CN110556993B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备定子、具有励磁线圈的励磁芯、以及转子(1)的无刷绕组励磁型的旋转电机，励磁线圈相对于转子(1)在旋转构件的旋转轴的轴方向上并列配置，转子(1)沿周向交替具有具备第一圆环部(11)及第一爪部(13)的第一磁极(1A)、具备第二圆环部(14)及第二爪部(15)的第二磁极(1B)、嵌合第一爪部(13)的第一嵌合部(16)、以及嵌合第二爪部(15)的第二嵌合部(17)，并且在第一嵌合部(16)和第二嵌合部(17)之间具有贯通空洞部(18)，且具备圆环状的转子铁芯(1C)，第一磁极(1A)和第二磁极(1B)相互不接触地固定于转子铁芯(1C)，转子铁芯(1C)是将电磁钢板在旋转轴的轴方向上层叠而构成的。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及配置于旋转构件的外周的无刷绕组励磁型的旋转电机。

背景技术

例如作为配置于沿旋转轴的发动机和变速器之间的旋转电机，以往提出了从相对于转子静止的励磁线圈供给磁通型的旋转电机。例如，在专利文献1示出的无刷绕组励磁型的旋转电机110中，如图8所示，在定子113和转子111之间存在第一气隙11A、在励磁线圈112和转子111之间存在第二气隙12A，双方均沿着旋转轴117的轴方向延伸。并且，转子111通过切削铁而制作。另外，专利文献2中提出了在启动装置的外周配置旋转电机的结构。

专利文献1：日本专利3445492号

专利文献2：日本特表2010-516558号公报

发明内容

但是存在如下问题，由于在现有的旋转电机110中，励磁线圈112和转子111和定子113配置于旋转轴117的同轴异径上，因此在配置于狭小空间的情况下存在严格的制约，设计自由度受到限制，且旋转电机110的输出性能受到限制。

另外，还存在如下问题，在现有的转子111中，由于由铁系材料的块状部件构成，因此发生过电流且产生基于电阻的发热现象，即所谓“铁损”较大。

本发明的目的在于提供一种能够提高设计自由度且降低“铁损”的旋转电机。

本发明为一种旋转电机，是位于旋转构件和固定壳体之间的无刷绕组励磁型的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机具备：定子，保持于所述固定壳体，且内部具备通过交流电流产生旋转磁场的交流线圈；励磁芯，保持于所述固定壳体，且内部具备通过直流电流激励的励磁线圈；以及转子，配置于所述旋转构件的外周，且相对于所述定子及所述励磁线圈保持为自如地旋转，所述励磁线圈相对于所述转子，在所述旋转构件的旋转轴的轴方向上并列配置，所述转子具备：第一磁极，具有向所述旋转轴的轴方向延伸的多个第一爪部；第二磁极，具有向所述旋转轴的轴方向延伸的多个第二爪部；以及圆环状的转子铁芯，所述第一磁极和所述第二磁极相互不接触，分别通过所述第一爪部和所述第二爪部固定于所述转子铁芯，所述转子铁芯是将电磁钢板在所述旋转轴的轴方向层叠而构成，层叠的所述电磁钢板相互通过磁通且电绝缘。

根据本发明，在固定壳体的内周侧且旋转构件的外周的狭小空间，在旋转轴的同轴异径上仅配置转子和定子或励磁线圈中的任何一个即可，从而设计自由度变大，且能够提高旋转电机的输出性能。另外，由于转子的转子铁芯是将电磁钢板在旋转轴的轴方向层叠而构成，能够降低“铁损”，因此能够提高能效。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式相关的旋转电机的沿与旋转轴垂直的方向大致切断时的剖面以及发动机和变速器之间的配置关系的图。

图2是转子的侧视图。

图3是从轴方向前方观察转子的立体图。

图4是从轴方向后方观察转子的立体图。

图5是转子的分解立体图。

图6是示出转子的第一磁极的第一爪部的铆接部和铆接状态的部分侧视图。

图7是转子的部分纵剖视图。

图8是现有的旋转电机的剖面模式图。

附图标记说明

1…转子；1A…第一磁极；11…第一圆环部；13…第一爪部；132…铆接部；1B…第二磁极；14…第二圆环部；15…第二爪部；152…铆接部；1C…转子铁芯；16…第一嵌合部；17…第二嵌合部；18…贯通空洞部；181、182…永磁体；2…励磁线圈；3…定子；31…交流线圈；4…启动装置(旋转构件)；5…壳体；6…励磁芯；7…旋转轴；10…旋转电机。

具体实施方式

以下，参照附图对于本发明的实施方式进行详细说明。

如图1所示，本实施方式的旋转电机为配置于沿旋转轴7的发动机8和变速器9之间，位于内包有启动装置4的壳体5和启动装置4之间的无刷绕组励磁型的旋转电机10。该旋转电机10至少具备定子3、励磁线圈2、以及转子1。

定子3不能旋转地固定保持于壳体5，由具备用于缠绕交流线圈31的多个槽的圆筒状构件构成，且内部具备交流线圈31，通过流过交流线圈31的交流电流产生旋转磁场。

励磁线圈2与定子3及转子1相比沿旋转轴7错开配置，且在定子3的变速器9侧固定保持于壳体5，通过直流电流激励磁通。励磁芯6内部具备励磁线圈2。另外，励磁线圈2也可以与定子3及转子1相比沿旋转轴7，不是在定子3的变速器9侧而是经由第二气隙102在定子3的发动机8侧错开配置(参照图1的点划线的区域89)。

转子1固定配置于启动装置4的外周，转子1的外周面与定子3的内周面对置，且转子1的变速器9侧的端面与励磁线圈2的发动机8侧的端面对置，在旋转轴7的周围相对于定子3及励磁线圈2保持为自如地旋转。

在定子3与转子1之间形成第一气隙101，在定子3与转子1之间传递磁通。第一气隙101为在定子3的内周面和转子1的外周面之间沿旋转轴7的轴方向延伸的间隙。

在励磁芯6与转子1之间形成第二气隙102，在励磁线圈2与转子1之间传递磁通。第二气隙102为在励磁芯6与转子1之间转子1的旋转轴7的轴方向的变速器9侧的剖面和励磁芯6的发动机8侧的端面中，沿与旋转轴7的轴方向垂直的径向延伸的间隙。

因此，励磁线圈2相对于转子1经由第二气隙102在旋转轴7的轴方向上错开且并列配置。

另外，如图2至图5所示，转子1是由第一磁极1A、第二磁极1B以及转子铁芯1C组合而构成。图2是转子1的侧视图。图3是从轴方向前方(发动机8侧)观察转子1的立体图。图4是从轴方向后方(变速器9侧)观察转子1的立体图。图5是转子1的分解立体图。另外，图2至图5中未示出永磁体(后述)。

第一磁极1A例如由铁等软磁性体构成，具有从第一圆环部11向旋转轴7的轴方向突出的多个例如矩形薄板状的第一爪部13。第一爪部13在周向上以一定间隔，例如以等间隔配置。并且，所有的第一爪部13的轴方向的长度L1相同。在第一爪部13的基部形成有周向两侧突出的段部131。并且，在第一爪部13的前端部形成有铆接部132。铆接部132具有周向延伸的槽1321，如图6所示，通过向槽1321施加压力扩张沿槽1321的两边缘部1322，即，通过向径向扩张能够铆接。

第二磁极1B例如由铁等软磁性体构成，具有从第二圆环部14向旋转轴7的轴方向突出的多个例如矩形薄板状的第二爪部15。第二爪部15在周向上以一定间隔，例如以等间隔配置。并且，所有的第二爪部15的轴方向的长度L2相同。另外，在此L1＝L2。第二爪部15的基部形成有周向两侧突出的段部151。并且，在第二爪部15的前端部形成有铆接部152。铆接部152也具有周向延伸的槽，如图6所示，通过向径向扩张能够铆接。另外，在将第一磁极1A的第一圆环部11的内径设为D1，第二磁极1B的第二圆环部14的外径设为D2的情况下，D1＞D2。

转子铁芯1C为圆环状构件，且沿周向交替具有嵌合第一爪部13的第一嵌合部16和嵌合第二爪部15的第二嵌合部17，还在第一嵌合部16和第二嵌合部17之间具有贯通空洞部18。并且，转子铁芯1C是将电磁钢板沿旋转轴7的轴方向层叠而构成。层叠的电磁钢板虽相互通过磁通，但电绝缘的。也可以在转子铁芯1C的轴方向的最前方配置由铝或奥氏体不锈钢等非磁性体构成的圆环板状的端板(未图示)。另外，电磁钢板概念性地包含软磁铁氧体等。

转子1由如下方式组合。即，将第一磁极1A的第一爪部13从轴方向后方插入转子铁芯1C的第一嵌合部16，使段部131与转子铁芯1C抵接，且使铆接部132露出于转子铁芯1C，并且将第二磁极1B的第二爪部15从轴方向后方插入转子铁芯1C的第二嵌合部17，使段部151与转子铁芯1C抵接，且使铆接部132露出于转子铁芯1C。并且，铆接第一爪部13的铆接部132，且铆接第二爪部15的铆接部152。此时，优选为同时铆接所有的铆接部132，另外，同时铆接所有的铆接部152。进一步，在贯通空洞部18嵌入永磁体181、182。此时，如作为转子1的部分纵剖视图的图7所示，在贯通空洞部18的第一爪部13侧配置呈表示与第一磁极1A相同磁极的永磁体181，在第二爪部15侧配置呈表示与第二磁极1B相同磁极的永磁体182。

另外，永磁体181、182可以使用以钕作为主原料的磁体或以铁氧体作为主原料的磁体。具体而言，作为永磁体181、182可使用例如SmCo磁体、AlNiCo磁体、或者钕粘结磁体等多种永磁体。

这样组合的转子1中，由于如上所述那样D1＞D2，因此在径向的第一磁极1A和第二磁极1B之间存在间隙S1(图4)。即，第一磁极1A和第二磁极1B在径向未接触。并且，在第一磁极1A的第一圆环部11和转子铁芯1C的轴方向后方的端面之间存在基于第一爪部13的段部131的间隙S2(图2、图4)。进一步，在第二磁极1B的第二圆环部14和转子铁芯1C的轴方向后方的端面之间存在基于第二爪部15的段部151的间隙S3(图2、图3)。

由以上的方式构成的旋转电机10中，首先，产生如图7所示的基于永磁体181、182的磁通191，进一步，如励磁线圈2通电，则产生图1所示的磁通192。磁通192通过从励磁芯6经由第二气隙102、转子1的第一磁极1A、第一气隙101、定子3、第一气隙101、转子1的第二磁极1B、以及第二气隙102回到励磁芯6的方式而构成。由于第一爪部13及第二爪部15具有薄板状，因此磁通192以低磁阻被传递。此时，例如直流电流通电于励磁线圈2，则激励磁通192、第一磁极1A和第二磁极1B分别被磁化，例如分别被磁化为N极和S极。

这样的旋转电机10中，首先对将旋转电机10作为启动装置使其发挥启动功能的情况进行说明。基于发动机8的启动指令，驱动未图示的逆变器，使三相交流电流流入定子3且磁化定子3，并且使电流流入励磁线圈2。通过使电流流入励磁线圈2，从而激励转子1的第一磁极1A和第二磁极1B。其结果，转子1相对于定子3开始旋转，并且在定子3中产生具有感应电压的电动势。

之后，感应电压根据转子1的转速而增加，当转速达到比与发动机8的怠速对应的怠速转速低的初爆转速，且发动机8的启动完成时，停止驱动逆变器，以后，以保持预定的感应电压(所需电压)的方式，自动转换到发电模式，即，转换到旋转电机10作为发电机发挥发电功能的情况。

在该发电模式下，当继续激励励磁线圈2时，调整励磁电流，使得感应电压以预定的感应电压保持恒定。以转子的磁化力随着转速的上升而减小的方式调整励磁电流，以使得感应电压为恒定。并且，当未激励励磁线圈2时，通过逆变器调整三相交流电流，使得感应电压以预定的感应电压保持恒定。进一步，也可以组合上述两种方法来进行调整。通过这样控制，在转子1旋转时，旋转电机10作为发电机发挥功能。

其结果，通过连结发动机8和旋转电机10，能够启动发动机，且在行驶中作为发电机(Generator)发挥功能。

根据本实施方式，能够发挥如下的效果。

(a)配置于启动装置4的外周的无刷绕组励磁型的旋转电机10中，将励磁线圈2和转子1之间的第二气隙102配置在相对于旋转轴7垂直的平面上。即，将励磁线圈2相对于定子3及转子1在旋转轴7的轴方向错开且并列配置。由此，在启动装置4的径向外侧只有定子3及转子1两个构件，启动装置4的径向外侧不需要励磁线圈2的配置空间。因此，启动装置4的外侧的径向尺寸至少小了励磁线圈2的配置空间的程度，或者，能够将定子3或转子1的厚度增加励磁线圈的配置空间的程度等，从而能够有效利用空间。另外，可以不考虑定子3及转子1的空间，通过使励磁线圈2的径向的厚度变大，从而能够使励磁线圈2的磁通变大。因此，能够增大设计自由度。

(b)转子铁芯1C是将电磁钢板在转轴7的轴方向层叠而构成。因此，能够降低转子铁芯1C中的“铁损”。从而能够提高旋转电机10的能效。

(c)在转子1中，由于第一磁极1A通过将第一爪部13从轴方向后方插入转子铁芯1C的第一嵌合部16安装在转子铁芯1C，因此，能够容易地实施决定相对于转子铁芯1C的周向及径向的位置。并且，由于第二磁极1B通过将第二爪部15从轴方向后方插入转子铁芯1C的第二嵌合部17安装在转子铁芯1C，因此，能够容易地实施决定相对于转子铁芯1C的周向及径向的位置。

(d)在转子1中，由于第一磁极1A通过铆接第一爪部13的铆接部132固定于转子铁芯1C，因此，能够容易地实施决定相对于转子铁芯1C的轴方向的位置。并且，由于第二磁极1B通过铆接第二爪部15的铆接部152固定于转子铁芯1C，因此，能够容易地实施决定相对于转子铁芯1C的轴方向的位置。

(e)由于转子铁芯1C具备永磁体181、182，能够利用基于励磁线圈2产生于转子1的磁通192再加上基于永磁体181、182产生的磁通191，因此能够提高输出性能。

(f)由于转子铁芯1C的轴方向的最前方的端板具有比其他电磁钢板强的高刚性，能够防止铆接部132、152铆接时转子铁芯1C损伤，进而，具有防止轴方向最前方的电磁钢板的卷起的功能。

变形结构

(1)转子铁芯1C也可以不具备永磁体181、182。另外，在这种情况下，优选为存在贯通空洞部18。

(2)铆接部132、152不限定于如所述实施方式在径向扩张而铆接的方式，可具有在周向、或在径向及周向两者扩张而铆接的方式。

(3)可以交换定子3的位置和励磁线圈2的位置。即，将励磁线圈2配置于转子1的径向外侧，将定子3在转子1的旋转轴7的轴方向错开配置。这种情况，转子1和定子3之间的第一气隙101形成为沿与旋转轴7的轴方向垂直的径向延伸的间隙。另一方面，励磁线圈2和转子1之间的第二气隙102形成为沿旋转轴7的轴方向延伸的间隙。根据该结构，能够取得与所述实施方式同样的作用效果，再加上在设计定子3时，可以不考虑基于转子1的离心力的膨胀等的厚度的变化。

(4)旋转电机10可以配置在启动装置4以外的其他旋转构件的外周。作为其他的旋转构件，例如，能够列举驱动系统的飞轮或驱动盘等。

(5)在所述实施方式中，将旋转电机10配置于沿旋转轴7的发动机8和变速器9之间，但不限定于这样的配置。旋转电机10可以配置于任意的位置，例如，与交流发电机置换配置，或配置于变速器9和车轮之间等。

(6)第一磁极、第二磁极、以及转子铁芯不限定于所述实施方式的方式，例如可以具有如下的方式。

(6-1)第一磁极只具有第一爪部，且不具有第一圆环部。并且，第二磁极只具有第二爪部，且不具有第二圆环部。即，第一磁极及第二磁极只有分别分离且独立的爪部构成。

(6-2)转子铁芯不具有第一嵌合部及第二嵌合部，第一磁极及第二磁极固定于转子铁芯的内周端。

本发明不限定于车辆，作为广泛且普遍地使用于驱动、发电装置的旋转电机来利用，因此，工业上的利用价值较大。

Claims (6)

1.一种旋转电机，是位于旋转构件和固定壳体之间的无刷绕组励磁型的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机具备：

定子，保持于所述固定壳体，且内部具备通过交流电流产生旋转磁场的交流线圈；

励磁芯，保持于所述固定壳体，且内部具备通过直流电流激励的励磁线圈；以及

转子，配置于所述旋转构件的外周，且相对于所述定子及所述励磁线圈保持为自如地旋转，

所述励磁线圈相对于所述转子，在所述旋转构件的旋转轴的轴方向上并列配置，

所述转子具备：

第一磁极，具有向所述旋转轴的轴方向延伸的多个第一爪部；

第二磁极，具有向所述旋转轴的轴方向延伸的多个第二爪部；以及

圆环状的转子铁芯，

所述第一磁极和所述第二磁极相互不接触，分别通过所述第一爪部和所述第二爪部固定于所述转子铁芯，

所述转子铁芯是将电磁钢板在所述旋转轴的轴方向层叠而构成的，

层叠的所述电磁钢板相互通过磁通且电绝缘，

所述转子铁芯沿周向交替具有嵌合所述第一爪部的第一嵌合部和嵌合所述第二爪部的第二嵌合部，

所述第一磁极和所述第二磁极通过所述第一爪部嵌合于所述第一嵌合部且所述第二爪部嵌合于所述第二嵌合部而固定于所述转子铁芯。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述第一磁极具有第一圆环部，

所述第一爪部从所述第一圆环部向所述旋转轴的轴方向突出，

所述第二磁极具有第二圆环部，

所述第二爪部从所述第二圆环部向所述旋转轴的轴方向突出。

3.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述转子铁芯在所述第一嵌合部和所述第二嵌合部之间具有贯通空洞部。

4.根据权利要求3所述的旋转电机，其中，

所述贯通空洞部配置有永磁体，

所述永磁体设为所述第一爪部侧呈与所述第一磁极相同的磁极，并且所述第二爪部侧呈与所述第二磁极相同的磁极。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其中，

所述第一爪部及所述第二爪部在所述旋转轴的轴方向的前端具有露出于所述转子铁芯的铆接部，所述第一磁极及所述第二磁极通过所述铆接部铆接而固定在所述旋转轴的轴方向。

6.根据权利要求5所述的旋转电机，其中，

所述转子铁芯在所述旋转轴的轴方向的前端具有由非磁性体构成的端板，所述非磁性体是铝或奥氏体不锈钢。