軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
【專利摘要】提供能利用電樞線圈產(chǎn)生的高次空間諧波磁通得到大電磁轉(zhuǎn)矩的繞組勵磁結(jié)構(gòu)的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機。軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機(100)具備：2個轉(zhuǎn)子(120、130)，其以軸(101)為中心進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；以及定子(110)，其軸方向上的兩面與轉(zhuǎn)子相對，具有：多個電樞線圈(11)，其配置在定子的軸的周圍；多個感應(yīng)線圈(21)和多個勵磁線圈(22)，其分別配置在2個轉(zhuǎn)子的軸的周圍；以及二極管，其將由感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流進行整流而提供給勵磁線圈，電樞線圈、感應(yīng)線圈和勵磁線圈的繞組是在軸方向上延伸的鐵芯(15、25)上卷繞成α卷而形成的繞組線圈。
【專利說明】
軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及利用繞組勵磁的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機。【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)電機是使轉(zhuǎn)子和定子隔著間隙相對，例如，使配置在定子側(cè)的電樞線圈產(chǎn)生的磁通在轉(zhuǎn)子側(cè)交鏈來形成磁回路，由此能得到旋轉(zhuǎn)力(磁阻轉(zhuǎn)矩)，為了輔助該旋轉(zhuǎn)力，也可以配置永久磁鐵、勵磁繞組(電磁鐵)來利用電磁轉(zhuǎn)矩。
[0003]在這種旋轉(zhuǎn)電機中，提出了使定子和轉(zhuǎn)子在軸方向上相對的軸向型的技術(shù)方案 (專利文獻1)，另外，也提出了對定子側(cè)的芯材卷繞作為繞組的帶狀線材來形成電樞線圈的技術(shù)方案(專利文獻2)。
[0004]然而，在永久磁鐵中，當高次空間諧波磁通發(fā)生交鏈時，會由于在內(nèi)部產(chǎn)生的渦流而發(fā)熱，矯頑力降低，磁力會不可逆地變小。由此，例如專利文獻1記載的那樣，在高次空間諧波磁通進行交鏈的轉(zhuǎn)子側(cè)埋入永久磁鐵的類型旋轉(zhuǎn)電機中，存在該永久磁鐵的磁力會降低，無法實現(xiàn)良好的驅(qū)動的問題。
[0005]為了解決該問題，想到了使用矯頑力高的添加了較多鏑(Dy)、鋱(Tb)等重稀土類的昂貴的磁鐵的技術(shù)方案，但是會導(dǎo)致成本變高。
[0006]另外，如專利文獻2記載的那樣，為了將帶狀的線材卷繞于芯材，需要從繞組線圈的內(nèi)側(cè)和外側(cè)引出繞組的連接用端部，如果為了確保用于引出的空間而切削芯材等，則磁通的通過區(qū)域會變小，會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動效率降低。而且，當從芯材的端面?zhèn)鹊倪吘壱鰩畹木€材時，會與位于芯材的上下位置的構(gòu)件形成間隙，也會妨礙小型化。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:特開2010-246171號公報 [〇〇1〇] 專利文獻2:特開2012-50312號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種繞組勵磁結(jié)構(gòu)的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其不使用永久磁鐵，利用由電樞線圈產(chǎn)生的高次空間諧波磁通就能得到電磁轉(zhuǎn)矩。
[0013]用于解決問題的方案
[0014]解決上述問題的旋轉(zhuǎn)電機的發(fā)明的一個實施方式具備:轉(zhuǎn)子，其以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)；以及定子，其在上述旋轉(zhuǎn)軸的軸方向上面對上述轉(zhuǎn)子，上述旋轉(zhuǎn)電機具有:多個電樞線圈，其配置在上述定子的上述旋轉(zhuǎn)軸的周圍；多個感應(yīng)線圈和多個勵磁線圈，其配置在上述轉(zhuǎn)子的上述旋轉(zhuǎn)軸的周圍；以及整流元件，其將上述感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流進行整流而提供給上述勵磁線圈，上述電樞線圈、上述感應(yīng)線圈和上述勵磁線圈中的至少1個繞組形成為在上述旋轉(zhuǎn)軸的軸方向上為2段的繞組線圈，使得該繞組的2個端部在芯材的外周面引出并作為連接用的部位。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，能提供繞組勵磁結(jié)構(gòu)的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其不使用永久磁鐵，利用由電樞線圈產(chǎn)生的高次空間諧波磁通就能得到電磁轉(zhuǎn)矩?！靖綀D說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機的圖，是表示其概略整體構(gòu)成的以軸心為中心切斷的縱截面立體圖。
[0018]圖2是表示主要部位構(gòu)成的定子和轉(zhuǎn)子的立體圖。
[0019]圖3是表示定子的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0020]圖4是表不定子鐵芯和電樞線圈的立體圖。[0021 ]圖5是表示定子的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。
[0022]圖6是說明定子鐵芯的電樞線圈的接線連接的分解立體圖。
[0023]圖7是說明定子鐵芯的電樞線圈的接線連接狀態(tài)的部分放大分解立體圖。
[0024]圖8是表示定子的組裝狀態(tài)的立體圖。
[0025]圖9是表示定子內(nèi)的樹脂模的分解立體圖。
[0026]圖10是表示轉(zhuǎn)子鐵芯和感應(yīng)線圈及勵磁線圈的部分分解立體圖。
[0027]圖11是通過二極管連接感應(yīng)線圈和勵磁線圈的閉合電路的電路構(gòu)成圖。
[0028]圖12是表示圖11所示的閉合電路在實際設(shè)備中的搭載形態(tài)的立體圖。
[0029]圖13是表示將感應(yīng)線圈和勵磁線圈與二極管連接的接線用基盤的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0030]圖14是表示轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的分解立體圖。[0031 ]圖15是表示轉(zhuǎn)子內(nèi)的樹脂模的分解立體圖。[〇〇32]圖16是表示軸的結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0033]圖17是說明將轉(zhuǎn)子鐵芯和磁輒裝配到軸的立體圖。
[0034]圖18是說明將定子和轉(zhuǎn)子裝配到軸的狀態(tài)的部分放大切斷立體圖。
[0035]圖19是說明將電樞線圈、感應(yīng)線圈和勵磁線圈卷繞到芯材的模型圖。[〇〇36]圖20是說明在電樞線圈、感應(yīng)線圈和勵磁線圈中產(chǎn)生而交鏈的磁通的磁力線圖。
[0037]圖21是表示旋轉(zhuǎn)坐標系中的3次空間諧波磁通的磁通密度和磁通矢量的磁通特性圖。
[0038]圖22是說明在無輔助極的徑向間隙型的情況下的電樞線圈、感應(yīng)線圈和勵磁線圈中產(chǎn)生而交鏈的磁通的磁力線圖。
[0039]圖23是說明有輔助極的徑向間隙型的情況下的電樞線圈、感應(yīng)線圈和勵磁線圈中產(chǎn)生而交鏈的磁通的磁力線圖。
[0040]圖24是表示使電樞線圈集中卷繞或者分布卷繞，隔著間隙發(fā)生交鏈的情況下根據(jù)旋轉(zhuǎn)角而變化的磁通密度的坐標圖。[0041 ]圖25是表示與圖24示出的磁通重疊的高次空間諧波磁通的每一次的磁通密度的坐標圖。
[0042]圖26是為了進行比較而表示在IPMSM、無輔助極的徑向間隙型、有輔助極的徑向間隙型中分別得到的轉(zhuǎn)矩波形的坐標圖。
[0043]圖27是表示被定子可自由旋轉(zhuǎn)地支撐的旋轉(zhuǎn)體的軸和轉(zhuǎn)子的外觀的立體圖。 [〇〇44] 附圖標記說明
[0045]11:電樞線圈
[0046]12a、12u、12v、12w:匯流帶
[0047]15:定子鐵芯
[0048]15a:端部
[0049]15k:切口(凹部)[0〇5〇]16:保持框(保持板，框構(gòu)件)
[0051]16a:保持孔[〇〇52]16t:突起(凸部)
[0053]17:定子槽
[0054]21:感應(yīng)線圈
[0055]21p、21q:連接端部[〇〇56]22:勵磁線圈[〇〇57]22:連接端部[〇〇58]22p、22q:連接端部
[0059]25:轉(zhuǎn)子鐵芯
[0060]25a:端部[0061 ]26:磁輒
[0062]27:轉(zhuǎn)子槽[〇〇63]29A、29B:二極管(整流元件)[〇〇64]29c:連接引腳
[0065]30:閉合電路
[0066]32:二極管盒
[0067]33:接線材[〇〇68]33a:徑方向線材(第1導(dǎo)體)[〇〇69]33b:周方向線材(第2導(dǎo)體)[〇〇7〇] 35:接線基盤
[0071]36:支架孔[〇〇72]37:接線材用槽[〇〇73]39:緊固螺栓[〇〇74]41:保持盤[〇〇75]41a:保持孔
[0076]42:鉤
[0077]45:蓋
[0078]46:外周壁
[0079]61:冷卻翅片[〇〇8〇]100:旋轉(zhuǎn)電機
[0081]101:軸
[0082]102、103:臺階部[〇〇83]102a、102b:端面(轉(zhuǎn)子定位部，第1、第2轉(zhuǎn)子臺階部)[〇〇84]103a:端面(定子定位部，定子臺階部)
[0085]108、159:軸承
[0086]110:定子
[0087]120:轉(zhuǎn)子
[0088]150:電動機箱[〇〇89]155:法蘭部
[0090]D1:間隙
[0091]D2:間隙 [〇〇92] G:間隙
[0093]MoR、MoS:樹脂模?！揪唧w實施方式】
[0094]以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。圖1?圖27是說明本發(fā)明的一個實施方式的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機的圖。
[0095]在圖1和圖2中，旋轉(zhuǎn)電機100具備外形形成為大致圓盤形狀的定子110和2個轉(zhuǎn)子 120、130,如后述那樣具有不需要以采用集電環(huán)等的接觸方式從外部對轉(zhuǎn)子120、130進行能量輸入的結(jié)構(gòu)，例如，具有適合搭載于混合動力汽車、電動汽車的性能。[〇〇96]在該旋轉(zhuǎn)電機100中對貫通軸心的軸(旋轉(zhuǎn)軸)101分別裝配有2個轉(zhuǎn)子120、130,成為隔著間隙G與定子110的兩面相對而夾著的形態(tài)，定子110支撐軸101使其旋轉(zhuǎn)自如，轉(zhuǎn)子 120、130固定于該軸101。即，旋轉(zhuǎn)電機100被構(gòu)建為在軸101的軸方向上由2個轉(zhuǎn)子120、130 夾著定子110而相對的軸向間隙的雙轉(zhuǎn)子型電動機。[〇〇97]如圖3所示，定子110具備短棒狀的截面為大致梯形的多個定子鐵芯15(芯材)，對該定子鐵芯15分別卷繞有連接著3相交流電源(例如未圖示的車載電池等外部電源)的電樞線圈11，配置在軸101周圍的位置。
[0098]定子鐵芯15由高透磁率的磁性材料制造，向與軸101平行的方向延伸，3相中的各相電樞線圈11 (llu、11 v、llw)被集中卷繞，各有6個極，成為無間隙的并列狀態(tài)。
[0099]S卩，在電樞線圈11中，利用定子鐵芯15間的18處定子槽17形成為具有與軸101的延伸方向平行的中心線的繞組線圈，由此繞著軸101均勻配置有18個極(磁極數(shù)為18)。簡而言之，電樞線圈11以與旋轉(zhuǎn)軸的軸方向平行的方向為中心卷繞有繞組，繞著該旋轉(zhuǎn)軸分別均勻配置。[〇1〇〇]如圖2所示，該定子鐵芯15的兩端側(cè)被2個圓盤形狀的保持框(保持板，框構(gòu)件)16 保持，該保持框16以介于定子鐵芯15與轉(zhuǎn)子120、130之間的形態(tài)被夾著，保持框16在如下狀態(tài)下進行保持:將定子鐵芯15的端部15a(參照圖3、圖4)插入開口的保持孔16a內(nèi)，使端面 15b露出(所謂偏置狀態(tài))。此外，保持框16由非磁性體材料例如后述的PPS樹脂制造從而不妨礙形成磁回路，利用裝配在中心部的軸承108支撐貫通的軸101使其旋轉(zhuǎn)自如。
[0101]具體地說，如圖4所示，在定子鐵芯15中，將帶狀的平角線11L卷繞成所謂a卷來形成電樞線圈11。在此，平角線11L的a卷例如是如下繞法:使平角線11L的長度方向上的中心附近成為與定子鐵芯15的梯形截面的寬度窄的頂端部(軸心側(cè)附近的部位)15c緊密接觸的狀態(tài)，并且鉤掛而開始卷繞，使平角線11L的相對于長度方向中心附近的一側(cè)沿著定子鐵芯 15的一端部15a側(cè)的端面15b(例如，圖4的上表面?zhèn)?的平面方向繞過同一部位進行卷繞，并且使平角線11L的相對于長度方向中心附近的另一側(cè)沿著定子鐵芯15的另一端部15a側(cè)的端面15b(例如，圖4的下表面?zhèn)?的平面方向繞過同一部位來進行卷繞。即，在電樞線圈11 中，在旋轉(zhuǎn)軸的軸方向上將平角線11L卷繞成2段，2段平角線11L的端部向同一側(cè)(定子110 的外周側(cè))引出。
[0102]由此，在定子110中，將平角線11L在定子鐵芯15上繞成a卷作為繞組來形成電樞線圈11，由此能減小后述的與在轉(zhuǎn)子鐵芯25中交鏈的磁通正交的繞組的截面積，能減小在該繞組內(nèi)產(chǎn)生的渦流損耗。
[0103]另外，在定子110中，定子鐵芯15的端面15b和電樞線圈11的纏繞端面(軸方向上的端面)處于偏置狀態(tài)，因此能減少從定子鐵芯15的端面15b附近直接與電樞線圈11交鏈的高次諧波磁通。因此，能減少繞組線圈產(chǎn)生的渦流損耗(高次諧波銅損)，限制發(fā)熱分布的發(fā)生，能抑制繞組中發(fā)生溫度分布導(dǎo)致電阻值的均勻性降低從而發(fā)生銅損等的惡性循環(huán)。
[0104]而且，在定子110中，能將在定子鐵芯15上繞成a卷的平角線11L的相對于長度方向中心附近的一側(cè)端部llLa和另一側(cè)端部llLb從纏繞面內(nèi)引出。因此，能使電樞線圈11的平角線11L的卷繞量盡可能變大。另外，與將平角線11L的端部llLa、llLb從定子鐵芯15的端面 15b側(cè)引出而設(shè)置保持框16的情況相比，在本實施方式的旋轉(zhuǎn)電機100中，能避免妨礙保持框16的設(shè)置，而且在該保持框16發(fā)生振動等情況下也能抑制保持框16與平角線11L、定子鐵芯15等構(gòu)件相互接觸而發(fā)生損傷。此外，在本實施方式中，使平角線11L的端部llLa、llLb從與頂端部15c相反的一側(cè)即定子110的外周側(cè)引出，但是也可以從該頂端部15c側(cè)引出。 [〇1〇5]另外，在定子鐵芯15中，在兩端部15a的梯形的寬度大的外周側(cè)形成有切口 15k(凹部)，與該切口 15k對應(yīng)地在保持框16的保持孔16a的大寬度側(cè)的外周邊形成有突起16t (凸部，參照圖5)。并且，將保持孔16a的突起16t嵌入定子鐵芯15的切口 15k，在軸方向上進行定位保持。在此，保持框16被制造為形成有在將定子鐵芯15的兩端部15a嵌入保持孔16a內(nèi)的狀態(tài)下將其收納在內(nèi)部的空間的短的有底圓筒形狀，對準外周側(cè)的厚壁部16d，利用螺紋孔 16h抒緊，由此對定子鐵芯15進行定位保持。
[0106]由此，在定子110中也能避免保持框16由于振動等而劇烈碰撞平角線11L，能抑制損傷的發(fā)生。[〇1〇7]另外，如圖5所示，在定子110中，定子鐵芯15的電樞線圈11按3相的U相、V相、W相各自并聯(lián)連接，利用逆變器對車載電池的直流電流進行變換后的3相交流電流從每相的輸入線19接入。例如，如圖6所示，對于該3相的電樞線圈1111、11￥、11￥各自的一側(cè)的平角線111的端部llLa，利用卷曲夾13作業(yè)性良好且容易地緊固匯流帶12u、12v、12w而使其并聯(lián)導(dǎo)通連接，上述匯流帶12u、12v、12w是按3相的U相、V相、W相分別準備的，整體上呈環(huán)狀的圓弧狀。 另外，另一側(cè)的平角線11L的端部llLb同樣，利用卷曲夾13緊固作為3相的中性點的匯流帶 12a而使其并聯(lián)導(dǎo)通連接。此外，在本實施方式中，將匯流帶12u、12v、12w、12a配置在定子 110的外周側(cè)，但是不限于此，也可以設(shè)置在內(nèi)周側(cè)。
[0108]在此，如圖6和圖7所示，電樞線圈11的連接端部11 La、11 Lb被引出到卷繞于定子鐵芯15的平角線11L的卷繞面的外側(cè)，位于定子110的外周側(cè)。因此，板狀的匯流帶12(12u、12v、12w、12a)的板狀平面相對于與軸心交叉的方向平行設(shè)置，并且在外周側(cè)分為上下2段分別進行連接，能使軸方向和平面方向不變厚地構(gòu)建定子110。
[0109]并且，在定子110成為將卷繞有電樞線圈11(平角線11L)并利用匯流帶12u、12v、 12w、12a導(dǎo)通連接的定子鐵芯15收納在保持框16內(nèi)的狀態(tài)之后，對該保持框16內(nèi)射出填充 (注入)例如散熱特性良好的PPS(Poly phenylene sulfide:聚苯硫醚)樹脂來進行固定。具體地說，如圖8所示，在定子110中，在將定子鐵芯15等收納在保持框16的內(nèi)部并用螺釘將厚壁部16d固定后，對該厚壁部16d開口，從將電樞線圈11的3相的輸入線19引出的引出口 16e 對內(nèi)部射出填充PPS樹脂(樹脂材料)并使其固化。
[0110]由此，如圖9所示，在定子110中，能對保持框16內(nèi)的收容空間的定子槽17等構(gòu)件間的間隙注入PPS樹脂，不用準備射出填充用模具，就能使PPS樹脂侵入定子鐵芯15、電樞線圈 11、匯流帶12、卷曲夾13之間的間隙來形成固定的樹脂模MoS。因此，通過將各構(gòu)件保持于樹脂模MoS，由此能限制離心力、振動而導(dǎo)致移動的情況，能使特性穩(wěn)定化從而抑制電磁振動等。另外，能確保抗離心力、振動、沖擊的堅牢性。另外，能通過形成樹脂模MoS來限制水分等浸入，提尚抗老化性。
[0111]由此，定子鐵芯15被配置于定子110,使得定子鐵芯15的端部15a的端面15b隔著間隙G與轉(zhuǎn)子120、130的后述的轉(zhuǎn)子鐵芯(芯材)25的端部25a的端面25b相對。在定子110中，能使電樞線圈11接通交流電而產(chǎn)生磁通，使該磁通從定子鐵芯15的端面15b與轉(zhuǎn)子120、130的轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b進行交鏈。
[0112]因此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，能使在位于定子鐵芯15兩側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯25中交鏈的磁通在后述的磁輒26中迂回從而形成閉合的磁回路，能利用要使形成該磁回路的磁通的磁路最短的磁阻轉(zhuǎn)矩(主旋轉(zhuǎn)力)來對夾著定子110的2個轉(zhuǎn)子120、130分別進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
[0113]因此，旋轉(zhuǎn)電機100需要用相同的旋轉(zhuǎn)力使固定于共用的軸101的轉(zhuǎn)子120、130— 體地旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)子120、130構(gòu)建成在定子110的兩面?zhèn)葘ΨQ的結(jié)構(gòu)。
[0114]其結(jié)果是，旋轉(zhuǎn)電機100能將通電輸入的電能作為機械能從軸101輸出，上述軸101 的軸心與在定子110的兩面?zhèn)冗M行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的轉(zhuǎn)子120、130的軸心一致，并且一體地旋轉(zhuǎn)。
[0115]此時，在旋轉(zhuǎn)電機100中，在從定子鐵芯15到轉(zhuǎn)子鐵芯25發(fā)生交鏈的磁通中重疊有高次空間諧波成分。因此，在轉(zhuǎn)子120、130側(cè)，也能利用從定子110側(cè)交鏈的磁通的高次空間諧波成分的磁通密度的變化，使內(nèi)置的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，得到電磁力。
[0116]詳細地說，在定子110的電樞線圈11所生成的磁通中，在隨著接通的交流電的基本頻率而變動的主磁通中重疊有高次空間諧波成分，與轉(zhuǎn)子120、130(轉(zhuǎn)子鐵芯25)進行交鏈。
[0117]因此，在轉(zhuǎn)子120、130中，以與主磁通的基本頻率不同的周期發(fā)生時間性變化的高次空間諧波磁通與轉(zhuǎn)子鐵芯25進行交鏈，在轉(zhuǎn)子鐵芯25上設(shè)置線圈，由此無需另外與車載電池等外部電源等連接而輸入電力就能高效地產(chǎn)生感應(yīng)電流。其結(jié)果是，能將導(dǎo)致鐵損的高次空間諧波磁通回收作為用于自勵磁的能量。
[0118]如圖10所示，在旋轉(zhuǎn)電機100中，在用于固定軸101的圓筒部23的周圍均勻配置有轉(zhuǎn)子鐵芯25,將形成在該轉(zhuǎn)子鐵芯25的相鄰側(cè)面之間的空間用作轉(zhuǎn)子槽27,配置有感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22。該感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22在轉(zhuǎn)子鐵芯25的長度方向(軸方向)上將作為2段繞組的比電樞線圈11的平角線11L寬度窄的平角線21L、22L分別卷繞成a卷。即，在感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22中，平角線21L、22L分別被卷繞為在旋轉(zhuǎn)軸的軸方向上成為2段，平角線21L、22L各自的2段的端部在同一側(cè)(轉(zhuǎn)子120、130的外周側(cè))被引出。
[0119]由此，在轉(zhuǎn)子120、130中，能使相對于從定子鐵芯15交鏈的磁通正交的繞組的截面積變小，能減少在該繞組內(nèi)產(chǎn)生的渦流損耗。另外，使繞成a卷的平角線21L、22L的大寬度面與轉(zhuǎn)子鐵芯25接觸，因此能對通電造成的發(fā)熱高效地導(dǎo)熱來連續(xù)運轉(zhuǎn)。另外，轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b和感應(yīng)線圈21的纏繞端面處于偏置狀態(tài)，因此能抑制由感應(yīng)線圈21產(chǎn)生的感應(yīng)電流不穩(wěn)定，勵磁電流的脈動變大引發(fā)轉(zhuǎn)矩脈動等特性惡化的情況。
[0120]而且，在轉(zhuǎn)子120、130中，能通過將平角線21L、22L繞成a卷來使感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22的卷繞量變大。另外，在從感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22將后述的第1、第2連接端部21p、 21q、22p、22q從繞組引出時，能避免妨礙在轉(zhuǎn)子鐵芯25周圍層疊構(gòu)件、裝配后述的保持盤 41。由此，能有效地抑制保持盤41與平角線21L、22L、轉(zhuǎn)子鐵芯25等構(gòu)件相互接觸而受到負荷從而導(dǎo)致發(fā)生損傷的情況。
[0121]具體地說，轉(zhuǎn)子120、130在磁輒26的一面?zhèn)染邆涠鄠€轉(zhuǎn)子鐵芯25，該多個轉(zhuǎn)子鐵芯 25為短棒狀，截面為大致梯形，在該轉(zhuǎn)子鐵芯25上卷繞有感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22，將其配置在繞著軸101的位置。
[0122]轉(zhuǎn)子鐵芯25由高透磁率的磁性材料制造，向與軸101平行的方向延伸，作為共用的芯材分別無間隙地集中卷繞有感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22,使其按上下2段并列。
[0123]即，在感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22中，利用轉(zhuǎn)子鐵芯25間的12處轉(zhuǎn)子槽27形成中心線與軸101平行的繞組線圈，從而繞著軸101均勻配置有12個極(槽數(shù)為12)。簡而言之，感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22以與旋轉(zhuǎn)軸的軸方向平行的方向為中心卷繞繞組，分別繞著該旋轉(zhuǎn)軸均勻配置。
[0124]因此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，轉(zhuǎn)子120、130側(cè)的感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22的槽數(shù)S(12) 與定子110側(cè)的電樞線圈11的磁極數(shù)P(18)的構(gòu)成比S/P形成為2/3。
[0125]另外，在轉(zhuǎn)子鐵芯25中，將遠離端部25a的一側(cè)與圓盤形狀的磁輒26的一面?zhèn)刃纬蔀橐惑w，使端面25b隔著間隙G與定子鐵芯15的端面15b相對。此外，磁輒26使軸101貫通中心部，與固定的圓筒部23裝配成一體。
[0126]利用該結(jié)構(gòu)，從定子鐵芯15的端面15b側(cè)到轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b交鏈的磁通能在該端面25b的背面?zhèn)鹊拇泡m26中迂回，使單獨的轉(zhuǎn)子鐵芯25形成磁路，能在與該轉(zhuǎn)子鐵芯25 的端面25b相對的定子鐵芯15的端面15b再次交鏈，由此形成閉合的磁回路。
[0127]并且，感應(yīng)線圈21配置在轉(zhuǎn)子鐵芯25的遠離磁輒26而能使來自定子鐵芯15的高次空間諧波磁通有效地交鏈的端部25a側(cè)，勵磁線圈22配置在轉(zhuǎn)子鐵芯25的接近磁輒26的連接部25c側(cè)。
[0128]由此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，能使磁通隔著小間隙G從定子鐵芯15的端面15b到轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b高密度地交鏈，能利用該交鏈的磁通中包含的高次空間諧波成分(磁通密度相對于基波的變化)使感應(yīng)線圈21產(chǎn)生感應(yīng)電流，提供給勵磁線圈22。
[0129]該勵磁線圈22將從感應(yīng)線圈21接受的感應(yīng)電流作為勵磁電流而自勵磁，由此能產(chǎn)生磁通(電磁力)，能使該磁通從轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b與定子鐵芯15的端面15b進行交鏈。
[0130]因此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，能得到與產(chǎn)生主旋轉(zhuǎn)力的電樞線圈11的磁通獨立的電磁轉(zhuǎn)矩(輔助旋轉(zhuǎn)力)，能輔助轉(zhuǎn)子120、130的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
[0131]此時，旋轉(zhuǎn)電機100將由感應(yīng)線圈21產(chǎn)生的交流的感應(yīng)電流變?yōu)橹绷鞯膭畲烹娏魈峁┙o勵磁線圈22從而使轉(zhuǎn)子鐵芯25發(fā)揮電磁鐵的功能來產(chǎn)生電磁力，因此為了有效利用該交流的感應(yīng)電流而在圖11所示的閉合電路30內(nèi)分別裝入感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22。
[0132]這些感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22以相鄰位置的轉(zhuǎn)子鐵芯25和轉(zhuǎn)子槽27的2個組作為 1套，與二極管(整流元件)29A、29B—起構(gòu)成閉合電路30。
[0133]如圖11所示，在閉合電路30中，串聯(lián)連接的2個勵磁線圈22的兩個端部分別經(jīng)過二極管29A、29B連接到并聯(lián)連接的2個感應(yīng)線圈21的兩端部。
[0134]具體地說，在閉合電路30中，按逆向纏繞方向集中卷繞而串聯(lián)連接的2個勵磁線圈 22中的一方側(cè)的第1連接端部22p和按相同纏繞方向集中卷繞而并聯(lián)連接的2個感應(yīng)線圈21 的2個第1連接端部21 p被連接在1個連接點。另外，串聯(lián)連接的2個勵磁線圈22中的另一方側(cè)的第2連接端部22q連接到二極管29A、29B兩者的陰極側(cè)的連接引腳(連接端子)29c，另外， 并聯(lián)連接的2個感應(yīng)線圈21的2個第2連接端部21q連接到二極管29A、29B各自的陽極側(cè)的連接引腳29c。即，二極管29A、29B被封裝為共陰極型，使將各自的陰極側(cè)的連接引腳29c彼此連接后的連接引腳29c露出到外部，使陽極側(cè)的連接引腳29c分別直接露出到外部。
[0135]該二極管29A、29B形成為彼此以180度相位差進行接線，使一方感應(yīng)電流反相而將半波整流輸出合成的中性點鉗位型的全波整流電路。
[0136]由此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，用相鄰的感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22各2組以及二極管 29A、29B這樣的1套構(gòu)成閉合電路30,而閉合電路30中的感應(yīng)線圈21為向相同方向卷繞的集中卷繞，被并聯(lián)連接，并且勵磁線圈22在轉(zhuǎn)子120、130的整周方向上的卷繞方向是交替的。
[0137]因此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，由于流通由自勵得到的直流電(勵磁電流)而在轉(zhuǎn)子鐵芯 25的勵磁線圈22中產(chǎn)生的電磁鐵的磁化方向在周方向上是交替的，N極和S極交替與定子 110的定子鐵芯15相對。
[0138]并且，在旋轉(zhuǎn)電機100中，6套圖11所示的閉合電路30在轉(zhuǎn)子120、130的周方向上并置。即，如圖12所示，收納二極管29A、29B的二極管盒32在磁輒26的轉(zhuǎn)子鐵芯25的背面?zhèn)仍谵D(zhuǎn)子120、130的周方向上并列配置。
[0139]在該旋轉(zhuǎn)電機100中，在轉(zhuǎn)子120、130中卷繞有感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22的轉(zhuǎn)子鐵芯25的突極數(shù)P與在定子110中設(shè)置電樞線圈11的定子槽17的槽數(shù)S的構(gòu)成比(結(jié)合體)為P/ S = 2/3,通過采用這種結(jié)構(gòu)，使得在各個閉合電路30的感應(yīng)線圈21中發(fā)生交鏈的高次諧波磁通的波形相同。
[0140]因此，無相位差地由感應(yīng)線圈21產(chǎn)生的感應(yīng)電流能作為由二極管29A、29B進行了整流的同程度的勵磁電流提供給勵磁線圈22,能不損失而有效利用所產(chǎn)生的電磁力，能高效并且高質(zhì)量地對轉(zhuǎn)子120、130進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
[0141]根據(jù)這種電路構(gòu)成，在本實施方式的旋轉(zhuǎn)電機100中，每個閉合電路30被分段為6 套，因此與將轉(zhuǎn)子120、130的感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22全由2個二極管29A、29B整流來發(fā)揮電磁鐵功能的串聯(lián)電路的情況相比，能避免繞組電阻累加而成為高電阻值。
[0142]因此，例如在為了使車輛低速行駛而使轉(zhuǎn)子120、130進行低速旋轉(zhuǎn)的情況下，與感應(yīng)線圈21交鏈的磁通量的變化變小，產(chǎn)生的感應(yīng)電流也會變小。然而，在旋轉(zhuǎn)電機100中，能使該感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22的繞組電阻中的浪費變少(使限制電阻值變小)，不會無效地浪費電而使勵磁線圈22勵磁。由此，能高效地產(chǎn)生電磁力，能有效地輔助利用定子110的電樞線圈11產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力。
[0143]此時，也能使由感應(yīng)線圈21產(chǎn)生的感應(yīng)電壓、由勵磁線圈22產(chǎn)生的勵磁電壓分散來抑制為低電壓，也能減少由于對繞組通電而發(fā)生的銅損。因此，也能避免電壓值過高而得不到所希望的轉(zhuǎn)矩。
[0144]然而，感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22的低電阻化、低電壓化也能通過將該感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22分別并聯(lián)連接來實現(xiàn)。然而，兩端部被并聯(lián)連接的感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22各自中，會在抵消磁通的產(chǎn)生(變化)的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，因此在感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22 的并聯(lián)電路內(nèi)會產(chǎn)生循環(huán)電流，導(dǎo)致妨礙產(chǎn)生磁通(磁力)。因此，在旋轉(zhuǎn)電機100的整流電路中，優(yōu)選在轉(zhuǎn)子120、130中分別配置6套閉合電路30。
[0145]具體地說，在閉合電路30中，二極管盒32內(nèi)的二極管29A、29B的連接引腳29c與感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22經(jīng)過多個接線材33連接。另外，如圖13所示，二極管盒32和接線材33 能利用設(shè)置于磁輒26的轉(zhuǎn)子鐵芯25的背面?zhèn)鹊臉渲瞥?例如，PPS樹脂)的接線基盤35的支架孔36、接線材用槽37來定位保持，能容易地進行接線作業(yè)。
[0146]在此，在接線基盤35中，在軸方向外面35a—側(cè)在周方向上均勻間隔地形成有設(shè)置二極管盒32的支架孔36,該二極管盒32通過緊固螺栓39裝配在支架孔36內(nèi)。在該接線基盤 35中排列有支架孔36,使得從二極管盒32向外部突出的二極管29A、29B的連接引腳29c在以軸心為中心的徑方向上延伸而朝向外周側(cè)。這樣，在接線基盤35中，與將二極管29A、29B的連接引腳29c沿著周方向排列的情況相比緊湊地設(shè)置。
[0147]另外，在接線基盤35中，從感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22的被繞成a卷的繞組(平角線 21L、22L)引出第1、第2連接端部21?、219、22?、229，確保彼此絕緣的規(guī)定間隔，形成為沿著接線基盤35的外周面35b彎曲的形狀，向外面35a側(cè)(背面?zhèn)?的方向延伸。
[0148]另外，在接線基盤35中分別形成有多個作為接線材用槽37的徑方向槽37a和周方向槽37b。接線材用槽37的徑方向槽37a能收納感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22的第1、第2連接端部21?、219、22?、229和二極管盒32(二極管294、298)外部的連接引腳29〇這兩者，保持大寬度的凹陷形狀，形成從外面35a側(cè)到外周面35b側(cè)在徑方向上連續(xù)的形狀。接線材用槽37的周方向槽37b以與接線材33同等程度的寬度將徑方向槽37a之間連通，形成有離軸心間隔不同的3條周方向槽37b。
[0149]如圖11和圖12所示，在該接線材33中，將設(shè)置在接線材用槽37的徑方向槽37a內(nèi)的多條徑方向線材(第1導(dǎo)體)33a和設(shè)置在接線材用槽37的周方向槽37b內(nèi)的多條周方向線材 (第2導(dǎo)體)33b適當?shù)赝ㄟ^熔焊、錫焊等來形成將感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22與二極管29A、 29B連接的接線路徑R1?R5。在此，該接線材33按照接線材用槽37(37a，37b)的形狀成型從而能容易地進行連接作業(yè)，另外，通過形成為帶狀還能提高散熱特性。
[0150]此外，詳細地說，在接線路徑R1中，2個勵磁線圈22中的一方側(cè)的第1連接端部22p 和2個感應(yīng)線圈21的2個第1連接端部2 lp之間被導(dǎo)通連接。在接線路徑R2中，串聯(lián)連接的2個勵磁線圈22之間的第1、第2連接端部22p、22q之間被導(dǎo)通連接。在接線路徑R3、R4中，并聯(lián)連接的2個感應(yīng)線圈21的2個第2連接端部21q和二極管29A、29B各自的陽極側(cè)的連接引腳29c 之間均被導(dǎo)通連接。在接線路徑R5中，串聯(lián)連接的2個勵磁線圈22中的另一方側(cè)的第2連接端部22q與二極管29A、29B兩者的陰極側(cè)的連接引腳29c之間被導(dǎo)通連接。
[0151]并且，如圖14所示，轉(zhuǎn)子120、130在與接線基盤35相反的一側(cè)裝配有保持盤41，使其介于轉(zhuǎn)子120、130與定子110之間，換言之，使其與保持框16相對。在保持盤41中，在開口的保持孔41a內(nèi)嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯25的端部25a側(cè)而使端面25b露出的狀態(tài)下進行保持。[〇152]在保持盤41中，在保持孔41a間的外周側(cè)的多個部位一體形成有用于進入接線基盤35的外周面35b的徑方向槽37a內(nèi)的間隙的鉤42。詳細地說，使鉤42進入與感應(yīng)線圈21的第1連接端部21p相鄰的間隙，勾住接線基盤35的外面35a側(cè)。
[0153]在該保持盤41中，使鉤42勾住接線基盤35的外面35a側(cè)從而保持將感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22卷繞于轉(zhuǎn)子鐵芯25的狀態(tài)，并且維持從保持孔41a露出的端面25b接近對面從保持框16的保持孔16a露出的定子鐵芯15的端面15b的狀態(tài)。此外，該保持盤41可以由不妨礙磁回路的形成的非磁性體材料制造，例如由能使鉤42容易變形地裝配于接線基盤35的樹脂材料(例如PPS樹脂)成型制造。[〇154]另外，轉(zhuǎn)子120、130被收納在從接線基盤35的外面35a側(cè)到保持盤41形成為有底的短圓筒形狀的蓋45內(nèi)來獲得保護，蓋45由非磁性金屬板例如黃銅板成型，由此在運轉(zhuǎn)時不會影響磁路的形成等。[〇155] 該蓋45在外周壁46的內(nèi)周面?zhèn)刃纬捎型剐螤畈?6a(參照圖15)，凸形狀部46a嵌入設(shè)于接線基盤35的外周面35b的徑方向槽37a。另外，繞著軸心的開口 45c形成有用于使固定設(shè)置在接線基盤35的支架孔36內(nèi)的二極管盒32的緊固螺栓39的螺紋部貫通的貫通孔45d。
[0156]由此，蓋45使外周壁46的凸形狀部46a嵌入接線基盤35的外周面35b的徑方向槽 37a，能在周方向上將蓋45定位而用蓋45覆蓋。另外，能對開口45c周圍的貫通孔45d插入緊固螺栓39,裝配成與接線基盤35的支架孔36內(nèi)的二極管盒32的一面?zhèn)染o密接觸的狀態(tài)。由此，蓋45能發(fā)揮散熱構(gòu)件的作用，將二極管29A、29B進行整流動作時產(chǎn)生的熱進行熱交換， 放出到外部。另外，只要從接線基盤35松動卸下緊固螺栓39就能進行二極管盒32(二極管 29A、29B)的更換作業(yè)，能提高作業(yè)性。
[0157]而且，在轉(zhuǎn)子120、130中，在相鄰的保持孔41a之間設(shè)有多處注入口41b。并且，在轉(zhuǎn)子120、130中，在將蓋45裝配于接線基盤35的狀態(tài)下，能從蓋45的外周壁46與保持盤41的外周邊41 c之間形成的間隙D1 (參照圖15 )、轉(zhuǎn)子鐵芯2 5的軸心側(cè)的圓筒部23與保持盤41的內(nèi)周邊41 d之間形成的間隙D2 (參照圖15)以及注入口 41 b射出(注入)PPS樹脂。
[0158]此時，如圖15所示，在轉(zhuǎn)子120、130中，PPS樹脂的射出量被調(diào)整為不會覆蓋到接線基盤35的外面35a側(cè)的程度，在蓋45與接線基盤35之間的轉(zhuǎn)子槽27內(nèi)等填充PPS樹脂，使其固化。
[0159]由此，在轉(zhuǎn)子120、130中，也能對轉(zhuǎn)子槽27等構(gòu)件間的間隙注入PPS樹脂，不用準備射出填充用模具就能使PPS樹脂侵入轉(zhuǎn)子鐵芯25、感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22之間的間隙來形成固定的樹脂模MoR。因此，各構(gòu)件被樹脂模MoR保持，由此能限制由于離心力、振動而移動， 使特性穩(wěn)定化來抑制電磁振動等。另外，能確保對離心力、振動、沖擊的堅牢性。另外，通過設(shè)置樹脂模MoR也能限制水分等的浸入，提高抗老化性。
[0160]此時，接線基盤35的外面35a側(cè)不會被PPS樹脂覆蓋，不會導(dǎo)致無法進行將蓋45從接線基盤35卸下來更換二極管盒32(二極管29A、29B)的作業(yè)。
[0161]并且，如圖1所示，在旋轉(zhuǎn)電機100中，定子110和轉(zhuǎn)子120、130被收納在電動機箱 150內(nèi)。在該旋轉(zhuǎn)電機100中，利用設(shè)置于電動機箱150的軸方向兩端側(cè)的端板152、153的軸承159支撐軸101的兩端側(cè)，使其旋轉(zhuǎn)自如。并且，由軸承108支撐該軸101并使其旋轉(zhuǎn)自如的定子110的外周邊側(cè)與電動機箱150的側(cè)板154連結(jié)，對其電樞線圈11提供電力。
[0162]在該旋轉(zhuǎn)電機100中，將對定子110的電樞線圈11提供電力而對轉(zhuǎn)子120、130進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動時的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩輸出到與露出(突出)到電動機箱150的端板153的外部的軸101的連結(jié)端部10 la側(cè)連結(jié)的負載側(cè)。針對該軸101 (轉(zhuǎn)子120、130)的旋轉(zhuǎn)，在從電動機箱150的端板 152突出的旋轉(zhuǎn)端部101b裝配未圖示的旋轉(zhuǎn)分析器(resolver)等旋轉(zhuǎn)傳感器來檢測旋轉(zhuǎn)速度等，在該旋轉(zhuǎn)端部l〇lb的端板152的外部側(cè)設(shè)有用于防止損傷的防護箱156來進行保護。
[0163]如圖16所示，在軸101中，在裝配定子110、轉(zhuǎn)子120、130的設(shè)置部位形成有直徑不同的臺階部102、103,將定子110和轉(zhuǎn)子120、130在軸方向上定位來進行裝配。定子110使臺階部102位于軸心側(cè)來裝配于軸101。轉(zhuǎn)子120、130使該臺階部102的軸方向兩側(cè)的設(shè)置面 101r位于軸心側(cè)來裝配于軸101。
[0164]對于該轉(zhuǎn)子120、130,在比用于嵌套磁輒26的軸心側(cè)的圓筒部23的內(nèi)周面23a的軸 101的設(shè)置面l〇lr形成更大直徑的臺階部102的兩端面102a、102b(轉(zhuǎn)子定位部，第1、第2轉(zhuǎn)子臺階部)，以抵接該圓筒部23的狀態(tài)為基準，使閉鎖環(huán)105、106與兩端側(cè)的未圖示的螺紋部嚙合，在接近方向上鎖緊，從而在軸方向上進行定位。另外，如圖7所示，對于轉(zhuǎn)子120、 130,在旋轉(zhuǎn)方向上使鍵構(gòu)件129嵌入形成在圓筒部23的內(nèi)周面23a側(cè)的鍵槽24和在軸101的設(shè)置面l〇lr的軸方向上連續(xù)的鍵槽104來進行定位。
[0165]另外，如圖16所示，軸101在對轉(zhuǎn)子120、130進行定位的臺階部102的一端側(cè)共用端面102b形成有更大直徑的臺階部103,以該臺階部103為基準對定子110進行定位來進行裝配。
[0166]如圖1所示，在該定子110中，在保持框16的內(nèi)周邊側(cè)設(shè)有軸承支撐件107,支撐軸承108使其旋轉(zhuǎn)自如，以將該軸承108的一端側(cè)端部抵接于臺階部103的共用端面102b的相反側(cè)的端面l〇3a (定子定位部，定子臺階部)的狀態(tài)為基準在軸方向上進行定位。而且，定子 110在旋轉(zhuǎn)方向上將插入保持框16的厚壁部16d的螺紋孔16h的固定螺栓119鎖緊到形成于電動機箱150的側(cè)板154的內(nèi)周面?zhèn)鹊姆ㄌm部155的螺紋固定孔155a中來進行定位。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，定子110的外周側(cè)被固定于電動機箱150的側(cè)板154，由此能減少軸方向的撓曲振動。[0167 ]這樣，旋轉(zhuǎn)電機100被構(gòu)建為如下結(jié)構(gòu):在被設(shè)置于電動機箱150的端板152、153側(cè)和定子110的保持框16側(cè)的軸承159、108支撐并旋轉(zhuǎn)自如的軸101上，轉(zhuǎn)子120、130夾著該定子110被固定而一體旋轉(zhuǎn)。
[0168]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，如圖18所示，在旋轉(zhuǎn)電機100中，使固定于電動機箱150側(cè)的定子鐵芯 15的兩端面15b和固定于軸101側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b隔著間隙G靠近并相對，能支撐轉(zhuǎn)子120、130使其旋轉(zhuǎn)自如。另外，在該旋轉(zhuǎn)電機100中，從車載電池對定子110的電樞線圈11 接通交流電流來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，由此能使高次諧波磁通與轉(zhuǎn)子120、130的感應(yīng)線圈21交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電流，對該感應(yīng)電流進行整流，作為勵磁電流提供給勵磁線圈22,由此能發(fā)揮電磁鐵的功能，得到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
[0169]在此，感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22被設(shè)置為在進行磁場解析確認了高次諧波磁路的基礎(chǔ)上能高效地產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而有效利用從定子鐵芯15的端面15b與轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b進行交鏈的3次時間諧波磁通。具體地說，如上述那樣，將轉(zhuǎn)子120、130的槽數(shù)S與定子 110的磁極數(shù)P的構(gòu)成比S/P設(shè)為2/3,由此形成能高效地利用旋轉(zhuǎn)坐標系中的3f次時間諧波磁通(f = 1，2,3.)的結(jié)構(gòu)。
[0170]詳細地說，例如，旋轉(zhuǎn)坐標系中的高次時間諧波磁通不過是僅在轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b的表面附近進行振動的波形，因此無法使感應(yīng)線圈21高效地產(chǎn)生感應(yīng)電流。而如果將旋轉(zhuǎn)坐標系中的3次時間諧波磁通作為回收對象，則由于頻率比輸入電樞線圈11的基本頻率高，能以短周期進行脈動，能有效地使感應(yīng)線圈21產(chǎn)生感應(yīng)電流。因此，能高效地回收在基本頻率的磁通中重疊的高次空間諧波成分的損失能量來進行旋轉(zhuǎn)。[〇171]而且，與上述同樣地進行磁通密度分布的磁場解析可知，根據(jù)轉(zhuǎn)子齒突極數(shù)P與定子槽數(shù)S之比，機械角360度內(nèi)的周方向上磁通密度分布也被分散化，因此認為在定子110中作用的電磁力分布也發(fā)生偏置。
[0172]因此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，采用將轉(zhuǎn)子120、130的槽數(shù)S與定子110的磁極數(shù)P的構(gòu)成比S/P設(shè)為2/3的結(jié)構(gòu)，由此能使在機械角360度的整周上密度分布均勻的磁通發(fā)生交鏈，能使轉(zhuǎn)子120、130與定子110相對并且高質(zhì)量地相對旋轉(zhuǎn)。
[0173]由此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，能不損失高次空間諧波磁通地進行有效利用，能高效地回收損失能量，能大幅度減少電磁振動，靜寂性高地進行旋轉(zhuǎn)。[〇174]另外，感應(yīng)線圈21、勵磁線圈22采用集中卷繞結(jié)構(gòu)，由此不需要跨越多個槽在周方向上進行繞線，整體上能進行小型化。另外，在感應(yīng)線圈21中，能減少旋轉(zhuǎn)坐標系中的初級側(cè)的銅損損失，高效地產(chǎn)生由低次的3次時間諧波磁通的交鏈導(dǎo)致的感應(yīng)電流，能增加可回收的損失能量。
[0175]而且，感應(yīng)線圈21利用旋轉(zhuǎn)坐標系中的3次時間諧波磁通，由此與利用旋轉(zhuǎn)坐標系中的2次時間諧波磁通的情況相比，能有效地產(chǎn)生感應(yīng)電流。詳細地說，對于感應(yīng)電流來說， 與2次相比，利用3次時間諧波磁通能使磁通的時間變化變大，能得到大電流，能高效地進行回收。
[0176]這樣，在旋轉(zhuǎn)電機100中，如圖19中示為模型圖那樣，使轉(zhuǎn)子120、130各自的轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b隔著間隙G與卷繞有定子110的電樞線圈11的定子鐵芯15的兩端面15b相對。 并且，將感應(yīng)線圈21卷繞于各轉(zhuǎn)子鐵芯25的端部25a，另外，將勵磁線圈22卷繞于各轉(zhuǎn)子鐵芯25的磁輒26(連接部25c)側(cè)。
[0177]由此，如圖20所示，在旋轉(zhuǎn)電機100中，能形成使對電樞線圈11通電而產(chǎn)生的磁通 MF在定子鐵芯15和兩側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯25之間進行交鏈而在磁輒26中迂回的磁回路，能相對于定子110使2個轉(zhuǎn)子120、130相對旋轉(zhuǎn)。另外，在此基礎(chǔ)上，在該磁通MF中重疊的高次空間諧波磁通HF也從定子鐵芯15與兩側(cè)的轉(zhuǎn)子鐵芯25進行交鏈，能由各個端部側(cè)25a的感應(yīng)線圈 21高效地回收而產(chǎn)生感應(yīng)電流，能將在二極管29A、29B中對該感應(yīng)電流進行整流得到的勵磁電流提供給勵磁線圈22。因此，例如在圖21中，如將在定子鐵芯15和兩側(cè)的2個轉(zhuǎn)子鐵芯 25之間進行交鏈的3次時間諧波磁通HF的磁通密度用磁通矢量V表示的那樣，在旋轉(zhuǎn)電機 100中，在定子鐵芯15與兩側(cè)的2個轉(zhuǎn)子鐵芯25之間使高次空間諧波磁通HF以高磁通密度進行交鏈，能用大的電磁轉(zhuǎn)矩使軸1 〇 1旋轉(zhuǎn)。
[0178]而例如在徑方向上使定子和轉(zhuǎn)子隔著間隙相對的徑向間隙型旋轉(zhuǎn)電機中，在中間夾著定子配置有直徑不同的內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的情況下，對于內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子來說， 在徑向方向上與定子相對的面積大不相同，因此會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩發(fā)生大的差異。
[0179]因此，徑向間隙型旋轉(zhuǎn)電機有如下特性:與軸向間隙型相比，在結(jié)構(gòu)上，無法確保高次空間諧波磁通交鏈的面積大，即使將電樞線圈11集中卷繞，高次空間諧波磁通的產(chǎn)生量多，也難以有效地進行交鏈。相反，軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機100在結(jié)構(gòu)上與徑向間隙型相比，雖然泄漏磁通多，但是采用能有效回收該泄漏的結(jié)構(gòu)，因此能有效地使高次空間諧波磁通交鏈。
[0180]例如，在使用1個轉(zhuǎn)子的徑向間隙型旋轉(zhuǎn)電機的情況下，如圖22所示，為對于卷繞電樞線圈931的定子鐵芯935的單側(cè)的端面935b隔著間隙G使1個轉(zhuǎn)子鐵芯945的端面945b相對的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，與軸向間隙型相比無法高效地回收將電樞線圈931通電而產(chǎn)生的磁通MF中重疊的高次空間諧波磁通HF，難以產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩。另外，磁輒946側(cè)的鐵損也會比軸向間隙雙轉(zhuǎn)子型旋轉(zhuǎn)電機100增加。
[0181]另外，如圖23所示，在徑向間隙型旋轉(zhuǎn)電機中，為了回收更多的高次空間諧波磁通 HF，想到在轉(zhuǎn)子鐵芯945間的轉(zhuǎn)子槽947內(nèi)配置回收用的輔助極鐵芯948，卷繞感應(yīng)線圈949。 然而，在這種結(jié)構(gòu)中，僅能回收定子鐵芯935的單側(cè)泄漏的高次空間諧波磁通HF，因此所得到的電磁轉(zhuǎn)矩比旋轉(zhuǎn)電機100小。另外，在這種結(jié)構(gòu)中，在轉(zhuǎn)子鐵芯945間配置使磁通交鏈的輔助極鐵芯948,因此會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子側(cè)的突極比變小。
[0182]而且，在旋轉(zhuǎn)電機100中，在定子110、轉(zhuǎn)子120、130中分別配置有將繞組線圈集中卷繞而成的電樞線圈11、感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22,但是也可以進行分布卷繞來代替集中卷繞。然而，關(guān)于在定子鐵芯15的端面15b與轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b之間進行交鏈的磁通密度，在將電樞線圈11、感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22集中卷繞或者分布卷繞的情況中進行比較， 則有如圖24所示的磁通密度波形。對該磁通密度波形進行電磁場解析，如圖25所示，可知在集中卷繞的情況下，所包含的靜止坐標系中的2次空間諧波磁通(旋轉(zhuǎn)坐標系中的3次時間諧波磁通)比分布卷繞的情況多。其結(jié)果是，在旋轉(zhuǎn)電機100中，與分布卷繞的情況相比，通過采用集中卷繞，能使進入轉(zhuǎn)子鐵芯25的端面25b深處的高次空間諧波磁通多與感應(yīng)線圈 21進行交鏈，能將感應(yīng)電流作為勵磁電流提供給勵磁線圈22。
[0183]因此，如圖26用轉(zhuǎn)矩波形所示，在軸向間隙雙轉(zhuǎn)子型旋轉(zhuǎn)電機100中，當開始對定子110的電樞線圈11提供交流電流時，如圖中用實線所示，能以高轉(zhuǎn)矩使軸101旋轉(zhuǎn)。而在圖 26中用單點劃線表示的如圖22那樣的徑向間隙型且無輔助極的結(jié)構(gòu)、在圖26中用雙點劃線表示的如圖23那樣的徑向間隙型且有輔助極的結(jié)構(gòu)中，無法如軸向間隙雙轉(zhuǎn)子型旋轉(zhuǎn)電機 100那樣得到大的轉(zhuǎn)矩。另外，如圖26中用虛線所示，可知即使是以得到高轉(zhuǎn)矩為目的，在將永久磁鐵埋入轉(zhuǎn)子內(nèi)來利用電磁轉(zhuǎn)矩的IPMSM(Inter1r Permanent Magnet Synchronous Motor:內(nèi)永磁同步電動機)的結(jié)構(gòu)中，也無法如軸向間隙雙轉(zhuǎn)子型旋轉(zhuǎn)電機100那樣用大的轉(zhuǎn)矩對軸101進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
[0184]然而，如圖27所示，在本旋轉(zhuǎn)電機100中，在蓋45的外面45a側(cè)的多個部位形成有冷卻翅片61。該冷卻翅片61的朝向旋轉(zhuǎn)方向的一側(cè)為傾斜面61a，由此能避免成為旋轉(zhuǎn)負荷， 并且能使電動機箱150內(nèi)的空氣發(fā)生對流。
[0185]由此，在旋轉(zhuǎn)電機100中，將轉(zhuǎn)子120、130的接線基盤35收納在內(nèi)部的蓋45主體能將二極管29A、29B在整流動作時傳遞的發(fā)熱通過使包括冷卻翅片61的蓋45的表面與外部空氣等高效地接觸來進行熱交換。由此，能有效地進行散熱，能抑制溫度上升，旋轉(zhuǎn)效率降低的情況。此外，該旋轉(zhuǎn)電機100也具備貫通軸101的軸心的冷媒用流路109。
[0186]這樣，在本實施方式中，在構(gòu)建成軸向間隙型的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的定子110和轉(zhuǎn)子120、 130中分別配置有在軸101周圍卷繞方向平行的電樞線圈11、感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22,因此能使在由電樞線圈11產(chǎn)生的主磁通中重疊的高次空間諧波磁通與設(shè)于定子110的兩側(cè)的轉(zhuǎn)子120、130的感應(yīng)線圈21有效地進行交鏈。并且，能將由此在感應(yīng)線圈21中產(chǎn)生的感應(yīng)電流作為勵磁電流高效地提供給勵磁線圈22。
[0187]因此，不使用永久磁鐵(不會由于高次空間諧波磁通而發(fā)生磁力的下降)，并且不用從外部提供電力，就能有效地利用高次空間諧波磁通，由此能與磁阻轉(zhuǎn)矩一起將電磁轉(zhuǎn)矩分別作用于轉(zhuǎn)子120、130,能以大的旋轉(zhuǎn)力進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
[0188]另外，在電樞線圈11中，繞著芯材(定子鐵芯15)將平角線11L繞成a卷，將端部llLa 和端部llLb原樣保持繞組的纏繞方向來向定子110的外周側(cè)引出。由此，能有效利用與保持框16之間的空間來形成繞組線圈。由于是這種結(jié)構(gòu)，因此能形成使該芯材的端部15a從保持框16的保持孔16a露出而嵌入的所謂偏置狀態(tài)，能在繞組的整周上接觸來進行支撐。另外， 能通過從纏繞部位引出并彎曲來緊湊地接線。
[0189]另外，在感應(yīng)線圈21和勵磁線圈22中，繞著芯材(轉(zhuǎn)子鐵芯25)將平角線21L、22L繞成a卷，能將第1連接端部21p、22p和第2連接端部21q、22q原樣保持纏繞方向來向轉(zhuǎn)子120、 130的外周側(cè)引出，能有效地利用與保持盤41之間的空間來形成繞組線圈。由于是這種結(jié)構(gòu)，因此能形成使該芯材的端部25a從保持盤41的保持孔41a露出而嵌入的所謂偏置狀態(tài)， 能在繞組的整周上接觸來進行支撐。另外，能通過從纏繞部位引出并彎曲來緊湊地接線。
[0190]而且，在電樞線圈11中，沿著定子110的外周側(cè)的環(huán)狀且為板狀的匯流帶12(12u、 12v、12w、12a)被設(shè)置為使其板狀的平面方向與軸心正交的上下2段，因此能在定子鐵芯15 的外周側(cè)緊湊地進行接線連接，能容易制作。
[0191]在此，本實施方式的其它實施方式不限于用轉(zhuǎn)子120、130夾著定子110的形態(tài)的單定子雙轉(zhuǎn)子型，構(gòu)件為用定子夾著轉(zhuǎn)子的形態(tài)的雙定子單轉(zhuǎn)子型的軸向間隙電動機也能得到同樣的作用效果。
[0192]另外，繞組線圈不限于繞組采用銅線的情況，例如也可以采用鋁導(dǎo)體、高頻電流用絞合線的利茲線(Litz Wire)。
[0193]另外，旋轉(zhuǎn)電機100也可以構(gòu)件為在轉(zhuǎn)子120、130中追加配置有永久磁鐵的混合型，用混合勵磁型來得到電磁轉(zhuǎn)矩。
[0194]而且，整流元件不僅可以用二極管29A、29B，也可以采用其它開關(guān)元件等半導(dǎo)體元件，不限于收納在二極管盒32內(nèi)的類型，也可以安裝在轉(zhuǎn)子120、130的內(nèi)部。
[0195]該旋轉(zhuǎn)電機100不限于車載用，例如也能合適地用作風力發(fā)電、工作機械等的驅(qū)動源。
[0196]雖然公開了本發(fā)明的實施方式，但是顯然本領(lǐng)域技術(shù)人員能不脫離本發(fā)明的范圍而加以變更。希望將所有這種修正和等價物都包含于權(quán)利要求中。
【主權(quán)項】
1.一種軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，具備:轉(zhuǎn)子，其以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)；以及定子，其在上述旋轉(zhuǎn)軸的軸方向面對上述轉(zhuǎn) 子，具有:多個電樞線圈，其配置在上述定子的上述旋轉(zhuǎn)軸的周圍；多個感應(yīng)線圈和多個勵磁線圈，其配置在上述轉(zhuǎn)子的上述旋轉(zhuǎn)軸的周圍；以及整流元件，其對上述感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流進行整流并提供給上述勵磁線圈，上述電樞線圈、上述感應(yīng)線圈和上述勵磁線圈中的至少1個繞組形成為在上述旋轉(zhuǎn)軸 的軸方向上為2段的繞組線圈，使得該繞組的2個端部在芯材的外周面引出并作為連接用的 部位。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其中，上述繞組以與上述旋轉(zhuǎn)軸平行的方向為中心卷繞在上述芯材的外周面，該繞組的作為連接用部位引出的2個端部從接近上述旋轉(zhuǎn)軸一側(cè)的接近部位和遠離上 述旋轉(zhuǎn)軸一側(cè)的遠離部位中的任一方引出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其中，上述電樞線圈在上述定子中配置在上述旋轉(zhuǎn)軸的周圍，上述繞組的端部由沿著上述定子的外周形成為圓弧形狀的匯流帶連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其中，上述匯流帶形成為板狀，設(shè)置成該板狀的平面平行于與上述旋轉(zhuǎn)軸交叉的方向。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其中，上述感應(yīng)線圈和上述勵磁線圈在上述旋轉(zhuǎn)軸的軸方向上配置于共用的上述芯材的不 同的2個部位，上述繞組的端部成型為朝向遠離上述定子的一側(cè)且在保持絕緣間隔的情況下彎曲的 形狀。6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其中，上述電樞線圈在上述芯材的兩端側(cè)形成有沒有卷繞上述繞組的露出部位，該露出部位 可嵌入具有保持孔的2個保持板，通過上述2個保持板夾持卷繞有該繞組的部位使上述電樞 線圈設(shè)置于上述定子。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其中，上述電樞線圈在上述芯材的露出部位和上述保持板的上述保持孔的邊緣的對應(yīng)位置 配置有通過相互嵌合進行定位的凸部和凹部。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)電機，其中，上述電樞線圈在上述芯材的兩端側(cè)形成有沒有卷繞上述繞組的露出部位，該露出部位 可嵌入具有保持孔的2個保持板，通過上述2個保持板夾持卷繞有該繞組的部位使上述電樞 線圈設(shè)置于上述定子。
【文檔編號】H02K21/24GK105990967SQ201610154417
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】中島清, 中島一清, 鄧家寧, 青山真大
【申請人】鈴木株式會社