CN101199102A - 旋转电机 - Google Patents
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Abstract
一种能够通过抑制磁饱和而有效地利用旋转轴方向上转子的两个端面的旋转电机，包括具有轴向部分(31和32)和径向部分(33)的定子。所述轴向部分(31)包括磁芯(311至314)和线圈(321至324)，所述轴向部分(32)包括磁芯(312至315)和线圈(322至325)。所述径向部分(33)包括磁芯(332至337)和线圈(352至357)。所述轴向部分(31)的各磁芯(311至315)在周向(DR2)上的宽度(W2)是所述径向部分(33)的各磁芯(332至337)在周向(DR2)上的宽度(W1)的两倍。所述轴向部分(31)的各线圈(321至325)的圈数等于所述径向部分(33)的各线圈(352至357)的圈数。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转电机，其中转子在旋转轴方向上的两个端面都能够以磁的形式被有效地利用。
背景技术
旋转电机包括定子和转子。所述转子呈基本筒形并且可相对于所述定子可旋转地设置。
在大多数旋转电机中，定子被构造为与转子的外周面相对，所述转子包括沿径向磁化的磁铁。而且，所述定子沿所述转子的径向产生磁通量并产生影响转子的磁铁的磁场。因此，在大多数这种旋转电机中，转子由于在转子径向上的定子-转子磁性的相互作用而旋转。
另一方面，一种包括沿旋转轴方向安装于转子端面侧上的定子的旋转电机已经公知(JP10-271784A)。在这种旋转电机中，所述转子包括沿旋转轴方向磁化的磁铁。另外，所述定子沿所述转子的旋转轴方向产生磁通量并对所述转子的磁铁施加磁场。在具有如上所述的安装于转子端面侧上的定子的旋转电机中，所述转子通过转子的旋转轴方向上的定子-转子磁性的相互作用而旋转。
因此，为了制造能够输出高转矩的旋转电机，除了将定子安装在转子的周面上外，还有必要将所述定子安装于旋转轴方向上转子的两个端面上，以便能够通过在转子径向和旋转轴方向都产生的定子-转子磁性的相互作用来使转子旋转。
但是，由于安装于旋转轴方向上转子的两端面上的定子沿转子的径向排列并包括内周长小于外周长的磁芯，因此所述定子存在一个问题，与相对所述转子的周面的定子相比，磁饱和更可能发生在这种定子上。结果，转矩会在大功率范围内有问题地减小。
本发明着眼于上述问题，有利地提出了一种在抑制磁饱和的同时能够有效利用旋转轴方向上转子的两个端面的旋转电机。
发明内容
根据本发明，旋转电机包括转子和定子。所述转子具有沿径向磁化的第一转子磁极部分和沿旋转轴方向磁化的第二转子磁极部分的转子。所述定子具有与所述第一转子磁极部分相对应设置，且沿所述径向产生磁通量的第一定子磁极部分和与所述第二转子磁极部分相对应设置，且沿所述旋转轴方向产生磁通量的第二定子磁极部分。所述转子在所述第一和第二转子磁极部分处接受分别来自所述第一和第二定子磁极部分的磁通量后相对于所述定子自由地旋转。所述第一定子磁极部分包括沿所述转子的周向排列的多个第一磁芯，以及与所述多个第一磁芯相对应设置的多个第一线圈，所述多个第一线圈中的每一个分别缠绕在所述第一磁芯中的一个对应磁芯上。所述第二定子磁极部分包括沿所述转子的周向排列的多个第二磁芯，以及与所述多个第二磁芯相对应设置的多个第二线圈，所述多个第二线圈中的每一个分别缠绕在所述第二磁芯中的一个对应磁芯上。所述第二磁芯在垂直于所述转子的径向的平面方向上的断面积(截面积)大于或等于所述第一磁芯在垂直于所述旋转轴方向的平面方向上的断面积。此外，当所述第一磁芯在所述转子的周向上的最小宽度定义为W1，所述第一线圈的圈数定义为N1，所述第二磁芯在所述转子的周向上的最小宽度定义为W2，并且所述第二线圈的圈数定义为N2时，W2/N2＞W1/N1的关系成立。
优选地，所述多个第一线圈或所述多个第二线圈中的一方的线圈位于所述多个第一线圈或所述多个第二线圈中另一方的线圈端头的内侧。
优选地，N1＞N2的关系成立。
优选地，所述第一线圈与所述第二线圈一体地缠绕。
优选地，所述第一线圈与所述第二线圈独立地缠绕。
优选地，所述多个第一磁芯的总数大于所述多个第二磁芯的总数。
优选地，所述转子呈基本筒形。所述多个第一磁芯与所述筒形的外周面相对，沿所述转子的周向排列。所述多个第二磁芯包括沿所述转子的周向排列，与所述转子的旋转轴方向的筒形一端面相对的多个第一轴向磁芯，以及沿所述转子的周向排列，与所述转子的旋转轴方向的筒形另一端面相对的多个第二轴向磁芯。所述多个第二线圈包括与所述多个第一轴向磁芯相对应设置的多个第一轴向线圈，所述多个第一轴向线圈中的每一个分别缠绕在所述多个第一轴向磁芯中的一个对应磁芯上，以及与所述多个第二轴向磁芯相对应设置的多个第二轴向线圈，所述多个第二轴向线圈中的每一个分别缠绕在所述多个第二轴向磁芯中的一个对应磁芯上。所述多个第一轴向磁芯相对于所述多个第二轴向磁芯布置在沿所述转子的周向错开的位置处。
优选地，所述第一和第二轴向线圈沿与所述第一线圈的缠绕方向相反的方向缠绕。
优选地，所述第一和第二轴向线圈与所述第一线圈一体地缠绕。
在根据本发明的旋转电机中，在转子的径向和旋转轴方向均发生转子-定子磁性的相互作用，从而使得所述转子相对于所述定子旋转。即在径向和旋转轴方向均产生了使转子旋转的转矩。另外，通过用设置成与在旋转轴方向上的所述转子的端面相对的第二定子磁极部分的线圈的圈数来除所述第二磁芯在周向上的宽度而得到的W2/N2值大于通过用设置成与所述转子的外周面相对的第一定子磁极部分处的线圈的圈数来除所述第一磁芯在周向上的宽度而得到的W1/N1值。
因此，根据本发明，能够抑制磁饱和来有效地利用旋转轴方向上所述转子的两端面。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的旋转电机的分解图；
图2是沿图1中所示的线II-II截取的旋转电机的截面图；
图3是图1中所示的定子的轴向部分的透视图；
图4是图1中所示的定子的径向部分的透视图；
图5是所述旋转电机的透视图；
图6是所述旋转电机的另一幅透视图；
图7是示出图1中所示的定子的轴向部分和径向部分的局部展开图；
图8是示出图7中所示的轴向部分和径向部分上的一部分磁芯的透视图；
图9是根据第二实施例的旋转电机的定子和转子的透视图；
图10是图9中所示的线圈和转子的透视图；
图11是图9中所示的旋转电机中的定子和转子的截面图；
图12是图9中所示的磁芯的透视图；
图13是图9中所示的线圈的透视图；以及
图14是图9中所示的线圈的另一幅透视图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中，相同或等同的部分标以相同的附图标记，对此将不再重复说明。
[实施例1]
图1是根据本发明第一实施例的旋转电机的分解图。参照图1，根据本发明的实施例1的旋转电机100包括轴10、转子20、定子30、机壳40，以及盖50和60。
转子20固定在轴10上。此外，所述转子20包括轴向部分21、22和径向部分23。所述轴向部分21由磁铁21A～21H组成，所述轴向部分22由磁铁22A～22H组成，所述径向部分23由磁铁23A～23H组成。应当注意所述磁铁22C～22F以及磁铁23C～23G在图1中未示出。
所述八个磁铁21A～21H沿周向DR2设置于旋转轴方向DR1上所述转子20的一个端面上。另一方面，所述八个磁铁22A～22H沿周向DR2设置于旋转轴方向DR1上所述转子20的另一个端面上。此外，所述八个磁铁23A～23H沿周向DR2设置于所述转子20的外周面上。
所述磁铁21A～21H和磁铁22A～22H在旋转轴方向DR1上磁化，所述磁铁23A～23H在转子20的径向DR3上磁化。
所述定子30由轴向部分31、32和径向部分33组成。轴向部分31、32在旋转轴方向DR1上产生磁通量，径向部分33在径向DR3上产生磁通量。
所述轴10、转子20和定子30被插入机壳40中，盖50和60在旋转轴方向上附设于所述机壳40的两端。
图2是沿图1中所示的线II-II截取的旋转电机100的断面图。参照图2，在旋转轴方向DR1上转子20的一个端面具有附设于其上的轴向部分21，在旋转轴方向DR1上转子20的另一个端面具有附设于其上的轴向部分22。另外，所述径向部分23位于径向DR3上转子20的外周面上。
所述定子的轴向部分31固定在盖50上，定子的轴向部分32固定在盖60上。所述定子30的轴向部分31与所述转子20的轴向部分21相对，所述定子30的轴向部分32与所述转子20的轴向部分22相对。此外，所述定子30的径向部分33与转子20的径向部分23相对。
图3是图1中所示的定子30的轴向部分31的透视图。所述轴向部分31包括托架310、磁芯311～316和线圈321～326。托架310上有下面将说明的供径向部分33处的线圈的端子通过的孔310A～310F。磁心311～316固定到托架310上。磁心311～316沿周向DR2设置，并且所述线圈321～326分别缠绕在磁芯311～316上。另外，端子320从线圈321～326中沿旋转轴方向DR1被拉出。
应当注意图1中所示的定子30的轴向部分32具有与所述轴向部分31相同的结构。
图4是图1中所示的定子30的径向部分33的透视图。参照图4，所述径向部分33包括钢板330、磁芯331～342和线圈351～356。这里，所述磁芯336～342在图4中未示出。
所述钢板330具有其中有多个扁平轧制的电磁钢板和带沿旋转轴方向DR1层叠的结构。所述磁芯331～342沿周向DR2固定在所述钢板330的内周面上，所述线圈351～362分别缠绕在磁芯331～342上。
线圈352、354、356、358、360和362的端子向旋转轴方向DR1的一侧延伸出去，线圈351、353、355、357、359和361的端子向旋转轴方向DR1的另一侧延伸出去。线圈352、354、356、358、360和362的端子穿过诸如轴向部分31上的孔310A～310F并与汇流条相连，线圈351、353、355、357、359和361的端子穿过诸如轴向部分32上的孔310A～310F并与汇流条相连。
因此，在所述旋转电机100中，定子30的轴向部分31、32由六个磁芯311～316和六个线圈321～326组成，定子31的径向部分33由十二个磁芯331～342和十二个线圈351～362组成。另外，转子20的轴向部分21和22分别由八个磁铁21A～21H和22A～22H组成，所述转子的径向部分23由八个磁铁23A～23H组成。
图5是所述旋转电机100的透视图。参照图5，定子30的径向部分33与机壳40的内周面40A物理接触。转子20位于定子30的径向部分33的内圆周的内侧，轴10位于转子20的中心。定子30的轴向部分31从旋转轴方向DR1的一侧容纳在机壳40内。在这种情况下，从定子30的径向部分33上的六个线圈中在旋转轴方向DR1上拉出的端子340穿过所述轴向部分31上的孔31A和其它孔。
图6是所述旋转电机100的另一个透视图。参照图6，汇流条70位于容纳在机壳40内的定子30的轴向部分31上，所述轴向部分31的端子320和径向部分33的端子340连接至所述汇流条70。
端子80由U相端子、V相端子和W相端子组成，各汇流条70连接至所述U相、V相和W相端子上。这样，端子80供给电流至轴向部分31上的线圈和径向部分33的线圈中的六个线圈。另一方面，端子90供给电流至定子30的轴向部分32的线圈和定子30的径向部分33上其余六个线圈。盖50设于定子的轴向部分31侧。
图7是示出图1中所示的定子30的轴向部分31、32和径向部分33的局部展开图。参照图7，在定子30的轴向部分31中，磁芯311～314分别构成了U相磁芯、W相磁芯、V相磁芯和U相磁芯，在轴向部分32中，磁芯322～325分别构成了W相磁芯、V相磁芯、U相磁芯和W相磁芯。另一方面，在定子30的径向部分33中，磁芯332～334分别构成了U相磁芯、V相磁芯和W相磁芯，磁芯335～337分别构成了U相磁芯、V相磁芯和W相磁芯。
径向部分33中的磁芯332与轴向部分31中的磁芯311相对应设置，径向部分33中的磁芯333与轴向部分32中的磁芯313相对应设置，径向部分33中的磁芯334与轴向部分31中的磁芯312相对应设置。此外，径向部分33中的磁芯335与轴向部分32中的磁芯314相对应设置，径向部分33中的磁芯336与轴向部分31中的磁芯313相对应设置，径向部分33中的磁芯337与轴向部分32中的磁芯315相对应设置。
径向部分33中的各磁芯332～337在周向DR2上的宽度为W1，轴向部分31、32中的各磁芯311～315在周向DR2上的宽度为W2。此外，宽度W2等于两倍的宽度W1。
轴向部分31的磁芯311、312和313按照如下方式排列：各磁芯311、312和313在周向DR2上的各个中心与径向部分33中的磁芯332、334和336中相应的一个磁芯在周向DR2上的中心相一致。轴向部分32的磁芯313、314和315按照如下方式设置：各磁芯313、314和315在周向DR2上的各个中心与径向部分33中的磁芯333、335和337中相应的一个磁芯在周向DR2上的中心相一致。
另外，线圈352与轴向部分31中的线圈321相连，所述线圈321与所述线圈352一体地缠绕在磁芯311和332上。在这种情况下，线圈321和352沿着箭头所示的方向以数字8的形状缠绕。
此外，线圈353与轴向部分32中的线圈323相连，所述线圈323与所述线圈353一体地缠绕在磁芯313和333上。在这种情况下，线圈323和353沿着箭头所示的方向以数字8的形状缠绕。
此外，线圈354与轴向部分31中的线圈322相连，所述线圈322与所述线圈354一体地缠绕在磁芯312和334上。在这种情况下，线圈322和354沿着箭头所示的方向以数字8的形状缠绕。
此外，线圈355与轴向部分32中的线圈324相连，所述线圈324与所述线圈355一体地缠绕在磁芯314和335上。在这种情况下，线圈324和355沿着箭头所示的方向以数字8的形状缠绕。
此外，线圈356与轴向部分31中的线圈323相连，所述线圈323与所述线圈356一体地缠绕在磁芯313和336上。在这种情况下，线圈323和356沿着箭头所示的方向以数字8的形状缠绕。
此外，线圈357与轴向部分32中的线圈325相连，所述线圈325与所述线圈357一体地缠绕在磁芯315和337上。在这种情况下，线圈325和357沿着箭头所示的方向以数字8的形状缠绕。
作为U相线圈的所述线圈321和352的一端连接至位于所述轴向部分31侧的汇流条70的U相端子UT，所述线圈321和352的另一端连接至汇流条70的中性点N。另外，作为W相线圈的所述线圈322和354的一端连接至汇流条70的W相端子WT，另一端连接至汇流条70的中性点N。此外，作为V相线圈的所述线圈323和356的一端连接至汇流条70的V相端子VT，另一端连接至汇流条70的中性点N。
另一方面，在轴向部分32中，作为V相线圈的所述线圈323和353的一端连接至位于所述轴向部分32侧的汇流条71的V相端子VT，另一端连接至汇流条71的中性点N。另外，作为U相线圈的所述线圈324和355的一端连接至汇流条71的U相端子UT，另一端连接至汇流条71的中性点N。此外，作为W相线圈的所述线圈325和357的一端连接至汇流条71的W相端子WT，另一端连接至汇流条71的中性点N。
如上所述，径向部分33的线圈352～357可供选择地与轴向部分31中的线圈321～324相连，或与轴向部分32中的线圈322～325相连。径向部分33中线圈352～357的圈数N1等于轴向部分31和32中线圈321～325的圈数N2。
在轴向部分31和32中，各相在周向DR2上按照W相→V相→U相的顺序变化，而在径向部分33中，各相在周向DR2上按照U相→V相→W相的顺序变化。也就是说，在轴向部分31和32中，各相以与在径向部分33中各相变化相反的顺序变化。因此，将缠绕在轴向部分31和32中磁芯311～315上的线圈321～325沿与将缠绕在径向部分33中磁芯332～337上的线圈352～357的缠绕方向相反的方向缠绕。因此，当所述线圈一体地缠绕在轴向部分31、32和径向部分33两者上时，每对线圈321和352；323和353；322和354；324和355；323和356，以及325和357均以上述的8字形缠绕。由于这种一体的缠绕，在轴向部分31、32和径向部分33中按照U相→V相→W相的顺序产生了旋转磁场。
此外，如上所述，由于轴向部分31和32中的磁芯311～315在周向DR2上的宽度W2等于径向部分33中的磁芯332～337在周向DR2上的宽度W1的两倍，并且径向部分33的线圈352～357可供选择地与轴向部分31中的线圈321～324和轴向部分32中的线圈322～325相连，轴向部分31中的U相磁芯(磁芯311、314)、V相磁芯(磁芯313)和W相磁芯(磁芯312)位于相对于轴向部分32中的U相磁芯(磁芯314)、V相磁芯(磁芯313)和W相磁芯(磁芯312、315)沿周向DR2错开的位置上。
当电流通过线圈351～362时，定子30的径向部分33在径向DR3上产生磁场并将所产生的磁场施加于转子20的磁铁23A～23H上。另一方面，当电流通过线圈321～326时，定子30的轴向部分31和32在旋转轴方向DR1上产生磁场并将所产生的磁场分别地施加于磁铁21A～21H和22A～22H上。
因此，由于磁铁23A～23H在径向DR3上磁化，磁铁21A～21H和22A～22H在旋转轴方向DR1上磁化，所以磁铁23A～23H、磁铁21A～21H，和磁铁22A～22H与分别从定子30的径向部分33、轴向部分31，和轴向部分32处施加的磁场相互作用。结果，转子20绕旋转轴旋转。
在这种情况下，转子20由于定子30的径向部分33和转子20的磁铁23A～23H之间在径向DR3上存在的磁性相互作用以及定子30的轴向部分31和32与转子20的磁铁21A～21H、22A～22H之间在旋转轴方向DR1上存在的磁性相互作用而绕旋转轴旋转。因此，旋转电机100的转矩密度(torque density)能够大于转子20仅由于定子30的径向部分33和转子20的磁铁23A～23H之间在径向DR3上存在的磁性相互作用而旋转时得到的转矩密度。另外，由于在旋转轴方向DR1上的转子20的两端也能够产生转矩，因而没有浪费的空间，带来空间利用效率的改善。此外，由于从旋转轴方向DR1上转子20的端面沿旋转轴方向DR1泄漏或从转子20的外周面沿径向DR3泄漏的磁通量较小，因此能够高效率地产生转矩。
图8是示出图7中所示的轴向部分31、32和径向部分33上的一部分磁芯的透视图。在此，在图8中，磁芯311和312表示轴向部分31的磁芯，磁芯333表示径向部分33的磁芯。
参照图8，径向部分33的磁芯333在其径向DR3上最内周端333A上的周向DR2上的宽度为W1。此外，所述磁芯333在其最外周端333B上的宽度大于所述宽度W1。也就是说，所述磁芯333具有沿径向DR3变宽的基本扇形的平面形状。另外，磁芯333在径向DR3上的长度为L1。因此，所述宽度W1是所述磁芯333在周向DR2上的最小宽度。
轴向部分31的磁芯311和312以及轴向部分32的磁芯313在径向DR3上的最内周端311A、312A，和313A上，在周向DR2上的宽度为W2。此外，所述磁芯311、312和313在最外周端311B、312B，和313B上的宽度比在周向DR2上的宽度W2大。也就是说，所述磁芯311、312和313具有沿径向DR3变宽的基本扇形的平面形状。另外，所述磁芯311、312和313在径向DR3上的长度为L2。因此，所述宽度W2是所述磁芯311、312和313在周向DR2上的最小宽度。
轴向部分31和32的磁芯311、312和313的长度L2等于制造为宽度等于径向部分33的磁芯333在周向DR2上的宽度W1的轴向部分31和32上的磁芯在径向DR3上的长度。另外，当在径向部分33的磁芯333中垂直于旋转轴方向DR1的平面333C的断面积被定义为S1，并且在轴向部分31和32的磁芯311中垂直于径向DR3的端面311D的断面积被定义为S2时，S2大于S1。
因此，磁芯311、312和313相当于通过沿周向DR2使宽度等于径向部分33的磁芯333在周向DR2上的宽度W1的磁芯370变宽而得到的磁芯。
然后，线圈321缠绕在磁芯311上，包围磁芯311的端面311C、311D、311E和311F。线圈322和323以与线圈321相类似的方式分别缠绕在磁芯312和313上。此外，线圈353缠绕在磁芯333上，包围端面333D、333E、333F和333G。
如上所述，由于线圈353的圈数N1等于线圈321、322和323的圈数N2，因此下列表达式(1)成立：
W2/N2＞W1/N1 (1)
即，通过用线圈321、322和323的圈数N2除轴向部分31和32的磁芯311、312和313在周向DR2上的最小宽度W2而得到的W2/N2值大于通过用线圈353的圈数N1除径向部分33的磁芯333在周向DR2上的最小宽度W1而得到的W1/N1值。
由于当电流通过线圈321、322和323时磁芯311、312和313在旋转轴方向DR1上产生磁通量，因此，与磁芯311、312和313在周向DR2上的宽度为W1时相比发生磁饱和的可能性要小。具体地，由于磁芯311、312和313在其最内周端311A、312A，和313A上周向DR2上的宽度W2等于两倍的W1，并且其在径向DR3上的长度L2等于磁芯370的长度，因此，磁芯311、312和313在与旋转轴方向DR1垂直的平面上的断面积大于磁芯370。所以，与磁芯370相比，磁芯311、312和313能够产生更多的磁通量并更难于发生磁饱和。结果，与轴向部分31和32的磁芯在周向DR2上的宽度等于径向部分33的磁芯在周向DR2上的宽度的情况相比，定子30更难于发生磁饱和，这使得旋转电机100在大功率范围内输出更大的转矩。
实施例1的特征在于轴向部分31和32的磁芯311～316在周向DR2上的宽度W2(最小值)、轴向部分31和32的线圈321～326的圈数N2、径向部分33的磁芯331～342在周向DR2上的宽度W1(最小值)，以及径向部分33的线圈351～362的圈数N1满足上述表达式(1)，并且轴向部分31和32的磁芯311～316在垂直于径向DR3上的断面积S2大于径向部分33的磁芯331～342在垂直于旋转轴方向DR1上的断面积S1。
如上所述的特征使得与轴向部分31和32包括在周向DR2上的宽度与径向部分33的磁芯331～342的宽度相同的磁芯370的结构相比，所述轴向部分31和32更难于产生磁饱和。因此，旋转电机100能够在大功率范围内输出更大的转矩。
尽管在上述内容中，径向部分33的线圈351～362的圈数N1等于轴向部分31和32的线圈321～326的圈数N2，但本发明不限于上述圈数，径向部分33的线圈351～362的圈数N1可以大于轴向部分31和32的线圈321～326的圈数N2。在这种结构中，与N1＝N2的情况相比，W2/N2要比W1/N1大更多，这导致在轴向部分31和32发生磁饱和的可能性进一步减小。
在这种情况下，在所述线圈以8字形一体地缠绕在轴向部分31和32的磁芯311～316和径向部分33的磁芯331～342上后，可以只在径向部分33的磁芯331～342上再缠绕一圈线圈，从而使得满足关系N1＞N2。或者，所述线圈还可以分别地缠绕在轴向部分31和32的磁芯311～316和径向部分33的磁芯331～342上，使得满足关系N1＞N2。
另外，轴向部分31和32的线圈321或326或者径向部分33的线圈351～362双方中的一方可以位于轴向部分31和32的线圈321～326或者径向部分33的线圈351～362双方中的另一方的线圈端头的内侧。
这样，由于其余的线圈可以设置在线圈端头内侧的盲区中，因此能够在不增加旋转电机尺寸的条件下增加转矩。
另外，磁芯311～316、磁芯331～342和转子20的磁芯可以由磁性粉末芯制成。
应当注意，磁铁21A～21H和磁铁22A～22H构成了在旋转轴方向DR1上磁化的“第二转子磁极部分”，磁铁23A～23H构成了在径向DR3上磁化的“第一转子磁极部分”。
另一方面，轴向部分31和32构成了与所述第二转子磁极部分相对应设置，且沿旋转轴方向DR1产生磁通量的“第二定子磁极部分”，径向部分33构成了与所述第一转子磁极部分相对应设置，且沿径向DR3产生磁通量的“第一定子磁极部分”。
另外，轴向部分31中的磁芯311～316构成了“多个第一轴向磁芯”，轴向部分31中的线圈321～326构成了“多个第一轴向线圈”。
此外，轴向部分32中的磁芯311～316构成了“多个第二轴向磁芯”，轴向部分32中的线圈321～326构成了“多个第二轴向线圈”。
[实施例2]
图9是根据本发明第二实施例的旋转电机的定子和转子的透视图。参照图9，根据实施例2的旋转电机200包括定子110和转子120。
所述定子110呈基本中空的筒形并由铁材料制成。另外，定子110包括磁芯111和线圈112。所述磁芯111一体地被制成呈基本字母C的形状。多个磁芯111沿定子110的内壁以预定的间隔设置。
所述磁芯111包括径向部分111A和轴向部分111B、111C。所述径向部分111A沿转子120的旋转轴方向DR1设置，所述轴向部分111B和111C沿转子120的径向DR3设置。在图9的图纸上，轴向部分111B位于定子110的上部，轴向部分111C位于定子110的下部。
所述线圈112在旋转轴方向DR1和径向DR3上缠绕在所述磁芯111上，因此，线圈112也具有基本为字母C的形状，并包括径向部分112A和轴向部分112B和112C。由于缠绕在磁芯111上的线圈112连接至定子110的内壁，因此能够提高线圈112的冷却性能。更具体地，线圈112被覆盖以构成定子110的铁材料，因此能够提高线圈112的冷却性能。
所述转子120包括转子轴121、转子磁芯12和磁铁123。所述转子磁芯122呈基本筒形并具有其中有多个扁平轧制的电磁钢板和带沿转子120的旋转轴方向DR1层叠的结构。所述转子磁芯122固定于转子轴121上。所述磁铁123被制成呈基本字母C的形状，并固定于转子磁芯122上以便支持转子磁芯122。此外，沿转子120的周向DR2以预定间隔设置有多个磁铁123。
所述磁铁123包括径向部分123A和轴向部分123B和123C。径向部分123A从转子磁芯122的筒面122A上沿径向DR3突出。另一方面，轴向部分123B和123C从转子磁芯122的筒端面122B、122C上沿旋转轴方向DR1突出。
更具体地，所述径向部分123A是设于转子120的筒面122A上的磁铁，所述轴向部分123B和123C是设于在旋转轴方向DR1上转子120的两端都存在的筒端面122B和122C上的磁铁。径向部分123A在径向DR3上磁化，轴向部分123B和123C在旋转轴方向DR1上磁化。
转子120设置在定子110的中空位置中。在这种情况下，磁芯111的径向部分111A和线圈112的径向部分112A与磁铁123的径向部分123A相对应地设置，磁芯111的轴向部分111B和线圈112的轴向部分112B与线圈112的轴向部分112B相对应地设置，磁芯111的轴向部分111C和线圈112的轴向部分112C与磁铁123的轴向部分123C相对应地设置。
更具体地，磁芯111的径向部分111A和线圈112的径向部分112A相对于磁铁123的径向部分123A设置，磁芯111的轴向部分111B和线圈112的轴向部分112B相对于磁铁123的轴向部分123B设置，磁芯的轴向部分111C和线圈112的轴向部分112C相对于磁铁123的轴向部分123C设置。此外，由于磁铁123的径向部分123A位于转子磁芯122的筒面122A上，如上所述，所以磁铁123的轴向部分123B和123C分别位于转子磁芯122的筒端面122B和122C上，磁芯111的径向部分111A以及线圈112的径向部分112A与转子磁芯122的筒面122A相对，磁芯111的轴向部分111B和线圈112的轴向部分112B与转子磁芯122的筒端面122B相对，磁芯111的轴向部分111C和线圈112的轴向部分112C与转子磁芯122的筒端面122C相对。
图10是图9中所示的线圈112和转子120的透视图。参照图10，磁铁123的径向部分123A和轴向部分123B和123C在呈基本字母C形状的线圈112内侧在周向DR2上能够旋转。
图11是图9中所示的旋转电机200中定子110和转子120的截面图。参照图11，磁铁123从转子120的径向DR3上固定在转子磁芯122上以便保持转子磁芯122。
轴承3～6安装于定子110和转子120的转子轴121之间。所述转子轴121由轴承3～6支承。这样，转子120被定子110可旋转地支承。
定子110包括径向部分110A、轴向部分110B和110C，连接部分110D和110E。径向部分110A沿转子120的旋转轴方向DR1设置。轴向部分110B和110C沿转子120的径向DR3设置。此外，径向部分110A与磁铁的径向部分123A相对，轴向部分110B和110C分别与磁铁的轴向部分123B和123C相对。
径向部分110A包括上述磁芯111的径向部分111A和线圈112的径向部分112A，轴向部分110B、110C包括上述磁芯111的轴向部分111B、111C。因此，当电流通过线圈112时，径向部分110A沿径向DR3产生磁场并将所产生的磁场施加于磁铁123的径向部分123A上。另外，当电流通过线圈112时，轴向部分110B和110C沿旋转轴方向DR1产生磁场并将所产生的磁场分别施加于磁铁123的轴向部分123B和123C。
因此，由于如上所述磁铁123的径向部分123A在径向DR3上磁化，而轴向部分123B和123C在旋转轴方向DR1上磁化，所以径向部分123A和轴向部分123B和123C分别地与由定子110的径向部分112A和轴向部分110B和110C产生的磁场相互作用。该相互作用的结果就是转子120绕旋转轴AX旋转。
在这种情况下，转子120通过在径向DR3上存在的定子110的径向部分110A和转子120的径向部分(＝磁铁123的径向部分123A)之间的磁性的相互作用以及在旋转轴方向DR1上存在的定子的轴向部分110B、110C和转子120的轴向部分(＝磁铁123的轴向部分123B、123C)之间的磁性的相互作用而绕旋转轴AX旋转。因此，旋转电机200能够提供比转子120仅通过在径向DR3上存在的定子110的径向部分110A和转子120的径向部分(＝磁铁123的径向部分123A)之间的磁性的相互作用而得到的转矩密度更高的转矩密度。另外，由于在旋转轴方向DR1上转子120的两端面上均可以产生转矩，所以没有浪费的空间，空间利用率得到了进一步的改善。此外，从筒面122A沿旋转轴方向DR1泄漏或从筒端面122B和122C沿径向DR3泄漏的磁通量较小，因此能够高效率地产生转矩。
图12是图9中所示的磁芯111的透视图。参照图12，径向部分111A在其沿径向DR3的最内周端在周向DR2上的宽度为W3，径向DR3上的宽度为W4。另外，轴向部分111B在径向DR3上的径向部分111A的最内周端处抵靠所述径向部分111A，并且在抵靠部分处，其在周向DR2上的宽度为W3，在旋转轴方向DR1上的宽度为W4。轴向部分111C具有与轴向部分111B相同的宽度W3和宽度W4。
因此，与旋转轴方向DR1垂直的径向部分111A的断面积S3等于与径向DR3垂直的轴向部分111B、111C的断面积S4。也就是说，磁芯111的轴向部分111B和111C在旋转轴方向DR1上的断面积S4等于与旋转轴方向DR1垂直的径向部分111A的断面积S3。
图13是图9中所示的线圈112的透视图。参照图13，线圈112由线圈1121和1122组成。所述线圈1121以呈基本的字母C形从转子120的旋转轴方向DR1向径向DR3一体地缠绕。另外，线圈1121由径向部分1121A和轴向部分1121B和1121C组成。此外，线圈1122沿转子120的旋转轴方向DR1缠绕。
线圈112的径向部分112A由线圈1121的径向部分1121A和线圈1122组成，线圈112的轴向部分112B由线圈1121的轴向部分1121B组成，线圈112的轴向部分112C由线圈1121的轴向部分1121C组成。
因此，由于线圈112的径向部分112A由在旋转轴方向DR1和径向DR3上一体地缠绕的线圈1121的径向部分1121A和在旋转轴方向DR1上缠绕的线圈1122组成，所以线圈112的径向部分112A(＝线圈1121的径向部分1121A)的圈数大于线圈112的轴向部分112B(＝线圈1121的轴向部分1121B)和112C(＝线圈1121的轴向部分1121C)的圈数。即当线圈112的径向部分112A的圈数定义为N3而线圈112的轴向部分112B和112C的圈数定义为N4时，满足N3＞N4的关系。
如上所述，线圈112的特征在于，线圈112由以呈基本的字母C形在旋转轴方向DR1和径向DR3上一体地缠绕的线圈1121组成，径向部分112A的圈数N3大于轴向部分112B和112C的圈数N4。
图14是图9中所示的线圈112的另一幅透视图。参照图14，线圈112由线圈1123～1125组成。所述线圈1123沿转子120的旋转轴方向DR1缠绕。所述线圈1124和1125沿转子120的径向DR3缠绕。另外，线圈1123的圈数N5大于线圈1124和1125的圈数N6。
线圈1123构成了线圈112的径向部分112A，线圈1124构成了线圈112的轴向部分112B，线圈1125构成了线圈112的轴向部分112C。
因此，即使线圈112由线圈1123～1125组成，线圈112的径向部分112A(＝线圈1123)的圈数N5大于线圈112的轴向部分112B(＝线圈1124)和112C(＝线圈1125)的圈数N6。
如上所述，实施例2的特征在于，磁芯111的径向部分111A和轴向部分111B和111C在周向DR2上具有相同的宽度W3，线圈112中的径向部分112A的圈数N5大于轴向部分112B和112C的圈数N6。
结果，下面的关系式(2)成立：
W3/N6＞W3/N5... (2)
也就是说，通过用线圈112的轴向部分112B和112C的圈数N6除磁芯111的轴向部分111B和111C在周向DR2上的宽度W3而得到的W3/N6的值大于通过用线圈112的径向部分112A的圈数N5除磁芯111的径向部分111A在周向DR2上的宽度W3而得到的W3/N5的值。
因此，与线圈112的径向部分112A和轴向部分112B和112C具有相同的圈数的情况相比，磁芯111的轴向部分111B和111C更难于产生磁饱和。
应当注意，磁铁123的径向部分123A构成在径向磁化的“第一转子磁极部分”，磁铁123的轴向部分123B和123C构成在旋转轴方向上磁化的“第二转子磁极部分”。
另外，磁芯111的径向部分111A和线圈112的径向部分112A构成了与所述第一转子磁极部分相对应设置，且沿径向产生磁通量的“第一定子磁极部分”。
此外，磁芯111的轴向部分111B和111C构成了与所述第二转子磁极部分相应设置，且沿旋转轴方向产生磁通量的“第二定子磁极部分”。
另外，多个磁芯111、111、......的多个轴向部分111B、111B、......构成了“多个第一轴向磁芯”。
另外，多个线圈112、112、.....的多个轴向部分112B、112B、......构成了“多个第一轴向线圈”。
另外，多个磁芯111、111、......的多个轴向部分111C、111C、......构成了“多个第二轴向磁芯”。
另外，多个线圈112、112、......的多个轴向部分112C、112C、......构成了“多个第二轴向线圈”。
上述实施例1的特征在于通过用轴向部分31和32的线圈321～326的圈数N2除轴向部分31和32的磁芯311～316在周向DR2上的宽度W2(最小值)而得到的W2/N2的值大于通过用径向部分33的线圈352～362的圈数N1除径向部分33的磁芯331～342在周向DR2上的宽度W1(最小值)而得到的W1/N1的值，并且轴向部分31和32的磁芯311～316垂直于径向DR3的断面积S2被定义为大于径向部分33的磁芯331～342垂直于旋转轴方向DR1的断面积S1。
另一方面，实施例2的特征在于通过用线圈112的轴向部分112B和112C的圈数N6除磁芯111的轴向部分111B和111C在周向DR2上的宽度W3而得到的W3/N6的值大于通过用线圈112的径向部分112A的圈数N5除磁芯111的径向部分111A在周向DR2上的宽度W3而得到的W3/N5的值，并且磁芯111的轴向部分111B和111C垂直于径向DR3的断面积S4被定义为大于磁芯111的径向部分111A垂直于旋转轴方向DR1的断面积S3。
因此，在本发明中，除了建立通过用线圈的轴向部分的圈数除所述轴向部分的磁芯在周向DR2上的宽度而得到的值大于通过用线圈的径向部分的圈数除所述径向部分的磁芯在周向DR2上的宽度而得到的值外，在定子的轴向部分中的磁芯被制作为其垂直于径向的断面积大于在定子的径向部分中的磁芯在垂直于旋转轴方向的断面积。
如上所述，与定子的轴向部分在周向DR2上的宽度等于径向部分在周向DR2上的宽度，而定子的轴向部分的圈数等于径向部分的圈数的结构相比，所述定子的轴向部分能够产生更多的磁通量并更难于产生磁饱和。结果，旋转电机能够在大功率范围内输出更大的转矩。
此外，根据实施例2，线圈112的径向部分112A或轴向部分112B、112C中的一方位于所述线圈112的径向部分112A或轴向部分112B、112C中的另一方的线圈端头的内侧。
根据这种结构，由于其余的线圈可以容纳在线圈端头内侧的盲区中，因此能够在不增加旋转电机尺寸的条件下增加转矩。
此外，磁芯111和转子磁芯122可以由磁性粉末芯制成。
应当注意，所述旋转电机100和200发挥驱动车辆驱动轮的电动机或通过驱动轮的旋转能而产生电能的发电机的作用。
应当理解本实施例的公开在任何方面都是示例性的而非限制性的。因此，不能通过上述实施例而应当通过所附的权利要求来确定本发明的范围，在本权利要求的精神和范畴之内或等同于该精神和范畴的各种修改和变更都被认为包含在权利要求之内。
工业应用
本发明适用于旋转电机，其能够在抑制磁饱和的同时有效地利用在旋转轴方向上转子的两个端面。
Claims (9)
1.一种旋转电机，包括：
具有沿径向磁化的第一转子磁极部分和沿旋转轴方向磁化的第二转子磁极部分的转子；以及
具有与所述第一转子磁极部分相对应设置，且沿所述径向产生磁通量的第一定子磁极部分和与所述第二转子磁极部分相对应设置，且沿所述旋转轴方向产生磁通量的第二定子磁极部分的定子，其中
所述转子在所述第一和第二转子磁极部分处接受分别来自所述第一和第二定子磁极部分的磁通量后相对于所述定子自由地旋转；
所述第一定子磁极部分包括：
沿所述转子的周向排列的多个第一磁芯，以及
与所述多个第一磁芯相对应设置的多个第一线圈，所述多个第一线圈中的每一个分别缠绕在所述第一磁芯中的一个对应磁芯上；
所述第二定子磁极部分包括：
沿所述转子的周向排列的多个第二磁芯，以及
与所述多个第二磁芯相对应设置的多个第二线圈，所述多个第二线圈中的每一个分别缠绕在所述第二磁芯中的一个对应磁芯上；
所述第二磁芯在垂直于所述转子的径向的平面方向上的断面积大于或等于所述第一磁芯在垂直于所述旋转轴方向的平面方向上的断面积；并且
当所述第一磁芯在所述转子的周向上的最小宽度定义为W1，所述第一线圈的圈数定义为N1，所述第二磁芯在所述转子的周向上的最小宽度定义为W2，并且所述第二线圈的圈数定义为N2时，W2/N2＞W1/N1的关系成立。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述多个第一线圈或所述多个第二线圈中一方的线圈位于所述多个第一线圈或所述多个第二线圈中另一方的线圈的线圈端头的内侧。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，N1＞N2的关系成立。
4.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，所述第一线圈与所述第二线圈一体地缠绕。
5.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，所述第一线圈与所述第二线圈独立地缠绕。
6.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述多个第一磁芯的总数大于所述多个第二磁芯的总数。
7.根据权利要求6所述的旋转电机，其中：
所述转子呈基本筒形；
所述多个第一磁芯与所述筒形的外周面相对，沿所述转子的周向排列；
所述多个第二磁芯包括：
沿所述转子的周向排列，与所述转子的旋转轴方向的筒形一端面相对的多个第一轴向磁芯，以及
沿所述转子的周向排列，与所述转子的旋转轴方向的筒形另一端面相对的多个第二轴向磁芯；
所述多个第二线圈包括：
与所述多个第一轴向磁芯相对应设置的多个第一轴向线圈，所述多个第一轴向线圈中的每一个分别缠绕在所述多个第一轴向磁芯中的一个对应磁芯上，以及
与所述多个第二轴向磁芯相对应设置的多个第二轴向线圈，所述多个第二轴向线圈中的每一个分别缠绕在所述多个第二轴向磁芯中的一个对应磁芯上；并且
所述多个第一轴向磁芯相对于所述多个第二轴向磁芯布置在沿所述转子的周向错开的位置处。
8.根据权利要求7所述的旋转电机，其中，所述第一和第二轴向线圈沿与所述第一线圈的缠绕方向相反的方向缠绕。
9.根据权利要求8所述的旋转电机，其中，所述第一和第二轴向线圈与所述第一线圈一体地缠绕。
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