CN105745826B - 电动旋转机 - Google Patents

Abstract

一种磁阻电机(10)，使由定子(11)的驱动线圈(14)产生的磁通与转子(21)的转子齿(22)交链而旋转。使转子母材部(111)的键突部(119)、环形部(121)的键突部(129)与主轴(101)的键槽(109)嵌合并固定，将与转子母材部形成为一体的芯材部(112)设为具备电磁铁线圈(28)的转子齿，将芯材(25)保持于与环形部形成为一体的突出片部(123)而形成感应线圈(27)，通过在旋转方向上并列这种简单的结构，由此通过交链的磁通的高次空间谐波成分由感应线圈产生感应电流，并将其作为励磁电流提供到电磁铁线圈而产生辅助主旋转力的电磁力。

Description

电动旋转机

技术领域

本发明涉及电动旋转机，详细地涉及在定子内收纳转子且转子旋转自如的结构的电动旋转机。

背景技术

电动旋转机如特开平11－69675号公报(专利文献1)所记载的，存在如下类型：在定子内收纳转子且转子旋转自如的结构的情况下，将芯材固定于位于该转子的旋转轴的主轴，使芯材与上述主轴不能进行相对旋转，并且对该芯材卷绕用于产生旋转力的励磁线圈。

根据这种在定子内旋转的转子结构，卷绕励磁线圈的结构是通过层叠电磁钢板来制作的，不易采用特殊的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开平11－69675号公报

发明内容

发明要解决的问题

因此，本发明的目的在于提供能够实现可配置不同的功能的线圈的转子结构、能够高效地旋转驱动的电动旋转机。

用于解决问题的方案

本发明的第1方式的特征在于，具备：突极，其具有多个，设于与定子相对且旋转自如的转子，朝向上述定子突出并接受辅助电流，上述辅助电流产生使上述转子相对于上述定子旋转的旋转力；辅助极，其具有多个，配置于上述转子的上述突极之间，产生使上述突极产生上述旋转力的上述辅助电流；主轴，其轴心设为与上述转子的旋转轴的轴心一致，与上述转子的旋转轴一体旋转；以及固定构件，其将上述转子的上述突极和上述辅助极中的至少上述辅助极定位，使其与上述主轴成为一体，上述主轴在外周面形成有多个键槽或者键脊，上述键槽或者键脊在上述转子的旋转轴方向上延伸，上述固定构件具有：截面环形部，其位于上述主轴的外周侧；固定部，其位于上述截面环形部的直径方向外侧的多个部位且用于固定上述辅助极；以及键突部或者键凹部，上述键突部位于上述环形部的直径方向内侧的多个部位，嵌合并固定于上述主轴的上述键槽且不能相对旋转，上述键凹部位于上述环形部的径向内侧的多个部位，嵌合并固定于上述主轴的上述键脊且不能相对旋转，上述辅助极定位并固定于上述主轴的外周面侧且不能相对旋转。

作为本发明的第2方式，优选上述辅助极具备感应线圈，上述感应线圈由上述定子侧交链的磁通的高次空间谐波产生感应电流，并将该感应电流作为上述辅助电流，上述突极具备电磁铁线圈，当上述感应线圈产生的感应电流作为上述辅助电流供给上述电磁铁线圈时该电磁铁线圈具有电磁铁的功能，在上述感应线圈和上述电磁铁线圈之间设有整流元件，上述整流元件对上述感应电流进行整流并将其作为上述辅助电流。

作为本发明的第3方式，上述截面环形部由环形部构成，上述环形部以2个为1组，配置于沿着上述主轴的旋转轴隔开的位置，上述固定部为突出片部，上述突出片部分别从上述环形部向直径方向的外方突出，上述辅助极具备将上述感应线圈安装于覆盖线圈用芯材的绕线筒并保持在上述芯材的周围的结构，在使上述突出片部贯通安装有上述感应线圈的上述绕线筒内，并将上述芯材固定于上述突出片部的端部的状态下，用上述绕线筒覆盖该芯材并将该绕线筒固定于上述突出片部的端部，由此将该辅助极定位并固定于上述旋转构件，并且使该辅助极不能相对于上述旋转构件旋转。

发明效果

这样根据上述第1方式，仅通过将固定构件的截面环形部的内侧的键突部或者键凹部分别与和突极等转子侧的构件一体旋转的主轴的外周面的键槽或者键脊嵌合并固定，就能够在使辅助极和突极在旋转方向上交替地并列的状态下定位并固定辅助极，上述辅助极不能相对于突极旋转，上述辅助极固定于截面环形部的外侧的固定部。因而，能够在转子的主轴周围容易地定位并固定突极和辅助极，能够使突极和辅助极分别在转子周围发挥功能，能够使辅助极产生辅助电流，将通过该辅助电流从突极产生的旋转力施加于转子而使转子高效地旋转。

根据上述第2方式，能够通过整流元件整流由感应线圈的辅助极产生的感应电流，并将其提供到电磁铁线圈，上述整流元件配置在上述感应线圈和上述电磁铁线圈的突极之间。因而，能够有效地利用感应电流，能够使电磁铁线圈高效地发挥功能。

根据上述第3方式，辅助极能够安装并固定于突出片部，上述突出片部从在旋转轴方向上隔开的突极的两侧的环形部向径向外方突出，能够将该突出片部之间作为芯材的配置空间有效地利用。另外，预先使突出片部贯通并临时安装于安装有感应线圈的绕线筒，并且将芯材固定于突出片部的端部，之后仅通过以覆盖该芯材的方式对绕线筒进行固定，就能够将感应线圈定位并固定于转子。

附图说明

图1是表示本发明的磁阻电机的一个实施方式的图，是表示其概略构成的局部放大径向截面图。

图2是为了易于了解并说明通过二极管连接感应线圈和电磁铁线圈的电路构成的简单模型的电路图。

图3是比较通过高次空间谐波产生的磁通特性的图，(a)是图示本实施方式的磁通线和磁通矢量的概念图，(b)是图示将感应线圈和电磁铁线圈设为与图3(a)不同的配置的情况下的磁通线和磁通矢量的概念图。

图4是比较根据辅助极的有无通过高次空间谐波产生的感应电流的特性的坐标图。

图5是表示本实施方式的组装结构的分解立体图。

图6是表示突极结构体的结构的局部分解立体图。

图7是表示辅助极结构体的结构的局部分解立体图。

图8是仅表示辅助极结构体的一个辅助极的图，(a)是分解立体图，(b)是组装立体图。

图9是表示其它方式的图，(a)是表示将凹凸设为相反的情况下的一例的概念图，(b)是表示将周向的宽度设为均等的情况下的一例的概念图。

图10是比较通过高次空间谐波产生的转矩的图，(a)是图示本实施方式的转矩特性的坐标图，(b)是图示在将感应线圈和电磁铁线圈设为与本实施方式不同的配置的情况下的转矩特性的坐标图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。图1～图10是用于说明作为本发明的电动旋转机的一个实施方式的磁阻电机的一例的图。图1是磁阻电机的径向截面图，图示以轴心为中心的机械角为180度的量，使相同的结构在周向上并列而制作成磁阻电机。

如后所述，图1所示的磁阻电机(电动旋转机)10制作成无需从外部对转子21输入能量的结构，适合搭载于例如混合动力汽车或电动汽车。

(磁阻电机10的基本结构)

磁阻电机10具备：定子11，其形成为大致圆筒形状；以及转子21，其收纳在该定子11内且旋转自如，固定设置有作为旋转轴的主轴101(参照图5)，上述主轴101的轴心与转子21的轴心一致。

在定子11的周向上均等地配置有多个定子齿(相对构件)12。各定子齿12形成为在径向上延长的突极形状。定子齿12的内周面12a隔着气隙G与转子21的转子齿(相对构件)22的外周面22a相对。

利用在定子齿12的相邻的侧面间形成的空间内的槽13按每相将3相绕组分别集中卷绕于定子齿12从而形成驱动线圈14。定子齿12通过对驱动线圈14输入驱动电流从而发挥作为产生磁通的电磁铁的功能，上述磁通使在内部相对收纳的转子21旋转。

在转子21的周向上均等地配置有多个转子齿22，上述转子齿22与定子齿12同样地形成为在径向上延伸的突极形状。转子齿22在整周方向上的个数与定子齿12不同，当转子齿22相对于定子11进行相对旋转时，外周面22a与定子齿12的内周面12a适当地接近并相对。

由此，在磁阻电机10中，能够使对定子11的槽13内的驱动线圈14施加电流从而产生的磁通从定子齿12的内周面12a与相对的转子齿22的外周面22a交链，能够通过要将该磁通所通过的磁路设为最短的磁阻转矩(主旋转力)使转子21相对旋转。其结果是，磁阻电机10能够将通电输入的电能从在定子11内与相对旋转的转子21一体旋转的主轴101作为机械能输出。

在该磁阻电机10中，从定子齿12的内周面12a与转子齿22的外周面22a交链的磁通中重叠有高次空间谐波成分。因此，在转子21侧也能够利用从定子11侧交链的磁通的高次空间谐波成分的磁通密度的变化而使内置的线圈产生感应电流(辅助电流)并得到电磁力。

详细地，对定子11的驱动线圈14提供基本频率的驱动电力而通过按该基本频率变动的主磁通使转子21(转子齿22)旋转，所以即使在转子21侧配置线圈而使主磁通与该线圈交链，在该交链的磁通中没有变化，也不会在该线圈中产生感应电流。

另一方面，磁通中重叠的高次空间谐波成分按与基本频率不同的周期随时间变化且从转子齿22的外周面22a侧与转子齿22交链。由此，即使没有另外从外部输入电力，如果在转子齿22的外周面22a的附近设置线圈，则基本频率的磁通中重叠的高次空间谐波成分也能够使该线圈高效地产生感应电流。其结果是，能够将引发铁损的高次空间谐波成分的磁通回收为用于自励磁的能量。

然而，作为磁阻电机的其它结构例，虽然省略图示，但是可考虑将在转子齿22的相邻的侧面间形成的空间用作槽23，对该转子齿22卷绕绕组而形成径向2级的集中卷绕，从而在外周面22a侧形成感应线圈，在其轴心侧配置电磁铁线圈。

在该结构中，通过从定子齿12的内周面12a与转子齿22的外周面22a交链的磁通的高次空间谐波成分(磁通密度的变化)而在感应线圈中产生感应电流并将其提供到电磁铁线圈。电磁铁线圈将从该感应线圈接受的感应电流作为励磁电流进行自励磁，由此能够产生磁通(电磁力)。总之，在该结构中，仅通过将感应线圈和电磁铁线圈组装到能够将感应电流用作励磁电流的独立的电路内，就能够得到使除产生主旋转力的驱动线圈14的磁通以外的与转子齿本身22交链的磁通的通过磁路为最短的磁阻转矩(辅助旋转力)，能够辅助转子21的相对旋转，另外，能够将引发损失的磁通的高次空间谐波成分作为能量进行回收利用。

在野中作太郎所著的“自励型单相同步电动机”电气学会杂志78卷842号、1958年11月、P.18－26中也记载了这样对转子齿22卷绕线圈的内容。该文献所记载的磁阻电机通过频率高于基本频率的磁通与转子侧线圈交链而产生感应电流，用整流元件(二极管)对该感应电流进行半波整流并使其返回，从而使该转子侧线圈作为自励磁式电磁铁发挥功能。

然而，该文献所记载的自励磁技术存在如下问题。

1.转子侧的线圈兼用作产生感应电流的线圈和使整流后的感应电流作为励磁电流流经的线圈，因此发生磁干扰而无法高效地产生感应电流，另外，磁动势也非常小。

2.高于基本频率的高次磁通的高频成分即使与转子21(转子齿22)交链，也仅仅分布于外周面22a的附近，因此当在轴心侧配置线圈时，仅产生非常小的感应电流。此外，即使要将转子侧线圈设置于转子齿22的外周面22a的附近，在现实中也难以实现。例如，即使卷绕极少量的线径细的导线作为线圈，导体电阻也会变高，其结果是，铜损增加，不易作为高效的电磁铁发挥功能。另外，还担心在转子表面线圈与定子侧接触。

3.作为定子11侧的线圈，如果设为分布卷绕，则有高次的高频与磁通重叠的倾向，如上所述，仅能期待通过高次磁通的高频成分产生更小的感应电流。总之，作为线圈的卷绕方法，分布卷绕是不合适的。

4.在该文献中，说明了通过基本频率的2倍的高频磁通使转子侧线圈励磁，但是通过2次高频磁通产生的感应电流在进行整流合成时会形成波谷。另外，磁通的时间变化越大感应电流越成为大电流，因此不太高的3次程度的高频磁通是有利的。

因此，在磁阻电机10中，将集中绕制于芯材25的全部感应线圈27收纳在转子齿22间的槽23内并在旋转方向上并列配置感应线圈27，并且在全部转子齿22中形成1级集中卷绕从而将电磁铁线圈28配置在转子21侧。

感应线圈27采用包括电磁钢(磁性体)的芯材25从而能够提高透磁率而使磁通高密度地交链，并隔着极小的气隙G与定子齿12的内周面12a相对从而使更多的高次空间谐波磁通交链。为了有效地利用从定子齿12的内周面12a与转子齿22的外周面22a交链的磁通的3次空间谐波成分而进行磁场分析并严密地确认高次空间谐波磁路，由此，感应线圈27设置成能够高效地产生感应电流。此外，感应线圈27为了在和电磁铁线圈28之间确保所需的充足的空隙而配置成位于转子齿22之间。

这样通过采用集中卷绕结构，无需跨多个槽在周向上绕制感应线圈27、电磁铁线圈28，能够使磁阻电机在整体上实现小型化。另外，在感应线圈27中，能够降低1次侧的铜损损失，且能够通过作为低次的3次空间谐波磁通的交链高效地产生感应电流，增加可回收的损失能量。

另外，与上述文献(电气学会杂志)中说明的利用2次空间谐波磁通的情况相比，能够通过利用3次空间谐波磁通而在感应线圈27中有效地产生感应电流。具体地，与利用2次空间谐波磁通相比，在利用3次空间谐波磁通的情况下，能够增大磁通的时间变化而使感应电流成为大电流，能够高效地回收感应电流。在该文献中，虽然图示了绕制于转子的轴心侧深部的线圈，但是没有考虑高次空间谐波的交链区域，没有成为能够有效利用的结构。

感应线圈27通过后述的结构在转子齿22的外周面22a之间在磁独立的形态下配置于槽23内。

在转子齿22的整个长度上绕制电磁铁线圈28，从而有效地利用整个电磁铁线圈28地产生磁通。

这样感应线圈27和电磁铁线圈28分割成磁通路径相互不干扰，因此能够降低磁干扰，能够高效地产生感应电流，并且能够使感应线圈27和电磁铁线圈28高效地发挥作为电磁铁的功能而产生磁通。

而且，感应线圈27采用集中卷绕方式，成为绕转子21的径向按相同方向卷绕的绕组，并在转子21的周向上排列而并联连接。另外，电磁铁线圈28采用集中卷绕方式，相邻的线圈成为绕转子21的径向按相反方向卷绕的绕组，成为交替地连接转子21的周向上的外周侧和轴心侧的全串联连接。

如图2所示，全串联连接的电磁铁线圈28A1～28An，28B1～28Bn的两端部通过二极管29A、29B与并联连接的感应线圈27A1～28An和感应线圈27B1～27Bn的两端部连接。即，电磁铁线圈28的绕组的各卷绕方向的线圈28A1～28An(n：极数/2)和线圈28B1～28Bn被全部串联连接，另外，感应线圈27包括串联连接的感应线圈27A1～27An和串联连接的感应线圈27B1～27Bn，串联连接的线圈28A1～28An和28B1～28Bn分别与串联连接的感应线圈27A1～27An和串联连接的感应线圈27B1～27Bn并联连接。

在使感应线圈27、电磁铁线圈28实现多极化的情况下，也通过使其中的电磁铁线圈28全部串联来抑制二极管29A、29B的使用数量。为了避免大量使用该二极管29A、29B，不形成一般的H桥型全波整流电路，而形成分别以成为180度相位差的方式连线，使一方感应电流反转而进行半波整流输出的中性点钳位型半波整流电路(整流元件)。

由此，在磁阻电机10中，感应线圈27使从定子齿12的内周面12a与转子齿22的外周面22a交链的磁通的高次空间谐波成分与电磁铁线圈28无干扰(无感应电流减少)地经过透磁率高的电磁钢的芯材25，由此能够高效地产生并回收感应电流。在各个感应线圈27中产生的感应电流在由二极管29A、29B整流后合流，流到各个串联连接的电磁铁线圈28而被有效地利用，能够使该电磁铁线圈28高效地进行自励磁而产生大的磁通(电磁力)。

其结果是，磁阻电机10能够通过不使磁通彼此相互干扰而削弱、并按照励磁用和电磁铁用进行分割而独立的感应线圈27和电磁铁线圈28使磁通有效且使感应电流实现平滑化而高效地作为能量进行回收并输出。即，电磁铁线圈28与转子齿22一起构成突极，感应线圈27与芯材25一起构成辅助极。

另外，感应线圈27和电磁铁线圈28在转子21的周向上配置有多个而实现多极化，因此与上述文献(电气学会杂志)所记载的2极电机的情况相比，能够使转子齿22的每1齿所交链的磁通量在周向上分散，能够使作用于各个转子齿22的电磁力(磁阻转矩)也在周向上分散而抑制电磁振动，能够实现静寂化。

具体地，感应线圈27和电磁铁线圈28以及驱动线圈14均是采用包括铜导体的电线材料绕制形成的，通过采用铜导体而提高电导率并减少损失，由此能够高效地产生感应电流并将其用作励磁电流。在采用铜导体作为该线圈27、28、14的电线材料的情况下，优选采用扁导线，由此能够降低由线圈电阻导致的铜损或散热损失。而且，作为线圈27、28、14的方式，设为以使短边侧成为内径面侧的方式纵向卷绕的扁绕线圈，由此能够减小分布电容(浮游电容)并提高频率特性，另外，电线材料的周长长，因此能够抑制由集肤效应造成的电阻增加并抑制效率降低。其结果是，线圈27、28、14能够通过少的铜导体量回收更多的损失能量。线圈27、28、14的电线材料不限于铜导体，也可以为了其它目的进行选择，例如也可以采用比重是铜的1/3的铝条导体实现轻量化。

另外，定子11在定子齿12的内周面12a侧形成具有向正反双方的周向突出的凸缘形状部12b的开放类型的槽13，由此使高次空间谐波磁通高效地在感应线圈27内交链。将槽13形成为具有该凸缘形状部12b的开放类型，由此能够抑制产生陡峭的浪涌电压。

这样在磁阻电机10中，通过在转子21侧设置感应线圈27和电磁铁线圈28，能够使3次空间谐波磁通从定子11侧的定子齿12高效地交链而高效地产生磁阻转矩。例如，当对3次空间谐波磁通的磁路进行磁场分析并用矢量表示磁通密度分布时，可知根据是否使感应线圈27在周向上并列于电磁铁线圈28之间而会在磁通线ML、磁通矢量V中存在差异。

详细地，在通过对转子齿22卷绕绕组而形成径向2级的集中卷绕，从而在外周面22a侧形成感应线圈27′并在其轴心侧配置电磁铁线圈28′的情况下，成为图3(b)所示的特性。能够确认磁通矢量V在转子21侧集中于转子齿22的外周面22a的附近。可知3次空间谐波磁通线ML经过转子齿22间的槽23内并回到定子齿12侧。

而在磁阻电机10中，在设置该3次空间谐波磁通线ML经过的电磁铁线圈28的转子齿22间的槽23内，配置感应线圈27，而使3次空间谐波磁通与感应线圈27高效地交链。

因此，在磁阻电机10中，如图3(a)所示，通过与电磁铁线圈28并列地设置感应线圈27，能够在该感应线圈27内高效地感应磁通矢量V而产生感应电流并将其提供到电磁铁线圈28。

由此，在磁阻电机10中，能够在转子齿22的外周面22a侧高密度地产生3次空间谐波磁通(磁通矢量V)，使上述3次空间谐波磁通与感应线圈27以及全部定子齿12间交链，能够在周向的大范围内高效地产生磁阻转矩而辅助驱动线圈14的驱动力。

其结果是，能够不用抑制3次空间谐波磁通接近磁饱和并隔着气隙G间交链地使更多的3次空间谐波磁通与感应线圈27交链而产生大容量的感应电流。

当感应线圈27与周围之间的磁阻小时，例如磁通大量流入转子齿22而使突极比降低，使磁阻转矩显著地减少。另外，当磁通大量流入转子齿22时，根据定子11与转子21的相对的位置关系，有时向负(反向旋转)方向的转矩起作用，或者发生磁干扰而引发转矩减小。

因此，为了避免感应线圈27与转子齿22磁耦合造成的缺陷，如后所述，在该转子齿22间通过空隙或用铝或树脂等非磁性材料实现磁独立地将感应线圈27配置在槽23内。

由此，磁阻电机10(With Sub-Poles：有辅助极)如图4所示，与没有将感应线圈27并列在电磁铁线圈28间的情况(Without Sub-Poles：无辅助极)相比，随着转子21开始旋转，交链的3次空间谐波磁通增加，能够通过使感应线圈27高效地产生感应电流来回收损失能量。另外，在该磁阻电机10中，能够将感应线圈27并列在电磁铁线圈28间而使产生的感应电流的波形稳定，能够提高稳定转矩，并且能够减小转矩脉动，以高质量提高转矩特性。

作为主要利用3f次空间谐波磁通(f＝1、2、3…)的结构，按照转子21侧的突极(转子齿22)的数量P：定子11侧的槽13的数量S为2：3的结构制作磁阻电机10。例如，3次空间谐波磁通由于频率高于输入到驱动线圈14的磁通的基本频率，所以在短周期内脉动。因此，转子21由于与转子齿22间的感应线圈27交链的磁通强度发生变化而高效地产生感应电流，能够高效地回收与基本频率的磁通重叠的高次空间谐波成分的损失能量地进行旋转。

另外，这样磁阻电机10为了降低电磁振动且实现电磁噪声小的旋转，采用转子齿突极数P相对于定子槽数S之比为P/S＝2/3的结构作为决定转子21侧和定子11侧之间的相对的磁作用的质量的结构。

详细地，当与上述同样地进行磁通密度分布的磁场分析时，根据转子齿突极数P相对于定子槽数S之比，机械角为360度内的周向上的磁通密度分布也分散，因此认为作用于定子11的电磁力分布也存在偏置。

而在磁阻电机10中，采用转子齿突极数P/定子槽数S＝2/3的结构，由此能够使在机械角为360度的整周上成为均等的密度分布的磁通交链，能够使转子21在定子11内高质量地旋转。

由此，磁阻电机10能够无损失地利用高次空间谐波磁通地进行旋转工作，能够高效地回收损失能量并大幅度地降低电磁振动且静寂性高地旋转。

这样在磁阻电机10中，不对定子11的驱动线圈14以外提供电力就能够使配置在转子21侧的感应线圈27高效地产生感应电流而将其作为励磁电流提供到电磁铁线圈28并使电磁铁线圈28发挥作为自励磁电磁铁的功能，能够通过向驱动线圈14提供电力而得到辅助主旋转力的辅助旋转力并使磁阻电机10高效地旋转。

(磁阻电机10的组装结构)

如图5所示，磁阻电机10是将突极结构体110和辅助极结构体120安装于该主轴101，使它们与主轴101一体地旋转(不能相对旋转)而构筑转子21，并成为将该转子21收纳在定子11内且使上述转子21相对于定子11旋转自如的组装结构，上述突极结构体110具备转子齿22和电磁铁线圈28，上述辅助极结构体120具备芯材25和感应线圈27。

主轴101具备安装大直径部101A、安装大直径部101A的两端侧的支撑中直径部101B、安装小直径部101C以及输出旋转轴101D并且将它们形成为一体。安装大直径部101A的外周面101a形成有定位并固定突极结构体110和辅助极结构体120的结构。支撑中直径部101B安装有轴承102，由此，支撑中直径部101B支撑于定子11侧的未图示的外罩且旋转自如。安装小直径部101C向一方支撑中直径部101B的外侧延伸并安装固定有转子侧旋转分析器103。

详细地，主轴101的安装大直径部101A形成有多个与转子21的旋转轴向同一方向延伸的键槽109。键槽109在安装小直径部101C侧是封闭的，不会连续到支撑中直径部101B侧，键槽109在安装小直径部101D侧是开放(开口)的，连续到支撑中直径部101B侧。因此，该主轴101的安装大直径部101A具备能够使后述的键突部119、129从开放端侧进入该键槽109并与其嵌合并固定的结构。

支撑中直径部101B在安装大直径部101A的键槽109的封闭侧直接安装轴承102，另一方面，在该键槽109的开放侧安装面包圈型的端板105来限制嵌合并固定的键突部119、129脱离，然后安装轴承102。

将转子侧旋转分析器103安装并用止动螺钉106固定于轴承102的外侧，使得安装小直径部101C位于定子侧旋转分析器104内，上述定子侧旋转分析器104定位并固定于定子11侧的外罩。

输出旋转轴101D形成为向轴承102的外侧突出的圆柱形状，对输出旋转轴101D的外周面实施在旋转轴方向上形成槽的直纹滚花加工，使得外部设备与上述输出旋转轴101D连结并且不能与输出旋转轴101D进行相对旋转。也可以将输出旋转轴101D设为使一面侧为平面的截面D字形状，用螺钉紧固固定为不能进行相对旋转来进行上述防滑。

(突极结构体110的组装结构)

如图6所示，突极结构体110是对同一构件加工转子母材部111、芯材部112以及键突部119并且将它们形成为一体，上述转子母材部111是短的圆筒形状(截面为环形)，具有能够收纳主轴101的安装大直径部101A的内径，上述芯材部112与该转子母材部111的旋转轴交叉，与向径向外方的延长线一致并且从转子母材部111的外周面向外方突出，发挥作为线圈的芯材的功能，上述键突部119从转子母材部111的内周面朝向内方突出，形成为嵌入主轴101的安装大直径部101A的外周面的键槽109的截面形状。电磁铁线圈28安装于向外方突出的芯材部112并且与上述芯材部112一体旋转。

能够仅通过对突极绕线筒115卷绕电线材料而覆盖芯材部112来安装电磁铁线圈28，上述突极绕线筒115形成为覆盖芯材部112的在旋转轴方向上隔开的两端面和与转子母材部111的外周面相邻的两侧面。设为在对突极绕线筒115卷绕电线材料的状态下用胶等固定形状的状态下预先准备该电磁铁线圈28，由此能够迅速且容易地完成组装操作。

另外，突极绕线筒115形成有固定片116、固定片117以及凸缘部118并且它们成为一体，上述固定片116向旋转轴侧延伸，与芯材部112的旋转轴方向的一端面侧相对，上述固定片117从芯材部112与转子母材部111的旋转轴方向的两端面侧相对，上述凸缘部118在芯材部112的远离旋转轴的一侧形成为凸缘形状，限制电磁铁线圈28的电线材料由于离心力而脱离。该突极绕线筒115的固定片116形成于与芯材部112侧隔开电线材料的卷绕空间的量的位置，在该固定片116的中央部形成有定位并固定电磁铁线圈28的一端部的电线材料的缺口116a。另外，固定片117形成有贯通孔117a，上述贯通孔117a供铆钉销P贯通，上述铆钉销P插入转子母材部111的铆钉孔H并使前端部固定于压铆螺母R。

(突极结构体110的组装步骤)

通过采用如下所示的这种结构，能够将突极结构体110容易且迅速地预先组装成可安装到主轴101的状态。

首先，突极结构体110设为将芯材部112插入卷绕有电线材料的突极绕线筒115内并被突极绕线筒115覆盖的状态。之后，对突极绕线筒115的固定片117的贯通孔117a和转子母材部111的铆钉孔H进行定位且将铆钉销P插入贯通孔117a和铆钉孔H而将铆钉销P的前端部通过铆接等铆固于压铆螺母R(图7)。由此，能够在将多个电磁铁线圈28安装于转子母材部111的周围的状态下预先准备突极结构体110。

(辅助极结构体120的组装结构)

另外，如图5和图7所示，辅助极结构体120是对同一构件加工环形部121、突出片部123以及键突部129并将它们形成为一体，上述环形部121以2个为1组，为环形(截面为环形)薄板，具有能够收纳主轴101的安装大直径部101A的内径，上述突出片部123与该环形部121的旋转轴交叉，以与向径向外方的延长线一致的方式从环形部121的外周面向外方突出，固定有芯材25；上述键突部129从环形部121的内周面朝向内方突出，形成为嵌入主轴101的安装大直径部101A的外周面的键槽109的截面形状，将感应线圈27安装于芯材25并且与芯材25一体旋转，将芯材25的两端侧固定于突出片部123。即，由构成截面环形部的环形部121和构成固定部的突出片部123来构成固定构件。

为了不妨碍交链的磁通流入并有效地利用该磁通，作为将该环形部121、突出片部123和键突部129加工为一体的材料，选择非磁性材料从而与转子母材部111、芯材部112侧磁独立是有效的，优选例如是具有期望的强度的黄铜或者铝合金。

如图8(a)和图8(b)所示，仅通过对辅助极绕线筒125卷绕电线材料并将其覆盖芯材25就能够安装感应线圈27，上述辅助极绕线筒125形成为覆盖芯材25的除远离旋转轴的一侧以外的外表面侧。在对辅助极绕线筒125卷绕电线材料的状态并用胶等固定形状的状态下预先准备该感应线圈27从而能够迅速且容易地完成组装操作。在此，感应线圈27由于收纳在形成于电磁铁线圈28之间的空间内，所以形成为较薄地形成辅助极绕线筒125的旋转轴侧而较厚地形成辅助极绕线筒125的外侧的台阶形状。

另外，辅助极绕线筒125一体地形成有固定片126、罩部127以及凸缘部128，上述固定片126向旋转轴侧延伸，与芯材25的旋转轴方向的一端面侧相对，上述罩部127覆盖旋转轴侧形成为前端变细形状的芯材25的整个前端变细侧，上述凸缘部128在与该罩部127相反的一侧的远离旋转轴的一侧形成为凸缘形状，限制感应线圈27的电线材料由于离心力而脱离。该辅助极绕线筒125的固定片126形成于与芯材25侧隔开电线材料的卷绕空间的量的位置，在该固定片126的中央部形成有缺口126a，上述缺口126a定位并固定感应线圈27的一端部的电线材料。

而且，回到图7，突出片部123形成有贯通孔123a、123b，贯通孔123a、123b供铆钉销P贯通，将铆钉销P插入芯材25和辅助极绕线筒125的两端部的铆钉孔H并将铆钉销P的前端部固定于压铆螺母R。

辅助极绕线筒125将芯材25以及突出片部123收纳在内部(覆盖外表面)，并形成为大致长方体从而成为感应线圈27的安装部位，上述突出片部123处于利用端部侧的贯通孔123a用铆钉销P定位并固定芯材25的状态。另外，辅助极绕线筒125的旋转轴侧的罩部127形成为覆盖芯材25的程度的长度，由此按照确保突出片部123的插入孔125h的形状制作，供未图示的铆钉销P插入来进行定位并固定的铆钉孔H形成于对应的位置，上述未图示的铆钉销P利用该突出片部123的旋转轴侧的贯通孔123b插入。

(磁阻电机10的组装步骤)

通过采用如下所示的这种结构，能够将辅助极结构体120与突极结构体110一起容易且迅速地安装于主轴101来组装磁阻电机10。

首先，将辅助极结构体120的一方环形部121的内周面的键突部129从开放端侧嵌入主轴101的安装大直径部101A的键槽109并移动到封闭端侧，而将辅助极结构体120设为与主轴101不能进行相对旋转的安装状态。

之后，接下来同样地将转子母材部111内周面的键突部119嵌入主轴101的安装大直径部101A的键槽109并使突极结构体110移动到与辅助极结构体120的环形部121相邻的位置。在该状态下，能够将电磁铁线圈28安装于主轴101的安装大直径部101A并且使突极结构体110与主轴101不能进行相对旋转。

接下来，将辅助极结构体120的另一方环形部121的内周面的键突部129同样地从开放端侧嵌入主轴101的安装大直径部101A的键槽109并移动到与突极结构体110的转子母材部111相邻的位置，而将辅助极结构体120设为与主轴101不能进行相对旋转的安装状态。

之后，将突出片部123插入卷绕有电线材料的辅助极绕线筒125的两端侧，使其进入突极结构体110的电磁铁线圈28(芯材部112)之间的内部而处于暂时位于旋转轴侧的状态。接下来，使芯材25在突出片部123的端部侧成为端面朝向外侧而前端变细侧位于旋转轴侧的姿态，并在位于电磁铁线圈28间的状态下，定位突出片部123端部的贯通孔123a和芯材25的铆钉孔H并将铆钉销P插入贯通孔123a和铆钉孔H而将铆钉销P的前端部通过铆接等铆固于压铆螺母R。由此，能够在将多个芯材25安装于电磁铁线圈28之间的状态下预先准备辅助极结构体120。

接下来，将进入电磁铁线圈28之间的内部的辅助极绕线筒125拉回而使芯材25从前端变细侧起位于罩部127内，之后对突出片部123的比端部靠旋转轴侧的贯通孔123b和辅助极绕线筒125的前端变细侧的铆钉孔H进行定位且将铆钉销P插入贯通孔123b和铆钉孔H而将铆钉销P的前端部通过铆接等铆固于压铆螺母R。由此，能够将辅助极结构体120的环形部121定位并固定于突极结构体110的旋转轴方向的两端侧，能够用简单的结构将感应线圈27容易且迅速地配置于电磁铁线圈28之间。

回到图5，将端板105安装于主轴101的安装大直径部101A的键槽109的开放端侧的支撑中直径部101B来定位并固定突极结构体110和辅助极结构体120并且使它们不能进行相对旋转。接下来，在将轴承102安装于主轴101的两个支撑中直径部101B后，用止动螺钉106将转子侧旋转分析器103安装并固定于与端板105相反的一侧的安装小直径部101C来组装转子21。这样，将转子21收纳于具备驱动线圈14的定子11的定子齿12内并且使转子21能够与定子11进行相对旋转，组装主轴101的安装小直径部101C的转子侧旋转分析器103，使其位于定子11侧的定子侧旋转分析器104内而能够检测旋转速度。

因而，磁阻电机10能够有效地利用配置电磁铁线圈28的转子齿22之间的空间来设置感应线圈27。能够通过仅使转子母材部111的内周面的键突部119、环形部121的内周面的键突部129与主轴101的外周面的键槽109嵌合并固定的简单且分量轻的结构，容易地组装该感应线圈27、电磁铁线圈28，并将感应线圈27、电磁铁线圈28定位为与主轴101一体地旋转。其结果是，磁阻电机10仅通过对定子11侧提供电力就能够以小的旋转负荷以及高质量的高转矩使转子21高效地旋转。

在此，在本实施方式中，作为一例说明了在主轴101的外周面形成键槽109，在突极结构体110的转子母材部111的内周面形成键突部119，并且形成辅助极结构体120的环形部121的内周面的键突部129而将它们嵌合并固定的情况，但不限于此。例如，如图9(a)所示，当然也可以是，将凹凸设为相反的，在主轴101的外周面形成脊形的键脊209，突极结构体110的转子母材部111的内周面、辅助极结构体120的环形部121的内周面形成能够与该键脊209嵌合并固定的键凹部219、229。另外，如图9(b)所示，当然也可以是，键槽209′和键突部219′、229′在周向上连续，键槽209′和键突部219′、229′的槽宽度和突部宽度是均等的。

相对于采用这种结构的磁阻电机10，如图3(b)所示，在对转子齿22卷绕绕组而形成径向2级的集中卷绕并在外周面22a侧形成感应线圈27′且在其轴心侧配置电磁铁线圈28′的情况下，成为图10(b)所示的转矩特性。即，根据图10(b)的转矩特性可知，通过由感应线圈27′的感应电流带来的电磁铁线圈28′的电磁力产生的转矩加上驱动线圈14的磁阻量仅为不到60N·m，而与磁阻量综合后的综合转矩也仅仅稍微高于80N·m。

而在将感应线圈27并列于电磁铁线圈28的结构的磁阻电机10(参照图3(a))中，即使转子21的直径尺寸相同，也会成为图10(a)所示的转矩特性。即，根据图10(a)的转矩特性可知，由于感应线圈27的芯材25的存在，驱动线圈14的磁阻量会稍微减少，但将由感应线圈27高效地产生的感应电流提供到电磁铁线圈28从而也能够产生110N·m程度的大的电磁力转矩，与磁阻量综合后的综合转矩能够得到稍微低于120N·m的充分大的转矩。

而且，作为本实施方式的其它方式，不限于如磁阻电机10那样在径向形成气隙G的径向间隙结构，也可以制作成在旋转轴方向形成间隙的轴向间隙结构。在这种情况下，只要在定子侧和转子侧在相对的轴方向端面配置驱动线圈以及感应线圈、电磁铁线圈即可。另外，也可以采用在径向间隙侧配置电磁铁线圈并且在轴向间隙侧配置感应线圈等分配结构。

在制作扁平的大直径电机结构的情况下，也可以采用在内定子和外定子之间收纳转子且转子旋转自如的双间隙型电机结构。在这种情况下，能够通过在内定子侧配置回收损失能量的感应线圈，并且在外定子侧配置产生转矩的电磁铁线圈而使转矩大幅度地增大。

在磁阻电机10这种径向间隙结构的情况下，不仅可以按照电磁钢板的层叠结构制作定子11、转子21(转子母材部111、芯材部112)，也可以采用例如对将铁粉等具有磁性的粒子的表面进行了绝缘涂层处理的软磁性复合粉末材料(SoftMagnetic Composites：软磁性复合材料)进一步进行铁粉压缩成型以及热处理制造而形成的压粉磁芯、所谓的SMC铁芯。该SMC铁芯由于容易成型所以适用于轴向间隙结构。

而且，磁阻电机10不限于车载用，例如能够适用于风力发电或工作机械等的驱动源。

本发明的范围不限于图示并记载的例示的实施方式，还包括带来与本发明的目的等同的效果的所有实施方式。而且，本发明的范围不限于由各权利要求项限定的发明的特征的组合，可由所有公开的各个特征中的特定特征的所有期望的组合来进行限定。

附图标记说明

10 磁阻电机

11 定子

12 定子齿

13、23 槽

14 驱动线圈

21 转子

22 转子齿

25 芯材

27、27A1～27An、27B1～27Bn 感应线圈

28、28A1～28An、28B1～28Bn 电磁铁线圈

29、29A、29B 二极管

101 主轴

101A 安装大直径部

101B 支撑中直径部

101C 安装小直径部

101D 输出旋转轴

109、209′ 键槽

110 突极结构体

111 转子母材部

112 芯材部

115 突极绕线筒

118、128 凸缘部

119、129、219′、229′ 键突部

120 辅助极结构体

121 环形部

123 突出片部

125 辅助极绕线筒

127 罩部

209 键脊

219、229 键凹部

Claims (2)

1.一种电动旋转机，其特征在于，具备：

突极，其具有多个，设于与定子相对且旋转自如的转子，朝向上述定子突出并接受辅助电流，上述辅助电流产生使上述转子相对于上述定子旋转的旋转力；

辅助极，其具有多个，配置于上述转子的上述突极之间，产生使上述突极产生上述旋转力的上述辅助电流；

主轴，其轴心设为与上述转子的旋转轴的轴心一致，与上述转子的旋转轴一体旋转；以及

固定构件，其将上述转子的上述突极和上述辅助极中的至少上述辅助极定位，使其与上述主轴成为一体，

上述主轴在外周面形成有多个键槽或者键脊，上述键槽或者键脊在上述转子的旋转轴方向上延伸，

上述固定构件具有：截面环形部，其位于上述主轴的外周侧；固定部，其位于上述截面环形部的直径方向外侧的多个部位且用于固定上述辅助极；以及键突部或者键凹部，上述键突部位于上述截面环形部的直径方向内侧的多个部位，嵌合并固定于上述主轴的上述键槽且不能相对旋转，上述键凹部位于上述截面环形部的径向内侧的多个部位，嵌合并固定于上述主轴的上述键脊且不能相对旋转，上述辅助极定位并固定于上述主轴的外周面侧且不能相对旋转，

上述辅助极具备感应线圈，上述感应线圈由上述定子侧交链的磁通的高次空间谐波产生感应电流，并将该感应电流作为上述辅助电流，

上述突极具备电磁铁线圈，当上述感应线圈产生的感应电流作为上述辅助电流供给上述电磁铁线圈时该电磁铁线圈具有电磁铁的功能，

在上述感应线圈和上述电磁铁线圈之间设有整流元件，上述整流元件对上述感应电流进行整流并将其作为上述辅助电流。

2.根据权利要求1所述的电动旋转机，其特征在于，

上述截面环形部由环形部构成，上述环形部以2个为1组，配置于沿着上述主轴的旋转轴隔开的位置，

上述固定部为突出片部，上述突出片部分别从上述环形部向直径方向的外方突出，

上述辅助极具备将上述感应线圈安装于覆盖线圈用芯材的绕线筒并保持在上述芯材的周围的结构，

在使上述突出片部贯通安装有上述感应线圈的上述绕线筒内，并将上述芯材固定于上述突出片部的端部的状态下，用上述绕线筒覆盖该芯材并将该绕线筒固定于上述突出片部的端部，由此将该辅助极定位并固定于上述旋转构件，并且使该辅助极不能相对于上述旋转构件旋转。