TWI793592B - 旋轉電機 - Google Patents

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TWI793592B
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木戸尚宏
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上田茜
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日商大金工業股份有限公司
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Abstract

一種旋轉電機，包括：轉子，其為大致圓筒狀或大致圓柱狀，且構成為旋轉自如；以及定子，其為大致環狀，該定子配置於該轉子的徑向且包圍該轉子的旋轉軸心，該定子具有：線圈，其在該旋轉軸心的周圍捲繞成大致環狀；以及定子鐵心，其以包圍該線圈的周圍的方式設置，並且由壓粉磁心形成，該定子鐵心具有在該定子的軸向隔著該線圈相對的複數個鐵心，該複數個鐵心分別具有：磁軛，其與該複數個鐵心中的另一鐵心接觸或接近；以及一個或複數個爪磁極，其自該磁軛朝向該轉子在該徑向突出，該磁軛具有與該軸向大致平行的至少一個磁軛面，並且與該另一鐵心在該磁軛面接觸或接近。

Description

旋轉電機
本發明係關於旋轉電機。
公知有用於構成定子鐵心的第一鐵心以及第二鐵心由壓粉鐵心構成的爪極式馬達。第一鐵心包括：圓板形狀的連結底板；自連結底板的周緣在軸向突出的複數個爪磁極；以及自連結底板的中心部在與爪磁極相同方向突出的圓形磁軛部。另一方面，第二鐵心包括：與第一鐵心的圓形磁軛部接合的圓板形狀的連結底板；以及自連結底板的周緣在與第一鐵心的複數個爪磁極相反方向突出的複數個爪磁極(例如，參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-201299號公報
[發明欲解決之問題]
在對壓粉磁心進行壓製成形而形成定子鐵心的情況下，通常，由於在馬達的軸向進行壓製，因此有時軸向的尺寸精度降低。例如，如上述以往技術那樣，在第一鐵心和第二鐵心在軸向接合的方式中，有時在其接合面產生意料之外的間隙，或者接合狀態的高度存在較大誤差。
本發明提供一種能夠抑制軸向的尺寸精度的降低的旋轉電機。 [解決問題之技術手段]
作為本發明的一個方式，提供一種旋轉電機，包括：轉子，其為大致圓筒狀或大致圓柱狀，且構成為旋轉自如；以及定子，其為大致環狀，該定子配置於該轉子的徑向且包圍該轉子的旋轉軸心，該定子具有：線圈，其在該旋轉軸心的周圍捲繞成大致環狀；以及定子鐵心，其以包圍該線圈的周圍的方式設置，並且由壓粉磁心形成，該定子鐵心具有在該定子的軸向隔著該線圈相對的複數個鐵心，該複數個鐵心分別具有：磁軛，其與該複數個鐵心中的另一鐵心接觸或接近；以及一個或複數個爪磁極，其自該磁軛朝向該轉子在該徑向突出，該複數個鐵心中的一個鐵心的該一個或複數個爪磁極以與該一個鐵心的該磁軛接觸或接近的該另一鐵心的爪磁極在該定子的周向交替排列的方式形成，該磁軛具有與該軸向大致平行的至少一個磁軛面，並且在該磁軛面與該另一鐵心接觸或接近。
根據該構成，能夠抑制軸向的尺寸精度的降低。
在上述旋轉電機中，該磁軛面的該軸向的長度可以超過該磁軛的該軸向的長度的一半。
根據該構成，能夠增加通過該磁軛面的磁通量。
在上述旋轉電機中，該一個鐵心可以僅在該磁軛面與該另一鐵心接觸或接近。
根據該構成，能夠進一步抑制軸向的尺寸精度的降低。
在上述旋轉電機中，該一個鐵心可以在該周向與該另一鐵心在該磁軛面接觸或接近。
根據該構成，能夠抑制軸向和周向的尺寸精度的降低。
在上述旋轉電機中，該一個鐵心可以在該徑向與該另一鐵心在該磁軛面接觸或接近。
根據該構成，能夠抑制軸向和徑向的尺寸精度的降低。
在上述旋轉電機中，在該軸向的俯視中，該磁軛面可以位於連結該複數個爪磁極中的至少一個爪磁極的該周向的寬度中心和該轉子的旋轉軸心的線之上。
根據該構成，能夠降低磁通量通過的磁路的磁阻。
在上述旋轉電機中，該複數個鐵心的形狀可以為彼此相同。
根據該構成，該複數個鐵心可以藉由共通的金屬模具成形。
在上述旋轉電機中，該磁軛具有在該周向等間隔配置且在該周向寬度相等的複數個內齒，將該複數個爪磁極的各個爪磁極的該周向的寬度中心與該複數個內齒中最接近該寬度中心的內齒的該周向的端之間的該周向的角度設定為θα ，將該複數個爪磁極的數量設定為n，將該複數個內齒的各自的該周向的兩端之間的該周向的角度設定為θβ ，將該複數個內齒的數量設定為N時，θα =180/(2×n)以及θβ =360/(2×N)可以成立。
根據該構成，能夠將該複數個鐵心彼此形成為相同的形狀，因此能夠藉由共通的金屬模具對該複數個鐵心進行成形。
在上述旋轉電機中，n可以與N相等，亦可以為N的倍數。
根據該構成，複數個鐵心的組裝性提高。
以下，對實施形態進行說明。
圖1是顯示第一實施形態中的旋轉電機之一例的立體圖。圖1中所示馬達1是旋轉電機之一例。馬達1為在定子13的徑向的外側配置轉子10的外轉子型的爪極式馬達。馬達1例如搭載於空調的壓縮機、風扇等。
馬達1包括以旋轉自如的方式構成的大致圓筒狀的轉子10、以及配置於轉子10的徑向的內側且圍繞轉子10的旋轉軸心AX的大致環狀的定子13。
轉子10相對於定子13配置於馬達1的徑向(以下，亦僅稱為｢徑向｣)的外側，構成為能夠繞旋轉軸心AX旋轉。轉子10包括轉子鐵心11、以及複數個(在該例子中為20個)永久磁鐵12。
轉子鐵心11例如具有大致圓筒形狀，並且以馬達1的旋轉軸心AX和圓筒形狀的軸心大致一致的方式配置。轉子鐵心11在馬達1的軸向(以下，亦僅稱為｢軸向｣)中具有與定子13大致同等的長度，並且由磁性材料(例如，鋼板、鑄鐵或壓粉磁心等)形成。轉子鐵心11可以在軸向由一個部件構成，亦可以組合在軸向積層的複數個(例如，與後述定子單元的數量對應的數量)部件而構成。
複數個永久磁鐵12在轉子鐵心11的內周面中，在周向等間隔排列複數個(在本例子中為20個)。複數個永久磁鐵12分別以在自轉子鐵心11的軸向的大致一端至大致另一端之間存在的方式形成。永久磁鐵12例如為釹燒結磁鐵、鐵磁體磁鐵。
複數個永久磁鐵12分別在徑向的兩端磁化為不同的磁極。複數個永久磁鐵12中的在周向相鄰的兩個永久磁鐵12在面向定子13的徑向的內側彼此磁化為不同的磁極。因此，在定子13的徑向的外側，在徑向的內側磁化為N極的永久磁鐵12和在徑向的內側磁化為S極的永久磁鐵12在周向交替配置。
複數個永久磁鐵12分別在軸向中可以由一個磁鐵部件構成，亦可以由在軸向分割的複數個(例如，與在軸向積層的後述定子單元的數量對應的數量)磁鐵部件構成。在該情況下，用於構成在軸向分割的永久磁鐵12的複數個磁鐵部件在面向定子13的徑向的內側磁化為相同的磁極。
需要說明的是，在周向配置的複數個永久磁鐵12可以替換為例如不同的磁極在周向交替磁化的圓環狀的環形磁鐵、塑膠磁鐵等的、在周向中由一個部件構成的永久磁鐵。在該情況下，在周向中由一個部件構成的永久磁鐵可以在軸向中亦由一個部件構成，作為整體由一個部件構成。另外，與複數個永久磁鐵12的情況相同，在周向中由一個部件構成的永久磁鐵可以在軸向中分割為複數個部件。另外，採用在周向中由一個部件構成的塑膠磁鐵的情況下，可以省略轉子鐵心11。需要說明的是，永久磁鐵不論是由複數個部件還是一個部件構成，其在周向均配置或磁化為規定的極數。
圖2是顯示第一實施形態中的定子之一例的立體圖。具體而言，圖2是省略了圖1中顯示的轉子10的圖式的圖。圖2中顯示的定子13配置於轉子10(轉子鐵心11以及永久磁鐵12)的徑向的內側。定子13是圍繞轉子10的旋轉軸心AX的形成為大致環狀的部件。在該例子中，定子13包括在軸向積層的複數個(在該例子中為三個)定子單元14~16、以及複數個(在該例子中為兩個)非磁性體層17、18。
定子13具有彼此大致相同構造的複數個相(在該例子中為三相)份的定子單元14~16。具體而言，定子13具有與U相對應的定子單元14、與V相對應的定子單元15、以及與W相對應的定子單元16。對於複數個定子單元14~16，其周向的位置以彼此在電角度下錯開120°的方式配置。
需要說明的是，馬達1(定子13)的相不限於三相，可以為單相，亦可以為多相(二相或四相以上)。
定子13在軸向相鄰的定子單元14、15之間具有非磁性體層17，在軸向相鄰的定子單元15、16之間具有非磁性體層18。藉由非磁性體層17，能夠抑制在不同的二相的相鄰定子單元14、15之間的漏磁通量。藉由非磁性體層18，能夠抑制不同的二相的相鄰定子單元15、16之間的漏磁通量。
非磁性體層17為在軸向相鄰的、U相的定子單元14和V相的定子單元15之間設置的UV相間部件。非磁性體層17例如具有在軸向具有規定的厚度的大致圓板形狀或大致圓柱形狀，並且在其中心部分形成供未圖示的插入部件插入的插入孔。對於非磁性體層18亦可以相同。非磁性體層18為在軸向鄰接的、V相的定子單元15和W相的定子單元16之間設置的VW相間部件。
圖3是顯示第一實施形態中的定子單元之一例的立體圖。圖4是顯示第一實施形態中的定子單元之一例的分解立體圖。由於上述定子單元15、16為與在圖3、4中顯示的定子單元14大致相同構造，因此藉由引用定子單元14的說明而省略對於定子單元15、16的構成的說明。
定子單元14具有在旋轉軸心AX的周圍捲繞為大致環狀的線圈19、以包圍線圈19的周圍的方式設置的定子鐵心9、以及供未圖示的插入部件插入的插入孔8(參照圖3)。定子鐵心9由壓粉磁心形成。藉由由壓粉磁心形成，能夠降低在高頻下的鐵損。定子鐵心9具有在定子13的軸向隔著線圈19相對的複數個鐵心20、40。
複數個鐵心20、40以包圍線圈19的周圍的方式設置。複數個鐵心20、40彼此為相同形狀。
如圖4所示，鐵心20具有磁軛21、複數個爪磁極22、以及中心孔23，鐵心40具有磁軛41、複數個爪磁極42、以及中心孔43。
磁軛21、41在軸向視中具有圓環形狀，並且在軸向具有規定的厚度。磁軛21與複數個鐵心20、40中的與自身的鐵心20不同的另一鐵心40接觸或接近。磁軛21具有大致環狀的第一磁軛部24、以及與另一鐵心40接觸的第二磁軛部25。磁軛41與複數個鐵心20、40中的與自身的鐵心40不同的另一鐵心20接觸或接近。磁軛41具有大致環狀的第一磁軛部44、以及與另一鐵心20接觸的第二磁軛部45。
第二磁軛部25自第一磁軛部24的內周面24a朝向另一鐵心40突出規定量，在該例子中，為包括在周向隔開間隔配置的複數個內齒26(26a、26b、26c、26d)的部位。第二磁軛部45自第一磁軛部44的內周面44a朝向另一鐵心20突出規定量，在該例子中，為包括在周向隔開間隔配置的複數個內齒46(46a、46b、46c、46d)的部位。
複數個爪磁極22在磁軛21的第一磁軛部24的外周面24b中在周向等間隔配置。複數個爪磁極22分別自磁軛21的第一磁軛部24的外周面24b朝向轉子10在徑向的外側突出。複數個爪磁極42在磁軛41的第一磁軛部44的外周面44b中在周向等間隔配置。複數個爪磁極42分別自磁軛41的第一磁軛部44的外周面44b朝向轉子10在徑向的外側突出。爪磁極22包括爪磁極部27，爪磁極42包括爪磁極部47。
爪磁極部27具有規定的寬度，其以自磁軛21的第一磁軛部24的外周面24b延伸出規定的長度的方式突出。爪磁極部47具有規定的寬度，其以自磁軛41的第一磁軛部44的外周面44b延伸出規定的長度的方式突出。
而且，爪磁極22包括爪磁極部28，爪磁極42包括爪磁極部48。由此，能夠確保藉由線圈19的電樞電流而被磁化的爪磁極22、42的磁極面與轉子10的相對面積相對較大。因此，能夠使馬達1的扭矩相對增加，從而能夠提高馬達1的輸出。
爪磁極部28自爪磁極部27的頂端以朝向一對鐵心20、40中的另一鐵心40在軸向延伸出規定的長度的方式突出。例如，爪磁極部28不論自爪磁極部27的距離如何，其形成為寬度恒定。爪磁極部48自爪磁極部47的頂端以朝向一對鐵心20、40中的另一鐵心20在軸向延伸出規定的長度的方式突出。例如，爪磁極部48不論自爪磁極部47的距離如何，其形成為寬度恒定。
需要說明的是，爪磁極部28、48可以省略。
中心孔23是由第二磁軛部25的複數個內齒26的內周面包圍的貫通孔。中心孔43是由第二磁軛部45的複數個內齒46的內周面包圍的貫通孔。藉由組合鐵心20、40，中心孔23、43形成插入孔8(參照圖3)。
線圈19是在軸向視中捲繞成圓環狀的導線。線圈亦被稱為繞組。線圈19的兩端與馬達1的外部端子電連接。馬達1的外部端子與藉由自電源供給的電力來驅動馬達1的驅動裝置(例如，反向器等)電連接。
線圈19在軸向中配置於一對鐵心20、40之間。線圈19以如下方式捲繞，即，具有位於比第一磁軛部24、44的外周面24b、44b在徑向靠內側的外周部19a、以及位於比第一磁軛部24、44的內周面24a、44a在徑向靠外側的內周部19b。
線圈19接觸一對鐵心20、40中的至少一者，從而提高線圈19的散熱效果。例如，線圈19在與第一磁軛部24和第一磁軛部44的一者或雙方在軸向接觸的狀態下，在軸向被包夾於第一磁軛部24和第一磁軛部44之間。線圈19亦可以與第二磁軛部25和第二磁軛部45的一者或雙方接觸。線圈19可以藉由未圖示的繞線管與一對鐵心20、40中的至少一者接觸。
線圈19可以藉由組芯鑄型、繞線管(卷線裝置)等的公知的方法進行絕緣。亦存在空芯繞組上纏繞絕緣帶或進行模制等的絕緣方法。線圈19的線材可以使用圓線、方線、李茲線等的任意的線材，但是優選方線、對齊捲繞的圓線。
如圖3所示，一對鐵心20、40以一個鐵心20的爪磁極22與另一個鐵心40的爪磁極42在周向交替配置的方式組合。具體而言，一個鐵心20的複數個爪磁極22和另一鐵心40的爪磁極42以在定子鐵心9的周向(定子13的周向)交替排列的方式形成。需要說明的是，鐵心20的爪磁極22和鐵心40的爪磁極42的數量均為一個的情況亦可能。在該情況下，一個爪磁極22和一個爪磁極42以在周向交替排列的方式形成是表示，一個爪磁極42位於一個爪磁極22的一個周向，並且該一個爪磁極22位於一個爪磁極42的該一個周向。
若在圓環狀的線圈19中流過電樞電流，則一對鐵心20、40中的一個鐵心20的爪磁極22和另一個鐵心40的爪磁極42被磁化，彼此具有不同的磁極。由此，在一對鐵心20、40中，自一個鐵心20突出的一個爪磁極22具有與在周向相鄰且自另一個鐵心40突出的另一爪磁極42不同的磁極。因此，藉由在線圈19中流動的電樞電流，在定子鐵心9(一對鐵心20、40)的周向，N極的爪磁極22和S極的爪磁極42的組合以及N極的爪磁極42和S極的爪磁極22的組合交替產生。
在隔著線圈19將一對鐵心20、40組合的狀態下，複數個內齒26可以在軸向自鐵心40伸出亦可以不伸出，複數個內齒46可以在軸向自鐵心20伸出亦可以不伸出。可以在一對鐵心20、40的內側插入間隔物，從而調整定子鐵心9的軸向的長度。
一對鐵心20、40中的、一個鐵心的磁軛具有與軸向大致平行的至少一個磁軛面，在該磁軛面與另一鐵心接觸或接近。在該例子中，鐵心20的磁軛21具有與鐵心40的磁軛41的磁軛面49接觸或接近的磁軛面29、以及與鐵心40的磁軛41的磁軛面50接觸或接近的磁軛面30。
磁軛面29是設於第二磁軛部25的複數個內齒26(26a、26b、26c、26d)的每一個上的表面，其面向周向的一側(在圖3、4中為順時針方向)。磁軛面30是設於第二磁軛部25的複數個內齒26(26a、26b、26c、26d)的每一個上的表面，其面向周向的另一側(在圖3、4中為逆時針方向)。磁軛面50是設於第二磁軛部45的複數個內齒46(46a、46b、46c、46d)的每一個上的表面，其面向周向的一側(在圖3、4中為順時針方向)。磁軛面49是設於第二磁軛部45的複數個內齒46(46a、46b、46c、46d)的每一個上的表面，其面向周向的另一側(在圖3、4中為逆時針方向)。
複數個內齒26分別與複數個內齒46中的在周向在自身的兩側鄰接的兩個內齒接觸或接近。換言之，複數個內齒46分別與複數個內齒26中的在周向在自身的兩側鄰接的兩個內齒接觸或接近。具體而言，磁軛21的內齒26a與在周向的一側鄰接的內齒46a的磁軛面49在磁軛面29接觸或接近，並且與在周向的另一側鄰接的內齒46d的磁軛面50在磁軛面30接觸或接近。對於其他的內齒亦相同。這樣，複數個磁軛面29分別與複數個磁軛面49中的對應的一個磁軛面49接觸或接近，複數個磁軛面30分別與複數個磁軛面50中的對應的一個磁軛面50接觸或接近。
另外，在該例子中，鐵心20的磁軛21具有與鐵心40的磁軛41的內周面44a接觸或接近的外周面31，鐵心40的磁軛41具有與鐵心20的磁軛21的內周面24a接觸或接近的外周面51。內周面24a、44a以及外周面31、51的任一者為與軸向大致平行的磁軛面的一者。
外周面31是設於第二磁軛部25的複數個內齒26(26a、26b、26c、26d)的每一個上的彎曲的表面，其面向徑向的外側。外周面51是設於第二磁軛部45的複數個內齒46(46a、46b、46c、46d)的每一個上的彎曲的表面，其面向徑向的外側。
這樣，第一實施形態中的馬達1具有如下構成：鐵心20、40中的一個鐵心的磁軛具有與軸向大致平行的至少一個磁軛面，並且在該磁軛面與另一鐵心接觸或接近。根據這樣的構成，藉由在軸向對壓粉磁心進行壓製，能夠形成鐵心20、40，即使壓製方向的尺寸精度變差，由於該磁軛面與壓製方向大致平行，因此該磁軛面的尺寸精度難以降低。因此，能夠抑制定子鐵心9的軸向的尺寸精度的降低。
另外，由於鐵心20、40的各自的第二磁軛部25、45並非在整周設置，而是由周向的合計長度為大約半周的複數個內齒26、46構成，從而鐵心20、40的軸向中的投影面積變小。其結果，能夠將在對壓粉磁心進行壓製時的壓力設定為較小，從而例如壓製機的小型化成為可能。
另外，由於使鐵心20、40在軸向嵌入直至磁軛21、41與線圈19相接，從而能夠使鐵心20、40和線圈19之間緊密貼合，因此例如線圈19向鐵心20、40的散熱性提高。
需要說明的是，在磁軛面與另一鐵心接觸的方式可以舉出接合、嵌合、黏合、壓焊等。在磁軛面與另一鐵心接近的方式存在隔開形成磁路的一部分程度的微小的間隙而接近的方式。
在第一實施形態中，磁軛面29、30的軸向的長度超過磁軛21的軸向的長度的一半，在該例子中，其與磁軛21的軸向的長度大致相同。在第一實施形態中，磁軛面49、50的軸向的長度超過磁軛41的軸向的長度的一半，在該例子中，其與磁軛41的軸向的長度大致相同。根據這樣的構成，能夠增加通過磁軛面29、30、49、50的磁通量，從而例如能夠增加馬達1的扭矩。
在第一實施形態中，鐵心20僅在磁軛面(磁軛面29、30以及外周面31)與鐵心40接觸或接近，鐵心40僅在磁軛面(磁軛面49、50以及外周面51)與鐵心20接觸或接近。根據這樣的構成，即使在軸向對壓粉磁心進行壓製而形成各個鐵心20、40，由於該磁軛面與壓製方向大致平行，因此該磁軛面的尺寸精度難以降低。因此，能夠進一步抑制定子鐵心9的軸向的尺寸精度的降低。
在第一實施形態中，鐵心20在周向與鐵心40在磁軛面29、30接觸或接近，鐵心40在周向與鐵心20在磁軛面49、50接觸或接近。根據這樣的構成，即使在軸向對壓粉磁心進行壓製而形成各個鐵心20、40，由於該磁軛面與壓製方向大致平行，因此該磁軛面的尺寸精度難以降低。因此，能夠抑制定子鐵心9的軸向和周向的尺寸精度的降低。
在第一實施形態中，鐵心20在徑向與鐵心40在磁軛面(在該例子中為外周面31)接觸或接近，鐵心40在徑向與鐵心20在磁軛面(在該例子中為外周面51)接觸或接近。根據這樣的構成，即使在軸向對壓粉磁心進行壓製而形成各個鐵心20、40，由於該磁軛面與壓製方向大致平行，因此該磁軛面的尺寸精度難以降低。因此，能夠抑制定子鐵心9的軸向和徑向的尺寸精度的降低。
在第一實施形態中，複數個鐵心20、40的形狀彼此相同。根據這樣的構成，能夠由共通的金屬模具對複數個鐵心20、40進行成形。因此，例如能夠削減定子鐵心9的製造成本。
圖5是以軸向視顯示第一實施形態中的鐵心之一例的俯視圖。由於上述鐵心20為與圖5所示鐵心40為大致相同構造，因此藉由引用鐵心40的說明而省略對於鐵心20的構成的說明。
鐵心40的磁軛41具有在周向等間隔配置且在周向寬度相等的複數個內齒46(46a、46b、46c、46d)、以及在周向等間隔配置且在周向寬度相等的複數個爪磁極42。
角度θα 表示，複數個爪磁極42的各自的爪磁極的周向的寬度中心52與複數個內齒46中的最接近寬度中心52的內齒的周向的端(在該例子中為磁軛面49)之間的周向的角度。更具體而言，在軸向視下，角度θα 為，連結一個爪磁極的寬度中心52和轉子10的旋轉軸心AX的線L1與連結最接近該寬度中心52的內齒的周向的端(在該例子中為磁軛面49)和轉子10的旋轉軸心AX的線L2之間的中心角。
角度θβ 表示，複數個內齒46的各自的周向的兩端(在該例子中為磁軛面49、50)之間的周向的角度。更詳細而言，在軸向視下，角度θβ 表示，連結一個內齒的周向的一端(在該例子中為磁軛面49)和轉子10的旋轉軸心AX的線L2與連結該一個內齒的周向的另一端(在該例子中為磁軛面50)和轉子10的旋轉軸心AX的線L3之間的中心角。
將複數個爪磁極42的數量設定為n，將複數個內齒46的數量設定為N時，若下述的式1和式2成立，則能夠將複數個鐵心20、40形成為彼此相同的形狀，從而能夠藉由共通的金屬模具對複數個鐵心20、40進行成形。因此，例如，能夠削減定子鐵心9的製造成本。 θα =180/(2×n)    ･･･式1 θβ =360/(2×N)    ･･･式2
在圖5所示例子中，由於n=10，N=4，因此基於上述的式1、2，藉由設定為｢θα =9°、θβ =45°｣，能夠將複數個鐵心20、40形成為彼此相同的形狀。
圖6是顯示第二實施形態中的定子單元之一例的立體圖。圖7是顯示第二實施形態中的定子單元之一例的分解立體圖。藉由引用上述說明，省略或簡略對於與上述實施形態相同的構成以及效果的說明。
在圖6、7中，定子鐵心9具有在定子13的軸向隔著線圈19相對的複數個鐵心20A、40A。對於定子單元14A，複數個爪磁極22、42的個數以及形狀與第一實施形態中的定子單元14不同。爪磁極部28具有寬度隨著在軸向自爪磁極部27離開而變窄的錐形狀。爪磁極部48具有寬度隨著在軸向自爪磁極部47離開而變窄的錐形狀。
圖8是以軸向視顯示第二實施形態中的鐵心之一例的俯視圖。由於上述鐵心20A為與圖8所示鐵心40A大致相同構造，因此藉由引用鐵心40A的說明而省略對於鐵心20A的構成的說明。
在圖8所示例子中，由於爪磁極42的數量n為8，內齒46的數量N為4，因此藉由設定｢θα =11.25°、θβ =45°｣，從而能夠將複數個鐵心20A，40A形成為彼此相同的形狀。
另外，由於爪磁極42的數量(n=8)為內齒46的數量(N=4)的倍數，例如，因此不論使內齒26a進入內齒46d和內齒46a之間還是進入內齒46a和內齒46b之間，均能夠對鐵心20A和鐵心40A進行組裝。因此，鐵心20A和鐵心40A的組裝性提高。
圖9是顯示第三實施形態中的定子單元之一例的立體圖。藉由引用上述說明，省略或簡略對於與上述實施形態相同的構成以及效果的說明。
在圖9中，定子鐵心9具有在定子13的軸向隔著線圈19相對的複數個鐵心20B、40B。對於定子單元14B，複數個內齒26、46的形狀與第二實施形態中的定子單元14A不同。
圖10是顯示第三實施形態中的鐵心之一例的立體圖。藉由引用上述說明，省略或簡略對於與上述實施形態相同的構成以及效果的說明。由於上述鐵心20B為與圖10所示鐵心40B大致相同構造，因此藉由引用鐵心40B的說明，省略對於鐵心20B的構成的說明。
複數個內齒46(46a、46b、46c、46d)分別具有寬度隨著在軸向自第一磁軛部44的內周面44a離開而變窄的錐形狀。複數個內齒26、46藉由具有這樣的錐形狀，鐵心20B和鐵心40B的軸向的組裝變得容易。
在圖10所示例子中，由於爪磁極42的數量n為8，內齒46的數量N為4，因此藉由設定｢θα =11.25°、θβ =45°｣，能夠將複數個鐵心20B，40B形成為彼此相同的形狀。
圖11是顯示第四實施形態中的定子單元之一例的立體圖。藉由引用上述說明，省略或簡略對於與上述實施形態相同的構成以及效果的說明。
在圖11中，定子鐵心9具有在定子13的軸向隔著線圈19相對的複數個鐵心20C、40C。對於定子單元14C，在一對鐵心(鐵心20C、40C)不為相同的形狀這點與第二實施形態中的定子單元14A不同。 圖12以軸向視顯示第四實施形態中的一個鐵心之一例的俯視圖。圖13是以軸向視顯示第四實施形態中的另一鐵心之一例的俯視圖。圖12顯示鐵心20C，圖13顯示鐵心40C。
在圖12中，角度θα 1 表示，複數個爪磁極22的各個爪磁極的周向的寬度中心52與複數個內齒26中的最接近寬度中心52的內齒的周向的端(在該例子中為磁軛面30)之間的周向的角度。更具體而言，在軸向視中，角度θα 為，連結一個爪磁極的寬度中心52和轉子10的旋轉軸心AX的線L1與連結最接近該寬度中心52的內齒的周向的端(在該例子中為磁軛面30)和轉子10的旋轉軸心AX的線L2之間的中心角。圖12舉例顯示了θα 1 =0°的情況。
在圖12中，角度θβ 表示，複數個內齒26的各自的周向的兩端(在該例子中為磁軛面29、30)之間的周向的角度。更具體而言，在軸向視中，角度θβ 表示，連結一個內齒的周向的一端(在該例子中為磁軛面30)和轉子10的旋轉軸心AX的線L2與連結該一個內齒的周向的另一端(在該例子中為磁軛面29)和轉子10的旋轉軸心AX的線L3之間的中心角。
在圖13中，角度θα 2 表示，複數個爪磁極42的各自的爪磁極的周向的寬度中心52與複數個內齒46中的最接近寬度中心52的內齒的周向的端(在該例子中為磁軛面49)之間的周向的角度。更具體而言，在軸向視中，角度θα 2 為，連結一個爪磁極的寬度中心52和轉子10的旋轉軸心AX的線L1與連結最接近該寬度中心52的內齒的周向的端(在該例子中為磁軛面49)和轉子10的旋轉軸心AX的線L2之間的中心角。
在圖13中，角度θβ 表示，複數個內齒46的各自的周向的兩端(在該例子中為磁軛面49，50)之間的周向的角度。更具體而言，在軸向視中，角度θβ 表示，連結一個內齒的周向的一端(在該例子中為磁軛面49)和轉子10的旋轉軸心AX的線L2與連結該一個內齒的周向的另一端(在該例子中為磁軛面50)和轉子10的旋轉軸心AX的線L3之間的中心角。
在組合θα 1 和θα 2 不同的鐵心的方式中，由作為基準的一個鐵心20C的θα 1 和θβ 的值計算出與鐵心20C相對的鐵心40C的θα 2 的值。其計算式為下述式3。 θα2 =2θα1 +θβ /2    ･･･式3
但是，僅限於在鐵心20C和鐵心40C之間，內齒的數量以及形狀相同的情況。
例如，在內齒的數量(N=4)的情況下，基於上述的式2，由於｢θβ =45°｣，因此基於式3，與θα 1 =30°的鐵心20C相對的鐵心40C的θα 2 為37.5°。例如，在內齒的數量(N=4)的情況下，由於基於上述式2，為｢θβ =45°｣，因此基於式3，與θα 1 =0°的鐵心20C相對的鐵心40C的θα 2 為22.5°。
在圖12中，在軸向的俯視中，磁軛面30位於連結複數個爪磁極22中的至少一個爪磁極的周向的寬度中心52和轉子10的旋轉軸心AX的線L1之上。由於自爪磁極22朝向旋轉軸心AX進來的磁通量分成內齒26a側和內齒46d(參照圖13)側，因此若磁軛面30位於線L1之上，則通過磁軛面30的磁通量降低。因此，能夠降低磁通量通過的磁路的磁阻，從而能夠增加馬達1的扭矩。
圖14是顯示第五實施形態中的定子單元之一例的立體圖。藉由引用上述說明，省略或簡略對於與上述實施形態相同的構成以及效果的說明。
在圖14中，定子鐵心9具有在定子13的軸向隔著線圈19相對的複數個鐵心20D、40D。對於定子單元14D，在複數個內齒26的各自的周向的寬度以及複數個內齒46的各自的周向的寬度不相同這點，與第二實施形態中的定子單元14A不同。
圖15是顯示第五實施形態中的鐵心之一例的立體圖。圖16是以軸向視顯示第五實施形態中的鐵心之一例的俯視圖。藉由引用上述說明，省略或簡略對於與上述實施形態相同的構成以及效果的說明。由於上述鐵心20D為與圖15、16所示鐵心40D大致相同的構造，因此藉由引用鐵心40D的說明，省略對於鐵心20D的構成的說明。
內齒46a、46b、46c不論自第一磁軛部44的內周面44a的距離如何，分別以恒定的彎曲寬度(更具體而言為圓弧長)在軸向突出。內齒46a、46b、46c的各自的彎曲寬度彼此不同。
圖17是顯示第六實施形態中的定子單元之一例的分解立體圖。藉由引用上述說明，省略或簡略對於與上述實施形態相同的構成以及效果。
在圖17中，定子鐵心9具有在定子13的軸向隔著線圈19相對的複數個鐵心20E、40E。對於定子單元14E，磁軛21、41的形狀與第二實施形態中的定子單元14A不同。
圖17所示磁軛21在軸向視下具有圓環形狀，並且在軸向具有規定的厚度。磁軛21具有大致環狀的第一磁軛部24以及與另一鐵心40接觸的第二磁軛部25。在圖17所示例子中，第一磁軛部24為大致環狀的磁軛21的外周部分，第二磁軛部25為大致環狀的磁軛21的內周部分。
圖17所示磁軛41在軸向視下具有圓環形狀，並且在軸向具有規定的厚度。磁軛41具有大致環狀的第一磁軛部44以及與另一鐵心20接觸的第二磁軛部45。在圖17所示例子中，第一磁軛部44為磁軛21的大致環狀部分，第二磁軛部45為自第一磁軛部44朝向另一鐵心20以規定量突出的圓筒狀部分。圓筒狀的第二磁軛部45的外側面與第二磁軛部25(大致環狀的磁軛21的內周部分)接觸或接近。
圖18是顯示圖14的箭視A-A中的磁軛的第一構成例的剖面圖，舉例顯示了第二磁軛部45與第一磁軛部44一體形成的方式。圖19是顯示圖14的箭視A-A中的磁軛的第二構成例的剖面圖，舉例顯示了第二磁軛部45與第一磁軛部44分別形成的方式。同樣，第一磁軛部24和第二磁軛部25亦可以一體形成或分別形成。對於圖14之外的其他實施形態，第一磁軛部和第二磁軛部亦可以一體形成或分別形成。
以上，說明了實施形態，但是應理解為不超過申請專利範圍的主旨以及範圍，可以對方式以及詳細進行各種變更。與其他的實施形態的一部分或全部的組合、置換等的各種變形以及改良是可能的。
例如，在磁軛部中，在存在於軸向相對的面的情況下，優選在軸向相對的面彼此不接觸，或者相對於在軸向大致平行的磁軛面間的距離，將在軸向相對的面間的距離設定為較長。由此，即使軸向的尺寸誤差較大，亦能夠吸收其誤差。
例如，在上述實施形態中，馬達1為轉子10配置於定子13的徑向的外側的外轉子型的爪極式馬達。但是，本發明的旋轉電機亦可以應用於轉子配置於定子的徑向的內側的內轉子型的爪極式馬達。在內轉子型的情況下，旋轉電機包括構成為旋轉自如的大致圓柱狀的轉子、以及配置於該轉子的徑向的外側且包圍該轉子的旋轉軸心的大致環狀的定子。
本國際申請要求基於2020年5月11日申請的日本專利申請第2020-083123號的優先權，並且在本國際申請中引用日本專利申請第2020-083123號的全部內容。
1:馬達 8:插入孔 9:定子鐵心 10:轉子 11:轉子鐵心 12:永久磁鐵 13:定子 14~16:定子單元 17，18:非磁性體層 19:線圈 19a:外周部 19b:內周部 20、40:鐵心 21、41:磁軛 22、42:爪磁極 23、43:中心孔 24、44:第一磁軛部 24a、44a:內周面 24b、44b:外周面 25、45:第二磁軛部 26a、26b、26c、26d、46a、46b、46c、46d:內齒 27、28、47、48:爪磁極部 29、30、49、50:磁軛面 31、51:外周面 52:寬度中心 AX:旋轉軸心 L1、L2:線
圖1是顯示第一實施形態中的旋轉電機之一例的立體圖。 圖2是顯示第一實施形態中的定子之一例的立體圖。 圖3是顯示第一實施形態中的定子單元之一例的立體圖。 圖4是顯示第一實施形態中的定子單元之一例的分解立體圖。 圖5是以軸向視顯示第一實施形態中的鐵心之一例的俯視圖。 圖6是顯示第二實施形態中的定子單元之一例的立體圖。 圖7是顯示第二實施形態中的定子單元之一例的分解立體圖。 圖8是以軸向視顯示第二實施形態中的鐵心之一例的俯視圖。 圖9是顯示第三實施形態中的定子單元之一例的立體圖。 圖10是顯示第三實施形態中的鐵心之一例的立體圖。 圖11是顯示第四實施形態中的定子單元之一例的立體圖。 圖12是以軸向視顯示第四實施形態中的一個鐵心之一例的俯視圖。 圖13是以軸向視顯示第四實施形態中的另一個鐵心之一例的俯視圖。 圖14是顯示第五實施形態中的定子單元之一例的立體圖。 圖15是顯示第五實施形態中的鐵心之一例的立體圖。 圖16是以軸向視顯示第五實施形態中的鐵心之一例的俯視圖。 圖17是顯示第六實施形態中的定子單元之一例的分解立體圖。 圖18是顯示圖14的箭視A-A中的磁軛的第一構成例的剖面圖。 圖19是顯示圖14的箭視A-A中的磁軛的第二構成例的剖面圖。
9:定子鐵心
14:定子單元
19:線圈
19a:外周部
19b:內周部
20、40:鐵心
21、41:磁軛
22、42:爪磁極
23、43:中心孔
24、44:第一磁軛部
24a、44a:內周面
24b、44b:外周面
25、45:第二磁軛部
26a、26b、26c、26d、46a、46b、46c、46d:內齒
27、28、47、48:爪磁極部
29、30、49、50:磁軛面
31、51:外周面

Claims (10)

  1. 一種旋轉電機，包括：轉子，其為大致圓筒狀或大致圓柱狀，且構成為旋轉自如；以及定子，其為大致環狀，該定子配置於該轉子的徑向且包圍該轉子的旋轉軸心，該定子具有：線圈，其在該旋轉軸心的周圍捲繞成大致環狀；以及定子鐵心，其以包圍該線圈的周圍的方式設置，並且由壓粉磁心形成；且該定子鐵心具有在該定子的軸向隔著該線圈相對的複數個鐵心，該複數個鐵心分別具有：磁軛，其與該複數個鐵心中的另一鐵心接觸或接近；以及一個或複數個爪磁極，其自該磁軛朝向該轉子在該徑向突出；且該複數個鐵心中的一個鐵心的該一個或複數個爪磁極以與該一個鐵心的該磁軛接觸或接近的該另一鐵心的爪磁極在該定子的周向交替排列的方式形成，該磁軛具有與該軸向大致平行的至少一個磁軛面，該一個鐵心之該磁軛面包含在該周向與該另一鐵心之該磁軛面接觸之面。
  2. 一種旋轉電機，包括：轉子，其為大致圓筒狀或大致圓柱狀，且構成為旋轉自如；以及 定子，其為大致環狀，該定子配置於該轉子的徑向且包圍該轉子的旋轉軸心，該定子具有：線圈，其在該旋轉軸心的周圍捲繞成大致環狀；以及定子鐵心，其以包圍該線圈的周圍的方式設置，並且由壓粉磁心形成；且該定子鐵心具有在該定子的軸向隔著該線圈相對的複數個鐵心，該複數個鐵心分別具有：磁軛，其與該複數個鐵心中的另一鐵心接觸或接近；以及一個或複數個爪磁極，其自該磁軛朝向該轉子在該徑向突出；且該複數個鐵心中的一個鐵心的該一個或複數個爪磁極以與該一個鐵心的該磁軛接觸或接近的該另一鐵心的爪磁極在該定子的周向交替排列的方式形成，該磁軛具有與該軸向大致平行的至少一個磁軛面，該一個鐵心之該磁軛面包含在該徑向與該另一鐵心之該磁軛面接觸之面。
  3. 一種旋轉電機，包括：轉子，其為大致圓筒狀或大致圓柱狀，且構成為旋轉自如；以及定子，其為大致環狀，該定子配置於該轉子的徑向且包圍該轉子的旋轉軸心，該定子具有：線圈，其在該旋轉軸心的周圍捲繞成大致環狀；以及 定子鐵心，其以包圍該線圈的周圍的方式設置，並且由壓粉磁心形成；且該定子鐵心具有在該定子的軸向隔著該線圈相對的複數個鐵心，該複數個鐵心分別具有：磁軛，其與該複數個鐵心中的另一鐵心接觸或接近；以及一個或複數個爪磁極，其自該磁軛朝向該轉子在該徑向突出；且該複數個鐵心中的一個鐵心的該一個或複數個爪磁極以與該一個鐵心的該磁軛接觸或接近的該另一鐵心的爪磁極在該定子的周向交替排列的方式形成，該磁軛具有與該軸向大致平行的至少一個磁軛面，該一個鐵心之該磁軛面包含在該周向與該另一鐵心之該磁軛面接觸之面，以及在該徑向與該另一鐵心之該磁軛面接觸之面。
  4. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，該磁軛面的該軸向的長度超過該磁軛的該軸向的長度的一半。
  5. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，該一個鐵心與該另一鐵心僅在該磁軛面接觸或接近。
  6. 如請求項4之旋轉電機，其中，該一個鐵心與該另一鐵心在該磁軛面接觸或接近。
  7. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中， 在該軸向的俯視中，該磁軛面位於連結該複數個爪磁極中的至少一個爪磁極的該周向的寬度中心和該轉子的旋轉軸心的線之上。
  8. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，該複數個鐵心的形狀彼此相同。
  9. 如請求項1至3中任一項之旋轉電機，其中，該磁軛具有在該周向等間隔配置且在該周向寬度相等的複數個內齒，將該複數個爪磁極的各個爪磁極的該周向的寬度中心與該複數個內齒中最接近該寬度中心的內齒的該周向的端之間的該周向的角度設定為θ α ，將該複數個爪磁極的數量設定為n，將該複數個內齒的各自的該周向的兩端之間的該周向的角度設定為θ β，將該複數個內齒的數量設定為N時，θα=180/(2×n)以及θ β=360/(2×N)成立。
  10. 如請求項9之旋轉電機，其中，n與N相等，或者為N的倍數。
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