CN114946111A - 磁齿轮复合旋转电机 - Google Patents

Abstract

磁齿轮复合旋转电机具备：罩壳；定子，其具有定子铁芯、线圈以及设于定子铁芯的内侧的定子磁体；第一转子，其设于定子的内侧；和第二转子，其具有转子铁芯以及转子磁体，定子铁芯具有：背轭和齿，齿具有：齿主体以及从齿主体的径向内侧的端部处的周向两端分别突出的一对齿指部，对于线圈，将彼此相邻的齿主体彼此之间作为槽而设，定子磁体分别设于同一个齿的齿指部彼此之间以及彼此相邻的不同的齿的齿指部彼此之间。

Description

磁齿轮复合旋转电机

技术领域

本公开涉及磁齿轮复合旋转电机。

本申请对在2020年1月24日申请的特愿2020-010264号主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

在下述专利文献1中，公开了使得低速转子(第一转子)、高速转子(第二转子)、定子能同轴地相对旋转的磁齿轮复合旋转电机。

在将磁齿轮复合旋转电机例如用作电动机的情况下，通过设于定子的线圈的磁动势来使高速转子旋转，由此，作为输出轴的低速转子通过高频磁通以给定的减速比来旋转。

在磁齿轮复合旋转电机中，定子具有：定子铁芯；和设于该定子铁芯的内周侧的多个定子磁体。定子铁芯具有：环状的背轭；和从该背轭向径向内侧突出的齿。定子磁体配置于齿的前端部内周侧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2014-163431号公报

发明内容

发明要解决的课题

在此，在上述磁齿轮复合旋转设备中，为了使更大的转矩产生，期望将由直径粗的导线构成的线圈容易地安装到定子。进而，为了使磁齿轮复合旋转电机效率良好地运转，期望更加减少相对于第二转子的基波磁通的定子的磁阻。

本公开为了解决上述课题而提出，目的在于，提供能容易地安装线圈、并且能使相对于第二转子的基波磁通的定子的磁阻减少的磁齿轮复合旋转电机。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本公开所涉及的磁齿轮复合旋转电机具备：罩壳；定子，其具有固定于所述罩壳并以轴线为中心形成环状的定子铁芯、设于该定子铁芯的槽内的线圈以及在所述定子铁芯的内侧在周向上空开间隔设置多个的定子磁体；第一转子，其在该定子的内侧具有在所述轴线的周向上空开间隔设置多个的极片；和第二转子，其具有设于该第一转子的内侧的转子铁芯以及在周向上空开间隔地设于该转子铁芯的多个转子磁体，所述定子铁芯具备：背轭，其包围所述轴线；和齿，其具有从该背轭向径向内侧突出的齿主体以及从该齿主体的径向内侧的端部处的周向两端分别突出的一对齿指部，在周向上空开间隔设置多个，所述线圈设置在彼此相邻的所述齿主体彼此之间形成的所述槽，所述定子磁体分别设于同一个所述齿的所述齿指部彼此之间以及彼此相邻的不同的所述齿的所述齿指部彼此之间。

发明的效果

根据本公开，能容易地安装线圈，并且能使相对于第二转子的基波磁通的定子的磁阻减少。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式所涉及的磁齿轮复合旋转电机的结构的截面图。

图2是本公开的实施方式所涉及的定子的主要部分放大图。

图3是表示本公开的实施方式所涉及的定子磁体的磁化方向的说明图。

图4是表示本公开的实施方式所涉及的定子的变形例的主要部分放大图。

图5是表示本公开的实施方式所涉及的定子的进一步的变形例的主要部分放大图。

图6是表示本公开的实施方式所涉及的定子的其他变形例的主要部分放大图。

具体实施方式

[第一实施方式]

(磁齿轮复合旋转电机的结构)

以下参考图1到图4来说明本公开的第一实施方式所涉及的磁齿轮复合旋转电机100。如图1到图3所示那样，磁齿轮复合旋转电机100具备定子1、第一转子2、第二转子3、罩壳4和轴承B。磁齿轮复合旋转电机100安装在沿着轴线Ac延伸的旋转轴6。磁齿轮复合旋转电机100在从外部进行电力供给的情况下，通过第一转子2以及第二转子3绕着轴线Ac旋转，作为电动机发挥功能。在对旋转轴6从外部给予旋转力(转矩)的情况下，通过与第一转子2以及第二转子3的旋转相伴的感应电动势，作为发电机发挥功能。

(罩壳、定子的结构)

如图1所示那样，罩壳4形成以轴线Ac为中心的圆环状。在罩壳4的内部形成空间。定子1设置在该罩壳4的内面当中的、朝向轴线Ac所对应的径向内侧的面(罩壳内周面5A)。

如图2所示那样，定子1具有定子铁芯1A、线圈C、定子磁体1B和楔W。定子铁芯1A具有：以轴线Ac为中心的圆环状的背轭71；从背轭71向径向内侧突出并且在周向上空开间隔排列的多个齿7T。

齿7T(以斜线示出的部分)具有：从背轭71向径向内侧延伸的齿主体72；与齿主体72的径向内侧的端部一体设置的一对齿指部73；和爪部74。齿指部73从齿主体72的周向的两侧向径向内侧伸出。在齿指部73的前端部(径向内侧的端部)，进一步设置从该齿指部73向周向突出的爪部74。即，爪部74向槽S内突出。

在齿主体72中的径向外侧的部分安装线圈C。线圈C通过将铜线等卷绕在齿主体72的周围来形成。在本实施方式中，线圈C以被称作分布卷绕的方式卷绕在齿主体72。在分布卷绕中，通过跨越多个齿7T将线卷绕，来形成线圈C。除了分布卷绕以外，还能以图4所示的被称作集中卷绕的方式来形成线圈C。在集中卷绕中，通过仅在1个齿7T卷绕线，来形成各个线圈C。被背轭71和彼此相邻的一对齿主体72包围的区域被设为用于收容该线圈C的槽S。

如图2所示那样，在作为彼此相邻的一对齿指部73彼此之间(槽S)且比线圈C更靠径向内侧的部分，排列定子磁体1B。定子磁体1B被上述的爪部74支承为不能从径向外侧脱落。即，爪部74与定子磁体1B的内周面抵接。此外，定子磁体1B在相同齿7T中的齿指部73彼此之间以及彼此相邻的不同的齿7T的齿指部73彼此之间分别各设置1个。

定子磁体1B例如是铁氧体磁体、钕磁体这样的永久磁体。在彼此相邻的定子磁体1B彼此中，朝向内周侧的极(磁化方向)不同。更具体地，这些定子磁体1B按照海尔贝克磁体排列来排列。如图3所示那样，在海尔贝克磁体排列中，随着从周向的一侧前往另一侧，磁化方向按顺时针的4个方向依次变化。附在图3中的定子磁体1B的箭头表征磁化方向。

在本实施方式中，槽S包含：收容上述的线圈C和定子磁体1B的第一槽S1；和仅收容定子磁体1B的第二槽S2。作为一例，第一槽S1和第二槽S2在周向上交替排列。通过使第一槽S1的周向的尺寸(宽度)与定子磁体1B同等，能在第一槽S1内设置线圈C和定子磁体1B。由此，能将成形完毕的线圈C容易地安装在第一槽S1内。另外，还能采用在一对第一槽S1彼此之间设置多个第二槽S2的结构。

在第一槽S内的定子磁体1B与线圈C之间设置楔W。楔W是由相对导磁率1以上的材料形成的构件，以线圈C与定子磁体1B间的绝缘和线圈C的脱落防止等为目的而设。楔W的相对导磁率优选为10以下。

(第一转子的结构)

如图1所示那样，第一转子2设于定子1的内侧。第一转子2具有圆板部5、第一转子主体2H和极片2P。圆板部5形成以轴线Ac为中心的圆板状，安装在旋转轴6。在圆板部5的外周侧安装第一转子主体2H。第一转子主体2H具有：以轴线Ac为中心的圆筒状的筒部21；和从该筒部21的外周面向径向外侧伸出的一对支承部22。筒部21隔着后述的轴承B(外侧轴承B1)被支承在罩壳4的内周面上。在一对支承部22的径向外侧的端缘设置多个极片2P。极片2P是磁性体，通过与定子磁体1B以及后述的转子磁体3B的磁力的相互作用，来使磁通的高频分量产生。详细虽未图示，但极片2P在轴线Ac的周向上空开间隔设置多个。在彼此相邻的极片2P之间，非磁性体的构件设置成在与这些极片2P相同方向上延伸。

(第二转子的结构)

如图1所示那样，第二转子3设于第一转子主体2H中的一对支承部22彼此之间。第二转子3具有转子铁芯3A和转子磁体3B。转子铁芯3A形成以轴线Ac为中心的圆环状。转子铁芯3A的内周面被第一转子主体2H中的筒部21的外周面隔着轴承B(内侧轴承B2)能旋转地支承。在转子铁芯3A的外周面，将多个转子磁体3B在周向上排列多个。转子磁体3B径向朝外地与上述的极片2P对置。

(作用效果)

接下来说明上述的磁齿轮复合旋转电机100的动作。在将磁齿轮复合旋转电机100作为电动机来使用的情况下，首先对线圈C从外部供给电力。由此，线圈C被励磁。通过该线圈C的磁力，第二转子3绕着轴线Ac旋转。进而，通过第二转子3旋转，第一转子2旋转。第一转子2的转速在基于第一转子2的极数Ph以及第二转子3的极对数Ns的减速比下被减速。具体地，减速比G成为G＝Ph/Ns。

另一方面，在将磁齿轮复合旋转电机100作为发电机来使用的情况下，对旋转轴6给予绕着轴线Ac的旋转力(转矩)。由此，通过旋转轴6的旋转，第一转子2以及第二转子3旋转。与第一转子2以及第二转子3的旋转相伴，在线圈C产生感应电动势。通过将该电力取出到外部，能将磁齿轮复合旋转电机100作为发电机来使用。

在此，在本实施方式中，设为通过齿指部73来在线圈C的径向内侧以及齿主体72的径向内侧分别保持定子磁体1B的结构。

通过在线圈C的径向内侧设置定子磁体1B，能加大设置线圈C的槽S1的开口宽度。为此，即使是由直径粗的高电压用的导线构成的线圈C，也能容易地安装。

此外，由于在齿主体72的径向内侧设置定子磁体1B，在该定子磁体1B的径向外侧，作为比较宽大的区域存在磁阻小的齿主体72。由此，通过保持该定子磁体1B的齿指部73将来自第二转子3的磁通波分量引导到磁阻小的齿主体72。其结果，能使相对于第二转子3的基波磁通的作为齿7T整体的磁阻大幅降低，能有效利用第二转子3的转子磁体3B所形成的磁能。

进而，根据上述结构，能通过爪部74进一步稳定地保持定子磁体1B。此外，通过设置成爪部74从齿指部73扩展，能使定子1中的与转子磁体3B的对置部位的磁阻降低。

此外，根据上述结构，定子磁体1B以海尔贝克磁体排列来排列。由此，能增强定子磁体1B使产生的磁场强度的特定的方向分量。因此，能提高作为定子磁体1B的磁力性能，能提升磁齿轮复合旋转电机100的转矩。

此外，根据上述结构，能通过楔W谋求线圈C的脱落防止等。

(其他实施方式)

以上参考附图详述了本公开的实施方式，但具体的结构并不限于该实施方式，还包含不脱离本公开的要旨的范围的设计变更等。

如图5所示那样，齿指部73b可以形成为周向的尺寸随着从径向外侧前往内侧逐渐变大。根据该结构，由于形成为随着齿指部73b前往径向内侧，周向的尺寸逐渐变大，因此，齿指部73b彼此之间的空间(槽S)以及从轴线Ac方向观察与定子磁体1B的轴线Ac正交的截面的情况的外形，成为以径向内侧为上底的梯形状(楔形)。由此，能进一步稳定地保持定子磁体1B。此外，由于能扩大从轴线Ac方向观察与轴线Ac正交的截面的情况的齿指部73b的面积，因此能使磁阻进一步减少。

进而，齿指部73b由于形状是楔形，因此不需要爪部74。为此，能减小定子磁体1B与极片2P之间的余隙。由此，能有效地活用磁体的能量。此外，由于定子磁体1B在槽S1的开口部楔状地嵌合，因此能承担作为线圈C的支承构件的作用。此外，齿指部73b由于比爪部74强度高，因此能更确实地保持定子磁体1B。

此外，也可以如图6所示那样，是具备在齿主体72的周向两端的一对齿指部73之间从齿主体72向径向内侧突出的其他齿指部75的结构。并且，定子磁体1B也可以在同一个齿7T设置多个，以使得分别保持在同一个齿7T的齿指部73、75彼此之间。上述其他齿指部75也可以设置多个。此外，在楔形的齿指部73b的情况下也同样。

[附记]

各实施方式记载的磁齿轮复合旋转电机100例如如以下那样掌握。

(1)第1方式所涉及的磁齿轮复合旋转电机100具备：罩壳4；定子1，其具有固定于所述罩壳4并以轴线Ac为中心形成环状的定子铁芯1A、设于该定子铁芯1A的槽S内的线圈C以及在所述定子铁芯1A的内侧在周向上空开间隔设置多个的定子磁体1B；第一转子2，其在该定子1的内侧具有在所述轴线Ac的周向上空开间隔设置多个的极片2P；第二转子3，其具有设于该第一转子2的内侧的转子铁芯3A以及在该转子铁芯3A在周向空开间隔设置的多个转子磁体3B，所述定子铁芯1A具备：背轭71，其包围所述轴线Ac；齿主体72，其从该背轭71向径向内侧突出，并且在周向上空开间隔设置多个；以及齿7T，其具有从该齿主体72的径向内侧的端部处的周向两端分别突出的一对齿指部73，所述线圈C设于彼此相邻的所述齿主体72彼此之间的所述槽S，所述定子磁体1B分别设于同一个所述齿7T的所述齿指部73彼此之间以及彼此相邻的不同的所述齿7T的所述齿指部73彼此之间。

根据上述结构，通过在线圈的径向内侧设置定子磁体，能加大设有线圈的槽的开口宽度。

此外，能通过保持定子磁体的齿指部将来自第二转子的磁通波分量引导到磁阻小的齿主体。其结果，能使相对于第二转子的基波磁通的作为齿整体的磁阻大幅降低。

(2)第2方式所涉及的磁齿轮复合旋转电机100也可以是，进一步具有：爪部74，其设于所述齿指部73的前端，向周向突出。

根据上述结构，能通过爪部74进一步稳定地保持定子磁体1B。

(3)在第3方式所涉及的磁齿轮复合旋转电机100中，也可以是，所述齿指部73形成为周向的尺寸随着从径向外侧前往内侧逐渐变大。

根据上述结构，由于形成为齿指部73随着前往径向内侧，周向的尺寸逐渐变大，因此，齿指部73彼此之间的空间(槽S)成为以径向内侧为上底的梯形状。由此，能进一步稳定地保持定子磁体1B。此外，由于能扩大从轴线Ac方向观察的情况下的齿指部73的面积，因此能将磁路进一步确保得大。由此，能使磁阻进一步减少。

(4)在第4方式所涉及的磁齿轮复合旋转电机100中，也可以是，所述多个定子磁体以海尔贝克磁体排列来排列。

根据上述结构，定子磁体1B以海尔贝克磁体排列来排列。由此，能增强定子磁体1B产生的磁场强度的特定的方向分量。因此，作为定子磁体1B的磁力性能提高，能使磁齿轮复合旋转电机100的转矩提升。

(5)第5方式所涉及的磁齿轮复合旋转电机100也可以是，还具有：楔W，其设于所述线圈C与所述定子磁体1B之间。

根据上述结构，能通过楔W来谋求线圈C的脱落防止。

(6)在第6方式所涉及的磁齿轮复合旋转电机100中，也可以是，所述齿7T还具备：其他齿指部75，其在所述一对齿指部73之间，从所述齿主体72向径向内侧突出，所述定子磁体1B可以在同一个所述齿7T的所述齿指部73、75彼此之间设置多个。

产业上的可利用性

本公开涉及磁齿轮复合旋转电机。

根据本公开，能容易地安装线圈，并且能使相对于第二转子的基波磁通的定子的磁阻减少。

附图标记的说明

100 磁齿轮复合旋转电机

1 定子

1A 定子铁芯

1B 定子磁体

2 第一转子

21 筒部

22 支承部

2H 第一转子主体

2P 极片

3 第二转子

3A 转子铁芯

3B 转子磁体

4 罩壳

5 圆板部

5A 罩壳内周面

6 旋转轴

7T 齿

71 背轭

72 齿主体

73、73b、75 齿指部

74 爪部

Ac 轴线

B 轴承

B1 外侧轴承

B2 内侧轴承

C 线圈

S 槽

S1 第一槽

S2 第二槽

W 楔

Claims (6)

1.一种磁齿轮复合旋转电机，其特征在于，具备：

罩壳；

定子，其具有固定于所述罩壳并以轴线为中心形成环状的定子铁芯、设于该定子铁芯的槽内的线圈以及在所述定子铁芯的内侧在周向上空开间隔设置多个的定子磁体；

第一转子，其在该定子的内侧具有在所述轴线的周向上空开间隔设置多个的极片；和

第二转子，其具有设于该第一转子的内侧的转子铁芯以及在周向上空开间隔地设于该转子铁芯的多个转子磁体，

所述定子铁芯具备：

背轭，其包围所述轴线；和

齿，其具有从该背轭向径向内侧突出的齿主体以及从该齿主体的径向内侧的端部处的周向两端分别突出的一对齿指部，该齿在周向上空开间隔设置多个，

所述线圈设置在彼此相邻的所述齿主体彼此之间形成的所述槽，

所述定子磁体分别设于同一个所述齿的所述齿指部彼此之间以及彼此相邻的不同的所述齿的所述齿指部彼此之间。

2.根据权利要求1所述的磁齿轮复合旋转电机，其特征在于，

所述磁齿轮复合旋转电机还具有：

爪部，其设于所述齿指部的前端，向周向突出。

3.根据权利要求1或2所述的磁齿轮复合旋转电机，其特征在于，

所述齿指部形成为周向的尺寸随着从径向外侧前往内侧而逐渐变大。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的磁齿轮复合旋转电机，其特征在于，

所述多个定子磁体以海尔贝克磁体排列来排列。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的磁齿轮复合旋转电机，其特征在于，

所述磁齿轮复合旋转电机还具有：

楔，其设于所述线圈与所述定子磁体之间。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的磁齿轮复合旋转电机，其特征在于，

所述齿还具备：

其他齿指部，其在所述一对齿指部之间从所述齿主体向径向内侧突出，

所述定子磁体在同一个所述齿的所述齿指部彼此之间设置多个。

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