專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機(jī)和車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)和使用該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如JP-H09-233709-A所示那樣，在通過(guò)電池行駛的電動(dòng)車輛等中，具有對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電路和外部用電力移動(dòng)電路(主要是充電電路)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，這些電路的尺寸大，希望更加小型化。本發(fā)明是著眼于這樣以往的問(wèn)題點(diǎn)而完成的。本發(fā)明的目的在于提供一種更加小型化的旋轉(zhuǎn)電機(jī)和使用該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明的某個(gè)方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)包含轉(zhuǎn)子和定子鐵芯。而且，包含:變壓器初級(jí)線圈，其是以絕緣狀態(tài)卷繞于上述定子鐵芯而形成的，并且與電力電路連接；以及變壓器次級(jí)線圈，其是以絕緣狀態(tài)卷繞于上述定子鐵芯而形成的，并且經(jīng)由直流交流轉(zhuǎn)換器與電池連接。以下，與添附的附圖一起詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第一實(shí)施方式的概要結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第一實(shí)施方式的主要部分的立體圖。圖3是表示使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的圖。圖4是說(shuō)明旋轉(zhuǎn)電機(jī)為輪內(nèi)型的情況下的電抗器的設(shè)置的圖。圖5是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第二實(shí)施方式的主要部分的立體圖。圖6是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第三實(shí)施方式的截面圖。圖7A是說(shuō)明本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第三實(shí)施方式的作用效果的圖。圖7B是說(shuō)明本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第三實(shí)施方式的作用效果的圖。圖8是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的圖。圖9是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第三實(shí)施方式的圖。圖10是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第四實(shí)施方式的圖。圖11是表不本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第五實(shí)施方式的圖。圖12是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第六實(shí)施方式的圖。圖13是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第七實(shí)施方式的圖。圖14是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第八實(shí)施方式的圖。圖15是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第九實(shí)施方式的圖。
具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施方式)〈旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)造〉圖1是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第一實(shí)施方式的概要結(jié)構(gòu)的截面圖。在此，作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)1，列舉三相十二極十八槽的永磁體型三相交流馬達(dá)為例進(jìn)行說(shuō)明。另外，為了明確本發(fā)明的概念，首先簡(jiǎn)單說(shuō)明發(fā)明的要旨。在通過(guò)電池行駛的電動(dòng)車輛等中，具有對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電路和外部用電力移動(dòng)電路(主要是充電電路)。這些電路的尺寸大。因此，希望將這些電路的尺寸進(jìn)一步小型化。對(duì)此，本申請(qǐng)的發(fā)明人著眼于以下情況而構(gòu)想了共用電路:在對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電路和外部用電力移動(dòng)電路(主要是充電電路)中使用很多類似的部件，另一方面，不會(huì)同時(shí)使用。以下說(shuō)明具體的發(fā)明內(nèi)容。旋轉(zhuǎn)電機(jī)I包含轉(zhuǎn)子10和定子20。轉(zhuǎn)子10包含軸11、轉(zhuǎn)子鐵芯12以及永磁體13。軸11是轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)中心軸。轉(zhuǎn)子鐵芯12被安裝在軸11的周圍。轉(zhuǎn)子鐵芯12通過(guò)層疊多個(gè)圓形的薄鋼板而形成。在轉(zhuǎn)子鐵芯12的外周部分形成孔。在該孔中插入永磁體13。在轉(zhuǎn)子10的大致總長(zhǎng)的范圍內(nèi)延伸設(shè)置永磁體13。將永磁體13配置為鄰接的永磁體的磁極相互不同。定子20包含定子鐵芯21和定子線圈22。定子20被配置在轉(zhuǎn)子10的外周。定子鐵芯21通過(guò)層疊多個(gè)薄鋼板而形成。在定子鐵芯21的內(nèi)周側(cè)形成極齒211。在該極齒211上隔著絕緣層卷繞定子線圈22。當(dāng)定子線圈22中流過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生磁通而在永磁體13產(chǎn)生排斥力/吸引力。其結(jié)果是轉(zhuǎn)子10以軸11為中心旋轉(zhuǎn)。在定子鐵芯21上形成孔21a。在本實(shí)施方式中，形成定子鐵芯21的一部分被凸出設(shè)置的翼片212。在該翼片212上形成孔21a。圖2是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第一實(shí)施方式的主要部分的立體圖。沿著定子鐵芯21的背磁軛213配置U相交流電力線、V相交流電力線以及W相交流電力線。另外，配置作為中性點(diǎn)的N線。形成于極齒211的定子線圈22與N線和某一根交流電力線連接。在圖2中，形成于左邊的極齒211的定子線圈(U相線圈)22與N線和U相交流電力線連接。形成于中央的極齒211的定子線圈(V相線圈)22與N線和V相交流電力線連接。形成于右邊的極齒211的定子線圈22 (W相線圈)與N線和W相交流電力線連接。圖2的左右部分被省略，但其被依次地重復(fù)。通過(guò)孔21a和定子鐵芯21的外側(cè)地卷繞初級(jí)線圈41和次級(jí)線圈42。初級(jí)線圈41如后述那樣與電力電路連接。次級(jí)線圈42的一端與中性點(diǎn)(N線)連接，另一端如后述那樣與直流交流轉(zhuǎn)換器7連接。通過(guò)這樣構(gòu)成，通過(guò)初級(jí)線圈41、次級(jí)線圈42以及定子鐵芯21形成變壓器。能夠如這樣共用旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的一部分來(lái)得到變壓器功能，因此與使用獨(dú)立部件的變壓器的情況相比，整體是小型的?！搓P(guān)于車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)〉圖3是表示使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的圖。
車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)S包含旋轉(zhuǎn)電機(jī)1、直流交流轉(zhuǎn)換器7、電池8以及電力電路9。直流交流轉(zhuǎn)換器7被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)電機(jī)I與電池8之間。直流交流轉(zhuǎn)換器7同時(shí)具有以下功能:將來(lái)自電池8的直流電力轉(zhuǎn)換為交流的逆變器功能；以及將來(lái)自旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的交流電力轉(zhuǎn)換為直流的轉(zhuǎn)換器功能。直流交流轉(zhuǎn)換器7具有正側(cè)直流電力線71p、負(fù)側(cè)直流電力線71η、U相交流電力線72u、V相交流電力線72v以及W相交流電力線72w。正側(cè)直流電力線71p與電池8的正極連接。負(fù)側(cè)直流電力線71η與電池8的負(fù)極連接。在正側(cè)直流電力線71ρ與負(fù)側(cè)直流電力線71η之間，電容器75與電池8并聯(lián)連接。電容器75使直流電力平滑化。U相交流電力線72u與旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的U相線圈連接。V相交流電力線72ν與旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的V相線圈連接。W相交流電力線72w與旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的W相線圈連接。直流交流轉(zhuǎn)換器7在直流電力線與交流電力線之間具有六個(gè)IGBT模塊(正側(cè)U相IGBT模塊、負(fù)側(cè)U相IGBT模塊、正側(cè)V相IGBT模塊、負(fù)側(cè)V相IGBT模塊、正側(cè)W相IGBT模塊、負(fù)側(cè)W相IGBT模塊)。各IGBT模塊(開關(guān)模塊)包含開關(guān)兀件IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor:絕緣柵型雙極晶體管)和與IGBT反向并聯(lián)連接的整流元件(整流二極管:Free Wheeling Diode,以下稱為“FWD”)。各IGBT模塊根據(jù)控制器100的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation:PWM)信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)通截止。旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的初級(jí)線圈41與電力電路9連接，經(jīng)由插入口最終與車外電源連接。旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的次級(jí)線圈42的一端與中性點(diǎn)(N線)連接，另一端經(jīng)由電抗器51和開關(guān)52與負(fù)側(cè)直流電力線71η連接。在這樣的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)中，在對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)I進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來(lái)行駛時(shí)，將開關(guān)52斷開。這樣，通過(guò)直流交流轉(zhuǎn)換器7將電池8的電力轉(zhuǎn)換為交流而供給至旋轉(zhuǎn)電機(jī)I來(lái)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)I進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。另外，通過(guò)直流交流轉(zhuǎn)換器7將旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的再生電力轉(zhuǎn)換為直流而供給至電池8來(lái)對(duì)電池8進(jìn)行充電。通過(guò)這樣使用開關(guān)52，能夠切斷電流。 在使用車外電源對(duì)電池8進(jìn)行充電時(shí)，將開關(guān)52接通并且與車外電源連接。這樣，將車外電源的交流電力傳輸至初級(jí)線圈41。而且，由于如上述那樣通過(guò)初級(jí)線圈41、次級(jí)線圈42以及定子鐵芯21形成變壓器，因此升壓到適當(dāng)?shù)碾妷旱碾娏拇渭?jí)線圈42通過(guò)直流交流轉(zhuǎn)換器7轉(zhuǎn)換為直流后供給至電池8，對(duì)電池8進(jìn)行充電。這樣根據(jù)本實(shí)施方式的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)初級(jí)線圈41、次級(jí)線圈42以及定子鐵芯21形成使用車外電源進(jìn)行充電時(shí)的變壓器。由此，將電池8和車外電源之間絕緣。如果假設(shè)沒有絕緣，則在發(fā)生某些故障時(shí)，有可能發(fā)生電池8的高電壓被施加到向車外電源的插口的情況。然而，如果如本實(shí)施方式那樣經(jīng)由變壓器進(jìn)行連接，則不會(huì)產(chǎn)生這樣的問(wèn)題。而且，在本實(shí)施方式中，不另外設(shè)置變壓器，而在旋轉(zhuǎn)電機(jī)I中內(nèi)置變壓器功能。因而，與使用獨(dú)立部件的變壓器的情況相比，整體能夠變得小型，另外能夠降低制造成本。另外，如上述那樣，在本實(shí)施方式中，通常設(shè)為能夠?qū)⑹褂糜趯?duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)I進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的直流交流轉(zhuǎn)換器7作為次級(jí)線圈42與電池8之間的電力轉(zhuǎn)換器來(lái)利用的結(jié)構(gòu)。因而，能夠減少整個(gè)充電用的直流交流轉(zhuǎn)換器，能夠小型化。圖4是說(shuō)明旋轉(zhuǎn)電機(jī)為輪內(nèi)型的情況下的電抗器的設(shè)置的圖。
在一般的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的中性點(diǎn)與電池8之間的電感(以下稱為“零相電感”)小。因此，因PWM造成的電流波動(dòng)很大，存在損失、發(fā)射噪聲增大這樣的問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，只要設(shè)置電抗器即可。然而，能夠吸收與充電電流的PWM頻率同步的充電功率變動(dòng)的、也就是說(shuō)具有某程度的大能量?jī)?chǔ)存能力的電抗器的尺寸大。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)I為配置在負(fù)載輪的內(nèi)周側(cè)的所謂輪內(nèi)型的情況下，也可以將圖3所示的電抗器51設(shè)置于馬達(dá)室(如果是插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(plug-1n hybridelectric vehicle、PHEV)則是引擎室)。然而，由于電抗器51的尺寸大，所以有可能使車輛的乘坐空間變小。并且，在輪內(nèi)型的情況下，如圖4所示，在負(fù)載輪201的內(nèi)側(cè)存在制動(dòng)片202、懸掛構(gòu)件203，因此在旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的外周部分必然存在無(wú)用的空間。因此，本申請(qǐng)的發(fā)明人構(gòu)想了在該空間設(shè)置電抗器51的情況。由此，能夠提高輪內(nèi)旋轉(zhuǎn)電機(jī)單元的空間效率，不會(huì)使車輛的乘坐空間減小。(旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第二實(shí)施方式)圖5是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第二實(shí)施方式的主要部分的立體圖。在本實(shí)施方式中，設(shè)為共用旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的一部分還得到電抗器功能。具體地說(shuō)，在定子鐵芯21上形成縫隙孔21b。在本實(shí)施方式中，特別地在翼片212上形成縫隙孔21b。而且，以通過(guò)縫隙孔21b和定子鐵芯21的外側(cè)的方式形成電抗器線圈51a。電抗器線圈51a的一端與次級(jí)線圈42連接，另一端與直流交流轉(zhuǎn)換器7連接。根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)電抗器線圈51a和定子鐵芯21形成電抗器。這樣能夠共用旋轉(zhuǎn)電機(jī)I的一部分而得到電抗器功能，因此與使用獨(dú)立部件的電抗器的情況相比，整體是小型的，另外制造成本低廉。(旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第三實(shí)施方式)圖6是表不本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第三實(shí)施方式的截面圖。在第一實(shí)施方式中，以通過(guò)孔21a和定子鐵芯21的外側(cè)的方式形成初級(jí)線圈41和次級(jí)線圈42來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器功能。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，相互相對(duì)并且按照規(guī)定間距數(shù)和規(guī)定分布數(shù)在定子鐵芯21的極齒211上形成初級(jí)線圈41和次級(jí)線圈42來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器功能。初級(jí)線圈41包含第一線圈411、第二線圈412以及第三線圈413。S卩，初級(jí)線圈41由三個(gè)線圈構(gòu)成，分布數(shù)是3。另外，第一線圈411、第二線圈412以及第三線圈413形成為橫跨六個(gè)極齒。即，間距數(shù)是6。次級(jí)線圈42也與初級(jí)線圈41相同。即，次級(jí)線圈42包含第一線圈421、第二線圈422以及第三線圈423。即，初次級(jí)圈42由三個(gè)線圈構(gòu)成，分布數(shù)是3。另外，第一線圈421、第二線圈422以及第三線圈423形成為橫跨六個(gè)極齒。S卩，間距數(shù)是6。此外，在定子鐵芯21的18個(gè)極齒內(nèi)的極齒211a上既不形成初級(jí)線圈41也不形成次級(jí)線圈42。將在后面說(shuō)明這樣做的理由。圖7A和圖7B是說(shuō)明本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的第三實(shí)施方式的作用效果的圖。在本實(shí)施方式中，在定子鐵芯21的極齒211上以相互相對(duì)的方式形成有初級(jí)線圈41和次級(jí)線圈42。這樣，當(dāng)在初級(jí)線圈41中流過(guò)交流時(shí),如圖7A中箭頭所示那樣產(chǎn)生磁通，通過(guò)相互感應(yīng)作用而在次級(jí)線圈42中也流過(guò)交流，能夠得到變壓器功能。即，根據(jù)本實(shí)施方式，不需要在第一實(shí)施方式中需要的孔21a，與第一實(shí)施方式相比，進(jìn)一步變得小型。另外，在本實(shí)施方式中，在定子鐵芯21的極齒211a上既不形成初級(jí)線圈41也不形成次級(jí)線圈42。這樣，如圖7B中箭頭所示那樣，產(chǎn)生變壓器的泄漏磁通，變壓器的自感變高，產(chǎn)生電抗器作用。其結(jié)果是能夠補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)電機(jī)的零相電感的不足。因而，能夠不需要電抗器、或者使用能量?jī)?chǔ)存能力小的電抗器，能夠降低制造成本并且使整體變得小型。另外，在本實(shí)施方式中，將線圈的間距數(shù)設(shè)為槽數(shù)(18)除以磁極對(duì)數(shù)(6)所得的值(3)的整數(shù)倍。將線圈的分布數(shù)設(shè)為槽數(shù)(18)除以磁極對(duì)數(shù)(6)所得的值(3)的整數(shù)倍。由此，線圈的間距數(shù)和分布數(shù)為極弧的整數(shù)倍長(zhǎng)，因此在磁體的N極和S極均等地流過(guò)變壓器磁通，因此能夠抑制該磁通所引起的扭矩的產(chǎn)生。S卩，能夠?qū)⒍坦?jié)距系數(shù)乘以分布系數(shù)來(lái)得到繞阻系數(shù)。也就是說(shuō)，(繞阻系數(shù))=(短節(jié)距系數(shù))X (分布系數(shù))。當(dāng)繞阻系數(shù)是零時(shí)，即使在線圈中流過(guò)電流也不產(chǎn)生扭矩。將線圈的間距數(shù)設(shè)為槽數(shù)除以磁極對(duì)數(shù)所得的值的整數(shù)倍，由此短節(jié)距系數(shù)成為零。另外，將線圈的分布數(shù)設(shè)為槽數(shù)除以磁極對(duì)數(shù)所得的值的整數(shù)倍，由此分布系數(shù)成為零。因此，通過(guò)如本實(shí)施方式那樣構(gòu)成，能夠不產(chǎn)生扭矩地得到變壓器功能。(車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第二實(shí)施方式)圖8是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的圖。在第一實(shí)施方式(圖3)中，經(jīng)由開關(guān)52將電抗器51和負(fù)側(cè)直流電力線71η連接，但在本實(shí)施方式中，使用電容器53來(lái)代替圖3的開關(guān)52。在這樣的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)中，在對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)I進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而行駛時(shí)，中性點(diǎn)的電壓為電池8的電壓的一半的恒定電壓。電容器具有使交流流過(guò)而不使直流流過(guò)的特性。因而，在對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)I進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而行駛時(shí)，在電容器53中不流過(guò)電流。在使用車外電源對(duì)電池8進(jìn)行充電時(shí)，與車外電源進(jìn)行連接。這樣，車外電源的交流電力傳輸至初級(jí)線圈41。而且，由于如上述那樣通過(guò)初級(jí)線圈41、次級(jí)線圈42以及定子鐵芯21形成變壓器，因此，從次級(jí)線圈42流出升壓到適當(dāng)?shù)碾妷旱慕涣麟娏Αｋ娙萜?3使交流流過(guò)，因此，該電力流到直流交流轉(zhuǎn)換器7，通過(guò)直流交流轉(zhuǎn)換器7轉(zhuǎn)換為直流而供給至電池8，對(duì)電池8進(jìn)行充電。這樣，在本實(shí)施方式的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)中，使用電容器53來(lái)代替第一實(shí)施方式的開關(guān)52，因此能夠以低價(jià)格達(dá)到與第一實(shí)施方式相同的功能。(車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第三實(shí)施方式)圖9是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第三實(shí)施方式的圖。在本實(shí)施方式中，串聯(lián)連接的電容器751和電容器752與電池8并聯(lián)連接。而且，電抗器51的一端與次級(jí)線圈42連接，另一端連接在電容器751與電容器752之間。如果如本實(shí)施方式那樣構(gòu)成，則電容器752也能夠起到圖8的電容器53的功能。因而，與第二實(shí)施方式相比，能夠降低制造成本。另外能夠使整體的尺寸小型化。(車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第四實(shí)施方式)圖10是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第四實(shí)施方式的圖。本實(shí)施方式的電力電路9包含將二極管橋型全波整流器、功率因數(shù)改善電路以及MOSFET型逆變器組合所得的AC/AC轉(zhuǎn)換器。電力電路9對(duì)車外電源的頻率(50Hz 60Hz)進(jìn)行整流而暫時(shí)轉(zhuǎn)換為直流后通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為數(shù)百Hz 數(shù)千Hz的正弦波等的交流電流。通過(guò)這樣構(gòu)成，能夠提高變壓器和電容器的動(dòng)作頻率，因此能量?jī)?chǔ)存量變小。其結(jié)果是能夠降低制造成本，并且使整體的尺寸小型化。另外，能夠提高在充電過(guò)程中流過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電流的頻率，因此，能夠提高因旋轉(zhuǎn)電機(jī)的微小扭矩造成的振動(dòng)的衰減。即，即使在車外電源的頻率為50Hz 60Hz程度的情況下，也能夠防止在充電過(guò)程中從旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生噪音、振動(dòng)。此外，在本實(shí)施方式中，以使用二極管橋型全波整流器的情況進(jìn)行了說(shuō)明。然而并不限于此。也可以使用由MOSFET等構(gòu)成的全橋全波整流器。在從車輛向車外電源回送電力的情況(所謂的售電的情況)下其特別有效。(車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第五實(shí)施方式)圖11是表不本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第五實(shí)施方式的圖。在本實(shí)施方式中，省略在第四實(shí)施方式中設(shè)置的功率因數(shù)改善電路，通過(guò)直流交流轉(zhuǎn)換器(旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器)7執(zhí)行功率因數(shù)改善控制。將變壓器電壓乘以變壓器電流來(lái)求出從車外電源供給的充電電力。能夠通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器7對(duì)變壓器電流進(jìn)行控制，因此能夠控制車外電源側(cè)的電力。具體地說(shuō)，將車外電源側(cè)的電流設(shè)為功率因數(shù)為I的正弦波，因此只要通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器7產(chǎn)生變壓器電流，使得與電壓Vs的平方成比例的電力成為變壓器通過(guò)電力的車外電源頻率的兩倍頻率成分即可。即，(變壓器電流振幅)《CVs2 + (變壓器電壓振幅)通過(guò)這樣控制，不需要車外電源專用的功率因數(shù)改善電路，因此能夠降低制造成本，并且能夠使整體的尺寸小型化。(車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第六實(shí)施方式)圖12是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第六實(shí)施方式的圖。本實(shí)施方式示出將上述各實(shí)施方式優(yōu)化組合所得的例子。使用圖6所示的結(jié)構(gòu)作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)。由此，不需要電抗器。另外，次級(jí)線圈42的一端與中性點(diǎn)(N線)連接，另一端連接在電容器751與電容器752之間。并且，不設(shè)置功率因數(shù)改善電路，而通過(guò)直流交流轉(zhuǎn)換器(旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器)7執(zhí)行功率因數(shù)改善控制。由此，能夠大幅地減少部件個(gè)數(shù)，制造成本非常低廉，并且能夠使整體的尺寸小型化。(車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第七實(shí)施方式)圖13是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第七實(shí)施方式的圖。將變壓器電壓乘以變壓器電流來(lái)求出從車外電源供給的充電電力。在本實(shí)施方式中，對(duì)變壓器電流和變壓器電壓進(jìn)行控制。能夠通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器7對(duì)變壓器電流進(jìn)行控制。能夠通過(guò)電力電路9的AC/AC轉(zhuǎn)換器對(duì)變壓器電壓進(jìn)行控制。而且，在本實(shí)施方式中，進(jìn)行控制使得通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器7控制的變壓器電流的相位與通過(guò)電力電路9的AC/AC轉(zhuǎn)換器控制的變壓器電壓的相位相一致。
通過(guò)這樣控制，提高變壓器動(dòng)作功率因數(shù)。如果功率因數(shù)提高，則能夠使變壓器、率禹合電容器小型化，制造成本也低廉。(車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第八實(shí)施方式)圖14是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第八實(shí)施方式的圖。本實(shí)施方式的電力電路9將電容器91與初級(jí)線圈41并聯(lián)連接來(lái)形成諧振電路。即使這樣構(gòu)成也提高變壓器動(dòng)作功率因數(shù)。如果功率因數(shù)提高，則能夠使變壓器、耦合電容器小型化，制造成本也低廉。另外，能夠抑制電力電路9的AC/AC轉(zhuǎn)換器內(nèi)的逆變器INV的電壓，因此能夠使用小型的逆變器。(車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第九實(shí)施方式)圖15是表示本發(fā)明的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第九實(shí)施方式的圖。在上述各實(shí)施方式中，作為電力電路9，例舉了流過(guò)來(lái)自車外電源的電力的電路，說(shuō)明了通過(guò)來(lái)自車外電源的電力對(duì)電池8進(jìn)行充電的情況。本實(shí)施方式的電力電路9是向安裝于車輛的輔助用電池流過(guò)電流而對(duì)安裝于車輛的輔助用電池(電壓12V 14V)進(jìn)行充電的電路。如圖15所示，旋轉(zhuǎn)電機(jī)1、變壓器等的結(jié)構(gòu)與上述各實(shí)施方式相同，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)裝置整體的小型化、低成本化。以上，說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但上述實(shí)施方式只不過(guò)示出了本發(fā)明的應(yīng)用例的一部分，并不是要將本發(fā)明的技術(shù)范圍限定于上述實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)。例如，在上述實(shí)施方式中，例示了在定子鐵芯21的一部分被凸出設(shè)置的翼片212上形成孔21a的情況，但也可以不形成翼片212而在定子鐵芯21上形成孔21a。另外，在車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)的第一實(shí)施方式 第八實(shí)施方式中，例示了使用車外電源對(duì)電池8進(jìn)行充電的情況進(jìn)行說(shuō)明，但也能夠應(yīng)用于以同樣的系統(tǒng)將通過(guò)車輛發(fā)電得到的電力輸送至車外電源的系統(tǒng)。并且，在上述實(shí)施方式中，例示了徑向間隙馬達(dá)進(jìn)行說(shuō)明，但也可以應(yīng)用于軸向間隙馬達(dá)。并且，還能夠適當(dāng)?shù)亟M合上述實(shí)施方式。本申請(qǐng)主張基于2010年10月19日向日本專利局申請(qǐng)的特愿2010-234765的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)參照而將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容組合到本說(shuō)明書中。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包含: 轉(zhuǎn)子(10)； 定子鐵芯(21)； 變壓器初級(jí)線圈(41)，其是以絕緣狀態(tài)卷繞于上述定子鐵芯(21)而形成的，并且與電力電路(9)連接；以及 變壓器次級(jí)線圈(42)，其是以絕緣狀態(tài)卷繞于上述定子鐵芯(21)而形成的，并且經(jīng)由直流交流轉(zhuǎn)換器(7)與電池(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)的直流電力線(7 Ip、7 In)與電池(8)連接，交流電力線(72u、72v、72w)與以絕緣狀態(tài)卷繞于上述定子鐵芯(21)的極齒(211)而形成的定子線圈(22)連接， 上述變壓器 次級(jí)線圈(42)的一端與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的中性點(diǎn)連接，另一端與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)的正側(cè)直流電力線(71p)或負(fù)側(cè)直流電力線(71η)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 上述定子鐵芯(21)具有變壓器形成孔(21a)，該變壓器形成孔(21a)配置于上述轉(zhuǎn)子(10)之外并且貫通轉(zhuǎn)子軸方向， 上述變壓器初級(jí)線圈(41)和上述變壓器次級(jí)線圈(42)是以插入通過(guò)上述變壓器形成孔(21a)的方式卷繞于上述定子鐵芯(21)而形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 上述變壓器初級(jí)線圈(41)和上述變壓器次級(jí)線圈(42)是以相對(duì)于上述定子鐵芯(21)的軸對(duì)稱地相互相對(duì)的方式卷繞于上述定子鐵芯(21)的極齒(211)而形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 上述變壓器初級(jí)線圈(41)和上述變壓器次級(jí)線圈(42)是按照規(guī)定間距數(shù)和規(guī)定分布數(shù)卷繞于上述定子鐵芯(21)的極齒(211)而形成的，但在至少一對(duì)極齒(211a)上不卷繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 上述規(guī)定間距數(shù)是槽數(shù)除以磁極對(duì)數(shù)所得的值的整數(shù)倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 上述規(guī)定分布數(shù)是槽數(shù)除以磁極對(duì)數(shù)所得的值的整數(shù)倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī),其特征在于， 該旋轉(zhuǎn)電機(jī)為配置于負(fù)載輪(201)的內(nèi)周側(cè)的輪內(nèi)型旋轉(zhuǎn)電機(jī)， 其中，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)還包含電抗器(51)，該電抗器(51)連接在上述變壓器次級(jí)線圈(42)與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)之間，并且配置于旋轉(zhuǎn)電機(jī)外殼的外周。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī),其特征在于， 上述定子鐵芯(21)具有貫通轉(zhuǎn)子軸方向的電抗器形成孔(21b)， 其中，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)還包含電抗器(51)，該電抗器(51)連接在上述變壓器次級(jí)線圈(42)與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)之間，并且通過(guò)插入通過(guò)上述電抗器形成孔(21b)卷繞于上述定子鐵芯(21)的線圈(51a)而形成。
10.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，具有:電力電路(9)，其與上述變壓器初級(jí)線圈(41)連接； 直流交流轉(zhuǎn)換器(7)，其與上述變壓器次級(jí)線圈(42)和定子線圈(22)連接；以及 電池(8)，其與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)連接， 其中，還具有斷流器(52、53、752)，該斷流器(52、53、752)與上述變壓器次級(jí)線圈(42)連接，在上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出扭矩時(shí)切斷流過(guò)變壓器次級(jí)線圈(42)的電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 上述斷流器是配置在上述變壓器次級(jí)線圈(42)與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)之間、在上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出扭矩時(shí)斷開的開關(guān)(52)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 上述斷流器是配置在上述變壓器次級(jí)線圈(42)與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)之間的電容器(53)。
13.一種使用根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，具有: 電力電路(9)，其與上述變壓器初級(jí)線圈(41)連接； 直流交流轉(zhuǎn)換器(7)，其與上述電抗器(51)和定子線圈(22)連接；以及 電池(8)，其與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)連接， 其中，還具有斷流器(52、53、752)，該斷流器(52、53、752)與上述電抗器(51)連接，在上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出扭矩時(shí)切斷流過(guò)電抗器(51)的電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 上述斷流器是配置在上述電抗器(51)與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)之間、在上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出扭矩時(shí)斷開的開關(guān)(52)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 上述斷流器是配置在上述電抗器(51)與上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)之間的電容器(53)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10或13所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)的電容器(752)兼用作上述斷流器。
17.根據(jù)權(quán)利要求10 16中的任意一項(xiàng)所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 上述電力電路(9)包含功率因數(shù)改善電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求10 16中的任意一項(xiàng)所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)根據(jù)車外電源側(cè)交流的電流和電壓來(lái)執(zhí)行功率因數(shù)改善控制。
19.根據(jù)權(quán)利要求10 18中的任意一項(xiàng)所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 上述電力電路(9)對(duì)上述變壓器初級(jí)線圈(41)的電壓進(jìn)行控制， 上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)對(duì)上述變壓器次級(jí)線圈(42)的電流進(jìn)行控制， 上述電力電路(9)和上述直流交流轉(zhuǎn)換器(7)進(jìn)行控制使得上述變壓器初級(jí)線圈(41)的電壓的相位與上述變壓器次級(jí)線圈(42)的電流的相位相一致。
20.根據(jù)權(quán)利要求10 19中的任意一項(xiàng)所述的車載旋轉(zhuǎn)電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 還具有電容器(91)，該電容器(91)與上述變壓器初級(jí)線圈(41)并聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)包含轉(zhuǎn)子；定子鐵芯；變壓器初級(jí)線圈，其是以絕緣狀態(tài)卷繞于定子鐵芯而形成的，并且與電力電路連接；以及變壓器次級(jí)線圈，其是以絕緣狀態(tài)卷繞于定子鐵芯而形成的，經(jīng)由直流交流轉(zhuǎn)換器與電池連接。
文檔編號(hào)H02K1/12GK103201930SQ20118005072
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者福重孝志 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社