CN1515063A

CN1515063A - 电旋转机器

Info

Publication number: CN1515063A
Application number: CNA038003880A
Authority: CN
Inventors: 赤津观; 田口幸子
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP3716808B2; EP1490950A1; US6952069B2; WO2003084033A1; CN100426635C; US20040130229A1; EP1490950B1; JP2003299329A

Abstract

一种电旋转机器，它包括共轴地设置的一个内转子和一个外转子，被一个复合电流驱动，以及一个定子设置在两个转子之间。每个转子具有一组沿圆周方向安排的永久磁铁。定子具有一个定子芯和一个线圈，线圈中供以复合电流。定子芯具有一组沿圆周方向安排的定子块，并带有线圈。定子块具有相同的形状以及是用彼此轴向排列叠层的钢板制造的。每个定子块具有内和外磁轭，分别地设置在径向内部和外部，以及一个线圈区，限定在磁轭之间。定子块彼此相邻，并带有一个第一空气间隙，沿圆周方向形成在相邻的外磁轭之间以及一个第二空气间隙，沿圆周方向形成在相邻的内磁轭之间，以及相互接触部分，在内磁轭处沿圆周方向接触。

Description

电旋转机器

技术领域

本发明涉及一种电旋转机器，以及更具体地说，涉及一种电旋转机器，包括共轴地设置的内和外转子以及设置在内和外转子之间的一个定子。

背景技术

日本专利申请公开NO.11-356015公开了一种电旋转机器，它包括具有一个单独的线圈的一个定子和两个转子，两转子彼此的磁极的数目不同和共轴地设置在定子的内部和外部。定子以及内和外转子是一个三层结构。内和外转子是借助施加一个复合的电流至定子的线圈而独立地被驱动。在施加复合电流时，定子产生两个旋转的磁场，分别地施加至两个转子。

图13示出一个可用于上述的相关技术解释的三层的电旋转机器的定子的定子芯。如图13所示，定子100包括一组定子块11。每个定子块11具有一个预定的形状，以形成一个它允许磁通量通过的磁路。定子块11是用一组钢板叠层制造的。定子块11径向地延伸和具有外磁轭15和内磁轭16。定子块11沿周边彼此有间距地排列，并且在相邻的定子块11的外磁轭15之间以及内磁轭16之间带有空气间隙12。通常，在三层的借助复合电流驱动的电旋转机器用的定子内，空气间隙12形成在相邻的定子块11之间，以防止定子芯100相对于内和外转子的磁通泄漏。在电旋转机器具有一个转子和一个定子的情况下，定子的定子块彼此是连续地连接的，在它们之间没有空气间隙，因此形成一个磁路或磁流在转子和定子之间。线圈区13形成在外和内磁轭15和16之间。螺栓孔14设置在内磁轭16的侧面，相邻的定子块11之间。线圈是插入线圈区13和缠绕在定子块11上。定子芯100与线圈一起插入设置在定子芯100的相对的轴向端部上的托架之间。紧固螺栓插入螺栓孔14，以及紧固以引起在定子芯100和托架之间的一个摩擦力。由于摩擦力，定子芯100固定地支承在托架之间。

发明内容

当电旋转机器的一个输出变大时，会产生一个力施加至定子芯的相应的定子块上，从而移动有空气间隙的定子块分离开。因此，为了固定地保持全部的定子块在托架之间，需要增加作用在定子芯和托架的接触表面上的支承表面压力。这样引起紧固螺栓的扭矩的增加，从而使相关技术的电旋转机器的定子内使用的螺栓的直径必须增加。

本发明的一个目的是解决上述的问题，以及提供一种电旋转机器，其中一个定子芯能够固定地支承，不会增加紧固螺栓的直径，以及相对于内转子的磁通泄漏能够防止。

按照本发明的一个方面，提供一种电旋转机器，它包括：

一个内转子，具有多个沿圆周方向安排的永久磁铁；

一个外转子，具有多个沿圆周方向安排的永久磁铁，内转子和外转子是共轴地设置的和被一个复合电流驱动；以及

一个定子设置在内转子和外转子之间，定子具有一个定子芯和一个线圈，线圈中施加复合电流，定子芯具有多个沿圆周方向安排的定子块，在每个定子块上缠绕线圈，这些定子块具有相同的形状，以及是用彼此在轴向上叠层的钢板制造的，每个定子块具有一个内磁轭，设置在径向内部，一个外磁轭，设置在径向外部，以及一个线圈区，被限定在内和外磁轭之间，在其中放置线圈，定子块彼此相邻，具有一个第一空气间隙，沿圆周方向形成在它的相邻的外磁轭之间，一个第二空气间隙，沿圆周方向形成在它的内磁轭之间，以及在内磁轭处沿圆周方向接触的相互接触部分。

附图说明

图1是按照本发明的一个电旋转机器的一个横剖面图，是沿着其中心轴线剖切的，以显示内和外转子以及内和外转子之间的一个定子；

图2示出第一实施例的一个定子芯，是由轴向观察的；

图3是图2的定子芯的局部放大图，示出缠绕在定子芯上的线圈；

图4是一个曲线图，示出第一实施例中每个内和外转子的转矩与使用的一个参数的关系；

图5是类似于图3的一个端视图，但示出定子芯的第二实施例，是由轴向观察的；

图6是一个曲线图，示出第二实施例中外转子的转矩与使用的一个参数的关系；

图7是类似于图3的一个端视图，但示出定子芯的第三实施例，是由轴向观察的；

图8是类似于图3的一个端视图，但示出定子芯的第四实施例，是由轴向观察的；

图9是类似于图3的一个端视图，但示出定子芯的第一实施例的一项改进；

图10是类似于图5的一个端视图，但示出定子芯的第二实施例的一项改进；

图11是类似于图7的一个端视图，但示出定子芯的第三实施例的一项改进；

图12是类似于图8的一个端视图，但示出定子芯的第四实施例的一项改进；以及

图13示出相关技术的一个电旋转机器的一个定子芯。

具体实施方式

现在参见图1，说明本发明的一种电旋转机器的一个结构。如图1所示，电旋转机器包括内转子7和外转子8和设置在内和外转子7和8之间的定子1。内转子7安装至内转子轴9，和外转子8安装至外转子轴10。内和外转子轴9和10具有中心轴线，与电旋转机器的中心轴线X对准。定子1与内和外转子7和8共轴地排列，以及在径向上重叠。因此，电旋转机器具有一个三重结构。每个内转子7和外转子8是由一个永久磁铁形成的。内和外转子7和8在N-S磁极对的数目上是不同的。例如，外转子8具有的N-S磁极对的数目是内转子7的一倍。N磁极和S磁极是沿周边交替地排列的。

定子1具有定子芯2和轴向相对的托架5，定子芯2是插入在托架5之间，并与其接触。定子芯2使用延伸通过定子芯2和托架5的螺栓6固定至托架5。定子芯2借助产生在定子芯2和托架5的相互接触表面上的摩擦力固定至托架5。线圈28缠绕在定子芯2上面，对它施加复合电流。复合电流包括产生内转子用的一个旋转磁场的一个交流电，以及产生外转子用的一个旋转磁场的一个交流电。内转子7和外转子8被施加复合电流至定子芯2的线圈28而独立地驱动。

下面参见图2和3说明定子芯2。如图2所示，定子芯2总的为环形，以及具有一组定子块20，沿圆周排列。定子块20具有相同的形状，是用在轴向上彼此叠层的钢板制造的。如图3所示，每个定子块20包括一个主体部分29，在其上缠绕线圈28，内磁轭26和外磁轭27设置在主体部分29的径向内部和外部，以及借助主体29彼此连接。内磁轭26位于内转子7的侧面，以及外磁轭27位于外转子8的侧面。线圈区21限定在内和外磁轭26和27与主体部分29之间，在其中放置线圈28。彼此相邻的定子块20限定第一空气间隙30沿圆周形成在外磁轭27之间，第二空气间隙22沿圆周形成在内磁轭26之间，以及相互接触部分23在内磁轭26处沿圆周接触。特别地，外磁轭27沿圆周凸起和与主体部分29协作，以形成一个基本上的T形。第一空气间隙30是由相邻的定子块20的相对的外磁轭27形成的。内磁轭26沿圆周延伸和具有两个径向的凹口，从内磁轭的一个内周边径向地向外凹下。径向的凹口是彼此沿圆周方向有间距，以便在它们之间限定一径向向内延伸的凸块25。因此，凸块25是在径向的凹口之间的一个沿圆周方向的中间部分。每个径向的凹口与相邻的定子块20的内磁轭26的一个径向的凹口协作，以形成第二间隙22。内磁轭26具有接触部分23，位于它的沿圆周方向的相对的侧周边上。每个接触部分23与相邻的定子块20的内磁轭26的接触部分23接触。接触部分23包括两个接触区域，分别地设置在内转子7侧和线圈21侧。螺栓孔24设置在内磁轭26和相邻的定子块20之间相互接触部分23的接触区域之间。这就是，螺栓孔的一半形成在内磁轭26的每个沿圆周方向的相对的侧周边上。螺栓6插入螺栓孔24，使在其外周边和内磁轭26的限定螺栓孔24的孔周围部分之间没有间隙。

如图3所示，第二空气间隙22具有径向长度C，以及凸块25具有径向长度A。作用在内转子7和外转子8上的转矩的特点分别地取决于径向长度C与径向长度A的比例。图4示出径向长度C与作用在内转子7上的转矩(下文称内转子转矩)和作用在外转子8上的转矩(下文称外转子转矩)之间的关系。如图4所示，如果在径向长度A保持恒定的条件下径向长度C增加时，内转子转矩将增加，以及外转子转矩将减小。在此种情况下，相邻的内磁轭26的内周边部分之间的磁阻，也就是，其在内转子7侧上的磁阻增加，从而使定子芯2相对于内转子7的磁通量泄漏减少。这样允许内转子7的磁通量与定子芯2的有效的联链，从而增加了内转子转矩。与此相反，在外转子8和定子芯2之间的磁通量连接减小，从而使外转子转矩减小。与此相反，如果在相同条件下径向长度C减小时，外转子转矩将增加，以及内转子转矩将减小。因此，内转子转矩和外转子转矩，这就是，每个内转子和外转子7和8侧的定子芯2的磁阻能够改变以及借助改变径向长度C与径向长度A的比例而调节至希望的值。

如图3所示，第二空气间隙22具有周边长度B，主体部分29具有周边长度D，以及凸块25具有周边长度E。因此，内转子转矩和外转子转矩的性能是根据定子芯2的有效的横截面的面积确定的。该有效的横截面的面积是根据定子块20的一个最小的周边长度确定的。主体29的周边长度D设定为定子块20的最小的周边长度。周边长度B是这样确定的，使周边长度E不小于周边长度D。如果在周边长度B和周边长度E的总量保持恒定的条件下周边长度E增加，内转子转矩将减小和外转子转矩将增加。在一种情况下，其中周边长度B是这样确定的，使周边长度E比周边长度D小，那么定子芯2的有效的横截面的面积根据周边长度E确定。在此种情况下，即使如果周边长度D进一步增加，与定子芯2的磁通量联链将不增加。

如上所述，在内转子7侧面上的定子芯2的磁阻，以及在外转子8侧面上的定子芯2的磁阻能够按要求控制，其方法是正确地选择第二空气间隙22和定子芯2的接触部分的位置，以及其径向长度C和A。这样能够减少定子芯2相对于内转子7的磁通量泄漏，允许外转子8的一个主要磁通量穿过定子芯2。再者，由于相邻的定子块20是在它们的接触部分23处彼此接触的，定子芯2的刚性在周边方向上与相关的技术的定子比较有所增强，在后者的定子中定子块是彼此分离的。这样能够不使用增加直径的螺栓就保持住定子芯2，即使如果电旋转机器的转矩增加也如此。再者，第二空气间隙22是设置在相邻的定子块20的径向的内部，也就是在内转子7侧，以及接触部分23是设置在它径向的外部，也就是在外转子8侧，使用第二空气间隙22和接触部分23的这种排列，定子芯2的刚性能够增加。此外，能够防止与定子芯2的磁通量联链的减少，方法是根据主体部分29的周边长度D和凸块25的周边长度E之间的上述的关系调节第二空气间隙22的径向长度B。

下面参见图5说明定子芯的第二实施例，该实施例与第一实施例的差别在于第二空气间隙22的排列。相同的标号表示相同的零件，以及因此其详细的解释将省略。如图5所示，由定子芯200的相邻的定子块20形成的第二空气间隙22位于内磁轭26的接触部分23的径向的中间部分。接触部分23具有两个接触区域，分别地设置在内转子7侧和外转子8侧。第二空气间隙22设置在接触部分23的接触区域之间。第二空气间隙22被一个基本上矩形的开口限定。螺栓孔24是以一个与第二空气间隙重叠的关系排列。在本实施例中，当在螺栓的外周边和螺栓孔24的外周边之间没有间隙存在时，螺栓可以用非磁性材料制造。用非磁性材料制造的螺栓对第二空气间隙22的作用没有影响。否则，如果螺栓是用磁性材料制造的，螺栓放置在螺栓孔24内时带有一个间隙在螺栓的外周边和螺栓孔24之间。如图5所示，第二空气间隙22具有径向长度G。径向长度F在内磁轭26的一个内周边边缘和第二空气间隙22的一个内端部之间延伸。径向长度H在第二空气间隙22的一个外端部和内磁轭26的限定线圈区21的一个外周边边缘之间延伸。换句话说，径向长度F是接触部分23的径向内部接触区域，以及径向长度H是接触部分23的径向外部接触区域。内转子转矩和外转子转矩能够借助调节径向长度F，径向长度G和径向长度H来控制。如果第二空气间隙22的径向长度G增加，内转子转矩将增加，以及外转子转矩将减少。

图6示出这些参数F，G和H与外转子转矩之间的关系。再者，外转子转矩相对于径向长度G的一个改变可以借助调节径向长度F和径向长度H之间的比例来控制。如果径向长度F比径向长度H小，外转子转矩的减少比率将降低，即使当径向长度G与径向长度F比径向长度H大的情况比较是增加的情况下也如此。

在第二实施例中，在相邻的第二空气间隙22之间延伸的周边长度以及在相邻的螺栓孔24之间延伸的周边长度不比主体部分29的周边长度小。

图7示出定子芯的第三实施例，它与第二实施例的差别在于限定第二空气间隙的开口的形状。如图7所示，定子芯300的每个定子块20具有被一个圆形的开口限定的第二空气间隙22。相邻的第二空气间隙22之间的一个中间部分的周边长度不比主体部分29的周边长度小。一个用非磁性材料制造的螺栓插入第二空气间隙22，以及因此，没有单独的螺栓孔形成。这样可以减小定子芯300的尺寸。

在第二和第三实施例中，相邻的定子块20在其内周边部分处彼此接触，这些内周边部分位于内转子7侧，以及经受内转子7产生的一个转矩减少力。使用第二和第三实施例的这种安排，定子芯200和300以及定子1作为一个整体能够改进刚性。在这些实施例中，获得了与第一实施例中所述的效果。

参见图8，解释定子芯的第四实施例。如图8所示，定子芯400的定子块20具有内空气间隙22A和外空气间隙22B，它们彼此径向有间距。内空气间隙22A和外空气间隙22B分别地设置在内磁轭26的一个内周边和一个外周边内。内空气间隙22A形成在内转子7侧，以及外空气间隙22B形成在线圈区域21侧，也就是，外转子8侧。内空气间隙22A被一个径向的内凹口限定，它由内磁轭26的内周边边缘径向地向外凹下。一个径向地向内延伸的凸块形成在相邻的内空气间隙22A之间。外空气间隙22B被一个径向的外凹口限定，它由内磁轭26的外周边边缘径向地向内凹下。一个径向地向外延伸的凸块形成在相邻的外空气间隙22B之间。接触部分23在内空气间隙22A和外空气间隙22B之间延伸，以及与相邻的定子块20的内磁轭26的接触部分接触。螺栓孔24位于彼此接触的相邻的接触部分23的中部。在本实施例中，内转子转矩和外转子转矩可以借助调节内空气间隙22A的径向长度J，接触部分23的径向长度K和外空气间隙22B的径向长度L来控制。在径向地向内的凸块的周边长度和径向地向外的凸块的周边长度不小于主体部分29的周边长度的条件下，内和外空气间隙22A和22B的周边长度可以是彼此不相同的。如果内空气间隙22A的径向长度J增加，内转子转矩将增加。另一方面，外转子转矩是根据接触部分23的径向长度K变化的。一个磁性材料制造的螺栓可以插入螺栓孔24，从而磁性地连接相邻的定子块20。在此种情况下，外转子8的主磁通量能够穿过此螺栓，以及因此定子芯400的尺寸能够减小。

使用定子芯400的这种结构，相对于内转子7的磁通量泄漏可以借助内间隙22A防止，以及线圈28的磁通量泄漏可以借助外空气间隙22B防止。外转子8的主磁通量能够穿过接触部分23。内转子转矩和外转子转矩能够调节至希望的值，以及相对于内转子和外转子7和8的磁通量泄漏能够被抑制。此外，定子芯400的刚性能够增强。

图9-12示出定子芯的第一至第四实施例的改进。在图9-12内，定子芯500，600，700和800是用叠层钢板制造的。每个钢板是一个整体的钢板体，是借助通过接触部分23把第一至第四实施例的每个定子芯2，200，300和400的定子块20连接到一起制造的。在这些改进中，每个定子芯500，600，700和800作为一个整体能够改进周边方向上的刚性。

本申请是根据早先的日本专利申请NO.2002-098633(申请日2002.4.1)，该文件的整个内容结合作为本发明的参考。

虽然本发明在以上参见本发明的某些实施例和改进进行了说明，本发明不应局限于上述的实施例和改进。对于本专业技术人员，根据上述的教导，上述的实施例和改型的进一步改型和变动是可以产生的。

本发明的范围由下列权利要求限定。

Claims

1.一种电旋转机器，它包括：

一个内转子，具有多个沿圆周方向安排的永久磁铁；一个外转子，具有多个沿圆周方向安排的永久磁铁，内转子和外转子是共轴地设置的和被一个复合电流驱动；以及

一个设置在内转子和外转子之间的定子，定子具有一个定子芯和一个线圈，线圈中施加复合电流，定子芯具有多个沿圆周方向安排的定子块，在每个定子块上缠绕线圈，这些定子块具有相同的形状，以及是用彼此轴向排列叠层的钢板制造的，每个定子块具有一个内磁轭，设置在径向内部，一个外磁轭，设置在径向外部，以及一个线圈区，被限定在内和外磁轭之间，在其中放置线圈，定子块彼此相邻，具有一个第一空气间隙，沿圆周方向形成在它的相邻的外磁轭之间，一个第二空气间隙，沿圆周方向形成在它的相邻的内磁轭之间，以及在内磁轭处沿圆周方向接触的相互接触部分。

2.按照权利要求1的电旋转机器，其特征在于，接触部分是位于第二空气间隙的径向的外部。

3.按照权利要求2的电旋转机器，其特征在于，每个定子块包括一个主体部分，连接内和外磁轭，以及保持在其上面缠绕的线圈，以及一个中间部分，设置在第二空气间隙之间，中间部分具有一个周边长度，不小于主体部分的周边长度。

4.按照权利要求1的电旋转机器，其特征在于，接触部分包括两个接触区域，分别地设置在内转子侧和外转子侧，第二空气间隙设置在两个接触区域之间。

5.按照权利要求4的电旋转机器，其特征在于，每个定子块包括一个主体部分，连接内和外磁轭，以及保持在其上面缠绕的线圈，以及一个中间部分，设置在第二空气间隙之间，中间部分具有一个周边长度，不小于主体部分的周边长度。

6.按照权利要求5的电旋转机器，其特征在于，第二空气间隙是被一个径向的凹口限定，该凹口形成在内磁轭的一个内周边上，中间部分是形成在相邻的两个径向的凹口之间的一个凸块。

7.按照权利要求4的电旋转机器，它还包括一个螺栓，连接定子块，螺栓在接触部分内形成的一个螺栓孔内延伸。

8.按照权利要求4的电旋转机器，它还包括一个螺栓，连接定子块，螺栓在第二空气间隙内延伸。

9.按照权利要求8的电旋转机器，其特征在于，第二空气间隙被一个具有圆形的开口限定。

10.按照权利要求9的电旋转机器，其特征在于，螺栓是用非磁性材料制造的。

11.按照权利要求1的电旋转机器，其特征在于，第二空气间隙包括一个内空气间隙和一个外空气间隙，在径向上与内空气间隙有间距，内和外空气间隙是分别地设置在内转子侧和外转子侧，接触部分设置在内和外空气间隙之间。

12.按照权利要求11的电旋转机器，其特征在于，每个定子块包括一个主体部分，连接内和外磁轭，以及保持在其上面缠绕的线圈，以及两个中间部分，设置在相邻的内空气间隙之间和相邻的外空气间隙之间，两个中间部分中的每一个具有一个周边长度不小于主体部分的周边长度。

13.按照权利要求12的电旋转机器，其特征在于，内空气间隙和外空气间隙被一个径向的内凹口和一个径向的外凹口限定，它们分别地形成在内磁轭的一个内周边和一个外周边上，两个中间部分是凸块，它们分别地形成在相邻的径向的内凹口之间和相邻的径向的外凹口之间。

14.按照权利要求11的电旋转机器，它还包括一个螺栓，连接定子块，螺栓在接触部分内形成的一个螺栓孔内延伸，螺栓是用磁性材料制造的。

15.按照权利要求1的电旋转机器，其特征在于，定子块是通过接触部分连接到一起，以形成一个整体的板体。