CN116670985A - 永磁式旋转电机 - Google Patents

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米谷晴之
宫武亮治
山田拓郎
田中贤治
平田胜弘
新口昇
高原一晶
铃木宽典
伊东拓哉
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Mitsubishi Electric Corp
Osaka University NUC
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Abstract

永磁式旋转电机(100)具备定子(1)、第1转子(2)和第2转子(3)。定子(1)包括定子铁芯(11)、多个定子齿(12)、多个定子槽(13)、多个定子磁体(15)和定子线圈(14)。第1转子(2)配置于比多个定子磁体(15)靠定子铁芯(11)的内侧。第2转子(3)配置于比多个第1磁极片(21)靠定子铁芯(11)的内侧。第2转子(3)包括多个第2磁极片(31)。多个定子槽(13)的数量相对于第2转子(3)的多个第2磁极片(31)的极数之比例大于1.25且小于1.5，或者大于1.5且小于3.0。

Description

永磁式旋转电机
技术领域
本公开涉及永磁式旋转电机。
背景技术
以往，存在能够在定子与转子不接触的状态下变更转子的转速的旋转电机。例如，日本特开2016-135014号公报(专利文献1)中公开了作为磁波动齿轮装置的旋转电机。上述公报中记载的磁波动齿轮装置具备固定子(定子)、低速旋转的低速回转器(第1转子)以及根据变速比而高速旋转的高速回转器(第2转子)。固定子、低速回转器及高速回转器以旋转轴为中心从外周侧依次配置。固定子包括线圈。线圈是用于输出发电产生的电力的线圈，或者是用于控制产生的转矩的线圈。
根据上述公报记载的磁波动齿轮装置，在高速转子及低速转子不与固定子接触的状态下，高速转子的速度可以改变，因此能够减少用于应对机械性磨损等的维护。据此，维护负担变小。另外，在磁波动齿轮装置被用作发电机时，由于不需要机械式变速器，因此能够使发电系统小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-135014号公报
发明内容
发明所要解决的技术课题
然而，在上述公报记载的永磁式旋转电机(磁波动齿轮装置)中，定子线圈(线圈)以分布缠绕方式缠绕于定子(固定子)。在以分布缠绕方式缠绕而成的定子线圈的电容变大时，定子线圈的工作性(workability)降低。因此，在上述公报记载的永磁式旋转电机的电容变大时，定子线圈的工作性降低。另外，在以集中缠绕方式缠绕而成的定子线圈的电容变大的情况下，定子线圈的工作性降低被抑制。因此，为了抑制定子线圈的工作性降低，优选的是上述公报记载的永磁式旋转电机的定子线圈以集中缠绕方式缠绕。然而，取决于集中绕组的次数等的不同，有时会产生转矩脉动。
另外，在集中绕组型的永磁式旋转电机中，称为绕组系数的指标被用于评价效率或输出密度，该绕组系数表示在从第2磁极片(永磁体)产生的磁通当中与定子线圈交链的磁通的比例。由于绕组系数越大，则从第2磁极片产生的磁通越有效地与定子线圈交链，因此永磁式旋转电机的效率或输出密度越大。然而，在如上述公报记载的永磁式旋转电机那样具有变速机构的永磁式旋转电机中，效率或输出密度还受到增减速比的影响。因此，在仅考虑绕组系数的情况下，有时会无法充分提高效率或输出密度。
本公开是鉴于上述技术课题而做出的，其目的在于提供能够抑制转矩脉动的产生且能够充分提高效率或输出密度的永磁式旋转电机。
用于解决技术课题的技术方案
本公开的永磁式旋转电机具备定子、第1转子和第2转子。定子包括定子铁芯、多个定子齿、多个定子槽、多个定子磁体和定子线圈。定子铁芯呈环状地延伸。定子齿从定子铁芯向着定子铁芯的中心突出。多个定子槽各自分别设置于多个定子齿当中相邻的定子齿彼此之间。多个定子磁体各自分别容纳于多个定子槽的各个定子槽。定子线圈缠绕于多个定子齿的各个定子齿。第1转子配置于比多个定子磁体靠定子铁芯的内侧。第1转子包括多个第1磁极片。多个第1磁极片与定子隔开间隔而沿着定子铁芯的周向配置。第2转子配置于比多个第1磁极片靠定子铁芯的内侧。第2转子包括多个第2磁极片。多个第2磁极片与第1转子隔开间隔而沿着定子铁芯的周向配置。多个第2磁极片具有永磁体。定子线圈以集中缠绕方式缠绕于多个定子齿的各个定子齿。多个定子槽的数量相对于第2转子的多个第2磁极片的极数之比例大于1.25且小于1.5，或者大于1.5且小于3.0。
发明效果
根据本公开的永磁式旋转电机，多个定子槽的数量相对于第2转子的多个第2磁极片的极数之比例大于1.25且小于1.5，或者大于1.5且小于3.0。因此，能够抑制转矩脉动的产生并且能够充分提高效率或输出密度。
附图说明
图1为概略性示出实施方式1的永磁式旋转电机的结构的示意图。
图2为概略性示出实施方式1的槽数/极数与绕组系数的关系的曲线图。
图3为概略性示出实施方式1的槽数/极数与增减速比的关系的曲线图。
图4为概略性示出实施方式1的槽数/极数与绕组系数×增减速比的关系的曲线图。
图5为概略性示出实施方式1的槽数/极数与5阶绕组系数的关系的曲线图。
图6为概略性示出实施方式1的槽数/极数与7阶绕组系数的关系的曲线图。
图7为图1的VII区域的放大图。
图8为概略性示出实施方式2的永磁式旋转电机的结构的示意图。
图9为概略性示出实施方式2的永磁式旋转电机的定子的结构的示意图。
图10为概略性示出实施方式3的永磁式旋转电机的结构的示意图。
图11为概略性示出实施方式3的永磁式旋转电机的定子的结构的示意图。
图12为概略性示出实施方式4的永磁式旋转电机的定子的结构的示意图。
图13为概略性示出实施方式5的永磁式旋转电机的结构的示意图。
图14为概略性示出实施方式5的永磁式旋转电机的定子、第1电源、第2电源及第3电源的结构的示意图。
附图标记
1：定子；2：第1转子；3：第2转子；11：定子铁芯；12：定子齿；13：定子槽；14：定子线圈；15：定子磁体；21：第1磁极片；31：第2磁极片；100：永磁式旋转电机；C1：第1线圈部；C2：第2线圈部；P1：第1电源；P2：第2电源；P3：第3电源；T1：第1齿部；T2：第2齿部。
具体实施方式
以下基于附图对实施方式进行说明。此外，以下对相同或相当的部分附加同一附图标记而不反复进行重复说明。
实施方式1
使用图1来说明实施方式1的永磁式旋转电机100的结构。虽然在本实施方式中对将永磁式旋转电机100用作发电机时的结构及工作进行说明，但永磁式旋转电机100的结构在将永磁式旋转电机100用作电动机时也能够适用。
本实施方式的永磁式旋转电机100为具有变速机构的永磁式旋转电机100。永磁式旋转电机100为三相绕组的永磁式旋转电机100。
如图1所示，永磁式旋转电机100包括定子1、第1转子2和第2转子3。定子1、第1转子2及第2转子3呈同心圆状地配置。
定子1包括定子铁芯11、多个定子齿12、多个定子槽13、多个定子磁体15和定子线圈14。此外，在图1等中，用斜线示出定子线圈14。多个定子齿12的数量、多个定子槽13的数量及多个定子磁体15的数量是相同的。
定子铁芯11呈环状地延伸。第1转子2的中心及第2转子3的中心被配置于与定子铁芯11的中心C相同的位置。定子齿12从定子铁芯11向着定子铁芯11的中心C突出。多个定子槽13各自分别设置于多个定子齿12当中相邻的定子齿12彼此之间。定子线圈14缠绕于多个定子齿12的各个定子齿。定子线圈14以集中缠绕方式缠绕于多个定子齿12的各个定子齿。即，本实施方式的永磁式旋转电机100为集中绕组型的永磁式旋转电机。
多个定子磁体15各自分别容纳于多个定子槽13的各个定子槽。多个定子磁体15各自被多个定子齿12当中相邻的定子齿12彼此夹住。多个定子磁体15各自被磁化。多个定子磁体15各自的极性方向沿着定子铁芯11的径向是相同的。因此，例如在多个定子磁体15的靠定子铁芯11的中心C这侧为N极的情况下，多个定子齿12的靠定子铁芯11的中心C这侧为S极。
1个定子磁体15及1个定子齿12构成一对磁极。由于多个定子齿12的数量、多个定子槽13的数量及多个定子磁体15的数量是相同的，因此定子1具有与多个定子槽13的数量相同的数量的极对数。在本实施方式中，多个定子槽13的数量为NL。在图1所示的永磁式旋转电机100中，NH为54。此外，多个定子槽13的数量有时也记载为槽数。
第1转子2配置于比多个定子磁体15靠定子铁芯11的内侧。在本实施方式中，第1转子2构成为低速转子。第1转子2包括多个第1磁极片21。多个第1磁极片21与定子1隔开间隔而沿着定子铁芯11的周向配置。多个第1磁极片21呈环状地配置。在本实施方式中，多个第1磁极片21的数量为NS。在图1所示的永磁式旋转电机100中，NS为66。
第2转子3配置于比多个第1磁极片21靠定子铁芯11的内侧。在本实施方式中，第2转子3构成为高速转子。第2转子3包括多个第2磁极片31和支承部32。多个第2磁极片31与第1转子2隔开间隔而沿着定子铁芯11的周向配置。多个第2磁极片31呈环状地配置。多个第2磁极片31由支承部32支承。多个第2磁极片31配置于支承部32的外周。
多个第2磁极片31具有永磁体。在本实施方式中，多个第2磁极片31的数量为NH。因此，多个第2磁极片31的极对数为NH。因而，多个第2磁极片31的极数为2NH。在图1所示的永磁式旋转电机100中，NH为12。
多个定子槽13的数量相对于第2转子3的多个第2磁极片31的极数之比例(NS/2NH)大于1.25且小于1.5，或者大于1.5且小于3.0。此外，在本实施方式中，多个定子槽13的数量相对于第2转子3的多个第2磁极片31的极数之比例被记载为NS/2NH。另外，多个定子槽13的数量相对于第2转子3的多个第2磁极片31的极数之比例有时也记载为槽数/极数。
接下来，对作为实施方式1的永磁式旋转电机100的变速器的结构进行说明。
定子1、第1转子2及第2转子3构成为变速器。具体而言，在多个定子槽13的数量NL、多个第1磁极片21的数量NS及多个第2磁极片31的数量NH满足以下数学式1的关系时，定子1、第1转子2及第2转子3作为变速器发挥功能。
[数学式1]
NL＝MS±NH……式1
在本实施方式中，多个定子槽13的数量NS、多个第1磁极片21的数量NL及多个第2磁极片31的数量NH满足上述数学式1的关系。因此，定子1、第1转子2及第2转子3作为变速器发挥功能。由于多个定子磁体15的磁力及多个2转子的磁力的相互作用，在多个第1转子2产生负转矩。与此相对，第1转子2通过外部动力而旋转，从而第1转子2得到输入。
在第1转子2得到输入的状态下，使电流流过定子1以使第2转子3在自由运行(free-run)状态下旋转。此外，自由运行状态是指转子由于惯性而能够旋转的状态。当数学式1中满足NL＝NS+NH时，第2转子3以第1转子2的NL/NH倍的速度旋转。据此，永磁式旋转电机100作为变速器而发挥功能。另外，通过第2转子3以第1转子2的NL/NH倍的转速旋转，从而在定子线圈14产生感应电动势。据此，从定子线圈14输出发电电力。
增减速比为第2转子3的转速相对于第1转子2的转速的倍率。增减速比、多个定子槽13的数量及多个第2转子3的数量满足以下数学式2的关系。
[数学式2]
接下来对永磁式旋转电机100的效率或输出密度进行说明。
在从多个磁极片产生的磁通当中有助于定子线圈14发电的比例被称为绕组系数。通过在从多个第2磁极片31产生的磁通当中至少一部分磁通与定子线圈14交链，从而从多个第2磁极片31产生的磁通有助于定子线圈14的发电。因此，本实施方式中的绕组系数为在从多个第2磁极片31产生的磁通当中有助于定子线圈14发电的比例。绕组系数由以下的数学式3来表示。
[数学式3]
n为空间谐波阶次。另外，空间调和阶次的基波为1。另外，β为短距度(pitchdegree)。短距度由以下数学式4来表示。
[数学式4]
q’为每极每相的槽数。在本实施方式中，相数为3。当使用以下数学式4表示、数学式5右边为小数时，右边的值为取整数倍而得到的最小整数。
[数学式5]
以往，关于具有集中绕组型的定子线圈14且没有变速机构的比较例的永磁式旋转电机，根据绕组系数来评价永磁式旋转电机的效率或输出。因此，评价为绕组系数越大则永磁式旋转电机的效率或输出密度越高。即，仅使用绕组系数作为用于评价永磁式旋转电机的指标。
然而，关于如本实施方式的永磁式旋转电机100那样具有变速机构的永磁式旋转电机100，还需要考虑第2转子3的增减速比。绕组系数及增减速比各自基于定子齿12的数量及第2磁极片31的极数来计算。因此，在仅考虑提高绕组系数来决定定子齿12的数量及第2磁极片31的极数时，有可能得不到所需的增减速比。
由此，关于本实施方式的永磁式旋转电机100，根据绕组系数×增减速比来评价永磁式旋转电机100的效率或输出。即，使用绕组系数×增减速比作为用于评价永磁式旋转电机100的指标。
具体而言，如果第2转子3的磁体量(从多个第2磁极片31产生的磁通的量)相同，则在定子线圈14产生的感应电压与绕组系数×增减速比成比例。因此，通过绕组系数×增减速比变大，从而永磁式旋转电机100的效率或输出密度提高。
接下来使用图2～图6，对绕组系数、增减速比、绕组系数×增减速比与NS/2NH的关系详细进行说明。
图2为示出NS/2NH与绕组系数的关系的曲线图。如图2所示，随着NS/2NH降低，绕组系数增加。因此，在仅考虑提高绕组系数时，优选的是NS/2NH小。图3为示出NS/2NH与增减速比的关系的曲线图。如图3所示，随着NS/2NH增加，增减速比增加。
图4为示出NS/2NH与绕组系数×增减速比的关系的曲线图。本实施方式的NL/2NS的范围为由单点划线围住的范围。此外，NS/2NH＝1.5的点不包含于本实施方式的NS/2NH的范围。
如图4所示，在NS/2NH大于1.25且小于1.5的范围中，随着NS/2NH增加，绕组系数×增减速比趋于增加。在NS/2NH为1.2时，绕组系数×增减速比显著大过增加趋势。在图4中，点P(1.2)对应于NS/2NH为1.2的情况。如表1所示，具体而言，NS/2NH为1.2时的绕组系数×增减速比例如为3.17。
[表1]
NS/2NH 绕组系数 增减速比 绕组系数×增减速比
1.020 0.95 3.04 2.90
1.023 0.95 3.05 2.91
1.026 0.95 3.05 2.91
1.031 0.95 3.06 2.92
1.038 0.95 3.08 2.93
1.043 0.95 3.09 2.94
1.050 0.95 3.10 2.95
1.050 0.95 3.10 2.95
1.059 0.95 3.12 2.97
1.063 0.95 3.13 2.97
1.071 0.95 3.14 2.99
1.080 0.95 3.16 3.00
1.083 0.95 3.17 3.00
1.091 0.95 3.18 3.02
1.100 0.95 3.20 3.03
1.105 0.95 3.21 3.03
1.109 0.94 3.22 3.04
1.125 0.95 3.25 3.07
1.140 0.94 3.28 3.07
1.143 0.94 3.29 3.08
1.147 0.94 3.29 3.08
1.154 0.94 3.31 3.10
1.159 0.93 3.32 3.10
1.167 0.93 3.33 3.11
1.174 0.93 3.35 3.11
1.179 0.93 3.36 3.12
1.184 0.93 3.37 3.12
1.188 0.93 3.38 3.12
1.200 0.93 3.40 3.17
1.214 0.92 3.43 3.15
1.219 0.92 3.44 3.15
1.227 0.92 3.45 3.16
1.235 0.91 3.47 3.17
1.239 0.91 3.48 3.17
然而，NS/2NH为1.2时的增减速比不够大。另外，NS/2NH为1.239时的绕组系数×增减速比例如为3.17。因此，NS/2NH为1.239时的绕组系数×增减速比与NS/2NH为1.2时的绕组系数×增减速比大致相同。另外，如表2所示，NS/2NH为1.260时的绕组系数×增减速比例如为3.19。
[表2]
因此，NS/2NH为1.260时的绕组系数×增减速比大于NS/2NH为1.2时的绕组系数×增减速比。因而，NS/2NH为1.25时的绕组系数×增减速比大于NS/2NH为1.2时的绕组系数×增减速比。另外，NS/2NH为1.25时的增减速比大于NS/2NH为1.2时的增减速比。因此，增减速比足够大。因而优选的是NS/2NH大于1.25。
在NS/2NH为1.5时，绕组系数×增减速比特别大。在图4中，点P(1.5)对应于NS/2NH为1.5的情况。
如表3所示，具体而言，NS/2NH为1.5时的绕组系数×增减速比例如为3.46。
[表3]
然而，如图5及图6所示，在NS/2NH为1.5时，5阶绕组系数(空间5次谐波)及7阶绕组系数(空间7次谐波)特别大。因此，永磁式旋转电机100的性能有可能因转矩的变动幅度(转矩波动)及谐波磁通导致的损耗等空间谐波而恶化。例如，在转矩的变动幅度大时，永磁式旋转电机100发生脉动。由转矩的变动导致的永磁式旋转电机100的脉动被称为转矩脉动。因此，最好NS/2NH不为1.5。
如图4所示，NS/2NH大于1.5且小于3.0时的绕组系数×增减速比大于NS/2NH大于1.25且小于1.5时的绕组系数×增减速比。因此，相比于NS/2NH大于1.25且小于1.5的情况，更优选的是NS/2NH大于1.5且小于3.0。
在NS/2NH为3.0时，多个定子槽13的数量与分布绕组型的永磁式旋转电机100中的定子槽13的数量相同。因此，在NS/2NH为3时，存在由于多个定子槽13多而导致定子线圈14的工作性恶化这样的分布绕组的问题。另外，在NS/2NH大于3时，定子线圈14的工作性与NS/2NH为3时同样地恶化。由此，NS/2NH为3.0以上不是优选的。
接下来使用图1、图4及图7，对本实施方式的永磁式旋转电机100详细进行说明。
如图1及图7所示，在本实施方式的永磁式旋转电机100中，多个定子槽13的数量与多个第2磁极片31的极数之比为9：4。在本实施方式的永磁式旋转电机100中，NS/2NH为2.25。如表3所示，在NS/2NH为2.25时，绕组系数×增减速比为3.39。另外，在图4中，点P(2.25)对应于NS/2NH为2.25的情况。
图7为示出实施方式1的永磁式旋转电机100的一部分的示意图。图1所示的永磁式旋转电机100整体具有多个图7所示的永磁式旋转电机100的一部分。具体而言，图1所示的永磁式旋转电机100整体具有6个图7所示的永磁式旋转电机100的一部分。图7所示的永磁式旋转电机100的一部分被周期性地配置。
图7所示的永磁式旋转电机100的一部分所包含的定子槽13的数量例如为9。另外，由于图7所示的永磁式旋转电机100的一部分所包含的第2磁极片31的数量为2，因此图7所示的永磁式旋转电机100的一部分的极对数为4。另外，图7所示的永磁式旋转电机100的一部分所包含的多个第1磁极片21的数量为11。
接下来说明本实施方式的作用效果。
根据实施方式1的永磁式旋转电机100，如图1所示，多个定子槽13的数量相对于第2转子3的多个第2磁极片31的极数之比例(NS/2NH)大于1.25且小于1.5，或者大于1.5且小于3.0。因此，如图4所示，能够使绕组系数×增减速比变大。由此，永磁式旋转电机100的效率或输出密度充分提高。另外，NS/2NH不是1.5。因此，能够抑制5阶绕组系数及7阶绕组系数的显著变大。因而，能够抑制由转矩的变动幅度(转矩波动)及谐波磁通导致的损耗等引起的转矩波动的产生。由此，能够抑制永磁式旋转电机100的性能恶化。
如图1及图7所示，多个定子槽13的数量与多个第2磁极片31的极数之比为9：4。在多个定子槽13的数量与多个第2磁极片31的极数之比为9：4时，NS/2NH为2.25。如图4所示，在NS/2NH大于1.25且小于1.5的范围以及大于1.5且小于3.0的范围中，NS/2NH为2.25时的绕组系数×增减速比最大。因此，永磁式旋转电机100的效率或输出密度充分提高。
实施方式2
接下来使用图4及图8，说明实施方式2的永磁式旋转电机100的结构。除非特别说明，实施方式2具有与上述实施方式1相同的结构及作用效果。由此，对与上述实施方式1相同的结构附加同一附图标记而不反复进行说明。
如图8所示，在实施方式2的永磁式旋转电机100中，多个定子槽13的数量与多个第2磁极片31的极数之比为18：14。如表2所示，本实施方式的NS/2NH为1.286。此外，在图4中，点P(1.286)对应于多个定子槽13的数量与多个第2磁极片31的极数之比为18：14的情况。图8为示出实施方式2的永磁式旋转电机100的一部分的示意图。永磁式旋转电机100整体具有多个图8所示的永磁式旋转电机100的一部分。
例如，图8所示的永磁式旋转电机100的一部分所包含的定子槽13的数量为18。另外，由于图8所示的永磁式旋转电机100的一部分所包含的第2磁极片31的数量为7，因此图8所示的永磁式旋转电机100的一部分的极对数为14。另外，图8所示的永磁式旋转电机100的一部分所包含的第1磁极片21的数量为25。
在本实施方式中，定子线圈14包括多个线圈部C0。多个线圈部C0相互并联连接。1个线圈部C0以集中缠绕方式缠绕于18个定子齿12的各个定子齿。因此，每18个定子齿12构成并联电路。因而，每18个定子齿12的感应电压是相等的。图8所示的永磁式旋转电机100的一部分包括多个线圈部C0当中的1个线圈部C0。此外，在图8所示的永磁式旋转电机100的一部分中，图示了多个线圈部C0当中的1个线圈部C0。
接下来，对NS/2NH大于1.25且小于1.5的范围中的、定子槽13及第2转子3的第2磁极片31的具体极数进行研究。永磁式旋转电机100为三相绕组的永磁式旋转电机100。因此，多个定子槽13的数量为3的倍数。另外，由于1个第2磁极片31包含2个极，因此第2转子3的多个第2磁极片31的极数为2的倍数(偶数)。因此，在NS/2NH大于1.25且小于1.5的范围中，在NS/2NH为1.25以上时，定子槽13的具体数量大。
例如，用于使NS/2NH为1.45的定子槽13的最小数量为87，第2磁极片31的极数为60(第2磁极片31的数量为30)。在该情况下，多个线圈部C0的各个线圈部C0按照每87个槽被周期性地配置。
由于1个线圈部C0缠绕于1个定子齿12的次数必须为整数，因此多个定子槽13的数量越大则线圈部C0的绕组的设计自由度越小。另外，在由多个线圈部C0的各个线圈部形成的多个并联电路的数量大时，多个线圈部C0各自的匝数变小。
另外，在多个并联电路彼此的感应电压不同时，在多个并联电路彼此产生循环电流，因此永磁式旋转电机100的效率恶化。因此，无法通过简单地增加多个线圈部C0的数量来使多个并联电路的数量变多。因而，难以通过使多个并联电路的数量增加来抑制多个线圈部C0的绕组的设计自由度的降低。
如上所述，关于NS/2NH为1.45的永磁式旋转电机100，例如与定子槽13与第2磁极片31的极数之比为12：10(NS/2NH为1.20)的情况相比，绕组的设计自由度低。
表4示出本实施方式的缠绕于多个定子齿12的线圈部C0的相及相位。
[表4]
齿编号 相 相位 缠绕方向
T101 U 0 正向
T102 V 140 正向
T103 V 280 反向
T104 W 60 反向
T105 U 200 反向
T106 U 340 正向
T107 V 120 正向
T108 W 260 正向
T109 W 40 反向
T110 U 180 反向
T111 V 320 反向
T112 V 100 正向
T113 W 240 正向
T114 U 20 正向
T115 U 160 反向
T116 V 300 反向
T117 W 80 反向
T118 W 220 正向
如图9及表4所示，在本实施方式中，多个定子齿12包括第1定子齿T101～第18定子齿T118。第1定子齿T101～第18定子齿T118各自的相位分别各偏移140度。在本实施方式中，在多个线圈部C0中流过由U相、V相及W相构成的三相电流。另外，多个线圈部C0沿着正向或反向缠绕于定子齿12。由三相电流产生的旋转磁场的方向由空白箭头图示。
如表4所示，相邻的定子齿12彼此的相位偏移140度。因此，18个定子齿12使得相位总共偏移2520度。2520为360的倍数。因而，由于每18个定子齿12的电流相位相等，因此每18个定子齿12的感应电压相等。由此，能够抑制在多个并联电路彼此产生循环电流。
接下来说明本实施方式的作用效果。
根据实施方式2的永磁式旋转电机100，如图8所示，多个定子槽13的数量与多个第2磁极片31的极数之比为18：14。因此，由于多个定子槽13的数量少，因此能够抑制绕组的设计自由度变小。另外，每18个定子齿12构成并联电路。因而能够抑制循环电流的产生。
实施方式3
接下来使用图10及图11，说明实施方式3的永磁式旋转电机100的结构。除非特别说明，实施方式3具有与上述实施方式2相同的结构及作用效果。由此，对与上述实施方式2相同的结构附加同一附图标记而不反复进行说明。
如图10所示，在实施方式3的永磁式旋转电机100中，定子线圈14包括第1线圈部C1和第2线圈部C2。在本实施方式中，多个线圈部C0各自包括第1线圈部C1和第2线圈部C2。第2线圈部C2并联连接于第1线圈部C1。
多个定子齿12包括多个第1齿部T1和多个第2齿部T2。在多个第1齿部T1分别缠绕有第1线圈部C1。在多个第2齿部T2分别缠绕有第2线圈部C2。多个第1齿部T1的数量与多个第2齿部T2的数量相同。多个第1齿部T1的各个第1齿部与多个第2齿部T2的各个第2齿部交替配置。
如图11所示，多个第1齿部T1包括第1第1齿部T101～第9第1齿部T109。多个第2齿部T2包括第1第2齿部T201～第9第2齿部T209。第1齿部T1的数量及第2齿部T2的数量为9的倍数。
在本实施方式中，第1线圈部C1及第2线圈部C2各自构成并联电路。因此，1个线圈部C0包括2个并联电路。
1组中各相电流的相位与2组中各相电流的相位相等。此外，1组为多个第1齿部T1及第1线圈部C1。2组为多个第2齿部T2及第2线圈部C2。3组为多个第3齿部T3及第3线圈部C3。如表5所示，例如1组中U相电流的相位为0度、200度、160度。
[表5]
齿编号 组 相 相位 缠绕方向
T101 1 U 0 正向
T201 2 V 140 正向
T102 1 V 280 反向
T202 2 W 60 反向
T103 1 U 200 反向
T203 2 U 340 正向
T104 1 V 120 正向
T204 2 W 260 正向
T105 1 W 40 反向
T205 2 U 180 反向
T106 1 V 320 反向
T206 2 V 100 正向
T107 1 W 240 正向
T207 2 U 20 正向
T108 1 U 160 反向
T208 2 V 300 反向
T109 1 W 80 反向
T209 2 W 220 正向
另外，2组中U相电流的相位为340度、180度、20度。因此，合计感应电压相等。因而抑制了在1组的并联电路与2组的并联电路之间产生相位差。由此能够抑制循环电流的产生。
接下来说明本实施方式的作用效果。
根据实施方式3的永磁式旋转电机100，如图10所示，多个第1齿部T1的各个第1齿部与多个第2齿部T2的各个第2齿部交替配置。因此，如表5所示，缠绕于多个第1齿部T1的第1线圈部C1的感应电压与缠绕于多个第2齿部T2的第2线圈部C2的感应电压相等。因而能够抑制循环电流的产生。
如图10所示，定子线圈14包括第1线圈部C1和第2线圈部C2。第1线圈部C1及第2线圈部C2各自构成并联电路。因此，相比于定子线圈14构成1个并联电路的情况，能够增加永磁式旋转电机100中包含的并联电路的数量。
实施方式4
接下来使用图12说明实施方式4的永磁式旋转电机100的结构。除非特别说明，实施方式4具有与上述实施方式3相同的结构及作用效果。由此，对与上述实施方式3相同的结构附加同一附图标记而不反复进行说明。
如图12所示，关于实施方式4的永磁式旋转电机100，在多个第1齿部T1和多个第2齿部T2中，每3个第1齿部T1与每3个第2齿部T2交替配置。
1组中各相电流的相位与2组中各相电流的相位相等。如表6所示，例如1组中U相电流的相位为0度、340度、20度。
[表6]
另外，2组中U相电流的相位为200度、180度、160度。因此，1组中U相的合计感应电压与2组中U相的合计感应电压相等。因而抑制了在1组的并联电路与2组的并联电路之间产生相位差。由此能够抑制循环电流的产生。
接下来说明本实施方式的作用效果。
根据实施方式4的永磁式旋转电机100，如图12所示，在多个第1齿部T1和多个第2齿部T2中，每3个第1齿部T1与每3个第2齿部T2交替配置。因此，如表6所示，缠绕于多个第1齿部T1的第1线圈部C1的感应电压与缠绕于多个第2齿部T2的第2线圈部C2的感应电压相等。因而，能够抑制循环电流的产生。
如图12所示，定子线圈14包括第1线圈部C1和第2线圈部C2。第1线圈部C1及第2线圈部C2各自构成并联电路。因此，相比于定子线圈14构成1个并联电路的情况，能够增加永磁式旋转电机100中包含的并联电路的数量。
实施方式5
接下来使用图13及图14说明实施方式5的永磁式旋转电机100的结构。除非特别说明，实施方式5具有与上述实施方式3相同的结构及作用效果。由此，对与上述实施方式3相同的结构附加同一附图标记而不反复进行说明。
根据实施方式3及4，每18个定子线圈14构成2个并联电路。然而，在永磁式旋转电机100只包括1个电源时，做不到每18个定子线圈14构成3个并联电路。
如图13所示，在实施方式5的永磁式旋转电机100中，永磁式旋转电机100还包括第1电源P1、第2电源P2及第3电源P3。第1电源P1、第2电源P2及第3电源P3各自独立。第1电源P1、第2电源P2及第3电源P3的相位各偏移20度。
多个定子齿12包括多个第1齿部T1、多个第2齿部T2和多个第3齿部T3。多个第1齿部T1电连接于第1电源P1。多个第2齿部T2电连接于第2电源P2。多个第3齿部T3电连接于第3电源P3。多个第1齿部T1的各个第1齿部、多个第2齿部T2的各个第2齿部及多个第3齿部T3的各个第3齿部以依次循环的方式连接于定子铁芯11。
定子线圈14包括第1线圈部C1、第2线圈部C2和第3线圈部C3。第3线圈部C3以集中缠绕方式缠绕于多个第3齿部T3的各个第3齿部。
如图14所示，多个第1齿部T1包括第1第1齿部T101～第6第1齿部T106。多个第2齿部T2包括第1第2齿部T201～第6第2齿部T206。多个第3齿部T3包括第1第3齿部T301～第6第3齿部T306。
1组中各相电流的相位与2组中各相电流的相位相等。如表7所示，例如1组中U相电流的相位为0度、340度、20度。
[表7]
齿编号 组 相 相位 缠绕方向
T101 1 U 0 正向
T201 2 V 140 正向
T301 3 V 280 反向
T102 1 W 60 反向
T202 2 U 200 反向
T302 3 U 340 正向
T103 1 V 120 正向
T203 2 W 260 正向
T303 3 W 40 反向
T104 1 U 180 反向
T204 2 V 320 反向
T304 3 V 100 正向
T105 1 W 240 正向
T205 2 U 20 正向
T305 3 U 160 反向
T106 1 V 300 反向
T206 2 W 80 反向
T306 3 W 220 正向
另外，2组中U相电流的相位为200度、180度、160度。因此，1组中U相的合计感应电压与2组中U相的合计感应电压相等。因而，抑制了在1组的并联电路与2组的并联电路之间产生相位差。由此，能够抑制循环电流的产生。
1组中各相电流的相位相对于2组中各相的电流及3组中电流的相位偏移。例如，1组中U相电流的相位为0度、180度。另外，2组中U相的电流为200度、20度。另外，3组中U相的电流为340度、160度。因此，2组中U相电流的相位相比1组中U相电流的相位偏移20度。另外，3组中U相电流的相位相比2组中U相电流的相位偏移20度。即，2组相对于1组及3组各偏移20度。
接下来说明本实施方式的作用效果。
根据实施方式5的永磁式旋转电机100，第1电源P1、第2电源P2及第3电源P3的相位各偏移20度。因此，1组、2组及3组的相位的各30度的偏移被第1电源P1、第2电源P2及第3电源P3的偏移所抵消从而被消除。据此，1组、2组及3组各自的相位相等。因而能够每18个定子齿12构成3个并联电路。
应该理解为，本次公开的实施方式在所有方面都为例示而非限制性的。本公开的范围不是通过上述说明而是通过权利要求书来示出，意图包含与权利要求书等同的意义及范围内的所有变更。

Claims (6)

1.一种永磁式旋转电机，具备：
定子，包括：呈环状地延伸的定子铁芯；多个定子齿，从所述定子铁芯向着所述定子铁芯的中心突出；多个定子槽，分别设置于所述多个定子齿当中相邻的定子齿彼此之间；多个定子磁体，分别容纳于所述多个定子槽的各个定子槽；以及定子线圈，缠绕于所述多个定子齿的各个定子齿；
第1转子，包括多个第1磁极片，并且配置于比所述多个定子磁体靠所述定子铁芯的内侧，所述多个第1磁极片与所述定子隔开间隔而沿着所述定子铁芯的所述周向配置；以及
第2转子，包括多个第2磁极片，并且配置于比所述多个第1磁极片靠所述定子铁芯的内侧，所述多个第2磁极片与所述第1转子隔开间隔而沿着所述定子铁芯的周向配置且具有永磁体，
其中，所述定子线圈以集中缠绕方式缠绕于所述定子齿，
所述多个定子槽的数量相对于所述第2转子的所述多个第2磁极片的极数之比例大于1.25且小于1.5，或者大于1.5且小于3.0。
2.根据权利要求1所述的永磁式旋转电机，其中，
所述多个定子槽的数量与所述多个第2磁极片的极数之比为9：4。
3.根据权利要求1所述的永磁式旋转电机，其中，
所述多个定子槽的数量与所述多个第2磁极片的极数之比为18：14。
4.根据权利要求3所述的永磁式旋转电机，其中，
所述定子线圈包括第1线圈部和并联连接于所述第1线圈部的第2线圈部，
所述多个定子齿包括缠绕有所述第1线圈部的多个第1齿部和缠绕有所述第2线圈部的多个第2齿部，
所述多个第1齿部的数量与所述多个第2齿部的数量相同，
所述多个第1齿部的各个第1齿部与所述多个第2齿部的各个第2齿部交替配置。
5.根据权利要求3所述的永磁式旋转电机，其中，
所述定子线圈包括第1线圈部和并联连接于所述第1线圈部的第2线圈部，
所述多个定子齿包括缠绕有所述第1线圈部的多个第1齿部和缠绕有所述第2线圈部的多个第2齿部，
所述多个第1齿部的数量与所述多个第2齿部的数量相同，
在所述多个第1齿部和所述多个第2齿部中，每3个第1齿部和每3个第2齿部交替配置。
6.根据权利要求3所述的永磁式旋转电机，其中，
还具备第1电源、第2电源及第3电源，
所述多个定子齿包括电连接于所述第1电源的多个第1齿部、电连接于所述第2电源的多个第2齿部以及连接于所述第3电源的多个第3齿部，
所述多个第1齿部的各个第1齿部、所述多个第2齿部的各个第2齿部及所述多个第3齿部的各个第3齿部以依次循环的方式连接于所述定子铁芯，
所述第1电源、所述第2电源及所述第3电源的相位各偏移20度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0810097D0 (en) * 2008-06-03 2008-07-09 Magnomatics Ltd Magnetic gear
JP4625147B2 (ja) * 2009-04-13 2011-02-02 パナソニック株式会社 同期電動機駆動システム
CN106068598B (zh) * 2014-03-12 2019-02-05 株式会社Ihi 环状磁极部件以及磁力波动齿轮装置
CN106461055B (zh) * 2014-05-20 2018-10-09 株式会社Ihi 磁波齿轮装置
JP6211227B2 (ja) * 2015-10-28 2017-10-11 三菱電機株式会社 回転電機
JP6650336B2 (ja) * 2016-04-28 2020-02-19 日立オートモティブシステムズエンジニアリング株式会社 回転電機
US11979072B2 (en) * 2019-02-26 2024-05-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Magnetic geared motor

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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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