CN114287103B - 旋转电机 - Google Patents

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Abstract

一种第一定子、第二定子以及转子在转子的旋转轴的轴向上排列的轴向间隙型的旋转电机。第一定子具备第一线圈和由压粉磁芯构成的第一铁芯，第一线圈配置于第一铁芯。第二定子具备第二线圈和由压粉磁芯构成的第二铁芯，第二线圈配置于第二铁芯。第一铁芯具备：具有第一磁轭面的圆环状的第一磁轭；从第一磁轭面突出的多个第一齿；以及指示作为第一磁轭的周向的基准的位置的第一标记。第二铁芯具备：具有与第一磁轭面相对的第二磁轭面的圆环状的第二磁轭；从第二磁轭面突出的多个第二齿；以及指示作为第二磁轭的周向的基准的位置的第二标记。沿旋转轴的轴向观察时，第一标记和第二标记配置在关于旋转轴相互对称的位置。

Description

旋转电机
技术领域
本公开涉及旋转电机。本申请要求基于2019年10月17日提交的日本申请2019-190556号的优先权，并引入了上述日本申请中记载的所有记载内容。
背景技术
作为轴向间隙型的旋转电机(电动机、发电机)，在专利文献1的图13中公开了一种将转子夹在一对定子之间的双定子型的旋转电机。定子具备配置线圈的铁芯。铁芯具备圆盘状的磁轭和从磁轭的一面侧突出的多个齿。在齿的外周配置线圈。在专利文献1中，通过在磁轭上设置孔并将柱状的齿嵌入该孔中而构成定子的铁芯。另一方面，转子具有多个永久磁铁。
在具备一对定子的轴向间隙型的旋转电机中，一个定子、转子、另一个定子在转子的旋转轴的轴向上依次排列。此时，以一个定子的齿与另一个定子的齿相对的方式配置两个定子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2007/114079号
发明内容
本公开的旋转电机是第一定子、第二定子以及转子在所述转子的旋转轴的轴向上排列的轴向间隙型的旋转电机，
所述第一定子具备第一线圈和由压粉磁芯构成的第一铁芯，所述第一线圈配置于所述第一铁芯，
所述第二定子具备第二线圈和由压粉磁芯构成的第二铁芯，所述第二线圈配置于所述第二铁芯，
所述第一铁芯具备：
圆环状的第一磁轭，具有第一磁轭面；
多个第一齿，从所述第一磁轭面向所述转子方向突出，并与所述第一磁轭构成为一体；以及
第一标记，指示作为所述第一磁轭的周向的基准的位置，
所述第二铁芯具备：
圆环状的第二磁轭，具有与所述第一磁轭面相对的第二磁轭面；
多个第二齿，从所述第二磁轭面向所述转子方向突出，并与所述第二磁轭构成为一体；以及
第二标记，指示作为所述第二磁轭的周向的基准的位置，
沿所述旋转轴的轴向观察时，所述第一标记和所述第二标记配置在关于所述旋转轴相互对称的位置。
附图说明
图1是实施方式一的轴向间隙型的旋转电机的局部纵截面图。
图2是第一定子的第一铁芯的立体图。
图3是第一定子的第一铁芯的俯视图。
图4是第二定子的第二铁芯的俯视图。
图5是示出制作第一齿的模具与供粉机的位置关系的示意图。
图6是图5的VI-VI截面图。
图7是第一齿、第二齿以及转子的配置关系的示意图。
图8是示出试验例中记载的试样No.1的转矩脉动的图表。
图9是示出试验例中记载的试样No.1的齿槽转矩的图表。
图10是示出试验例中记载的试样No.2的转矩脉动的图表。
图11是示出试验例中记载的试样No.2的齿槽转矩的图表。
具体实施方式
在专利文献1中，单独制作磁轭和齿再将它们组合来制作定子的铁芯。在该构成中，由于将磁轭和齿组合花费工夫，因而旋转电机的生产率不好。
另外，在专利文献1的构成中，齿从磁轭的突出高度容易产生偏差。当齿的突出高度存在偏差时，随着转矩脉动的增大等，电磁能量损失增大。另外，由于转子的旋转轴容易发生变动，因而随着轴与轴承之间的摩擦的增大等，机械能损失增大。
[本公开的实施方式的说明]
本发明人们研究了由压粉磁芯构成具备磁轭和多个齿的铁芯。在制作由压粉磁芯构成的铁芯的情况下，使用供粉机向模具内填充磁性粉末，进行加压成形。一般的供粉机在模具上直线往复而向模具内供粉。这里，本发明人们得出下述见解：模具中的供粉开始侧的部位具有比供粉机的折返侧的部位容易填充更多磁性粉末的倾向。另外，本发明人们得出下述见解：在将通过俯视观察时的模具的中心并沿供粉机的往复方向的直线设为供粉轴线时，位于关于供粉轴线相互对称的位置的部位上的磁性粉末的填充量容易成为相同程度。也就是说，在压粉磁芯的铁芯中，铁芯所具备的多个齿中齿的高度容易从供粉开始侧朝向供粉机的折返侧逐渐降低。另外，位于关于供粉轴线相互对称的位置的齿的突出高度大致相同。基于这些见解，本发明人们完成了实施方式所涉及的旋转电机。
以下，列举本公开的实施方面进行说明。
<1>实施方式所涉及的旋转电机是第一定子、第二定子以及转子在所述转子的旋转轴的轴向上排列的轴向间隙型的旋转电机，
所述第一定子具备第一线圈和由压粉磁芯构成的第一铁芯，所述第一线圈配置于所述第一铁芯，
所述第二定子具备第二线圈和由压粉磁芯构成的第二铁芯，所述第二线圈配置于所述第二铁芯，
所述第一铁芯具备：
圆环状的第一磁轭，具有第一磁轭面；
多个第一齿，从所述第一磁轭面向所述转子方向突出，并与所述第一磁轭构成为一体；以及
第一标记，指示作为所述第一磁轭的周向的基准的位置，
所述第二铁芯具备：
圆环状的第二磁轭，具有与所述第一磁轭面相对的第二磁轭面；
多个第二齿，从所述第二磁轭面向所述转子方向突出，并与所述第二磁轭构成为一体；以及
第二标记，指示作为所述第二磁轭的周向的基准的位置，
沿所述旋转轴的轴向观察时，所述第一标记和所述第二标记配置在关于所述旋转轴相互对称的位置。
上述旋转电机的生产率优异。这是因为，上述旋转电机的第一铁芯和第二铁芯都是使磁轭和齿一体成形的压粉磁芯，因而省去将磁轭和齿组合的工序。
上述旋转电机的能量效率优异。在上述旋转电机中，形成多个齿对。齿对是位于在转子的轴向上相对的位置的第一齿和第二齿的组。这里，由于第一标记和第二标记配置在关于旋转轴相互对称的位置，因而所有的齿对中的齿间距离大致相等。其结果，在转子的周向上的各处由各齿对带来的转矩的偏差变小。也就是说，上述旋转电机中的转矩脉动变小。因此，上述旋转电机中的磁能损失不易增加。另外，由于转矩脉动小，因而转子的旋转轴不易振动。也就是说，旋转轴与轴承之间的摩擦力不易发生变动。因此，可认为旋转电机中的机械能损失不易增加。进而，由于转矩脉动小，因而抑制旋转电机的噪音和振动。
通过将第一标记和第二标记配置在关于转子的旋转轴相互对称的位置，从而所有的齿对中的齿间距离大致相等，这是因为，由压粉磁芯构成的铁芯中的齿的突出高度具有线对称性。如果不考虑该线对称性而将由压粉磁芯构成的第一铁芯和第二铁芯组合来制作双定子型的旋转电机，则齿间距离的偏差有可能变大。
上述旋转电机能够容易地组装。这是因为，在旋转电机所具备的第一铁芯和第二铁芯上分别设置有第一标记和第二标记。第一标记及第二标记例如可列举指示供粉机的往复方向的一端侧(供粉开始侧或供粉机的折返侧)的方式。除此之外，第一标记还可列举设置于在第一磁轭的周向上从上述一端偏移规定长度的位置的方式。除此之外，第二标记还可列举设置于在第二磁轭的周向上从上述一端偏移规定长度的位置的方式。不管怎样，如果第一标记和第二标记配置在关于转子的旋转轴相互对称的位置，则第一铁芯和第二铁芯被对位，使得齿间距离的偏差变小。
<2>作为实施方式所涉及的旋转电机的一个方式，能够列举如下方式：
在所述第一磁轭上假想沿所述第一磁轭的轴向观察时通过所述第一标记和所述第一磁轭的轴心的第一基准直线，并在所述第二磁轭上假想沿所述第二磁轭的轴向观察时通过所述第二标记和所述第二磁轭的轴心的第二基准直线的情况下，
位于关于所述第一基准直线相互对称的位置的多个所述第一齿中从所述第一磁轭面到多个所述第一齿的端面的突出高度的差值为0.15mm以下，
位于关于所述第二基准直线相互对称的位置的多个所述第二齿中从所述第二磁轭面到多个所述第二齿的端面的突出高度的差值为0.15mm以下。
第一铁芯的第一基准直线可以认为与制作第一铁芯时的供粉轴线一致。另外，第二铁芯的第二基准直线可以认为与制作第二铁芯时的供粉轴线一致。铁芯的基准直线能够通过测量铁芯的各齿的突出高度并比较它们的突出高度而求出。例如，考虑如钟表的表盘那样在1点到12点的位置排列12个齿的铁芯的情况。如果位于12点的位置的齿最高，而位于6点的位置的齿最低，则能够推测连结12点的位置和6点的位置的直线为基准直线。在这种情况下，位于关于基准直线相互对称的位置的齿的突出高度实质上一致。例如，位于1点的位置的齿的高度与位于11点的位置的齿的高度实质上一致。另外，齿的高度为12点的位置的齿>1点(11点)的位置的齿>2点(10点)的位置的齿>3点(9点)的位置的齿>4点(8点)的位置的齿>5点(7点)的位置的齿>6点的位置的齿。因此，如果第一标记和第二标记配置在关于转子的旋转轴相互对称的位置，则所有的齿对中的齿间距离的偏差变得非常小。
<3>作为实施方式所涉及的旋转电机的一个方式，能够列举如下方式：
具备多个齿对，所述齿对由位于在所述旋转轴的轴向上相对的位置的所述第一齿和所述第二齿构成，
将多个所述齿对各自中从所述第一齿的端面的面积重心到所述第二齿的端面的面积重心的距离设为齿间距离，最大的所述齿间距离与最小的所述齿间距离之差为0.08mm以下。
上述限定意味着齿间距离的偏差为0.08mm以下。也就是说，在具备上述构成的旋转电机中，可以说所有的齿对中的齿间距离实质上一致。因此，该旋转电机的能量效率优异。
<4>作为实施方式所涉及的旋转电机的一个方式，能够列举如下方式：
所述第一铁芯中的多个所述第一齿中从所述第一磁轭面的反面到所述第一齿的端面的整体高度的偏差为0.05mm以上且0.15mm以下，
所述第二铁芯中的多个所述第二齿中从所述第二磁轭面的反面到所述第二齿的端面的整体高度的偏差为0.05mm以上且0.15mm以下。
如上所述，压粉磁芯的铁芯中的各齿的高度容易产生偏差。但是，优选其偏差小。在上述构成中，从第一铁芯中的各第一齿到转子的距离的偏差变小，从第二铁芯中的各第二齿到转子的距离的偏差变小。也就是说，由于从在转子的周向上排列的多个齿对得到的转矩的偏差变小，因而能够降低转矩脉动。因此，根据上述构成，能够提高旋转电机的能量效率。
<5>作为实施方式所涉及的旋转电机的一个方式，能够列举如下方式：
所述第一磁轭的厚度的偏差为0.03mm以上且0.10mm以下，
所述第二磁轭的厚度的偏差为0.03mm以上且0.10mm以下。
根据上述构成，由于与上述<4>同样的理由，能够提高旋转电机的能量效率。
<6>作为实施方式所涉及的旋转电机的一个方式，能够列举如下方式：
多个所述第一齿的突出高度的偏差为0.03mm以上且0.10mm以下，
多个所述第二齿的突出高度的偏差为0.03mm以上且0.10mm以下。
根据上述构成，由于与上述<4>同样的理由，能够提高旋转电机的能量效率。
<7>作为实施方式所涉及的旋转电机的一个方式，能够列举如下方式：
所述转子具备与所述第一齿的端面相对的第一转子面和与所述第二齿的端面相对的第二转子面，
多个所述第一齿中从所述第一磁轭面的反面到所述第一齿的端面的整体高度的偏差为多个所述第一齿与所述第一转子面的距离的平均值的20％以下，
多个所述第二齿中从所述第二磁轭面的反面到所述第二齿的端面的整体高度的偏差为多个所述第二齿与所述第二转子面的距离的平均值的20％以下。
根据上述构成，由于与上述<4>同样的理由，能够提高旋转电机的能量效率。
<8>作为实施方式所涉及的旋转电机的一个方式，能够列举如下方式：
所述转子具备与所述第一齿的端面相对的第一转子面和与所述第二齿的端面相对的第二转子面，
所述第一磁轭的厚度的偏差为所述第一磁轭面与所述第一转子面的距离的平均值的2％以下，
所述第二磁轭的厚度的偏差为所述第二磁轭面与所述第二转子面的距离的平均值的2％以下。
根据上述构成，能够提高旋转电机的能量效率。
<9>作为实施方式所涉及的旋转电机的一个方式，能够列举如下方式：
通电时，形成透过所述第一铁芯、所述转子以及所述第二铁芯的环状磁路，
多个所述第一齿中从所述第一磁轭面的反面到所述第一齿的端面的整体高度的偏差为所述环状磁路的磁路长度的1％以下，
多个所述第二齿中从所述第二磁轭面的反面到所述第二齿的端面的整体高度的偏差为所述环状磁路的磁路长度的1％以下。
根据上述构成，能够提高旋转电机的能量效率。关于环状磁路的一个例子，将在后述的实施方式中进行说明。
[本公开的实施方式的详情]
基于附图对本公开的实施方式所涉及的旋转电机的具体例进行说明。图中的相同附图标记表示相同或相当的部分。需要说明的是，本发明并不限于这些示例，而是由权利要求示出，意在包含与权利要求等同的含义及范围内的所有变更。
<实施方式一>
《旋转电机》
在实施方式一中，以图1所示的轴向间隙型的旋转电机100为例进行说明。旋转电机100可以是发电机，也可以是电动机(马达)。旋转电机100具备配置在壳体101内的第一定子1、第二定子2以及转子3。本例的旋转电机100是三相四极六槽的旋转电机100。也就是说，旋转电机100以三相交流进行使用。设置在转子3上的磁铁32为四个。第一定子1的第一齿5为六个。第二定子2的第二齿7为六个。这里，交流的相位数及极数(磁铁32的数量)并不特别限定。另外，槽的数量如果是相位数的倍数则无特别限定。
·转子
转子3具备平板状的多个磁铁32和支承磁铁32的圆环形状的保持板31。保持板31固定在轴30上，与轴30一起旋转。磁铁32埋入保持板31中。磁铁32在保持板31的周向上隔开间隔而配置。另外，磁铁32在转子3的旋转轴方向(轴30的轴向)上磁化。在轴30的周向上相邻的磁铁32的磁化方向彼此相反。
·第一定子
第一定子1具备第一铁芯10和第一线圈11。如图2的立体图和图3的俯视图所示，第一铁芯10具备圆环状的第一磁轭4和形成为柱状的多个第一齿5。第一齿5的形状并不特别限定。例如，第一齿5能够如图2所示地为大致三棱柱状。除此之外，第一齿5的形状还可以是圆柱状、四棱柱状等。这里，在图2、图3中，为了能够区分各第一齿5，标注有附图标记51～56。所有的第一齿51～56从第一磁轭4的第一磁轭面40突出。第一磁轭面40是与图1所示的转子3的第一转子面3A相对的面。
第一磁轭4和第一齿5的尺寸能够根据旋转电机100所要求的特性适当选择。例如，第一磁轭4的内径能够为10mm以上且100mm以下，外径能够为20mm以上且120mm以下。另外，由从第一磁轭面40到第一齿5的端面所示的第一齿5的突出高度能够为2mm以上且40mm以下，与突出高度正交的截面的面积能够为10mm2以上且800mm2以下。
在以三相交流进行使用的本例的旋转电机100(图1)中，U相的第一线圈11(图1)卷绕在第一齿51和第一齿54上，V相的第一线圈11卷绕在第一齿52和第一齿55上，W相的第一线圈11卷绕在第一齿53和第一齿56上。
第一铁芯10是通过对磁性粉末进行加压成形而得到的压粉磁芯。作为软磁性粉末，例如可列举选自纯铁(纯度99质量％以上)、Fe-Si-Al系合金(铁硅铝软磁合金)、Fe-Si系合金(硅钢)、Fe-Al系合金及Fe-Ni系合金(坡莫合金)等铁基合金中的至少一种粉末。软磁性粒子优选在其表面具有绝缘包覆。通过在软磁性粒子的表面形成有绝缘包覆，能够确保软磁性粒子之间的电绝缘。作为绝缘包覆，例如可列举磷酸盐包覆、二氧化硅包覆等。
在由压粉磁芯构成的第一铁芯10中，各第一齿5的高度容易产生偏差。但是，其偏差情况具有一定的规律性。该规律性起因于第一铁芯10的制作方法。因此，参照图5、图6对第一铁芯10的制作方法的一个例子进行说明。
图5是俯视观察用于制作第一铁芯10的模具9和向模具9供给磁性粉末的供粉机8时的图。图6是图5的VI-VI截面图。模具9具备：磁轭形成部90，其为设置在模具9的上表面侧的凹部；以及齿形成部91～96，其为设置在磁轭形成部90的底面的凹部。磁轭形成部90是与图2、图3的第一磁轭4对应的模子。齿形成部91～96分别是与图2、图3的第一齿51～56对应的模子。例如，齿形成部91是第一齿51的模子，齿形成部92是第一齿52的模子。
供粉机8在模具9的径向上移动。例如，供粉机8如空心箭头所示，从齿形成部91侧向齿形成部94侧移动，向模具9内供给磁性粉末8d。供粉机8具备沿与其移动方向正交的方向的宽幅的供粉口80。供粉口80的宽度(图5的纸面上下方向的长度)为磁轭形成部90的开口宽度以上。供粉可以仅在空心箭头所示的去程中进行，也可以在去程和回程(与空心箭头相反的方向)两者中进行。
在模具9上直线移动的供粉机8中，具有对各齿形成部91～96填充磁性粉末8d的填充量会产生差异的倾向。具体而言，例如如果是流动性高的磁性粉末8d，则具有模具9中的供粉开始侧(纸面右侧)的部位容易比供粉机8的折返侧(纸面左侧)的部位填充更多磁性粉末8d的倾向。在图5的例子中，容易在齿形成部91中填充多的磁性粉末8d，并且磁性粉末8d的填充量随着朝向齿形成部94而变少。另外，在将通过图5的模具9的中心且沿供粉机8的往复方向的直线设为供粉轴线8s时，磁性粉末8d向位于关于供粉轴线8s相互对称的位置的齿形成部92、96的填充量容易成为相同程度。另外，磁性粉末8d向位于关于供粉轴线8s相互对称的位置的齿形成部93、95的填充量也容易成为相同程度。也就是说，磁性粉末8d的填充量为齿形成部91>齿形成部92、96>齿形成部93、95>齿形成部94。
在图5的例子中，供粉轴线8s被设定为经过齿形成部91、94。与本例不同，供粉轴线8s也可以设定为经过磁轭形成部90。例如，也可以将供粉轴线8s设定为通过齿形成部91、92之间，并从齿形成部94、95之间穿过。在这种情况下，磁性粉末8d的填充量为齿形成部91、92>齿形成部93、96>齿形成部94、95。
如以上说明的那样，在使用直线移动的供粉机8的情况下，具有向模具9的磁性粉末的填充量以供粉轴线8s为对称轴呈线对称的倾向。为此，使用模具9制作的图2、图3的第一铁芯10中的第一齿51～56的突出高度(第一磁轭4的轴向的长度)也具有线对称性。也就是说，在第一铁芯10上，能够假想与其制作时的供粉轴线8s(图5)对应的第一基准直线1s。第一基准直线1s是通过第一磁轭4的轴心并在径向上延伸的直线。以第一基准直线1s为对称轴，各第一齿51～56的高度呈线对称。具体而言，第一齿51的突出高度>第一齿52、56的突出高度>第一齿53、55的突出高度>第一齿54的突出高度。第一齿52与第一齿56的突出高度之差为0.02mm以下，可以认为第一齿52与第一齿56的突出高度实质上相同。另外，第一齿53与第一齿55的突出高度之差为0.02mm以下，可以认为第一齿53与第一齿55的突出高度实质上相同。这里，如图7所示，第一齿51～56的突出高度ht是指从包括第一磁轭面40的假想平面垂直延伸并到达第一齿51～56的端面的面积重心的直线的长度。第一齿51～56的突出高度ht例如能够使用基恩士(Keyence)公司制造的单触发3D形状测量仪VR-5000来进行测量。第一齿51～56的突出高度ht由通过第一齿51～56的端面的面积重心的高度轮廓来进行计算。后述的整体高度hc也能够同样地进行测量。
第一基准直线1s能够通过测量各第一齿51～56的突出高度ht并根据其突出高度ht的线对称性来求出。如果在第一铁芯10上预先设置指示第一基准直线1s的位置的第一标记15(图3)，则节省突出高度ht的测量的工夫。本例的第一标记15指示制作第一铁芯10时的供粉开始侧。因此，在本例中，第一标记15设置在突出高度ht最高的齿即第一齿51与第一磁轭4的端部之间。更详细而言，第一标记15设置在连结第一齿51的面积重心与第一磁轭4的轴心的直线上且第一磁轭4中离第一齿51近的一侧的端部与第一齿51之间。第一标记15指示突出高度ht最高的齿，是第一磁轭4中的周向的基准。与本例不同，第一标记15也可以指示供粉机8(图5、图6)的折返侧。在这种情况下，第一标记15指示突出高度ht最低的齿，是第一磁轭4中的周向的基准。也就是说，第一标记15指示突出高度ht最高的齿和突出高度ht最低的齿中的任一者。关于后述的第二标记25也是同样的。第一标记15能够由设置在第一铁芯10上的凹部或凸部构成。在这种情况下，以在模具9(图5)上预先形成凸部或凹部为好。第一标记15优选设置在不易对第一铁芯10的磁特性造成不良影响的位置上。第一标记15也能够由涂料或封印等构成。在这种情况下，第一标记15不会对第一铁芯10的磁特性造成不良影响。
虽说由压粉磁芯构成的第一铁芯10的各部分的尺寸具有容易产生偏差的倾向，但优选各部分的尺寸的偏差小。例如，如图7所示，优选从第一铁芯10中的第一磁轭面40的反面到各第一齿51～56的端面的整体高度hc的偏差为0.05mm以上且0.15mm以下。整体高度hc是与第一磁轭4的下表面垂直并到达第一齿5的端面的面积重心的直线的长度。在本例的情况下，在各第一齿51～56的位置处得到六个整体高度hc。也就是说，优选最高的hc与最低的hc之差为0.05mm以上且0.15mm以下。整体高度hc的偏差优选为0.13mm以下，更优选为0.10mm以下。
第一磁轭4的厚度t的偏差优选为0.03mm以上且0.10mm以下。厚度t是在周向上相邻的两个第一齿51、52的中央位置的厚度。在本例的情况下，测量与第一齿5的数量相同的六个厚度t，优选最大厚度t与最小厚度t之差为0.03mm以上且0.10mm以下。厚度t的偏差优选为0.09mm以下，更优选为0.08mm以下。
第一齿51～56各自的突出高度ht的偏差优选为0.03mm以上且0.10mm以下。在本例的情况下，由于得到六个突出高度ht，因而优选最大的突出高度ht与最小的突出高度ht之差为0.03mm以上且0.10mm以下。突出高度ht的偏差优选为0.09mm以下，更优选为0.08mm以下。
·第二定子
如图1所示，第二定子2具备第二铁芯20和第二线圈21。如图4所示，第二铁芯20具备圆环状的第二磁轭6和从第二磁轭6的第二磁轭面60突出的多个第二齿71～76。该第二铁芯20使用与第一铁芯10相同的模具9(图5、图6)制作而成。第二磁轭6、第二磁轭面60及第二齿71～76分别与参照图2、图3的第一铁芯10的第一磁轭4、第一磁轭面40及第一齿51～56相同。另外，如图4所示，第二基准直线2s及指示其位置的第二标记25也与第一铁芯10的第一基准直线1s及指示其位置的第一标记15相同。也就是说，在本例中，第二标记25设置在突出高度ht最高的齿即第二齿71与第二磁轭6的端部之间。更详细而言，第二标记25设置在连结第二齿71的面积重心与第二磁轭6的轴心的直线上且第二磁轭6中离第二齿71近的一侧的端部与第二齿71之间。省略第二铁芯20的各构成的说明。
《第一铁芯与第二铁芯的配置状态》
在将具有线对称性的第一铁芯10(图3)和第二铁芯20(图4)组合的情况下，沿转子3的旋转轴(图1的轴30)的轴向观察时，第一铁芯10的第一标记15和第二铁芯20的第二标记25配置在关于旋转轴相互对称的位置。通过将第一标记15和第二标记25配置在相互对称的位置，第一基准直线1s与第二基准直线2s一致。在图7中，夸张地示出了第一齿51～54以及第二齿71～74的高度。另外，第一铁芯10与转子3的分离距离以及第二铁芯20与转子3的分离距离也比实际大地进行了示出。
如图7所示，当以彼此的齿相对的方式配置第一铁芯10和第二铁芯20时，得到第一齿51与第二齿74在旋转轴的轴向(连结第一磁轭4、转子3、第二磁轭6各自的中心的方向)上相对的齿对。也就是说，通过将第一标记15、第二标记25配置在对称位置，第一铁芯10的最高的第一齿51与第二铁芯20的最低的第二齿74相对。另外，得到第一齿52与第二齿73的齿对、第一齿53与第二齿72的齿对以及第一齿54与第二齿71的齿对。另外，虽然位于附图上看不到的位置，但得到第一齿55与第二齿76的齿对以及第一齿56与第二齿75的齿对。如上所述，齿的高度为齿51、71>齿52、56、72、76>齿53、55、73、75>齿54、74。因此，所有的齿对为最高的齿与最低的齿的组合以及第二高的齿与第二低的齿的组合中的任一者。
各齿对中的齿间距离L的偏差为0.08mm以下。齿间距离L是齿对中的第一齿的端面的面积重心与第二齿的端面的面积重心之间的距离。也就是说，对于一个齿对得到一个齿间距离L。齿间距离L的偏差为0.08mm以下是指最大的齿间距离L与最小的齿间距离L之差为0.08mm以下。在本例中，考虑铁芯10、20的各齿的高度之差来组合铁芯10、20。因此，最大的齿间距离L与最小的齿间距离L之差为0.08mm以下。上述差越小越优选。例如，上述差优选为0.06mm以下，更优选为0.04mm以下。上述差最优选为零。
《本实施方式的效果》
本例的旋转电机100的生产率优异。这是因为，由于旋转电机100的第一铁芯10和第二铁芯20都是使磁轭和齿一体成形的压粉磁芯，因而节省将磁轭和齿组合的工夫。
本例的旋转电机100的能量效率优异。在本例的旋转电机100中，由于所有的齿对中的齿间距离L大致相等，因而在转子3的周向上的各处由各齿对带来的转矩的偏差变小。也就是说，旋转电机100中的转矩脉动变小。因此，旋转电机100中的磁能损失不易增加。另外，由于旋转电机100的转矩脉动小，因而转子3的旋转轴(轴30)不易振动。也就是说，轴30与轴承33之间的摩擦力不易发生变动。因此，可认为旋转电机100中的机械能损失不易增加。
《其他限定》
通过满足以下列举的限定，能够提高旋转电机100的能量效率。
图7所示的第一铁芯10的整体高度hc的偏差为各第一齿51～56(图3)与第一转子面3A的距离的平均值的20％以下。上述距离的测量数量与第一齿51～56的数量相同。另外，第二铁芯20的整体高度hc的偏差为各第二齿71～76(图4)与第二转子面3B的距离的平均值的20％以下。
上述距离的测量数量与第二齿71～76的数量相同。
第一磁轭4的厚度t的偏差为第一磁轭面40与第一转子面3A的距离的平均值的2％以下。该平均值是从第一磁轭4的厚度t的测量位置向正交方向延伸并到达第一转子面3A的直线距离的平均值。测量数量与求出厚度t的偏差时的数量相同，即与第一齿5的数量相同。使第二磁轭6的厚度的偏差为第二磁轭面60与第二转子面3B的距离的平均值的2％以下。该平均值是从第二磁轭6的厚度t的测量位置向正交方向延伸并到达第二转子面3B的直线距离的平均值。
通电时，形成透过第一铁芯10、转子3以及第二铁芯20的环状磁路(参照图7的双点划线)。使第一铁芯10的整体高度hc的偏差为该环状磁路的磁路长度的1％以下。另外，使第二铁芯20的整体高度hc的偏差为环状磁路的磁路长度的1％以下。
这里，本例中的环状磁路是指假想地求出对线圈通电时形成的环状磁路而得到的磁路(参照图7的双点划线)。例如，形成通过U相的第一齿51、54和同U相的第二齿71、74的环状磁路。环状磁路是使第一磁路线、第二磁路线、第三磁路线以及第四磁路线相连而得到的磁路。第一磁路线是通过第一齿51和第二齿74的端面的面积重心并贯穿第一齿51、第二齿74以及转子3的直线。第二磁路线是通过第一齿54和第二齿71的端面的面积重心并贯穿第一齿54、第二齿71以及转子3的直线。第三磁路线是位于将第一磁轭在厚度方向上一分为二的平面上并连接第一磁路线和第二磁路线的圆弧状的曲线。第四磁路线是位于将第二磁轭在厚度方向上一分为二的平面上并连接第一磁路线和第二磁路线的圆弧状的曲线。
<试验例>
在本试验例中，通过模拟求出根据第一定子与第二定子的组合情况对马达的转矩及损失有何种程度的影响。所研究的试样有以下两个。
(试样No.1)
试样No.1的旋转电机是三相十极十二槽的双定子型的旋转电机。该旋转电机所具备的第一铁芯和第二铁芯分别具备十二个齿。在将突出高度最高的齿配置在12点的位置时，在第一铁芯中12点的位置的齿与磁轭的端之间设置有第一标记。同样地，在第二铁芯中12点的位置的齿与磁轭的端之间设置有第二标记。十二个齿的突出高度的关系如下。
·12点的位置的齿>1点及11点的位置的齿>2点及10点的位置的齿>3点及9点的位置的齿>4点及8点的位置的齿>5点及7点的位置的齿>6点的位置的齿
在试样No.1中，将第一标记和第二标记配置在关于旋转轴相互对称的位置。也就是说，使第一铁芯的12点的位置的第一齿与第二铁芯的6点的位置的第二齿相对。在该构成中，最大的齿间距离L与最小的齿间距离L之差为0.05mm。其他条件如下。
·磁轭的外径：56mm，磁轭的内径：20mm
·齿的截面积：60mm2
·线圈的匝数：43匝
·整体高度hc的偏差：0.14mm
·磁轭的厚度t的偏差：0.05mm
·齿的突出高度ht的偏差：0.09mm
·齿与转子面的平均距离：1.0mm
·整体高度hc的偏差在齿与转子面的平均距离中所占的比例：14％
·磁轭厚度t的偏差在磁轭面与转子面的平均距离中所占的比例：0.8％
·整体高度hc的偏差在磁路长度中所占的比例：0.2％
·转子的转速：2000rpm
·电流密度：2.33Arms
(试样No.2)
试样No.2的旋转电机是使用了在试样No.1中使用的第一铁芯和第二铁芯的双定子型的旋转电机。不过，将第一标记和第二标记关于旋转轴配置在相同的位置。也就是说，使第一铁芯的位于12点的位置的第一齿与第二铁芯的位于12点的位置的第二齿相对。该构成可以说是齿间距离从12点的位置朝向6点的位置逐渐增大的构成。
《试验结果》
试样No.1的转矩脉动的试验结果示于图8，齿槽转矩的试验结果示于图9。图8、图9的横轴是转子的旋转角度(degree)，纵轴是转矩(N·m)。如图8所示，试样No.1的转矩的平均值为0.23N·m，转矩脉动相对于转矩的平均值为1.3％。另外，如图9所示，试样No.1的齿槽转矩的振幅为0.00095N·m。
通过计算求出试样No.1的能量效率。其结果，试样No.1的电磁能量效率为66.2％，包含机械损失在内的能量效率为66.0％。能量效率是从马达得到的动力能量相对于投入马达的电力能量的比例。
另一方面，试样No.2的转矩脉动的试验结果示于图10，齿槽转矩的试验结果示于图11。图10、图11的看图方法与图8、图9相同。如图10所示，试样No.2的转矩的平均值为0.23N·m，转矩脉动相对于转矩的平均值为2.7％。另外，如图11所示，试样No.2的齿槽转矩的振幅为0.022N·m。在试样No.2的构成中，在转子的周向上的不同位置出现齿间距离窄的部位和宽的部位。在这样的构成中，在转子的周向上的各处由各齿对带来的转矩的偏差变大。
因此，可认为试样No.2的转矩脉动和齿槽转矩变大。
通过计算求出试样No.2的能量效率。其结果，试样No.2的电磁能量效率为66.2％，包含机械损失在内的能量效率为59.3％。
根据上述结果可知，通过减小各齿对中的齿间距离的偏差，旋转电机中产生的噪音和振动降低。另外可知，通过减小各齿对中的齿间距离的偏差，旋转电机的能量效率提高。
附图标记说明
100旋转电机；101壳体；1第一定子；10第一铁芯；11第一线圈；15第一标记；2第二定子；20第二铁芯；21第二线圈；25第二标记；3转子；3A第一转子面；3B第二转子面；30轴；31保持板；32磁铁；33轴承；4第一磁轭；40第一磁轭面；5、51、52、53、54、55、56第一齿；6第二磁轭；60第二磁轭面；7、71、72、73、74、75、76第二齿；8供粉机；8d磁性粉末；8s供粉轴线；80供粉口；9模具；90磁轭形成部；91、92、93、94、95、96齿形成部。

Claims (10)

1.一种旋转电机，是第一定子、第二定子以及转子在所述转子的旋转轴的轴向上排列的轴向间隙型的旋转电机，
所述第一定子具备第一线圈和由压粉磁芯构成的第一铁芯，所述第一线圈配置于所述第一铁芯，
所述第二定子具备第二线圈和由压粉磁芯构成的第二铁芯，所述第二线圈配置于所述第二铁芯，
所述第一铁芯具备：
圆环状的第一磁轭，具有第一磁轭面；
多个第一齿，从所述第一磁轭面突出；以及
第一标记，指示作为所述第一磁轭的周向的基准的位置，
所述第二铁芯具备：
圆环状的第二磁轭，具有与所述第一磁轭面相对的第二磁轭面；
多个第二齿，从所述第二磁轭面突出；以及
第二标记，指示作为所述第二磁轭的周向的基准的位置，
沿所述旋转轴的轴向观察时，所述第一标记和所述第二标记配置在关于所述旋转轴相互对称的位置，
所述第一铁芯为所述第一磁轭和所述多个第一齿一体形成的压粉磁芯，
所述第二铁芯为所述第二磁轭和所述多个第二齿一体形成的压粉磁芯。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
在所述第一磁轭上假想沿所述第一磁轭的轴向观察时通过所述第一标记和所述第一磁轭的轴心的第一基准直线，并在所述第二磁轭上假想沿所述第二磁轭的轴向观察时通过所述第二标记和所述第二磁轭的轴心的第二基准直线的情况下，
位于关于所述第一基准直线相互对称的位置的多个所述第一齿中从所述第一磁轭面到多个所述第一齿的端面的突出高度的差值为0.15mm以下，
位于关于所述第二基准直线相互对称的位置的多个所述第二齿中从所述第二磁轭面到多个所述第二齿的端面的突出高度的差值为0.15mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，
所述旋转电机具备多个齿对，所述齿对由位于在所述旋转轴的轴向上相对的位置的所述第一齿和所述第二齿构成，
将多个所述齿对各自中从所述第一齿的端面的面积重心到所述第二齿的端面的面积重心的距离设为齿间距离，最大的所述齿间距离与最小的所述齿间距离之差为0.08mm以下。
4.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，
所述第一铁芯中的多个所述第一齿中从所述第一磁轭面的反面到所述第一齿的端面的整体高度的偏差为0.05mm以上且0.15mm以下，
所述第二铁芯中的多个所述第二齿中从所述第二磁轭面的反面到所述第二齿的端面的整体高度的偏差为0.05mm以上且0.15mm以下。
5.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，
所述第一磁轭的厚度的偏差为0.03mm以上且0.10mm以下，
所述第二磁轭的厚度的偏差为0.03mm以上且0.10mm以下。
6.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，
多个所述第一齿的突出高度的偏差为0.03mm以上且0.10mm以下，
多个所述第二齿的突出高度的偏差为0.03mm以上且0.10mm以下。
7.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，
所述转子具备与所述第一齿的端面相对的第一转子面和与所述第二齿的端面相对的第二转子面，
多个所述第一齿中从所述第一磁轭面的反面到所述第一齿的端面的整体高度的偏差为多个所述第一齿与所述第一转子面的距离的平均值的20％以下，
多个所述第二齿中从所述第二磁轭面的反面到所述第二齿的端面的整体高度的偏差为多个所述第二齿与所述第二转子面的距离的平均值的20％以下。
8.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，
所述转子具备与所述第一齿的端面相对的第一转子面和与所述第二齿的端面相对的第二转子面，
所述第一磁轭的厚度的偏差为所述第一磁轭面与所述第一转子面的距离的平均值的2％以下，
所述第二磁轭的厚度的偏差为所述第二磁轭面与所述第二转子面的距离的平均值的2％以下。
9.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，
通电时，形成透过所述第一铁芯、所述转子以及所述第二铁芯的环状磁路，
多个所述第一齿中从所述第一磁轭面的反面到所述第一齿的端面的整体高度的偏差为所述环状磁路的磁路长度的1％以下，
多个所述第二齿中从所述第二磁轭面的反面到所述第二齿的端面的整体高度的偏差为所述环状磁路的磁路长度的1％以下。
10.一种旋转电机，是第一定子、第二定子以及转子在所述转子的旋转轴的轴向上排列的轴向间隙型的旋转电机，
所述第一定子具备第一线圈和由压粉磁芯构成的第一铁芯，所述第一线圈配置于所述第一铁芯，
所述第二定子具备第二线圈和由压粉磁芯构成的第二铁芯，所述第二线圈配置于所述第二铁芯，
所述第一铁芯具备：
圆环状的第一磁轭，具有第一磁轭面；
多个第一齿，从所述第一磁轭面突出；以及
第一标记，指示作为所述第一磁轭的周向的基准的位置，
所述第二铁芯具备：
圆环状的第二磁轭，具有与所述第一磁轭面相对的第二磁轭面；
多个第二齿，从所述第二磁轭面突出；以及
第二标记，指示作为所述第二磁轭的周向的基准的位置，
沿所述旋转轴的轴向观察时，所述第一标记和所述第二标记配置在关于所述旋转轴相互对称的位置，
所述第一铁芯为所述第一磁轭和所述多个第一齿一体形成的压粉磁芯，
所述第二铁芯为所述第二磁轭和所述多个第二齿一体形成的压粉磁芯，
在所述第一磁轭上假想沿所述第一磁轭的轴向观察时通过所述第一标记和所述第一磁轭的轴心的第一基准直线，并在所述第二磁轭上假想沿所述第二磁轭的轴向观察时通过所述第二标记和所述第二磁轭的轴心的第二基准直线的情况下，
位于关于所述第一基准直线相互对称的位置的多个所述第一齿中从所述第一磁轭面到多个所述第一齿的端面的突出高度的差值为0.15mm以下，
位于关于所述第二基准直线相互对称的位置的多个所述第二齿中从所述第二磁轭面到多个所述第二齿的端面的突出高度的差值为0.15mm以下，
所述第一铁芯中的多个所述第一齿中从所述第一磁轭面的反面到所述第一齿的端面的整体高度的偏差为0.05mm以上且0.15mm以下，
所述第二铁芯中的多个所述第二齿中从所述第二磁轭面的反面到所述第二齿的端面的整体高度的偏差为0.05mm以上且0.15mm以下，
所述转子具备与所述第一齿的端面相对的第一转子面和与所述第二齿的端面相对的第二转子面，
多个所述第一齿中从所述第一磁轭面的反面到所述第一齿的端面的整体高度的偏差为多个所述第一齿与所述第一转子面的距离的平均值的20％以下，
多个所述第二齿中从所述第二磁轭面的反面到所述第二齿的端面的整体高度的偏差为多个所述第二齿与所述第二转子面的距离的平均值的20％以下。
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