CN102447318A - 多间隙旋转电机 - Google Patents

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Abstract

在多间隙旋转电机中，定子芯具有径向外部、径向内部和连接部。径向外部定位在转子芯的径向外侧，在径向外部与转子芯之间形成径向外侧磁间隙。径向内部定位在转子芯的径向内侧，在径向内部与转子芯之间形成径向内侧磁间隙。连接部径向地延伸以连接径向外部和径向内部，连接部位于转子芯的轴向一侧，在连接部与转子芯之间形成轴向磁间隙。定子线圈由安装在定子芯上的电线形成。每个电线具有分别容置在定子芯的径向外部的凹槽、定子芯的径向内部的凹槽和定子芯的连接部的凹槽中的径向外侧槽内部分、径向内侧槽内部分和径向中间槽内部分。

Description

多间隙旋转电机
技术领域
本发明涉及多间隙旋转电机，该多间隙旋转电机例如在机动车辆中用作电动机和发电机。
背景技术
存在用于狭窄空间中并因此需要为扁平形状的旋转电机，比如设置在混合动力车辆中的发动机与变速器之间的与发动机直接联接式电动机以及用于家用电器(例如洗衣机)的电动机。此外，作为增加这些旋转电机的输出转矩的方法，已知一种包括径向内侧磁间隙和径向外侧磁间隙的双间隙结构。
此外，作为双间隙旋转电机，已知1定子-2转子旋转电机和1转子-2定子旋转电机。
1定子-2转子旋转电机包括定子及内部转子和外部转子。定子包括定子芯和安装在定子芯上的定子线圈。内部转子设置在定子的径向内侧以由定子围绕，在内部转子与定子之间形成有径向内侧磁间隙。外部转子设置在定子的径向外侧以围绕定子，在外部转子与定子之间形成有径向外侧磁间隙。
然而，1定子-2转子旋转电机涉及下列问题。首先，尽管仅设有单一定子，但定子线圈的匝数多。其次，内部转子和外部转子的形状薄且宽。此外，内部转子暴露在径向内侧上，而外部转子暴露在径向外侧上。因此，内部转子和外部转子都可能容易变形，由此在工作期间产生很大的噪音。第三，由于定子径向地置入两个旋转物体--即内部转子和外部转子--之间，因而难以将定子牢固地固定在旋转电机中。
另一方面，1转子-2定子旋转电机包括转子及内部定子和外部定子。内部定子设置在转子的径向内侧，而外部定子设置在转子径向外侧。
例如，图13示出用于车辆的1转子-2定子轮毂电机，该轮毂电机最初在日本专利申请公开No.2007-282331中公开。如图所示，该电动机包括转子20A、设置在转子20A的径向内侧的内部定子31A、和设置在转子20A的径向外侧的外部定子33A。因此，转子20A径向地置入内部定子31A和外部定子33A之间，并且因此既不会暴露在径向内侧上也不会暴露在径向外侧上。此外，内部定子31A和外部定子33A都能够被牢固地固定在电动机中。
然而，使用上述构造，有必要分别缠绕两个定子线圈用于内部定子31A和外部定子33A、并将内部定子31A和外部定子33A分离地固定到轮架上。因此，电动机的组装过程复杂，并且难以确保内部定子31A和外部定子33A的高的同心度。
为了解决上述问题，可以考虑使用固定构件以将内部定子31A和外部定子33A连接并进而固定在一起。然而，在该情形下，固定构件将轴向地定位于内部定子31A和外部定子33A的定子线圈的线圈端部的外侧，由此增加了电动机的轴向总长度。因此，电动机可能在形状上变得不再扁平，并且因此可能使在轮内安装电动机变得困难。
发明内容
根据本发明，提供了包括转子、定子芯和定子线圈的多间隙旋转电机。转子包括环形转子芯。定子芯具有径向外部、径向内部和连接部。径向外部具有环形形状并定位在转子芯的径向外侧，在径向外部与转子芯之间形成有径向外侧磁间隙。径向外部具有形成在径向外部的径向内表面中并沿径向外部的周向方向间隔开的多个凹槽。径向内部具有环形形状并定位在转子芯的径向内侧，在径向内部与转子芯之间形成有径向内侧磁间隙。径向内部具有形成在径向内部的径向外表面中并沿径向内部的周向方向间隔开的多个凹槽。连接部径向地延伸以连接径向外部和径向内部。连接部位于转子芯的轴向一侧上，在连接部与转子芯之间形成有轴向磁间隙。连接部具有多个凹槽，每个凹槽形成在连接部的面向转子芯的轴向端面中，从而与相应的一对径向外部的凹槽和径向内部的凹槽连通。定子线圈由安装在定子芯上的多个电线形成。每个电线具有多个径向外侧槽内部分、多个径向内侧槽内部分和多个径向中间槽内部分。每个径向外侧槽内部分容置在定子芯的径向外部的凹槽中相应的一个内。每个径向内侧槽内部分容置在定子芯的径向内部的凹槽中相应的一个内。每个径向中间槽内部分容置在定子芯的连接部的凹槽中相应的一个内。
在上述构造的情况下，定子芯的径向外部和径向内部通过连接部连接，由此为定子芯提供了一体式结构。因此，可确保径向外部和径向内部的高的同心度。此外，不必在定子线圈的线圈端部的轴向外侧设置用于连接径向外部和径向内部的附加连接构件。因此，可以使多间隙旋转电机的轴向总长度最小化，由此使多间隙旋转电机呈扁平的形状。因此，多间隙旋转电机可以适当地设置在狭窄空间内。
此外，在上述构造的情况下，电线一起构成单个定子线圈。换言之，在多间隙旋转电机中仅设有一个定子线圈。此外，定子线圈安装至一体式结构的定子芯上。因此，可简化多间隙旋转电机的组装过程，由此提高生产率。
此外，在上述构造的情况下，转子芯和定子芯经由形成在它们之间的径向外侧磁间隙、径向内侧磁间隙和轴向磁间隙而彼此相向。换言之，形成在转子芯与定子芯之间的磁间隙的数量等于3。因此，可以增加在转子芯与定子芯之间传输的磁通量，由此改善多间隙旋转电机的性能。
根据本发明的另一实施，转子芯和定子芯中的每一个由磁性材料制成。
定子芯的径向外部的凹槽的数量等于定子芯的径向内部的凹槽的数量。径向外部的凹槽中的每一个与径向内部的凹槽中相应的一个径向对准。定子芯的连接部的凹槽中的每一个径向地延伸，从而与彼此径向对准的相应的成对的径向外部的凹槽和径向内部的凹槽相连通。
定子芯的径向外部的凹槽中的每一个轴向地延伸，从而在径向外部的位于与定子芯的连接部轴向相对的一侧上的轴向端面上具有开口。定子芯的径向内部的凹槽中的每一个轴向地延伸，从而在径向内部的位于与定子芯的连接部轴向相对的一侧上的轴向端面上具有开口。形成定子线圈的电线通过如下方式安装至定子芯：使电线朝向定子芯从相对侧向连接部轴向地移动，直至电线的径向外侧槽内部分、径向内侧槽内部分、径向中间槽内部分被分别插入定子芯的径向外部的凹槽、径向内部的凹槽和连接部的凹槽内为止。
形成定子线圈的每个电线还具有多个径向外侧折转部分和多个径向内侧折转部分。每个径向外侧折转部分定位在定子芯的径向外部的凹槽的外侧、并且连接电线的相应的相邻的成对的径向外侧槽内部分。每个径向内侧折转部分定位在定子芯的径向内部的凹槽的外侧、并且连接电线的相应的相邻的成对的径向内侧槽内部分。
形成定子线圈的每个电线具有垂直于其纵向方向的矩形截面。
此外，电线的每个径向中间槽内部分在定子芯的径向外部与径向内部之间径向地延伸，并且每个径向中间槽内部分在其径向中央处折弯90°的角度。在定子芯的径向外部的每个凹槽内，电线的预定数量的径向外侧槽内部分径向地叠置，该径向外侧槽内部分的截面的较长侧边彼此交叠。另一方面，在定子芯的径向内部的每个凹槽中，电线的预定数量的径向内侧槽内部分径向地叠置，该径向内侧槽内部分的截面的较短侧边彼此交叠。
在本发明的一个实施方式中，多间隙旋转电机构造为设置在混合动力车辆中的发动机与变速器之间的与发动机直接联接式电动机。
在本发明的另一实施方式中，多间隙旋转电机构造为用于电动车辆的轮毂电机。
附图说明
从下文给出的详细说明和本发明的优选实施方式的附图将更加充分地理解本发明，然而，这些说明和附图不应当用作将本发明限制到特定的实施方式，而仅用于说明和理解的目的。
在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方式的多间隙旋转电机的示意性截面视图；
图2是多间隙旋转电机的转子与定子组件的透视图，其中，仅示出转子的转子盘的一部分；
图3是略去转子盘和定子的定子线圈的组件的透视图；
图4是转子的转子芯的透视图；
图5A是从前侧所见的转子的磁极件的透视图；
图5B是从后侧所见的磁极件的透视图；
图6A是定子的一部分的俯视图；
图6B是沿图6A中的线A-A截取的截面图；
图6C是沿图6A中的线B-B截取的截面图；
图7是定子的定子线圈的透视图；
图8是共同构成定子线圈的电线之一的透视图；
图9是定子线圈的相绕组之一的透视图；
图10是定子的一部分的透视图；
图11是示出定子的定子线圈与转子之间的位置关系的透视图；
图12是根据本发明的第二实施方式的多间隙旋转电机的示意性截面图；
图13是根据现有技术的轮毂电机的示意性截面图；
图14是根据本发明的第三实施方式的多间隙旋转电机的定子与转子芯的组件的一部分的透视图；以及
图15是根据第三实施方式的多间隙旋转电机的转子芯的一部分的放大的透视图。
具体实施方式
以下将参照图1至图15对本发明的优选实施方式进行描述。应当指出，为了清楚和便于理解起见，在可能的情况下，在每幅图中已经以相同的附图标记标记出了在本发明的不同实施方式中具有相同功能的相同部件，并且，为了避免重复起见，相同的部件不再重复描述。
[第一实施方式]
图1示出根据本发明的第一实施方式的多间隙旋转电机的总体构造。在该实施方式中，多间隙旋转电机构造成用于混合动力车辆的与发动机直接联接式电动机(engine direct-coupled motor)1。
具体地，在图1中，附图标记10表示固定至发动机机架11的混合动力车辆的发动机。附图标记12表示发动机10的曲轴(或者输出轴)。基本上呈杯状的壳体13的开口端部经由管状壳体14固定至发动机机架11的一端(即图1中的右端)。在杯状壳体13的底壁的中央部处通过轴承16可旋转地支承有传动轴15。传动轴15延伸进入壳体13并与发动机10的曲轴12同轴地设置。
电动机1设置在管状壳体14内。如图1和2所示，电动机1包括转子20和定子，定子由定子芯30和安装在定子芯30上的三相定子线圈40构成。
转子20包括转子盘21和环形转子芯22，转子芯22通过螺栓22a固定至转子盘21的径向外端部。转子盘21的径向中央部通过螺栓21a固定至轴毂12a，该轴毂12a形成在曲轴12的一端(即图1中的右端)处。因此，转子20可以与曲轴12一起旋转。
参照图3和4，转子芯22包括多个(例如在本实施方式中是16个)磁极部23、多个径向内侧桥部24a和多个径向外侧桥部24b。磁极部23通过相应的成对的径向内侧桥部24a和径向外侧桥部24b而沿转子芯22的周向方向彼此连接。此外，在每个相应的成对的径向内侧桥部24a与径向外侧桥部24b之间，形成有用于阻断磁通量的中空空间25。此外，在本实施方式中，转子芯22是通过对多个磁性钢片进行层压而形成的。
转子芯22的每个磁极部23形成为在其周向中央处比在其周向端部处薄。因此，在转子芯22的径向内表面上，径向内侧桥部24a和多个凹部26a沿转子芯22的周向方向交替分布；径向内侧桥部24a径向向内地突出，而凹部26a径向向外地凹陷。另一方面，在转子芯22的径向外表面上，径向外侧桥部24b和多个凹部26b沿转子芯22的周向方向交替分布；径向外侧桥部24b径向向外地突出，而凹部26b径向向内地凹陷。
此外，在转子芯22的每个磁极部23中，形成有沿转子芯22的轴向方向延伸的螺纹通孔23a，螺栓22a中的一个延伸穿过螺纹通孔23a以将转子芯22固定至转子盘21。
此外，如图4所示，转子芯22的每个磁极部23具有安装在其一个端面(即图4中的下端面)上的磁极件27。磁极件27由磁性材料制成。
如图5B所示，磁极件27具有一对突出部27b，该对突出部27b分别形成在磁极件27的背面27a(即面向磁极部23的端面)上的相对周向两端处。突出部27b分别配装到形成在磁极部23端面中的一对凹部(未示出)内，由此相对于磁极部23定位磁极件27。此外，如图5A所示，磁极件27还具有形成在磁极件27的正面中的周向中央部处的凹部27d。另外。磁极件27还具有形成在磁极件27的径向内表面中的周向中央部处的凹部27e和形成在磁极件27的径向外表面中的周向中央部处的凹部27f。磁极件27的凹部27e和27f分别对应于磁极部23的凹部26a和26b。此外，在磁极件27中，形成有螺纹通孔27g，该螺纹通孔27g沿转子芯22的轴向方向延伸并定位成与磁极部23的螺纹通孔23a连通。通过将螺栓22a紧固到磁极部23的螺纹通孔23a和磁极件27的螺纹通孔27g内，将磁极件27与磁极部23一起固定至转子盘21。
返回参照图1，在本实施方式中，电动机1还包括离合机构18，该离合机构18围绕传动轴15设置在壳体13内。离合机构18用于选择性地允许和禁止转矩经由转子20从曲轴12传递到传动轴15。
如图1-3和图6A-6C所示，定子芯30具有径向外部31、径向内部33以及连接径向外部31和径向内部33的连接部35。
定子芯30的径向外部31具有环形形状并由沿径向外部31的轴向方向被层压的多个磁性钢片形成。径向外部31与转子芯22同轴地设置并设置在转子芯22的径向外部，在径向外部31与转子芯22之间形成径向外侧磁间隙60a。此外，径向外部31具有形成在其径向内表面上的多个凹槽32；该径向内表面径向地面向转子芯22。每个凹槽32沿径向外部31的轴向方向延伸成贯穿径向外部31。此外，凹槽32沿径向外部31的周向方向等间隔地间隔开。对于每个凹槽32，凹槽32的深度方向与径向外部31的径向方向相一致。在本实施方式中，具有16个磁极的转子20的每个磁极和三相定子线圈40的每个相都设置有两个凹槽32。因此，设置在定子芯30的径向外部31中的凹槽32的总数量等于96(即2x16x3)。
定子芯30的径向内部33也具有环形形状并由沿径向内部33的轴向方向被层压的多个磁性钢片形成。径向内部33与转子芯22同轴地设置并设置在转子芯22的径向内侧，在径向内部33与转子芯22之间形成径向内侧磁间隙60b。此外，径向内部33具有形成在其径向外表面上的多个凹槽34；该径向外表面径向地面向转子芯22。每个凹槽34沿径向内部33的轴向方向延伸成贯穿径向内部33。此外，凹槽34沿径向内部33的周向方向等间隔地间隔开。对于每个凹槽34，凹槽34的深度方向与径向内部33的径向方向相一致。在本实施方式中，形成在径向内部33中的凹槽34的数量等于形成在径向外部31中的凹槽32的数量(即等于96)。此外，每个凹槽34与凹槽32中相应的一个径向对准。
此外，在本实施方式中，形成在定子芯30的径向内部33中的凹槽34的径向深度设置成比形成在径向外部31中的凹槽32的深度大预定的数值。另一方面，凹槽34的周向宽度设置成比凹槽32的周向宽度小。因此，径向内部33的齿部的周向宽度增加，由此改善了电动机1的性能。在此，径向内部33的齿部径向地延伸成在它们之间限定凹槽34。
定子芯30的连接部35也具有环形形状并由沿连接部35的轴向方向被层压的多个磁性钢片形成。连接部35使其径向外部联接至定子芯30的径向外部31的一个轴向端面(即图6B中的左端面)、使其径向内部联接至定子芯30的径向内部33的一个轴向端面。因此，径向外部31和径向内部33通过连接部35连接。连接部35设置在转子芯22的轴向一侧(即图1中的左侧)上，在连接部35和转子芯22的轴向端面(即图1中的左端面)之间形成轴向磁间隙60c。连接部35具有形成在其中的多个(例如本实施方式中是96个)凹槽36。每个凹槽36径向地延伸成与径向外部31和径向内部33的径向对准的成对凹槽32和34连通。此外，应当指出的是，每个凹槽36还可形成为不轴向地贯穿连接部35并且在与转子芯22轴向相对的一侧上不具有底部。
如上所述，在本实施方式中，定子芯30包括三个一体式部分，即径向外部31、径向内部33及连接径向外部31和径向内部33的连接部35。定子芯30相对于转子芯22设置成限定出三个磁间隙，即径向外部31与转子芯22之间的径向外侧磁间隙60a、径向内部33与转子芯22之间的径向内侧磁间隙60b、以及连接部35与转子芯22之间的轴向磁间隙60c。
定子线圈40由安装在定子芯30上的多个电线50形成。电线50被组装在一起，以使定子线圈40如图7所示呈具有基本上垂直于其周向方向的“U”形截面的环形形状。
具体地，定子线圈40包括三个部分，即安装在定子芯30的径向外部31上的径向外部部分41、安装在定子芯30的径向内部33上的径向内部部分42、以及安装在定子芯30的连接部35上的径向中间部分43。此外，在这三个部分41、42和43之间形成有具有在图7中用白色表示的截面的环形中空空间47。此外，转子芯22容置在环形中空空间47内并在环形中空空间47内旋转。
参照图8，每个电线50具有多个径向外侧槽内部分51、多个径向内侧槽内部分52、多个径向中间槽内部分53、多个径向外侧折转部分(radially-outer turn portion)54和多个径向内侧折转部分(radially-inner turn portion)55。每个径向外侧槽内部分51容置在定子芯30的径向外部31的凹槽32中相应的一个内。每个径向内侧槽内部分52容置在定子芯30的径向内部33的凹槽34中相应的一个内。每个径向中间槽内部分53容置在定子芯30的连接部35的凹槽36中相应的一个内。每个径向外侧折转部分54定位在定子芯30的径向外部31的凹槽32的外侧、并且连接电线50的相应的相邻的成对的径向外侧槽内部分51。每个径向内侧折转部分55定位在定子芯30的径向内部33的凹槽34的外侧、并且连接电线50的相应的相邻的成对的径向内侧槽内部分52。
此外，在本实施方式中，定子线圈40构造为包括U相、V相和W相绕组48的三相定子线圈。U相、V相和W相绕组48中的每一个通过连接预定数量的电线50而形成，从而具有如图9所示的环形形状。
对于每个电线50，电线50的径向外侧槽内部分51分别容置在定子芯30的径向外部31的相应凹槽32内；相应凹槽32以对应于一个磁极节距(或电角度π)的六个凹槽32的节距而周向地间隔开。电线50的径向内侧槽内部分52分别容置在定子芯30的径向内部33的相应凹槽34内；相应凹槽34以对应于一个磁极节距的六个凹槽34的节距周向地间隔开。电线50的径向中间槽内部分53分别容置在定子芯30的连接部35的相应凹槽36内；相应凹槽36以对应于一个磁极节距的六个凹槽36的节距周向地间隔开。
此外，在定子芯30的径向外部31的每个凹槽32内，容置有形成定子线圈40的同一相绕组的电线50的四个径向外侧槽内部分51。在定子芯30的径向内部33的每个凹槽34中，容置有形成定子线圈40的同一相绕组的电线50的径向内侧槽内部分52。在定子芯30的连接部35的每个凹槽36内，容置有形成定子线圈40的同一相绕组的电线50的径向中间槽内部分53。
此外，在本实施方式中，形成定子线圈40的电线50的每个径向中间槽内部分53在定子芯30的径向外部31与定子芯30的径向内部33之间径向地延伸、并且在其径向中央处折弯90°。因此，在定子芯30的径向外部31的每个凹槽32内，电线50的四个径向外侧槽内部分51径向地叠置，所述径向外侧槽内部分51的截面的较长侧边相互交叠。另一方面，在定子芯30的径向内部33的每个凹槽34中，电线50的四个径向内侧槽内部分52径向地叠置，所述径向内侧槽内部分52的截面的较短侧边相互交叠。
此外，参照图6C，在本实施方式中，每个凹槽32轴向地贯穿定子芯30的径向外部31，以在径向外部31的位于与定子芯30的连接部35轴向相对的一侧上的轴向端面上具有开口32a。每个凹槽34轴向地贯穿定子芯30的径向内部33，以在径向内部33的位于与连接部35轴向相对的一侧上的轴向端面上具有开口34a。在组装定子的过程中，使定子线圈40朝向定子芯30从相对侧向定子芯30的连接部35轴向地移动、直至形成定子线圈40的电线50的径向外侧槽内部分51、径向内侧槽内部分52、以及径向中间槽内部分53被分别插入定子芯30的径向外部31的凹槽32、定子芯30的径向内部33的凹槽34、以及定子芯30的连接部35的凹槽36内为止。
此外，在本实施方式中，如图7和图9所示，径向中间槽内部分53各自径向地延伸，并且定子线圈40不具有沿定子线圈40的周向方向延伸以桥接径向中间槽内部分53的桥接部。因此，通过分别将形成定子线圈40的电线50的径向外侧槽内部分51、径向内侧槽内部分52、以及径向中间槽内部分53分别轴向地插入定子芯30的径向外部31的凹槽32、定子芯30的径向内部33的凹槽34、以及定子芯30的连接部35的凹槽36内，能够容易地将定子线圈组装到定子芯30上。
因此，如图10所示，在定子芯30的非连接部35侧，形成定子线圈40的电线50的径向外侧折转部分54从定子芯30的径向外部31的轴向端面31a突出，形成定子线圈40的径向外侧端部45(或者径向外侧线圈端部)。形成定子线圈40的电线50的径向内侧折转部分55从定子芯30的径向内部33的轴向端面33a突出，形成定子线圈40的径向内侧端部46(或者径向内侧线圈端部)。
此外，如图11所示，在定子与转子20组装在一起之后，形成定子线圈40的电线50的径向外侧槽内部分51面向转子芯22的径向外表面。电线50的径向内侧槽内部分52面向转子芯22的径向内表面。电线50的径向中间槽内部分53面向转子芯22的轴向端面，该轴向端面由转子芯22的磁极件27的正面27c构成。
在电动机1操作中，在通过将三相AC电从逆变器(未示出)供给到定子线圈40以对定子进行励磁时，转子20旋转。然后，曲轴12由转子20驱动而与其一起旋转，由此起动发动机10。此外，在发动机10的起动期间，离合机构18禁止转矩从曲轴12传递到传动轴15。然而，发动机10起动后，离合机构10允许转矩从曲轴12传递到传动轴15。
根据本实施方式的上述电动机1具有下列优点。
在本实施方式中，电动机1包括转子20、定子芯30和定子线圈40。转子20包括环形转子芯22。定子芯30具有径向外部31、径向内部33和连接部35。径向外部31具有环形形状并定位在转子芯22的径向外侧，在径向外部31与转子芯22之间形成有径向外侧磁间隙60a。径向外部31具有形成在径向外部31的径向内表面中并沿径向外部31的周向方向间隔开的凹槽33。径向内部33具有环形形状并定位在转子芯22的径向内侧，在径向内部33与转子芯22之间形成有径向内侧磁间隙60b。径向内部33具有形成在径向内部33的径向外表面中并沿径向内部33的周向方向间隔开的凹槽34。连接部35径向地延伸以连接径向外部31和径向内部33。连接部35位于转子芯22的轴向一侧，在它们之间形成有轴向磁间隙60c。连接部35具有凹槽36，每个凹槽36在连接部35的面向转子芯22的轴向端面中形成为与相应的成对的径向外部31的凹槽32和径向内部33的凹槽34连通。定子线圈40由安装在定子芯30上的电线50形成。每个电线50具有径向外侧槽内部分51、径向内侧槽内部分52和径向中间槽内部分53。每个径向外侧槽内部分51容置在定子芯30的径向外部31的凹槽32中相应的一个内。每个径向内侧槽内部分52容置在定子芯30的径向内部33的凹槽34中相应的一个内。每个径向中间槽内部分53容置在定子芯30的连接部35的凹槽36中相应的一个。
在上述构造的情况下，定子芯30的径向外部31和径向内部32通过连接部35连接，由此为定子芯30提供了一体式结构。因此，可确保径向外部31与径向内部32的高的同心度。此外，不必在定子线圈40的端部45和46的轴向外侧设置用于连接径向外部31和径向内部33的附加连接构件。因此，可以使电动机1的轴向总长度最小化，由此使电动机1呈扁平的形状。因此，电动机1可以适当地设置在混合动力车辆的发动机10与变速器之间的狭窄空间内。
此外，在上述构造的情况下，电线50共同构成单个定子线圈40。换言之，在电动机1中仅设有一个定子线圈。此外，定子线圈40被安装至一体式结构的定子芯30上。因此，可简化电动机1的组装过程，由此提高生产率。
此外，在上述构造的情况下，转子芯20和定子芯30经由形成在它们之间的径向外侧磁间隙60a、径向内侧磁间隙60b和轴向磁间隙60c而彼此相向。换言之，形成在转子芯20与定子芯30之间的磁间隙的数量等于3。因此，可以增加在转子20与定子之间传输的磁通量，由此改善电动机1的性能。
在本实施方式中，定子芯30的径向外部31的凹槽32的数量等于定子芯30的径向内部33的凹槽34的数量。径向外部31的每个凹槽32与径向内部33的凹槽34中相应的一个径向对准。定子芯30的连接部35的每个凹槽36径向地延伸成与相应的成对的、彼此径向对准的径向外部31的凹槽32和径向内部33的凹槽34相连通。
在上述构造的情况下，可进一步增加在转子20与定子之间传输的磁通量，由此进一步改善电动机1的性能。
此外，在本实施方式中，定子芯30的径向外部31的每个凹槽32轴向地延伸为在径向外部31的位于与定子芯30的连接部35轴向相对的一侧上的轴向端面上具有开口32a。定子芯30的径向内部33的每个凹槽34轴向地延伸为在径向内部33的位于与定子芯30的连接部35轴向相对的一侧上的轴向端面上具有开口34a。通过使电线50朝向定子芯30从相对侧向连接部35轴向地移动、直到电线50的径向外侧槽内部分51、径向内侧槽内部分52、以及径向中间槽内部分53被分别插入定子芯30的径向外部31的凹槽32、定子芯30的径向内部33的凹槽34和定子芯30的连接部35的凹槽36内为止，将形成定子线圈40的电线50安装至定子线圈30。
在上述构造的情况下，可以容易地将定子芯30和定子线圈40组装在一起。换言之，可以大大简化将定子线圈40安装至定子芯30的安装过程。此外，可以单独地形成定子芯30和定子线圈40；因此，可以以高精确性容易并有效地形成定子芯30和定子线圈40中的每一个。因此，可以确保定子的低成本和高质量。
在本实施方式中，除了径向外侧槽内部分51、径向内侧槽内部分52和径向中间槽内部分53之外，每个电线50均具有径向外侧折转部分54和径向内侧折转部分55。每个径向外侧折转部分54定位在定子芯30的径向外部31的凹槽32的外侧并连接电线50的相应的相邻的成对径向外侧槽内部分51。每个径向内侧折转部分55定位在定子芯30的径向内部33的凹槽34的外侧并连接电线50的相应的相邻的成对径向内侧槽内部分52。
在上述构造的情况下，可首先单独地形成电线50，然后以预定的方式组装电线50以构成能够被容易地安装至定子芯30的定子线圈40。
在本实施方式中，形成定子线圈40的每个电线50均具有垂直于其纵向方向的矩形截面。
在上述构造的情况下，可以确保电线50在定子芯30的凹槽32、34和36中的高的空间系数。
在本实施方式中，形成定子线圈40的电线50的每个径向中间槽内部分53在定子芯30的径向外部31与定子芯30的径向内部33之间径向地延伸并且在其径向中央处折弯90°。在定子芯30的径向外部31的每个凹槽32内，电线50的预定数量(例如在本实施方式中是4个)的径向外侧槽内部分51径向地叠置，径向外侧槽内部分51的截面的较长侧边相互交叠。在定子芯30的径向内部33的每个凹槽34中，电线50的预定数量(例如在本实施方式中是4个)的径向内侧槽内部分52径向地叠置，径向内侧槽内部分52的截面的较短侧边相互交叠。
在上述构造的情况下，可以减小电线50的径向内侧槽内部分52的周向宽度。因此，可以相应地减小定子芯30的径向内部33的凹槽34的周向宽度，由此增大径向内部33的齿部的周向宽度。因此，可以改善电动机1的性能。
为了将根据本实施方式的电动机1的性能与传统电动机的性能进行比较，对电动机1和传统电动机各自进行了数字化分析和测试。应当指出的是，电动机1不包括永磁体，然而传统电动机是永磁体型电动机。
数字化分析和测试的结果在表1中示出。
表1
如从表1所见，根据本实施方式的电动机1的轴向总长度与传统的电动机的轴向总长度相比减小了20％。此外，不同于传统的电动机，根据本实施方式的电动机1不包括永磁体，因此在电动机1中未使用稀土材料。因此，相比于传统的电动机，电动机1的制造成本减小了至少6,000日圆。此外，尽管根据本实施方式的电动机1不包括永磁体，但电动机1仍能比传统的电动机输出更大的转矩。
[第二实施方式]
图12示出根据本发明的第二实施方式的多间隙旋转电机的总体构造。在本实施方式中，多间隙旋转电机构造为用于电动车辆的轮毂电机(in-wheel motor)101。
具体地，如图12所示，轮毂电机101包括壳体102和旋转轴103。壳体102经由悬架(未示出)安装至车身。旋转轴103具有形成在其一端(即图12中的左端)处的毂104，毂104从壳体102向外突出。通过双头螺栓106将轮105固定至毂104。
壳体102包括基本上为杯状的外壳体件107和内壳体件108。内壳体件108通过螺栓(未示出)固定至外壳体件107，从而覆盖外壳体件107的开口端。外壳体件107和内壳体件108中的每一个具有形成在其中央处的开口。旋转轴103穿过外壳体件107的开口插入壳体102内、并且使其另一端(即图12中的右端)穿过内壳体件108的开口而突出到壳体102的外侧。
轮毂电机101还包括设置在壳体102内的转子20、轴承组件110、定子芯30和定子线圈40。转子20包括转子芯22和轴插入部122。本实施方式中的转子芯22、定子芯30和定子线圈40分别与第一实施方式中的转子芯22、定子芯30和定子线圈40相同。因此，接下来仅对轴承组件110和转子20的轴插入部122进行说明。
轴承组件110设置用于可旋转地支承旋转轴103。轴承组件110包括一对外侧滚珠轴承111和内侧滚珠轴承112、中空圆筒形轴承套113、和一对轴承环115和116。轴承套113与内壳体件108一体地形成。外侧滚珠轴承111和内侧滚珠轴承112及轴承环115设置在轴承套113内，而轴承环116位于轴承套113的外侧。转子20的轴插入部122插入外侧滚珠轴承111和内侧滚珠轴承112中，从而使得转子20经由外侧滚珠轴承111和内侧滚珠轴承112由内壳体件108可旋转地支承。
旋转轴103被插入转子20的轴插入部122中并与轴插入部122通过细齿配合(serration-fitted)从而与轴插入部122一起旋转。因此，转子20和旋转轴103一起经由轴承组件110而被可旋转地支承在壳体102中。此外，轴承组件110的外侧滚珠轴承111和内侧滚珠轴承112设置成使得转子20的重心和旋转轴103的重心二者都轴向地定位在滚珠轴承111与滚珠轴承112之间。
根据本实施方式的上述轮毂电机101与根据第一实施方式的与发动机直接联接式电动机1具有相同的优点。
例如，如图12和13所示，相比于在日本专利申请公开No.2007-282331中公开的轮毂电机的轴向总长度，根据本实施方式的轮毂电机101的轴向总长度减小了35％。
此外，由于轮毂电机101仅包括一个定子线圈(即定子线圈40)，因此可以减小轮毂电机101的重量并由此减小轮的总重量。因此，可以改善轮的运行性能。此外，在轮毂电机101的轴向总长度减小的情况下，可以提供可用于安装例如盘式制动器的增大的空间。因此，还可以改善轮的制动性能。
[第三实施方式]
在前述实施方式中，转子芯22不包括永磁体。比较地，根据本发明的第三实施方式的多间隙旋转电机具有包括多个永磁体29的转子芯220。
具体地，参照图14和图15，在本实施方式中，转子芯220具有环形形状并且由磁性材料制成。在转子芯220中形成有多个(例如16个)矩形孔28，矩形孔28沿转子芯220的轴向方向延伸成贯穿转子芯220、并沿转子芯220的周向方向等间隔地间隔开。
在转子芯220的每个矩形孔28中嵌有相应的一个永磁体29。此外，永磁体29设置成在转子芯220的径向外周和径向内周上分别形成多个(例如16个)磁极；磁极的极性沿转子芯220的周向方向在北极与南极之间交替。另外，永磁体29由稀土材料制成。
此外，在本实施方式中，转子芯220的径向外表面包括位于周向相邻的每对永磁体29之间的直部。换句话说，相比于前述实施方式中的转子芯22的径向外表面的凹度，转子芯220的径向外表面的凹度减小。此外，对于具有小外径和小内径的转子芯220而言，径向内表面对于产生磁阻转矩的作用小。因此，在转子芯220的径向内表面中没有形成凹部。
根据本实施方式的多间隙旋转电机与根据前述实施方式的多间隙旋转电机具有相同的优点。
此外，相比于传统的单间隙、永磁体型旋转电机，在根据本实施方式的多间隙旋转电机中使用的稀土材料的数量减少了一半；该多间隙旋转电机的轴向总长度减小了25％。
此外，在本实施方式中，转子芯220的径向外表面的凹度减小，由此确保了永磁体29对于多间隙旋转电机的转矩的作用。另外，在转子芯220的径向外表面的凹度设定为零的情况下，将不可能获得磁阻转矩。因此，在本实施方式中，通过在径向外表面中设置直部而将径向外表面的凹度设定为最优值。
尽管已经示出和描述了上述特定的实施方式，但是本领域技术人员将理解：可以在不脱离本发明的精神的情况下做出各种修改、改变和改进。
例如，在前述实施方式中，定子芯30通过如下方式获得的：首先，通过对磁性钢片进行层压而分开地形成径向外部31、径向内部33和连接部35；然后，将它们连接在一起而形成为一体。然而，定子芯30还可以通过将定子芯30的所有径向外部31、径向内部33和连接部35一体地形成在一起作为例如压缩电源芯或烧结芯来获得。
此外，在前述实施方式中，未对转子芯22以及定子芯30的径向外部31、径向内部33和连接部35的轴向厚度进行描述。然而，可以将这些轴向厚度设定为其相应的最优值。
另外，就增加在单个转子芯22与定子芯30的径向外部31、径向内部33和连接部35之间传输的磁通量而言，优选将转子芯22的轴向厚度设定为大的厚度。然而，再次参照图1，如果将转子芯22的轴向厚度设定得太大，则转子盘21可能轴向地突出到定子线圈40的径向外端部45的外侧，由此使多间隙旋转电机的轴向总长度增加。因此，优选将转子芯22的轴向厚度设定为尽可能地大、直到转子盘21不轴向地突出到定子线圈40的径向外端部45的外侧的程度。

Claims (9)

1.一种多间隙旋转电机，包括：
转子，所述转子包括环形的转子芯；
定子芯，所述定子芯具有径向外部、径向内部和连接部，所述径向外部具有环形形状并定位在所述转子芯的径向外侧，在所述径向外部与所述转子芯之间形成有径向外侧磁间隙，所述径向外部具有形成在所述径向外部的径向内表面中的、并沿所述径向外部的周向方向间隔开的多个凹槽；所述径向内部具有环形形状并定位在所述转子芯的径向内侧，在所述径向内部与所述转子芯之间形成有径向内侧磁间隙，所述径向内部具有形成在所述径向内部的径向外表面中的、并沿所述径向内部的周向方向间隔开的多个凹槽；所述连接部径向地延伸以连接所述径向外部和所述径向内部，所述连接部定位在所述转子芯的轴向一侧上，在所述连接部与所述转子芯之间形成有轴向磁间隙，所述连接部具有多个凹槽，所述连接部的凹槽中的每一个形成在所述连接部的面向所述转子芯的轴向端面中，以与相应的一对所述径向外部的凹槽和所述径向内部的凹槽连通；以及
定子线圈，所述定子线圈由安装在所述定子芯上的多个电线形成，每个所述电线具有多个径向外侧槽内部分、多个径向内侧槽内部分和多个径向中间槽内部分，每个所述径向外侧槽内部分容置在所述定子芯的所述径向外部的凹槽中相应的一个内，每个所述径向内侧槽内部分容置在所述定子芯的所述径向内部的凹槽中相应的一个内，每个所述径向中间槽内部分容置在所述定子芯的所述连接部的凹槽中相应的一个内。
2.如权利要求1所述的多间隙旋转电机，其中，所述转子芯和所述定子芯中的每一个由磁性材料制成。
3.如权利要求1所述的多间隙旋转电机，其中，所述定子芯的所述径向外部的凹槽的数量等于所述定子芯的所述径向内部的凹槽的数量，
所述径向外部的凹槽中的每一个与所述径向内部的凹槽中相应的一个径向对准，
所述定子芯的所述连接部的凹槽中的每一个径向地延伸，以与彼此径向对准的所述相应的一对所述径向外部的凹槽和所述径向内部的凹槽连通。
4.如权利要求3所述的多间隙旋转电机，其中，所述定子芯的所述径向外部的凹槽中的每一个轴向地延伸，以在所述径向外部的位于与所述定子芯的所述连接部轴向相对的一侧上的轴向端面上具有开口，
所述定子芯的所述径向内部的凹槽中的每一个轴向地延伸，以在所述径向内部的位于与所述定子芯的所述连接部轴向相对的一侧上的轴向端面上具有开口，以及
形成所述定子线圈的所述电线通过如下方式安装至所述定子芯：使所述电线朝向所述定子芯从所述相对侧向所述连接部轴向地移动，直至所述电线的所述径向外侧槽内部分、径向内侧槽内部分和径向中间槽内部分被分别插入到所述定子芯的所述径向外部的凹槽、所述径向内部的凹槽和所述连接部的凹槽内。
5.如权利要求1所述的多间隙旋转电机，其中，形成所述定子线圈的所述电线中的每一个还具有多个径向外侧折转部分和多个径向内侧折转部分，
每个所述径向外侧折转部分定位在所述定子芯的所述径向外部的凹槽的外侧，并且连接所述电线的相应的相邻的成对的所述径向外侧槽内部分，
每个所述径向内侧折转部分定位在所述定子芯的所述径向内部的凹槽的外侧，并且连接所述电线的相应的相邻的成对的所述径向内侧槽内部分。
6.如权利要求1所述的多间隙旋转电机，其中，形成所述定子线圈的所述电线中的每一个具有垂直于所述电线的纵向方向的矩形截面。
7.如权利要求6所述的多间隙旋转电机，其中，形成所述定子线圈的所述电线的每个所述径向中间槽内部分在所述定子芯的所述径向外部与所述径向内部之间径向地延伸，并且每个所述径向中间槽内部分在其径向中央处折弯90°，
在所述定子芯的所述径向外部的凹槽中的每一个内，所述电线的预定数量的所述径向外侧槽内部分径向地叠置，所述径向外侧槽内部分的截面的较长侧边彼此交叠，以及
在所述定子芯的所述径向内部的凹槽中的每一个内，所述电线的预定数量的所述径向内侧槽内部分径向地叠置，所述径向内侧槽内部分的截面的较短侧边彼此交叠。
8.如权利要求1所述的多间隙旋转电机，其中，所述多间隙旋转电机构造为设置在混合动力车辆中的发动机与变速器之间的与发动机直接联接式电动机。
9.如权利要求1所述的多间隙旋转电机，其中，所述多间隙旋转电机构造为用于电动车辆的轮毂电机。
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