CN106487177B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

提供一种旋转电机，提高在周向上以规定的间隔配置有软磁性体的外转子的机械强度。旋转电机具有：定子，其具有通过通电产生磁通的电枢线圈；内转子，其由于磁通的通过而旋转；以及外转子(200)，其配置在通过内转子的磁通的磁路的中途并旋转，外转子(200具有：圆筒形状的非磁性构件(202)，其中在周向上每隔规定的间隔配置有从轴线方向的一方端面至另一方端面形成的嵌合孔(202C)；以及棒状的极片(201)，其嵌入嵌合孔(202C)。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及双转子型的旋转电机。

背景技术

专利文献1公开了一种双转子型的旋转电机，其中，配置在内转子和定子之间的外转子由在周向上按等间隔配置的多个软磁性体铁芯构成，各软磁性体铁芯被固定于与旋转轴连结的支撑部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第4505524号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1公开的将多个软磁性体铁芯固定于与旋转轴连结的支撑部的结构的外转子中，在周向上相邻的软磁性体铁芯间构成为空气区域。在这种结构的外转子中，不是软磁性体铁芯整体被保持于支撑部，因此存在机械强度不足的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，因此其目的在于提供一种提高在周向上以规定的间隔配置软磁性体的外转子的机械强度的旋转电机。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明是一种旋转电机，具备：定子，其具有通电时产生磁通的电枢线圈；第1转子，其在上述磁通通过时旋转；以及第2转子，其配置在通过上述第1转子的上述磁通的磁路的中途并旋转，上述旋转电机的特征在于，上述第2转子具有：圆筒形状的非磁性体，上述非磁性体具有按照每隔规定的间隔配置在周向上的嵌合孔，该嵌合孔形成为从轴线方向的一方端面至另一方端面；以及棒状的软磁性体，其嵌入上述嵌合孔。

发明效果

根据本发明，能提供一种旋转电机，提高在周向上以规定的间隔配置有软磁性体的外转子的机械强度。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的旋转电机的图，是示出其概要构成的1/2模型的与旋转轴正交的截面图。

图2是示出设置于内转子的二极管的连接闭合电路的连线图。

图3是示出内转子与外转子之间的间隙磁通密度的谐波分析结果的坐标图。

图4是本发明的一个实施方式的旋转电机的与旋转轴平行的截面图。

图5是示出本发明的一个实施方式的旋转电机的外转子的分解立体图。

图6是示出本发明的一个实施方式的旋转电机的内转子的分解立体图。

图7是示出本发明的一个实施方式的旋转电机的极片和非磁性构件的分解立体图。

图8是从轴线方向看本发明的一个实施方式的旋转电机的极片和非磁性构件的俯视图。

图9是说明本发明的一个实施方式的旋转电机的非磁性构件对极片的保持结构的放大图。

图10是示出本发明的一个实施方式的旋转电机的非磁性构件、外旋转轴、圆筒轴和法兰部的各接合部分的截面图。

图11是图10中用点划线A包围的部分的放大截面图。

图12是图10中用点划线B包围的部分的放大截面图。

图13是示出本发明的一个实施方式的旋转电机的极片和非磁性构件的切口部的立体图。

图14是本发明的一个实施方式的旋转电机的外转子和同轴夹具的截面图。

图15是示出本发明的一个实施方式的旋转电机的概要的截面图。

图16是示出本发明的一个实施方式的旋转电机的极片的角度与间隙磁通密度的关系的坐标图。

图17是示出将电枢线圈集中卷绕的情况下的磁通密度的图。

附图标记说明：

1：旋转电机

100：定子

104：电枢线圈

200：外转子(第2转子)

201：极片(软磁性体)

202：非磁性构件(非磁性体)

202A：非磁性部

202B：桥部

202C：嵌合孔

300：内转子(第1转子)

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1～图17是说明本发明的一个实施方式的旋转电机的图。

在图1中，旋转电机1构成为双转子形式的旋转电机，具备：形成为圆筒形状的定子100；设于该定子100的旋转轴1C侧的作为第2转子的外转子200；以及设于该外转子200的旋转轴1C侧的作为第1转子的内转子300。外转子200和内转子300被分别支撑从而能以旋转轴1C为旋转中心相对旋转。此外，图1示出了机械角360度中的180度(1/2)的径方向截面图。

定子100具备定子铁芯101，在该定子铁芯101中，在周向上排列有朝向轴心沿径向延伸的多个定子齿102。该定子齿102以使内周面102a侧隔着空气间隙G1与后述的外转子200的非磁性构件202的外周面202a相对的方式形成。

在该定子100中，将定子齿102的侧面102b之间作为槽103，收纳有与三相交流的W相、V相、U相对应的电枢线圈104。电枢线圈104通过分布卷绕而缠绕于定子齿102。电枢线圈104通过通电产生磁通。

在定子100中对该电枢线圈104提供三相交流电来产生在周向上旋转的旋转磁场，使所产生的磁通与外转子200、内转子300交链从而分别对这些外转子200和内转子300进行旋转驱动。

外转子200具有：包括磁导率高的钢材等软磁性体的极片201；以及包括PPS(聚苯硫醚)树脂等不使磁通通过的非磁性体的非磁性构件202。极片201和非磁性构件202在轴线方向上延伸。此外，轴线方向表示与旋转轴1C延伸的方向相同的方向。

极片201形成为在轴线方向上延伸的棒状，是将多个电磁钢板在周向上层叠而成的。此外，极片201也可以由将强磁性体的微小粉末压缩固化后的压粉磁心形成。在这种情况下，压粉磁心的表面被绝缘覆膜覆盖，因此能减少高次谐波磁通造成的涡流损失。

非磁性构件202形成为圆筒形状，在周向上每隔规定的间隔配置有嵌合孔202C。嵌合孔202C形成于从轴线方向的一方端面至另一方端面的范围。

另外，非磁性构件202在周向上相邻的嵌合孔202C之间具有非磁性部202A。而且，非磁性构件202在嵌合孔202C的定子侧和内转子侧具有将周向上相邻的非磁性部202A连接的桥部202B。非磁性部202A和桥部202B形成为一体。

在这样构成的非磁性构件202中，由非磁性部202A和桥部202B包围的空间构成为嵌合孔202C。极片201被嵌入嵌合孔202C。

因此，在本实施方式的外转子200中，软磁性体的极片201和非磁性部202A在周向上交替配置。在后面说明极片201和非磁性构件202的详细构成。

外转子200形成为：极片201的外周面201a在径方向上将非磁性构件202的桥部202B夹在中间而与定子100的定子齿102的内周面102a相对，极片201的内周面201b在径方向上将非磁性构件202的桥部202B夹在中间而与后述的内转子300的转子齿302的外周面302a相对。非磁性构件202的桥部202B的径方向的宽度小于非磁性构件202的非磁性部202A的径方向的宽度，设定为小到不致阻碍定子100与极片201之间以及极片201与内转子300之间磁通通过的程度的宽度。

因此，该外转子200使由定子100的电枢线圈104产生而交链的磁通高效地通过极片201，另一方面在非磁性部202A中阻碍该磁通的通过。由该定子100的电枢线圈104产生的磁通形成如下磁回路：在通过外转子200的极片201后，如后述那样，与内转子300的转子齿302的外周面302a交链，再次通过外转子200的极片201，从而返回定子100。

此时，外转子200相对于定子100进行相对旋转，因此反复切换使磁通通过的极片201和限制磁通通过的非磁性部202A来形成磁回路。

这样，能通过使外转子200旋转来变更由电枢线圈104产生的旋转磁场的极数和频率。该调制后的旋转磁场与内转子300同步旋转来产生转矩。

内转子300具备在轴线方向上层叠有多个电磁钢板的转子铁芯301。在该转子铁芯301中，在周向上排列有向远离轴心的径向延长的多个转子齿(突极部)302。转子齿302形成为使外周面302a隔着空气间隙G2与外转子200的非磁性构件202的内周面202b相对。

该转子齿302具有包括感应线圈I和励磁线圈F的转子绕组330。感应线圈I将相邻的转子齿302的侧面302b之间作为槽303，卷绕于转子齿302的外转子200侧。励磁线圈F将相邻的转子齿302的侧面302b之间作为槽303，卷绕于转子齿302的轴心侧。即，感应线圈I在槽303中卷绕于内转子300的径方向外侧，励磁线圈F在槽303中卷绕于内转子300的径方向内侧。

感应线圈I在每个转子齿302上以集中卷绕的方式形成，使得方向相反的卷绕绕组在内转子300的周向上彼此相邻，排列在内转子300的周向上。该感应线圈I通过磁通交链而产生(诱发)感应电流。

励磁线圈F在每个转子齿302上以集中卷绕的方式形成，使得方向相反的卷绕绕组在内转子300的周向上彼此相邻，排列在内转子300的周向上。对该励磁线圈F提供励磁电流来使其励磁，该励磁线圈F发挥作为电磁铁的功能。

这样，感应线圈I和励磁线圈F被缠绕成使电流的方向相同。

在此，将图1的占机械角180度的8个感应线圈I在旋转方向(逆时针方向)上区别称呼为感应线圈I1～I8。另外，将占机械角180度的8个励磁线圈F在旋转方向上区别称呼为励磁线圈F1～F8。

在图2中，感应线圈I1、I3、I5、I7和励磁线圈F1、F2、F3、F4与二极管D1、D2一起形成作为闭合电路的整流电路C1。在该整流电路C1中，隔开3个的感应线圈I1、I5与二极管D1串联连接，隔开3个的感应线圈I3、I7与二极管D2串联连接，励磁线圈F1、F2、F3、F4被串联连接。另外，包括感应线圈I1、I5、二极管D1的串联连接与包括感应线圈I3、I7、二极管D2的串联连接在两端部处被并列连接后，在二极管D1、D2的阴极侧连接到包括励磁线圈F1、F2、F3、F4的串联连接。这样，整流电路C1被连线而构成电路，使得由感应线圈I1、I3、I5、I7产生的交流的感应电流在二极管D1、D2中分别单向地整流，作为直流励磁电流提供给励磁线圈F1、F2、F3、F4。

另外，感应线圈I2、I4、I6、I8和励磁线圈F5、F6、F7、F8与二极管D3、D4一起形成作为闭合电路的整流电路C2。在该整流电路C2中，隔开3个的感应线圈I2、I6与二极管D3串联连接，隔开3个的感应线圈I4、I8与二极管D4串联连接，励磁线圈F5、F6、F7、F8被串联连接。另外，包括感应线圈I2、I6、二极管D3的串联连接与包括感应线圈I4、I8、二极管D4的串联连接在两端部被并列连接后，在二极管D3、D4的阴极侧连接到包括励磁线圈F5、F6、F7、F8的串联连接。这样，整流电路C2被连线而构成电路，使得由感应线圈I2、I4、I6、I8产生的交流的感应电流在二极管D3、D4中分别单向地整流，作为直流励磁电流提供给励磁线圈F5、F6、F7、F8。

根据该电路构成，能对由感应线圈I产生的感应电流进行整流，作为励磁电流使励磁线圈F励磁，因此能使转子齿302作为电磁铁发挥功能。

在此，二极管D1、D2、D3、D4在使感应线圈I、励磁线圈F多极化的情况下也会通过串联连接来抑制使用数量，为了避免大量使用，不形成一般的H桥型全波整流电路，而是分别按形成180度相位差来进行连线，形成使一方感应电流反转而进行半波整流输出的中性点钳型半波整流电路。

整流电路C1、C2的励磁线圈F的卷绕方向在各个相邻的转子齿302之间是相反的。因此，构成磁回路的一部分的内转子300的一个转子齿302被磁化，从而发挥使S极与外转子200相对的电磁铁的功能，磁通的方向是从外转子200的极片201到S极。另外，相邻的另一个转子齿302被磁化，从而发挥使N极与外转子200相对的电磁铁的功能，磁通的方向是从N极到外转子200侧。

在此，图3示出内转子300与外转子200之间的间隙磁通密度的谐波分析结果。磁极配合(pole combination)是定子100为4组极对，外转子200为12极，内转子300为8组极对的情况下，内转子300为实心转子(不具有磁阻的脉动的转子)的结果。

如图3所示，可知定子100带来的4次磁通被外转子200调制，存在低次项的8次和高次项的16次间隙磁通。

另外，可知由于外转子200的磁导率直流叠加项，也存在4次磁通。

该未调制的非同步磁通的空间次数为定子的极对数。在解析例的情况下，空间4次磁通与内转子300交链(以机械角360°为1次时)。

在此，说明旋转电机1的转矩的发生原理。在内转子300中，从定子100通过外转子200交链的磁通中的通过该外转子200的旋转而被调制的磁通与内转子300的旋转同步地进行交链。

另外，另一方面，在旋转电机1中，与内转子300的感应线圈I交链的磁通中包含未经外转子200调制(不与内转子300的旋转同步)而发生变动的成分，由此能使感应线圈I产生交流的感应电流。然后，用二极管D1、D2对该交流的感应电流进行整流而使其成为直流的励磁电流，对使励磁线圈F通电来使转子齿302发挥作为电磁铁的功能，能产生励磁磁通。这样，旋转电机1能产生转矩。

此外，此时，从定子100的定子齿102通过外转子200的极片201与内转子300的转子齿302交链的磁通是从交流电源对分布卷绕的电枢线圈104提供电力而产生的。

然而，在本实施方式中，该电枢线圈104采用分布卷绕，但是也可以采用集中卷绕。在采用集中卷绕的情况下，能使与转子齿302交链的磁通叠加比由分布卷绕的线圈产生的情况多的高次谐波成分。叠加到该磁通的高次谐波成分发挥磁通量的变动的作用，因此能使感应线圈I有效地产生感应电流，能将更大的励磁电流提供给励磁线圈F来产生励磁磁通。

因此，旋转电机1不设置永久磁铁就能使内转子300利用电磁铁转矩(旋转力)相对旋转。在该内转子300中，使转子齿302发挥磁化方向(N极，S极)在周向上交替地并列的电磁铁的功能，由此能使在外转子200和定子100之间交链的磁通顺利地在槽303中迂回而交接。

在该旋转电机1中，外转子200相对于定子100相对旋转，另外，经由该旋转的外转子200(极片201)的磁通所交链的内转子300由于电磁铁转矩而相对旋转，因此能使外转子200低速旋转，使内转子300高速旋转。另外，也能相反地使外转子200高速旋转，使内转子300低速旋转。

该旋转电机1根据定子100、外转子200和内转子300的结构而产生上述旋转驱动所需的转矩。具体地说，当将定子100的电枢线圈104的极对数设为A，将作为外转子200的极数的极片201的数量设为H，将作为内转子300的极对数的转子齿(电磁铁)302的极对数设为P时，得到使下式(1)成立的组合。

H＝|A±P|......(1)

在该结构中，能有效地产生转矩，使外转子200和内转子300相对于定子100高效地相对旋转。例如，在本实施方式的旋转电机1中，定子100的电枢线圈104的极对数A＝4、外转子200的极数H＝12、内转子300的转子齿302的极对数P＝8，满足上述的式(1)。

如图4所示，在旋转电机1中，在定子100内旋转自如地收纳有外转子200，而且，在该外转子200内旋转自如地收纳有内转子300。

另外，对外转子200的非磁性构件202连接有外旋转轴210，使其能一体旋转。对内转子300的转子铁芯301连接有内旋转轴310，使其能一体旋转。由此，旋转电机1构成为能利用磁调制原理将动力分别传递到外旋转轴210和内旋转轴310的磁调制型双轴电动机。

因此，旋转电机1能具备与机械式的行星齿轮机构同等的功能，例如能使定子100发挥行星齿轮机构的太阳齿轮的功能，使外转子200发挥行星齿轮机构的托架的功能，使内转子300发挥行星齿轮机构的内啮齿轮的功能。此外，本实施方式的旋转电机1构成为外转子200发挥托架的功能。

根据该结构，例如在将旋转电机1与发动机(内燃机)一起搭载于混合动力汽车作为驱动源的情况下，将外转子200的外旋转轴210和内转子300的内旋转轴310分别与车辆的动力传递路径直接连结，通过逆变器将车辆的电池连接到定子100的电枢线圈104，由此旋转电机1也能与驱动源一起发挥动力传递机构的功能。

(外转子)

在图4、图5中，外转子200除了上述极片201和非磁性构件202以外，还具备包括铁材料的外旋转轴210、圆环状的法兰215、圆筒状的圆筒轴214。

外旋转轴210包括圆柱状的小径部210A和与该小径部210A的另一端部连续的法兰形状的大径部210B。大径部210B以旋转轴1C为中心的径方向形成得比小径部210A的径方向大，在轴线方向的另一端部侧与极片201相对。

在外旋转轴210的小径部210A上从轴线方向的一端部向另一端部设有解析器环221、解析器转子220、承盘218。解析器转子220被解析器环221固定于小径部210A，可自如地一体旋转。承盘218形成为圆环状，在其内缘部的轴线方向的一端部侧的侧面支撑着后述的径向滚珠轴承21的外轮。另外，在承盘218上设有螺帽部218A，后述的螺栓26与该螺帽部218A螺合。

法兰215设置在外旋转轴210的大径部210B与极片201及非磁性构件202之间。法兰215包括例如铝材等非磁性体。由此，防止由电枢线圈104产生的磁通作为漏磁通流到包括铁材料的外旋转轴210。

在大径部210B和法兰215中分别形成有在周向上排列的多个插通孔210B1、215A，这些插通孔210B1、215A中插通有非磁性体螺栓219。在非磁性构件202的非磁性部202A中形成有插通孔202d，该插通孔202d中插通有非磁性体螺栓219。

非磁性体螺栓219由PPS(聚苯硫醚)树脂等不使磁通通过的非磁性体构成。因此，在外转子200中，极片201(参照图1)磁独立，与由磁性体构成非磁性体螺栓219的情况相比，能使极片201带来的磁导变动(突极比)变大。由此，旋转电机1中的转矩密度提高。

另外，非磁性体螺栓219由非磁性体构成，因此能减少在间隙中产生的高次谐波磁通引发非磁性体螺栓219内的涡流和在非磁性体螺栓219间产生的涡流造成的损失。

圆筒轴214设置在极片201和非磁性构件202的轴线方向的另一端部侧(在图4中为左端侧)，在该圆筒轴214中形成有与非磁性体螺栓219的轴线方向的另一端部螺合的内螺纹214A。

圆筒轴214例如由非磁性体的不锈钢构成。由此，防止由电枢线圈104产生的磁通作为漏磁通通过圆筒轴214流到外部。

在外转子200中，将非磁性体螺栓219从轴线方向的另一端部侧依次插通大径部210B的插通孔210B1、法兰215的插通孔215A、非磁性构件202的插通孔202d，与圆筒轴214的内螺纹214A螺合，由此将法兰215和外旋转轴210固定于极片201和非磁性构件202的轴线方向的一端部侧(在图3中为右端侧)，并且将圆筒轴214固定于极片201和非磁性构件202的轴线方向的另一端部侧。

(内转子)

在图4、图6中，内转子300具备包括铁材料的内旋转轴310。在该内旋转轴310的外周部从轴线方向的一端部侧向另一端部侧设置有平衡板311、垫片312、转子绕组330、垫片314、二极管支架315、平衡板316、U螺帽317、承盘318、解析器转子319、解析器环320。

平衡板311是将铁材料形成为圆环状而成的，在内周边部利用内旋转轴310的锷部在轴线方向上定位。平衡板311从转子绕组330的轴线方向的一端部侧(图4中，右端侧)隔着垫片312支撑着转子绕组330。

垫片312被夹装在转子绕组330的轴线方向的一端部与平衡板311之间。垫片312形成为以旋转轴1C为中心的径方向比转子绕组330的径方向小，在转子绕组330与平衡板311之间形成有空间。垫片312是将铝材料形成为圆环状而成的。平衡板311及垫片312与转子绕组330一体旋转，防止平衡板311及垫片312相对于内旋转轴310转动。

平衡板316是将铁材料形成圆环状而成的，在内周边部利用U螺帽317在轴线方向上定位。平衡板316从转子绕组330的轴线方向的另一端部侧(图4中，左端侧)通过二极管支架315和垫片314支撑转子绕组330。

垫片314被夹装在转子绕组330的轴线方向的另一端部与二极管支架315之间。垫片314形成为以旋转轴1C为中心的径方向的尺寸比转子绕组330小，在转子绕组330与二极管支架315之间形成有空间。垫片314是将铝材料形成圆环状而成的。

二极管支架315包括形成为圆环状的电路基板，保持着前述的二极管D1～D4。平衡板316、二极管支架315和垫片314与转子绕组330一体旋转，防止平衡板316、二极管支架315和垫片314相对于内旋转轴310转动。

U螺帽317在内周面形成有未图示的内螺纹，与在内旋转轴310的外周面形成的未图示的外螺纹螺合。U螺帽317与内旋转轴310螺合，由此将转子绕组330在通过垫片312、314和二极管支架315被平衡板311、316从轴线方向的两侧夹住的状态下在轴线方向和旋转方向上固定于内旋转轴310。

承盘318形成为圆环状，在其内缘部的轴线方向的另一端部侧(在图4中为左端侧)的侧面支撑后述的径向滚珠轴承23的外轮。

另外，在承盘318的外缘部的轴线方向的一端部侧(图4中，右端侧)设有螺帽部318A，对该螺帽部318A螺合后述的螺栓25。

(包含箱体的整体结构)

在图4中，旋转电机1具备箱体10，在该箱体10的内部收纳有前述的定子100、外转子200和内转子300。

箱体10从轴线方向的一端部侧向另一端部侧具备第1法兰11、第1垫片12、第1箱体13、第2箱体14、第2垫片15、第2法兰16。

第1箱体13包括圆盘状的平板部13A和与该平板部13A的外缘部的另一端部侧连续的圆筒状的圆筒部13B。在平板部13A的中心部形成有贯通孔13C，在该贯通孔13C中贯通有外旋转轴210的小径部210A。

在圆筒部13B的内周面固定有定子100。另外，圆筒部13B与外转子200的极片201和非磁性构件202以及内转子300的转子铁芯301和转子绕组330在径方向上相对。

这样，在圆筒部13B的径方向内侧收纳有作为旋转电机1的主要部位的定子100、外转子200的极片201和非磁性构件202以及内转子300的转子铁芯301和转子绕组330。

在贯通孔13C中设有径向滚珠轴承21。从轴线方向的一端部对第1箱体13的平板部13A插通螺栓26，将螺栓26与承盘218的螺帽部218A螺合，由此将径向滚珠轴承21在轴线方向上定位。第1箱体13的平板部13A通过该径向滚珠轴承21支撑外旋转轴210的小径部210A而使其旋转自如。

另外，在贯通孔13C中固定有解析器传感器31。另一方面，在外旋转轴210的小径部210A中设有圆环状的解析器转子220，使其在径方向上与解析器传感器31相对。解析器转子220被解析器环221固定于外旋转轴210的小径部210A，可自如地一体旋转。

解析器传感器31通过检测解析器转子220的旋转角来检测外转子200的旋转角。

第2箱体14具有：圆筒状的外筒部14A；配置在该外筒部14A的内周侧的圆筒状的内筒部14B；以及与外筒部14A和内筒部14B的轴线方向的另一端部侧连续的圆盘状的平板部14C。

将第1箱体13的圆筒部13B和第2箱体14的外筒部14A在轴线方向上对合，用未图示的螺栓紧固，由此在收纳定子100、外转子200和内转子300的状态下连结第1箱体13和第2箱体14。

外筒部14A与外转子200的圆筒轴214的轴线方向的另一端部在径方向上相对，通过径向滚珠轴承22支撑圆筒轴214，使其旋转自如。

在此，本实施方式的外转子200成杯型结构，极片201和非磁性构件202在轴线方向的一端部侧固定于外旋转轴210的大径部210B。

如果将这种杯型结构的外转子200例如单支点支撑于第1箱体13，则在发生固有振动的情况、作用于外转子200的电磁吸引力与外转子200的固有振动发生共振而作用过大的力的情况下，会导致电磁振动变大。另外，在外转子200进行偏心驱动的情况下，会对单支点支撑的径向滚珠轴承施加过大的负荷，会对该径向滚珠轴承的抗老化性造成影响。

因此，在本实施方式中，构成为利用径向滚珠轴承22将外转子200的轴线方向的另一端部侧即圆筒轴214支撑于第2箱体14，上述径向滚珠轴承22比支撑外旋转轴210的径向滚珠轴承21在以旋转轴1C为中心的径方向上的尺寸大。

由此，本实施方式的外转子200能采用双支点支撑结构，能防止上述那样的电磁振动的增大、对径向滚珠轴承21进行偏心驱动导致施加过大的负荷的情况。

在此，外转子200的重心位置由圆筒轴214的轴线方向上的长度决定。例如，如果圆筒轴214的轴线方向上的长度短，则外转子200的重心位置偏向轴线方向的一端部侧(图4中，右端侧)。反之，如果圆筒轴214的轴线方向上的长度长，则外转子200的重心位置偏向轴线方向的另一端部侧(图4中，左端侧)。

存在这样的重心位置的偏置，则无法使对各个径向滚珠轴承21、22施加的负荷相等。因此，径向滚珠轴承21、22中的承担大的负荷的径向滚珠轴承必须采用能对应过大负荷的大小。在这种情况下，难以确保径向滚珠轴承的配置空间。

因此，在本实施方式中，设定圆筒轴214的轴线方向的长度使得外转子200的重心位置位于对各个径向滚珠轴承21、22施加的负荷相等的位置。

另外，本实施方式的极片201和非磁性构件202在轴线方向的两端分别与圆筒轴214和外旋转轴210的大径部210B连结。因此，能在圆筒轴214的轴线方向的另一端部侧的端面和大径部210B的轴线方向的一端部侧的端面分别设置用于修正旋转不平衡的平衡修正面。

因此，对于外转子200来说，与仅在轴线方向的单侧设置平衡修正面的情况相比，能减少轴线方向的另一端部侧和轴线方向的一端部侧各自的平衡修正量。因此，能使轴线方向的两端部侧分别用于增加配重或者切削等进行平衡修正的空间变小。

另外，在轴线方向的两端部侧能分别进行平衡修正，因此不限于静态平衡修正，也能进行动态平衡修正。由此，能将构成外转子200的各旋转构件的同心度维持为高精度。

在内筒部14B的内周固定有解析器传感器32。另一方面，在内旋转轴310上在径方向上与解析器传感器32相对地设有圆环状的解析器转子319。解析器转子319被解析器环320一体地固定于内旋转轴310，使其旋转自如。

解析器传感器32通过检测解析器转子319的旋转角来检测内转子300的旋转角。

在内筒部14B的轴线方向的一端部的内周设有径向滚珠轴承23。从轴线方向的另一端部对内筒部14B插通螺栓25，将螺栓25与承盘318的螺帽部318A螺合，由此将径向滚珠轴承23在轴线方向上定位。第2箱体14的内筒部14B通过径向滚珠轴承23支撑内旋转轴310使其旋转自如。

在外旋转轴210的大径部210B的内周设有径向滚珠轴承24。大径部210B通过径向滚珠轴承24支撑内旋转轴310的一端部使其旋转自如。

在第1垫片12中形成有贯通孔12A，从解析器传感器31延伸的配线31A贯通该贯通孔12A。另外，第1垫片12被夹装在第1箱体13与第1法兰11之间，从而在第1箱体13与第1法兰11之间确保供配线31A通过的空间。

在第2垫片15中形成有贯通孔15A，从解析器传感器32延伸的配线32A贯通该贯通孔15A。另外，第2垫片15被夹装在第2箱体14与第2法兰16之间，从而在第2箱体14与第2法兰16之间确保供配线32A通过的空间。

在第1箱体13的轴线方向的一端部侧隔着圆筒状的第1垫片12利用未图示的螺栓固定有第1法兰11。第1法兰11形成为以旋转轴1C为中心的径方向的尺寸比第1箱体13大的法兰形状，利用未图示的螺栓固定于车辆的车体。

在第1法兰11的内周侧，在外旋转轴210的小径部210A的轴线方向的一端部设有联轴器33。对外旋转轴210的小径部210A通过联轴器33联结有例如未图示的车辆的驱动轴。外旋转轴210的旋转通过该联轴器33传递给车辆的驱动轴。

在第2箱体14的轴线方向的另一端部侧隔着圆筒状的第2垫片15利用未图示的螺栓固定有第2法兰16。第2法兰16形成为以旋转轴1C为中心的径方向的尺寸比第2箱体14大的法兰形状，利用未图示的螺栓固定于车辆的车体。

在第2法兰16的内周侧，在内转子300的内旋转轴310的轴线方向的另一端部设有联轴器34，对该联轴器34的另一端部联结有例如车辆的未图示的发动机的输出轴。通过该联轴器34对内旋转轴310传递发动机的旋转。

此外，在本实施方式的旋转电机1中，对外旋转轴210联结车辆的驱动轴，对内旋转轴310联结发动机的输出轴，但是在其它实施方式的旋转电机中，也可以对外旋转轴210联结发动机的输出轴，对内旋转轴310联结车辆的驱动轴。

(极片和非磁性构件)

接下来，参照图7至图9说明极片201和非磁性构件202的详细构成。

如图7所示，分别用未图示的压入夹具将多个极片201从轴线方向压入作为由非磁性部202A和桥部202B围成的空间的嵌合孔202C。

由此，如图8所示，在周向上交替配置极片201和非磁性部202A的状态下，极片201和非磁性构件202被一体化。一体化后的极片201和非磁性构件202通过法兰215装配到外旋转轴210(参照图5)。

如图9所示，非磁性构件202的桥部202B形成在嵌合孔202C的径方向内侧和径方向外侧从而连接在周向上相邻的非磁性部202A。

极片201在定子100侧和内转子300侧以间隙配合的方式被保持于嵌合孔202C。

即，极片201以间隙配合的方式被保持于在嵌合孔202C的径方向内侧和径方向外侧形成的各桥部202B。因此，极片201以在与各桥部202B之间确保了规定间隙的状态被保持于各桥部202B。由此，在将极片201压入嵌合孔202C时，能防止对桥部202B施加过度的负载。

极片201在周向上以过盈配合的方式被保持于嵌合孔202C。

即，极片201以过盈配合的方式被保持于在周向上相邻的非磁性部202A。因此，极片201相对于在周向上相邻的非磁性部202A以在轴线方向上发生面接触的状态被保持。

由此，在外转子200周向旋转时能用过盈配合部分接受作用于极片201的转矩。另外，非磁性部202A在过盈配合部分相对于极片201在轴线方向上发生面接触，因此在对极片201作用转矩时从非磁性部202A对极片201施加反作用力。由此，能防止极片201相对于轴心扭曲。因此，外转子200能将转矩从极片201和非磁性构件202传递到外旋转轴210，并且不使极片201发生扭曲。

此外，极片201也可以考虑到生产性而构成为以间隙配合的方式被保持于各桥部202B和各非磁性部202A。在这种情况下，在对极片201的外周面或者嵌合孔202C的内周面涂敷有粘接剂的状态下将极片201插入嵌合孔202C，由此能将极片201稳定地固定于嵌合孔202C。

另外，极片201也可以构成为以过盈配合的方式被保持于各桥部202B和各非磁性部202A。在这种情况下，不需要粘接剂。

(接合结构)

接下来，参照图10至图14说明非磁性构件202与圆筒轴214的接合结构、非磁性构件202与法兰部215的接合结构以及法兰部215与外旋转轴210的接合结构。

在本实施方式中，为了确保非磁性构件202、外旋转轴210、圆筒轴214和法兰部215的同心度，在图10中，在用点划线A包围的接合部分中，非磁性构件202和圆筒轴214以承插方式接合，并且在图10中，在用点划线B包围的接合部分中，非磁性构件202和法兰部215以承插方式接合，法兰部215和外旋转轴210以承插方式接合。

具体地说，如图11所示，在圆筒轴214的轴线方向的一端部侧(与外转子200在轴线方向相对的端部侧)的内缘部，周向整个区域上形成有以旋转轴1C(参照图3)为中心的径方向尺寸比圆筒轴214的外径小的小径部214a。

另一方面，在非磁性构件202的轴线方向的另一端部侧(与圆筒轴214在轴线方向相对的端部侧)的内缘部，在周向的整个区域形成有嵌合于圆筒轴214的小径部214a的切口部200a。切口部200a也形成于非磁性构件202的轴线方向的一端部侧(与法兰215在轴线方向相对的端部侧)的内缘部。

图13是示出在非磁性构件202的轴线方向的另一端部侧形成的切口部200a的立体图。如图13所示，在非磁性构件202的轴线方向的另一端部侧形成的切口部200a包括在各极片201的轴线方向的另一端部的内缘部形成的切口201B和在非磁性构件202的轴线方向的另一端部的内缘部形成的切口202D。

另外，在非磁性构件202的轴线方向的一端部侧形成的切口部200a也包括在各极片201的轴线方向的一端部的内缘部形成的切口201B和在非磁性构件202的轴线方向的一端部的内缘部形成的切口202D。

非磁性构件202和圆筒轴214通过将在非磁性构件202的轴线方向的另一端部侧形成的切口部200a与小径部214a嵌合而以承插方式接合。此外，也可以构成为在非磁性构件202中形成小径部，在圆筒轴214中形成切口部，将它们以承插方式接合。

另外，如图12所示，在法兰215的轴线方向的另一端部侧(与非磁性构件202在轴线方向相对的端部侧)的内缘部，在周向整个区域形成有以旋转轴1C(参照图4)为中心的径方向的尺寸比法兰215的外径小的小径部215B。法兰215的小径部215B与在非磁性构件202的轴线方向的一端部侧的内缘部形成的切口部200a嵌合。

非磁性构件202和法兰部215通过将在非磁性构件202的轴线方向的一端部侧形成的切口部200a与小径部215B嵌合而以承插方式接合。此外，也可以构成为在非磁性构件202中形成小径部，在法兰部215中形成切口部，将它们以承插方式接合。

而且，在法兰215的轴线方向的一端部侧(与外旋转轴210的大径部210B在轴线方向相对的端部侧)的内缘部，在周向整个区域形成有以旋转轴1C(参照图4)为中心的径方向的尺寸比法兰215的外径小的小径部215C。

另一方面，在外旋转轴210的大径部210B的轴线方向的另一端部侧(与法兰215在轴线方向相对的端部侧)的内缘部，在周向的整个区域形成有与法兰215的小径部215C嵌合的切口部210C。

法兰215和外旋转轴210通过将上述的小径部215C与切口部210C嵌合来以承插方式接合。此外，也可以构成为在外旋转轴210中形成小径部，在法兰部215中形成切口部，将它们以承插方式接合。

这样，非磁性构件202、外旋转轴210、圆筒轴214和法兰215的各接合部分以承插方式接合，因此在将非磁性构件202、外旋转轴210、圆筒轴214和法兰215相互接合时能容易地确保同心度。由此，防止外转子200的偏心驱动。

另外，确保了非磁性构件202、外旋转轴210、圆筒轴214和法兰部215的同心度，因此能减少旋转振动。由此，能减少旋转时的噪声，还能使支撑这些旋转构件的径向滚珠轴承的寿命变长。

另外，在将非磁性构件202、外旋转轴210、圆筒轴214和法兰部215相互接合时，能以承插方式接合来容易地确保同心度，因此容易进行非磁性体螺钉219(参照图5)的紧固作业，提高组装性。

另外，如图14所示，如上述那样以承插方式接合的非磁性构件202、外旋转轴210、圆筒轴214和法兰部215在用同轴夹具500确保同轴度的状态下由非磁性体螺钉219相互紧固。

在同轴夹具500中，形成有供被径向滚珠轴承22支撑的圆筒轴214的轴线方向的另一端部(图14中，下端侧)嵌入的槽500a。槽500a形成为在与圆筒轴214之间具有适当的配合公差。

另外，在同轴夹具500中形成有与由径向滚珠轴承24支撑的外旋转轴210的大径部210B嵌合的凸部500b。凸部500b形成为在与大径部210B的内周面之间具有适当的配合公差。

(极片的周向宽度)

接下来，参照图15和图16说明外转子200的极片201的周向宽度。

如图15所示，极片201的周向宽度能用角度θ1表示，非磁性部202A的周向宽度能用角度θ2表示。以下将各个周向宽度分别设为角度θ1、θ2进行说明。

如上所述，本实施方式的旋转电机1的作为外转子200的极数的极片201的数量为“12”。因此，外转子200的机械角360度中的，1个极片201和与该极片201在周向上任意一个方向相邻的1个非磁性部202A所占的角度为30[deg]。因此，在图15中，角度θ1+角度θ2＝30[deg]。

在本实施方式的旋转电机1中，根据如何决定极片201的角度θ1与非磁性部202A的角度θ2的关系，外转子200与内转子300之间的空气间隙G2和桥部202B中的调制磁通(8次的间隙磁通)的大小不同。

图16是示出极片201的角度θ1与间隙磁通密度的关系的坐标图。例如在角度θ1为10[deg]的情况下，从前述的“角度θ1+角度θ2＝30[deg]”的关系得到角度θ2为20[deg]。在这种情况下，角度θ1比角度θ2小，因此极片201的周向宽度比非磁性部202A的周向宽度小。

这样，在极片201的周向宽度比非磁性部202A的周向宽度小的情况下突极比变小，因此如图16所示，8次间隙磁通变小。另外，在这种情况下，非磁性部202A的周向宽度比极片201的周向宽度大，因此磁阻变大，其结果是如图16所示，作为非同步磁通的4次间隙磁通也变小。

另一方面，在角度θ1为25[deg]的情况下，从前述的“角度θ1+角度θ2＝30[deg]”的关系得到角度θ2为5[deg]。在这种情况下，角度θ1比角度θ2大，因此极片201的周向宽度比非磁性部202A的周向宽度大。

这样，在极片201的周向宽度比非磁性部202A的周向宽度大的情况下，定子100与外转子200之间的短路磁通变多，因此如图16所示，8次间隙磁通和4次间隙磁通变小。

而在角度θ1为15[deg]的情况下，从前述“角度θ1+角度θ2＝30[deg]”的关系得到角度θ2为15[deg]。在这种情况下，角度θ1与角度θ2相等，因此极片201的周向宽度与非磁性部202A的周向宽度相等。

这样，在极片201的周向宽度与非磁性部202A的周向宽度相等的情况下，如图16所示，8次间隙磁通和4次间隙磁通为最大。

在这种情况下，4次间隙磁通变大，由此能在感应线圈I中高效地产生感应电流。另外，8次间隙磁通变大，由此能使转矩密度变大。

此外，如图16所示，8次间隙磁通和4次间隙磁通在角度θ1为20[deg]的情况下与角度θ1为15[deg]的情况下为相同程度。因此，在本实施方式的旋转电机1中，优选将极片201的角度θ1设定为15[deg]至20[deg]的范围。更优选极片201的角度θ1为15[deg]。

因此，在本实施方式中，将极片201和非磁性部202A在周向上交替配置，极片201的周向宽度与非磁性部202A的周向宽度相等。由此，能在感应线圈I中高效地产生感应电流，并且能使转矩密度变大。

如以上那样，在本实施方式的旋转电机1中，外转子200具有在圆筒形状的非磁性构件202的嵌合孔202C中嵌入有极片201的构成。

因此，在本实施方式的旋转电机1中，外转子200的极片201被圆筒形状的非磁性构件202保持。因此，能提高外转子200的机械强度。另外，在周向上相邻的极片201间能由非磁性部202A构成，因此能使各极片201磁独立。其结果是外转子200为本实施方式的构成也不会导致突极比降低。

另外，外转子200的极片201在定子100侧和内转子300侧以间隙配合的方式保持于嵌合孔202C，在周向上以过盈配合的方式保持于嵌合孔202C。

因此，在本实施方式的旋转电机1中，能用过盈配合部分承受在外转子200旋转时作用于极片201的转矩。另外，非磁性部202A在过盈配合部分相对于极片201在轴线方向上发生面接触，因此在对极片201作用转矩时从非磁性部202A对极片201施加反作用力。由此，能防止极片201相对于轴心扭曲。因此，外转子200能将转矩从极片201和非磁性构件202传递到外旋转轴210，并且不使极片201发生扭曲。

另外，在本实施方式的旋转电机1中，在外转子200中，极片201和非磁性部202A在周向上交替配置，极片201的周向宽度和非磁性部202A的周向宽度相等，因此能在感应线圈I中高效地产生感应电流，并且能使转矩密度变大。

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施加变更。希望将所有这样的修正和等效方案包含于权利要求。

本实施方式的旋转电机1是径向间隙结构的内转子型，也可以是轴向间隙结构或者外转子结构。另外，外转子200的极数不限于本实施方式的极数。另外，各线圈能采用铜线、铝导体、利兹线。另外，极片201、转子铁芯301也能采用作为软磁性复合材料的SMC(SoftMagnetic Composite)铁芯来代替层叠电磁钢板。另外，旋转电机1不仅能应用于混合动力车辆，也能应用于风力发电机、工作机械等其它工业领域。

另外，作为其它的实施方式，也可以在内转子300的转子齿302内埋设永久磁铁。该永久磁铁被配置为磁极(N极，S极)与利用旋转电机1的二极管D1、D2或者二极管D3、D4整流而使转子齿302发挥作为电磁铁的功能时的磁化方向一致。在这种情况下，能对转子齿302的电磁铁的磁力加上永久磁铁的磁力来发挥功能，能作用更大的磁力来用大转矩对内转子300进行旋转驱动。此外，该永久磁铁只要是辅助由感应线圈I发挥功能的电磁力的磁力就够了，因此例如不需要如钕磁铁那样稀少昂贵的永久磁铁，只要采用能稳定提供的廉价的种类即可。另一方面，也可以采用如钕磁铁那样的稀少昂贵的永久磁铁，在这种情况下，能稳定地得到大转矩。

另外，在本实施方式的旋转电机1的定子100中，电枢线圈104也可以是通过集中卷绕而缠绕于定子齿102的构成。在这种情况下，极片201是将多个电磁钢板在周向上层叠而成的，因此与将多个电磁钢板层叠在轴线方向上相比，能减少在定子100和外转子200之间短路的磁通。由此，能提高转矩密度。

即，在电枢线圈104集中卷绕的情况下，极片201为将多个电磁钢板在轴线方向上层叠的情况下，如图17所示，会产生在定子100和外转子200之间短路的磁通。在磁调制型双轴电动机中，磁通从定子100经外转子200流到内转子300从而形成闭合磁路，产生转矩。因此，如图17所示的短路磁通是使转矩大幅度降低的重要因素。

而在上述例子中，极片201由多个电磁钢板在周向上层叠而成。因此，各电磁钢板的层叠面被绝缘因而会阻碍在周向上流通的短路磁通，并且能使磁通从定子100流向内转子300。由此，在上述例子中，能减少如图17所示的短路磁通。另外，能容易地形成磁通从定子100经外转子200流到内转子300的闭合磁路。其结果是在上述例子中能提高转矩密度。

Claims (2)

1.一种旋转电机，具备：

定子，其具有通电时产生磁通的电枢线圈；

第1转子，其在上述磁通通过时旋转；以及

第2转子，其配置在通过上述第1转子的上述磁通的磁路的中途并旋转，

上述旋转电机的特征在于，

上述第2转子具备：

圆筒形状的非磁性体，其具有按照每隔规定的间隔配置在周向上的嵌合孔和非磁性部，该嵌合孔形成为从轴线方向的一方端面至另一方端面，该非磁性部形成为从轴线方向的一方端面至另一方端面；

棒状的软磁性体，其嵌入上述嵌合孔；

非磁性的圆筒轴，其配置在上述非磁性体和上述软磁性体的轴向一端侧；

非磁性的法兰部，其配置在上述非磁性体和上述软磁性体的轴向另一端侧；以及

法兰形状的大径部，其配置在上述法兰部的轴向另一端侧，设于上述第2转子的旋转轴，

上述非磁性体、上述圆筒轴、上述法兰部以及上述大径部分别具备在周向上排列的多个贯通孔，

上述非磁性体、上述圆筒轴、上述法兰部以及上述大径部通过在该多个贯通孔中分别插通有非磁性体螺栓而被保持，

上述软磁性体形成为：位于上述定子侧和上述第1转子侧且相对于上述嵌合孔的该软磁性体以间隙配合的方式被保持，在周向上相对于上述嵌合孔的该软磁性体以过盈配合的方式被保持，

还设有：

第1切口(200a)，其形成于上述非磁性体的轴线方向的一端部的內缘部；

第2切口(200a)，其形成于上述非磁性体的轴线方向的另一端部的內缘部；

第3切口(201B)，其形成于上述各软磁性体的轴线方向的一端部的內缘部；

第4切口(201B)，其形成于上述各软磁性体的轴线方向的另一端部的內缘部；

第1小径部(214a)，其形成于上述圆筒轴的轴线方向的上述非磁性体侧的一端部的內缘部；以及

第2小径部(215B)，其形成于上述法兰部的轴线方向的上述非磁性体侧的一端部的內缘部，

构成为上述第1切口和上述第3切口与上述第1小径部嵌合，

上述第2切口和上述第4切口与上述第2小径部嵌合。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

上述非磁性体在周向上相邻的上述嵌合孔之间具有非磁性部，

在上述第2转子中，上述软磁性体和上述非磁性部配置成在周向上交替排列，上述软磁性体的周向上的宽度与上述非磁性部的周向上的宽度相等。