CN105308836A - 发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供所谓的伦德尔型发电机，无需复杂的结构，就能够避免在转子铁芯中产生涡电流。发电机包括定子(10)、转动轴(20)、第一及第二转子铁芯(30A、30B)、转子线圈(40)。转子铁芯(30A、30B)具备基部(32)和从该基部(32)沿着轴向延伸的多个转子磁极部(34)，在转子铁芯(30A、30B)的内侧设置有转子线圈(40)。转子铁芯(30A、30B)由在轴向上彼此层叠的多块单位板(60)形成。各单位板(60)一体地具备彼此层叠而形成基部(32)的基板部(62)、以及彼此层叠而形成各转子磁极部(34)的多块磁极板部(64)。

Description

发电机

技术领域

本发明涉及被用作汽车的交流发电机等的伦德尔型发电机。

背景技术

以往，作为被用作汽车的交流发电机等的发电机，已知有所谓的伦德尔型发电机(专利文献1及专利文献2)。

图12及图13表示该伦德尔型发电机的一例。其中所示的伦德尔型发电机包括大致中空圆筒形的定子110、与该定子110同轴地设置在该定子110内侧的转动轴120、第一及第二转子铁芯121和122、转子线圈(励磁线圈)124、前盖130以及作为中空圆筒状的框体的后盖140。

所述定子110具备磁芯112和定子线圈(statorcoil)114。磁芯112从所述外壳130的内侧面的多个位置向内延伸而配置，所述定子线圈114卷绕在各磁芯112的周围。所述磁芯112通常由在轴向上彼此层叠的多块无方向性电磁钢板(或硅钢板)构成，各电磁钢板具有0.5mm以下的厚度。

所述转动轴120以与定子110同轴且能相对于定子110转动的方式被支承在固定于前盖130及后盖140的轴承上。所述各转子铁芯121、122分别通过热套配合(shrinkfit)等方式固定到所述转动轴120的外周面上，且包含环形板状的基部126和从该基部126沿着轴向突出的多个爪状磁极(被称为爪极)128。两个转子铁芯121、122被配置成使所述转子铁芯121的磁极128与所述转子铁芯122的磁极128彼此朝向相反侧，且使该转子铁芯121的磁极128与该转子铁芯122的磁极128沿着周向交替地排列，也就是，使所述转子铁芯121的磁极128与所述转子铁芯122的磁极128呈梳齿状地彼此啮合。所述转子线圈124被配置在所述转动轴120与所述各爪状磁极128之间，通过通电而使所述转子铁芯121、122的各爪状磁极128产生磁通。

所述转子线圈124经由设置于所述转动轴120的中空孔或侧槽，另外如图14所示，通过设置于转动轴120端部的滑环及刷129而连接于外部的电源150，并接收由该电源150提供的励磁电流。由此，转子线圈124使彼此呈梳齿状地配置的两个转子铁芯121、122的爪状磁极128交替地励磁成N极和S极。通过上述方式被励磁的爪状磁极128转动而使N极和S极交替地转换，从而贯穿定子线圈114内侧的磁通线发生交流性的变化，由此在构成该定子线圈114的导体中产生电位差，向连接于外部的负载提供电流。这就是伦德尔型交流发电机的原理。

如上所述的伦德尔型发电机的梳齿状转子磁极128利用配置在其内侧的转子线圈124的励磁来调整磁场磁动势，从而能够容易地进行与转动速度及转动输出对应的磁通调整，因此至今为止，伦德尔型发电机广泛被应用于汽车用发电机。对于此种小型发电机而言，各梳齿状(爪状)磁极(爪极)128通常作为由磁体金属块通过锻造加工(或在特殊并极少数的情况下，通过切削加工)而成形的单一部件，与基部126形成为一体。即，各转子铁芯121、122通常由大块(bulk)的磁性铁块构成(参照专利文献2)。

如上所述的具备块状的转子铁芯121、122的以往的伦德尔型发电机在某种使用状态下会产生涡电流而导致巨大的能量损失，因此存在用途显著受到限制的问题。例如，在将如图12及图13所示的以往的伦德尔型发电机应用于大型发电机或混合动力车、电动汽车等被要求高输出、高效率的产品领域的情况下，由于包含谐波的巨大的交流电流流入定子线圈114，由该定子线圈114形成的退磁场磁通线有可能会侵入转子铁芯121、122的块状磁极128，在该磁极128的表面及表面层下生成涡电流，由此产生显著的能量损失。

另外，近年来，对于小型车而言，被称为μ-HV的小型轻量、油耗效率高的经济型汽车的需求也高涨，为了使其轻量化，正在研究将专用于发电的交流发电机暂且兼用作启动电动机或再生制动器(regenerativebrake)，但在将如图12及图13所示的伦德尔型发电机用作该交流发电机的情况下，也会造成交流或脉冲电流从外部流入定子线圈114，由此，交流磁通线侵入转子铁芯121、122的磁极128。由于构成这些转子铁芯的磁极128的商用纯铁等磁体块的导磁率和导电率均高，因此在该磁极128的内部产生涡电流而产生大量的(热)损失，致使效率显著降低。

作为抑制产生如上所述的涡电流的手段，已知由包含多块电磁钢板等的层叠体来构成转子磁极，但构成所述伦德尔型发电机的多个转子磁极具有复杂的形状，即该多个转子磁极一体地连接于它们所共享的转子铁芯的基部，并从该基部沿着轴向呈梳齿状地突出(所谓的爪极)，因此，难以直接将以往的由电磁钢板等构成的层叠结构应用于该转子磁极。关于这点，在专利文献1中公开了将转子磁极分割成多个零件，并由平坦的电磁钢板的层叠结构来构成各零件，但该结构具备固定连接各磁极的螺栓等，结构极其复杂，零件数多，也难以组装。而且，无法避免因彼此层叠的电磁钢板的接合面之间产生的空隙或固定连接件等非磁性插入物的使用而导致的有效磁阻的降低。因此，该结构缺乏实用性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际专利公开公报WO2011/040247号

专利文献2：日本专利公开公报特开2011-120419号

发明内容

本发明的目的在于提供所谓的伦德尔型发电机，不具备复杂的结构而能够避免在转子铁芯中产生涡电流。

本发明提供的发电机包括：定子，具备多个定子铁芯及卷绕于该定子铁芯的定子线圈，所述多个定子铁芯分别包含定子磁极，且以包围内侧空间的方式沿着周向排列；转动轴，以能相对于所述定子转动的方式配置于该定子的内侧，且在轴向的至少一部分的区域具备由磁性材料制成的磁性外周部；第一转子铁芯及第二转子铁芯，以在所述定子的内侧与所述转动轴一起转动的方式，配置于所述磁性外周部的周围，各转子铁芯具备基部和多个转子磁极部，所述基部配置于所述磁性外周部的周围，所述多个转子磁极部从在所述基部的外周上沿周向排列的多个位置起，沿着所述转动轴的轴向延伸，且与所述定子磁极相向而能够与该定子磁极磁耦合，其中，所述第一转子铁芯的转子磁极部和所述第二转子铁芯的转子磁极部沿着转动周向交替地排列配置；以及转子线圈，设置于所述第一及第二转子铁芯分别的转子磁极部的径向内侧，使所述各转子铁芯及所述定子铁芯内产生磁通。所述第一及第二转子铁芯由在彼此电绝缘的状态下沿着所述转动轴的轴向层叠的多块单位板形成。各单位板由用磁性材料制成的单一的薄板形成，且一体地具备基板部和多块磁极板部，所述基板部在中央具有贯穿孔，该基板部在所述转动轴插通于该贯穿孔的状态下配置于该转动轴的磁性外周部的周围，所述多块磁极板部从在该基板部的外周上沿其周向排列的多个位置起，以向径向外侧倾斜的方式沿着所述转动轴的轴向延伸。所述各基板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的基部，所述各磁极板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的伦德尔型发电机的主要部分的剖面正视图。

图2是表示所述伦德尔型发电机的主要部分的局部剖面正视图。

图3是表示所述伦德尔型发电机的第一及第二转子铁芯以及转子线圈的立体图。

图4A是表示用于形成各单位板的原板的立体图，所述各单位板用于形成所述各转子铁芯。

图4B是从基部侧观察所述单位板的立体图。

图4C是从转子磁极部侧观察所述单位板的立体图。

图5是表示各种材料的转动频率与集肤深度(skindepth)的关系的图表。

图6A是表示所述各单位板的锥形面周缘部的内侧端与转动轴的磁性圆筒的外周面的关系的例子的剖视图。

图6B是表示所述各单位板的锥形面周缘部的内侧端与转动轴的磁性圆筒的外周面的关系的例子的剖视图。

图7是表示所述转子磁极部的外周部分的变形例的剖面侧视图。

图8是表示所述变形例的局部剖面正视图。

图9是表示本发明的第二实施方式所涉及的伦德尔型发电机的主要部分的剖面侧视图。

图10是表示所述第二实施方式所涉及的伦德尔型发电机的主要部分的剖面正视图。

图11是形成所述第二实施方式所涉及的第一及第二转子铁芯的单位板的俯视图。

图12是表示以往的伦德尔型发电机的例子的剖面立体图。

图13是图12所示的伦德尔型发电机的转动部分的立体图。

图14是表示图12所示的伦德尔型发电机的转子线圈的配线的侧视图。

具体实施方式

参照图1至图8对本发明的第一实施方式进行说明。此处所示的发电机适合于也可兼用作电动机的伦德尔型交流发电机，但本发明所涉及的发电机不限于此，例如也可广泛地应用于发电专用的发电机、可兼用作再生制动器的发电机等。

图1及图2表示所述第一实施方式所涉及的伦德尔型发电机。该发电机的主要构成要素包括定子10、转动轴20、第一及第二转子铁芯30A和30B、转子线圈40以及一并收容这些构成要素的中空圆筒状的外壳50。

所述定子10具备：包含定子磁极的多个定子铁芯(statorcore)12；以及卷绕于各定子铁芯12的定子线圈14。各定子铁芯12例如由在发电机的轴向(与后述的转动轴20平行的方向)上彼此层叠的多块电磁钢板形成，且在所述外壳50的内周面上以包围内侧空间的方式沿着周向排列配置。

所述转动轴20以能相对于所述定子10转动的方式配置于该定子10的内侧，具备主体轴22和磁性圆筒体24。所述主体轴22具备图中未示出的两端部。这些端部以可转动(能相对于定子10相对地转动)的方式被支承在轴承，该轴承设置在所述外壳50或设置在固定于外壳50的盖体。所述磁性圆筒体24由能够形成所需磁路的磁性材料制成，并在所述主体轴22的轴向的至少一部分区域(在该实施方式中为除了两端部以外的区域)中，嵌合固定于该主体轴22的外侧。即，该磁性圆筒体24形成转动轴20的磁性外周部。在该实施方式中，在所述磁性圆筒体24的两外侧分别配设有按压用夹具26及固定用螺母28。各固定用螺母28与形成于主体轴22的图中未示出的公螺纹相啮合，该各固定用螺母28通过向中央一侧被拧紧，从轴向的两外侧隔着所述按压用夹具26夹住所述磁性圆筒体24。

本发明所涉及的转动轴只要在其轴向的适当区域具备磁性外周部即可，未必限定于如上所述的包含磁性圆筒体24的转动轴。例如，在不要求转动轴具有高强度的情况下，该转动轴也可整体上由磁性材料构成，或者也可在主体轴的表面形成构成磁性外周部的磁性覆盖膜。

所述第一及第二转子铁芯30A、30B以在所述定子10的内侧与所述转动轴20一起转动的方式，配置于所述磁性圆筒体24的周围。各转子铁芯30A、30B具备基部32和多个转子磁极部34。基部32配置于所述磁性圆筒体24的周围，各转子磁极部34从在所述基部32的外周上沿周向排列的多个位置起，沿着所述转动轴20的轴向延伸。这些转子磁极部34从所述定子10的定子磁极的径向内侧与该定子磁极相向，从而可与该定子磁极磁耦合。

所述两个转子铁芯30A、30B被配置成使该第一转子铁芯30A的转子磁极部34和该第二转子铁芯30B的转子磁极部34沿着转动周向交替地排列。即，两个转子铁芯30A、30B沿着转动轴20相向配置，以使转子铁芯30A的梳齿状磁极部34与转子铁芯30B的梳齿状磁极部34彼此啮合。

所述转子线圈(励磁线圈)40被设置成在轴向上位于两个转子铁芯30A、30B之间，且在径向上位于各转子铁芯30A、30B的转子磁极部34的内侧。所述转子线圈40接收被提供的电流而使所述各转子铁芯30A、30B及所述定子铁芯的内部产生磁通。具体而言，将转子铁芯30A、30B中的一方的转子磁极部34成为N极，将另一方的转子磁极部34成为S极，形成按照N极→定子铁芯→S极→磁性圆筒体24循环的磁路。这样，交替地励磁成N极与S极的转子磁极部34沿着该转子磁极部34的排列方向(即周向)相对于定子10相对地转动，从而使该定子10的定子线圈14产生电动势。

该发电机的特征在于，如图3所示，所述各转子铁芯30A、30B由沿着所述转动轴20的轴向彼此层叠的多块单位板60形成。各单位板60由磁性材料制成，如图4A至图4C所示，由单一的薄板形成。这些单位板60也可以为彼此相同的形状，由此，转子铁芯30A、30B的生产效率会显著提高。

所述各单位板60的基板部62呈在中央具有贯穿孔63的环形板状，该基板部62在所述转动轴20插通于该贯穿孔63的状态下，配置于该转动轴20的磁性外周部即磁性圆筒体24的周围。所述各磁极板部64从在所述基板部62的外周上沿其周向排列的多个位置起，以向径向外侧倾斜的方式沿着所述转动轴20的轴向延伸。各磁极板部64向外倾斜的角度只要是可让这些磁极板部64以图1所示的方式彼此在轴向上层叠的角度即可，具体的角度可根据规格来自由地设定。

所述各基板部62在彼此电绝缘的状态下在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯30A、30B的基部32，所述各磁极板部64在彼此电绝缘的状态下在所述轴向上层叠，从而形成所述第一及第二转子铁芯30A、30B的各转子磁极部34。形成所述各转子铁芯30A、30B的单位板60例如可通过浸渍于适当的树脂而彼此一体化。另外，优选的是，在各单位板60的两侧面中的至少一个侧面及端面形成绝缘覆盖膜。

此外，在图1及图3中，为了方便起见，各单位板60的厚度显示得比实际厚度更大，但如下所述，各单位板60的实际厚度微小，因此，由块数比图中示出的块数更多(例如20块至数十块)的单位板60形成各转子铁芯30A、30B。

具体而言，优选的是，各单位板60的厚度为对应于磁极频率f和转子铁芯的材质(导电率及导磁率)的集肤深度值以下、且对应于该磁极频率10倍的频率的集肤深度值以上的值，其中，所述磁极频率f是将各转子铁芯30A、30B的转子磁极部34的个数(在图2、图3及图4A至图4C所示的例子中为5个)乘以发电机的转动频率(额定转动频率)所得的频率。所述集肤深度δ(m)是电磁波从样本表面侵入至1/e左右的深度，若将电阻率设为ρ(Ω/m)，将导磁率设为μ(H/m)，则可由下式算出所述集肤深度δ(m)。

δ＝[ρ/(π·f·μ)]1/2

根据上述关系，如图5所示，对于各种材料，可唯一地确定上述频率f(kHz)与集肤深度δ(mm)的关系。因此，可以根据该关系来确定对应于该频率f的集肤深度δ及适当的单位板60的厚度。

例如，若发电机的驱动频率(一般为额定频率)的频带为包含谐波的50Hz≤f≤1kHz，且各单位板60由纯铁系材料形成，则可在0.1mm≤t≤0.5mm的范围内设定各单位板60的适当的厚度t。即，上限为500μm左右，考虑到易加工性，优选的是设定为300μm以下，更优选的是设定为100μm以下。然而，因为压延加工的厚度精度存在极限，所以较为现实的是设定为30μm以上。通过使这种板厚小的单位板60彼此层叠，能够有效地抑制涡电流的产生。

所述各单位板60的磁极板部64的顶端65由于所述各单位板60的轴向的层叠，以沿着所述定子10的定子磁极的内侧面即定子磁极面并排的方式排列，由此可形成与该定子磁极面相向的转子磁极面。该转子磁极面允许磁通顺利地从定子磁极面进入该转子磁极面，有效地抑制涡电流的产生。

另一方面，所述各单位板60的基板部62中包围所述贯穿孔63的部分形成内侧周缘部66，该内侧周缘部66以向径向内侧倾斜的方式向与所述磁极板部64相同的一侧延伸，这些内侧周缘部66也在轴向上彼此层叠。单位板60的层叠状态因这些内侧周缘部66的层叠而更稳定。另外，例如与各内侧周缘部66正交于转动轴的情况相比，该各内侧周缘部66的倾斜能够增加周缘部与转动轴的相向面积，由此能够减小磁阻。

而且，在此情况下，可以将所述内侧周缘部66的顶端的直径设定为可让转动轴20压入所述各内侧周缘部66的内侧的直径，也就是，让该内侧周缘部66的顶端紧贴所述转动轴20的磁性外周部即磁性圆筒体24的外周面。通过该紧贴可进一步减小磁阻，并且使第一及第二转子铁芯相对于转动轴的位置稳定。此处所谓的紧贴也可并非为严格意义上的紧贴。例如，如图6A所示，实际上即使内侧周缘部66的顶端与磁性圆筒体24的外周面之间存在间隙，只要该间隙微小，则仍能够减小磁阻。而且，如图6B所示，配合各内侧周缘部66的排列，在所述磁性圆筒体24的外周面形成阶部24a，由此能够进一步减小磁阻。

另一方面，在所述各按压用夹具26的外周面26a形成有对应于所述内侧周缘部66的锥形面。这使得该按压用夹具26能够从轴向两外侧约束转子铁芯30A、30B。

在该发电机(所谓的伦德尔型发电机)中，第一及第二转子铁芯30A、30B由在轴向上彼此层叠的多块单位板60形成，因此，除了能够有效地抑制在该转子铁芯30A、30B产生涡电流以外，还无需复杂的固定连接结构或多个组装用零件，就能够容易地形成具有优异的涡电流防止特性的转子铁芯30A、30B。

例如，可以按照以下的顺序来高效地制造该发电机。

1)各单位板60的成形

准备原板，对该原板进行弯曲加工(例如压制锻造)，就能容易地成形所述各单位板60，所述原板是由磁性材料制成的单一的平板，包含所述基板部62及所述各磁极板部64。

例如图4A所示的原板70一体地具备相当于基板部62的位于中央的圆形部分72、以及相当于各磁极板部64的多个花瓣状的部分74，该多个花瓣状的部分74从所述部分62'呈放射状地延伸。在所述圆形部分72的中央形成有圆形的贯穿孔73。该圆形部分72中的包围所述贯穿孔73的部分即周缘部76在周向上被放射状的切口78分割。能够由通常的板材容易地冲压出该原板70。接着，以使该原板70的花瓣状部分74及被分割的贯穿孔周缘部76向同一侧弯曲的方式，对该原板70进行压制锻造，从而能够成形如图4B及图4B所示的杯状的单位板60。在该单位板60中，所述圆形部分72、所述各花瓣状部分74及被分割的周缘部76分别形成基板部62、各磁极板部64及内侧周缘部66。

对于各单位板60的材质而言，优选的是，采用具有优异的磁特性(饱和磁通密度、导磁率)和锻造加工性且能够比电磁钢板更廉价地获取的材料，即工业上有利的材料。一般而言，纯铁系材料较佳。具体而言，优选的是，采用对于磁特性有害的杂质元素即C、P、S的杂质浓度为碳(C)300ppm以下、磷(P)300ppm以下、硫(S)300ppm以下的纯铁系合金，且该纯铁系合金的两侧面中的至少一个面及切断端面被绝缘覆盖膜覆盖。而且，C优选为200ppm以下，更优选为100ppm以下，P优选为200ppm以下，更优选为150ppm以下。在制钢过程中对于脱氧有效果的元素Al是对于N的固定有效果且为控制夹杂物的形态所必需的元素，因此，不可避免地含有元素Al，但优选的是，该元素Al的量为Al：0.03％以下(不包含0％)。此外，可在不影响本发明的作用的范围内添加如后所述的允许成分。另一方面，Ca、REM(＝镧系元素(La到Ln这15个元素))、Mg、Li、Pb、Bi之类的元素均使硫化(S)化合物系夹杂物等球状化，具有使冷加工性、冲压加工性、切削性、耐疲劳特性的降低减小的效果。

优选的是，所述杂质元素的总量为0.05％以下(不包含0％)。Cr、Cu、Sn、Ni、Mo、Nb、V、B、N元素也是具有使钢的可变形性提高的作用的元素，但因为会使磁特性降低，所以优选的是，这些杂质元素的总量并非为0.05％以下。

关于磁特性，优选的是采用励磁磁场10000A/m下的磁通密度为1.5T以上的纯铁或铁合金。以下，列举优选的成分组成(但绝缘覆盖膜除外)的例子。

A.对于磁特性有害的杂质元素即C、P、S、Al的浓度分别为C：0.03％以下、P：0.03％以下、S：0.03％、Al：0.03％以下，且余量由铁和不可避免的杂质构成。

B.对于磁特性有害的杂质元素即C、P、S、Al的浓度分别为C：0.03％以下、P：0.03％以下、S：0.03％、Al：0.03％以下，Mn的浓度为0.10至0.50，且余量由铁和不可避免的杂质构成。

C.对于磁特性有害的杂质元素即C、P、S、Al的浓度分别为C：0.03％以下、P：0.03％以下、S：0.03％、Al：0.03％以下，Mn的浓度为0.10％至0.50％，Si的浓度为0.05％至2.0％，且余量由铁和不可避免的杂质构成。

而且，在用作单位板60的薄板材为通过冷轧制造的薄板材的情况下，无法直接获得所期望的磁特性，因此，进行将该薄板材加热至能恢复磁特性的温度(一般为850℃以上)的所谓的磁退火为宜。该磁退火通过使晶粒生长来提高饱和磁通密度等磁特性。对于晶粒尺寸而言，优选的是，平均晶粒直径为100μm以上，由此可获得优异的磁特性。

2)各单位板60的成形

通过在轴向上层叠规定块数的单位板60来分别形成第一及第二转子铁芯30A、30B。此时，各单位板60的基板部62在轴向上彼此层叠而形成各转子铁芯30A、30B的基部32，各磁极板部64在轴向上彼此层叠而形成各转子磁极部34。另外，各单位板60的内侧周缘部66也在轴向上彼此层叠，由此使整个单位板60的层叠状态稳定。随着该层叠，花瓣状的各磁极板部64的顶端65沿着轴向排列而形成转子磁极面。该转子磁极面是，通过在后段使转子插入外壳50内，能够以平行于定子磁极面的姿势而与该定子磁极面相向的面。

在这些单位板60的层叠状态下，相互邻接的磁极板部64彼此接触或靠近，并且相互邻接的内侧周缘部66彼此接触或靠近，而在基板部62中位于比内侧周缘部66更靠径向外侧的部位之间留有轴向的间隙，所述磁极板部64向径向外侧倾斜的角度越小，则该间隙越大。在此情况下，为了堵塞该间隙而使由磁性材料制成的磁性环状体36位于该基板部62之间，由此能够有效地利用该间隙来减小转子铁芯30A、30B内的磁阻。

在以上述方式完成了层叠后，优选的是，通过使单位板60浸渍于适当的树脂等的方式将单位板60彼此一体化，即进行各转子铁芯30A、30B。通过该一体化，接下来的组装步骤变得极其容易。

3)转子的组装及插入

在以上述方式形成的两个转子铁芯30A、30B之间夹住转子线圈40，并使该转子铁芯30A、30B相向配置，在此状态下，让由主体轴22及磁性圆筒体24构成的转动轴20插通于该铁芯30A、30B的中央的贯穿孔。由此，在该转动轴20的周围配置两个转子铁芯30A、30B及转子线圈40。

该转子线圈40配置于形成各转子铁芯30A、30B的单位板60中最内侧的单位板60的磁极板部64与内侧周缘部66之间。另一方面，优选的是，如图1所示的内侧衬垫81及外侧衬垫82分别位于该转子线圈40的内侧面与内侧周缘部66之间(换言之，转子线圈40与转动轴20之间)及该转子线圈40的外侧面与所述磁极板部64之间。所述衬垫81、82均呈包围转动轴20的环状。内侧衬垫81的内侧面具有第一锥形面81a及第二锥形面81b，该第一锥形面81a及第二锥形面81b分别对应于形成两个转子铁芯30A、30B的单位板60的内侧周缘部66而倾斜。外侧衬垫82的外周面包含第一锥形面82a和第二锥形面82b，所述第一锥形面82a对应于第一转子铁芯30A的单位板60的磁极板部64而倾斜，所述第二锥形面82b对应于第二转子铁芯30B的单位板60的磁极板部64，这些锥形面82a、82b在周向上交替地排列。两个衬垫81、82能使转子线圈40的位置稳定，并且还能使两个转子铁芯30A、30B的轴向的位置稳定。

这样，在转动轴20的周围配置了两个转子铁芯30A、30B及转子线圈40之后，将按压用夹具26安装于主体轴22的轴向两端部，然后将固定用螺母28安装于该按压用夹具26的两外侧。接着，通过紧固该固定用螺母28，在两个按压用夹具26之间夹住磁性圆筒体24，并在中央夹住转子线圈40及两个衬垫81、82的状态下，从轴向的两外侧约束两个转子铁芯30A、30B。

通过将以上述方式组装而成的整个转子插入外壳50内的定子10的内侧，完成发电机的制造。

本发明并不限定于以上所说明的实施方式。例如，也可以根据规格而适当地省略所述磁性环状体36或衬垫81、82，还可以进行适当的变更、改善。

例如，关于所述各磁极板部64的顶端，如图7所示，也可以将该顶端弯折来形成朝向所述定子磁极面而向径向外侧突出的凸缘部67。这些凸缘部67使磁通线从转子磁极部34向定子磁极的贯穿变得顺利，由此能够进一步提高发电性能或电动性能，并且进一步抑制涡电流。

而且，更为优选的是，如图7及图8所示，将环状的约束部件84至少安装于形成所述各转子铁芯30A、30B的单位板60中位于轴向最外侧(图7中的最左侧)的外侧单位板。该约束部件84由高强度材料制成，并以跨在所述外侧单位板的各磁极板部64的方式被安装，从而阻止这些磁极板部64因离心力而向径向外侧扩张。该约束部件84通过简单的结构，就能有效地抑制所述各磁极板部因离心力而引起的变形。

下面，参照图9至图11对本发明的第二实施方式进行说明。

上述第一实施方式所涉及的转子铁芯30A、30B具备单一的基部32和连接于该基部32的多个转子磁极部34，而第二实施方式所涉及的转子铁芯30A、30B具备沿着周向被分割的多个分割基部32'、以及从各分割基部32'沿着轴向延伸的多个转子磁极部34。换言之，各转子铁芯30A、30B由沿着周向被分割的多个分割体30'形成，各分割体30'由单一的分割基部32'和连接于该分割基部32'的单一的转子磁极部34形成。

在该第二实施方式中，所述各转子铁芯30A、30B的各分割体30'也可以由彼此层叠的多块单位板90形成。各单位板90与上述第一实施方式所涉及的单位板60同样地，由用磁性材料制成的单一的板材形成，且一体地具备分割基板部92和磁极板部94，该磁极板部94从该分割基板部92的外侧端部起，以向径向外侧倾斜的方式沿着轴向延伸。而且，优选的是，所述分割基板部92的内侧部分形成内侧周缘部96，该内侧周缘部96以向径向内侧倾斜的方式在轴向上朝向与所述磁极板部64相同的一侧延伸。

与所述单位板60同样地，通过对例如图11所示的平坦的原板90'进行弯曲加工，就能形成各单位板90。原板90'一体地具备相当于分割基板部92的第一部分92'和相当于所述磁极板部94的第二部分94'，第一部分92'中的与第二部分94'相反侧的端部96'相当于内侧周缘部96。因此，通过压制锻造等对该原板90'的所述第二部分94'及所述端部96'进行弯曲加工，能够形成所述单位板90。

所述各单位板90中，各分割基板部92在轴向上彼此层叠，由此形成各分割体30'的分割基部32'，各磁极板部94彼此层叠，由此形成各分割体30'的转子磁极部34，随着这些部分的层叠，所述内侧周缘部96也在轴向上彼此层叠。接着，例如通过使该层叠的单位板90浸渍于树脂中而一体化，由此制成用于形成各转子铁芯30A、30B的多个分割体30'。在层叠时，与上述第一实施方式同样地，优选的是，将由磁性材料制成的分割环状体36'插设在各分割基部32'之间。

通过将以上述方式制成的分割体30'排列于转动轴20的周围并固定，形成各转子铁芯30A、30B。其中，固定手段并无特别限定。例如，优选的是，在转动轴20的外周面(图中的磁性圆筒体24的外周面)形成能够供各单位板90的内侧周缘部96插入的槽。另外，优选的是，沿着周向彼此邻接的分割体30'之间设置由非磁性材料制成的衬垫。该衬垫例如也可以与安装于转动轴20的两端部的按压用夹具26或内侧衬垫81一体地形成。

如上所述，本发明提供所谓的伦德尔型发电机，无需复杂的结构，就能够避免在转子铁芯中产生涡电流。该发电机包括：定子，具备多个定子铁芯及卷绕于该定子铁芯的定子线圈，所述多个定子铁芯分别包含定子磁极，且以包围内侧空间的方式沿着周向排列；转动轴，以能相对于所述定子转动的方式配置于该定子的内侧，且在轴向的至少一部分的区域具备由磁性材料制成的磁性外周部；第一转子铁芯及第二转子铁芯，以在所述定子的内侧与所述转动轴一起转动的方式，配置于所述磁性外周部的周围，该第一转子铁芯及第二转子铁芯分别具备基部和多个转子磁极部，所述基部配置于所述磁性外周部的周围，所述多个转子磁极部从在所述基部的外周上沿周向排列的多个位置起，沿着所述转动轴的轴向延伸，且与所述定子磁极相向而能够与该定子磁极磁耦合，其中，所述第一转子铁芯的转子磁极部和所述第二转子铁芯的转子磁极部沿着转动周向交替地排列配置；以及转子线圈，设置于所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部的径向内侧，使所述各转子铁芯及所述定子铁芯内产生磁通。所述第一及第二转子铁芯分别由在彼此电绝缘的状态下沿着所述转动轴的轴向层叠的多块单位板形成。各单位板由用磁性材料制成的单一的薄板形成，且一体地具备基板部和多块磁极板部，所述基板部在中央具有贯穿孔，该基板部在所述转动轴插通于该贯穿孔的状态下配置于该转动轴的磁性外周部的周围，所述多块磁极板部从在该基板部的外周上沿其周向排列的多个位置起，以向径向外侧倾斜的方式沿着所述转动轴的轴向延伸。所述各基板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的基部，所述各磁极板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部。

在该发电机中，第一及第二转子铁芯由在轴向上彼此层叠的多块单位板形成，因此，与像以往那样由单一的铁块形成各转子铁芯的情况相比，可有效抑制在该转子铁芯中产生涡电流。而且，所述各单位板以一体地具备基板部及多块磁极板部的方式，由用磁性材料制成的单一的薄板形成，各基板部及各磁极板部分别在轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的基部及转子磁极部，因此，无需复杂的固定连接结构或多个组装用零件，就可构建具有优异的涡电流防止特性的转子铁芯。

而且，在本发明中，可使所述各单位板具有相同的形状，由此，各转子铁芯的生产效率显著提高。

另外，在该发电机中，通过所述各单位板的轴向的层叠，所述各单位板的磁极板部的顶端可以以沿着作为所述定子磁极的内侧面的定子磁极面并排的方式排列，形成与该定子磁极面相向的转子磁极面。此种转子磁极面允许磁通顺利地从定子磁极面进入，并且有效地抑制涡电流的产生。

而且，如果所述各磁极板部的顶端形成朝向所述定子磁极面而向径向外侧突出的凸缘部，则磁通的流动变得更顺利。

另一方面，更为优选的是，所述各单位板的基板部中包围所述贯穿孔的部分形成内侧周缘部，该内侧周缘部以向径向内侧倾斜的方式向与所述磁极板部相同的一侧延伸，各该内侧周缘部在轴向上彼此层叠。通过这些内侧周缘部的层叠，可使单位板的层叠状态更加稳定。另外，例如与所述周缘部正交于转动轴的情况相比，各内侧周缘部的倾斜能够增加周缘部与转动轴的相向面积，由此能够减小磁阻。

而且，在此情况下，通过将所述内侧周缘部的顶端的直径设定为使所述各内侧周缘部的顶端紧贴所述转动轴的磁性外周部的外周面，能够进一步减小该内侧周缘部与该磁性外周部之间的磁阻，并且还能够使第一及第二转子铁芯相对于转动轴的位置稳定。

通过对由磁性材料制成的单一的平板进行弯曲加工(例如压制锻造)，就能够容易地成形本发明所涉及的各单位板，其中，该单一的平板包含所述基板部及所述各磁极板部的原板。

优选的是，各单位板是磁退火后的单位板，以便发挥优异的磁特性。具体而言，各单位板是具有单相铁氧体的金属组织的薄铁板，为了使平均晶粒直径达到100μm以上而在850℃以上的温度下进行退火为宜。

优选的是，所述各单位板的两侧面中的至少一个侧面和端面被绝缘覆盖膜覆盖。另外，对于各单位板的具体材质而言，优选采用磁特性良好的材质，具体而言，优选采用励磁磁场10000A/m下的磁通密度为1.5T以上的纯铁或铁合金。例如，采用具有满足以下任一个条件的成分组成(但绝缘覆盖膜除外)的铁系材料。

A.对于磁特性有害的杂质元素即C、P、S、Al的浓度分别为C：0.03％以下、P：0.03％以下、S：0.03％、Al：0.03％以下，且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成。

B.对于磁特性有害的杂质元素即C、P、S、Al的浓度分别为C：0.03％以下、P：0.03％以下、S：0.03％、Al：0.03％以下，Mn的浓度为0.10至0.50，且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成。

C.对于磁特性有害的杂质元素即C、P、S、Al的浓度分别为C：0.03％以下、P：0.03％以下、S：0.03％、Al：0.03％以下，Mn的浓度为0.10％至0.50％，Si的浓度为0.05％至2.0％，且剩余部分由铁及不可避免的杂质构成。

优选的是，各单位板的板厚为对应于磁极频率和上述转子铁芯的材质(导电率及导磁率)的集肤深度值以下、且对应于所述磁极频率10倍的频率的集肤深度值以上的值，所述磁极频率是将各转子铁芯的转子磁极部的个数乘以发电机的转动频率(额定转动频率)所得的频率。通过使这种板厚小的单位板彼此层叠，可更有效地抑制涡电流的产生。

优选的是，所述转动轴例如包含主体轴和磁性圆筒体，所述磁性圆筒体由磁性材料形成，并在所述主体轴的轴向的至少一部分的区域配置于所述主体轴的周围，以形成所述磁性外周部。

另外，优选的是，本发明所涉及的发电机还包括分别由非磁性绝缘材料形成的外侧衬垫及内侧衬垫，所述外侧衬垫位于所述各转子铁芯的转子磁极部与所述转子线圈之间，所述内侧衬垫位于所述转子线圈与所述转动轴之间。这些衬垫能够使转子线圈及各转子磁极部相对于转动轴的位置稳定。

在此情况下，优选的是，本发明所涉及的发电机还包括环状的约束部件，该环状的约束部件以跨在所述各磁极板部的方式被安装，以便阻止至少外侧单位板的各磁极板部因离心力而向径向外侧扩张，所述外侧单位板是形成所述各转子铁芯的单位板中位于轴向最外侧的单位板。该约束部件通过简单的结构，就能有效地抑制所述各磁极板部因离心力而引起的变形。

另外，优选的是，所述各转子铁芯还具备磁性环状体，该磁性环状体由磁性材料形成，且位于彼此邻接的单位板的基板部之间。由于存在该磁性环状体，能够有效地利用因单位板彼此层叠而在基板部之间形成的轴向的间隙，减小转子铁芯内的磁阻。

在本发明中，所述第一及第二转子铁芯的基部也可以是按转子磁极部沿着周向被分割的结构。即，各转子铁芯也可以分别具备多个分割基部和多个转子磁极部，所述多个分割基部以沿着周向彼此排列的方式配置于所述磁性外周部的周围，所述多个转子磁极部从各基部的外侧端部起沿着所述转动轴的轴向延伸，且与所述定子磁极相向而能够与该定子磁极磁耦合。在此情况下，该第一及第二转子铁芯也由在彼此电绝缘的状态下层叠的多块单位板形成，该多块单位板由用磁性材料制成的单一的薄板形成。在此情况下的各单位板也可以一体地具备分割基板部和多块磁极板部，所述分割基板部配置于所述转动轴的磁性外周部的周围，所述多块磁极板部从该分割基板部的外侧端部起，以向径向外侧倾斜的方式沿着所述转动轴的轴向延伸，所述各分割基板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的分割基部，所述各磁极板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部。

Claims (15)

1.一种发电机，其特征在于包括：

定子，具备多个定子铁芯及卷绕于该定子铁芯的定子线圈，所述多个定子铁芯分别包含定子磁极，且以包围内侧空间的方式沿着周向排列；

转动轴，以能相对于所述定子转动的方式配置于该定子的内侧，且在轴向的至少一部分的区域具备由磁性材料制成的磁性外周部；

第一转子铁芯及第二转子铁芯，以在所述定子的内侧与所述转动轴一起转动的方式，配置于所述磁性外周部的周围，所述第一转子铁芯及所述第二转子铁芯分别具备基部和多个转子磁极部，所述基部配置于所述磁性外周部的周围，所述多个转子磁极部从在所述基部的外周上沿周向排列的多个位置起，沿着所述转动轴的轴向延伸，且与所述定子磁极相向而能够与该定子磁极磁耦合，其中，所述第一转子铁芯的转子磁极部和所述第二转子铁芯的转子磁极部沿着转动周向交替地排列配置；以及

转子线圈，设置于所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部的径向内侧，使所述各转子铁芯及所述定子铁芯内产生磁通，其中，

所述第一及第二转子铁芯分别由在彼此电绝缘的状态下沿着所述转动轴的轴向层叠的多个单位板形成，各单位板由用磁性材料制成的单一的薄板形成，且一体地具备基板部和多个磁极板部，所述基板部在中央具有贯穿孔，该基板部在所述转动轴插通于所述贯穿孔的状态下配置于所述转动轴的磁性外周部的周围，所述多个磁极板部从在所述基板部的外周上沿其周向排列的多个位置起，以向径向外侧倾斜的方式沿着所述转动轴的轴向延伸，所述各基板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的基部，所述各磁极板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：通过所述各单位板的轴向的层叠，所述各单位板的磁极板部的顶端以沿着作为所述定子磁极的内侧面的定子磁极面并排的方式排列，形成与该定子磁极面相向的转子磁极面。

3.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于：所述各磁极板部的顶端形成朝向所述定子磁极面而向径向外侧突出的凸缘部。

4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述各单位板具有彼此相同的形状。

5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述各单位板的基板部中包围所述贯穿孔的部分形成内侧周缘部，该内侧周缘部以向径向内侧倾斜的方式向与所述磁极板部相同的一侧延伸，各该内侧周缘部在轴向上彼此层叠。

6.根据权利要求5所述的发电机，其特征在于：所述内侧周缘部的顶端的直径被设定为使所述各内侧周缘部的顶端紧贴所述转动轴的磁性外周部的外周面。

7.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述各单位板是通过对由磁性材料制成的单一的平板进行弯曲加工来成形的，其中，该单一的平板包含所述基板部及所述各磁极板部。

8.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述各单位板是磁退火后的单位板。

9.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述各单位板的两侧面中的至少一个侧面和端面被绝缘覆盖膜覆盖。

10.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：各单位板的板厚为对应于磁极频率和所述转子铁芯的材质的集肤深度值以下、且对应于所述磁极频率10倍的频率的集肤深度值以上的值，所述磁极频率是将各转子铁芯的转子磁极部的个数乘以发电机的转动频率所得的频率。

11.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述转动轴包含主体轴和磁性圆筒体，所述磁性圆筒体由磁性材料形成，并在所述主体轴的轴向的至少一部分的区域配置于所述主体轴的周围，以形成所述磁性外周部。

12.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于还包括：

分别由非磁性绝缘材料形成的外侧衬垫及内侧衬垫，所述外侧衬垫位于所述各转子铁芯的转子磁极部与所述转子线圈之间，所述内侧衬垫位于所述转子线圈与所述转动轴之间。

13.根据权利要求12所述的发电机，其特征在于还包括：

环状的约束部件，以跨在所述各磁极板部的方式被安装，以便阻止至少外侧单位板的各磁极板部因离心力而向径向外侧扩张，所述外侧单位板是形成所述各转子铁芯的单位板中位于轴向最外侧的单位板。

14.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述各转子铁芯还具备多个磁性环状体，该多个磁性环状体由磁性材料形成，且位于彼此邻接的单位板的基板部之间。

15.一种发电机，其特征在于包括：

定子，具备多个定子铁芯及卷绕于该定子铁芯的定子线圈，所述多个定子铁芯分别包含定子磁极，且以包围内侧空间的方式沿着周向排列；

转动轴，以能相对于所述定子转动的方式设置于所述定子的内侧，且在轴向的至少一部分的区域具备由磁性材料制成的磁性外周部；

第一转子铁芯及第二转子铁芯，以在所述定子的内侧与所述转动轴一起转动的方式，配置于所述磁性外周部的周围，所述第一转子铁芯及所述第二转子铁芯分别具备多个分割基部和多个转子磁极部，所述多个分割基部以沿着周向彼此排列的方式配置于所述磁性外周部的周围，所述多个转子磁极部从各基部的外侧端部起沿着所述转动轴的轴向延伸，且与所述定子磁极相向而能够与该定子磁极磁耦合，其中，所述第一转子铁芯的转子磁极部和所述第二转子铁芯的转子磁极部沿着转动周向交替地排列配置；以及

转子线圈，设置于所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部的径向内侧，使所述各转子铁芯及所述定子铁芯内产生磁通，其中，

所述第一及第二转子铁芯分别由在彼此电绝缘的状态下沿着所述转动轴的轴向彼此层叠的多个单位板形成，各单位板由用磁性材料制成的单一的薄板形成，且一体地具备分割基板部和多个磁极板部，所述分割基板部配置于所述转动轴的磁性外周部的周围，所述多个磁极板部从所述分割基板部的外侧端部起，以向径向外侧倾斜的方式沿着所述转动轴的轴向延伸，所述各分割基板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的分割基部，所述各磁极板部在所述轴向上层叠，从而分别形成所述第一及第二转子铁芯的转子磁极部。