CN114982107A - 定子以及使用定子的旋转电机 - Google Patents

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宫武亮治
山田拓郎
田中贤治
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Abstract

具备相对于旋转电机(100)的旋转中心在周向具备多个定子齿(6)的定子铁芯(2)、被配置在形成于定子齿(6)之间的多个定子槽(5)各自的底部(5a)侧的定子线圈(3)和被配置在多个定子槽(5)各自的开口侧且在径向具备相同极性的定子磁铁(4)，在各个定子槽(5)中，在定子线圈(3)和定子磁铁(4)之间具备冷却部(9)。

Description

定子以及使用定子的旋转电机
技术领域
本申请涉及定子以及使用定子的旋转电机。
背景技术
以往，针对需要低速驱动的用途，使用了与旋转电机的设在旋转中心的旋转轴连结而使旋转电机的旋转减速的机械式变速机。在使用了机械式变速机的情况下，因为在变速机产生机械性的磨损等，所以，需要进行定期的维护。另一方面，能够非接触地使转子的旋转速度变速的旋转电机作为磁力波动齿轮装置或磁力齿轮传动发电机被公开(例如参见专利文献1)。
专利文献1所示的磁力波动齿轮装置以旋转轴为中心从外周侧起具备定子、低速旋转的第1转子以及与变速比相应地高速旋转的第2转子。定子具有能够输送发电电力或控制产生扭矩的定子线圈。若使用该旋转电机，则因为能够非接触地使转子的旋转速度变速，所以，不需要进行以机械性的磨损等为起因的维护，能够实现有关维护的负担的减轻。另外，若将该旋转电机作为发电机使用，则无需机械式变速机，可由一个旋转电机进行变速和发电，发电系统成为小型，能够实现省空间化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-135014号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在上述专利文献1的旋转电机的构造中，因为定子具有包括多个定子槽的定子铁芯，在各个定子槽内收容定子线圈和定子磁铁这两者，所以，能够由一个旋转电机进行变速和发电这两者。另外，在定子磁铁的定子线圈侧的一部分，作为后磁轭，从定子槽的壁面突出地设置作为磁性体的薄片部，谋求高输出化。但是，在定子槽内被配置在与第1转子相向的开口侧的定子磁铁和被配置在定子槽的底部侧的定子线圈接近，由于电流流过的定子线圈的焦耳损失造成的发热的影响，存在定子磁铁的温度变高的情况。另外，在设置了薄片部的情况下，定子线圈的发热经薄片部向定子磁铁传递，存在定子磁铁的温度变高的情况。
在定子磁铁的温度变高了的情况下，因为定子磁铁所使用的永久磁铁具有剩余磁通密度随着温度变高而变小的特性，所以，若温度变高，则磁力降低，存在定子的性能劣化而旋转电机的输出降低这样的课题。另外，在永久磁铁的温度变高了的情况下，虽然因所使用的永久磁铁种类而存在差别，但是，若超过允许温度，则产生热消磁，因而，存在定子的性能因磁力的降低发生劣化而有损旋转电机的可靠性这样的课题。
本申请是为了解决上述这样的课题而做出的发明，以得到一种抑制定子磁铁升温的定子为目的。
用于解决课题的方案
本申请所公开的定子具备定子铁芯、定子线圈和定子磁铁，所述定子铁芯相对于旋转电机的旋转中心在周向具备多个定子齿，所述定子线圈被配置在形成于所述定子齿之间的多个定子槽各自的底部侧，所述定子磁铁被配置在多个所述定子槽各自的开口侧，且在径向具备相同极性，在各个所述定子槽中，在所述定子线圈和所述定子磁铁之间具备冷却部。
发明的效果
根据本申请公开的定子，能够抑制定子磁铁的升温。
附图说明
图1是表示有关实施方式1的旋转电机的截面的示意图。
图2是表示有关实施方式1的旋转电机的主要部分的示意图。
图3是表示有关实施方式1的旋转电机的定子槽的截面的示意图。
图4是表示有关实施方式2的旋转电机的定子槽的截面的示意图。
图5是表示有关实施方式3的旋转电机的定子槽的截面的示意图。
图6是表示有关实施方式4的旋转电机的主要部分的示意图。
具体实施方式
下面，根据附图，说明基于本申请的实施方式的定子以及使用定子的旋转电机。另外，在各图中，对相同或相当部件、部位标注相同符号，进行说明。
实施方式1.
图1是表示旋转电机100的截面的示意图，图2是表示旋转电机100的主要部分的示意图。图2是将由图1的虚线包围之处放大来表示的图。旋转电机100如图1所示具备：环绕作为旋转电机100的旋转中心的旋转轴40的圆环状的定子1；与定子1同轴地设置的作为第1转子的低速转子20；以及与低速转子20相向并与低速转子20同轴地设置的作为第2转子的高速转子30。首先，说明有关作为旋转电机100的磁力齿轮传动发电机的一般的构造和动作。
定子1如图2所示具备定子铁芯2、定子线圈3以及定子磁铁4。圆环状的定子铁芯2相对于旋转电机100的旋转中心在周向等间隔地具备多个定子齿6。形成在定子齿6之间的多个定子槽5分别具备定子线圈3和定子磁铁4。定子线圈3被配置在定子槽5的底部5a侧。定子磁铁4被配置在定子槽5的开口侧。定子磁铁4全部以径向的相同朝向被磁化。定子磁铁4例如是钕烧结磁铁，但并非局限于此。若使定子磁铁4的内径侧为N极，则相邻的定子齿6的内径侧成为S极，形成数量与定子槽5的数量相同的极对数Ns。
低速转子20在定子1的内周侧隔着微小的缝隙地与定子磁铁4相向设置。低速转子20具有在周向等间隔配置的多个磁极片21，通过来自外部的动力低速旋转。使该磁极片21的数量为NL。高速转子30被设置在低速转子20的内周侧。高速转子30在外周部等间隔地具有多个作为永久磁铁的高速转子磁铁31，形成Nh极对数。
若Ns、NL、Nh的关系满足NL＝Ns±Nh，则因定子磁铁4和高速转子磁铁31的磁力的相互作用，低速转子20产生负的扭矩。与此相对，通过利用来自外部的动力使低速转子20旋转，低速转子20能够得到输入。若相对于低速转子20的输入，使定子电流在定子线圈3流动以便使高速转子30自由转动，则高速转子30以低速转子20的NL/Nh倍的旋转速度旋转。若高速转子30以低速转子20的NL/Nh倍速旋转，则在定子线圈3产生感应电动势。因感应电动势的产生，从定子线圈3输出发电电力。
对作为本申请的主要部分的定子槽5的内部的结构进行说明。图3是表示有关实施方式1的旋转电机100的定子槽5的截面的示意图。各个定子槽5具备定子线圈3、定子磁铁4以及位于定子线圈3和定子磁铁4之间的冷却部9。这里的冷却部9是气体通过的通风路9a。定子线圈3和定子磁铁4隔着通风路9a相向。定子磁铁4被磁化成在径向具备相同极性。例如，图3所示的箭头的方向是磁化的方向。定子线圈3以及定子磁铁4例如与定子槽5的壁面5b粘接而被固定，但它们的固定方法并非局限于此。
对设置冷却部9的理由进行说明。若电流在定子线圈3流动，则定子线圈3因焦耳损失而产生发热。因为在定子槽5的内部设置定子线圈3和定子磁铁4，所以，定子线圈3产生的热向定子磁铁4传导，定子磁铁4升温。在定子磁铁4的温度变高了的情况下，因为定子磁铁4所使用的永久磁铁具有剩余磁通密度随着温度变高而变小的特性，所以，若温度变高，则磁力降低。另外，在永久磁铁的温度变高了的情况下，虽然因所使用的永久磁铁的种类而存在差别，但是，因为若超过允许温度，则产生热消磁，所以磁力降低。若定子磁铁4的磁力降低，则定子1的性能劣化，旋转电机100的输出降低。为了抑制定子磁铁4的升温，在定子线圈3和定子磁铁4之间设置冷却部9。若通过设置冷却部9来抑制定子磁铁4的升温，则定子1的性能不会劣化，旋转电机100的输出得以维持，旋转电机100的可靠性提高。另外，若通过设置冷却部9来冷却定子磁铁4，则定子磁铁4的磁力提高，定子1的性能提高，能够使旋转电机100的输出提高。
对作为冷却部9的通风路9a进行说明。通过使气体在通风路9a通过，定子线圈3产生的热被降温，而且热被扩散，因此，定子磁铁4的升温得到抑制。气体在通风路9a中的通过例如借助在旋转轴40安装风扇并将因风扇的旋转而产生的风送入通风路9a来进行，但是，使气体在通风路9a通过的方法并非局限于此。
如上所述，基于实施方式1的定子1因为在定子线圈3和定子磁铁4之间具备作为冷却部9的通风路9a，所以，能够抑制定子1具备的定子磁铁4的升温。另外，通过抑制定子磁铁4的升温，能够抑制定子1的性能的劣化，旋转电机100的输出得以维持，能够提高旋转电机100的可靠性。另外，通过冷却定子磁铁4，定子磁铁4的磁力提高，定子1的性能提高，能够使旋转电机100的输出提高。
实施方式2.
对有关实施方式2的定子1进行说明。图4是表示旋转电机100的定子槽5的截面的示意图。有关实施方式2的定子1成为在冷却部9具备供流体流通的管的结构。
定子槽5具备定子线圈3、定子磁铁4以及位于定子线圈3和定子磁铁4之间的冷却部9。这里，作为冷却部9，设置供流体流通的管。供流体流通的管例如是排通管10。排通管10从在图4中与纸张垂直的轴向在定子线圈3和定子磁铁4之间通过。定子线圈3和定子磁铁4隔着排通管10相向。
为了抑制定子磁铁4的升温，使至少欲维持的定子磁铁4的温度或其以下的温度的油或水在排通管10流通。因为通过使这些流体在排通管10通过，定子线圈3产生的热被降温，所以，定子磁铁4的升温得到抑制。凭借着流通的流体的温度，定子磁铁4被冷却。在排通管10通过的流体并非局限于油或水，其它的液体或气体也没有问题。
如上所述，基于实施方式2的定子1因为在定子线圈3和定子磁铁4之间，作为冷却部9具备供流体流通的排通管10，所以，能够抑制定子1具备的定子磁铁4的升温。另外，通过抑制定子磁铁4的升温，能够抑制定子1的性能劣化，旋转电机100的输出得以维持，能够提高旋转电机100的可靠性。另外，通过冷却定子磁铁4，定子磁铁4的磁力提高，定子1的性能提高，能够使旋转电机100的输出提高。
实施方式3.
对有关实施方式3的定子1进行说明。图5是表示旋转电机100的定子槽5的截面的示意图。有关实施方式3的定子1成为在定子线圈3和定子磁铁4之间配置了两个槽楔的结构。
定子槽5具备定子线圈3、定子磁铁4、位于定子线圈3和定子磁铁4之间的冷却部9。冷却部9被夹在相互分离的作为板状的第一固定部件的第一槽楔7和作为板状的第二固定部件的第二槽楔8之间。第一槽楔7在冷却部9和定子线圈3之间，与定子槽5的相向的两个壁面5b嵌合地设置。第二槽楔8在冷却部9和定子磁铁4之间，与定子槽5的相向的两个壁面5b嵌合地设置。第一槽楔7以及第二槽楔8例如由树脂制作，但是，第一槽楔7以及第二槽楔8的材料并非局限于此。定子线圈3和定子磁铁4隔着冷却部9相向。
通过将第一槽楔7与切口部5c嵌合并固定，定子线圈3在定子槽5的底部5a被稳定地固定。定子磁铁4由第二槽楔8固定的位置确定，被粘接并固定在第二槽楔8。在定子1的制造工序中，第一槽楔7在将定子线圈3插入定子槽5后，从与纸张垂直的轴向被插入并设置在切口部5c。因此，第一槽楔7不会妨碍定子线圈3向定子槽5的插入，定子线圈3向定子槽5的插入容易。另外，因为第一槽楔7以嵌合方式设置，所以，第一槽楔7向定子槽5的设置容易，定子线圈3容易被固定在定子槽5。
冷却部9由实施方式1所示的通风路或实施方式2所示的排通管构成，但是，冷却部9并非局限于这些结构，若是能够抑制定子磁铁4的升温的结构或是能够冷却定子磁铁4的结构，则其它的结构也没有问题。
如上所述，在基于实施方式3的定子1中，因为在定子线圈3和定子磁铁4之间隔着冷却部9地具备第一槽楔7以及第二槽楔8，所以，能够以简单的制造工序将定子线圈3以及定子磁铁4固定在定子槽5。另外，因为第一槽楔7以及第二槽楔8以嵌合方式设置，所以，能够以简单的制造工序制作定子1。
实施方式4.
在实施方式4中，对使用了在实施方式3中说明的定子1的旋转电机100进行说明。图6是表示旋转电机100的主要部分的示意图。有关实施方式4的旋转电机100成为在定子槽5内的定子线圈3和定子磁铁4之间具备冷却部9、第一槽楔7以及第二槽楔8的结构。
旋转电机100如图6所示具备：环绕作为旋转电机100的旋转中心的旋转轴(未图示)的圆环状的定子1；具有多个磁极片21并与定子磁铁4相向且与定子1同轴地设置的作为第1转子的低速转子20；以及具有多个作为永久磁铁的高速转子磁铁31并与低速转子20相向且与低速转子20同轴地设置的作为第2转子的高速转子30。定子1具备定子铁芯2、定子线圈3、定子磁铁4、冷却部9、第一槽楔7以及第二槽楔8。圆环状的定子铁芯2相对于旋转电机100的旋转中心在周向等间隔地具备多个定子齿6。在定子齿6之间形成定子槽5。第一槽楔7以及第二槽楔8在定子线圈3和定子磁铁4之间隔着冷却部9，与定子槽5的相向的两个壁面5b的切口部5c嵌合地设置。在定子1的制造工序中，第一槽楔7在将定子线圈3插入定子槽5后，从与纸张垂直的轴向被插入并设置在切口部5c。冷却部9例如由通风路或排通管构成。
如上所述，在基于实施方式4的旋转电机100中，因为在定子线圈3和定子磁铁4之间具备冷却部9，所以，能够抑制定子1具备的定子磁铁4的升温。另外，通过抑制定子磁铁4的升温，能够抑制定子1的性能的劣化，旋转电机100的输出得以维持，能够提高旋转电机100的可靠性。另外，通过冷却定子磁铁4，定子磁铁4的磁力提高，定子1的性能提高，能够使旋转电机100的输出提高。另外，因为具备第一槽楔7以及第二槽楔8，所以，能够以简单的制造工序将定子线圈3以及定子磁铁4固定在定子槽5，进而，能够以简单的制造工序制作旋转电机100。另外，因为第一槽楔7以及第二槽楔8以嵌合方式设置，所以，能够以简单的制造工序制作旋转电机100。
在上面，对使用了在实施方式3中说明的定子1的旋转电机100进行了说明，但是，在使用了在实施方式1或实施方式2中说明的定子1的旋转电机100中，也能够抑制定子磁铁4的升温，能够提高旋转电机100的可靠性。另外，在具备结构与本申请相同的定子1的发电机、马达中，也发挥同样的效果。另外，在上面，记载了定子1处于最外周的旋转电机100，但是，定子1的配置并非局限于最外周，定子1处于最内周的外转子型的旋转电机也没有问题。在将定子1设置在最内周的情况下，定子铁芯在周向具备朝向旋转电机的外周侧开口的多个定子槽。
另外，本申请记载了各种各样的例示性的实施方式以及实施例，但是，一个或多个实施方式记载的各种各样的特征、样态以及功能并非局限于特定的实施方式的应用，可以单独或以各种各样的组合应用在实施方式中。
因此，在本申请说明书公开的技术范围内可设想未例示出的无数的变形例。例如包括将至少一个构成要素变形的情况、追加的情况或省略的情况、进而提取至少一个构成要素而与其它的实施方式的构成要素组合的情况。
符号说明
1：定子，2：定子铁芯，3：定子线圈，4：定子磁铁，5：定子槽，5a：底部，5b：壁面，5c：切口部，6：定子齿，7：第一槽楔，8：第二槽楔，9：冷却部，9a：通风路，10：排通管，20：低速转子，21：磁极片，30：高速转子，31：高速转子磁铁，40：旋转轴，100：旋转电机。

Claims (5)

1.一种定子，其特征在于，
该定子具备定子铁芯、定子线圈和定子磁铁，
所述定子铁芯相对于旋转电机的旋转中心在周向具备多个定子齿，
所述定子线圈被配置在形成于所述定子齿之间的多个定子槽各自的底部侧，
所述定子磁铁被配置在多个所述定子槽各自的开口侧，且在径向具备相同极性，
在各个所述定子槽中，在所述定子线圈和所述定子磁铁之间具备冷却部。
2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，
所述冷却部是通风路。
3.如权利要求1所述的定子，其特征在于，
在所述冷却部具备供流体流通的管。
4.如权利要求1至3中任一项所述的定子，其特征在于，
所述冷却部被夹在相互分离的板状的第一固定部件和板状的第二固定部件之间，
所述第一固定部件在所述冷却部和所述定子线圈之间与所述定子槽的相向的两个壁面嵌合地设置，
所述第二固定部件在所述冷却部和所述定子磁铁之间与所述定子槽的相向的两个壁面嵌合地设置。
5.一种旋转电机，其特征在于，
该旋转电机具备定子、第1转子和第2转子，
所述定子是权利要求1至4中任一项所述的定子，
所述第1转子具有多个磁极片，且与所述定子磁铁相向并与所述定子同轴地设置，
所述第2转子具有多个永久磁铁，且与所述第1转子相向并与所述第1转子同轴地设置。
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