CN104094501A - 混合励磁式旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合励磁式旋转电机，为了抑制对未被永久磁铁励磁的磁极进行励磁的励磁线圈产生磁通时所产生的铁损，具备：转子，其具有至少向轴向一方侧延伸突出的轴、和第一以及第二芯体，该第一以及第二芯体在轴向空出缝隙被分割，分别沿周方向交替配置被永久磁铁励磁的第一磁极和未被永久磁铁励磁的第二磁极，各自的上述第一磁极的极性相互不同，并且一方的上述第一磁极和另一方的上述第二磁极沿轴向隔着上述缝隙相互对置配置；定子，其被配置在上述转子的径向外侧，产生使上述转子旋转的旋转磁场；励磁线圈，其被配置于上述缝隙，对上述第二磁极励磁；以及第三芯体，其被配置在上述第一芯体、上述第二芯体、以及上述励磁线圈的径向内侧，由铁损比上述轴的铁损小的材料形成。

Description

混合励磁式旋转电机
技术领域
本发明涉及混合励磁式旋转电机，尤其涉及使用了永久磁铁和电磁铁双方作为励磁电路的混合励磁式旋转电机。
背景技术
以往，公知有一种具备永久磁铁和电磁铁的混合励磁式旋转电机(例如参照专利文献1以及2)。该旋转电机具备：转子、和配置在转子的径向外侧并产生使转子旋转的旋转磁场的定子。定子具有定子芯体、和定子线圈。另外，转子具有沿轴向延伸的轴、和沿轴向被分割的第一芯体以及第二芯体。第一芯体以及第二芯体分别具有在径向端部沿周方向交替配置的被永久磁铁励磁的永久磁铁励磁磁极、和未被永久磁铁励磁的非励磁的永久磁铁非励磁磁极。第一芯体的永久磁铁励磁磁极和第二芯体的永久磁铁励磁磁极由相互反转的极性构成。第一芯体的永久磁铁励磁磁极和第二芯体的永久磁铁非励磁磁极沿轴向相互对置配置，并且第一芯体的永久磁铁非励磁磁极和第二芯体的永久磁铁励磁磁极沿轴向相互对置配置。
永久磁铁产生的磁通量大致恒定。另外，上述的旋转电机具备对永久磁铁非励磁磁极励磁的励磁线圈。若从外部对励磁线圈通电，则对永久磁铁非励磁磁极励磁而产生使永久磁铁的磁通减弱或增强的磁通。因此，根据上述的旋转电机，能够利用永久磁铁的磁通和电磁铁的磁通的合成磁通使转子适当地旋转。
专利文献1：日本特开平8－251891号公报
专利文献2：日本专利第3724416号公报
在上述专利文献1记载的旋转电机中，励磁线圈被配置在沿轴向被分割的第一芯体与第二芯体的在轴向空出的缝隙。该情况下，当励磁线圈被通电时在励磁线圈的径向内侧磁通流向轴。另外，在上述专利文献2记载的旋转电机中，励磁线圈被配置在沿轴向被分割的第一芯体和第二芯体之间的径向外侧。该情况下，当励磁线圈被通电时，在励磁线圈的径向内侧磁通流向轴或者第一以及第二芯体。在这些旋转电机的构造中，由于在励磁线圈产生磁通时所产生的铁损变大，所以不仅产生较大的转矩，而且装置本身大型化。
发明内容
本发明是鉴于上述的点而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制当对未被永久磁铁励磁的磁极励磁的励磁线圈产生磁通时所产生的铁损的混合励磁式旋转电机。
上述的目的可通过具备以下部件的混合励磁式旋转电机来实现，所述部件是指：转子，其具有至少沿轴向一方侧延伸突出的轴、和第一以及第二芯体，该第一以及第二芯体沿轴向空出缝隙被分割，分别沿周方向交替配置被永久磁铁励磁的第一磁极和未被永久磁铁励磁的第二磁极，各自的上述第一磁极的极性相互不同，并且一方的上述第一磁极和另一方的上述第二磁极沿轴向隔着上述缝隙相互对置配置；定子，其被配置在上述转子的径向外侧，产生使上述转子旋转的旋转磁场；励磁线圈，其被配置于上述缝隙，对上述第二磁极励磁；以及第三芯体，其被配置在上述第一芯体、上述第二芯体以及上述励磁线圈的径向内侧，由铁损比上述轴的铁损小的材料形成。
根据本发明，能够抑制当对未被永久磁铁励磁的磁极励磁的励磁线圈产生磁通时所产生的铁损。
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施例的混合励磁式旋转电机的构造的立体图。
图2是以包含轴中心线的平面将作为本发明的一个实施例的混合励磁式旋转电机切断时的剖视图。
图3是以图2所示的III－III将作为本发明的一个实施例的混合励磁式旋转电机切断时的剖视图。
图4是以图2所示的IV－IV将作为本发明的一个实施例的混合励磁式旋转电机切断时的剖视图。
图5是表示作为本发明的一个实施例的混合励磁式旋转电机的第三芯体的形状的剖视图。
图6是作为本发明的一个实施例的混合励磁式旋转电机的分解立体图。
图7是用于对在如本实施例那样的混合励磁式旋转电机的构造中可能产生的现象进行说明的图。
图8是用于对在如本实施例那样的混合励磁式旋转电机的构造中可能产生的现象进行说明的图。
图9是表示轴中产生的涡流的流通位置的图。
图10是表示在本实施例的混合励磁式旋转电机中抑制轴中产生的涡流的单元的配置位置的图。
图11是用于说明本实施例的混合励磁式旋转电机中的效果的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明涉及的混合励磁式旋转电机的具体实施方式进行说明。
图1是表示作为本发明的一个实施例的混合励磁式旋转电机10的构造的立体图。其中，在图1中表示了一部分被切去后的混合励磁式旋转电机10。图2表示以包含轴中心线的平面将本实施例的混合励磁式旋转电机10切断时的剖视图。图3表示以图2所示的III－III将本实施例的混合励磁式旋转电机10切断时的剖视图。图4表示以图2所示的IV－IV将本实施例的混合励磁式旋转电机10切断时的剖视图。图5对表示了本实施例的混合励磁式旋转电机10所具有的转子芯体的形状的剖视图进行表示。另外，图6表示本实施例的混合励磁式旋转电机10的分解立体图。
在本实施例中，混合励磁式旋转电机10具备能够围绕轴旋转的转子12、和产生使转子12旋转的旋转磁场的定子14。转子12在轴向两端经由轴承16、18能够旋转地支承于外壳20。定子14被配置在转子12的径向外侧，并固定于外壳20。转子12和定子14相互沿径向隔着规定长度的气隙22对置。
定子14具有定子芯体24、和定子线圈28。定子芯体24形成为中空圆筒状。定子芯体24在内周面形成有定子齿26。定子齿26朝向定子芯体24的径向内侧即轴中心突出。在定子芯体24的内周面沿周方向设置有多个(例如18个)定子齿26，沿着周方向被等间隔设置。在各定子齿26上分别缠绕有定子线圈28。在定子芯体24的内周面沿周方向设置有多个(例如18个)定子线圈28，沿着周方向被等间隔设置。在将混合励磁式旋转电机10例如应用于三相交流马达的情况下，各定子线圈28构成U相线圈、V相线圈以及W相线圈的任意一个。
定子芯体24沿轴向被分割，具有第一定子芯体30、第二定子芯体32、以及第三定子芯体34。第一～第三定子芯体30～34分别形成为中空圆筒状，沿轴向并列。第一～第三定子芯体30～34具有相互大致相同的内径。第一以及第三定子芯体30、34被配置在轴向两端。第二定子芯体32被配置在轴向中央。第二定子芯体32被第一定子芯体30和第三定子芯体34沿轴向夹持，与这些第一以及第三定子芯体30、34的轴向靠近中央的端面粘接固定。
第一以及第三定子芯体30、34分别通过沿轴向层叠被绝缘涂覆后的多个电磁钢板而形成。另外，第二定子芯体32由软磁性材料形成，具体而言由对被绝缘涂覆后的软磁性体粉末压缩成型而成的材料形成。第二定子芯体32的轴向上的磁阻比第一以及第三定子芯体30、34的轴向上的磁阻小。
在定子芯体24的径向外侧设置有支承第一～第三定子芯体30～34的圆筒状的磁轭(yoke)36。磁轭36与第二定子芯体32同样由对被绝缘涂覆后的软磁性体粉末压缩成型而成的材料形成。磁轭36的轴向上的磁阻比第一以及第三定子芯体30、34的轴向上的磁阻小。磁轭36也可以与第二定子芯体32一体。磁轭36被粘接固定在第一定子芯体30以及第三定子芯体34的径向外侧面。第一定子芯体30与第三定子芯体34通过磁轭36相互磁耦合。定子齿26分别被设置于第一～第三定子芯体30～34，第一～第三定子芯体30～34各自的定子齿26被设置成沿轴向排列。另外，各定子线圈28形成为沿轴向贯穿第一～第三定子芯体30～34。
另外，定子芯体24具有用于将定子14安装固定于外壳20的向径向外侧突出的安装部38。安装部38由沿轴向层叠的多个电磁钢板形成。安装部38具有与第一定子芯体30一体形成的安装部38a、与第三定子芯体34一体形成的安装部38b、以及被两个安装部38a、38b夹持的安装部38c。安装部38c被配置在第二定子芯体32的径向外侧。此外，安装部38c也可以替代由沿轴向层叠的多个电磁钢板形成而与第二定子芯体32一体形成。沿周方向设置有多个(例如三个)安装部38。在安装部38中设置有沿轴向贯通的贯通孔40。定子14通过将贯通安装部38的贯通孔40的螺栓42紧固于外壳20而被固定于外壳20。
转子12被配置在定子14的径向内侧。转子12具有轴50、和转子芯体52。轴50沿轴向延伸，在轴向两端侧从定子14的轴向端部延伸突出。其中，轴50只要至少在轴向一方端从定子14的轴向端部延伸突出即可。轴50由具有规定的铁损的材料形成，具体而言有S45C等碳钢形成。转子芯体52具有被配置在轴50的径向外侧而被支承于该轴50的外侧转子芯体54。外侧转子芯体54形成为中空圆筒状，被固定在轴50的径向外侧面。
外侧转子芯体54沿轴向被分割，具有第一外侧转子芯体56、和第二外侧转子芯体58。第一以及第二外侧转子芯体56、58分别形成为中空圆筒状，被配置在轴50的径向外侧而被支承于轴50。第一以及第二外侧转子芯体56、58分别通过沿轴向层叠被绝缘涂覆后的多个电磁钢板而形成。第一外侧转子芯体56和第二外侧转子芯体58相互在轴向空开环状的缝隙60而分离。
第一外侧转子芯体56的径向外侧面在径向与第一定子芯体30的径向内侧面对置。即，第一外侧转子芯体56的径向外侧面与第一定子芯体30的径向内侧面相互在径向对置。另外，第二外侧转子芯体58的径向外侧面在径向与第三定子芯体34的径向内侧面对置。即，第二外侧转子芯体58的径向外侧面与第三定子芯体34的径向内侧面相互在径向对置。缝隙60面对第二定子芯体32的径向内侧面，被设置在第二定子芯体32的径向内侧。
在第一外侧转子芯体56的外周部形成有转子齿62。转子齿62朝向第一外侧转子芯体56的径向外侧突出。在第一外侧转子芯体56的外周面沿周方向设置有多个(例如6个)转子齿62，并沿着周方向被等间隔设置。
在沿周方向相互邻接的转子齿62之间分别以与转子齿62相邻的方式安装有永久磁铁64。永久磁铁64被配置在第一外侧转子芯体56的径向外侧。永久磁铁64例如是铁氧体磁铁。在周方向设置有多个(例如6个)永久磁铁64，并沿着周方向等间隔设置。各永久磁铁64在周方向具有规定的宽度(角度)，并且在径向具有规定的厚度。各永久磁铁64被磁化为规定的极性(例如将径向外侧设为N极并且将径向内侧设为S极。)。
永久磁铁64的径向外侧端面和转子齿62的径向外侧端面形成为距离轴中心大致相同的距离。第一外侧转子芯体56具有被永久磁铁64励磁的永久磁铁励磁磁极、和未被永久磁铁64励磁的非励磁的永久磁铁非励磁磁极。该永久磁铁非励磁磁极形成于转子齿62。这些永久磁铁励磁磁极和永久磁铁非励磁磁极被交替配置在周方向。第一外侧转子芯体56每隔规定角度具有极性不同的磁极，通过永久磁铁励磁磁极以及永久磁铁非励磁磁极在周方向具有规定量(例如12个)的极数。
另外，在第二外侧转子芯体58的外周部形成有转子齿66。转子齿66朝向第二外侧转子芯体58的径向外侧突出。在第二外侧转子芯体58的外周面沿周方向设置有多个(例如6个)转子齿66，并沿着周方向被等间隔设置。
在沿周方向相互邻接的转子齿66之间分别以与转子齿66相邻的方式安装有永久磁铁68。永久磁铁68被配置在第二外侧转子芯体58的径向外侧。永久磁铁68例如是铁氧体磁铁。永久磁铁68在周方向设置有多个(例如6个)，沿着周方向被以等间隔设置。各永久磁铁68在周方向具有规定的宽度(角度)，并且在径向具有规定的厚度。各永久磁铁68被磁化为与上述的永久磁铁64的极性不同的规定的极性(例如将径向外侧设为S极并且将径向内侧设为N极。)。即，永久磁铁68与永久磁铁64具有相互反转的极性。
永久磁铁68的径向外侧端面与转子齿66的径向外侧端面形成在距离轴中心相互为大致相同的距离的位置。第二外侧转子芯体58具有被永久磁铁68励磁的永久磁铁励磁磁极、和未被永久磁铁68励磁的非励磁的永久磁铁非励磁磁极。该永久磁铁非励磁磁极形成于转子齿66。这些永久磁铁励磁磁极和永久磁铁非励磁磁极交替配置在周方向。第二外侧转子芯体58每隔规定角度具有极性不同的磁极，通过永久磁铁励磁磁极以及永久磁铁非励磁磁极在周方向具有与第一外侧转子芯体56的极数相同的规定量(例如12个)的极数。
第一外侧转子芯体56的永久磁铁励磁磁极、和第二外侧转子芯体58的永久磁铁非励磁磁极在轴向隔着上述的缝隙60相互对置配置。即，第一外侧转子芯体56的永久磁铁64与第二外侧转子芯体58的转子齿66在轴向隔着上述的缝隙60相互对置配置。另外，第一外侧转子芯体56的永久磁铁非励磁磁极、和第二外侧转子芯体58的永久磁铁励磁磁极在轴向隔着上述的缝隙60相互对置配置。即，第一外侧转子芯体56的转子齿62与第二外侧转子芯体58的永久磁铁68在轴向隔着上述的缝隙60相互对置配置。
在上述的缝隙60、即第一外侧转子芯体56与第二外侧转子芯体58的轴向间，配置有对转子齿62、66的永久磁铁非励磁磁极励磁的励磁线圈70。励磁线圈70填埋缝隙60的大致整个区域。励磁线圈70围绕轴50形成为环状，被环形(toroidal)缠绕。励磁线圈70被配置在轴50的径向外侧，并且被配置在第二定子芯体32的径向内侧，与第二定子芯体32在径向对置。励磁线圈70被安装固定于定子14(具体是其定子芯体24)。向励磁线圈70供给直流电流(DC励磁电流)。若对励磁线圈70供给了直流电流，则产生沿轴向贯穿该励磁线圈70的径向内侧(轴中心侧)的磁通(DC励磁磁通)。该磁通量是与励磁线圈70被供给的直流电流对应的大小。
此外，励磁线圈70向定子14的固定也可以通过相互的直接粘接来实现。另外，也可以在周方向设置多个从径向内侧保持环状的励磁线圈70的U字状的保持部件(夹子)71，通过将该保持部件71的两侧爪部插入到在第二定子芯体32的径向内侧面空出的孔或者定子芯体24与第一定子芯体30以及第三定子芯体34相互面对的轴向端面空出的孔并挂住，来实现励磁线圈70向定子14的固定。其中，在图6中表示了通过多个设置在周方向的保持部件71将励磁线圈70固定于定子14的状态。
轴50形成为中空形状。轴50具有直径相对较大的大径圆筒部72、和直径相对较小的小径圆筒部74、76。小径圆筒部74、76被设置在轴向两端。轴50在小径圆筒部74、76中经由轴承16、18被支承于外壳20。大径圆筒部72被设置在轴向中央，被轴向两端的小径圆筒部74、76夹持。第一以及第二外侧转子芯体56、58被配置在大径圆筒部72的径向外侧而被支承于该大径圆筒部72，固定在该大径圆筒部72的径向外侧面。
另外，转子芯体52具有被配置在轴50的径向内侧而支承于该轴50的内侧转子芯体80。内侧转子芯体80被配置在转子芯体52的第一外侧转子芯体56及第二外侧转子芯体58以及励磁线圈70的径向内侧。在轴50的大径圆筒部72内形成有中空空间82。内侧转子芯体80被收容在大径圆筒部72的中空空间82内，被粘接固定在大径圆筒部72的径向内侧面。内侧转子芯体80由软磁性材料形成，具体由对被绝缘涂覆后的软磁性体粉末压缩成型而成的材料形成。内侧转子芯体80由铁损比轴50的铁损小的材料形成。
内侧转子芯体80沿周方向被分割，从轴向观察由形成为扇状的多个(例如6个)转子芯体片84构成。内侧转子芯体80在周方向上的分割沿周方向以等间隔(等角度)进行，各转子芯体片84相互具有相同的形状。内侧转子芯体80在周方向上的分割数即转子芯体片84的数量是外侧转子芯体54中的第一以及第二外侧转子芯体56、58的极数或者该极数的约数。例如，在极数是“12”的情况下，分割数是“2”、“3”、“4”、“6”或者“12”(在图3以及图4中分割数是“6”)。
内侧转子芯体80在周方向上的分割还在经过转子12、轴50的轴中心、和在转子12的第一以及第二外侧转子芯体56、58中沿周方向交替配置的永久磁铁64、68以及转子齿62、66(即永久磁铁励磁磁极以及永久磁铁非励磁磁极)中的两个以上的各周方向中心的线上进行。即，内侧转子芯体80在周方向上的包含分割面的各平面分别经过转子12、轴50的轴中心，并且经过任意的永久磁铁64、68以及转子齿62、66(即永久磁铁励磁磁极以及永久磁铁非励磁磁极)的周方向中心。
另外，内侧转子芯体80在轴向端部具有沿轴向空出的切口孔86、88。切口孔86、88设置在轴向两端。切口孔86、88按照孔径从轴向端面到轴向中央变小的方式形成为如图5(A)所示的锥状或者如图5(B)所示的阶梯状。切口孔86、88的轴向端部(最浅部)的孔径与轴50的大径圆筒部72的内径大致一致，并且，切口孔86、88的轴向中央部(最深部)的孔径是规定的孔径。内侧转子芯体80在轴向中央部沿径向具有规定的厚度，另一方面，分别在轴向两端部具有比轴向中央部的厚度小的厚度。由于轴50的大径圆筒部72的径向的厚度被设定为维持为了传递马达转矩所需要的强度那样的厚度，内侧转子芯体80的轴向中央部处的径向的厚度被设定为由励磁线圈70产生的磁通不饱和的规定的厚度，所以内侧转子芯体80的轴向中央部处的径向的厚度比轴50的大径圆筒部72的径向的厚度大。
切口孔86与切口孔88相互在轴向中央侧连通，最深部彼此通过沿轴向贯通的贯通孔89连接。即，内侧转子芯体80以形成贯通孔89的方式形成为中空形状。内侧转子芯体80的切口孔86、88以及贯通孔89全部设置在轴50的轴中心线上。内侧转子芯体80的贯通孔89具有与切口孔86、88的最深部的孔径大致相同的孔径。
转子12在轴向被二分割个。轴50在轴向被二分割，由相互嵌合的2个杯状部件90、92构成。轴50的轴向分割位置是轴向的大致中央。杯状部件90具有小径圆筒部74、和大径圆筒部72的一部分(具体是与小径圆筒部74连接一侧的一半)。杯状部件92具有小径圆筒部76、和大径圆筒部72的一部分(具体是与小径圆筒部76连接一侧的一半)。轴50通过杯状部件90与杯状部件92相互嵌合而形成。由杯状部件90支承第一外侧转子芯体56，另外，由杯状部件92支承第二外侧转子芯体58。第一外侧转子芯体56被固定在杯状部件90的径向外侧面，另外，第二外侧转子芯体58被固定在杯状部件92的径向外侧面。
在杯状部件90、92中分别形成有在轴中心上沿轴向空出的螺栓孔94、96。螺栓孔94、96具有与内侧转子芯体80的贯通孔89的孔径大致相同的孔径。向杯状部件90、92的螺栓孔94、96以及内侧转子芯体80的贯通孔89插入螺栓98。杯状部件90与杯状部件92相互嵌合，并且通过螺栓98被紧固。
此外，内侧转子芯体80也可以在轴向被二分割。该情况下，内侧转子芯体80的轴向分割位置可以与轴50的轴向分割位置对应，也可以是轴向的大致中央。另外，只要内侧转子芯体80的被分割的一方粘接固定于轴50的杯状部件90的径向内侧面，另外，内侧转子芯体80的被分割的另一方粘接固定于杯状部件92的径向内侧面即可。
在上述的混合励磁式旋转电机10的构造中，若对环状的励磁线圈70供给直流电流，则产生沿轴向贯穿该励磁线圈70的径向内侧(轴中心侧)的磁通。由使用了该励磁线圈70的电磁铁产生的磁通在由第一或者第二外侧转子芯体56、58的永久磁铁非励磁磁极→内侧转子芯体80→第二或者第一外侧转子芯体58、56的永久磁铁非励磁磁极→气隙22→定子芯体24→气隙22→第一或者第二外侧转子芯体56、58的永久磁铁非励磁磁极构成的路径流通。若产生这样的磁通，则第一以及第二外侧转子芯体56、58的永久磁铁非励磁磁极被励磁。由该电磁铁产生的磁通使由永久磁铁64、68产生的磁通减弱或增强。另外，根据流入励磁线圈70的直流电流的大小来调整该电磁铁的磁通量。
因此，根据本实施例，能够调整通过永久磁铁64、68的磁通与使用了励磁线圈70的电磁铁的磁通的合成磁通来使转子12围绕定子14旋转的转矩，可使该转子12适当地旋转。
另外，在本实施例的混合励磁式旋转电机10的构造中，通过励磁线圈70的励磁产生的磁通在配置于轴50的径向外侧的外侧转子芯体54(具体是第一以及第二外侧转子芯体56、58)以及励磁线圈70的径向内侧(轴中心侧)，在配置于轴50的径向内侧的内侧转子芯体80中流通。在该构造中，与在轴50的径向内侧未设置内侧转子芯体80的构造不同，可抑制因励磁线圈70的励磁而在励磁线圈70的径向内侧沿轴向流动的磁通在轴50本身(具体是大径圆筒部72等)中流通。
由于内侧转子芯体80由铁损比轴50的铁损小的材料形成，所以内侧转子芯体80的铁损比轴50的铁损小。因此，根据本实施例的混合励磁式旋转电机10的构造，能够抑制在励磁线圈70产生磁通时所产生的铁损。因此，由于能够高效地产生使转子12旋转的转矩，所以能够实现使转子12旋转时的转矩提高，可产生较大的转矩并且抑制装置本身的大型化。
另外，在本实施例的混合励磁式旋转电机10的构造中，铁损比轴50的铁损小的上述的内侧转子芯体80由软磁性材料(具体是压缩后的软磁性体粉末)形成。该内侧转子芯体80被配置于轴50的径向内侧，粘接固定于该轴50的大径圆筒部72的径向内侧面。在这样的构造中，该内侧转子芯体80未夹在产生较大的负载(转矩、离心力、轴力等)的位置。具体而言，内侧转子芯体80存在于转子12中的转矩传递路径外。因此，能够防止因转矩传递而被破坏。另外，内侧转子芯体80存在于轴50的径向内侧。因此，与内侧转子芯体80存在于转子12的靠外径的构造相比，难以受到离心力的影响，能够防止因离心力被破坏或者飞散。
另外，上述的内侧转子芯体80在周方向被分割。因此，与内侧转子芯体80在整周为一体的构造相比，难以受到离心力的影响，能够防止因离心力被破坏或者飞散。
另外，上述的内侧转子芯体80在周方向被以等间隔分割，其分割数为外侧转子芯体54中的第一以及第二外侧转子芯体56、58的极数或者其极数的约数，并且该分割在经过转子12、轴50的轴中心、和在转子12的第一以及第二外侧转子芯体56、58中沿周方向交替配置的永久磁铁64、68以及转子齿62、66(即永久磁铁励磁磁极以及永久磁铁非励磁磁极)中的两个以上的各周方向中心的线上进行。在这样的构造中，在内侧转子芯体80的沿周方向排列的相互邻接的2个转子芯体片84之间形成缝隙，但不切断永久磁铁64、68的磁通的路径、使用了励磁线圈70的电磁铁的磁通的路径，能够使转子12旋转并且维持所希望的磁路。
基于励磁线圈70的励磁在励磁线圈70的径向内侧流动的磁通在外侧转子芯体54的第一或者第二外侧转子芯体56、58→内侧转子芯体80→第二或者第一外侧转子芯体58、56→气隙22→定子芯体24→气隙22→第一或者第二外侧转子芯体56、58的路径中流动。此时，在内侧转子芯体80的与第一以及第二外侧转子芯体56、58沿径向对置的轴向端部，在靠外径的部位磁通密度较高，另一方面，在靠内径(轴中心附近)的部位磁通密度较低。
与此相对，在本实施例中，上述的内侧转子芯体80在轴向端部具有沿轴向空出的切口孔86、88。因此，由于能够削减内侧转子芯体80中不发挥其功能的不必要的部分，所以与不存在切口孔86、88的构造相比，能够将对磁通的流动造成的影响限制为最小限度，并且实现内侧转子芯体80的重量减轻，并实现成本降低。
另外，在本实施例中，转子芯体52沿轴向被分割并且轴50沿轴向被分割。在该构造中，在制造了包含从定子芯体24的径向内侧面向轴中心侧突出的励磁线圈70的定子14之后，能够以使沿轴向被分割的转子芯体52以及轴50从定子14的轴向两侧夹住该定子14的方式来组装转子12。因此，能够容易地进行混合励磁式旋转电机10的组装。
图7以及图8分别表示用于对在如本实施例那样的混合励磁式旋转电机10的构造中可能产生的现象进行说明的图。其中，在图7(A)中表示了转子12所具有的轴50的立体图，另外，在图7(B)中表示了以图7(A)所示的A－A将轴50及其周围切断时的剖视图。另外，在图8(A)中表示了对向励磁线圈70的励磁电流急剧下降后在轴50以及内侧转子芯体80中流通磁通的情况进行表示的图，另外，在图8(B)中表示了对向励磁线圈70的励磁电流急剧下降后在轴50中产生涡流的情况进行表示的图。并且，图9表示对在轴50中产生的涡流的流通位置进行表示的图。其中，在图9(A)中表示了从侧方观察到的轴50以及其周围的图，另外，在图9(B)中表示了以图9(A)所示的B－B将轴50及其周围切断时的剖视图。
在本实施例中，如上所述，在外侧转子芯体54的第一外侧转子芯体56与第二外侧转子芯体58的轴向间，配置有对转子齿62、66的永久磁铁非励磁磁极励磁的励磁线圈70，该励磁线圈70围绕轴50形成为环状。另外，在中空形状的轴50的径向内侧，配置有由对被绝缘涂覆后的软磁性体粉末压缩成型而成的材料形成的内侧转子芯体80，另外，在该轴50的径向外侧配置有沿轴向层叠被绝缘涂覆后的多个电磁钢板而形成的外侧转子芯体54。内侧转子芯体80由铁损比轴50的铁损小的材料形成。
在上述的构造中，若对励磁线圈70供给DC励磁电流，则产生沿轴向贯穿该励磁线圈70的径向内侧(轴中心侧)的DC励磁磁通，该DC励磁磁通通过轴50。由于对励磁线圈70供给的DC励磁电流通过开关被控制为规定的大小，所以含有高次谐波成分。因此，若在励磁线圈70的周围产生的DC励磁磁通随着该DC励磁电流的变化而变动，则由于会在磁路中的电阻较小的部位(具体为轴50)产生涡流(参照图7)，所以损失有可能增大。
该情况下会产生涡流的位置是轴50的被外侧转子芯体54的第一外侧转子芯体56和第二外侧转子芯体58沿轴向夹持的部位(具体是轴50的沿轴向被二分割的杯状部件90与杯状部件92嵌合的部位)的附近(在图9(A)中由虚线包围的斜线区域S1)、在径向内侧与第一以及第二外侧转子芯体56、58的轴向端部对置的部位的附近(在图9(A)中由虚线包围的斜线区域S2)、以及/或者在径向内侧与第一以及第二外侧转子芯体56、58对置并且位于经过第一以及第二外侧转子芯体56、58的周方向上的相互邻接的转子齿62、66间的中心和轴中心的(图9(B)所示的凸极间中心线L)上的部位的附近(在图9(A)以及(B)中以虚线包围的斜线区域S3)。
另外，在需要在励磁线圈70的DC励磁中使反向电动势瞬时降低的状况(例如因三相系统异常引起的故障时等)下，由于当向励磁线圈70的DC励磁电流被设为零时，磁路中的轴50产生涡流，在励磁线圈70的周围产生的DC励磁磁通不会立即消失而会残留(参照图8)，所以有可能反向电动势难以降低。
该情况下涡流可流通的位置特别是轴50的被外侧转子芯体54的第一外侧转子芯体56和第二外侧转子芯体58沿轴向夹持的部位(具体是轴50的在轴向被二分割的杯状部件90和杯状部件92嵌合的部位)的附近(在图9(A)中以虚线包围的斜线区域S1)。
这些涡流在轴50的被外侧转子芯体54的第一外侧转子芯体56和第二外侧转子芯体58沿轴向夹持的部位的附近沿轴周方向流通，另外，在轴50的与第一以及第二外侧转子芯体56、58的轴向端部在径向内侧对置的部位的附近沿轴周方向流通，并且，在轴50的与第一以及第二外侧转子芯体56、58在径向内侧对置并且位于第一以及第二外侧转子芯体56、58的周方向的凸极间中心线L上的部位的附近沿轴的轴向流通。
图10表示了对在本实施例的混合励磁式旋转电机10中抑制在轴50产生的涡流的单元的配置位置进行表示的图。其中，在图10(A)中表示了轴50的立体图，另外，在图10(B)中表示了轴50及其周围的剖视图。另外，图11表示用于对本实施例的混合励磁式旋转电机10中的效果进行说明的图。其中，在图11(A)中表示了对励磁线圈70供给的电流的时间变化，在图11(B)中表示了与本实施例对比的对比例中的反向电动势的时间变化，另外，在图11(C)中表示了本实施例中的反向电动势的时间变化。
本实施例的混合励磁式旋转电机10具有如上所述的抑制在轴50中产生的涡流的涡流抑制单元100。即，在混合励磁式旋转电机10中，对轴50设置有抑制涡流的涡流抑制单元100。
涡流抑制单元100被配置在轴50的可流通涡流的位置，具体被配置在轴50的被外侧转子芯体54的第一外侧转子芯体56和第二外侧转子芯体58沿轴向夹持的部位(具体是杯状部件90和杯状部件92嵌合的部位)的附近(斜线区域S1)、与第一以及第二外侧转子芯体56、58的轴向端部在径向内侧对置的部位的附近(斜线区域S2)、以及/或者与第一以及第二外侧转子芯体56、58在径向内侧对置并且位于经过第一以及第二外侧转子芯体56、58的周方向上的相互邻接的转子齿62、66间的中心和轴中心的凸极间中心线L上的部位的附近(斜线区域S3)。
例如，涡流抑制单元100是被设置在轴50的被外侧转子芯体54的第一外侧转子芯体56和第二外侧转子芯体58沿轴向夹持的部位的附近的狭缝102。该狭缝102如图10所示，从轴50的被第一外侧转子芯体56和第二外侧转子芯体58沿轴向夹持的部位的附近的表面向轴中心方向开口并且在该轴向以直线状延伸。此外，上述的狭缝102可以在轴50的周方向设置一处，但优选在轴50的周方向设置多处。
根据上述的狭缝102，与未设置该狭缝102的结构相比，由于在轴50的被第一外侧转子芯体56和第二外侧转子芯体58沿轴向夹持的部位的附近电流沿轴周方向流动时的电阻增大，所以在该部位附近沿轴周方向流动的涡流被抑制。
另外，例如涡流抑制单元100是在轴50的与第一以及第二外侧转子芯体56、58的轴向端部在径向内侧对置的部位的附近设置的孔104。该孔104如图10所示，是从轴50的与第一以及第二外侧转子芯体56、58的轴向端部在径向内侧对置的部位的附近的表面朝向轴中心方向开口的空隙。
此外，上述的孔104也可以在轴50的轴向延伸成直线状，另外，可以分别相对轴50的第一以及第二外侧转子芯体56、58的轴向端部在轴50的周方向设置一处，但优选在轴50的周方向设置多处。另外，为了抑制涡流，优选上述的孔104被设置在轴50的、位于第一以及第二外侧转子芯体56、58的周方向的凸极间中心线L上的部位的附近。
根据上述的孔104，与未设置该孔104的结构相比，由于在轴50的与第一以及第二外侧转子芯体56、58的轴向端部在径向内侧对置的部位的附近电流沿轴周方向流动时的电阻增大，所以在该部位附近沿轴周方向流动的涡流被抑制。
并且，例如涡流抑制单元100是在轴50的与第一以及第二外侧转子芯体56、58在径向内侧对置、且位于经过第一以及第二外侧转子芯体56、58的周方向上的相互邻接的转子齿62、66间的中心和轴中心的凸极间中心线L上的部位的附近设置的树脂106。该树脂106具有比轴50主体的电阻大的电阻。该树脂106如图10所示，被埋设在轴50的上述部位的附近。
此外，上述的树脂106也可以在轴50的轴向延伸成直线状，另外，可以在轴50的周方向设置一处，但优选在轴50的周方向设置多处，也可以按上述的每个凸极间中心线L来设置。
根据上述的树脂106，与未设置该树脂106的结构相比，由于在轴50的与第一以及第二外侧转子芯体56、58在径向内侧对置、且位于第一以及第二外侧转子芯体56、58的周方向上的凸极间中心线L上的部位的附近电流沿轴的轴向流动时的电阻增大，所以在该部位附近沿轴的轴向流动的涡流被抑制。
这样，根据本实施例的混合励磁式旋转电机10的构造，通过在轴50的上述的规定位置设置作为涡流抑制单元100的狭缝102、孔104、以及/或者树脂106，能够抑制在轴50中产生的涡流。
因此，根据本实施例，当DC励磁磁通随着向励磁线圈70供给的包含高次谐波成分的DC励磁电流的变化而变动时，能够降低轴50中的涡流损耗，可提高旋转电机10中的效率。另外，与未设置涡流抑制单元100的结构相比，当向励磁线圈70的DC励磁电流急剧下降为零等时(图11中的时刻t＝t1)，能够见底在励磁线圈70的周围残留的DC励磁磁通，可使反向电动势立即降低(参照图11)。
其中，在上述的实施例中，第一以及第二外侧转子芯体56、58的被永久磁铁64、68励磁的永久磁铁励磁磁极相当于权利要求书所记载的“第一磁极”，未被永久磁铁64、68励磁的永久磁铁非励磁磁极相当于权利要求书记载的“第二磁极”，第一以及第二外侧转子芯体56、58相当于权利要求书所记载的“第一以及第二芯体”，另外，内侧转子芯体80相当于权利要求书所记载的“第三芯体”。
在上述的实施例中，转子12以及轴50在轴向被分割，但本发明并不限于此，也可以分别一体构成。另外，在该变形例中，只要在内侧转子芯体80的轴向两侧设置沿轴向空出的切口孔86、88即可，无需为了插入将轴50的杯状部件90和杯状部件92栓紧固的螺栓98螺而将内侧转子芯体80形成为中空形状，无需使两个切口孔86、88连通。
另外，在上述的实施例中，内侧转子芯体80被固定于轴50的径向内侧面而与转子12一体旋转，但也可以为例如被配置在轴50内的非旋转部件。
另外，在上述的实施例中，作为抑制在轴50中产生的涡流的涡流抑制单元100，使用了在轴50的规定位置从表面朝向轴中心方向开口的狭缝102及孔104、以及埋设在轴50的规定位置的树脂106，但不管在任何位置，只要抑制涡流，便可以是狭缝、孔、以及树脂中的任意一个，另外，只要是具有比轴50主体的电阻大的电阻即可，也可以是狭缝、孔、以及树脂以外的方式。
另外，为了抑制在轴50中产生的涡流，优选将涡流抑制单元100配置在图9所示的斜线区域S1、S2、以及S3的全部，但也可以配置在任意一个以上的区域。
其中，本国际申请基于2012年(平成24年)2月29日申请的日本国专利申请2012－044851号主张优先权，本国际申请引用日本国专利申请2012－044851号的全部内容。
符号说明：10…混合励磁式旋转电机；12…转子；14…定子；24…定子芯体；28…定子线圈；50…轴；52…转子芯体；54…外侧转子芯体；56…第一外侧转子芯体；58…第二外侧转子芯体；60…缝隙；62、66…转子齿；64、68…永久磁铁；70…励磁线圈；72…大径圆筒部；80…内侧转子芯体；84…转子芯体片；86、88…切口孔；90、92…杯状部件；100…涡流抑制单元；102…狭缝；104…孔；106…树脂。

Claims (14)

1.一种混合励磁式旋转电机，其特征在于，具备：
转子，其具有至少向轴向一方侧延伸突出的轴、和第一以及第二芯体，该第一以及第二芯体沿轴向空开缝隙被分割，分别在周方向交替配置被永久磁铁励磁的第一磁极和未被永久磁铁励磁的第二磁极，各自的所述第一磁极的极性相互不同，并且一方的所述第一磁极与另一方的所述第二磁极沿轴向隔着所述缝隙相互对置配置；
定子，其被配置在所述转子的径向外侧并产生使所述转子旋转的旋转磁场；
励磁线圈，其被配置在所述缝隙并对所述第二磁极励磁；以及
第三芯体，其被配置在所述第一芯体、所述第二芯体以及所述励磁线圈的径向内侧，由铁损比所述轴的铁损小的材料形成。
2.根据权利要求1所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述轴形成为中空形状，
所述第一芯体以及所述第二芯体分别被配置在所述轴的径向外侧而被该轴支承，并且，
所述第三芯体被配置在所述轴的径向内侧而被该轴支承。
3.根据权利要求2所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
具备涡流抑制单元，该涡流抑制单元被设置于所述轴，抑制因所述励磁线圈中的磁通变动而在该轴中产生的涡流。
4.根据权利要求3所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述涡流抑制单元被设置在所述轴的被所述第一芯体和所述第二芯体沿轴向夹持的部位的附近、在径向内侧与所述第一芯体以及所述第二芯体的轴向端部对置的部位的附近、以及/或者在径向内侧与所述第一芯体以及所述第二芯体对置并且位于经过所述第一芯体以及所述第二芯体的周方向上的凸极间中心的线上的部位的附近。
5.根据权利要求3或者4所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述涡流抑制单元是对所述轴开设的狭缝或者空隙，或者是由电阻比所述轴的主体大的材料构成的部件。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述第一芯体以及所述第二芯体分别通过沿轴向层叠被绝缘涂覆后的多个电磁钢板而形成，并且，
所述第三芯体通过对被绝缘涂覆后的软磁性体粉末压缩成型而形成。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述第三芯体沿周方向被分割。
8.根据权利要求7所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述第三芯体的周方向上的分割在经过轴中心、和沿周方向交替配置的所有所述第一磁极以及所述第二磁极中的两个以上磁极的各周方向中心的线上进行。
9.根据权利要求7或者8所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述第三芯体沿周方向被等间隔分割，
所述第三芯体的周方向上的分割数是沿周方向交替配置的所述第一磁极以及所述第二磁极的极数或者该极数的约数。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述第三芯体在轴向端部具有孔径从轴向端面到轴向中央变小的切口孔。
11.根据权利要求10所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述切口孔形成为锥状或者阶梯状。
12.根据权利要求10或者11所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
轴向两端部各自的所述切口孔相互连通，
所述第三芯体形成为中空形状。
13.根据权利要求1～12中任意一项所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
所述轴通过沿轴向被二分割的杯状部件相互嵌合而形成。
14.根据权利要求13所述的混合励磁式旋转电机，其特征在于，
沿轴向被二分割的杯状部件的一方支承所述第一芯体且另一方支承所述第二芯体，并且在配置有所述励磁线圈的所述缝隙的径向内侧相互嵌合。
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