CN101197508B - 旋转电机 - Google Patents

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Abstract

提供一种旋转电机，使定子绕组容易卷绕，提高在定子铁芯内的占空系数，通过取消线圈端可以降低线圈电阻，同时可以对应于用途改变励磁磁通。定子铁芯在与转子相对的位置，定子爪磁极从轴向两侧分别交替延伸，形成多个磁极。通过形成此种定子铁芯，定子绕组只要卷绕为环状就可以。因此，可以提高操作性和占空系数，通过取消线圈端可以降低线圈电阻。另外，因为转子是具备励磁绕组以及转子爪磁极的朗德耳型转子，所以可以对应于用途改变励磁磁通。

Description

旋转电机
技术领域
本发明涉及一种发电机、电动机等旋转电机。
背景技术
用于发电机或电动机等的一般的定子，由在周方向上有向内周面开口的多个狭槽的定子铁芯、以及缠绕在各狭槽的多个定子绕组构成。因此，不仅在宽度窄的狭槽内缠绕定子绕组的操作变得复杂，操作性变差，也存在不能提高在狭槽内的定子绕组的占空系数的问题。
因此如专利文献1所示，将定子铁芯构成为，在与转子相对的部位，具有从轴向两侧分别交替延伸的定子爪磁极，在其内部可以将定子绕组以环状缠绕在转子的外周侧。通过采用这样的定子，可以提高缠绕定子绕组的操作性，提高在定子铁芯内的定子绕组的占空系数。
专利文献1：日本特开2004-15998号公报
但是，专利文献1由于为了在转子形成磁极而使用永久磁铁，所以不能对应于转速使励磁磁通改变。因此，存在着即使是在不需要励磁磁通时也产生励磁磁通的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种容易将定子绕组缠绕于定子铁芯的旋转电机。
本发明的旋转电机的特征在于，转子由绕旋转轴卷绕的励磁绕组和转子铁芯构成，转子铁芯以包围该励磁绕组的方式设置，在与定子铁芯的定子爪磁极相对的部位具有转子爪磁极，定子由定子绕组和定子铁芯构成，定子绕组在转子的外周侧卷绕成环状；所述定子铁芯以包围所述定子绕组的周围的方式设置，所述定子铁芯具有定子爪磁极，定子爪磁极在与转子相对的部位从轴向两侧分别交替延伸，并且所述定子由三相构成，在各个相之间隔着非磁性体在轴向上并列，每相定子的所述定子铁芯在轴向上包括两个定子铁芯构成构件，每相的两个定子铁芯构成构件相对，以从转子侧围绕定子绕组并回到转子侧的方式遍及全周包围环状的所述定子绕组，在所述定子铁芯的与非磁性体相邻的侧面上具有凹部，在非磁性体的两侧面具有凸部，通过所述凹部和凸部嵌合而在轴向交替并列，从而构成为间隔120度电角度的U相、V相、W相这三相。
另外，本发明的旋转电机的特征在于，具有：朗德耳(ランデル)型的转子，其具有励磁绕组和12极～24极的磁极；及定子，其由在与该转子的外周相对的部位设置的定子铁芯和被卷绕在该定子铁芯内的定子绕组构成，所述定子铁芯以包围所述定子绕组的周围的方式设置，定子绕组呈环状卷绕在转子的外周侧，并且定子铁芯在与转子相对的部位具有从轴向两侧分别交替延伸的定子爪磁极，并且所述定子由三相构成，在各个相之间隔着非磁性体在轴向上并列，每相定子的所述定子铁芯在轴向上包括两个定子铁芯构成构件，每相的两个定子铁芯构成构件相对，以从转子侧围绕定子绕组并回到转子侧的方式遍及全周包围环状的所述定子绕组，在所述定子铁芯的与非磁性体相邻的侧面上具有凹部，在非磁性体的两侧面具有凸部，通过所述凹部和凸部嵌合而在轴向交替并列，从而构成为间隔120度电角度的U相、V相、W相这三相。
另外，本发明的旋转电机的特征在于，具有：朗德耳型的转子，其具有励磁绕组和多个转子爪磁极；及定子，其由在与该转子的外周相对的部位设置的定子铁芯和被卷绕在该定子铁芯内的定子绕组构成，定子绕组呈环状卷绕在转子的外周侧，并且定子铁芯在与转子相对的部位具有从轴向两侧分别交替延伸的定子爪磁极，定子爪磁极的轴向大致中心位置的宽度与定子爪磁极间的间隙的宽度之比为0.05～0.3。
发明效果
本发明的旋转电机，因为定子绕组卷绕为环状，所以可以容易地卷绕定子绕组。另外，因为转子具有励磁绕组，所以可以改变励磁磁通。
附图说明
图1是作为旋转电机的一个实施方式的车辆用交流发电机的侧面剖面图；
图2是作为旋转电机的一个实施方式的车辆用交流发电机被局部剖开的立体图；
图3是将转子与定子局部剖开的立体图；
图4是转子的立体图；
图5是只将定子局部剖开的立体图，以及从内周侧观察定子的图；
图6是定子的每个相的立体图；
图7是取出定子中一个相后的立体图以及各零件的立体图；
图8是在第一实施例中的各相感应的电压的输出波形以及在各相感应的电压的输出波形；
图9是将第二实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图；
图10是将第三实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图；
图11是将第四实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图；
图12是第五实施例的转子以及定子的侧面剖面图；
图13是第六实施例的转子以及定子的侧面剖面图；
图14是将第七实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图、以及转子和定子的侧面剖面图；
图15是将第八实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图、以及转子和定子的侧面剖面图、以及表示定子绕组的结线的图；
图16是第九实施例的转子以及定子的侧面剖面图，以及表示相间间隙比率和感应电压之间的关系的图表，以及表示相间间隙比率和电压振幅之间的关系的图表；
图17是第十实施例的转子以及定子的侧面剖面图，以及从外周侧观察转子的图；
图18是第十一实施例的转子以及定子的侧面剖面图，以及表示转子爪磁极和定子爪磁极的配置的图，以及表示转子爪磁极和定子爪磁极的配置的其他方式图；
图19是表示第十二实施例中的定子爪磁极的图，以及表示定子爪磁极间间隙比率和感应电压之间的关系的图表；
图20是表示第十三实施例中的转子爪磁极的图，以及表示转子爪磁极间间隙比率和感应电压之间的关系的图表；
图21是表示第十四实施例中的定子爪磁极的图，以及表示定子爪磁极的歪斜(skew)角度和感应电压之间的关系的图表，以及表示定子爪磁极的歪斜角度和电压振幅之间的关系的图表；
图22是表示第十五实施例中的定子爪磁极的图；
图23是作为第十六实施例中的旋转电机的一个实施方式的车辆用交流发电机的侧面剖面图以及表示定子爪磁极的图；
图24是作为第十七实施例中的旋转电机的一个实施方式的车辆用交流发电机的侧面剖面图；
图25是第十八实施例中的转子以及定子的侧面剖面图。
图中，
1-前托架(front bracket)；2-后托架(rear bracket)；3-风孔；12-转子；12b-转子爪磁极；12b-1-根部；12b-2-中间部；12b-3-前端部；13F-前风扇；13R-后风扇；14-励磁绕组；17-定子；17a-定子铁芯；17b-定子绕组；17a-2-定子爪磁极；18-连结板；19-永久磁铁。
具体实施方式
[第一实施例]
基于图1～图7说明本发明的旋转电机的一个实施方式即车辆用交流发电机。图1是车辆用交流发电机的侧面截面图。图2是将车辆用交流发电机局部剖开得到的立体图。图3是将转子与定子局部剖开得到的立体图。图4是转子的立体图。图5(a)是只将定子局部剖开得到的立体图。图5(b)是从内周侧观察定子的图。图6是定子的每个相的立体图。图7(a)是取出定子中的一个相的立体图，图7(b)是各零件的立体图。
图1所示的本实施例的车辆用交流发电机，具有在图1中左侧配置的前托架1以及在图1中左侧配置的后托架2。各托架呈内部具有收纳空间的有底筒状即碗状，在这些前托架1以及后托架2的内周侧以及外周侧，开口有如图2所示的用于使空气流通的多个风孔3。
对于前托架1的径向外周侧部分的壁厚，如果设后托架2侧的壁厚为A，设底面侧的壁厚为B，A＞B的关系成立。另外，在后托架2侧的端部外周形成有嵌合部1a，嵌合部1a由可以嵌合后托架2的环状的阶梯构成。并且前托架1的轴向端面侧部分的壁厚C，为壁厚A＞壁厚C＞壁厚B的关系。
另外，在后托架2的径向外周侧部分，也与前托架1同样，为前托架1侧的壁厚D＜底部侧的壁厚E的关系，同时在该壁厚D的部分的端部内周形成有嵌合部2a，嵌合部2a由可以嵌合前托架1的阶梯部1a的环状的阶梯构成。并且，后托架2的厚壁E部分，要厚于前托架1的壁厚B。
还有，在前托架1以及后托架2上，分别一体设有向径向外周侧突出的固定部4，固定部4上开口有固定孔，这些固定部4被未图示的螺栓安装在车辆上。另外，前托架1以及后托架2由铝合金成形，成形方法采用压铸。
在后托架2的轴方向一端，安装有比各托架还要薄的后盖5，该后盖5与各托架同样，呈内部具有收纳空间的有底筒状即碗状。在该后盖5上也在内周侧或外周侧开口用于使空气流通的多个风孔3。另外，在后盖5的外周侧，安装有连接于电池的接线柱6。并且，后盖5是树脂制成的、或铝合金制成的。
在前托架1以及后托架2的轴向外端部的径向大致中心位置，分别安装有作为轴承的滚珠轴承7a、7b，在前托架1安装的滚珠轴承7a的外径，大于在后托架2安装的滚珠轴承7b的外径。
在这些滚珠轴承7a、7b的内圈插通有轴8，该轴8被支承为相对于前托架1以及后托架2可以相对自由旋转。
还有，在轴8的前托架1侧的一端，通过螺栓固定有作为旋转传递构件的滑轮9，滑轮9和轴8可以一体旋转。从传递图外的发动机旋转的曲轴滑轮(crank pulley)，通过作为环状传递带的带向该滑轮9传递旋转。因此，轴8与发动机转速和滑轮9与曲轴滑轮的滑轮比成比例旋转。
并且在轴8的后托架2侧的端部安装有两个滑环10，该两个滑环10可以与轴8一体旋转，通过在被按压向各个滑环10的状态下滑动的两个电刷11供应电力。
在轴8的旋转轴方向的大致中央部，分别锯齿结合有由磁性材料成形的前侧转子构件12F、后侧转子构件12R，它们与轴8一体旋转，另外，为了限制前侧转子构件12F、后侧转子构件12R在轴方向对接的状态下的在轴方向上的移动，使各转子构件12F、12R的外侧端在形成于轴8的环状槽8a内塑性流动。像这样，利用固定于轴8的前侧转子构件12F、后侧转子构件12R，构成作为转子的转子12。
在该转子12的旋转轴方向的两端面，安装有作为通风装置的板状风扇13F、13R，板状风扇13F、13R在外周侧具有多个叶片，与转子12一体旋转。该等风扇13F、13R，在通过旋转产生的离心力的作用下，使空气从内周侧向外周侧流通。并且，前托架1侧的前风扇13F的叶片，小于后托架2侧的后风扇13R的叶片，前风扇13F流通的空气的流量也小于后风扇13R流通的空气的流量。
前侧转子构件12F、后侧转子构件12R，由位于内周侧的轴部12a和位于外周侧的径向截面呈“L”字形的多个转子爪磁极12b构成，通过两转子构件12F、12R的轴部12a的轴向端部彼此对接，构成朗德耳(ランデル)型铁芯。在轴部12a外周与转子爪磁极12b内周之间，绕旋转轴卷绕励磁绕组14，该励磁绕组14的两端沿轴8伸出，分别连接于所述滑环10。因此，从电刷11经过滑环10供应的直流电流流经励磁绕组14，伴随于此定子12被磁化，以围绕励磁绕组14周围的方式在定子12形成磁路。并且，对应于电池的状态控制供应给励磁绕组14的电流，使得在发电电压变得高于车辆的电池电压时开始发电，作为用于调整发电电压的电压控制电路的IC调节器(未图示)，被内藏于在后盖5的内部配置的后述的整流回路15，控制成使得接线柱6的端子电压总是为一定电压。
并且，在前托架1的壁厚A部分和壁厚B部分之间、以及在后托架2的壁厚D部分和壁厚E部分之间设置的相互的阶梯16F、16R，夹持固定有从前托架1一侧以U相、V相、W相的顺序配置的三相定子17。并且，U相的定子17U以及V相的定子17V，所有部分都收纳在前托架1的内周，W相的定子17W，有一部分收纳于前托架1的内周，其他部分收纳于后托架2的内周，因此，作为定子17整体，与前托架1的接触面积要大于与后托架2的接触面积。在该定子17的各相间设有非磁性体的连结板18，通过该连结板18被绝缘。像这样，定子17的内周与转子12的转子爪磁极12b的外周，只相隔很小的空隙相对。
还有，定子17的一个相由定子铁芯17a和定子绕组17b构成，定子铁芯17a由磁性材料形成，定子绕组17b在其内部沿定子铁芯17a在周方向卷绕成环状，各相中的定子绕组17b，与在后盖5内安装的整流回路15连接。并且该整流回路15通过接线柱6与电池连接。
另外，整流回路15由多个二极管构成。关于这些二极管，因为构成独立的三相线圈，所以用六个二级管形成全波整流的结构。
下面根据图3以及图4，详细说明作为转子的转子12。如图3所示，构成转子12的前侧转子构件12F、后侧转子构件12R，从轴部12a的轴向外侧端在周方向上各设置有多个、具体来说是八个径向截面呈“L”字形的转子爪磁极12b，由于从前侧转子构件12F和后侧转子构件12R分别延伸的转子爪磁极12b在周方向上交替配置，因此若合计全部的转子爪磁极12b，则一共由16个转子爪磁极12b构成。即，本实施例中的转子12的磁极数是16极。
这些转子爪磁极12b，如图4所示，相比于位于轴部12a的根部12b-1的周方向宽度A′，与励磁绕组14相对的中间部12b-2的周方向宽度B′更小；另外，相比于和励磁绕组14相对的中间部12b-2的周方向宽度B′，前端部12b-3的周方向宽度C′更小。即，A′＞B′＞C′的关系成立。
另外，根部12b-1，在与轴部12a对应的范围的轴方向上，从转子爪磁极12b的径向范围的规定位置的大致中间位置设有第一锥部12b-4，其在成为规定位置的大致中间位置，朝向励磁绕组14一侧宽度变窄，进而在根部12b-1的转子12的轴向端侧设有从外周侧朝向内周侧直径变小并倾斜的倾斜部12b-6。而且，中间部12b-2从第一锥部12b-4的宽度变窄的部分向轴向延伸，如图3所示，转子爪磁极12b的径向宽度是朝向前端宽度逐渐变窄地内周侧倾斜。
并且，在前端部12b-3还设有朝向前端宽度逐渐变窄的第二锥部12b-5。在轴方向上的第一锥部12b-4与第二锥部12b-5之间，延伸有宽度大致相同的中间部12b-2。该中间部12b-2，大致设于与励磁绕组14相对的范围，第一锥部12b-4与第二锥部12b-5的锥度角度，大致为同一角度。因此，在转子爪磁极12b之间形成的间隙大致为同一宽度。并且，虽然没有图示，但也可以对转子爪磁极12b的旋转方向的反方向一侧边缘，实施较大范围的倒角加工。
如此形成的前侧转子构件12F、后侧转子构件12R，之间配置励磁绕组14，在轴部12a端彼此相抵接的状态下被固定于轴8，使各个转子爪磁极12b在周方向上交替配置。
另外，在前侧转子构件12F、后侧转子构件12R的轴方向外侧端，分别通过焊接等安装有前风扇13F和后风扇13R。该前风扇13F和后风扇13R为对称的风扇配置，通过转子12的旋转使空气向中心方向流通。若以前风扇13F为例来进行说明，通过冲压将在周方向形成有多个突起的金属板的突起部分的周方向一侧弯曲成近似圆弧状且大致垂直，一体成形具有相对于半径方向倾斜的倾斜面的叶片。如此成形的前风扇13F和后风扇13R，通过焊接等被一体固定于前侧转子构件12F和后侧转子构件12R的轴方向外侧端。以上，通过说明过的前风扇13F和后风扇13R以及作为转子的转子12构成通风装置。
下面根据图3、图5、图6、图7详细说明定子17。如前所述，定子17由U相、V相、W相三相构成。如图6所示，各相之间通过非磁性体即由树脂材料构成的环状、具体来说是圆板状的连结板18而在轴方向上被一体化。并且，在连结板18的两侧面，在周方向上等间隔分别各设有四个凸部181。一个侧面的凸部181与另一侧面的凸部181以错开45度的状态设置，使得分别在周方向上位于中间位置。并且，可以与这些凸部181嵌合的凹部171被设置于定子铁芯17a的两侧面。通过分别相互组合，如图5所示，各相配合于定子12的间距，以电角度各错开120度的状态被定位。
下面以U相的定子17U为例，根据图7对一个定子进行说明。定子17U，由定子铁芯17a和定子绕组17b构成，如图7(b)所示，定子铁芯17a在轴方向上被分为两份。被分开的各定子铁芯构成构件17a′、17a″，由在外周侧设置的环状并且径方向截面为“L”字形的外周部17a-1和在外周部17a-1内周侧设置的多个、具体来说是8个径向截面为“L”字形的定子爪磁极17a-2构成。因此，各定子铁芯构成构件17a′、17a″，作为整体，径向截面呈“コ”字形。并且，定子爪磁极17a-2的周方向侧面相对于旋转轴线倾斜。即，因为设定了歪斜(skew)，所以形成为前端逐渐变细的近似梯形。
并且，在各定子铁芯构成构件17a′、17a″的相对面，凸部172和凹部173以相邻的行驶设有4对。这些凸部172设于定子爪磁极17a-2的周方向大致中间部，凹部173设于相邻的定子爪磁极17a-2之间的周方向大致中间部，因此，通过分别使二者嵌合定位，定子爪磁极17a-2在周方向交替配置，构成共有16个电角度错开180度的定子爪磁极17a-2的定子铁芯17a。即，在本实施例中，定子17的一个相部分的磁极数是16极，与转子12的磁极数相同。
并且，定子铁芯构成构件17a′、17a″以及各相的定子铁芯17a，通过被填充于在定子爪磁极17a-2间形成的空隙中的树脂连接固定。该树脂部的面与定子爪磁极17a-2的内侧表面大致处于相同的面。如此，由于需要将各相的定子铁芯17a用被填充于定子爪磁极17a-2间的树脂进行结合，所以连结板18的内周侧的位置，在外周部17a-1的侧面范围抵接，在定子爪磁极17a-2的侧面不抵接，因此，从某相的定子爪磁极17a-2间的空隙向其他相的定子爪磁极17a-2间的空隙连续填充树脂。
另外，定子铁芯构成构件17a′、17a″，将实施了绝缘处理的铁粉填充在模具中，通过压缩而成形，进一步实施磁退火。如此，通过将定子17做成所谓的压粉铁芯，从而不易产生涡电流，可以减少涡电流损失。并且，该定子铁芯构成构件17a′、17a″构成为大致相同的形状，没有必要分别准备模具。
定子铁芯17a在内部沿着外周部17a-1，在周方向将定子绕组17b卷绕成环状。在该定子绕组17b的表面，通过涂漆等施加绝缘被覆，定子绕组17b的末端，穿过定子铁芯17a的定子爪磁极17a-2之间，连接于整流回路15的端子15a。并且，在定子铁芯17a与定子绕组17b之间，也可以配置作为绝缘构件的绝缘纸。
在本实施例中，构成定子17使得所有的相都相同。如前述那样在电角度各错开120度的状态下，在各相间配置非磁性体的连结板18，通过在定子爪磁极17a-2间填充树脂使得相互的相不会运动而被定位。
接着对本实施例的动作进行说明。
首先，伴随着发动机的起动，从曲柄轴借助带向滑轮9传递旋转，通过轴8使作为转子的转子12旋转。在此，如果从电刷11通过滑环10向在转子12上设置的励磁绕组14供应直流电流，则产生围绕励磁绕组14的内外周的磁通，因此，在转子12的转子爪磁极12b，在周方向上交替形成N极或S极。该励磁绕组14产生的磁通，从前侧定子构件12F的N极的转子爪磁极12b，通过从定子17的轴方向一侧延伸的定子爪磁极17a-2，绕定子绕组17b旋转，到达从轴方向另一侧延伸的定子爪磁极17a-2。并且，该磁通通过到达后侧定子构件12R的S极的转子爪磁极12b，形成围绕转子12和定子17的磁回路。像这样，由于转子产生的磁通与定子绕组17b交链，因此，在U相、V相、W相的定子绕组17b上分别产生交流感应电压，作为整体，产生3相交流感应电压。
如此发电的交流电压，被整流回路15进行全波整流而被变换为直流电压。通过用IC调节器(未图示)控制供应给励磁绕组14的电流，由此实现使整流后的直流电压变为14.3V左右的一定电压。
还有，在转子12旋转时，由于前风扇13F以及后风扇13R也与转子12共同旋转，因此如图1的虚线箭头所示，形成将外部空气从内周侧即轴方向取入，向外周方向排出的气流。
前风扇12F通过旋转，从在前托架1的滚珠轴承7a的外周部分设置的内周侧的风孔3向轴方向吸入外部空气，吸入的外部空气在由前风扇12F的叶片产生的离心力的作用下向外周侧流动，从在前托架1外周侧的厚壁部分设置的外周侧的风孔3排出。在此，定子7的轴方向一侧面以及外周面，在接触于前托架1的状态下被固定，因此在定子17产生的热量被充分传递到前托架1。并且，该前托架1的传递热量的位置，设计成与空气朝向外周侧的风孔3流动的位置相面对，因此可以冷却定子17。
后风扇12R通过旋转，从在后盖5的外周侧边缘部设置的风孔3以及未图示的在后盖5的轴向端面开口的内周侧的风孔，经由整流回路15，从在后托架2的滚珠轴承7b的外周部分设置的内周侧的风孔3向轴方向吸入外部空气，吸入的外部空气在通过后风扇12R的叶片产生的离心力的作用下向外周侧流动，从在后托架2的外周侧设置的外周侧的风孔3排出。因此，与前托架1相同地，从定子17产生的热量以及向后托架2传递的定子17的热量，被朝向外周侧的风孔3流动的空气冷却。
并且，通过旋转中产生的前风扇13F的压力和后风扇13R的压力的压力差，空气流过转子12的磁极间的间隙与转子12和定子17的间隙。在本实施例中，因为在后风扇13R产生的压力变大，所以空气从前托架1侧，通过转子12和定子17之间以及转子12磁极间的间隙而流向后托架，转子12以及定子17被冷却。
以上，对于第一实施例的构成进行了说明，下面表示第一实施例的作用效果。
根据第一实施例，是转子相对于定子进行相对旋转的旋转电机，其特征在于，所述转子由绕旋转轴卷绕的励磁绕组和转子铁芯构成，所述转子铁芯包围该励磁绕组设置，在与定子铁芯的爪磁极相对的部位具有转子爪磁极；所述定子由定子绕组和所述定子铁芯构成，所述定子绕组环状地卷绕在所述转子的外周侧，所述定子铁芯被设置成具有在与所述转子相对的部位具有从轴向两侧分别交替延伸的定子爪磁极，并且包围所述定子绕组的周围。如此，由于只要将定子绕组环状地卷绕于转子的外周侧就可以，所以可以大幅度提高操作性，提高占空系数，由于也不需要线圈端，也可以减少线圈电阻。
还有，因为转子具有励磁绕组，所以可以根据用途改变励磁磁通。
还有，根据本实施例，由于在定子爪磁极相对于轴向线设置了歪斜，所以可以使在转子产生的磁通平滑地交链，可以降低磁噪音。
另外，根据本实施例，特征是构成为转子爪磁极的至少与励磁绕组相对的位置的周方向宽度一定。因此，与转子爪磁极在周方向成为前端变细形状的结构相比，由于容易使由励磁绕组产生的磁通交链，所以可以增大感应的电压。
还有，根据本实施例，所述转子爪磁极形成为根部比中间部宽，中间部形成为比前端部宽，所述中间部形成为大致一定的宽度。在将中间部设为大致一定宽度，以使与排列在轴方向上的各相定子相对的面积不会产生大的变化时，在根部容易产生磁饱和，但是由于根部宽，所以可以缓和磁饱和，可以增加磁通量。还有，在只使根部变宽时，虽然由于与相邻的转子爪磁极之间变窄而使得容易发生磁通泄漏，但是对应于根部，由于前端部的宽度要窄于中间部的宽度，所以可以充分确保相邻的转子爪磁极的间隙。
还有，根据本实施例，是转子相对于定子进行相对旋转的旋转电机，具有：朗德耳型转子，其具有励磁绕组和16极的磁极；定子，其由在与该转子的外周相对的部位设置的定子铁芯以及在该定子铁芯内卷绕的定子绕组构成，所述定子绕组以环状卷绕在所述转子的外周侧，并且所述定子铁芯在与所述转子相对的部位具有从轴向两侧分别交替延伸的16极的定子爪磁极。并且，虽然磁极数越多越可以使感应电压上升，但是如果转子的磁极数过多，则磁极间距离变近，使漏磁通变大，电感增加以及铁损增加，输出以及效率降低。于是，申请人发现：作为旋转电机可以增大输出和效率的转子的极数是12～24极。另外还发现：对于定子的磁极数，通过形成为12～24极而与转子的磁极数保持平衡，由此可以提高输出的感应电压。进而在使转子形成朗德耳型的情况下，虽然有转子爪磁极在离心力的作用下变形的不良情况，但在转子极数到24极时，转子爪磁极的变形不会成为问题。并且为了进一步提高输出，得知可以使转子的极数为16～24极，特别是16极时可以使输出提高最大。并且得知，关于定子的磁极数，也表现出与转子的磁极数相同的倾向，可以将极数设为16～24极。特别是与转子的磁极数同样地通过将定子的磁极数设为16极，可以使输出提高最大。根据这样的结果，在本实施例中，转子的磁极数以及定子的磁极数采用16极。
另外，根据本实施例，对于前托架的径向外周侧部分的壁厚，后托架侧为薄壁，底面侧为厚壁，同时后托架侧的端部外周与后托架在嵌合部嵌合，所以配置各个定子以使至少外周接触于在前托架以及后托架的径向外周侧部分的厚壁部设置的阶梯，由于为了确保表面积而在厚壁部设有空气流通的风孔，因此可以将在定子产生的热量传递给托架，可以充分冷却定子。还有，由于在该风孔流动有来自通风装置的空气，所以可以提高冷却效果。还有，前托架和后托架通过在外周设置的阶梯差和在内周设置的阶梯差形成嵌合部并嵌合，所以前托架和后托架的热交换可以充分进行。另外，定子与具有厚壁部的前托架接触较多，因此定子容易被冷却。并且，为了提高冷却效果，也可以在风孔内设置冷却风扇。
另外，根据本实施例，在将各相的定子绕组连接于整流回路时，由于通过定子爪磁极间的间隙，因此没有必要在定子铁芯上开孔。因此，可以降低成本并且对磁回路不产生影响。另外，因为在定子爪磁极间的间隙中填充作为非磁性体的树脂，所以可以保持定子绕组，也可以固定各相的定子彼此以及定子铁芯构成构件。进一步，可以通过该树脂提高包含定子爪磁极的定子的强度。此外，在本实施例中，由于树脂与定子爪磁极几乎在同一面上，所以可以降低因转子旋转而引起的风的声音。并且，定子爪磁极的表面不被树脂覆盖，这样可以减小其与转子的间隙，容易通过磁通。
[第二实施例]
下面根据图8以及图9说明第二实施例。图8(a)是第一实施例中在各相感应的电压的输出波形。图8(b)是第二实施例中在各相感应的电压的输出波形。图9是将第二实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图。并且，对于与第一实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
如之前的说明，第一实施例的定子17，U相、V相、W相的定子铁芯17a隔着连结板18被相邻配置，但是即使是隔着非磁性体的连结板18，也会发生磁通向相邻的相的定子铁芯17a泄漏的情况。像这样在磁通向相邻的定子铁芯17a泄漏时，在U相和W相之间配置的V相的定子铁芯17a，由于磁通向两侧泄漏，如图8(a)所示，与U相和W相相比，输出的感应电压变小。因此，被整流回路整流后的直流电压也不能变大。
于是如图9所示，在第二实施例中，在转子爪磁极12b间的V相定子17V的部分，设有轴方向截面大致呈四方形的永久磁铁19。该永久磁铁19的极性被磁化为：在励磁绕组14励磁时与在转子爪磁极12b形成的磁极同极相对。因此，V相定子17V与其它的相相比，由于转子爪磁极12b间的漏磁通下降，所以感应电压增大，如图8(b)所示，可以与在其它的相感应的电压保持平衡。利用这样的永久磁铁19构成平衡机构，作为磁铁，可以使用铁素体磁铁。并且，该永久磁铁19的轴向长度，可以与V相定子17V的轴向长度相同并相对，但是没有必要与V相定子17V的轴向长度完全相同，最终只要相对于U相定子17U和W相定子17W，保持V相定子17V的平衡就可以。
如此在第二实施例中，因为具有平衡机构，其使在轴方向两端配置的相以外的相感应的电压与在其它的相感应的电压达到平衡，所以所有相的感应电压能够平衡，伴随于此，可以增大输出的感应电压。
还有，第二实施例的平衡机构是使在轴向两端配置的相以外的相感应的电压增大的装置，因此，不是降低U相和W相的感应电压而与V相保持平衡，而是可以增大作为整体的感应电压。
还有，第二实施例的平衡机构，在转子爪磁极之间，由于由至少相对于在轴向两端配置的相以外的相而设置的永久磁铁构成，因此即使较大改变转子和定子的形状，也可以具有平衡功能。
还有，第二实施例的永久磁铁，只设置于与在轴向两端配置的相以外的相相对的部位，因此可以由形状简单的永久磁铁构成平衡机构。因此，可以廉价地构成平衡机构。
[第三实施例]
下面根据图10说明第三实施例。图10是将第三实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第三实施例与第二实施例的永久磁铁19的形状不同，其他部分与第二实施例大致相同。第三实施例的永久磁铁19，轴方向截面大致呈“T”字形，与V相定子17V对应的部分为厚壁，与U相定子17U以及W相定子17W对应的部分为薄壁。
因此，V相定子17V与其它的相相比，转子爪磁极12b间的漏磁通降低，同时虽然比V相定子17V漏磁通变大，但是在U相定子17U与W相定子17W，可以减小漏磁通，因此，可以增大所有相的感应电压，进而可以使各相的感应电压保持平衡。
如此第三实施例的永久磁铁，由于构成为相比于与在轴向两端配置的相相对的部位的磁力，与在轴向两端配置的相以外的相相对的部位的磁力更强，因此，可以在使各相的感应电压平衡的同时，使各相的感应电压增大。具体来说，因为永久磁铁构成为在轴向两端侧为薄壁，所以只通过在各转子爪磁极之间分别配置一个永久磁铁，就可以使感应电压平衡，并且可以得到使感应电压增大的作用效果。
[第四实施例]
下面根据图11说明第四实施例。图11是将第四实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第四实施例与第三实施例的永久磁铁19的形状不同，其他部分与第三实施例大致相同。第四实施例的永久磁铁19，轴方向截面形成为朝向外周侧逐渐变宽的近似梯形。与V相定子17V相对应部分对应于梯形的内周侧短边，轴方向宽度从该内周侧短边向外周侧连续变宽地呈锥状扩大。因此，永久磁铁19，与和V相定子17V对应的部分相比，和U相定子17U以及和W相定子17W对应的部分壁薄。
因此，与第三实施例同样，V相定子17V与其它的相相比，转子爪磁极12b间的漏磁通降低，并且也可以减小在U相定子17U与W相定子17W的漏磁通。并且在第四实施例中，由于连续性变成薄壁，且对应于漏磁通的量设定永久磁铁19的厚度，所以在使感应电压平衡的同时，可以比第三实施例进一步减少漏磁通的量。另外，由于永久磁铁19急剧变成薄壁的部位消失，所以也可以提高永久磁铁19的强度。
[第五实施例]
下面根据图12说明第五实施例。图12是第五实施例的转子以及定子的侧面剖面图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第五实施例，与第二实施例以及第三实施例不同，不是通过在转子爪磁极之间设置永久磁铁19来构成平衡机构，而是通过使V相定子17V的定子铁芯17a的轴方向长度A″长于U相定子17U以及W相定子17W的定子铁芯17a的轴方向长度B″，相比于通过U相定子17U以及W相定子17W的定子铁芯17a与作为转子的转子12之间的磁通，使通过V相定子17V的定子铁芯17a与转子12之间的磁通更容易流动，来构成平衡机构。并且，V相定子17V的定子铁芯17a，不仅是轴方向尺寸长于U相定子17U以及W相定子17W，而且定子爪磁极17a-2的长度也长于U相定子17U以及W相定子17W。
如此，第五实施例由于设置了平衡机构，使得与通过在轴向两端配置的相与转子之间的磁通相比，通过其以外的相与转子之间的磁通更容易通过，因此，可以平衡所有相的感应电压。
特别是第五实施例的平衡机构，由于其构成为与配置在轴向两端的定子铁芯相比，使其以外的定子铁芯的轴向长度更长，因此不必追加新的零件，就可以平衡所有相的感应电压。
[第六实施例]
下面根据图13说明第六实施例。图13是第六实施例的转子以及定子的侧面剖面图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第六实施例通过使V相的定子绕组17b的圈数，多于U相以及W相的定子绕组17b的圈数，由此构成平衡机构。由此，与U相以及W相相比，在V相的定子铁芯17a可以卷绕更多的定子绕组17b，其它部分与第一实施例大致相同，省略说明。
如此，第六实施例的平衡机构，由于相比于在轴向两端配置的相的定子绕组，增加了其以外的相的定子绕组的圈数，因此在尽量减少变更位置的同时，可以使各相的感应电压平衡。并且，虽然也可以不改变各相的定子铁芯，只改变定子绕组也可，但是为了尽量增大输出的感应电压，如图13所示，与U相以及W相相比，增大V相的定子铁芯上卷绕定子绕组的环状空间，在该环状空间最大限度地卷绕定子绕组即可。
[第七实施例]
下面根据图14说明第七实施例。图14(a)是将第七实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图。图14(b)是第七实施例的转子和定子的侧面剖面图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
如图14(a)以及图14(b)所示，第七实施例通过将转子爪磁极12b与各相的定子17在径向的间隙设成：与V相定子17V相对的位置的间隙a窄，增大与U相定子17U以及W相定子17W相对的位置的间隙b，由此构成平衡机构。为了构成该平衡机构，将与U相定子17U以及W相定子17W相对的所有的转子爪磁极12b的轴向两端侧切口成锥状，其它部分与第一实施例大致相同，省略说明。因此，转子爪磁极12b的外周面形状大致为梯形，但也可以是连续的凸形或阶梯状的凸形。
如此，第七实施例的平衡机构，相比于在轴向两端配置的定子铁芯的定子爪磁极与转子间的空隙，通过缩小其它的定子铁芯的定子爪磁极与转子间的间隙，相比于在轴向两端配置的相和转子之间的间隙引起的磁阻，缩小其它的相和转子之间的间隙引起的磁阻，由此磁通变得容易通过，因此，可以平衡所有相的感应电压。还有，因为可以只通过对以往的转子爪磁极施以加工就能够构成平衡机构，所以零件数量不会变多，不需要重新设计。特别是如果将转子爪磁极的外周面的形状形成为锥状、或连续的凸形，则由于在转子爪磁极不形成阶梯差，所以即使作用有离心力，也可以维持强度。
[第八实施例]
下面根据图15说明第八实施例。图15(a)是将第八实施例的转子以及定子的侧面剖开后的立体图。图15(b)是第八实施例的转子和定子的侧面剖面图。图15(c)是表示第八实施例中定子绕组的结线的一个例子的图。图15(d)是表示第八实施例中定子绕组的结线的一个例子的图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第八实施例设有一对U相、V相、W相的定子17。即，如图15(a)以及图15(b)所示，从轴向一端侧，按照第一U相定子17U1、第一V相定子17V1、第一W相定子17W1、第二U相定子17U2、第二V相定子17V2、第二W相定子17W2的顺序，六个定子17隔着连结板18排列。这些定子17中的同相的定子绕组17b，如图15(c)以及图15(d)所示串联连接，进一步各相也可以如图15(c)那样结线成星状结线，也可以如图15(d)那样结线成△状结线。第八实施例如此构成平衡机构。
此处如前所述，相比于在轴向两端配置的定子，其他定子的感应电压更大，特别是相比于1个定子相邻的情况，多个定子相邻的情况下的磁通泄漏更大。因此，第一U相定子17U1和第二W相定子17W2位于轴向端部，因此感应电压最大；接着第一V相定子17V1与第二V相定子17V2，由于在一端侧只有一个相邻的定子17，另一端侧配置有多个定子17，因此感应电压小于第一U相定子17U1和第二W相定子17W2。还有，第一W相定子17W1与第二U相定子17U2由于在两端配置有多个定子17，因此感应电压还要小于第一V相定子17V1与第二V相定子17V2。如此，各相的感应电压的关系为，第一U相＝第二W相＞第一V相＝第二V相＞第一W相＝第二U相，通过串联连接同相，可以平衡各相的感应电压。
如此，第八实施例的平衡机构，定子各相设有多组，并且从轴向一端侧，相同的相按相同的顺序配置，相同相的定子绕组串联连接，因此不是使一部分的相的定子绕组感应的电压降低来谋求平衡，而是在整体增大各相的定子绕组感应的电压的状态下实现平衡。并且在该第八实施例中，也可以在转子爪磁极之间的与定子相对的整个范围，设置与第二实施例～第四实施例不同的厚度相同的永久磁铁，通过缩小定子铁芯内周面与转子爪磁极外周面之间的空隙直到极限，还可以谋求感应电压的进一步提高。
[第九实施例]
下面根据图16说明第九实施例。图16(a)是第九实施例的转子以及定子的侧面剖面图。图16(b)是表示相间间隙比率和感应电压之间的关系的图表。图16(c)是表示相间间隙比率和电压振幅之间关系的图表。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
如图16(a)所示，第九实施例通过使定子17在轴向的各相间的间隙G1大于第一实施例，来构成平衡机构，代替连结板18而填充树脂。通过如此加大定子17在轴向的各相间的间隙G1，可以降低各相间的漏磁通，但是因为作为转子的转子12的轴向长度是固定的，所以如果间隙G1过大，则各相的定子17的轴向长度B1就会变小。
因此，对于间隙G1与定子17的轴向长度B1的比即相间间隙比率(G1/B1)与感应电压的关系，进行了如图16(b)以及图16(c)所示的实验。图16(b)的图表将横轴设为相间间隙比率(G1/B1)，纵轴设为对每个相的感应电压取平均而合计的电压值。根据该图16(b)，在相间间隙比率(G1/B1)为0.2以下时，可以满足必要的感应电压。另外，图16(b)的波形，以相间间隙比率(G1/B1)为0.13～0.15为峰值，感应电压开始下降。以上，相间间隙比率(G1/B1)，在0.2以下能够感应满意的电压，优选在0.15以下，特别是0.13以下更好。
但是如果相间间隙比率(G1/B1)过小，则如图8(a)所示，因为V相的感应电压降低，所以各相的感应电压的合计电压值下降。此处，图16(c)表示的图表中，横轴设为相间间隙比率(G1/B1)，纵轴为各相的感应电压的合计电压值的振幅。根据图16(c)，相间间隙比率(G1/B1)为0.05以下时，合计各相的感应电压之后的电压值的振幅变大，如果相间间隙比率(G1/B1)在0.05以上，可以得到能够输出必要的感应电压的振幅。另外，由于相间间隙比率(G1/B1)超过0.07时振幅开始稳定，相间间隙比率(G1/B1)在0.1附近时振幅稳定。
以上的第九实施例，通过使相间间隙比率(G1/B1)为0.05～0.2，可以充分输出振幅小的感应电压。另外，如果使相间间隙比率(G1/B1)为0.07～0.15，可以增大感应电压。进一步，优选相间间隙比率(G1/B1)为0.1～0.13。
[第十实施例]
下面根据图17说明第十实施例。图17(a)是第十实施例的转子以及定子的侧面剖面图。图17(b)是从外周侧观察第十实施例的转子的图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第十实施例，在作为转子的转子12上的各个转子爪磁极12b的外周侧表面，设有在周方向上延伸的截面为矩形的绝缘槽20，在该绝缘槽20内填充有树脂等非磁性体。还有，该绝缘槽20设置于U相定子17U和V相定子17V之间的与连结板18相对的部分，以及设置于V相定子17V和W相定子17W之间的与连结板18相对的部分，宽度形成得稍微宽于连结板18的板厚。并且，其它部分与第一实施例大致相同，因此省略说明。
如此，在转子12的转子爪磁极12b上，在与各相的定子17之间相对的位置设有绝缘槽20，因此可以降低从定子17以转子12的表面为路径向其它定子泄漏的磁通，可以使磁通从各相的定子17围着励磁绕组14的周围旋转。因此，可以保持各相的感应电压的平衡。由此，绝缘槽20构成平衡机构。而且，该绝缘层20还可以降低在转子爪磁极12b的表面产生的涡电流，还有提高效率的作用效果。
并且，在第十实施例中，虽然在绝缘槽20内填充有非磁性体，但只要能充分确保转子爪磁极12b的强度，在绝缘槽20内也可以什么都不填，空气可以代替非磁性体使漏磁通变少，没有填充非磁性体的部分，也可以得到降低成本的作用效果。
[第十一实施例]
下面根据图18说明第十一实施例。图18(a)是第十一实施例的转子以及定子的侧面剖面图。图18(b)是表示第十一实施例的转子爪磁极和定子爪磁极配置的图。图18(c)是表示第十一实施例的转子爪磁极和定子爪磁极配置的其他方式图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第十一实施例，对应于U相定子17U、V相定子17V和W相定子17W，将转子12分割为三份。其中的一份是将第一实施例中的转子12取其轴向长度的1/3，转子爪磁极12b的轴向长度相比于第一实施例也形成为1/3左右，励磁绕组14的圈数也变少。如此构成的三分割转子12U、12V、12W在相邻的状态下构成转子12。
如图18(b)所示，定子爪磁极17a-2与第一实施例相同，U相定子17U、V相定子17V、W相定子17W被配置成电角度在周方向上错开120度的状态，转子爪磁极12b被配置在各个分割转子12U、12V、12W电角度没有错开的同相位。
如此由于按定子17的每个相分割转子12，因此磁通在分别独立的状态下旋转，可以平衡感应电压。由此，分割转子12U、12V、12W构成平衡机构。
并且在图18(b)中，将各相的定子爪磁极17a-2在电角度错开120度的状态下配置，将分割转子12U、12V、12W的转子爪磁极12b在电角度没有错开的状态下配置，但是也可以如图18(c)那样，将各相的定子爪磁极17a-2配置在电角度没有错开的状态下，将分割转子12U、12V、12W的转子爪磁极12b配置在电角度错开120度的状态。
[第十二实施例]
下面根据图19说明第十二实施例。图19(a)是表示第十二实施例中的定子爪磁极的图。图19(b)是表示定子爪磁极间间隙比率和感应电压之间的关系的图表。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
如图19(b)所示，通过改变定子17中的定子爪磁极17a-2之间的空隙Gs与定子爪磁极17a-2的轴向大致中间位置的周方向宽度Bs之比，即定子爪磁极间间隙比率(Gs/Bs)，可知输出的感应电压产生变化。并且图19(b)将定子爪磁极17a-2的歪斜角度设为一定，转子不改变。
根据图19(b)，通过将定子爪磁极间间隙比率(Gs/Bs)设为0.05～0.3，可以输出所需的感应电压。特别是在定子爪磁极间间隙比率(Gs/Bs)处于0.15附近时，感应电压达到峰值，从0.15附近不管是增大还是减小定子爪磁极间间隙比率(Gs/Bs)，感应电压都会下降。因此，从图19(b)可知，通过使定子爪磁极间间隙比率(Gs/Bs)为0.1～0.2，可以感应更大的电压。
[第十三实施例]
下面根据图20说明第十三实施例。图20(a)是表示第十三实施例中转子爪磁极的图。图20(b)是表示转子爪磁极间间隙比率和感应电压之间的关系的图表。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
如图20(b)所示，通过改变作为转子的转子12中的转子爪磁极12b之间的空隙Gr与转子爪磁极12b的轴向大致中间位置的中间部12b-2的周方向宽度Br之比，即转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)，可知输出的感应电压产生变化。并且图20(b)中，定子不改变。
根据图20(b)，通过使转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)为0.3～0.6，可以输出所需的感应电压。特别是在转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)在0.4附近时，感应电压达到峰值，从0.4附近不管是增大还是减小转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)，感应电压都会下降。因此，从图20(b)可知，通过使转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)为0.35～0.45，可以感应更大的电压。
并且在第十三实施例中，不改变定子侧，改变转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)，测量了感应电压，但是如第十二实施例那样，即使定子爪磁极间间隙比率(Gs/Bs)有变更，转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)与感应电压的倾向也几乎不变。因此即使定子变更，通过使转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)处于上述数值范围，也可以提高感应电压。另外，对于第十二实施例也相同，即使是转子爪磁极间间隙比率(Gr/Br)有变更，定子爪磁极间间隙比率(Gs/Bs)与感应电压的倾向也几乎不变。根据以上，满足第十二实施例以及第十三实施例双方能够进一步提高感应电压。
[第十四实施例]
下面根据图21说明第十四实施例。图21(a)是表示第十四实施例中定子爪磁极的图。图21(b)是表示定子爪磁极的歪斜角度和感应电压之间的关系的图表。图21(c)是表示定子爪磁极的歪斜角度和电压振幅之间的关系的图表。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
如图21(b)所示，通过改变定子17中的定子爪磁极17a-2的歪斜角度θ1，可知输出的感应电压产生变化。并且，图21(b)中，设定子爪磁极17a-2的周方向宽度Bs以及定子爪磁极17a-2间的空隙Gs一定，定子不变更。
根据图21(b)，通过使定子爪磁极17a-2的歪斜角度θ1为5度以上，可以输出所需的感应电压。特别是若歪斜角度θ1变为15度以下，则感应电压开始下降。并且根据图21(c)，若定子爪磁极17a-2的歪斜角度θ1为20度以上，则电压振幅变得过大，不能输出必要的感应电压。根据以上，通过使定子爪磁极17a-2的歪斜角度θ1为5度～20度，可以输出必要的感应电压，最好是使歪斜角度θ1为15度～20度。
[第十五实施例]
下面根据图22说明第十五实施例。图22(a)是表示第十五实施例的定子爪磁极的形状的图。图22(b)是表示第十五实施例的定子爪磁极形状的其他方式图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第十五实施例中，V相定子17V的定子爪磁极17a-2的形状，与U相定子17U和W相定子17W的定子爪磁极17a-2的形状不同。具体来说，如图22(a)所示，V相定子17V的定子爪磁极17a-2的表面积Sv，大于U相定子17U和W相定子17W的定子爪磁极17a-2的表面积S。通过形成该结构，提高V相定子17V的感应电压，可以与U相定子17U和W相定子17W平衡。因此，这些定子爪磁极17a-2的形状构成平衡机构。
还有，如图22(b)所示，V相定子17V的定子爪磁极17a-2的歪斜角度θv，大于U相定子17U及W相定子17W的定子爪磁极17a-2的歪斜角度θ。如第十四实施例所示，随着定子爪磁极17a-2的歪斜角度的增大，感应电压有增大的倾向，因此，使V相定子17V的感应电压提高，可以与U相定子17U及W相定子17W平衡。因此，这些定子爪磁极17a-2的形状构成平衡机构。
如上，通过使在轴向两端配置的相与其它相中的定子爪磁极的形状不同，构成平衡机构，由此可以使在各相的定子感应的电压平衡。
[第十六实施例]
下面根据图23说明第十六实施例。图23(a)是作为第十六实施例中旋转电机的一个实施方式的车辆用交流发电机的侧面剖面图。图23(b)是表示第十六实施例中的定子爪磁极的图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第十六实施例相对于第一实施例，前托架1、后托架2以及定子17不同，其他部位与第一实施例大致相同，因此省略说明。
如图23(a)所示，第十六实施例的前托架1的不同点在于，径向外周侧部分的壁厚与底面侧的壁厚大致相同，没有形成外周侧的风孔3。另外，该前托架1以及后托架2各自不嵌合，不延伸至对方侧的托架一方。因此，前托架1在U相定子17U的位置成为开口端缘，后托架2在W相定子17W的位置成为开口端缘。
第十六实施例的定子17，在定子爪磁极17a-2间形成的间隙中没有填充树脂，通过在轴方向上被前托架1以及后托架2夹持，连结固定各相的定子17。另外，如图23(b)所示，由于在定子爪磁极17a-2上设有歪斜，所以定子爪磁极17a-2间的空隙，遍及U相定子17U、V相定子17V、W相定子17W在轴方向上连续。
通过如此构成，如图23(a)的虚线箭头所示，通过前风扇13F的旋转，从前托架1的内周侧的风孔3导入的空气，在离心力的作用下流向外周侧，但由于被前托架1的外周侧的风孔3封住，所以不能向外周侧流动。因此，空气在形成于定子爪磁极17a-2之间的在轴向上连续的间隙中流动，与通过后风扇13R的旋转而流向外周侧的空气合流，从后托架2的外周侧的风孔3排出。如此，由于在形成于定子爪磁极17a-2间的空隙中流动的空气量增大，所以可以充分冷却定子17以及转子12。并且，第十六实施例的前风扇13F，与第一实施例同样，叶片小于后风扇13R，所以流动的空气量也少，因此可以进一步增加在定子爪磁极17a-2间的间隙流动的空气量。
[第十七实施例]
下面根据图24说明第十七实施例。图24是作为第十七实施例中旋转电机的一个实施方式的车辆用交流发电机的侧面剖面图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第十七实施例相对于第十六实施例的不同点在于，没有设置前风扇13F，后风扇13R的外径以其在定子17的内周的外周侧的方式形成为大径。其他部位与第十六实施例大致相同，因此省略说明。
如图24所示，在第十七实施例中，因为没有设置前风扇13F，所以只靠后风扇13R产生气流。因为该后风扇13R的叶片的外周端比定子17的内周更靠外周侧，所以如虚线所示，在离心力的作用下使空气从内周侧流动向外周侧时，通过与叶片相对的定子17与转子12之间的间隙，还从前托架1侧吸入空气。由此，即使只有后风扇13R也可以充分冷却定子17，省略前风扇13F可以降低装置成本。
以上，第十六实施例以及第十七实施例在各自的该定子爪磁极间设置空气流通的间隙，该间隙由于从定子铁芯的轴向一端侧连续到另一端侧，因此即使在轴向两端不存在线圈端，也可以充分冷却定子。还有，对于该间隙，通过在轴向上具备使空气流通的通风机构，可以更有效地冷却定子。
[第十八实施例]
下面根据图25说明第十八实施例。图25是第十八实施例的转子以及定子的侧面剖面图。并且，对于与其它实施例共通的部位，用相同的称呼，相同的符号表示。
第十五实施例以及第十六实施例的各相的定子17从轴向被前托架1以及后托架2夹持而固定，在第十八实施例中，如图25所示，通过在各相的定子17的外周设置由铝合金等形成的非磁性体的加强环21，使各相的定子17形成一体。该加强环21，使轴向一端侧向内周侧延伸的截面大致为“L”字形的环嵌合于定子17的外周，通过对另一端侧进行铆接，另一端侧也向内周侧弯折。因此，加强环21在被固定于定子17的状态下，截面近似呈“コ”字形。并且加强环21不限于非磁性体，也可以采用磁性体。
通过如此设置加强环21，可以将各相的定子17在夹持在前托架1以及后托架2之间以前，对其进行单元化，安装变得容易，同时还可以对于由强度弱的压粉铁芯构成的定子铁芯17a加强强度，以使在其被夹持于前托架1以及后托架2之间时不发生变形，耐振动强度也可以提高。
以上对本发明的各实施例进行了说明，以下列举可以采用的其他结构。
在上述各实施例中，作为旋转电机的一个实施方式说明了车辆用交流发电机，但也可以适用于输出旋转力的电动机、同时兼有发电以及驱动的电动发电机(motor generator)等。特别是作为电动机，可以考虑适用于用于驱动混合动力汽车、电动四轮驱动车的驱动用电动机、泵的电动机等。
在第一实施例中，只有前托架1的径向外周侧部分的壁厚大于底部壁厚，但只要能确保配置空间，后托架2也可以与前托架1同样，径向外周侧部分的壁厚大于底部壁厚也没关系。通过如此构成，可以进一步提高定子17的冷却效果。并且，在各托架上的与定子17的轴向端部嵌合的阶梯16F、16R相对的径向外周侧的风孔3的内周面设置翼片或凹凸，能够增大散热面积，可得到进一步的冷却效果。
另外，在第一实施例中，将转子爪磁极12b形成根部12b-1、中间部12b-2、前端部12b-3，但是也可以从根部12b-1到前端部12b-3连续倾斜。进一步，也可以从根部12b-1到前端部12b-3在周方向上形成为相同的宽度。此外，也可以在转子爪磁极12b的外周侧表面设置用于防止涡电流的多个周方向槽。
另外，在第一实施例中，说明了将定子17形成为三相的例子，但定子也可以为三相以上。在这样改变相数的情况下，各相间的相位的电角度不是120度，需要匹配于相数进行变更。
另外，在第一实施例中，定子绕组17b的一个线的截面形状没有特定，截面可以是圆形也可以是矩形。并且，为了提高在定子铁芯17a内的定子绕组17b的占空系数，最好将定子绕组17b的截面设为矩形，截面可以是长方形也可以是正方形。像这样如果将定子绕组17b的截面设为矩形，则最好将定子铁芯17a内的定子绕组17b的配置形状形成为同样匹配于矩形的形状。
另外，在第一实施例中，为了在周方向上对各相的定子铁芯17a以及连结板18进行定位，在定子铁芯17a上设置凹部171，在连结板18上设置凸部181，但是即使没有凹部171和凸部181，也可以通过使用夹具或作标记来进行定位。像这样如果不在定子铁芯17a设置凹部171，磁路面积减少的部位消失。
另外，在第一实施例中，为了固定各相的定子17，只在定子爪磁极17a-2之间的间隙填充了树脂，但也可以用树脂等非磁性体模制定子17整体。如此若模制定子17整体，则除了将各相一体化以外，还可以提高强度弱的压粉铁芯的耐振性以及强度。此时，定子爪磁极17a-2的内周侧，即与转子12相对的部位，为了不使其与转子12之间的间隙变大，优选不进行模制。
另外，在第一实施例中，在定子爪磁极17a-2的周方向两侧设置歪斜，形成为近似梯形，但转子12的旋转方向因为是一个方向，所以为了降低磁噪音，也可以只在与转子12的旋转方向相反的方向一侧设置歪斜。通过如此只在定子爪磁极17a-2的一侧设置歪斜，在减少磁噪音的同时，可以增大与转子12相对的定子爪磁极17a-2的面积。因此，在定子17与转子12之间容易形成磁通，可以增大感应电压。
另外，在第二实施例～第四实施例中，在转子爪磁极12b间配置的永久此铁19采用铁素体磁铁，但是也可以采用利用前驱体具有良好亲和性性质的粘合剂粘结钕(Nd)粉体而形成的磁铁。此处所谓亲和性良好的前驱体，例如是SiO2的前驱体即烷氧基硅氧烷或烷氧基硅烷。钕(Nd)粉体呈板状，相对于高度方向即Z轴方向的值，X轴、Y轴方向的大小为数倍以上，形成厚度薄的形状。钕(Nd)粉体的X轴、Y轴方向的大小越大越好，例如，如果使用粉体的X轴或Y轴方向的大小为45μm以上的大小的粉体，则残留特性变好。虽然钕(Nd)粉体在成形中由于裂开等而变细，难以避免混入小形状的粉体，但是优选粉体的一半以上是45μm以上大小的粉体，并且如果7成以上是45μm以上大小的粉体，则能够得到更好的磁铁特性。如果9成以上是45μm以上大小的粉体，则能够得到更好的结果。并且如果在钕(Nd)中还含有若干镝(Dy)，则耐热性会得到改善。由于含有镝(Dy)，即使旋转电机的温度上升也能维持良好的磁特性。镝(Dy)的含有比率为数％左右，最多在10％以下。通过使用上述的在钕粉体中结合了SiO2的磁铁，成本低，并且还能够得到磁特性以及耐热性的提高效果。并且，如果使用粘结有该钕(Nd)粉体的磁铁，可以自由形成形状，因此可以柔性地形成第三实施例以及第四实施例中的永久磁铁的角部。如此，可以将永久磁铁造形为匹配于漏磁通的形状
另外，在第五实施例中，对于具有三相定子17的例子进行了说明，但在设有三相以上的定子17的情况下，随着从在轴向中央部配置的定子17向轴向两端，优选轴向长度变窄。如此，可以将各相的定子17形成为匹配于漏磁通的轴向长度。
另外，在第六实施例中也一样，对于具有三相定子17的例子进行了说明，但在设有三相以上的定子17的情况下，随着从在轴向中央部配置的定子17向轴向两端，优选减小定子绕组17b的圈数。如此，可以将各相的定子17形成为匹配于漏磁通的定子绕组17b的圈数。
另外，在第七实施例中，为了使转子爪磁极12b与各相的定子17的径向间隙，在与V相定子17V相对的位置的间隙a窄，在与U相定子17U以及W相定子17W相对的位置的间隙b宽，变更了转子12的转子爪磁极12b的外表面，但是，也可以通过使U相定子17U以及W相定子17W的内外周径大于V相定子17V，来调整间隙。
另外，在第八实施例中，设置了一对U相、V相、W相的定子17，但如果可能的话也可以各设置三个以上。并且，因为只要U相、V相、W相的感应电压平衡就可以，所以也可以适当变更配置顺序。
另外，在第九实施例中，虽然在各相的定子17间填充了树脂，也可以与第一实施例同样配置加厚的连结板18。此时，因为连结板18有厚度，所以代替定位用的凸部181也可以设置凹部。
另外，在第十实施例中，虽然设置了截面为矩形的绝缘槽20，但是绝缘槽20的截面没有必要一定是矩形，例如，也可以是“V”字形、梯形、半圆形。
另外，在第十一实施例中，使定子爪磁极17a-2或转子爪磁极12b中一方的相间间距为0度，使另一方的相间间距为120度，但因为各相独立，所以只要定子爪磁极17a-2和转子爪磁极12b的相对位置匹配，则任何位置都可以。
另外，在第十六实施例以及第十七实施例中，使用利用离心力使空气从内周侧向外周侧流动的风扇，但也可以代替前风扇13F设置轴流风扇，使空气在轴方向上流动。并且，可以对定子爪磁极17a-2的前端的角部施以倒角，或通过施加弧度，可以减少在各相的定子爪磁极17a-2间的间隙流动的空气阻力，可以进一步提高冷却效果。此外，也可以在定子17的空气流通部设置放大散热面积的风扇。
另外，在第十八实施例中，虽然通过铆接固定了加强环21，但是也可以通过模制定子17的外周来形成加强环。此时，作为模制的材料，最好使用能承受轴向力的高硬度材料。并且，如果在加强环上设置冷却风扇，也能够得到更好的冷却效果。
接着，对于能够从上述各实施例把握的权利要求中没有记载的发明，以下与其作用效果一起叙述。
(1)如技术方案1所述的旋转电机，其特征在于，所述定子具有在轴向上排列的三相以上的所述定子铁芯和所述定子绕组，并具有平衡机构，该平衡机构使在轴向两端配置的相以外的相感应的电压与在其他相感应的电压平衡。
(2)如(1)所述的旋转电机，其特征在于，所述平衡机构是使在轴向两端配置的相以外的相感应的电压增大的机构。
(3)如(2)所述的旋转电机，其特征在于，所述平衡机构是在所述转子爪磁极间，至少与在轴向两端配置的相以外的相相对设置的永久磁铁。
(4)如(3)所述的旋转电机，其特征在于，所述永久磁铁只设置在与配置在轴向两端的相以外的相相对的部位。
(5)如(3)所述的旋转电机，其特征在于，所述永久磁铁构成为，相比于与配置在轴向两端的相相对的部位的磁力，与配置在轴向两端的相以外的相相对的部位的磁力更强。
(6)如(5)所述的旋转电机，其特征在于，所述永久磁铁的轴向两端侧构成为薄壁。
(7)如(1)所述的旋转电机，其特征在于，所述平衡机构，与通过在轴向两端配置的相和所述转子之间的磁通相比，使通过其他的相和所述转子之间的磁通更容易通过。
(8)如(7)所述的旋转电机，其特征在于，与在轴向两端配置的所述定子铁芯相比，其他的所述定子铁芯的轴向长度更长。
(9)如(7)所述的旋转电机，其特征在于，与在所述轴向两端配置的定子铁芯的定子爪磁极和所述转子间的间隙相比，其他的定子铁芯的定子爪磁极和所述转子间的间隙更小。
(10)如(1)所述的旋转电机，其特征在于，所述平衡机构，通过与在所述轴向两端配置的相的定子绕组相比，增多其他相的定子绕组的圈数而构成。
(11)如(1)所述的旋转电机，其特征在于，所述平衡机构使在所述轴向两端配置的相与其它相的所述定子爪磁极的形状不同。
(12)如技术方案1所述的旋转电机，其特征在于，所述定子具有在轴向上排列的多个相的所述定子铁芯和所述定子绕组，这些相设置成多组，并且从轴向的一端侧，以相同的相成为相同的顺序的方式进行配置，成为相同相的所述定子绕组串联连接。
(13)如技术方案1所述的旋转电机，其特征在于，所述定子在轴向上被托架夹持，其至少轴向一端侧，在所述定子绕组的外周位置的内周侧与所述托架抵接，并且在所述托架上的与所述定子抵接的部位的相对部位，设有可以流通空气的风孔，并且在该风孔设有用于使空气流通的通风机构。通过如此构成，由于定子绕组没有向定子铁芯的轴向两侧突出，因此托架可以延伸到定子绕组的外周位置的内周侧。因此，即使没有线圈端，也可以充分冷却定子。
(14)如(13)所述的旋转电机，其特征在于，在所述风孔设有冷却风扇。通过如此构成，可以进一步提高定子的冷却效果。
(15)如(13)所述的旋转电机，其特征在于，所述托架被分割为碗状的前托架和后托架，所述前托架和所述后托架，在相互接触的状态下夹持所述定子。通过如此构成，在前托架和后托架之间可以进行热交换，能够冷却定子的整个范围。
(16)如技术方案1所述的旋转电机，其特征在于，所述定子具有多个相的所述定子铁芯和所述定子绕组，在各个相的所述定子铁芯间设有非磁性体的连结板。通过如此构成，可以可靠地降低各相间的磁通的泄漏。
(17)如(16)所述的旋转电机，其特征在于，在各个相的所述定子铁芯与所述连结板上设有用于在周方向上进行定位的定位部。通过如此构成，可以将各相的定子铁芯在周方向上进行可靠的定位。
(18)如技术方案1所述的旋转电机，其特征在于，所述定子铁芯由在轴向上被分割为两个的定子铁芯构成构件构成，各个定子铁芯构成构件为同一形状。通过如此构成，由于没有必要制造很多种定子铁芯构成构件，因此可以节约成本。
(19)如(1)所述的旋转电机，其特征在于，所述平衡机构是槽或是非磁性体的层，遍及周方向设置在所述转子上的与相邻的所述定子铁芯之间相对的部位。通过如此构成，可以减少以转子的表面为路径的磁通泄漏，因此可以平衡感应电压。
(20)如(1)所述的旋转电机，其特征在于，所述平衡机构构成为通过在与相邻的所述定子铁芯之间相对的部位分割所述转子，以使所述转子分别可以独立发挥作用。通过如此构成，由于每个相独立构成磁回路，因此可以平衡感应电压。
(21)如技术方案1所述的旋转电机，其特征在于，所述定子具有多个相的所述定子铁芯和所述定子绕组，各个所述定子铁芯用非磁性体使外周侧形成一体。通过如此构成，在定子爪磁极间形成空气可以流动的间隙，并且可以使各个定子铁芯形成一体。
(22)如(21)所述的旋转电机，其特征在于，在所述定子铁芯的外周侧设置的所述非磁性体，由金属制的圆环状的加强环构成。通过如此构成，即使由压粉铁芯成形定子铁芯，也可以提高强度。

Claims (16)

1.一种旋转电机，转子相对于定子旋转，其特征在于，
所述转子由绕旋转轴卷绕的励磁绕组和转子铁芯构成，所述转子铁芯以包围该励磁绕组的方式设置，所述转子铁芯在与定子铁芯的定子爪磁极相对的部位具有转子爪磁极，
所述定子由定子绕组和定子铁芯构成，所述定子绕组呈环状卷绕在所述转子的外周侧；所述定子铁芯以包围所述定子绕组的周围的方式设置，所述定子铁芯具有定子爪磁极，所述定子爪磁极在与所述转子相对的部位从轴向两侧分别交替延伸，并且所述定子由三相构成，在各个相之间隔着非磁性体在轴向上并列，每相定子的所述定子铁芯在轴向上包括两个定子铁芯构成构件，每相的两个定子铁芯构成构件相对，以从转子侧围绕定子绕组并回到转子侧的方式遍及全周包围环状的所述定子绕组，
在所述定子铁芯的与非磁性体相邻的侧面上具有凹部，在非磁性体的两侧面具有凸部，通过所述凹部和凸部嵌合而在轴向交替并列，从而构成为间隔120度电角度的U相、V相、W相这三相。
2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子爪磁极，相对于轴向线设有0度～20度的歪斜。
3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子爪磁极，相对于轴向线设有5度～20度的歪斜。
4.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子爪磁极，相对于轴向线设有15度～20度的歪斜。
5.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
在各个所述定子爪磁极间设置空气流通的间隙，该间隙从所述定子铁芯的轴向一端侧向另一端侧连续。
6.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
各个相的所述定子绕组，通过所述定子爪磁极间的间隙，向所述定子的轴向一端侧延伸。
7.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
在各个相的所述定子爪磁极间的间隙连续填充非磁性体并连结起来。
8.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
在所述转子与所述定子之间的间隙具有使空气在轴向上流通的通风机构。
9.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子铁芯的相间的间隙与一个相部分的所述定子铁芯的轴向长度之比为0.05～0.2。
10.如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子铁芯的相间的间隙与一个相部分的所述定子铁芯的轴向长度之比为0.07～0.15。
11.如权利要求10所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子铁芯的相间的间隙与一个相部分的所述定子铁芯的轴向长度之比为0.1～0.13。
12.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述转子爪磁极的根部形成得比中间部宽，中间部形成得比前端部宽，所述中间部形成为大致一定的宽度。
13.一种旋转电机，转子相对于定子旋转，其特征在于，
具有：朗德耳型的转子，其具有励磁绕组和12极～24极的磁极；及定子，其由在与该转子的外周相对的部位设置的定子铁芯和被卷绕在该定子铁芯内的定子绕组构成，
所述定子铁芯以包围所述定子绕组的周围的方式设置，
所述定子绕组呈环状卷绕在所述转子的外周侧，并且所述定子铁芯在与所述转子相对的部位具有从轴向两侧分别交替延伸的定子爪磁极，并且所述定子由三相构成，在各个相之间隔着非磁性体在轴向上并列，每相定子的所述定子铁芯在轴向上包括两个定子铁芯构成构件，每相的两个定子铁芯构成构件相对，以从转子侧围绕定子绕组并回到转子侧的方式遍及全周包围环状的所述定子绕组，在所述定子铁芯的与非磁性体相邻的侧面上具有凹部，在非磁性体的两侧面具有凸部，通过所述凹部和凸部嵌合而在轴向交替并列，从而构成为间隔120度电角度的U相、V相、W相这三相。
14.如权利要求13所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子的爪磁极数为12～24极。
15.如权利要求13所述的旋转电机，其特征在于，
所述转子极数与所述定子的爪磁极数相同。
16.如权利要求15所述的旋转电机，其特征在于，
所述转子极数以及所述定子的极数为16极。
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