CN100468914C - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机，通过使配置成为同心形状的多个电枢的相位相对改变而使变速控制变得容易，同时可以以比较简单的结构可靠地支持转子的两端而提高刚性。其构成包括具有多个相的电枢绕组(12、22)的多个电枢(1、2)和永久磁铁(53)的转子(5)，其中，各电枢(1、2)互相呈同心形状配置，同时设置成使其圆周方向的电角度位置相对变化，且各相的每一相的电枢绕组(12、22)在电枢(1、2)之间串联连接起来，转子(5)以同心形状配置于这些电枢(1、2)的内侧。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及一种可变速永磁式旋转电机。

背景技术

以往，作为可变速永磁式旋转电机，提供的是将电枢分别设置在转子的内周侧和外周侧使其夹着转子，使各电枢的电角度位置可以相对改变的双电枢方式的电机(比如，参照专利文献1:日本专利公开特开2003-9486号公报)。

就是说，在此专利文献1中，是在转子的内周侧和外周侧分别以同心形状配置电枢，这些电枢在圆周方向上的相对位置可变，通过控制使在电枢上交链的磁场的合成值不变成最大值而是互相变弱，即通过所谓的磁场削弱控制，将在高速区中在电枢绕组中感应的合成电压下降而可以在不超过可施加的电压值的情况下进行运转，由此，在容易进行变速运转控制的同时，使电制约减小而提高设计的自由度。

发明内容

以往，就这种具有两个电枢的双电枢方式的旋转电机而言，因为不仅在转子的外周侧，而且在内周侧也存在定子侧的电枢，所以通常是单臂支持转子的结构。因此，难以保持转子的转动稳定。就是说，在转子的轴长短时，容易应用这种单臂支持结构(支撑结构)，但在转子的轴长变长时，很难保持稳定。于是，在以往的技术中，为了保持转子的转动稳定，也曾经尝试在转子的两端设置轴承等支座的支持结构，但存在支持结构极其复杂的问题。

本发明就是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种通过使多个电枢的电角度位置相对改变而使变速控制变得容易，同时可以以比较简单的结构可靠地支承转子的两端而提高刚性的旋转电机。

与本发明有关的旋转电机是一种使用永久磁铁的变速旋转电机，其特征在于其构成包括分别具有多相的电枢绕组的多个电枢和具有永久磁铁的转子，上述各电枢，互相配置成同心形状同时被设置成在圆周方向上的电角度位置相对改变，并且上述各相每一个的电枢绕组在电枢间串联连接起来，上述转子较这些电枢还靠内侧呈同心形状进行配置。

根据本发明，由于通过使配置为同心形状的多个电枢的圆周方向上的电角度位置相对改变使变速控制容易进行，同时采用在转子的两轴中使用轴承支座等的支持结构，所以转子的刚性变高，即便对于作为一般的旋转电机的轴长较长的旋转电机也可以容易地进行适用。

附图说明

图1为示出本发明的实施方式1的变速永磁式旋转电机的横剖图。

图2为同一旋转电机的纵剖图。

图3为示出在本发明的实施方式1中，在使第1、第2电枢的圆周方向上的电相位相对变化时的各相的电枢绕组中感应出的电压进行合成的合成电压的特性图。

图4为示出在本发明的实施方式1中，针对在转子中产生的转矩，对第2电枢承受的转矩反作用力的大小在有无枢齿(铁芯)时进行调查的结果的特性图。

图5为示出本发明的实施方式2的变速永磁式旋转电机的横剖图。

图6为示出在图5所示的8极6槽结构的旋转电机中，第2电枢2的枢齿从相对电角度为0度起移动至180度时的状态的横剖图(a)以及作为比较例示出在8极12槽的旋转电机中，第2电枢2的枢齿从相对电角度为0度起移动至180度时的状态的横剖图(b)。

图7为针对8极6槽和8极12槽的情况分别示出在使第1、第2电枢的圆周方向上的电相位相对改变时的各相的电枢绕组中感应出的电压进行合成的合成电压的特性图。

图8为示出本发明的实施方式3的变速永磁式旋转电机的一部分的横剖图。

图9为示出在电磁钢板中相对于磁通密度的相对磁导率变化的关系的特性图。

图10为示出相对于永久磁铁产生的磁通，通过第2电枢的枢齿的磁通的比的关系的曲线图。

图11为示出本发明的实施方式3的旋转电机的变形例的横剖图。

图12为示出在本发明的实施方式4中，在第1、第2电枢两者具有枢齿时，相对在转子中产生的的转矩，对第1、第2电枢分别承受的转矩反作用力的大小进行调查的结果的特性图。

图13为概略示出在本发明的实施方式5中，转子的永久磁铁产生的磁通和第1、第2电枢的各电枢的电枢绕组分别交链的状态的说明图。

图14为分别示出在本发明的实施方式5中，在第1电枢绕组的圈数(匝数)比第2电枢绕组的圈数多的情况下和两电枢绕组的圈数相同的情况下，在使第1、第2电枢的圆周方向上的电相位相对变化时的各相的电枢绕组中感应出的电压进行合成的合成电压的特性图。

图15为示出在本发明的实施方式6中，(a)电枢绕组为集中绕组时及(b)作为比较例电枢绕组为分布绕组时的纵剖图。

具体实施方式

下面就将本发明应用于变速永磁式旋转电机情况下的实施方式进行说明。

实施方式1

图1为示出本发明的实施方式1的变速永磁式旋转电机的横剖图。图2为同一旋转电机的纵剖图。

此实施方式1的变速永磁式旋转电机，具有第1电枢1和其内侧的第2电枢2，这些电枢1、2中间隔着很小的间隙3互相配置成为同心形状的同时，还在这些电枢1、2的内侧隔着磁隙4以同心形状配置转子5。另外，此处所述的旋转电机是8极6槽的旋转电机，但本发明并不限定于这样的极数及槽数。

第1电枢1的结构为具有沿着圆筒状的铁心背部11a的内周面的圆周方向上以规定的间距形成枢齿11b的电枢铁心11，在各枢齿11b之间针对每一相相配置电枢绕组12。于是，此第1电枢1固定在机壳6的内周面。

另外，第2电枢2，具有多相的电枢绕组22，这些电枢绕组22，比如，是以模塑树脂等非磁性非导电材料一体化而制成。于是，此第2电枢2，固定在设置在机壳6内的由塑料等非磁性非导电体制作的支持圆筒7的外周面。于是，此支持圆柱7，由设置在机壳6左右的轴承架61上的轴承8以可自由转动方式进行支持的同时，安装以规定的机械角度进行转动的平面齿轮9。另外，此平面齿轮9与设置在机壳6的外部的正齿轮15啮合，在此正齿轮15上安装驱动电动机16。

所以，当驱动驱动电动机16经正齿轮15使平面齿轮9转动规定的机械角度时，与此同时，第2电枢2和支持圆柱7一起转动规定的角度，其结果，使第1、第2电枢1、2之间的圆周方向上的电角度相对变化，另外，通过改变第1、第2电枢1、2之间的圆周方向上的相对电角度，可以改变这些合成电压，因为这已经是公知技术，此处省略其详细说明。

此外，第1、第2电枢1、2的电枢绕组12、22，针对各相的每一相在电枢1、2中串联连接。另外，在这种情况下，用来连接第1、第2电枢1、2之间的每一相的电枢绕组12、22的未图示的缆线设定为保有一定程度的余量的长度，使得即便第2电枢2在圆周方向上以规定的角度转动时也不会被切断。

另外，上述转子5，在励磁铁心51的中央设置转轴52的同时，在外周面上沿着圆周方向以规定的间距安装永久磁铁53。于是，转轴的两端，由安装在机壳6的轴承架61上的轴承17支持使其可自由转动。这样，由轴承17支持固定转子5的转轴52的两端的结构，是与一般旋转电机同样的支持结构，因为其机械强度好，所以也可以应用于具有一般轴长较长的转子5的情况。

图3为示出在图1及图2所示的结构的旋转电机中，在使第1、第2电枢1、2的圆周方向上的电角度位置相对改变时，把利用电磁场解析求出的各相的电枢绕组12、22中感应出的电压进行合成后的合成电压的特性图。其中，横轴表示第1、第2电枢1、2之间的圆周方向上的相对电角度，纵轴表示第1、第2电枢1、2的标准化的合成电压。

从图3可知，在具有此实施方式1的结构的旋转电机中，通过改变第1、第2电枢1、2之间的相对电角度就可以改变合成电压。因此，利用弱磁场控制可以很容易进行变速运转控制，而且可以减小电制约而提高设计的自由度。

另外，如图3所示，在两个电枢1、2配置成为同心形状的情况下，为了使合成电压大致为零，必须使第1电枢1和第2电枢2之间的相对电角度为180°。比如，在3个电枢配置成为同心形状的结构的场合，如果相邻电枢间的相对电角度分别为120°时，可以使矢量和大致为零。

另外，在此实施方式1中，如图1及图2所示，由于第1电枢1位于径向方向最外边并且具有电枢铁心11，所以与第2电枢2相比较重量重。为了使第1、第2电枢1、2之间的相对电角度迅速改变，使重量轻的第2电枢2转动是因为转动惯量小而有利。所以，如本实施方式1这样，把重量重的第1电枢1固定而使第2电枢2转动是在这方面有利的。

图4为示出在针对在转子中产生的转矩，对第2电枢2承受的转矩反作用力的大小在第2电枢2中无枢齿(铁芯)时和有枢齿时分别进行调查后的结果的特性图。其中，横轴表示在转子5中产生的转矩，而纵轴表示第2电枢2承受的转矩反作用力。另外，因为第2电枢2承受的转矩反作用力因第1、第2电枢1、2之间的相对电角度不同而异，在图中利用以斜线示出的范围表示这些转矩反作用力。

从图4可知，在第2电枢2中不具有枢齿的情况，与具有枢齿的情况相比，第2电枢2承受的转矩反作用力的绝对值相对小。在此实施方式1中，如图1及图2所示，因为在第1电枢1中形成枢齿11b而在第2电枢2中未设置枢齿(铁心)，所以第2电枢2承受的转矩反作用力小是有利的，与将重量重的第1电枢1固定这一点相结合，就可以得到可以使第2电枢2的支持结构简化的效果。

这样，利用本实施方式1的变速永磁式旋转电机，就可以具有通过使第1、第2电枢1、2的圆周方向上的电角度位置相对改变来使合成电压改变而容易进行变速运转控制的优点。并且，即使是利用简单的结构，由于可以利用轴承17支持转子5的两端，转子5的刚性提高，可以容易地适用于作为一般的轴长较长的旋转电机。

另外，在本实施方式1中，因为是将第1电枢1固定，使第2电枢2转动，并且在第2电枢2中是采用省略枢齿的结构，所以具有转动惯量及转矩反作用力小，可以使第1、第2电枢1、2之间的相对电角度迅速改变的优点。

另外，在本实施方式1中，说明的是两个电枢1、2以同心形状配置的结构，但本发明并不限定于此，在3个或多于3个的电枢配置成为同心形状的结构的旋转电机的情况下，也可以得到同样的效果。

实施方式2

图5为示出本发明的实施方式2的变速永磁式旋转电机的横剖图，对于与图1及图2所示的实施方式1相对应的结构部分赋予相同的符号。

此实施方式2的旋转电机的特征为在第2电枢2中设置多相的电枢绕组22的同时，在这些电枢绕组22之间设置枢齿(铁心)23。而且，这些电枢绕组22和枢齿23，比如，可以利用模塑树脂等非磁性非导电材料一体化而制成。

如本实施方式2所示，在第1、第2电枢1、2两者之中都设置枢齿11b、23的情况下，与如实施方式1(图1)所示的在第2电枢2中不设置枢齿的情况相比，因为在转子5中设置的永久磁铁53产生的磁通通过的低磁阻的磁路容易形成，所以第1电枢1和第2电枢2交链的磁通变大。

因为在转子5中产生的转矩与永久磁铁53产生的磁通和枢齿绕组的磁通势之积成比例，所以永久磁铁53产生的磁通越大，产生的转矩就可以越大。所以，如本实施方式2这样，在第1、第2电枢1、2两者之中都设置枢齿11b、23的结构的场合，磁阻变得最小而磁通容易通过，可以得到在转子5上产生很大转矩的优点。

下面，如本实施方式2所示，对以第1、第2电枢1、2两者之中都设置枢齿11b、23的旋转电机为前提的情况的永久磁铁53的极数和各电枢1、2的槽数的关系进行如下说明。

图6(a)为示出在本实施方式2(参照图5)的8极6槽的旋转电机中，第2电枢2的枢齿23从与第1电枢1的相对电角度为0度起移动至180度时的状态的横剖图。图6(b)为示出在把8极12槽的旋转电机作为比较例的情况下，第2电枢2的枢齿23从与第1电枢1的相对电角度为0度起移动至180度时的状态的横剖图。

其中，在8极的场合，电角度180度为机械角度45度。另外，在图6(a)中，因为第1、第2电枢1、2是6槽的，枢齿间的机械间距角度为60度。另一方面，在图6(b)中，第1、第2电枢1、2为12槽的，枢齿间的机械间距角度为30度。

在如图6(a)所示的6槽的情况下，在第2电枢2的枢齿23从正对第1电枢1的枢齿11b的相对电角度为0度的位置(以虚线表示的位置)移动到180度的位置(以实线表示的位置)为止时，此第2电枢2的枢齿23，移动到离开第1电枢1的机械间距角60度的相邻的枢齿11b前面的位置。与此相对，在如图6(b)所示的12槽的场合，在第2电枢2的枢齿23从正对第1电枢1的枢齿11b的相对电角度为0度的位置(以虚线表示的位置)移动到180度的位置(以实线表示的位置)为止时，此第2电枢2的枢齿23，移动到越过离开第1电枢1的机械间距角30度的相邻的枢齿11b的位置上。

图7为示出分别针对8极6槽的情况和8极12槽的情况利用电磁场解析求出，所述合成电压合成使第1、第2电枢1、2的圆周方向上的电角度位置相对改变时合成电压的特性图的各相的电枢绕组12、22中感应出的电压。其中，横轴表示第1、第2电枢1、2之间的圆周方向上的相对电角度，纵轴表示第1、第2电枢1、2的标准化的合成电压。

从图7可知，在第2电枢2的枢齿23从相对电角度0度移动到180度之际，在6槽的情况下，随着第1、第2电枢1、2之间的相对电角度的变大，合成电压平缓减小。与此相对，在12槽的情况下，相对第1、第2电枢1、2之间的相对电角度的变化合成电压没有平缓减小的倾向，在相对电角度为90度的区域，即使是第1、第2电枢1、2之间的相对电角度发生变化，合成电压也几乎不改变而成为比较平坦的曲线。

其中，因为进行使第1、第2电枢1、2之间的相对电角度成为可变而改变合成电压的弱磁场控制，所以如图6(b)所示的8极12槽的结构所示，在相对电角度为90度附近的区域中，对于第1、第2电枢1、2的相对电角度的变化的合成电压的变化量很小这一点对于进行变速控制不是优选。

这样，本实施方式2的旋转电机，由于槽数设定为小于极数，第1、第2电枢1、2之间的相对电角度和合成电压的关系可以使用近似一次函数表现。就是说，因为对于第1、第2电枢1、2之间的相对电角度而言合成电压平缓减小，所以可以很容易进行利用弱磁场控制的变速运转控制。

并且，在此实施方式2中，因为对第1、第2电枢1、2两者设置枢齿11b、23，磁阻变得最小而使磁通易于通过，所以具有可以在转子5上产生大转矩的优点。

上述实施方式2的旋转电机，是具有两个电枢1、2的结构的情况，但即使是对于具有大于等于3个电枢的结构的旋转电机，也可以同样确定极数和槽数的关系。关于这一点下面将进行更详细的说明。

现在，假设以同心形状配置的电枢个数为N，矢量和为零的最大相对电角度为θe，则下式的关系成立:

θe＝2π/N                         (1)

设极数为Np，将最大相对电角度θe改写成最大相对机械角度θm，则(1)变成如下形式:

θm＝2θe/Np                       (2)

另一方面，在槽数为Ns时，槽间角度θs可以用下式表示:

θs＝2π/Ns                        (3)

因为合成电压平缓减小的条件是槽间角度θs比最大相对机械角度θm大，即θm<θs，所以根据上述公式(1)～(3)的关系可以得出下面的条件:

Ns<N·Np/2                       (4)

因此，不仅是在具有两个电枢的结构的情况，即使是在具有大于等于3个的电枢的一般结构的情况下，在各电枢中设置有枢齿时，如果确定极数Np和槽数Ns使其满足上述式(4)的条件，则可以得到随着相对电角度变大合成电压可以平缓减小的现象，就可以很好地进行变速控制。

实施方式3

图8为示出本实施方式3的变速永磁式旋转电机的一部分的横剖图，对于与图1及图2所示的实施方式1相对应的结构部分赋予相同的符号。另外，为了不使图面变得繁杂，图示中省略了电枢绕组及转子。

此实施方式3的旋转电机的特征为以同心形状配置的第1、第2电枢1、2分别具有枢齿11b、21b，第2电枢2的枢齿21b由磁性环21a连接。

就是说，对于第1电枢1，与实施方式1、2的场合一样，沿着圆柱状的铁心背部11a的内周面的圆周方向形成枢齿11b，在枢齿11b互相之间配置未图示的电枢绕组。另外，对于第2电枢2，具有在作成圆筒状的磁性环21a的外周面侧之中沿着圆周方向以规定的间距形成枢齿21b的电枢铁心21，在相邻的枢齿21b之间配置未图示的电枢绕组。另外，在本实施方式3中，磁性环21a和枢齿21b是通过冲压成型一体成形而提高了刚性，不过21a和21b也可以采用使用模塑树脂等分别分开成型再使其一体化的结构。

如本实施方式3，在第2电枢2中，对于与枢齿21b一起设置磁性环21a的优点说明如下。

现在，设转子5的外径为D，永久磁铁53的极数为Np，则第2电枢2的极间距宽度W由下式给出:

W＝π·D/Np                              (5)

另外，因为永久磁铁53在转子5的表面产生的磁通密度(峰值B0)，通常设计为相对圆周方向以近似正弦波方式分布，所以其平均值Ba为Ba＝2B0/π。通常，因为在电枢绕组12、22为集中绕组的场合，设计成为永久磁铁53的大致1极大小的磁通与枢齿21b交链，所以在设第2电枢2的枢齿21b的前端部的磁通密度为Bt，枢齿21b的圆周方向上的宽度为S1时，下式成立:

S1/W＝Ba/Bt                              (6)

对式(5)、(6)进行整理，可得到下式:

S1＝(2D·B0)/(Np·Bt)                    (7)

其中，如图8中所示，在以永久磁铁53产生的磁通为φ0，流过第2电枢2的枢齿21b的磁通为φ1，流过磁性环21a的磁通为φ2，并且作为漏磁通可以容许通过磁性环21a的漏磁通的比为1/K时，下式成立:

φ1>K·φ2                                 (8)

因为磁通与剖面面积和相对磁导率成正比，与长度成反比，所以式(8)可以表示如下:

μs1·S1/L1>μs2·S2/L2                     (9)

其中，μs1是第1、第2电枢1、2之间的间隙3的相对磁导率，μs2是第1、第2电枢1、2的电枢铁心11、21的相对磁导率，L1是第1、第2电枢1、2的各枢齿11b、21b的对向间距离，L2是第2电枢2的各枢齿21b的圆周方向上的互相间的距离，而S2是磁性环21a的厚度。

                                       因为L2是从槽间距宽度减去圆周方向的枢齿宽度S1的长度，所以在设槽数为Ns时，有L2＝πD/Ns-S1。另外，因为第1、第2电枢1、2之间的间隙3，通常是非磁性体或空气层，所以μs1＝1。因此，在将式(9)对S2进行整理时，可得到以下公式:

S2<2B0·D²·{π/Ns-2B0/(Np·Bt)}/(μs2·L1·K·Np·Bt)

                                               (10)

图9为示出在代表性的电磁铁板中相对于磁通密度的相对磁导率的变化的特性图。其中，横轴表示磁通密度，纵轴表示相对磁导率。另外，图中示出的2根曲线之一是Si添加量为3％，另一根是Si添加量为零时的曲线。

通常，由于在磁路中使用的磁性材料的Si添加量大都小于等于上述的3％，当磁通密度超过2T，在相对磁导率急剧下降到小于等于“10”时，就会饱和。

在本实施方式3的结构的情况下，因为第2电枢2的磁性环21a是在完全磁饱和的状态下使用，从图9的关系可知相对磁导率小于等于“10”左右。因此，此处设定相对磁导率μs为“10”进行以下的计算。

另外，图10为示出对于永久磁铁53产生的磁通φ0通过第2电枢2的枢齿的磁通的比的关系的曲线图。从图中可知，从大约K＝3以下左右通过枢齿的磁通急剧下降。可以说在大约K＝3以上时，可以容许漏磁部分。此处考虑到余量，设K＝4。另外，通常，在永磁式旋转电机中，设计中一般大致取1T作为B0，大致取2T作为Bt。此处使用B0＝1，Bt＝2。

于是，将这些数值代入到式(10)，可得到以下公式:

S2<D²·{(π/Ns)-(1/Np)}/(40·L1·Np)   (11)

所以，通过将磁性环21a的厚度S2设定为满足式(11)所示的条件，就可以使向着磁性环21a漏磁通φ2处于容许范围之内。

这样，本实施方式3的旋转电机，因为在第2电枢2中形成满足式(11)所示的条件的厚度S2的磁性环21a，所以可以得到在将磁性环21a中的漏磁通纳入到容许范围的同时，加大第2电枢2的机械强度而提高其刚性的这样的优点。

另外，在本实施方式3中，如图8所示，磁性环21a是设置在枢齿21b的内侧，但并不限定于此种结构，比如，如图11所示，在将磁性环21a设置在枢齿21b的外侧的场合也可以获得几乎同样的效果。另外，在本实施方式3中，根据在第1、第2电枢1、2两者之中都具有枢齿11b、21b，通过将极数Np和槽数Ns确定为可以满足上述的式(4)的条件，就可以与实施方式2的场合一样很好地进行变速控制。

实施方式4

图12为示出，比如，如实施方式3(图8)中所示，在第1、第2电枢两者具有枢齿11b、21b的场合，相对在转子5中产生的转矩，对第1、第2电枢分别承受的转矩反作用力的大小进行调查的结果的特性图。其中，横轴表示在转子5中产生的转矩，而纵轴表示第2电枢2承受的转矩反作用力。另外，因为第1、第2电枢1、2间的转矩反作用力因第1、第2电枢1、2之间的相对电角度不同而异，所以在图中利用以斜线示出的范围来表示这些转矩反作用力。

从图12可知，在第1、第2电枢1、2两者之中都具有枢齿11b、21b时，第2电枢2承受的转矩反作用力的绝对值，比第1电枢1承受的转矩反作用力大。所以，在第1、第2电枢1、2两者之中都设置枢齿11b、21b时，从使第1、第2电枢1、2之间的相对电角度迅速改变这一点考虑，与实施方式1的场合不同，固定转矩反作用力的绝对值大的第2电枢2，而使转矩反作用力的绝对值小的第1电枢1转动，因为转动所需要的外力很小即可，在可以使支持结构简化这一点上是有利的。

作为用于这一目的的结构，比如，一方面经支持圆筒7将第2电枢2固定在机壳6上，另一方面在第2电枢2的外侧设置可以自由转动的另一个支持圆筒，这可以在将第1电枢1安装在支持圆筒上的同时，通过利用设置在机壳6的外部的驱动电机使安装此第1电枢1的支持圆筒进行转动而实现。

这样，在第1、第2电枢1、2两者之中都存在枢齿11b、21b时，从使第1、第2电枢1、2之间的相对电角度改变这一点考虑，固定第2电枢2，使转矩反作用力的绝对值小的第1电枢1转动，因为转动所需要的外力很小即可所以是有利的。

另外，关于这一点，如上述实施方式2(图5)的旋转电机那样，对于在第1电枢1中设置枢齿11b，在第2电枢2中设置枢齿23的结构的旋转电机也同样适用。另外，在此说明的是具有两个电枢1、2的结构的情况，但对于具有3个或多于3个电枢的结构的旋转电机也同样可以适用。

实施方式5

图13为概略示出转子5的永久磁铁53产生的磁通和第2电枢2的电枢绕组22及第1电枢1的电枢绕组12分别交链的状态的说明图。另外，以下将设置在第1电枢1中的电枢绕组12单称为第1电枢绕组，将设置在第2电枢2中的电枢绕组22单称为第2电枢绕组。

设置在转子5中的永久磁铁53产生的磁通，分别与电枢绕组22及电枢绕组12交链。此时，如图13所示，永久磁铁53产生的磁通，除了与电枢绕组12交链的磁通Φa之外，存在与此电枢绕组12几乎不交链而返回到转子5的磁通Φb。就是说，如果第1、第2电枢绕组12、22的绕组相同，则与电枢绕组12交链的磁通少，其结果，此电枢绕组12的感应电压比电枢绕组22的感应电压低。因此，假如，即使第1电枢1和第2电枢2的圆周方向上的相对电角度为180度，合成电压也不会近似为零。

图14为分别示出在第1电枢绕组12的圈数比第2电枢绕组22的圈数多的场合和两电枢绕组12、22的圈数相同的场合，在使第1、第2电枢1、2的圆周方向上的电角度位置相对变化时的各相的电枢绕组12、22中感应出的电压进行合成的合成电压的特性图。其中，横轴表示第1、第2电枢1、2之间的圆周方向上的相对电角度，纵轴表示第1、第2电枢1、2的标准化的合成电压。

从图14可知，在电枢绕组12的圈数比第2电枢2的电枢绕组22的圈数多时，可以使合成电压近似为零，在两电枢绕组12、22的圈数相同时，合成电压不会近似为零。

因为图14示出的是标准化的合成电压，对横轴为180度的标准化的合成电压的倒数为合成电压的最大可变比。在第1电枢绕组12的圈数比第2电枢绕组22的圈数多时，最大可变比约为30，在两电枢绕组12、22的圈数相同时最大可变比约为5.6。因此，因为在使第1电枢绕组12的圈数大于第2电枢绕组22的圈数的场合，最大可变比变大，所以可以依照相对角度使合成电压的可变范围增大。因此，可以更加容易地进行利用弱磁场控制的变速运转控制。

另外，在图13中，与实施方式1一样，示出的是在第2电枢2中没有枢齿的结构的情况，如实施方式2、3所示，如果是在第2电枢2中存在枢齿的结构时，也可以得到同样的效果。另外，即使是在具有大于等于3个的电枢的结构的旋转电机中，因为处于向着径向方向外侧越远离永久磁铁53的位置上的电枢绕组，永久磁铁53产生的磁通的交链量越小，所以位于外侧的电枢绕组，如果其圈数相应地增加时，也可以得到同样的效果。

实施方式6

图15(a)为示出利用本发明的实施方式6，在第1、第2电枢1、2的各电枢绕组12、22为集中绕组时的纵剖图，而图15(b)为作为比较例的第1、第2电枢1、2的各电枢绕组12、22为分布绕组时的纵剖图。另外，在此将转子等进行了省略。另外，只示出轴对称部的单侧。

从这些附图可知，在电枢绕组12、22为分布绕组时的线圈端部12b、22b，与集中绕组时的线圈端部12a、22a相比，非常大。因此，在使第1、第2电枢1、2之间的相对电角度改变时，因为集中绕组的线圈端部12a、22a比分布绕组的线圈端部12b、22b重量轻，所以在转动惯量减小和移动迅速这方面有利。因此，即使是使第1、第2电枢1、2中的任意一个转动时，优选是采用重量轻的集中绕组作为电枢绕组12、22。

在上述各实施方式1～6中，对将本发明应用于变速永磁式旋转电机的情况进行了说明，但本发明并不限定于这种旋转电机，也可以应用于变速永磁式发电机。

Claims (10)

1.一种使用了永久磁铁的可变速的旋转电机，其特征在于，包括:

分别具有多个相的电枢绕组的多个电枢，和具有上述永久磁铁的转子，

其中，上述各电枢互相呈同心形状进行配置，同时固定最外侧的电枢，并以圆周方向的电角度关于上述最外侧的电枢相对变化的方式可转动地设置其他电枢，且上述各相的每一相的电枢绕组在各电枢间串联连接起来，上述转子比这些电枢还靠内侧呈同心形状进行配置。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于:

仅位于最外侧的电枢具有枢齿。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于:

进行设定以使得在上述多个电枢之内、越是位于径向外侧的电枢、电枢绕组的圈数越多。

4.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于:

各电枢的绕组采用集中绕组。

5.一种使用了永久磁铁的可变速的旋转电机，其特征在于，包括:

分别具有多个相的电枢绕组的多个电枢，和具有上述永久磁铁的转子，

其中，上述多个电枢全部具有枢齿，上述各电枢互相呈同心形状进行配置，同时固定最内侧的电枢，并以圆周方向的电角度关于上述最内侧的电枢相对变化的方式可转动地设置其他电枢，且上述各相的每一相的电枢绕组在各电枢间串联连接起来，上述转子比这些电枢还靠内侧呈同心形状进行配置。

6.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于:

上述电枢的个数为2，内侧的电枢的枢齿用磁性环连接起来，进行设定以使得此磁性环的厚度S2，在设槽数为Ns，极数为Np，转子的外径为D，两电枢的间隙的径向方向上的距离为L1时，满足下述条件:

S2<D²·{(π/Ns)-(1/Np)}/(40·L1·Np)。

7.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于:

上述内侧的电枢的枢齿和磁性环被一体化。

8.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于:

进行设定以使得在槽数为Ns，电枢数为N，极数为Np时，Ns<N·Np/2的关系成立。

9.根据权利要求5至权利要求8中任何一项所述的旋转电机，其特征在于:

进行设定以使得在上述多个电枢之内、越是位于径向外侧的电枢、电枢绕组的圈数越多。

10.根据权利要求5至权利要求8中任何一项所述的旋转电机，其特征在于:

各电枢的绕组采用集中绕组。

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