CN110233557B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明的旋转电机增大从转子交链至定子的磁通量，获得提高旋转电机输出的效果。将在伦德尔型转子(5)的第1和第2爪状磁极部(17、20)各自的最径外表面上不含有扩大与定子铁心(11)的内周面之间的空隙长度的倒角部(18、21)的定子铁心(11)的轴向端面和轴向位置上的磁极宽度(11a)设为LW1、LW2，针对存在于定子(8)的周向上的360°/转子极数这一范围内的多个磁极齿(11a)，将周向距离设为Lt1、Lt2，在这种情况下，构成为满足Lt1＜LW1＜Lt2、以及Lt1＜LW2＜Lt2的关系。

Description

旋转电机

技术领域

本申请涉及车用交流发电电动机等旋转电机，详细而言，涉及具备伦德尔(Lundell)型转子的旋转电机。

背景技术

在用于车辆的旋转电机中，为了改善车辆燃料消耗率，提高旋转电机的输出是有效的。因此，考虑了在定子或转子的形状上下功夫，来提高旋转电机输出。

在车用的交流发电机中，例如如专利文献1所公开的那样，以提高发电机输出为目的，提出了一种交流发电机，该交流发电机具备转子，该转子包括：相对配置的一对磁极圆板部；以及多个磁极齿部，该多个磁极齿部互相间隔地设于该磁极圆板部的周边部，各磁极齿部沿圆周方向具有凸缘部，交替地以相反极性进行啮合，在所述交流发电机中，所述磁极齿部具有分别具有规定半径的圆弧状前端部，所述磁极圆板部沿所述磁极圆板部的半径方向具有一对实质性倒角部，所述半径方向与分别相邻配置于所述磁极齿部两侧的相对不同极的磁极齿部的前端部方向相对应。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开昭60－098854号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1所公开的交流发电机中，存在以下问题：实质性倒角部的周向宽度较大，与定子相对的转子的最径外表面积较小，与定子交链的磁通量降低，交流发电机输出提高效果下降。另外，将所述一对倒角部的最周内线与定子铁心轴向端面的线相交叉的2点间相连接的圆弧长度、与将存在于磁极间距内的多个定子磁极齿中位于最周外的磁极齿的最周外点与位于最周内的磁极齿的最周内点相连接的圆弧长度之间的关系不清楚，因此，受定子的设计影响，存在无法获得所希望的旋转电机输出提高效果的可能性。

本申请公开了一种用于解决如上所述问题的技术，其目的在于，提供一种能增大从转子交链至定子的磁通量、不受定子设计的影响而获得提高旋转电机输出的效果的旋转电机。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请所涉及的旋转电机包含转子和定子，所述定子包括隔着空隙设于所述转子的外周并具有多个磁极齿的定子铁心，

所述转子包括：相对的一对基部；从所述基部的一个端缘部向径向外侧延伸设置的第1轭铁部；从所述基部的另一个端缘部向径向外侧延伸设置的第2轭铁部；沿所述第1轭铁部的轴向延伸设置并在周向上等间距地排列的多个第1爪状磁极部；沿所述第2轭铁部的轴向延伸设置并在周向上等间距地排列的多个第2爪状磁极部；以及使所述多个第1爪状磁极部与所述多个第2爪状磁极部交替啮合而构成的磁极芯，在所述旋转电机中，

在所述第1爪状磁极部和所述第2爪状磁极部上，在所述转子的旋转方向和反旋转方向端面上分别设有对与所述定子铁心的内周面之间的空隙长度进行扩大的倒角部，并且所述定子铁心的多个磁极齿具有沿径内方向所形成的凸缘部和从径内方向向径外方向所形成的定子第1轭铁部、以及连接相邻的所述定子第1轭铁部的定子第2轭铁部，

若将旋转方向设为周外方向，将反旋转方向设为周内方向，则将所述第1爪状磁极部的从最径外表面以及最周外表面开始的所述倒角部的最周内线以及所述第1爪状磁极部的从最径外表面以及最周内表面开始的所述倒角部的最周外线与所述定子铁心的轴向一端面的线相交叉的2点间的周向距离设为LW1，将所述第2爪状磁极部的从最径外表面以及最周外表面开始的所述倒角部的最周内线以及所述第2爪状磁极部的从最径外表面以及最周内表面开始的所述倒角部的最周外线与所述定子铁心的轴向另一端面的线相交叉的2点间的周向距离设为LW2，

从所述定子铁心的任意所述定子第2轭铁部开始，在周外方向上，在360°/转子极数这一范围内存在多个所述磁极齿，针对这多个所述磁极齿，将位于最周外的所述磁极齿的所述凸缘部的最周外点与位于最周内的所述磁极齿的所述凸缘部的最周内点之间的周向距离设为Lt2，将位于最周外的所述磁极齿的所述定子第1轭铁部的最周外点与位于最周内的所述磁极齿的所述定子第1轭铁部的最周内点之间的周向距离设为Lt1，在这种情况下，构成为满足Lt1＜LW1＜Lt2、以及Lt1＜LW2＜Lt2的关系。

发明效果

根据本申请所公开的旋转电机，能利用上述结构来增大从转子交链至定子的磁通量，不受定子设计的影响而获得提高旋转电机输出的效果。

附图说明

图1是示意性地示出实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的剖视图。

图2是示出适用于实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的转子的立体图。

图3是示出构成适用于实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的转子的磁极芯体的立体图。

图4是示出构成适用于实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的定子的定子铁心的轴向俯视图。

图5是从定子侧对构成适用于实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的转子的磁极芯体的爪状磁极部进行观察的主视图。

图6是示出实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的旋转电机输出提高效果的图。

图7是示出实施方式1所涉及的车用交流发电电动机中的旋转电机整体的磁路和定子的轴截面磁路的示意图。

图8是从定子侧对构成适用于实施方式2所涉及的车用交流发电电动机的转子的磁极芯体的爪状磁极部进行观察的主视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本申请的实施方式所涉及的旋转电机详细进行说明。此外，在各图中，相同标号表示相同或相当部分。另外，各图图示出了为了对本实施方式进行说明而必须的要素，并不限定为图示出实际的所有要素。在示出上下左右等方向的情况下，以图上的记载为基准，记载于图中的各尺寸用以图中记载的坐标轴为基准进行计算的值来进行定义。标号的英文字母通过大写字母和小写字母来表示不同的要素。“进行固定”是若能固定对象物则为任意手段的意思，与其固定方法无关。“相等”是基本相同的意思，只要是差异在尺寸公差的范围内的结构，则其所具有的功能均视为相同。“圆环状”包含圆筒状。此外，“径外方向”是径向上外侧的意思，“径内方向”是径向上内侧的意思，“周外方向”是旋转方向的意思，“周内方向”是反旋转方向的意思。

实施方式1.

图1是示意性地示出实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的剖视图，图2是示出适用于实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的转子的立体图，图3是示出适用于实施方式1所涉及的车用交流发电电动机的磁极芯体的立体图。此外，在图2中，省略了与本申请不直接相关的一部分元器件(风扇)。

在图1至图3中，作为旋转电机的车用交流发电电动机1包括：分别呈大致碗形的铝制的前支架2a和后支架2b；以及经由轴承4将轴3支承于前支架2a和后支架2b并以可自由旋转的方式进行配置的转子5。

另外，车用交流发电电动机1包括：固接于从前支架2a延伸出的轴3的端部的带轮6；固定于转子5的轴向的两端面的风扇7；相对于转子5具有一定空隙地围绕转子5外周并固定于前支架2a和后支架2b的定子8；固定于轴3的后侧(负载相反侧)并向转子5提供电流的一对滑环9；以及设置为沿一对滑环9进行滑动的一对电刷10。

定子8包括：圆筒状的定子铁心11；以及定子线圈13，该定子线圈13卷绕于定子铁心11，且随着转子5的旋转而接受来自后述的励磁绕组12的磁通。转子5包括：因流过励磁电流而产生磁通的励磁绕组12；磁极芯(polecore)14，该磁极芯14如图2所详细示出的那样，设置为覆盖励磁绕组12，并利用其磁通来形成磁极；以及轴3，该轴3插入磁极芯14的轴心位置并进行固定。磁极芯14被分割构成为分别利用例如S10C等低碳钢通过冷轧锻造制法所制成的第1和第2磁极芯体14a、14b。

如图3所详细示出那样，第1磁极芯体14a具有：被制作成端面呈正圆形的圆筒体并形成有轴插通孔贯穿轴心位置的第1基部15；从第1基部15的一个端缘部向径向外侧延伸设置的厚环状的第1轭铁部16；以及从第1轭铁部16的外周部向轴向另一端侧延伸设置的第1爪状磁极部17。第1爪状磁极部17将其最径外表面形状设为大致梯形形状，形成为周向宽度朝向前端侧逐渐变窄、并且径向厚度朝向前端侧逐渐变薄的前端较细的形状。而且，在第1轭铁部16的外周部上沿周向等间距地排列有例如8个第1爪状磁极部17。这里，第1磁极芯体14a具备倒角部18，该倒角部18形成于旋转方向或反旋转方向端面，形成为将定子8的内周面与第1爪状磁极部17的表面之间的空隙长度进行扩大。

第2磁极芯体14b与第1磁极芯体14a同样构成，具有：第2基部(未图示)，该第2基部被制作成端面呈正圆形的圆筒体，并形成有轴插通孔贯穿轴心位置，与第1基部15相对配置；第2轭铁部19，该第2轭铁部19呈厚环状，从第2基部的另一个端缘部向径向外侧延伸设置；以及第2爪状磁极部20，该第2爪状磁极部20从第2轭铁部19的外周部向轴向一端侧延伸设置。第2爪状磁极部20将其最径外表面形状设为大致梯形形状，形成为周向宽度朝向前端侧逐渐变窄、并且径向厚度朝向前端侧逐渐变薄的前端较细的形状，在第2轭铁部19的外周部上沿周向等间距地排列有例如8个第2爪状磁极部20。这里，第2磁极芯体14b具备倒角部21，该倒角部21形成于旋转方向或反旋转方向端面，形成为将定子8的内周面与第2爪状磁极部20的表面之间的空隙长度进行扩大。另外，转子5在第1爪状磁极部17与第2爪状磁极部20之间具备磁体22(参照图2)。

如图4所示，定子8包括具有多个磁极齿11a的定子铁心11，磁极齿11a具有沿径内方向所形成的凸缘部11b和从径内方向向径外方向所形成的定子第1轭铁部11c、以及将相邻的定子第1轭铁部11c进行连接的定子第2轭铁部11d。另外，如上所述，转子5在第1磁极芯体14a上具有分别与多个第1爪状磁极部17相连接的第1轭铁部16，在第2磁极芯体14b上具有分别与多个第2爪状磁极部20相连接的第2轭铁部19，第1轭铁部16和第2轭铁部19分别配置于相邻的轭铁部互相之间。

而且，如图5所示，

(1)将第1爪状磁极部17的从最径外表面以及最周外表面开始的倒角部18的最周内线和第1爪状磁极部17的从最径外表面以及最周内表面开始的倒角部18的最周外线与定子铁心11的轴向一端面的线相交叉的2点间的周向距离设为LW1，

(2)将第2爪状磁极部20的从最径外表面以及最周外表面开始的倒角部21的最周内线和第2爪状磁极部20的从最径外表面以及最周内表面开始的倒角部21的最周外线与定子铁心11的轴向另一端面的线相交叉的2点间的周向距离设为LW2，

如图4所示，

(3)从定子铁心11的任意定子第2轭铁部11d开始，在周外方向上，在360°/转子极数这一范围内存在多个磁极齿11a，针对这多个磁极齿11a，将位于最周外的磁极齿11a的凸缘部的最周外点与位于最周内的磁极齿11a的凸缘部的最周内点之间的周向距离设为Lt2，

(4)将位于最周外的磁极齿11a的定子第1轭铁部11c的最周外点与位于最周内的磁极齿11a的定子第1轭铁部11c的最周内点之间的周向距离设为Lt1，在这种情况下，

构成为满足Lt1＜LW2＜Lt2、以及Lt1＜LW2＜Lt2。此外，图5所示的LSC表示定子铁心11的轴向一端面与轴向另一端面之间的距离。

实施方式1所涉及的车用交流发电电动机1的结构如上所述，接着，对车用交流发电电动机1作为电动机的动作进行说明。

发动机起动时，从电池(未图示)经由电源端子向功率电路部(未图示)提供直流电力。控制电路部(未图示)对功率电路部的各开关元件进行开/关控制，将直流电力转换为交流电力。将该交流电力提供给定子8的定子线圈13。

另一方面，励磁电路部(未图示)基于来自控制电路部的指令，经由一对电刷10和一对滑环9向转子5的励磁绕组12提供励磁电流，以产生磁通。利用该磁通，将第1磁极芯体14a的第1爪状磁极部17磁化为N极，将第2磁极芯体14b的第2爪状磁极部20磁化为S极。由于该转子5的磁通与流过定子线圈13的电流发生交链，从而产生驱动转矩。利用该驱动转矩来对转子5进行旋转驱动。然后，转子5的旋转转矩从带轮6经由传动带(未图示)传递至发动机的曲柄轴(未图示)，以起动发动机。

接着，对车用交流发电电动机1作为发电机的动作进行说明。在发动机的运行状态下，发动机的旋转转矩从曲柄轴经由传动带和带轮6传递至轴3，使转子5旋转。此时，向励磁绕组12提供励磁电流，转子5上所产生的磁通与定子8的定子线圈13发生交链，在定子线圈13上感应出三相交流电压。然后，控制电路部对功率电路部的各开关元件进行开/关控制，将定子线圈13上所感应出的三相交流电力转换为直流电力，对电池进行充电。

实施方式1所涉及的车用交流发电电动机1的结构和动作如上所述，下面对其效果进行说明。

为了对实施方式1所涉及的车用交流发电电动机1的效果进行确认，将对第1爪状磁极部17的从最径外表面以及最周外表面开始的倒角部18的最周内线和第1爪状磁极部17的从最径外表面以及最周内表面开始的倒角部18的最周外线与定子铁心11的一端面的线相交叉的2点间的周向距离LW1、第2爪状磁极部20的从最径外表面以及最周外表面开始的倒角部21的最周内线和第2爪状磁极部20的从最径外表面以及最周内表面开始的倒角部21的最周外线与定子铁心11的另一端面的线相交叉的2点间的周向距离LW2的值进行了变更时的感应电压的值示出于图6。

如图6所示，可知在Lt1＜LW1＜Lt2以及Lt1＜LW2＜Lt2的范围内，可获得较多的感应电压的提高效果。

基于图7(a)所示的包含车用交流发电电动机1的转子5和定子8在内的旋转电机整体的磁路、以及图7(b)所示的示出定子铁心11中的1个极对部分的磁路的示意图(铁心为圆环状，为了简化而用直线形状来表示。坐标轴是径向和周向。)，来对能获得上述效果的理由进行说明。

励磁绕组12所产生的磁通从第1爪状磁极部17的最径外表面流出，经由空隙而流入定子铁心11，在通过定子铁心11后，经由空隙而流入转子5的第2爪状磁极部20的最径内表面。在定子铁心11中，流入从第1爪状磁极部17的最径外表面所产生的磁通的磁极齿11a存在有与1个极相对应的数量(在图7(b)中为6个)，成为使该磁通流出至第2爪状磁极部20的磁通路径的磁极齿11a存在有与1个极相对应的数量(在图7中为6个)。即，从第1爪状磁极部17经由空隙流入定子铁心11的磁通从第1爪状磁极部17的最径外表面流出，因此，可以说周向距离LW1成为定子铁心11的与1个极相对应数量的磁极齿11a中位于最周内和最周外的凸缘部所形成的周向宽度以内、即Lt2的情况是磁性理想状态。

在将第1爪状磁极部17的最径外表面设为Lt2以上的情况下，在第1爪状磁极部17的最径外表面上，从超过所述Lt2的位置输出的磁通不与定子铁心11相对，因此对输出不起作用。另外，由于流入定子铁心11的磁通通过定子铁心11的磁极齿11a上的定子第1轭铁部11c，因此，周向距离LW1为定子铁心11的与1个极相对应数量的磁极齿11a中位于最周内和最周外方向的定子第1轭铁部11c所形成的周向宽度以上、即Lt1以上是成为磁通最大的必要条件。

如上所述，如本实施方式所示那样，可以理解在成为Lt1＜LW1＜Lt2以及Lt1＜LW2＜Lt2的范围内与定子8发生交链的磁通量被最大化。

由此，在车用交流发电电动机1中，与定子线圈13发生交链的磁通量被最大化，因此，能使旋转电机输出最大化。另外，由于明确了和与转子5相对的定子铁心11的磁极齿位置之间的关系，因此，能不受定子8的设计影响而获得使车用交流发电电动机1的旋转电机输出最大化的功能。

以上，采用使周向距离LW1与周向距离LW2相等的结构，从而降低了第1爪状磁极部17与第2爪状磁极部20中的非对称性，因此，能减小从转子5输出至定子铁心11的磁通的高频分量，获得减小高频铁损的效果。

另外，在第1爪状磁极部17中，使周外方向和周内方向的倒角部18相对于第1爪状磁极部17的周向中心轴呈对称形状，在第2爪状磁极部20中，使周外方向和周内方向的倒角部21相对于第2爪状磁极部20的周向中心轴呈对称形状，从而能减小从转子5输出至定子铁心11的磁通的高频分量，获得减小高频铁损的效果。

实施方式2.

图8是从定子侧对适用于实施方式2所涉及的车用交流发电电动机的磁极芯体的爪状磁极部进行观察的主视图，是相当于实施方式1的图5的图。此外，其他结构与实施方式1相同，省略说明。

实施方式2所涉及的磁极芯体具有以下结构：第1爪状磁极部17的轴向前端侧端面与第2爪状磁极部20的轴向前端侧端面之间的距离LD比定子铁心11的轴向一端面与轴向另一端面之间的距离LSC要小。

根据实施方式2所涉及的车用交流发电电动机，第1爪状磁极部17和第2爪状磁极部20的最径外表面全部成为在径向上与定子铁心11相对的面，因此，能最大限度地获得提高旋转电机输出的效果。

本公开示例性地记载了实施方式，但一个或多个实施方式所记载的各种特征、状态及功能不仅限为运用于特定的实施方式，也可以单独或通过各种组合而运用于实施方式。因此，可以认为未例示出的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，对至少一个结构要素进行变形的情况、添加的情况或省略的情况、甚至提取出至少一个结构要素并与其他实施方式的结构要素进行组合的情况都包含在内。

若举出一例，则在实施方式1中设为在第1爪状磁极部17与第2爪状磁极部20之间具备磁体22来进行了说明，但输出最大化的功能由转子5的最径外表面与定子铁心11的磁极齿位置之间的关系来决定，因此，无论有无磁体22都能获得同样的效果，即使在没有磁体22的情况下也能获得同样的效果。

标号说明

1 车用交流发电电动机

2a 前支架

2b 后支架

3 轴

4 轴承

5 转子

6 带轮

7 风扇

8 定子

9 滑环

10 电刷

11 定子铁心

11a 磁极齿

11b 凸缘部

11c 定子第1轭铁部

11d 定子第2轭铁部

12 励磁绕组

13 定子线圈

14 磁极芯

14a 第1磁极芯体

14b 第2磁极芯体

15 第1基部

16 第1轭铁部

17 第1爪状磁极部

18、21 倒角部

19 第2轭铁部

20 第2爪状磁极部

22 磁体

LW1、LW2、Lt1、Lt2 周向距离

Claims (5)

1.一种旋转电机，该旋转电机包含转子和定子，所述定子包括隔着空隙设于所述转子的外周并具有多个磁极齿的定子铁心，

所述转子包括：相对的一对基部；从所述基部的一个端缘部向径向外侧延伸设置的第1轭铁部；从所述基部的另一个端缘部向径向外侧延伸设置的第2轭铁部；沿所述第1轭铁部的轴向延伸设置并在周向上等间距地排列的多个第1爪状磁极部；沿所述第2轭铁部的轴向延伸设置并在周向上等间距地排列的多个第2爪状磁极部；以及使所述多个第1爪状磁极部与所述多个第2爪状磁极部交替啮合而构成的磁极芯，所述旋转电机的特征在于，

在所述第1爪状磁极部和所述第2爪状磁极部上，在所述转子的旋转方向和反旋转方向端面上分别设有对与所述定子铁心的内周面之间的空隙长度进行扩大的倒角部，

并且所述定子铁心的多个磁极齿具有沿径内方向所形成的凸缘部和从径内方向向径外方向所形成的定子第1轭铁部、以及连接相邻的所述定子第1轭铁部的定子第2轭铁部，

若将旋转方向设为周外方向，将反旋转方向设为周内方向，则将所述第1爪状磁极部的从最径外表面以及最周外表面开始的所述倒角部的最周内线和所述第1爪状磁极部的从最径外表面以及最周内表面开始的所述倒角部的最周外线与所述定子铁心的轴向一端面的线相交叉的2点间的周向距离设为LW1，

将所述第2爪状磁极部的从最径外表面以及最周外表面开始的所述倒角部的最周内线和所述第2爪状磁极部的从最径外表面以及最周内表面开始的所述倒角部的最周外线与所述定子铁心的轴向另一端面的线相交叉的2点间的周向距离设为LW2，

从所述定子铁心的任意所述定子第2轭铁部开始，在周外方向上，在360°/转子极数这一范围内存在多个所述磁极齿，针对这多个所述磁极齿，将位于最周外的所述磁极齿的所述凸缘部的最周外点与位于最周内的所述磁极齿的所述凸缘部的最周内点之间的周向距离设为Lt2，将位于最周外的所述磁极齿的所述定子第1轭铁部的最周外点与位于最周内的所述磁极齿的所述定子第1轭铁部的最周内点之间的周向距离设为Lt1，在这种情况下，

构成为满足Lt1＜LW1＜Lt2、以及Lt1＜LW2＜Lt2的关系。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

构成为使所述周向距离LW1与所述周向距离LW2相等。

3.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

设于所述第1爪状磁极部的倒角部相对于所述第1爪状磁极部的周向中心轴呈对称形状，设于所述第2爪状磁极部的倒角部相对于所述第2爪状磁极部的周向中心轴呈对称形状。

4.如权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，

将所述第1爪状磁极部的轴向前端侧端面与所述第2爪状磁极部的轴向前端侧端面之间的轴向距离设得比所述定子铁心的轴向一端面与轴向另一端面之间的距离要小。

5.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，

将所述第1爪状磁极部的轴向前端侧端面与所述第2爪状磁极部的轴向前端侧端面之间的轴向距离设得比所述定子铁心的轴向一端面与轴向另一端面之间的距离要小。

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