining operation while ensuring that the arm portions 145a, 147a do not protrude beyond the first surface F1 side (the side opposite the rotor core) of the part holder 141.
- the simple operation of filling the recess 161 with resin provides optimal support for the bus bar joints.
- the jumper wires of the field winding 70 are made up of the conductor ends 125, 126 of each coil module 111, 112 and the bus bar 134 of the bus bar module 105, and the configuration of the jumper wires is shown in Figure 21.
- Figure 21 only shows the jumper wire of the first winding section 71 (first coil module 111).
- two conductor end portions 125 are drawn out from each of the radially outer first coil modules 111 in each of the circumferentially arranged winding units 110, and the conductor end portions 125 extend from the radially outer positions toward the radially inner side.
- the conductor end portions 125 extend in a direction that intersects the axial direction (i.e., radially) on the axially outer side of the field winding 70.
- a bus bar 134 is connected to the tip of each conductor end portion 125, so that the first coil modules 111 of each pole are connected in series.
- the conductor end portions 125 and the bus bar 134 form a crossover wire W that connects the first coil modules 111 of each pole.
Landscapes
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- Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
Abstract
ロータ(60)は、ロータコア(61)と界磁巻線(70)と回路モジュール(106)とを備える。回路モジュールは、電気部品を保持する部品ホルダ(141)を有する。部品ホルダにおいて軸方向両側の第1面側及び第2面側のうちロータコアとは反対側である第1面側では、界磁巻線及び電気部品から延びる配線部の端部である配線端部が部品ホルダから軸方向に延出されるとともに、配線端部どうしが互いに接合されている。部品ホルダの第1面側には、配線端部どうしの接合部を囲んだ状態でサポート部材(163,181)が設けられている。
Description
本出願は、2024年2月6日に出願された日本出願番号2024-016657号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
この明細書における開示は、巻線界磁型回転電機に用いられる巻線界磁ロータに関する。
巻線界磁型回転電機において、ロータは、周方向に並ぶ複数の主極部(磁気突極部)を有するロータコアと、主極部に巻回された界磁巻線と、を有する。特許文献1に記載の回転電機では、ロータの軸方向端部に、電気部品としてコンデンサやダイオードを具備する回路モジュールが設けられている。回路モジュールは電気部品を保持する部品ホルダを備えており、界磁巻線や電気部品から延びる配線部の一部が部品ホルダにて保持されるとともに、配線部の端部どうしが互いに接合される構成となっている。より具体的には、配線部は、部品ホルダにおいて先端部が軸方向に延びる状態で保持され、配線部の先端部どうしが溶接等により接合される構成となっている。
上記従来の構成では、部品ホルダから配線部が軸方向に突出した状態となり、軸方向に突出した配線部の先端部どうしが互いに接合されている。そのため、ロータ回転時の遠心力や回転変動に起因して、配線部の先端部における接合部において剥がれ等の懸念が生じる。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、巻線界磁ロータにおいて配線部の接合部を適正な状態で維持することを目的とする。
本開示は、
磁極ごとに設けられた複数の主極部を有するロータコアと、
導線材が前記主極部に巻回されてなる界磁巻線と、
前記ロータコアの軸方向一端側に配置され、前記界磁巻線に接続された電気部品を有する回路モジュールと、
を備える巻線界磁ロータであって、
前記回路モジュールは、前記電気部品を保持する部品ホルダを有し、
前記部品ホルダにおいて軸方向両側の第1面側及び第2面側のうち前記ロータコアとは反対側である前記第1面側では、前記界磁巻線及び前記電気部品から延びる配線部の端部である配線端部が前記部品ホルダから軸方向に延出されるとともに、前記配線端部どうしが互いに接合されており、
前記部品ホルダの前記第1面側には、前記配線端部どうしの接合部を囲んだ状態でサポート部材が設けられている。
磁極ごとに設けられた複数の主極部を有するロータコアと、
導線材が前記主極部に巻回されてなる界磁巻線と、
前記ロータコアの軸方向一端側に配置され、前記界磁巻線に接続された電気部品を有する回路モジュールと、
を備える巻線界磁ロータであって、
前記回路モジュールは、前記電気部品を保持する部品ホルダを有し、
前記部品ホルダにおいて軸方向両側の第1面側及び第2面側のうち前記ロータコアとは反対側である前記第1面側では、前記界磁巻線及び前記電気部品から延びる配線部の端部である配線端部が前記部品ホルダから軸方向に延出されるとともに、前記配線端部どうしが互いに接合されており、
前記部品ホルダの前記第1面側には、前記配線端部どうしの接合部を囲んだ状態でサポート部材が設けられている。
上記構成の巻線界磁ロータでは、部品ホルダにおいて、軸方向両側の第1面側及び第2面側のうち反ロータコア側である第1面側に、界磁巻線及び電気部品から延びる配線部の端部である配線端部が延出されている。この構成では、配線端部どうしを接合する作業を好適に行わせることができる。ただし、部品ホルダの反ロータコア側である第1面側に配線端部が延出する構成では、ロータ回転時の遠心力や回転変動に起因して、配線端部の延出部分において接合部の剥がれ等の懸念が生じる。
この点、上記構成では、部品ホルダの第1面側に、配線端部どうしの接合部を囲んだ状態でサポート部材が設けられていることにより、ロータの回転時に遠心力や回転変動が生じても、配線端部の延出部分の変位や変形が抑制される。これにより、配線端部の延出部分において接合部の剥がれ等の不都合の発生が抑制される。その結果、巻線界磁ロータにおいて配線部の接合部を適正な状態で維持することができる。
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、回転電機の制御システムの全体構成図であり、
図2は、インバータ及びその周辺構成を示す図であり、
図3は、ロータ及びステータの横断面図であり、
図4は、ロータが備える電気回路を示す図であり、
図5は、ロータの全体の構成を示す斜視図であり、
図6は、ロータにおいて被覆部とコイルエンドカバーを取り外した状態を示す斜視図であり、
図7は、ロータの分解斜視図であり、
図8は、ロータの縦断面図であり、
図9は、ロータ主部において巻線ユニットを分解して示す斜視図であり、
図10は、ロータ主部の一部の断面構造を示す横断面図であり、
図11は、バスバモジュールの斜視図であり、
図12は、バスバモジュールの内部の構成を示す図であり、
図13は、回路モジュールの分解斜視図であり、
図14は、部品ホルダの内部の構成を示す図であり、
図15は、ロータ主部において軸方向端部の構成を示す斜視図であり、
図16は、ロータ主部にバスバモジュールが組み付けられた状態を示す斜視図であり、
図17は、ロータ主部に部品ホルダが組み付けられた状態を示す斜視図であり、
図18は、バスバモジュールと部品ホルダとを重ねた状態でこれらをバスバモジュール側から見た平面図であり、
図19は、部品ホルダにおいて配線接続が行われる部位を拡大して示す斜視図であり、
図20は、部品ホルダにおける配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、
図21は、界磁巻線の渡り線の構成を説明するための図であり、
図22は、周方向に並ぶ各第1コイルモジュールの結線状態を模式的に示す図であり、
図23は、バスバモジュールと部品ホルダとを第2面側から見た平面図であり、
図24は、バスバモジュールと部品ホルダとを第2面側から見た斜視図であり、
図25は、界磁巻線のコイルエンド付近の構成を示す縦断面図であり、
図26は、部品ホルダにおいて配線接続が行われる部位を拡大して示す斜視図であり、
図27は、部品ホルダにおける配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、
図28は、部品ホルダにおける配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、
図29は、部品ホルダにおける配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、
図30は、部品ホルダにおける配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、
図31は、部品ホルダにおける配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、
図32は、部品ホルダにおける配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、
図33は、各極の第1コイルモジュールを導線材により連続的に巻回した場合の構成を示す概略図であり、
図34は、別例において渡り線の保持構造を説明するための図である。
以下、本開示に係る巻線界磁型回転電機を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。回転電機は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両において走行動力源として用いられる。
まず、図1を用いて、回転電機を備える制御システムについて説明する。制御システムは、直流電源10、インバータ20、制御装置30及び回転電機40を備えている。回転電機40は、自励式巻線界磁型の同期機である。例えば、回転電機40、インバータ20及び制御装置30は機電一体型駆動装置として構成されていてもよいし、回転電機40、インバータ20及び制御装置30それぞれが各コンポーネントで構成されていてもよい。
回転電機40は、ハウジング41と、ハウジング41内に収容されるステータ50及びロータ60とを備えている。本実施形態の回転電機40は、ロータ60がステータ50の径方向内側に配置されたインナロータ型の回転電機である。
ステータ50は、ステータコア51と、ステータ巻線52とを備えている。ステータ巻線52は、例えば銅線で構成されており、電気角で互いに120°ずれた状態で配置されたU,V,W相巻線52U,52V,52Wを含む。
ロータ60は、ロータコア61と、界磁巻線70とを備えている。界磁巻線70は、導線材として、例えば比重が小さくかつ成形容易なアルミ線を用いて構成されているとよい。なお、界磁巻線70の導線材は、アルミ線に限らず、例えば銅線又はCNT(カーボンナノチューブ)等であってもよい。ロータコア61の中心孔には、回転軸32が組み付けられている。回転軸32は、軸受42,43によりハウジング41に回転可能に支持されている。
図2に示すように、インバータ20は、U,V,W相の上アームスイッチSUp,SVp,SWpと、U,V,W相の下アームスイッチSUn,SVn,SWnとの直列接続体を備えている。各相において上アームスイッチSUp,SVp,SWpと下アームスイッチSUn,SVn,SWnとの接続点には、U,V,W相巻線52U,52V,52Wの第1端が接続されている。U,V,W相巻線52U,52V,52Wの第2端は、中性点で接続されている。すなわち、本実施形態において、ステータ巻線52は星形結線されている。ただし、ステータ巻線52はΔ結線されていてもよい。本実施形態において、各スイッチSUp~SWnは、例えばIGBTである。各スイッチSUp~SWnには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。
各相の上アームスイッチSUp,SVp,SWpのコレクタには、直流電源10の正極端子が接続されている。各相の下アームスイッチSUn,SVn,SWnのエミッタには、直流電源10の負極端子が接続されている。直流電源10には、平滑コンデンサ11が並列接続されている。
続いて、図3を用いて、ステータ50及びロータ60について説明する。
ステータ50及びロータ60は、いずれも回転軸32と共に同軸上に配置されている。以下の記載では、回転軸32が延びる方向を軸方向とし、回転軸32の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸32を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。
ステータコア51は、軟磁性体からなる積層鋼板により構成されており、円環状のバックヨーク51aと、バックヨーク51aから径方向内側に向かって突出する複数のティース51bとを有している。隣り合うティース51bの間に、周方向並ぶ複数のスロット54が形成されている。これら各スロット54に各相の相巻線が所定順序で収容されることにより、ステータ巻線52が構成されている。例えば、ステータ50において、複数の導体セグメントを用いたセグメントコイル構造が採用されているとよい。ただし、ステータ巻線52の構造は任意である。
ロータコア61は、軟磁性体からなり、例えば積層鋼板により構成されている。ロータコア61は、円筒状の円筒部61aと、円筒部61aから径方向外側に向かって突出する複数の主極部62とを有している。主極部62には集中巻により界磁巻線70が巻回されている。本実施形態において、主極部62は、周方向に等間隔で8個設けられている。
界磁巻線70は、第1巻線部71及び第2巻線部72を備えている。各主極部62には、径方向外側に第1巻線部71が巻回され、第1巻線部71よりも径方向内側に第2巻線部72が巻回されている。各主極部62において、第1巻線部71及び第2巻線部72の巻方向は互いに同じになっている。また、周方向に隣り合う主極部62のうち、一方に巻回された各巻線部71,72の巻方向と、他方に巻回された各巻線部71,72の巻方向とは逆になっている。このため、周方向に隣り合う主極部62どうしで互いに磁化方向が逆になる。ロータ60では、ロータコア61における各主極部62と、その各主極部62に巻装された界磁巻線70とにより、周方向に並ぶ複数の磁極(界磁極)が形成されている。
図4は、ロータ60において第1,第2巻線部71,72を含む電気回路を示す図である。第1巻線部71及び第2巻線部72は、第1巻線部71の第2端71bと第2巻線部72の第1端72aとが互いに接続されることで直列に接続されている。第1巻線部71の第2端71bには、第2巻線部72に並列にダイオード91とコンデンサ92とがそれぞれ接続されている。また、第1巻線部71及び第2巻線部72の直列接続体には、ダイオード93とコンデンサ94とがそれぞれ直列に接続されている。なお、以下の説明では、第2巻線部72に並列接続されているダイオード91、コンデンサ92をそれぞれ並列ダイオード91、並列コンデンサ92とも称する。また、第1巻線部71及び第2巻線部72の直列接続体に直列接続されているダイオード93、コンデンサ94をそれぞれ直列ダイオード93、直列コンデンサ94とも称する。コンデンサ92,94は、例えばセラミックコンデンサ又はフィルムコンデンサである。
並列ダイオード91は、カソードが第2巻線部72の第1端72aに接続され、アノードが第2巻線部72の第2端72bに接続されている。これにより、第2巻線部72及び並列ダイオード91を含む閉回路では、並列ダイオード91のアノード側からカソード側へと向かう一方向に電流が流れる。また、直列ダイオード93は、カソードが第1巻線部71の第1端71aに接続され、アノードが第2巻線部72の第2端72bに接続されている。これにより、各巻線部71,72に流れる界磁電流が整流される。本実施形態では、第2巻線部72の巻き数が第1巻線部71の巻き数よりも多くなっている。
図2の説明に戻り、制御装置30は、マイコン31を主体として構成される電子制御装置(Electronic Control Unit)である。マイコン31は、CPU(Central Processing Unit)を備えている。マイコン31が提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコン31がハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコン31は、自身が備える記憶部としての非遷移的実体的記録媒体(non-transitory tangible storage medium)に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、回転電機40の制御処理のプログラムが含まれる。プログラムを構成するインストラクションのセットが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。記憶部は、例えば不揮発性メモリである。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えばOTA(Over The Air)等、インターネット等の通信ネットワークを介して更新可能である。
制御装置30は、インバータ20を構成する各スイッチSUp~SWnをオンオフする駆動信号を生成する。詳しくは、制御装置30は、直流電源10から出力された直流電力を交流電力に変換してU,V,W相巻線52U,52V,52Wに供給すべく、各スイッチSUp~SWnをオンオフする駆動信号を生成し、生成した駆動信号を各スイッチSUp~SWnのゲートに出力する。これにより、各相において、上アームスイッチ及び下アームスイッチが、デッドタイムを挟みつつ交互にオンされる。
制御装置30は、各相巻線52U,52V,52Wに基本波電流と、基本波電流の周波数よりも高い高周波電流(具体的には、高周波励磁電流)との合成電流を流すように各スイッチSUp~SWnをオンオフする。基本波電流は、回転電機40にトルクを発生させることを主とする電流である。高周波電流は、界磁巻線70を構成する第1,第2巻線部71,72を励磁して界磁巻線70に界磁電流を誘起させることを主とする電流である。各相巻線52U,52V,52Wに流れる相電流は、電気角で120°ずつずれている。
なお、ステータ巻線52に流す高周波電流としては、変動周波数が基本波電流の周波数のN倍(Nは2以上の整数)である高調波電流であってもよいし、変動周波数が基本波電流の周波数のN倍から外れた電流であってもよい。
ステータ巻線52に高周波電流が流れると、第1,第2巻線部71,72に電圧が誘起され、界磁電流が流れる。第1,第2巻線部71,72の誘起電圧は、例えば位相が同じである。第1,第2巻線部71,72に流れる電流IL1,IL2は、高周波電流の周波数成分を含む。
図4に示す電気回路において、ステータ巻線52の通電に伴い第1,第2巻線部71,72が励磁される際、第1巻線部71から第2巻線部72へ電流が流れる。また、第2巻線部72の両端の電圧が並列ダイオード91の順方向電圧を超える場合に、第2巻線部72及び並列ダイオード91を含む閉回路において、第1巻線部71に流れる電流IL1よりも大きい電流IL2が第2巻線部72に流れる。第2巻線部72及び並列ダイオード91を含む閉回路に電流が流れることで、界磁電流の直流成分を増加させることができる。これにより、ロータ60の磁束の直流成分を増加させ、回転電機40のトルクを増加させることができる。
また、第2巻線部72及び並列ダイオード91を含む閉回路に電流が流れる際には、その電流の一部が第1巻線部71に流れる。この場合、第1巻線部71に流れる電流IL1の向きと第2巻線部72に流れる電流IL2の向きとが互いに逆になる。これにより、各電流IL1,IL2の合計値である界磁電流の脈動が低減され、ひいては回転電機40のトルク脈動が低減される。
次に、ロータ60の構成をより詳細に説明する。図5は、ロータ60の全体の構成を示す斜視図であり、図6は、ロータ60においてロータ主部101を覆う外周被覆部102とコイルエンドカバー103,104とを取り外した状態を示す斜視図である。また、図7は、ロータ60の分解斜視図であり、図8は、ロータ60の縦断面図である。
ロータ60は大別して、ロータ主部101と、ロータ主部101の外周を囲むように設けられた円筒状の外周被覆部102と、ロータ主部101の軸方向一端側及び他端側に取り付けられたコイルエンドカバー103,104と、ロータ主部101の軸方向両側のうち一端側に設けられたバスバモジュール105及び回路モジュール106とを有している。ロータ主部101は、ロータコア61と界磁巻線70とを備えており、ロータコア61の中心孔には回転軸32が組み付けられている。界磁巻線70は、周方向に並べて配置された複数の巻線ユニット110よりなる。
バスバモジュール105及び回路モジュール106は、各々の中空部に回転軸32が挿通された状態で回転軸32に固定されている。これにより、バスバモジュール105及び回路モジュール106は、界磁巻線70のコイルエンド部に軸方向に対向する位置に設けられている。外周被覆部102は、例えば紐状体であるヤーンを用い、ヤーンを、ロータコア61に組み付けられた複数の巻線ユニット110の外周側に多重に巻回することで構成されている。
図9は、ロータ主部101において巻線ユニット110を分解して示す斜視図であり、図10は、ロータ主部101の一部について断面構造を示す横断面図である。
ロータ主部101は、ロータ60の磁極ごとに設けられた複数の巻線ユニット110を有している。各巻線ユニット110は、軸方向を長手方向とする環状に形成され、その中空部分にロータコア61の主極部62が挿通された状態でロータコア61に組み付けられている。本実施形態では、巻線ユニット110により「極コイル」が構成されている。
巻線ユニット110は、主極部62への装着状態で径方向外側となる第1コイルモジュール111と、径方向内側となる第2コイルモジュール112とを有している。第1コイルモジュール111は、第1巻線部71に相当するコイルモジュールであり、第2コイルモジュール112は、第2巻線部72に相当するコイルモジュールである。
第1コイルモジュール111は、平角線からなる導線材が周方向及び径方向に多重に巻回されてなる環状のコイル体121と、そのコイル体121に一体に設けられた薄板状の絶縁体122とを有している。絶縁体122は、周方向に延びかつコイル体121の径方向外側及び内側の外周部を覆う部分と、径方向に延びかつコイル体121の中空部を覆う部分とを有している。つまり、コイル体121において径方向外側の外周部と径方向内側の内周部と中空部とは、絶縁体122により絶縁被覆されている。
第2コイルモジュール112は、平角線からなる導線材が周方向及び径方向に多重に巻回されてなる環状のコイル体123と、そのコイル体123に一体に設けられた薄板状の絶縁体124とを有している。絶縁体124は、周方向に延びかつコイル体123の径方向外側及び内側の外周部を覆う部分と、径方向に延びかつコイル体123の中空部を覆う部分とを有している。つまり、コイル体123において径方向外側の外周部と径方向内側の内周部と中空部とは、絶縁体124により絶縁被覆されている。
第1コイルモジュール111のコイル体121は、例えば導線材をα巻きにより巻回したα巻きコイルである。また、第2コイルモジュール112のコイル体123は、導線材を所定の周回方向に連続的に巻回した連続巻きコイルである。第1コイルモジュール111では軸方向に2本の導線端部125が引き出されており、第2コイルモジュール112では軸方向に2本の導線端部126が引き出されている。そして、周方向に並ぶ各巻線ユニット110において、各導線端部125,126が互いに接続されることで、各主極部62に設けられた複数の第1コイルモジュール111が直列接続されるとともに、各主極部62に設けられた複数の第2コイルモジュール112が直列接続されるようになっている。なお、各コイルモジュール111,112では、主極部62に導線材が巻回された部位が「巻回部」であり、その巻回部から延びる導線材の端部が「導線端部125,126」である。
コイル体121,123に用いられる導線材は、例えば横断面形状が略矩形状(具体的には略長方形状)をなす平角線である。平角線は、アルミ等からなる導体部と、導体部を覆う絶縁層とからなる。ただし、導線材として断面が円形状をなす丸線を用いることも可能である。なお、各コイルモジュール111,112においてコイル構造は任意であり、例えばコイル体121,123をいずれも連続巻きコイルとすることも可能である。
図10に示すように、第1コイルモジュール111では、導線材が径方向に2層に巻装され、第2コイルモジュール112では、導線材が径方向に12層に巻装されている。各コイルモジュール111,112の層数は任意であるが、第2コイルモジュール112の層数が第1コイルモジュール111の層数よりも多いとよい。各コイルモジュール111,112では、周方向の巻き線数(換言すれば周方向の導線材の並び数)が相違しており、径方向外側では径方向内側に比べて巻き線数が多くなっている。これにより、界磁巻線70における占積率の向上が図られている。
続いて、バスバモジュール105及び回路モジュール106について説明する。図11は、バスバモジュール105の斜視図であり、図12は、バスバモジュール105の内部の構成を示す図である。また、図13は、回路モジュール106を部品ホルダ141と放熱板151とに分解して示す斜視図であり、図14は、部品ホルダ141の内部の構成を示す図である。
図11及び図12に示すように、バスバモジュール105は、樹脂成形体よりなる本体部131を有しており、その中心部には中心孔132が設けられている。中心孔132には、例えば金属等よりなる高剛性の円筒部材133が組み付けられている。バスバモジュール105は、円筒部材133の内周側に回転軸32が挿通された状態で、回転軸32に対して組み付けられるようになっている。
本体部131には、磁極ごとの各コイルモジュール111,112を電気的に接続するための複数のバスバ134が埋め込まれている。本体部131において、各バスバ134は、中心孔132の周りに周方向に延びるように配置されており、それぞれ長手方向両端が、径方向に延びるアーム部134aとなっている。アーム部134aは、本体部131の外周面から径方向外側に向けて突出し、その先端部分が軸方向に屈曲されている。
バスバモジュール105のバスバ134には、
・8磁極分の第1コイルモジュール111を直列に接続する7つのバスバ134と、
・8磁極分の第2コイルモジュール112を直列に接続する7つのバスバ134と、
が含まれている。これら各バスバ134のアーム部134aは、1つずつ各コイルモジュール111,112の導線端部に接続されるようになっている。その他、バスバ134には、8磁極分の第1コイルモジュール111の直列接続体の両端となるバスバ134や、8磁極分の第2コイルモジュール112の直列接続体の両端となるバスバ134が含まれている。
・8磁極分の第1コイルモジュール111を直列に接続する7つのバスバ134と、
・8磁極分の第2コイルモジュール112を直列に接続する7つのバスバ134と、
が含まれている。これら各バスバ134のアーム部134aは、1つずつ各コイルモジュール111,112の導線端部に接続されるようになっている。その他、バスバ134には、8磁極分の第1コイルモジュール111の直列接続体の両端となるバスバ134や、8磁極分の第2コイルモジュール112の直列接続体の両端となるバスバ134が含まれている。
また、図13及び図14に示すように、回路モジュール106は、電気部品が収容されている部品ホルダ141と、部品ホルダ141に重ね合われる放熱板151とを有している。部品ホルダ141及び放熱板151はいずれも円盤状をなしており、外径寸法が互いに同一となっている。部品ホルダ141及び放熱板151は、軸方向端面どうしが互いに接合された状態で一体化されるようになっている(図7参照)。
部品ホルダ141は、樹脂成形体よりなり、その中心部には中心孔142が設けられている。中心孔142には、例えば金属等よりなる高剛性の円筒部材143が組み付けられている。部品ホルダ141は、円筒部材143の内周側に回転軸32が挿通された状態で、回転軸32に対して組み付けられるようになっている。
部品ホルダ141は、図4で説明した電気回路を構成する電気部品を有するとともに、これら各電気部品に対して電気的に接続された複数のバスバ145を有している。これら各電気部品やバスバ145は、部品ホルダ141において樹脂内に埋め込まれた状態で設けられている。
部品ホルダ141には、中心孔142を囲むようにして、電気部品としてダイオード91,93やコンデンサ92,94が保持されている。また、これらの各電気部品にはバスバ145が接続されている。本実施形態では、バスバ145として、3本のバスバ145_1,145_2,145_3が用いられる構成としている。部品ホルダ141において、各電気部品の周囲はシール材によりシールされているとよい。
バスバ145_1は、ダイオード93及びコンデンサ94に接続されており、図4の電気回路で言えば、第1巻線部71の第1端71aに接続されるバスバである。バスバ145_2は、ダイオード91及びコンデンサ92に接続されており、図4の電気回路で言えば、第1巻線部71の第2端71bと第2巻線部72の第1端72aとに接続されるバスバである。バスバ145_3は、ダイオード91,93及びコンデンサ92,94に接続されており、図4の電気回路で言えば、第2巻線部72の第2端72bに接続されるバスバである。
部品ホルダ141において、各バスバ145は、中心孔142の周りに周方向に延びるように配置されており、それぞれ径方向に延びるアーム部145aを有している。アーム部145aは径方向に延び、その先端部分が軸方向に屈曲されている。アーム部145aの先端部分は、ホルダ外部に露出しており、第1巻線部71や第2巻線部72との接続が行われる接続端部となっている。
図13に示すように、放熱板151は、部品ホルダ141の軸方向両面のうちロータコア61の反対側(図の右側)に固定される。部品ホルダ141に放熱板151が固定されることにより、部品ホルダ141の反ロータコア側端面の全面が放熱板151により覆われるようになっている。放熱板151は、例えばアルミニウムよりなる。ただし、放熱板151は、放熱性に優れた材料であれば他の材料により構成されていてもよく、例えばアルミ合金や銅により構成されていてもよい。放熱板151の中心部には中心孔152が設けられている。中心孔152には、部品ホルダ141に一体化された円筒部材143が組み付けられる。
部品ホルダ141の軸方向端面に放熱板151が固定されることにより、部品ホルダ141において、通電に伴いダイオード91,93やコンデンサ92,94で生じた熱が放熱板151を介して放出される。
部品ホルダ141には、板厚方向に貫通する複数の貫通孔146が設けられている。また、放熱板151には、板厚方向に貫通する複数の貫通孔153が設けられている。これら各貫通孔146,153は、軸方向に互いに連通する位置に設けられている。
ここで、図15~図17を用いて、界磁巻線70のコイルエンドにおける配線構造を説明する。図15は、ロータ主部101において軸方向端部の構成を示す斜視図である。図16は、ロータ主部101の軸方向一方の側にバスバモジュール105が組み付けられた状態を示す斜視図であり、図17は、ロータ主部101の軸方向一方の側に回路モジュール106の部品ホルダ141が組み付けられた状態を示す斜視図である。言い換えれば、図16は、図15に示す構成に対してバスバモジュール105が組み付けられた状態を示す斜視図であり、図17は、図16に示す構成に対して回路モジュール106の部品ホルダ141が組み付けられた状態を示す斜視図である。
図15では、ロータ主部101において周方向に並べて8つの巻線ユニット110が設けられており、各巻線ユニット110では、第1コイルモジュール111から2本の導線端部125が引き出されるとともに、第2コイルモジュール112から2本の導線端部126が引き出されている。各導線端部125,126は、界磁巻線70の軸方向外側において先端部分が径方向中央寄りの位置に集まるように引き出されている。
図16では、バスバモジュール105において本体部131の外周面から延びるバスバ134のアーム部134aが、界磁巻線70の導線端部125,126にそれぞれ接合された状態となっている。この場合、回転軸32にバスバモジュール105が組み付けられることで、ロータ主部101の軸方向一端側にバスバモジュール105が配置され、導線端部125,126とアーム部134aとの先端部どうしが近接対向する。そして、この状態で導線端部125,126とアーム部134aとの先端部どうしが溶接等により接合されるようになっている。
図17では、バスバモジュール105に軸方向に重なるようにして部品ホルダ141が組み付けられている。この場合、回転軸32に部品ホルダ141が組み付けられることで、バスバモジュール105の軸方向端面に対向する状態で部品ホルダ141が配置される。部品ホルダ141の軸方向端面には、軸方向に凹む凹部161が設けられており、その凹部161において、回路モジュール106の電気回路から延びるバスバ145と界磁巻線70側との接合が行われるようになっている。
図18は、バスバモジュール105と部品ホルダ141とを重ねた状態で、これらをバスバモジュール105側から見た平面図である。同図から分かるように、部品ホルダ141は、バスバモジュール105に比べて径方向寸法が大きく、バスバモジュール105よりも径方向外側となる部位を有している。この場合、バスバモジュール105の外周部には、径方向外側に向けてバスバ134のアーム部134aが突出しており、本体部131の径方向外側であって、かつ部品ホルダ141の軸方向端面に軸方向に対面する位置で、導線端部125,126とアーム部134aとの先端部どうしが接合されるようになっている(図16参照)。
部品ホルダ141には、バスバモジュール105よりも径方向外側となる位置に複数の貫通孔153が設けられている。これにより、バスバモジュール105と部品ホルダ141とを重ねた状態でも貫通孔153が軸方向両側に通じるものとなっている。
次に、部品ホルダ141における配線接続の構造について説明する。図19は、部品ホルダ141において配線接続が行われる部位を拡大して示す斜視図である。また、図20は、部品ホルダ141での配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、図19の20-20線での断面構造を示す図である。なおここでは、部品ホルダ141において軸方向両側のうち反ロータコア側(図20の上側)を第1面F1、ロータコア側(図20の下側)を第2面F2としている。
部品ホルダ141には、反ロータコア側である第1面F1に凹部161が設けられており、その凹部161内に、バスバ145のアーム部134aの先端部分が引き出されている。また、部品ホルダ141には、凹部161の底面から軸方向に延び、凹部161を部品ホルダ141の第2面F2側に開通させる貫通孔162が設けられている。貫通孔162には、バスバ145の接続相手となる別のバスバ147が挿通され、バスバ147のアーム部147aが凹部161内に引き出されている。バスバ147は、一端が界磁巻線70の導線端部125,126に接続された中継バスバである。なお、バスバ147に代えて、界磁巻線70の導線端部125,126のいずれかをバスバ145の接続相手とすることも可能である。
そして、凹部161内において、各バスバ145,147のアーム部145a,147aどうしが接合されることで、バスバ145,147が互いに電気的に接続されている。つまり、アーム部145a,147aは、第1面F1側において部品ホルダ141から軸方向に延出され、凹部161内において溶接等により互いに接合されている。図20の構成では、アーム部145a,147aが「配線端部」に相当する。
各アーム部145a,147aは、凹部161外へはみ出ないように、すなわち部品ホルダ141の第1面F1よりも軸方向外側にならないように設けられている。これにより、部品ホルダ141に放熱板151が重ね合わされた際において、各アーム部145a,147aと放熱板151との干渉が回避されるようになっている。
凹部161内には、充填材の充填により形成されたサポート部材163が収容されている。サポート部材163は、例えば樹脂材よりなる。サポート部材163は、凹部161内において、アーム部145a,147aどうしの接合部を囲む状態で設けられている。この場合、部品ホルダ141から軸方向にアーム部145a,147aが延出する構成では、ロータ60の回転時においてアーム部145a,147aに遠心力等が作用し、接合部の剥がれ等の懸念が生じるが、上記のとおりサポート部材163が設けられていることで、遠心力等による接合部の剥がれ等の不都合の発生が抑制される。
部品ホルダ141に対して放熱板151が接合された状態では、サポート部材163の軸方向端面(第1面F1側の端面)は、放熱板151に当接しているとよい。ただし、部品ホルダ141に対して放熱板151が接合された状態において、アーム部145a,147aと放熱板151とは互いに絶縁されているとよい。
なお、図19には、凹部161内に対して樹脂充填されていない状態が示されており、凹部161内に樹脂充填が行われることで、各アーム部145a,147aがサポート部材163により包囲されるものとなっている。
ロータ60の製造時には、部品ホルダ141の凹部161内にアーム部145a,147aが引き出された状態で、凹部161内のスペースを用いて溶接等の作業が行われ、アーム部145a,147aどうしが互いに接合される。そしてその後、凹部161内に充填材が充填され、その充填材が固化することで、凹部161内にサポート部材163が形成される。この場合、部品ホルダ141の凹部161が各バスバの接合スペースとなっていることにより、接合作業に要するスペースを確保しつつ、部品ホルダ141の第1面F1側(反ロータコア側)にアーム部145a,147aが突出しない構成を実現できるものとなっている。また、凹部161内の樹脂充填といった簡易な作業によって、バスバ接合部のサポートを好適に行えるものとなっている。
図19では、アーム部145a,147aを組み合わせて互いに接合された接合部として、2つの接合部X,Yが示されている。接合部Xでは、アーム部145a,147aが径方向に並ぶ状態で引き出されており、径方向に並ぶアーム部145a,147aどうしが互いに接合される構成となっている。これに対して、接合部Yでは、アーム部145a,147aが周方向に並ぶ状態で引き出されており、周方向に並ぶアーム部145a,147aどうしが互いに接合される構成となっている。この場合、接合部Yでは、接合部Xと比べて、ロータ回転時の遠心力による破損の可能性が低減される。
なお、部品ホルダ141において、アーム部145a,147aどうしの接合部を全て接合部Yの構成としてもよい。又は、部品ホルダ141において、アーム部145a,147aどうしの接合部を全て接合部Xの構成とすることも可能である。
次に、界磁巻線70において磁極ごとの巻線ユニット110(極コイル)どうしを繋ぐ渡り線の構成に関して説明する。本実施形態では、各コイルモジュール111,112の導線端部125,126と、バスバモジュール105のバスバ134とにより界磁巻線70の渡り線が構成されており、図21に渡り線の構成を示す。図21では、説明の便宜上、第1巻線部71(第1コイルモジュール111)の渡り線のみを示している。
図21では、周方向に並ぶ各巻線ユニット110において径方向外側の第1コイルモジュール111から各々2本の導線端部125が引き出されており、径方向外側の位置から径方向内側に向けて導線端部125が延出している。つまり、導線端部125は、界磁巻線70の軸方向外側において軸方向に交差する向き(すなわち径方向)に延出している。そして、各導線端部125の先端部にバスバ134が接続されることで、各極の第1コイルモジュール111が直列に接続されるようになっている。この場合、導線端部125とバスバ134とが、各極の第1コイルモジュール111を繋ぐ渡り線Wとなっている。
図22は、周方向に並ぶ各第1コイルモジュール111の結線状態を模式的に示す図である。同図に示すように、周方向に並ぶ各第1コイルモジュール111は、各々2本ずつの導線端部125を有し、その導線端部125がバスバモジュール105のバスバ134に接続されることで、バスバ134を介して直列に接続されている。この場合、周方向に隣り合う各第1コイルモジュール111では、周方向両側のうち周方向(図の左右方向)に互いに同じ側となる導線端部125どうしがバスバ134を介して接続されることで、導線材の巻き方向が互い違いになるように構成されている。
図21では図示を省略したが、巻線ユニット110において径方向内側の第2コイルモジュール112も同様に、界磁巻線70の軸方向外側において導線端部126が軸方向に交差する向きに延出しており、導線端部126とバスバ134とが、各極の第2コイルモジュール112を繋ぐ渡り線Wとなっている。なお、第2コイルモジュール112では、2つの導線端部126のうち一方は径方向に延び、他方は周方向に延びるように設けられている(図15参照)。
ここで、上記のように導線端部125,126が軸方向に交差する向き(径方向又は周方向)に延出している構成では、ロータ60の回転時において、遠心力や、回転変動による回転方向の力によって導線端部125,126が意図せず変位することが懸念される。その対策として、部品ホルダ141において軸方向両側のうちロータコア側である第2面F2側に、軸方向に突出し、かつ導線端部125,126に対して軸方向に直交する方向に対向する突起部171を設けることとしている。以下に具体的な構成を説明する。
図23は、部品ホルダ141に設けた突起部171の構成を示す図であり、図23(a)は、バスバモジュール105と部品ホルダ141とを第2面F2側から見た平面図、図23(b)は、図23(a)における23B-23B線の断面図である。図24は、バスバモジュール105と部品ホルダ141とを第2面F2側から見た斜視図である。なお、図23(a),図24では、部品ホルダ141に重ねて導線端部125,126を示している。
部品ホルダ141において、バスバモジュール105よりも径方向外側となる位置には、第2面F2からロータコア側(図23(a)の紙面手前側)に向けて延びる複数の突起部171が設けられている。突起部171は、平面視において導線端部125,126と横並びとなる位置(隣接する位置)に設けられている。すなわち、突起部171は、導線端部125,126に対して軸方向に直交する方向に対向している。
より具体的には、各コイルモジュール111,112の導線端部125,126のうち、径方向に延びる各導線端部に隣接する位置には、突起部171として、径方向に延びる突起部171Aが設けられている。突起部171Aは、各導線端部125,126を周方向両側から挟む位置にそれぞれ設けられている。つまり、各導線端部125,126を挟む両側の突起部171Aの間は、径方向に延びる溝部172となっており、溝部172内となる位置に各導線端部125,126が配置されている。
また、周方向に延びる導線端部126(図23(a)の導線端部126X)に隣接する位置には、突起部171として、周方向に延びる突起部171Bが設けられている。突起部171Bは、導線端部126Xの径方向外側となる位置に設けられている。なお、突起部171Bは、周方向に延びる導線端部126Xを径方向両側から挟む位置にそれぞれ設けられてもよい。つまり、導線端部126Xを挟む両側の突起部171Bの間を溝部172とし、溝部172内となる位置に導線端部126Xを配置する構成であってもよい。
突起部171(171A,171B)によれば、ロータ回転時において遠心力や回転変動による導線端部125,126の変位や変形が抑制される。このとき、仮にロータ回転時に遠心力や回転変動により導線端部125,126が径方向又は周方向に撓んでも、導線端部125,126の過剰な変位が規制される。これにより、導線端部125,126に破損が生じたり、導線端部125,126とバスバ134との接合部が破断したりするといった不都合が抑制される。
突起部171は、部品ホルダ141の一部として設けられ、絶縁性を有する樹脂成形体となっている。そのため、導線端部125,126と接触する状態であっても導線端部125,126の短絡等の不都合が生じないものとなっている。なお、突起部171を部品ホルダ141とは別体で製作し、接着や溶着等により突起部171を部品ホルダ141に一体化する構成であってもよい。
導線端部125,126とバスバ134(アーム部134a)との接合部が、突起部171どうしの間の溝部172内に配置されていてもよい。この場合、導線端部125,126及びアーム部134aの接合部はプレス成形されているとよい。プレス成形によれば、接合方向の厚みが小さくなるため、溝部172内への配置が容易となり、生産性を高めることができる。
図23(b)に示すように、溝部172内には充填材が充填されているとよい。この場合、溝部172内に形成された充填部173により、突起部171と導線端部125,126との間の隙間が埋められる。そのため、導線端部125,126の変位が一層適正に抑制される。また、導線端部125,126の中間部分において熱伝達の経路が形成されるため、導線端部125,126の放熱性が高められる。
突起部171(171A,171B)の平面視形状は任意でよい。例えば、突起部171が第2面F2から延びる柱状体として設けられていてもよい。
図25は、界磁巻線70のコイルエンド付近の構成を示す縦断面図である。界磁巻線70において各磁極の巻線ユニット110は、径方向外側では径方向内側に比べて導線材の巻き線数が多いことから、界磁巻線70のコイルエンドは径方向外側において径方向内側に比べてコイルエンド高さが高くなっている。この場合、界磁巻線70のコイルエンドにおいてコイルエンド高さが最も高い部位よりも内周側には略円錐状の内側空間Sが形成されており、その内側空間Sにバスバモジュール105が配置されている。また、内側空間Sにおいて、各コイルモジュール111,112の導線端部125,126と、バスバモジュール105から延びるアーム部134aとが互いに接続されている。
バスバモジュール105の径方向外側には、部品ホルダ141から軸方向に突出する突起部171が設けられている。そして、内側空間Sにて、導線端部125,126と突起部171とが軸方向に直交する方向に対向している。突起部171によれば、界磁巻線70のコイルエンド内周側の内側空間Sにおいて、各コイルモジュール111,112の導線端部125,126の変位が抑制される。
界磁巻線70のコイルエンド内周側の内側空間Sにバスバモジュール105が配置される構成によれば、ロータ60の軸方向端部における軸長の低減が可能となっている。また、各コイルモジュール111,112の導線端部125,126が径方向に延びる構成では、ロータ60の回転変動に起因して回転方向に生じる力により導線端部125,126が変位しやすくなることが考えられるが、部品ホルダ141に設けられた突起部171によって、導線端部125,126の変位が好適に抑制される。
また、各コイルモジュール111,112の導線端部125,126は、その先端側が径方向内側に向けて延び、径方向の内寄りの位置でバスバ134と接続されている。そのため、導線端部125,126とバスバ134とが径方向の外寄りの位置で互いに接続される構成に比べて、導線端部125,126及びバスバ134の接合部において、遠心力や回転変動により生じる径方向又は周方向(回転方向)の力が小さくなる。したがって、当該接合部の破損等を生じにくくすることが可能となっている。
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。
ロータ60において、部品ホルダ141の反ロータコア側である第1面F1側に、バスバ145,147のアーム部145a,147a(配線端部)どうしの接合部を囲んだ状態でサポート部材163が設けられている構成とした。この場合、ロータ60の回転時に遠心力や回転変動が生じても、部品ホルダ141から延出される配線端部の延出部分の変位や変形が抑制される。これにより、配線端部の接合部における剥がれ等の不都合の発生が抑制される。その結果、ロータ60において配線部の接合部を適正な状態で維持することができる。
部品ホルダ141の第1面F1側に凹部161を設け、その凹部161内にてアーム部145a,147a(配線端部)どうしを接合する構成とした。また、凹部161内に充填材を充填し、充填材によりサポート部材163を形成する構成とした。この場合、部品ホルダ141では、凹部161内において配線端部どうしの接合作業を可能にするスペースを確保しつつ、接合後の配線端部を充填材により覆うことができるものとなっている。これにより、配線端部どうしの接合を好適に行わせるとともに、接合後の配線端部を適正な状態で維持できるものとなっている。
部品ホルダ141から引き出された各配線端部を周方向に並ぶ状態で互いに接合する構成とした(図19の接合部Y)。この場合、各配線端部を径方向に並ぶ状態で互いに接合する構成と比べて、ロータ回転時の遠心力による接合部の破損の可能性を低減することができる。
また、ロータ60において、部品ホルダ141のロータコア側である第2面F2側に、軸方向に突出し、かつ導線端部125,126(渡り線W)に対して軸方向に直交する方向に対向する突起部171が設けられている構成とした。これにより、ロータ60の回転時に遠心力や回転変動が生じても、導線端部125,126が意図せず変位することが抑制される。その結果、界磁巻線70における各コイルモジュール111,112の導線端部125,126を適正な状態で維持することができる。
界磁巻線70において各コイルモジュール111,112の導線端部125,126が軸方向に交差する向き(すなわち径方向又は周方向)に延びていると、その導線端部125,126が、ロータ回転時の遠心力や回転変動の影響を受ける部位となる。この点、突起部171を、導線端部125,126に対して軸方向に直交する方向に対向するように設けることにより、各導線端部125,126の変位を適正に抑制できる。
界磁巻線70の各巻線ユニット110では、径方向外側において径方向内側に比べて導線材の巻き線数を多くすることで、界磁巻線70の占積率を高めることができる。また、界磁巻線70のコイルエンドにおいてコイルエンド高さが最も高い部位よりも内周側である内側空間Sに、導線端部125,126とバスバ134との接続部が設けられていることで、ロータ60における軸長の短縮を図ることができる。また、内側空間Sに導線端部125,126とバスバ134との接続部が設けられている構成では、導線端部125,126が径方向外側から径方向内側に向けて延びる構成となるが、部品ホルダ141の第2面F2側に突起部171が設けられていることで、導線端部125,126の変位が好適に抑制される。この場合、内側空間Sにおいて、導線端部125,126(渡り線W)と突起部171とが軸方向に直交する方向に対向する構成にしたため、ロータ60の軸長の短縮を図りつつ、各導線端部125,126の変位を好適に抑制できる。
各コイルモジュール111,112の導線端部125,126を、先端側が径方向内側に向けて延び、径方向内側の先端部でバスバモジュール105のバスバ134と接続される構成とした。この場合、導線端部125,126とバスバ134とが径方向の内寄りの位置で互いに接続されるため、径方向の外寄りの位置で互いに接続される構成に比べて、導線端部125,126及びバスバ134の接合部において径方向又は周方向(回転方向)に作用する力が小さくなる。そのため、当該接合部の破損等を抑制することができる。
部品ホルダ141の第2面F2側に、導線端部125,126を挟んで両側の突起部171により溝部172が形成され、その溝部172内に充填材が充填されている構成とした。これにより、導線端部125,126(渡り線W)の変位を一層適正に抑制できる。
(他の実施形態)
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
・部品ホルダ141における配線接続の構造として、図19及び図20の構成に代えて、以下の構成を用いることも可能である。図26は、部品ホルダ141において配線接続が行われる部位を拡大して示す斜視図である。また、図27は、部品ホルダ141での配線接続部の断面構造を示す縦断面図であり、図26の27-27線での断面構造を示す図である。
部品ホルダ141には、反ロータコア側である第1面F1に凹部161が設けられており、その凹部161内に、バスバ145のアーム部145aが引き出されている。また、部品ホルダ141には、貫通孔162を通じて凹部161内に別のバスバ147のアーム部147aが引き出されている。そして、アーム部145a,147aが、第1面F1側において部品ホルダ141から軸方向に延出された状態で互いに接合されている。
また、部品ホルダ141の第1面F1側には、凹部161に固定された状態でサポート部材181が設けられている。サポート部材181は、凹部161に対して固定される固定部182と、固定部182から軸方向に延び第1面F1から突出する突出部183とを有している。また、サポート部材181には、軸方向に延びる挿通部184が設けられており、アーム部145a,147aの接合部が挿通部184に挿通されている。
サポート部材181の固定部182は、部品ホルダ141の凹部161に対して超音波溶着により固定されているとよい。ただし、サポート部材181の固定手段は任意でよく、サポート部材181の固定部182を接着剤を用いた接着により凹部161に固定する構成や、サポート部材181の固定部182を圧入嵌合により凹部161に固定する構成とすることも可能である。
サポート部材181は、部品ホルダ141と同様に樹脂成形体であるとよい。ただし、サポート部材181をアルミニウム等を用いた金属製とすることも可能である。サポート部材181は、複数のパーツに分割可能になっているとよい。例えば、サポート部材181は、挿通部184を分断する位置で径方向に二分され、バスバ接合部の径方向外側となるパーツと径方向外側となるパーツとから構成されるようになっているとよい。又は、サポート部材181は、挿通部184を分断する位置で周方向に二分され、バスバ接合部の周方向一方側となるパーツと周方向他方側となるパーツとから構成されるようになっていてもよい。
サポート部材181は、アーム部145a,147aの接合部を囲んだ状態で設けられている。サポート部材181によれば、ロータ60の回転時においてアーム部145a,147aに遠心力等が作用しても、アーム部145a,147aの変位が規制され、接合部の剥がれ等の不都合の発生が抑制される。
ここで、図26及び図27の構成では、図19及び図20の構成とは異なり、アーム部145a,147aの接合部が凹部161の外側に突出する構成となっている。この場合、部品ホルダ141の第1面F1側でのバスバ接合作業がより簡易になっている。また、サポート部材181は、部品ホルダ141の凹部161に固定された状態で設けられているため、サポート部材181自体がロータ回転時の遠心力により傾いたりすることが抑制されるようになっている。また、アーム部145a,147aが部品ホルダ141の第1面F1から軸方向外側にはみ出ていてもバスバ接合部を好適にサポートできるものとなっている。
図26及び図27の構成とする場合、放熱板151に、軸方向に延びる貫通孔又は凹部よりなる被挿入部を設けておき、その被挿入部にサポート部材181を挿入した状態で、部品ホルダ141に対して放熱板151を組み付けるようにするとよい。この場合、放熱板151の被挿入部にサポート部材181が挿入されることにより、サポート部材181と放熱板151との干渉が回避される。サポート部材181は、放熱板151に対して接触した状態になっているとよい。放熱板151に被挿入部として凹部が設けられる場合には、放熱板151において部品ホルダ141の反対側の軸方向端面には、サポート部材181が露出しないようになっているとよい。
図28に示すように、サポート部材181は、凹部161の外側において部品ホルダ141の第1面F1に対向する対向部185を有しているとよい。対向部185は、サポート部材181において凹部161から軸方向に突出する突出部183に一体成形されており、第1面F1との対向面が第1面F1に着座可能となっている。対向部185は、凹部161の径方向外側で第1面F1に対向する構成と、凹部161の周方向両側で第1面F1に対向する構成との少なくともいずれかを有するものであるとよい。対向部185は、軸方向に直交する向きに延びる鍔状の鍔部であるとよい。
サポート部材181に対向部185を設けることにより、ロータ回転時に生じる遠心力等に対する耐力を高めることができ、配線端部を適正な状態で維持する上で一層好適な構成を実現できる。
サポート部材181において対向部185の形状は変更可能である。例えば図29に示すように、対向部185を、縦断面において第1面F1側ほど幅広となるテーパ形状としてもよい。また、対向部185のテーパ面を凹状の曲面(R形状)とすることも可能である。
・図30に示す構成とすることも可能である。図30では、コイルエンドカバー103の円環部103bをサポート部材181の径方向外側に対向配置する構成としている。詳しくは、コイルエンドカバー103は、回転軸32に固定される端板部103aと、端板部103aの外縁部から軸方向に延び、回転軸32を中心とする円環状の円環部103bとを有している。端板部103aは径方向中央部に孔部103cを有し、その孔部103cにおいて回転軸32に嵌合固定されている。そして、コイルエンドカバー103の円環部103bと、部品ホルダ141の外周面及びサポート部材181の径方向外面とが径方向に対向する構成となっている。円環部103bと、部品ホルダ141の外周面及びサポート部材181の径方向外面とは互いに接触しているとよい。
図30の構成によれば、ロータ回転時において遠心力等によるサポート部材181の変位がコイルエンドカバー103により抑制され、遠心力等に対する耐力を一層高めることができる。
・図31に示すように、アーム部145a,147aの接合部が、軸方向に交差する向きに屈曲されている構成としてもよい。図31では、アーム部145a,147aの軸方向先端部が径方向内側(又は径方向外側)に屈曲されており、屈曲により径方向に延びる部分が、溶接等により接合が行われる部位となっている。この場合、アーム部145a,147aの軸方向高さを低くすることができ、遠心力に対する接合部の耐力を高めることができる。なお、アーム部145a,147aの先端部において、アーム部145a,147aどうしの接合部は溶接等が行われた後に径方向に屈曲されるとよい。アーム部145a,147aどうしの接合部は、周方向に屈曲されていてもよい。
・図32に示すように、部品ホルダ141の第1面F1側に凹部161を設けずに第1面F1上にサポート部材181を固定することも可能である。サポート部材181は、接着や溶着により部品ホルダ141の第1面F1に固定されているとよい。
・上記実施形態では、配線端部どうしの接合部を、周方向両側及び径方向両側の四方からサポート部材163,181により囲む構成としたが、これを変更してもよい。例えば、配線端部どうしの接合部を、周方向両側及び径方向外側の三方からサポート部材163,181により囲む構成としてもよい。
・上記実施形態では、部品ホルダ141の第1面F1に、電気部品から延びるバスバ145と別のバスバ147とを引き出して、それら各バスバ145,147のアーム部145a,147aどうしを接合する構成としたが、これを変更してもよい。部品ホルダ141の第1面F1に、各コイルモジュール111,112の導線端部125,126を引き出して、それら導線端部125,126どうしを接合する構成としてもよい。又は、導線端部125,126のいずれかとアーム部145aとを接合する構成としてもよい。つまり、互いに接合される配線端部の組み合わせは、バスバどうしの組み合わせだけでなく、バスバと導線端部との組み合わせや、導線端部どうしの組み合わせであってもよい。これらの場合にも上記同様、部品ホルダ141の第1面F1側において、サポート部材163,181により配線端部の接合部をサポートする構成にするとよい。
・上記実施形態では、図21,図22に示すように、例えば導線端部125と、バスバモジュール105のバスバ134とを、各極の第1コイルモジュール111を繋ぐ渡り線Wとしたが、この構成を変更してもよい。つまり、渡り線Wは、各極のコイルモジュール111,112の導線端部125,126がバスバ134を介して接続されることで構成されているもの以外に、導線端部125,126どうしが直接接続されることで構成されているものであってもよい。
・界磁巻線70において、第1,第2巻線部71,72は、コイルモジュール111,112を用い導線端部125,126どうしを接続した構成でなくてもよく、別の構成であってもよい。
図33は、第1巻線部71において、各極の極コイル191を導線材Cにより連続的に巻回した構成を示す概略図である。図33では、各極の極コイル191が空芯巻きコイルとして形成され、各極コイル191の間の導線材C、すなわち磁極間の中間部分となる導線材Cが渡り線Wとなっている。第1巻線部71は、複数の空芯巻きコイルが連なる状態に形成された後、ロータコア61の各主極部62に組み付けられるとよい。ただし、ロータコア61の各主極部62に対して、導線材Cが直接巻き付けられる構成であってもよい。
なお、第1巻線部71では、周方向に並ぶ全ての極コイル191について導線材Cを連続的に巻回する構成としている。ただし、この構成を変更し、全ての極コイル191を複数のグループに分け、グループごとに導線材Cを連続的に巻回する構成とすることも可能である。つまり、周方向に並ぶ少なくとも2つの極コイル191において導線材Cが連続的に巻回されている構成であればよい。図示は略すが、第2巻線部72についても同様である。
図34は、各極の極コイル191を連続巻きとする場合における渡り線Wの保持構造を説明するための図である。図34は、第1巻線部71において、周方向に並ぶ8つの極コイル191を軸方向から見た平面図であり、部品ホルダ141を一点鎖線で示している。各極コイル191における周方向両側のA点、B点は、極コイル191の始点及び終点(導線材の巻き始め及び巻き終わり)であり、周方向に隣り合う各極コイル191の間において、B点(巻き終わり)とA点(巻き始め)とを繋ぐ部分が渡り線Wとなっている。
各極の極コイル191を連続巻きにより構成する場合、極間の渡り線Wに余剰が生じ、その余剰分がたるみとなることが考えられる。渡り線Wにたるみが生じている場合、ロータ回転時において渡り線Wが周りの部材に当たったり、渡り線Wの破損が生じたりすることが懸念される。
この点、図34の構成では、部品ホルダ141に突起部171を設け、その突起部171に渡り線Wを架け渡すようにしている。突起部171は、上記同様、部品ホルダ141の第2面F2側において軸方向に突出するようにして設けられている。上記構成により、渡り線Wのたるみが抑制され、渡り線Wのたるみに起因して生じる不都合を抑制することができる。なお、突起部171の形態や数は任意であり、極間の渡り線Wを複数の突起部171に架け渡すようにしてもよい。例えば、渡り線Wの余剰分が長い場合には、渡り線Wを複数の突起部171に対してジグザグ又は渦巻き状に架け渡すようにするとよい。
・界磁巻線70は、第1巻線部71及び第2巻線部72を備える構成に限定されない。例えば、界磁巻線70を、各磁極の極コイルを第1,第2巻線部71,72に分けずに直列に接続した構成としてもよい。つまり、上記実施形態では、各磁極の極コイルを、磁極ごとに2つずつのコイルモジュール111,112からなる巻線ユニット110により構成したが、これを変更し、各磁極の極コイルを、磁極ごとに1つずつのコイルモジュールにより構成してもよい。この場合、ロータ60の電気回路を、界磁巻線70の両端にダイオードを接続する構成、又は界磁巻線70の両端にダイオード及びコンデンサを並列に接続する構成にするとよい。
・ステータ50において、ステータコアは、ティースが設けられていないステータコアであってもよい。
・回転電機は、車両において、車載主機として用いられる回転電機に限られない。例えば、電動機兼発電機であるISG(Integrated Starter Generator)として用いられる回転電機であってもよい。
・回転電機システムが搭載される移動体としては、車両に限らず、例えば、航空機又は船舶であってもよい。また、回転電機システムは、移動体に搭載されるシステムに限らず、定置式のシステムであってもよい。
上述の実施形態から抽出される技術思想を以下に記載する。
[構成1]
磁極ごとに設けられた複数の主極部(62)を有するロータコア(61)と、
導線材が前記主極部に巻回されてなる界磁巻線(70)と、
前記ロータコアの軸方向一端側に配置され、前記界磁巻線に接続された電気部品を有する回路モジュール(106)と、
を備える巻線界磁ロータ(60)であって、
前記回路モジュールは、前記電気部品を保持する部品ホルダ(141)を有し、
前記部品ホルダにおいて軸方向両側の第1面側及び第2面側のうち前記ロータコアとは反対側である前記第1面側では、前記界磁巻線及び前記電気部品から延びる配線部の端部である配線端部が前記部品ホルダから軸方向に延出されるとともに、前記配線端部どうしが互いに接合されており、
前記部品ホルダの前記第1面側には、前記配線端部どうしの接合部を囲んだ状態でサポート部材(163,181)が設けられている、巻線界磁ロータ。
[構成2]
前記部品ホルダには、前記第1面側に凹部(161)が設けられ、前記凹部内に前記配線端部が引き出されており、
前記凹部内において前記配線端部どうしが接合されているとともに、前記凹部内に充填された充填材により前記サポート部材が形成されている、構成1に記載の巻線界磁ロータ。
[構成3]
前記部品ホルダには、前記第1面側に凹部(161)が設けられ、前記凹部内に前記配線端部が引き出されており、
前記部品ホルダの前記第1面側には、前記凹部に固定されかつ前記凹部から一部が軸方向に突出した状態で前記サポート部材が設けられている、構成1に記載の巻線界磁ロータ。
[構成4]
前記サポート部材は、前記凹部の外側において前記部品ホルダの前記第1面に対向する対向部(185)を有する、構成3に記載の巻線界磁ロータ。
[構成5]
前記界磁巻線において前記ロータコアよりも軸方向外側となるコイルエンド部を覆うコイルエンドカバー(103)を有し、
前記コイルエンドカバーは、ロータ回転軸(32)を中心とする円環状の円環部(103b)を有し、
前記サポート部材において前記凹部から突出した部分の径方向外側に前記コイルエンドカバーの前記円環部が対向配置されている、構成3又は4に記載の巻線界磁ロータ。
[構成6]
前記部品ホルダの前記第1面側には、互いに接合される組み合わせの前記配線端部が周方向に並ぶ状態で引き出されており、それら各配線部材が互いに接合され前記サポート部材により囲まれている、構成1~5のいずれかに記載の巻線界磁ロータ。
[構成7]
前記部品ホルダの前記第1面側に前記配線端部が軸方向に延出され、当該配線端部の先端部分が前記配線端部どうしの接合部となっており、
前記配線端部どうしの接合部が、軸方向に交差しかつ径方向に延びる向きに屈曲されている、構成1~6のいずれかに記載の巻線界磁ロータ。
[構成1]
磁極ごとに設けられた複数の主極部(62)を有するロータコア(61)と、
導線材が前記主極部に巻回されてなる界磁巻線(70)と、
前記ロータコアの軸方向一端側に配置され、前記界磁巻線に接続された電気部品を有する回路モジュール(106)と、
を備える巻線界磁ロータ(60)であって、
前記回路モジュールは、前記電気部品を保持する部品ホルダ(141)を有し、
前記部品ホルダにおいて軸方向両側の第1面側及び第2面側のうち前記ロータコアとは反対側である前記第1面側では、前記界磁巻線及び前記電気部品から延びる配線部の端部である配線端部が前記部品ホルダから軸方向に延出されるとともに、前記配線端部どうしが互いに接合されており、
前記部品ホルダの前記第1面側には、前記配線端部どうしの接合部を囲んだ状態でサポート部材(163,181)が設けられている、巻線界磁ロータ。
[構成2]
前記部品ホルダには、前記第1面側に凹部(161)が設けられ、前記凹部内に前記配線端部が引き出されており、
前記凹部内において前記配線端部どうしが接合されているとともに、前記凹部内に充填された充填材により前記サポート部材が形成されている、構成1に記載の巻線界磁ロータ。
[構成3]
前記部品ホルダには、前記第1面側に凹部(161)が設けられ、前記凹部内に前記配線端部が引き出されており、
前記部品ホルダの前記第1面側には、前記凹部に固定されかつ前記凹部から一部が軸方向に突出した状態で前記サポート部材が設けられている、構成1に記載の巻線界磁ロータ。
[構成4]
前記サポート部材は、前記凹部の外側において前記部品ホルダの前記第1面に対向する対向部(185)を有する、構成3に記載の巻線界磁ロータ。
[構成5]
前記界磁巻線において前記ロータコアよりも軸方向外側となるコイルエンド部を覆うコイルエンドカバー(103)を有し、
前記コイルエンドカバーは、ロータ回転軸(32)を中心とする円環状の円環部(103b)を有し、
前記サポート部材において前記凹部から突出した部分の径方向外側に前記コイルエンドカバーの前記円環部が対向配置されている、構成3又は4に記載の巻線界磁ロータ。
[構成6]
前記部品ホルダの前記第1面側には、互いに接合される組み合わせの前記配線端部が周方向に並ぶ状態で引き出されており、それら各配線部材が互いに接合され前記サポート部材により囲まれている、構成1~5のいずれかに記載の巻線界磁ロータ。
[構成7]
前記部品ホルダの前記第1面側に前記配線端部が軸方向に延出され、当該配線端部の先端部分が前記配線端部どうしの接合部となっており、
前記配線端部どうしの接合部が、軸方向に交差しかつ径方向に延びる向きに屈曲されている、構成1~6のいずれかに記載の巻線界磁ロータ。
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)
- 磁極ごとに設けられた複数の主極部(62)を有するロータコア(61)と、
導線材が前記主極部に巻回されてなる界磁巻線(70)と、
前記ロータコアの軸方向一端側に配置され、前記界磁巻線に接続された電気部品を有する回路モジュール(106)と、
を備える巻線界磁ロータ(60)であって、
前記回路モジュールは、前記電気部品を保持する部品ホルダ(141)を有し、
前記部品ホルダにおいて軸方向両側の第1面側及び第2面側のうち前記ロータコアとは反対側である前記第1面側では、前記界磁巻線及び前記電気部品から延びる配線部の端部である配線端部が前記部品ホルダから軸方向に延出されるとともに、前記配線端部どうしが互いに接合されており、
前記部品ホルダの前記第1面側には、前記配線端部どうしの接合部を囲んだ状態でサポート部材(163,181)が設けられている、巻線界磁ロータ。 - 前記部品ホルダには、前記第1面側に凹部(161)が設けられ、前記凹部内に前記配線端部が引き出されており、
前記凹部内において前記配線端部どうしが接合されているとともに、前記凹部内に充填された充填材により前記サポート部材が形成されている、請求項1に記載の巻線界磁ロータ。 - 前記部品ホルダには、前記第1面側に凹部(161)が設けられ、前記凹部内に前記配線端部が引き出されており、
前記部品ホルダの前記第1面側には、前記凹部に固定されかつ前記凹部から一部が軸方向に突出した状態で前記サポート部材が設けられている、請求項1に記載の巻線界磁ロータ。 - 前記サポート部材は、前記凹部の外側において前記部品ホルダの前記第1面に対向する対向部(185)を有する、請求項3に記載の巻線界磁ロータ。
- 前記界磁巻線において前記ロータコアよりも軸方向外側となるコイルエンド部を覆うコイルエンドカバー(103)を有し、
前記コイルエンドカバーは、ロータ回転軸(32)を中心とする円環状の円環部(103b)を有し、
前記サポート部材において前記凹部から突出した部分の径方向外側に前記コイルエンドカバーの前記円環部が対向配置されている、請求項3に記載の巻線界磁ロータ。 - 前記部品ホルダの前記第1面側には、互いに接合される組み合わせの前記配線端部が周方向に並ぶ状態で引き出されており、それら各配線部材が互いに接合され前記サポート部材により囲まれている、請求項1~5のいずれか1項に記載の巻線界磁ロータ。
- 前記部品ホルダの前記第1面側に前記配線端部が軸方向に延出され、当該配線端部の先端部分が前記配線端部どうしの接合部となっており、
前記配線端部どうしの接合部が、軸方向に交差する向きに屈曲されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の巻線界磁ロータ。
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