CN105990967B - 轴向间隙型旋转电机 - Google Patents

Abstract

提供能利用电枢线圈产生的高次空间谐波磁通得到大电磁转矩的绕组励磁结构的轴向间隙型旋转电机。轴向间隙型旋转电机(100)具备：2个转子(120、130)，其以轴(101)为中心进行旋转驱动；以及定子(110)，其轴方向上的两面与转子相对，具有：多个电枢线圈(11)，其配置在定子的轴的周围；多个感应线圈(21)和多个励磁线圈(22)，其分别配置在2个转子的轴的周围；以及二极管，其将由感应线圈产生的感应电流进行整流而提供给励磁线圈，电枢线圈、感应线圈和励磁线圈的绕组是在轴方向上延伸的铁芯(15、25)上卷绕成α卷而形成的绕组线圈。

Description

轴向间隙型旋转电机

技术领域

本发明涉及利用绕组励磁的轴向间隙型旋转电机。

背景技术

旋转电机是使转子和定子隔着间隙相对，例如，使配置在定子侧的电枢线圈产生的磁通在转子侧交链来形成磁回路，由此能得到旋转力(磁阻转矩)，为了辅助该旋转力，也可以配置永久磁铁、励磁绕组(电磁铁)来利用电磁转矩。

在这种旋转电机中，提出了使定子和转子在轴方向上相对的轴向型的技术方案(专利文献1)，另外，也提出了对定子侧的芯材卷绕作为绕组的带状线材来形成电枢线圈的技术方案(专利文献2)。

然而，在永久磁铁中，当高次空间谐波磁通发生交链时，会由于在内部产生的涡流而发热，矫顽力降低，磁力会不可逆地变小。由此，例如专利文献1记载的那样，在高次空间谐波磁通进行交链的转子侧埋入永久磁铁的类型旋转电机中，存在该永久磁铁的磁力会降低，无法实现良好的驱动的问题。

为了解决该问题，想到了使用矫顽力高的添加了较多镝(Dy)、铽(Tb)等重稀土类的昂贵的磁铁的技术方案，但是会导致成本变高。

另外，如专利文献2记载的那样，为了将带状的线材卷绕于芯材，需要从绕组线圈的内侧和外侧引出绕组的连接用端部，如果为了确保用于引出的空间而切削芯材等，则磁通的通过区域会变小，会导致旋转电机的驱动效率降低。而且，当从芯材的端面侧的边缘引出带状的线材时，会与位于芯材的上下位置的构件形成间隙，也会妨碍小型化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2010-246171号公报

专利文献2：特开2012-50312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一种绕组励磁结构的轴向间隙型旋转电机，其不使用永久磁铁，利用由电枢线圈产生的高次空间谐波磁通就能得到电磁转矩。

用于解决问题的方案

解决上述问题的旋转电机的发明的一个实施方式具备：转子，其以旋转轴为中心旋转；以及定子，其在上述旋转轴的轴方向上面对上述转子，上述旋转电机具有：多个电枢线圈，其配置在上述定子的上述旋转轴的周围；多个感应线圈和多个励磁线圈，其配置在上述转子的上述旋转轴的周围；以及整流元件，其将上述感应线圈产生的感应电流进行整流而提供给上述励磁线圈，上述电枢线圈、上述感应线圈和上述励磁线圈中的至少1个绕组形成为在上述旋转轴的轴方向上为2段的绕组线圈，使得该绕组的2个端部在芯材的外周面引出并作为连接用的部位。

发明效果

根据本发明的一个实施方式，能提供绕组励磁结构的轴向间隙型旋转电机，其不使用永久磁铁，利用由电枢线圈产生的高次空间谐波磁通就能得到电磁转矩。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的轴向间隙型旋转电机的图，是表示其概略整体构成的以轴心为中心切断的纵截面立体图。

图2是表示主要部位构成的定子和转子的立体图。

图3是表示定子的结构的立体图。

图4是表示定子铁芯和电枢线圈的立体图。

图5是表示定子的结构的分解立体图。

图6是说明定子铁芯的电枢线圈的接线连接的分解立体图。

图7是说明定子铁芯的电枢线圈的接线连接状态的部分放大分解立体图。

图8是表示定子的组装状态的立体图。

图9是表示定子内的树脂模的分解立体图。

图10是表示转子铁芯和感应线圈及励磁线圈的部分分解立体图。

图11是通过二极管连接感应线圈和励磁线圈的闭合电路的电路构成图。

图12是表示图11所示的闭合电路在实际设备中的搭载形态的立体图。

图13是表示将感应线圈和励磁线圈与二极管连接的接线用基盘的结构的立体图。

图14是表示转子的结构的分解立体图。

图15是表示转子内的树脂模的分解立体图。

图16是表示轴的结构的主视图。

图17是说明将转子铁芯和磁轭装配到轴的立体图。

图18是说明将定子和转子装配到轴的状态的部分放大切断立体图。

图19是说明将电枢线圈、感应线圈和励磁线圈卷绕到芯材的模型图。

图20是说明在电枢线圈、感应线圈和励磁线圈中产生而交链的磁通的磁力线图。

图21是表示旋转坐标系中的3次空间谐波磁通的磁通密度和磁通矢量的磁通特性图。

图22是说明在无辅助极的径向间隙型的情况下的电枢线圈、感应线圈和励磁线圈中产生而交链的磁通的磁力线图。

图23是说明有辅助极的径向间隙型的情况下的电枢线圈、感应线圈和励磁线圈中产生而交链的磁通的磁力线图。

图24是表示使电枢线圈集中卷绕或者分布卷绕，隔着间隙发生交链的情况下根据旋转角而变化的磁通密度的坐标图。

图25是表示与图24示出的磁通重叠的高次空间谐波磁通的每一次的磁通密度的坐标图。

图26是为了进行比较而表示在IPMSM、无辅助极的径向间隙型、有辅助极的径向间隙型中分别得到的转矩波形的坐标图。

图27是表示被定子可自由旋转地支撑的旋转体的轴和转子的外观的立体图。

附图标记说明

11：电枢线圈

12a、12u、12v、12w：汇流带

15：定子铁芯

15a：端部

15k：切口(凹部)

16：保持框(保持板，框构件)

16a：保持孔

16t：突起(凸部)

17：定子槽

21：感应线圈

21p、21q：连接端部

22：励磁线圈

22：连接端部

22p、22q：连接端部

25：转子铁芯

25a：端部

26：磁轭

27：转子槽

29A、29B：二极管(整流元件)

29c：连接引脚

30：闭合电路

32：二极管盒

33：接线材

33a：径方向线材(第1导体)

33b：周方向线材(第2导体)

35：接线基盘

36：支架孔

37：接线材用槽

39：紧固螺栓

41：保持盘

41a：保持孔

42：钩

45：盖

46：外周壁

61：冷却翅片

100：旋转电机

101：轴

102、103：台阶部

102a、102b：端面(转子定位部，第1、第2转子台阶部)

103a：端面(定子定位部，定子台阶部)

108、159：轴承

110：定子

120：转子

150：电动机箱

155：法兰部

D1：间隙

D2：间隙

G：间隙

MoR、MoS：树脂模。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1～图27是说明本发明的一个实施方式的轴向间隙型旋转电机的图。

在图1和图2中，旋转电机100具备外形形成为大致圆盘形状的定子110和2个转子120、130，如后述那样具有不需要以采用集电环等的接触方式从外部对转子120、130进行能量输入的结构，例如，具有适合搭载于混合动力汽车、电动汽车的性能。

在该旋转电机100中对贯通轴心的轴(旋转轴)101分别装配有2个转子120、130，成为隔着间隙G与定子110的两面相对而夹着的形态，定子110支撑轴101使其旋转自如，转子120、130固定于该轴101。即，旋转电机100被构建为在轴101的轴方向上由2个转子120、130夹着定子110而相对的轴向间隙的双转子型电动机。

如图3所示，定子110具备短棒状的截面为大致梯形的多个定子铁芯15(芯材)，对该定子铁芯15分别卷绕有连接着3相交流电源(例如未图示的车载电池等外部电源)的电枢线圈11，配置在轴101周围的位置。

定子铁芯15由高透磁率的磁性材料制造，向与轴101平行的方向延伸，3相中的各相电枢线圈11(11u、11v、11w)被集中卷绕，各有6个极，成为无间隙的并列状态。

即，在电枢线圈11中，利用定子铁芯15间的18处定子槽17形成为具有与轴101的延伸方向平行的中心线的绕组线圈，由此绕着轴101均匀配置有18个极(磁极数为18)。简而言之，电枢线圈11以与旋转轴的轴方向平行的方向为中心卷绕有绕组，绕着该旋转轴分别均匀配置。

如图2所示，该定子铁芯15的两端侧被2个圆盘形状的保持框(保持板，框构件)16保持，该保持框16以介于定子铁芯15与转子120、130之间的形态被夹着，保持框16在如下状态下进行保持：将定子铁芯15的端部15a(参照图3、图4)插入开口的保持孔16a内，使端面15b露出(所谓偏置状态)。此外，保持框16由非磁性体材料例如后述的PPS树脂制造从而不妨碍形成磁回路，利用装配在中心部的轴承108支撑贯通的轴101使其旋转自如。

具体地说，如图4所示，在定子铁芯15中，将带状的平角线11L卷绕成所谓α卷来形成电枢线圈11。在此，平角线11L的α卷例如是如下绕法：使平角线11L的长度方向上的中心附近成为与定子铁芯15的梯形截面的宽度窄的顶端部(轴心侧附近的部位)15c紧密接触的状态，并且钩挂而开始卷绕，使平角线11L的相对于长度方向中心附近的一侧沿着定子铁芯15的一端部15a侧的端面15b(例如，图4的上表面侧)的平面方向绕过同一部位进行卷绕，并且使平角线11L的相对于长度方向中心附近的另一侧沿着定子铁芯15的另一端部15a侧的端面15b(例如，图4的下表面侧)的平面方向绕过同一部位来进行卷绕。即，在电枢线圈11中，在旋转轴的轴方向上将平角线11L卷绕成2段，2段平角线11L的端部向同一侧(定子110的外周侧)引出。

由此，在定子110中，将平角线11L在定子铁芯15上绕成α卷作为绕组来形成电枢线圈11，由此能减小后述的与在转子铁芯25中交链的磁通正交的绕组的截面积，能减小在该绕组内产生的涡流损耗。

另外，在定子110中，定子铁芯15的端面15b和电枢线圈11的缠绕端面(轴方向上的端面)处于偏置状态，因此能减少从定子铁芯15的端面15b附近直接与电枢线圈11交链的高次谐波磁通。因此，能减少绕组线圈产生的涡流损耗(高次谐波铜损)，限制发热分布的发生，能抑制绕组中发生温度分布导致电阻值的均匀性降低从而发生铜损等的恶性循环。

而且，在定子110中，能将在定子铁芯15上绕成α卷的平角线11L的相对于长度方向中心附近的一侧端部11La和另一侧端部11Lb从缠绕面内引出。因此，能使电枢线圈11的平角线11L的卷绕量尽可能变大。另外，与将平角线11L的端部11La、11Lb从定子铁芯15的端面15b侧引出而设置保持框16的情况相比，在本实施方式的旋转电机100中，能避免妨碍保持框16的设置，而且在该保持框16发生振动等情况下也能抑制保持框16与平角线11L、定子铁芯15等构件相互接触而发生损伤。此外，在本实施方式中，使平角线11L的端部11La、11Lb从与顶端部15c相反的一侧即定子110的外周侧引出，但是也可以从该顶端部15c侧引出。

另外，在定子铁芯15中，在两端部15a的梯形的宽度大的外周侧形成有切口15k(凹部)，与该切口15k对应地在保持框16的保持孔16a的大宽度侧的外周边形成有突起16t(凸部，参照图5)。并且，将保持孔16a的突起16t嵌入定子铁芯15的切口15k，在轴方向上进行定位保持。在此，保持框16被制造为形成有在将定子铁芯15的两端部15a嵌入保持孔16a内的状态下将其收纳在内部的空间的短的有底圆筒形状，对准外周侧的厚壁部16d，利用螺纹孔16h拧紧，由此对定子铁芯15进行定位保持。

由此，在定子110中也能避免保持框16由于振动等而剧烈碰撞平角线11L，能抑制损伤的发生。

另外，如图5所示，在定子110中，定子铁芯15的电枢线圈11按3相的U相、V相、W相各自并联连接，利用逆变器对车载电池的直流电流进行变换后的3相交流电流从每相的输入线19接入。例如，如图6所示，对于该3相的电枢线圈11u、11v、11w各自的一侧的平角线11L的端部11La，利用卷曲夹13作业性良好且容易地紧固汇流带12u、12v、12w而使其并联导通连接，上述汇流带12u、12v、12w是按3相的U相、V相、W相分别准备的，整体上呈环状的圆弧状。另外，另一侧的平角线11L的端部11Lb同样，利用卷曲夹13紧固作为3相的中性点的汇流带12a而使其并联导通连接。此外，在本实施方式中，将汇流带12u、12v、12w、12a配置在定子110的外周侧，但是不限于此，也可以设置在内周侧。

在此，如图6和图7所示，电枢线圈11的连接端部11La、11Lb被引出到卷绕于定子铁芯15的平角线11L的卷绕面的外侧，位于定子110的外周侧。因此，板状的汇流带12(12u、12v、12w、12a)的板状平面相对于与轴心交叉的方向平行设置，并且在外周侧分为上下2段分别进行连接，能使轴方向和平面方向不变厚地构建定子110。

并且，在定子110成为将卷绕有电枢线圈11(平角线11L)并利用汇流带12u、12v、12w、12a导通连接的定子铁芯15收纳在保持框16内的状态之后，对该保持框16内射出填充(注入)例如散热特性良好的PPS(Poly phenylene sulfide：聚苯硫醚)树脂来进行固定。具体地说，如图8所示，在定子110中，在将定子铁芯15等收纳在保持框16的内部并用螺钉将厚壁部16d固定后，对该厚壁部16d开口，从将电枢线圈11的3相的输入线19引出的引出口16e对内部射出填充PPS树脂(树脂材料)并使其固化。

由此，如图9所示，在定子110中，能对保持框16内的收容空间的定子槽17等构件间的间隙注入PPS树脂，不用准备射出填充用模具，就能使PPS树脂侵入定子铁芯15、电枢线圈11、汇流带12、卷曲夹13之间的间隙来形成固定的树脂模MoS。因此，通过将各构件保持于树脂模MoS，由此能限制离心力、振动而导致移动的情况，能使特性稳定化从而抑制电磁振动等。另外，能确保抗离心力、振动、冲击的坚牢性。另外，能通过形成树脂模MoS来限制水分等浸入，提高抗老化性。

由此，定子铁芯15被配置于定子110，使得定子铁芯15的端部15a的端面15b隔着间隙G与转子120、130的后述的转子铁芯(芯材)25的端部25a的端面25b相对。在定子110中，能使电枢线圈11接通交流电而产生磁通，使该磁通从定子铁芯15的端面15b与转子120、130的转子铁芯25的端面25b进行交链。

因此，在旋转电机100中，能使在位于定子铁芯15两侧的转子铁芯25中交链的磁通在后述的磁轭26中迂回从而形成闭合的磁回路，能利用要使形成该磁回路的磁通的磁路最短的磁阻转矩(主旋转力)来对夹着定子110的2个转子120、130分别进行旋转驱动。

因此，旋转电机100需要用相同的旋转力使固定于共用的轴101的转子120、130一体地旋转，该转子120、130构建成在定子110的两面侧对称的结构。

其结果是，旋转电机100能将通电输入的电能作为机械能从轴101输出，上述轴101的轴心与在定子110的两面侧进行旋转驱动的转子120、130的轴心一致，并且一体地旋转。

此时，在旋转电机100中，在从定子铁芯15到转子铁芯25发生交链的磁通中重叠有高次空间谐波成分。因此，在转子120、130侧，也能利用从定子110侧交链的磁通的高次空间谐波成分的磁通密度的变化，使内置的线圈产生感应电流，得到电磁力。

详细地说，在定子110的电枢线圈11所生成的磁通中，在随着接通的交流电的基本频率而变动的主磁通中重叠有高次空间谐波成分，与转子120、130(转子铁芯25)进行交链。

因此，在转子120、130中，以与主磁通的基本频率不同的周期发生时间性变化的高次空间谐波磁通与转子铁芯25进行交链，在转子铁芯25上设置线圈，由此无需另外与车载电池等外部电源等连接而输入电力就能高效地产生感应电流。其结果是，能将导致铁损的高次空间谐波磁通回收作为用于自励磁的能量。

如图10所示，在旋转电机100中，在用于固定轴101的圆筒部23的周围均匀配置有转子铁芯25，将形成在该转子铁芯25的相邻侧面之间的空间用作转子槽27，配置有感应线圈21和励磁线圈22。该感应线圈21和励磁线圈22在转子铁芯25的长度方向(轴方向)上将作为2段绕组的比电枢线圈11的平角线11L宽度窄的平角线21L、22L分别卷绕成α卷。即，在感应线圈21和励磁线圈22中，平角线21L、22L分别被卷绕为在旋转轴的轴方向上成为2段，平角线21L、22L各自的2段的端部在同一侧(转子120、130的外周侧)被引出。

由此，在转子120、130中，能使相对于从定子铁芯15交链的磁通正交的绕组的截面积变小，能减少在该绕组内产生的涡流损耗。另外，使绕成α卷的平角线21L、22L的大宽度面与转子铁芯25接触，因此能对通电造成的发热高效地导热来连续运转。另外，转子铁芯25的端面25b和感应线圈21的缠绕端面处于偏置状态，因此能抑制由感应线圈21产生的感应电流不稳定，励磁电流的脉动变大引发转矩脉动等特性恶化的情况。

而且，在转子120、130中，能通过将平角线21L、22L绕成α卷来使感应线圈21、励磁线圈22的卷绕量变大。另外，在从感应线圈21、励磁线圈22将后述的第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q从绕组引出时，能避免妨碍在转子铁芯25周围层叠构件、装配后述的保持盘41。由此，能有效地抑制保持盘41与平角线21L、22L、转子铁芯25等构件相互接触而受到负荷从而导致发生损伤的情况。

具体地说，转子120、130在磁轭26的一面侧具备多个转子铁芯25，该多个转子铁芯25为短棒状，截面为大致梯形，在该转子铁芯25上卷绕有感应线圈21和励磁线圈22，将其配置在绕着轴101的位置。

转子铁芯25由高透磁率的磁性材料制造，向与轴101平行的方向延伸，作为共用的芯材分别无间隙地集中卷绕有感应线圈21和励磁线圈22，使其按上下2段并列。

即，在感应线圈21和励磁线圈22中，利用转子铁芯25间的12处转子槽27形成中心线与轴101平行的绕组线圈，从而绕着轴101均匀配置有12个极(槽数为12)。简而言之，感应线圈21和励磁线圈22以与旋转轴的轴方向平行的方向为中心卷绕绕组，分别绕着该旋转轴均匀配置。

因此，在旋转电机100中，转子120、130侧的感应线圈21和励磁线圈22的槽数S(12)与定子110侧的电枢线圈11的磁极数P(18)的构成比S/P形成为2/3。

另外，在转子铁芯25中，将远离端部25a的一侧与圆盘形状的磁轭26的一面侧形成为一体，使端面25b隔着间隙G与定子铁芯15的端面15b相对。此外，磁轭26使轴101贯通中心部，与固定的圆筒部23装配成一体。

利用该结构，从定子铁芯15的端面15b侧到转子铁芯25的端面25b交链的磁通能在该端面25b的背面侧的磁轭26中迂回，使单独的转子铁芯25形成磁路，能在与该转子铁芯25的端面25b相对的定子铁芯15的端面15b再次交链，由此形成闭合的磁回路。

并且，感应线圈21配置在转子铁芯25的远离磁轭26而能使来自定子铁芯15的高次空间谐波磁通有效地交链的端部25a侧，励磁线圈22配置在转子铁芯25的接近磁轭26的连接部25c侧。

由此，在旋转电机100中，能使磁通隔着小间隙G从定子铁芯15的端面15b到转子铁芯25的端面25b高密度地交链，能利用该交链的磁通中包含的高次空间谐波成分(磁通密度相对于基波的变化)使感应线圈21产生感应电流，提供给励磁线圈22。

该励磁线圈22将从感应线圈21接受的感应电流作为励磁电流而自励磁，由此能产生磁通(电磁力)，能使该磁通从转子铁芯25的端面25b与定子铁芯15的端面15b进行交链。

因此，在旋转电机100中，能得到与产生主旋转力的电枢线圈11的磁通独立的电磁转矩(辅助旋转力)，能辅助转子120、130的旋转驱动。

此时，旋转电机100将由感应线圈21产生的交流的感应电流变为直流的励磁电流提供给励磁线圈22从而使转子铁芯25发挥电磁铁的功能来产生电磁力，因此为了有效利用该交流的感应电流而在图11所示的闭合电路30内分别装入感应线圈21和励磁线圈22。

这些感应线圈21和励磁线圈22以相邻位置的转子铁芯25和转子槽27的2个组作为1套，与二极管(整流元件)29A、29B一起构成闭合电路30。

如图11所示，在闭合电路30中，串联连接的2个励磁线圈22的两个端部分别经过二极管29A、29B连接到并联连接的2个感应线圈21的两端部。

具体地说，在闭合电路30中，按逆向缠绕方向集中卷绕而串联连接的2个励磁线圈22中的一方侧的第1连接端部22p和按相同缠绕方向集中卷绕而并联连接的2个感应线圈21的2个第1连接端部21p被连接在1个连接点。另外，串联连接的2个励磁线圈22中的另一方侧的第2连接端部22q连接到二极管29A、29B两者的阴极侧的连接引脚(连接端子)29c，另外，并联连接的2个感应线圈21的2个第2连接端部21q连接到二极管29A、29B各自的阳极侧的连接引脚29c。即，二极管29A、29B被封装为共阴极型，使将各自的阴极侧的连接引脚29c彼此连接后的连接引脚29c露出到外部，使阳极侧的连接引脚29c分别直接露出到外部。

该二极管29A、29B形成为彼此以180度相位差进行接线，使一方感应电流反相而将半波整流输出合成的中性点钳位型的全波整流电路。

由此，在旋转电机100中，用相邻的感应线圈21和励磁线圈22各2组以及二极管29A、29B这样的1套构成闭合电路30，而闭合电路30中的感应线圈21为向相同方向卷绕的集中卷绕，被并联连接，并且励磁线圈22在转子120、130的整周方向上的卷绕方向是交替的。

因此，在旋转电机100中，由于流通由自励得到的直流电(励磁电流)而在转子铁芯25的励磁线圈22中产生的电磁铁的磁化方向在周方向上是交替的，N极和S极交替与定子110的定子铁芯15相对。

并且，在旋转电机100中，6套图11所示的闭合电路30在转子120、130的周方向上并置。即，如图12所示，收纳二极管29A、29B的二极管盒32在磁轭26的转子铁芯25的背面侧在转子120、130的周方向上并列配置。

在该旋转电机100中，在转子120、130中卷绕有感应线圈21和励磁线圈22的转子铁芯25的突极数P与在定子110中设置电枢线圈11的定子槽17的槽数S的构成比(结合体)为P/S＝2/3，通过采用这种结构，使得在各个闭合电路30的感应线圈21中发生交链的高次谐波磁通的波形相同。

因此，无相位差地由感应线圈21产生的感应电流能作为由二极管29A、29B进行了整流的同程度的励磁电流提供给励磁线圈22，能不损失而有效利用所产生的电磁力，能高效并且高质量地对转子120、130进行旋转驱动。

根据这种电路构成，在本实施方式的旋转电机100中，每个闭合电路30被分段为6套，因此与将转子120、130的感应线圈21和励磁线圈22全由2个二极管29A、29B整流来发挥电磁铁功能的串联电路的情况相比，能避免绕组电阻累加而成为高电阻值。

因此，例如在为了使车辆低速行驶而使转子120、130进行低速旋转的情况下，与感应线圈21交链的磁通量的变化变小，产生的感应电流也会变小。然而，在旋转电机100中，能使该感应线圈21、励磁线圈22的绕组电阻中的浪费变少(使限制电阻值变小)，不会无效地浪费电而使励磁线圈22励磁。由此，能高效地产生电磁力，能有效地辅助利用定子110的电枢线圈11产生的旋转力。

此时，也能使由感应线圈21产生的感应电压、由励磁线圈22产生的励磁电压分散来抑制为低电压，也能减少由于对绕组通电而发生的铜损。因此，也能避免电压值过高而得不到所希望的转矩。

然而，感应线圈21、励磁线圈22的低电阻化、低电压化也能通过将该感应线圈21和励磁线圈22分别并联连接来实现。然而，两端部被并联连接的感应线圈21和励磁线圈22各自中，会在抵消磁通的产生(变化)的方向上产生感应电压，因此在感应线圈21、励磁线圈22的并联电路内会产生循环电流，导致妨碍产生磁通(磁力)。因此，在旋转电机100的整流电路中，优选在转子120、130中分别配置6套闭合电路30。

具体地说，在闭合电路30中，二极管盒32内的二极管29A、29B的连接引脚29c与感应线圈21和励磁线圈22经过多个接线材33连接。另外，如图13所示，二极管盒32和接线材33能利用设置于磁轭26的转子铁芯25的背面侧的树脂制成(例如，PPS树脂)的接线基盘35的支架孔36、接线材用槽37来定位保持，能容易地进行接线作业。

在此，在接线基盘35中，在轴方向外面35a一侧在周方向上均匀间隔地形成有设置二极管盒32的支架孔36，该二极管盒32通过紧固螺栓39装配在支架孔36内。在该接线基盘35中排列有支架孔36，使得从二极管盒32向外部突出的二极管29A、29B的连接引脚29c在以轴心为中心的径方向上延伸而朝向外周侧。这样，在接线基盘35中，与将二极管29A、29B的连接引脚29c沿着周方向排列的情况相比紧凑地设置。

另外，在接线基盘35中，从感应线圈21、励磁线圈22的被绕成α卷的绕组(平角线21L、22L)引出第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q，确保彼此绝缘的规定间隔，形成为沿着接线基盘35的外周面35b弯曲的形状，向外面35a侧(背面侧)的方向延伸。

另外，在接线基盘35中分别形成有多个作为接线材用槽37的径方向槽37a和周方向槽37b。接线材用槽37的径方向槽37a能收纳感应线圈21和励磁线圈22的第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q和二极管盒32(二极管29A、29B)外部的连接引脚29c这两者，保持大宽度的凹陷形状，形成从外面35a侧到外周面35b侧在径方向上连续的形状。接线材用槽37的周方向槽37b以与接线材33同等程度的宽度将径方向槽37a之间连通，形成有离轴心间隔不同的3条周方向槽37b。

如图11和图12所示，在该接线材33中，将设置在接线材用槽37的径方向槽37a内的多条径方向线材(第1导体)33a和设置在接线材用槽37的周方向槽37b内的多条周方向线材(第2导体)33b适当地通过熔焊、锡焊等来形成将感应线圈21和励磁线圈22与二极管29A、29B连接的接线路径R1～R5。在此，该接线材33按照接线材用槽37(37a，37b)的形状成型从而能容易地进行连接作业，另外，通过形成为带状还能提高散热特性。

此外，详细地说，在接线路径R1中，2个励磁线圈22中的一方侧的第1连接端部22p和2个感应线圈21的2个第1连接端部21p之间被导通连接。在接线路径R2中，串联连接的2个励磁线圈22之间的第1、第2连接端部22p、22q之间被导通连接。在接线路径R3、R4中，并联连接的2个感应线圈21的2个第2连接端部21q和二极管29A、29B各自的阳极侧的连接引脚29c之间均被导通连接。在接线路径R5中，串联连接的2个励磁线圈22中的另一方侧的第2连接端部22q与二极管29A、29B两者的阴极侧的连接引脚29c之间被导通连接。

并且，如图14所示，转子120、130在与接线基盘35相反的一侧装配有保持盘41，使其介于转子120、130与定子110之间，换言之，使其与保持框16相对。在保持盘41中，在开口的保持孔41a内嵌入转子铁芯25的端部25a侧而使端面25b露出的状态下进行保持。

在保持盘41中，在保持孔41a间的外周侧的多个部位一体形成有用于进入接线基盘35的外周面35b的径方向槽37a内的间隙的钩42。详细地说，使钩42进入与感应线圈21的第1连接端部21p相邻的间隙，勾住接线基盘35的外面35a侧。

在该保持盘41中，使钩42勾住接线基盘35的外面35a侧从而保持将感应线圈21、励磁线圈22卷绕于转子铁芯25的状态，并且维持从保持孔41a露出的端面25b接近对面从保持框16的保持孔16a露出的定子铁芯15的端面15b的状态。此外，该保持盘41可以由不妨碍磁回路的形成的非磁性体材料制造，例如由能使钩42容易变形地装配于接线基盘35的树脂材料(例如PPS树脂)成型制造。

另外，转子120、130被收纳在从接线基盘35的外面35a侧到保持盘41形成为有底的短圆筒形状的盖45内来获得保护，盖45由非磁性金属板例如黄铜板成型，由此在运转时不会影响磁路的形成等。

该盖45在外周壁46的内周面侧形成有凸形状部46a(参照图15)，凸形状部46a嵌入设于接线基盘35的外周面35b的径方向槽37a。另外，绕着轴心的开口45c形成有用于使固定设置在接线基盘35的支架孔36内的二极管盒32的紧固螺栓39的螺纹部贯通的贯通孔45d。

由此，盖45使外周壁46的凸形状部46a嵌入接线基盘35的外周面35b的径方向槽37a，能在周方向上将盖45定位而用盖45覆盖。另外，能对开口45c周围的贯通孔45d插入紧固螺栓39，装配成与接线基盘35的支架孔36内的二极管盒32的一面侧紧密接触的状态。由此，盖45能发挥散热构件的作用，将二极管29A、29B进行整流动作时产生的热进行热交换，放出到外部。另外，只要从接线基盘35松动卸下紧固螺栓39就能进行二极管盒32(二极管29A、29B)的更换作业，能提高作业性。

而且，在转子120、130中，在相邻的保持孔41a之间设有多处注入口41b。并且，在转子120、130中，在将盖45装配于接线基盘35的状态下，能从盖45的外周壁46与保持盘41的外周边41c之间形成的间隙D1(参照图15)、转子铁芯25的轴心侧的圆筒部23与保持盘41的内周边41d之间形成的间隙D2(参照图15)以及注入口41b射出(注入)PPS树脂。

此时，如图15所示，在转子120、130中，PPS树脂的射出量被调整为不会覆盖到接线基盘35的外面35a侧的程度，在盖45与接线基盘35之间的转子槽27内等填充PPS树脂，使其固化。

由此，在转子120、130中，也能对转子槽27等构件间的间隙注入PPS树脂，不用准备射出填充用模具就能使PPS树脂侵入转子铁芯25、感应线圈21、励磁线圈22之间的间隙来形成固定的树脂模MoR。因此，各构件被树脂模MoR保持，由此能限制由于离心力、振动而移动，使特性稳定化来抑制电磁振动等。另外，能确保对离心力、振动、冲击的坚牢性。另外，通过设置树脂模MoR也能限制水分等的浸入，提高抗老化性。

此时，接线基盘35的外面35a侧不会被PPS树脂覆盖，不会导致无法进行将盖45从接线基盘35卸下来更换二极管盒32(二极管29A、29B)的作业。

并且，如图1所示，在旋转电机100中，定子110和转子120、130被收纳在电动机箱150内。在该旋转电机100中，利用设置于电动机箱150的轴方向两端侧的端板152、153的轴承159支撑轴101的两端侧，使其旋转自如。并且，由轴承108支撑该轴101并使其旋转自如的定子110的外周边侧与电动机箱150的侧板154连结，对其电枢线圈11提供电力。

在该旋转电机100中，将对定子110的电枢线圈11提供电力而对转子120、130进行旋转驱动时的旋转转矩输出到与露出(突出)到电动机箱150的端板153的外部的轴101的连结端部101a侧连结的负载侧。针对该轴101(转子120、130)的旋转，在从电动机箱150的端板152突出的旋转端部101b装配未图示的旋转分析器(resolver)等旋转传感器来检测旋转速度等，在该旋转端部101b的端板152的外部侧设有用于防止损伤的防护箱156来进行保护。

如图16所示，在轴101中，在装配定子110、转子120、130的设置部位形成有直径不同的台阶部102、103，将定子110和转子120、130在轴方向上定位来进行装配。定子110使台阶部102位于轴心侧来装配于轴101。转子120、130使该台阶部102的轴方向两侧的设置面101r位于轴心侧来装配于轴101。

对于该转子120、130，在比用于嵌套磁轭26的轴心侧的圆筒部23的内周面23a的轴101的设置面101r形成更大直径的台阶部102的两端面102a、102b(转子定位部，第1、第2转子台阶部)，以抵接该圆筒部23的状态为基准，使闭锁环105、106与两端侧的未图示的螺纹部啮合，在接近方向上锁紧，从而在轴方向上进行定位。另外，如图7所示，对于转子120、130，在旋转方向上使键构件129嵌入形成在圆筒部23的内周面23a侧的键槽24和在轴101的设置面101r的轴方向上连续的键槽104来进行定位。

另外，如图16所示，轴101在对转子120、130进行定位的台阶部102的一端侧共用端面102b形成有更大直径的台阶部103，以该台阶部103为基准对定子110进行定位来进行装配。

如图1所示，在该定子110中，在保持框16的内周边侧设有轴承支撑件107，支撑轴承108使其旋转自如，以将该轴承108的一端侧端部抵接于台阶部103的共用端面102b的相反侧的端面103a(定子定位部，定子台阶部)的状态为基准在轴方向上进行定位。而且，定子110在旋转方向上将插入保持框16的厚壁部16d的螺纹孔16h的固定螺栓119锁紧到形成于电动机箱150的侧板154的内周面侧的法兰部155的螺纹固定孔155a中来进行定位。根据该结构，定子110的外周侧被固定于电动机箱150的侧板154，由此能减少轴方向的挠曲振动。

这样，旋转电机100被构建为如下结构：在被设置于电动机箱150的端板152、153侧和定子110的保持框16侧的轴承159、108支撑并旋转自如的轴101上，转子120、130夹着该定子110被固定而一体旋转。

根据该结构，如图18所示，在旋转电机100中，使固定于电动机箱150侧的定子铁芯15的两端面15b和固定于轴101侧的转子铁芯25的端面25b隔着间隙G靠近并相对，能支撑转子120、130使其旋转自如。另外，在该旋转电机100中，从车载电池对定子110的电枢线圈11接通交流电流来产生旋转磁场，由此能使高次谐波磁通与转子120、130的感应线圈21交链而产生感应电流，对该感应电流进行整流，作为励磁电流提供给励磁线圈22，由此能发挥电磁铁的功能，得到旋转转矩。

在此，感应线圈21和励磁线圈22被设置为在进行磁场解析确认了高次谐波磁路的基础上能高效地产生感应电流，从而有效利用从定子铁芯15的端面15b与转子铁芯25的端面25b进行交链的3次时间谐波磁通。具体地说，如上述那样，将转子120、130的槽数S与定子110的磁极数P的构成比S/P设为2/3，由此形成能高效地利用旋转坐标系中的3f次时间谐波磁通(f＝1，2，3……)的结构。

详细地说，例如，旋转坐标系中的高次时间谐波磁通不过是仅在转子铁芯25的端面25b的表面附近进行振动的波形，因此无法使感应线圈21高效地产生感应电流。而如果将旋转坐标系中的3次时间谐波磁通作为回收对象，则由于频率比输入电枢线圈11的基本频率高，能以短周期进行脉动，能有效地使感应线圈21产生感应电流。因此，能高效地回收在基本频率的磁通中重叠的高次空间谐波成分的损失能量来进行旋转。

而且，与上述同样地进行磁通密度分布的磁场解析可知，根据转子齿突极数P与定子槽数S之比，机械角360度内的周方向上磁通密度分布也被分散化，因此认为在定子110中作用的电磁力分布也发生偏置。

因此，在旋转电机100中，采用将转子120、130的槽数S与定子110的磁极数P的构成比S/P设为2/3的结构，由此能使在机械角360度的整周上密度分布均匀的磁通发生交链，能使转子120、130与定子110相对并且高质量地相对旋转。

由此，在旋转电机100中，能不损失高次空间谐波磁通地进行有效利用，能高效地回收损失能量，能大幅度减少电磁振动，静寂性高地进行旋转。

另外，感应线圈21、励磁线圈22采用集中卷绕结构，由此不需要跨越多个槽在周方向上进行绕线，整体上能进行小型化。另外，在感应线圈21中，能减少旋转坐标系中的初级侧的铜损损失，高效地产生由低次的3次时间谐波磁通的交链导致的感应电流，能增加可回收的损失能量。

而且，感应线圈21利用旋转坐标系中的3次时间谐波磁通，由此与利用旋转坐标系中的2次时间谐波磁通的情况相比，能有效地产生感应电流。详细地说，对于感应电流来说，与2次相比，利用3次时间谐波磁通能使磁通的时间变化变大，能得到大电流，能高效地进行回收。

这样，在旋转电机100中，如图19中示为模型图那样，使转子120、130各自的转子铁芯25的端面25b隔着间隙G与卷绕有定子110的电枢线圈11的定子铁芯15的两端面15b相对。并且，将感应线圈21卷绕于各转子铁芯25的端部25a，另外，将励磁线圈22卷绕于各转子铁芯25的磁轭26(连接部25c)侧。

由此，如图20所示，在旋转电机100中，能形成使对电枢线圈11通电而产生的磁通MF在定子铁芯15和两侧的转子铁芯25之间进行交链而在磁轭26中迂回的磁回路，能相对于定子110使2个转子120、130相对旋转。另外，在此基础上，在该磁通MF中重叠的高次空间谐波磁通HF也从定子铁芯15与两侧的转子铁芯25进行交链，能由各个端部侧25a的感应线圈21高效地回收而产生感应电流，能将在二极管29A、29B中对该感应电流进行整流得到的励磁电流提供给励磁线圈22。因此，例如在图21中，如将在定子铁芯15和两侧的2个转子铁芯25之间进行交链的3次时间谐波磁通HF的磁通密度用磁通矢量V表示的那样，在旋转电机100中，在定子铁芯15与两侧的2个转子铁芯25之间使高次空间谐波磁通HF以高磁通密度进行交链，能用大的电磁转矩使轴101旋转。

而例如在径方向上使定子和转子隔着间隙相对的径向间隙型旋转电机中，在中间夹着定子配置有直径不同的内转子与外转子的结构的情况下，对于内转子和外转子来说，在径向方向上与定子相对的面积大不相同，因此会导致旋转转矩发生大的差异。

因此，径向间隙型旋转电机有如下特性：与轴向间隙型相比，在结构上，无法确保高次空间谐波磁通交链的面积大，即使将电枢线圈11集中卷绕，高次空间谐波磁通的产生量多，也难以有效地进行交链。相反，轴向间隙型旋转电机100在结构上与径向间隙型相比，虽然泄漏磁通多，但是采用能有效回收该泄漏的结构，因此能有效地使高次空间谐波磁通交链。

例如，在使用1个转子的径向间隙型旋转电机的情况下，如图22所示，为对于卷绕电枢线圈931的定子铁芯935的单侧的端面935b隔着间隙G使1个转子铁芯945的端面945b相对的结构。在这种结构中，与轴向间隙型相比无法高效地回收将电枢线圈931通电而产生的磁通MF中重叠的高次空间谐波磁通HF，难以产生大的电磁转矩。另外，磁轭946侧的铁损也会比轴向间隙双转子型旋转电机100增加。

另外，如图23所示，在径向间隙型旋转电机中，为了回收更多的高次空间谐波磁通HF，想到在转子铁芯945间的转子槽947内配置回收用的辅助极铁芯948，卷绕感应线圈949。然而，在这种结构中，仅能回收定子铁芯935的单侧泄漏的高次空间谐波磁通HF，因此所得到的电磁转矩比旋转电机100小。另外，在这种结构中，在转子铁芯945间配置使磁通交链的辅助极铁芯948，因此会导致转子侧的突极比变小。

而且，在旋转电机100中，在定子110、转子120、130中分别配置有将绕组线圈集中卷绕而成的电枢线圈11、感应线圈21和励磁线圈22，但是也可以进行分布卷绕来代替集中卷绕。然而，关于在定子铁芯15的端面15b与转子铁芯25的端面25b之间进行交链的磁通密度，在将电枢线圈11、感应线圈21和励磁线圈22集中卷绕或者分布卷绕的情况中进行比较，则有如图24所示的磁通密度波形。对该磁通密度波形进行电磁场解析，如图25所示，可知在集中卷绕的情况下，所包含的静止坐标系中的2次空间谐波磁通(旋转坐标系中的3次时间谐波磁通)比分布卷绕的情况多。其结果是，在旋转电机100中，与分布卷绕的情况相比，通过采用集中卷绕，能使进入转子铁芯25的端面25b深处的高次空间谐波磁通多与感应线圈21进行交链，能将感应电流作为励磁电流提供给励磁线圈22。

因此，如图26用转矩波形所示，在轴向间隙双转子型旋转电机100中，当开始对定子110的电枢线圈11提供交流电流时，如图中用实线所示，能以高转矩使轴101旋转。而在图26中用单点划线表示的如图22那样的径向间隙型且无辅助极的结构、在图26中用双点划线表示的如图23那样的径向间隙型且有辅助极的结构中，无法如轴向间隙双转子型旋转电机100那样得到大的转矩。另外，如图26中用虚线所示，可知即使是以得到高转矩为目的，在将永久磁铁埋入转子内来利用电磁转矩的IPMSM(Interior Permanent Magnet SynchronousMotor：内永磁同步电动机)的结构中，也无法如轴向间隙双转子型旋转电机100那样用大的转矩对轴101进行旋转驱动。

然而，如图27所示，在本旋转电机100中，在盖45的外面45a侧的多个部位形成有冷却翅片61。该冷却翅片61的朝向旋转方向的一侧为倾斜面61a，由此能避免成为旋转负荷，并且能使电动机箱150内的空气发生对流。

由此，在旋转电机100中，将转子120、130的接线基盘35收纳在内部的盖45主体能将二极管29A、29B在整流动作时传递的发热通过使包括冷却翅片61的盖45的表面与外部空气等高效地接触来进行热交换。由此，能有效地进行散热，能抑制温度上升，旋转效率降低的情况。此外，该旋转电机100也具备贯通轴101的轴心的冷媒用流路109。

这样，在本实施方式中，在构建成轴向间隙型的双转子结构的定子110和转子120、130中分别配置有在轴101周围卷绕方向平行的电枢线圈11、感应线圈21和励磁线圈22，因此能使在由电枢线圈11产生的主磁通中重叠的高次空间谐波磁通与设于定子110的两侧的转子120、130的感应线圈21有效地进行交链。并且，能将由此在感应线圈21中产生的感应电流作为励磁电流高效地提供给励磁线圈22。

因此，不使用永久磁铁(不会由于高次空间谐波磁通而发生磁力的下降)，并且不用从外部提供电力，就能有效地利用高次空间谐波磁通，由此能与磁阻转矩一起将电磁转矩分别作用于转子120、130，能以大的旋转力进行旋转驱动。

另外，在电枢线圈11中，绕着芯材(定子铁芯15)将平角线11L绕成α卷，将端部11La和端部11Lb原样保持绕组的缠绕方向来向定子110的外周侧引出。由此，能有效利用与保持框16之间的空间来形成绕组线圈。由于是这种结构，因此能形成使该芯材的端部15a从保持框16的保持孔16a露出而嵌入的所谓偏置状态，能在绕组的整周上接触来进行支撑。另外，能通过从缠绕部位引出并弯曲来紧凑地接线。

另外，在感应线圈21和励磁线圈22中，绕着芯材(转子铁芯25)将平角线21L、22L绕成α卷，能将第1连接端部21p、22p和第2连接端部21q、22q原样保持缠绕方向来向转子120、130的外周侧引出，能有效地利用与保持盘41之间的空间来形成绕组线圈。由于是这种结构，因此能形成使该芯材的端部25a从保持盘41的保持孔41a露出而嵌入的所谓偏置状态，能在绕组的整周上接触来进行支撑。另外，能通过从缠绕部位引出并弯曲来紧凑地接线。

而且，在电枢线圈11中，沿着定子110的外周侧的环状且为板状的汇流带12(12u、12v、12w、12a)被设置为使其板状的平面方向与轴心正交的上下2段，因此能在定子铁芯15的外周侧紧凑地进行接线连接，能容易制作。

在此，本实施方式的其它实施方式不限于用转子120、130夹着定子110的形态的单定子双转子型，构件为用定子夹着转子的形态的双定子单转子型的轴向间隙电动机也能得到同样的作用效果。

另外，绕组线圈不限于绕组采用铜线的情况，例如也可以采用铝导体、高频电流用绞合线的利兹线(Litz Wire)。

另外，旋转电机100也可以构件为在转子120、130中追加配置有永久磁铁的混合型，用混合励磁型来得到电磁转矩。

而且，整流元件不仅可以用二极管29A、29B，也可以采用其它开关元件等半导体元件，不限于收纳在二极管盒32内的类型，也可以安装在转子120、130的内部。

该旋转电机100不限于车载用，例如也能合适地用作风力发电、工作机械等的驱动源。

虽然公开了本发明的实施方式，但是显然本领域技术人员能不脱离本发明的范围而加以变更。希望将所有这种修正和等价物都包含于权利要求中。

Claims (8)

1.一种轴向间隙型旋转电机，具备：转子，其以旋转轴为中心旋转；以及定子，其在上述旋转轴的轴方向面对上述转子，上述旋转电机的特征在于，

具有：多个电枢线圈，其配置在上述定子的上述旋转轴的周围；

多个感应线圈和多个励磁线圈，其配置在上述转子的上述旋转轴的周围；以及

整流元件，其对上述感应线圈产生的感应电流进行整流并提供给上述励磁线圈，

上述电枢线圈、上述感应线圈和上述励磁线圈中的至少1个绕组包括带状的平角线，上述平角线形成为在上述旋转轴的轴方向上为2段卷绕的绕组线圈，上述平角线的大宽度面在与上述旋转轴的轴方向交叉的方向上卷绕于芯材的外周面而形成层，使得该平角线的2个端部在芯材的外周面引出并作为连接用的部位，

在上述平角线中，使该平角线的长度方向上的中心附近按照与上述芯材紧密接触的方式钩挂而卷绕，使上述平角线的上述长度方向的一侧沿着上述芯材的端面的平面方向进行卷绕，使上述平角线的上述长度方向的另一侧沿着上述芯材的与上述端面相反一侧的端面的平面方向进行卷绕，按2段被卷绕在上述芯材上的上述绕组线圈中的第1段和第2段包括相同的平角线。

2.根据权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其中，

上述电枢线圈的绕组以与上述旋转轴平行的方向为中心卷绕在上述定子的芯材的外周面，

该电枢线圈的绕组的作为连接用部位引出的2个端部在上述定子的芯材上从接近上述旋转轴一侧的接近部位和远离上述旋转轴一侧的远离部位中的任一方引出。

3.根据权利要求2所述的轴向间隙型旋转电机，其中，

上述电枢线圈在上述定子中配置在上述旋转轴的周围，

上述电枢线圈的绕组的端部由沿着上述定子的外周形成为圆弧形状的汇流带连接。

4.根据权利要求3所述的轴向间隙型旋转电机，其中，

上述汇流带形成为板状，设置成该板状的平面平行于与上述旋转轴交叉的方向。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的轴向间隙型旋转电机，其中，

上述感应线圈和上述励磁线圈在上述旋转轴的轴方向上配置于共用的上述转子的芯材的不同的2个部位，

上述感应线圈和上述励磁线圈各自的绕组的端部成型为朝向远离上述定子的一侧且在保持绝缘间隔的情况下弯曲的形状。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的轴向间隙型旋转电机，其中，

上述电枢线圈在上述定子的芯材的两端侧形成有没有卷绕上述电枢线圈的绕组的露出部位，该露出部位可嵌入具有保持孔的2个保持板，通过上述2个保持板夹持卷绕有该电枢线圈的绕组的部位使上述电枢线圈设置于上述定子。

7.根据权利要求6所述的轴向间隙型旋转电机，其中，

上述电枢线圈在上述定子的芯材的露出部位和上述保持板的上述保持孔的边缘的对应位置配置有通过相互嵌合进行定位的凸部和凹部。

8.根据权利要求5所述的轴向间隙型旋转电机，其中，

上述电枢线圈在上述定子的芯材的两端侧形成有没有卷绕上述电枢线圈的绕组的露出部位，该露出部位可嵌入具有保持孔的2个保持板，通过上述2个保持板夹持卷绕有该电枢线圈的绕组的部位使上述电枢线圈设置于上述定子。

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