CN102655363A - 旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种旋转电机,该旋转电机具备转子铁心、定子、励磁磁轭以及励磁绕组。转子铁心被固定于具有用于形成磁路的磁性体的旋转轴,且具有磁凸极。定子具有齿和以集中卷绕的方式缠绕于该齿的定子绕组。在周方向邻接的齿之间形成有狭缝。励磁磁轭将定子以及磁性体磁连接。励磁绕组配置于旋转轴的轴向上的靠定子绕组的至少一个绕组端部的部位,通过对该励磁绕组通电而在磁凸极产生磁极。
Description
技术领域
本发明涉及旋转电机。
背景技术
例如在日本特开2008-43099号公报中提出有如下的旋转电动机:从转子省略永磁铁,并代替永磁铁而使用励磁绕组对转子进行励磁。在该公报的旋转电动机中,将励磁绕组配设在旋转轴的轴线方向上的靠定子绕组的绕组端部(线圈端部)的部位,并对该励磁绕组通电,由此形成经过旋转轴、转子(凸极部)、定子、励磁磁轭的磁回路,使得在转子的凸极部产生N极(磁极)。因此,在上述公报的旋转电动机中,即便是从转子省略了永磁铁的结构,也能够以与一般的永磁铁式同步马达同样的方式动作。
然而,在上述公报的旋转电动机中,在通过分布卷绕形成定子绕组的情况下,定子绕组的绕组端部在旋转轴的轴向上的伸出变大。在该情况下,伴随着定子绕组的绕组端部的伸出,需要使励磁绕组在旋转轴的轴线方向从定子离开。因此,上述磁回路(磁通的路径)变长,由此,存在磁回路中的磁阻变大的顾虑。
发明内容
本发明的目的在于提供能够缩短用于使转子铁心的磁凸极产生磁极的磁回路的旋转电机。
为了达成上述目的,在本发明的一个方式中,提供具备转子铁心、定子、励磁磁轭以及励磁绕组的旋转电机。上述转子铁心被固定于具有用于形成磁路的磁性体的旋转轴,且上述转子铁心具有磁凸极。上述定子具有齿和以集中卷绕的方式缠绕于该齿的定子绕组。在周方向邻接的齿之间形成有狭缝。上述励磁磁轭将上述定子与上述磁性体磁连接。上述励磁绕组配置在上述旋转轴的轴线方向上的靠上述定子绕组的至少一个绕组端部的部位,通过对上述励磁绕组通电而在上述磁凸极产生磁极。
根据以下的详细说明、和为了对本发明的特征进行说明而附加的附图能够清楚本发明的其他的特征以及优点。
特别是在所附的权利要求书中,能够清楚本发明的新的特征。参照以下示出的当前的优选实施方式的说明以及所附的附图,能够理解伴随着目的以及利益的本发明。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的旋转电动机的示意剖视图。
图2是沿着图1的2-2线的示意剖视图。
图3是第一实施方式的其他例所涉及的旋转电动机的示意剖视图。
图4是第一实施方式的其他例所涉及的旋转电动机的示意剖视图。
图5是第一实施方式的其他例所涉及的励磁磁极铁心的示意立体图。
图6是第一实施方式的其他例所涉及的旋转电动机的示意剖视图。
图7是第一实施方式的其他例所涉及的旋转电动机的示意剖视图。
图8是第一实施方式的其他例所涉及的转子的示意剖视图。
图9是第一实施方式的其他例所涉及的转子的示意剖视图。
图10是第一实施方式的其他例所涉及的旋转电动机的示意剖视图。
图11A是本发明的第二实施方式所涉及的旋转电动机的示意剖视图。
图11B是图11A的转子的主视图。
图12A是沿着图11A的12A-12A线的示意剖视图。
图12B是转子从图12A的状态旋转后的状态的示意剖视图。
图13是参考例的旋转电动机的示意剖视图。
图14是示出径向力的变化的曲线图。
图15是第二实施方式的其他例所涉及的旋转电机的与图12B对应的示意剖视图。
图16是第二实施方式的其他例所涉及的旋转电动机的示意剖视图。
图17是将本发明的第三实施方式所涉及的旋转电动机以局部分解的状态示意性地示出的立体图。
图18是将图17的旋转电动机示意性地示出的剖视图。
图19是将本发明的第四实施方式所涉及的旋转电动机示意性地示出的图。
图20是将图19的旋转电动机的一部分示意性地示出的立体图。
图21A~21D是将第三以及第四实施方式的其他例的励磁磁极铁心示意性地示出的侧视图。
图22是将第三以及第四实施方式的其他例的旋转电动机的一部分示意性地示出的剖视图。
图23是本发明的第五实施方式所涉及的旋转电动机的侧剖视图。
图24是图23的铁心轭铁、定子铁心、转子铁心、以及轴的总剖视图。
图25是图23的励磁铁心的主视图。
图26是本发明的第六实施方式所涉及的旋转电动机的局部侧剖视图。
图27是第五以及第六实施方式的其他例的励磁铁心的主视图。
图28是本发明的第七实施方式所涉及的旋转电动机的侧剖视图。
图29是图28的旋转电动机的纵剖视图。
图30是将图28的旋转电动机的一部分放大示出的侧剖视图。
图31A是从一端开口部侧观察图28的电枢线圈用线圈骨架的立体图。
图31B是从另一端开口部侧观察图28的电枢线圈用线圈骨架的立体图。
图32是将本发明的第八实施方式所涉及的旋转电动机示意性地示出的分解立体图。
图33是图32的旋转电动机的纵剖视图。
图34是示出图32的旋转电动机中的励磁磁通的流动的纵剖视图。
图35是图32的旋转电动机的主要部分放大图。
图36是第八实施方式的其他例的旋转电动机的主要部分放大图。
图37是将第八实施方式的其他例的旋转电动机示意性地示出的分解立体图。
图38是图37的旋转电动机的纵剖视图。
图39是本发明的第九实施方式所涉及的旋转电动机的侧剖视图。
图40是图39的铁心轭铁、定子、以及转子的纵剖视图。
图41是本发明的第十实施方式所涉及的旋转电机的侧剖视图。
图42是第九以及第十实施方式的其他例的旋转电动机的侧剖视图。
图43是第九以及第十实施方式的其他例的旋转电动机的侧剖视图。
图44是第九以及第十实施方式的其他例的旋转电动机的侧剖视图。
图45是将本发明的第十一实施方式所涉及的旋转电动机示意性地示出的截面处的分解立体图。
图46是将图45的旋转电动机的转子、定子、励磁磁轭示意性地示出的纵剖视图。
图47是将图45的旋转电动机示意性地示出的纵剖视图。
图48A是用于对第十一实施方式的其他例的励磁磁极铁心的制造工序进行说明的平面图。
图48B是图48A的励磁磁极铁心的平面图。
图49A是用于对第十一实施方式的其他例的励磁磁极铁心的制造工序进行说明的平面图。
图49B是图49A的其他例的励磁磁极铁心的平面图。
图50A是将第十一实施方式的其他例的旋转电动机示意性地示出的局部分解立体图。
图50B是将图50A的旋转电动机示意性地示出的局部剖视图。
图51是本申请的第十二实施方式所涉及的旋转电动机的侧剖视图。
图52是图51的铁心轭铁、定子铁心、转子铁心以及轴的纵剖视图。
图53是图51的旋转电动机的局部侧剖视图。
图54是本发明的第十三实施方式所涉及的旋转电动机的局部侧剖视图。
图55是第十二以及第十三实施方式的其他例的旋转电动机的局部侧剖视图。
图56是第十二以及第十三实施方式的其他例的旋转电动机的局部侧剖视图。
具体实施方式
以下,根据图1以及图2对将本发明具体化为三相旋转电动机的第一实施方式进行说明。
如图1所示,作为旋转电机的旋转电动机10具备:转子(旋转部件)11;定子(固定部件)12,该定子12配置在转子11的外侧;励磁磁轭13,该励磁磁轭13设置在定子12的外侧;以及励磁绕组14,该励磁绕组14对转子11进行励磁。励磁磁轭13作为旋转电动机10的壳体发挥功能,该励磁磁轭13具有:圆筒部13a,该圆筒部13a与定子12的外周对置;以及一对圆板部13b,这一对圆板部13b被固定在圆筒部13a的两端。
转子11具有转子铁心16,该转子铁心16被固定于旋转轴15而能够与旋转轴15一体旋转,并且,旋转轴15以贯通圆板部13b的状态由圆板部13b经由轴承17支承,使得该旋转轴15能够旋转。旋转轴15由磁性材料形成,作为用于沿着轴线方向形成磁路的磁性体发挥功能。在以下的说明中,“径向”表示与旋转轴15的轴线方向正交的方向,“轴向”表示旋转轴15的轴线方向。
如图2所示,在转子铁心16,以在周向隔开一定间隔的方式形成有沿径向突出的多个突部,各突部构成磁凸极18。所谓“磁凸极”意味着磁通容易从转子11的内侧朝外表面流动的部分。在本实施方式中,磁凸极18设置有八个,各磁凸极18遍及转子铁心16的轴向全长延伸设置。另外,在本实施方式中,在周向上的各磁凸极18之间,分别形成有空间。如图1所示,转子铁心16通过层叠多片(例如几十片)电磁钢板而构成,轴向的磁阻大于径向以及周向的磁阻。因此,在转子铁心16内,磁通难以沿着轴向流动,而易于沿着径向以及周向流动。
并且,定子12通过层叠多片电磁钢板而形成为大致圆筒状,定子12的径向以及周向的磁阻小于轴向的磁阻。因此,在定子12内,磁通易于沿着定子12的周向以及径向流动,而难以沿着轴向流动。
如图2所示,在定子12的内侧的部位等间隔地设置有狭缝20,以便在周向以一定间隔形成有多个齿19。在本实施方式中,齿19以及狭缝20分别设置有十八个。
在齿19,作为定子绕组21,分别以集中卷绕的方式缠绕有U相绕组21u、V相绕组21v、W相绕组21w。此处,集中卷绕是指将绕组集中地缠绕于各齿19的构造,能够针对各齿19直接缠绕绕组。因此,如图1所示,在本实施方式的定子中,不同相的绕组彼此不会重合,绕组端部(线圈端部)m在轴向上的伸出量t小。另一方面,分布卷绕是各绕组跨越多个齿19配置的构造,搭接线彼此重合,因此绕组端部(线圈端部)m在轴向上的伸出量t大。与以分布卷绕的方式进行缠绕的情况相比较,本实施方式的定子绕组21中的绕组端部m的伸出量t小大约20%~50%。
在励磁磁轭13的两个圆板部13b,以朝转子铁心16突出的方式形成有圆环状的突条13c,在突条13c嵌合固定有线圈骨架23,励磁绕组14缠绕在该线圈骨架23的外周部。即,励磁绕组14配设在靠定子绕组21的两方的绕组端部m的部位。所谓“靠绕组端部的部位”,意味着旋转轴15的轴线方向上的比齿19的端部靠旋转轴15的轴线方向的外侧的部位。突条13c以及线圈骨架23构成励磁绕组卷绕部,用于通过通电而使磁凸极18产生磁极(N极或者S极)的励磁绕组14缠绕于该励磁绕组卷绕部。在本实施方式中,励磁绕组14配置在与定子绕组21的轴向对应的位置。
在该实施方式中,当对各励磁绕组14供给电流时,在励磁磁轭13与转子铁心16之间形成有转子铁心16的磁凸极18全都为相同磁极(N极)的磁回路。详细叙述,在图1中位于左侧的一方的励磁绕组14中,以从环状的励磁绕组14的左侧进入内周侧而从右侧朝励磁绕组14的外部离开的方式产生磁通。并且,在图1中位于右侧的另一方的励磁绕组14中,以从环状的励磁绕组14的右侧进入内周侧而从左侧朝励磁绕组14的外部离开的方式产生磁通。结果,从两个励磁绕组14产生的磁通的路径成为如下的路径:在沿对置的方向进入旋转轴15内之后,从转子铁心16的内侧经过磁凸极18内部进入定子12的齿19内部,并经过励磁磁轭13的圆筒部13a以及圆板部13b再次进入旋转轴15内。这样,定子12以及旋转轴15由励磁磁轭13磁连接(连结)。
其次,对旋转电动机10的作用进行说明。
旋转电动机10在U相绕组21u、V相绕组21v、W相绕组21w连接于三相变换器,励磁绕组14连接于直流电源的状态下使用。进而,利用控制装置对从三相变换器输出的控制电流量和从直流电源朝励磁绕组14供给的电流量进行控制。
当对励磁绕组14供给直流电时,形成有从励磁绕组14产生的磁通(磁力线)如图1中以虚线的箭头所示以励磁磁轭13的圆板部13b→旋转轴15→转子铁心16→磁凸极18→定子12→励磁磁轭13的圆筒部13a→励磁磁轭13的圆板部13b的路径经过的磁回路。结果,在对励磁绕组14供给励磁电流的状态下,转子11为单极。即,如图2所示,在转子铁心16形成有多个的磁凸极18的靠定子12的端部全都为N极,定子12成为单极。
另一方面,对定子12的U相绕组21u、V相绕组21v、W相绕组21w依次供给规定频率的三相交流电从而在定子12产生旋转磁场,旋转磁场作用于转子11。进而,借助旋转磁场与磁凸极18的磁通之间的磁引力以及磁斥力,定子11与旋转磁场同步地旋转。并且,通过对朝励磁绕组14供给的电流量进行调整,能够对所生成的磁通量进行调整。因此,通过对朝励磁绕组14供给的电流量进行调整,能够进行所谓的“弱励磁控制”、“强励磁控制”等自如的励磁磁通控制。
根据该实施方式,能够得到以下所示的优点。
(1)定子绕组21(U相绕组21u、V相绕组21v、W相绕组21w)以集中卷绕的方式缠绕于齿19,能够抑制定子绕组21的绕组端部m沿轴向伸出。因此,与以分布卷绕的方式缠绕定子绕组21的情况相比较,能够将励磁绕组14接近定子12配设。因此,能够缩短由旋转轴15→转子铁心16→磁凸极18→定子12→励磁磁轭13(圆筒部13a、圆板部13b)形成的磁回路。
(2)进而,由于能够缩短在朝励磁绕组14供给直流电之际形成的、用于使个磁凸极18产生磁极的磁回路,因此能够降低磁回路中的磁阻。因而,能够抑制产生磁通的损耗,能够提高旋转电动机10的效率(输出)。即,能够降低励磁电流量、或者能够降低励磁绕组14的体积。
(3)并且,也能够抑制定子绕组21的绕组端部m在径向的伸出量变大。因此,能够抑制旋转电动机10在径向大型化。并且,在将旋转电动机10的径向的大小(励磁磁轭13的圆筒部13a的外径)保持恒定的情况下,能够减少励磁磁轭13的在径向的截面积,能够抑制经过励磁磁轭13的磁通量降低。
(14)将励磁绕组14配设在定子绕组21的靠两方的绕组端部m的部位。因此,与将励磁绕组14配设在靠一方的绕组端部m的部位的情况相比较,能够提高旋转电动机10的输出。
(5)利用磁性材料形成旋转轴,使用旋转轴作为用于形成磁回路的磁性体。因此,能够削减部件数量,能够简单地制作旋转电动机10。
实施方式并不限定于上述实施方式,例如可以按下述方式具体化。
旋转电动机10也可以形成为励磁绕组14设置在靠定子绕组21的绕组端部m中的一方的部位。例如,如图3所示,在励磁磁轭13中,仅在圆筒部13a的一端侧设置有圆板部13b,在另一端侧设置有由非磁性材料形成的支承圆板24。支承圆板24与励磁磁轭13共同构成旋转电动机10的壳体,且经由轴承17对旋转轴15的另一端进行支承。在该实施方式中,当朝励磁绕组14供给电流时,形成有磁通以励磁磁轭13的圆板部13b→旋转轴15→转子铁心16→磁凸极18→定子12→励磁磁轭13的圆筒部13a→励磁磁轭13的圆板部13b的路径经过的磁回路,各磁凸极18成为N极。在该情况下,与在圆筒部13a的两侧设置有励磁绕组14的实施方式不同,流过各磁凸极18的磁通经过圆筒部13a返回圆板部13b所需要的圆筒部13a的截面积为原来的2倍。
励磁绕组14的一部分或者全部也可以配设于在径向形成于定子绕组21与旋转轴15之间的空间S。例如,如图4以及图5所示,励磁磁轭13也可以代替圆板部13b而具备励磁磁极铁心25,该励磁磁极铁心25包括:环状部25a,该环状部25a形成为环状,且供旋转轴15插通;以及从环状部25a(旋转轴15附近的部位)朝径向外侧呈放射状地延伸的多个臂部25b。臂部25b在周向隔开一定间隔形成。励磁磁极铁心25通过层叠多片电磁钢板形成,励磁磁极铁心25的径向以及周向的磁阻小于轴向的磁阻。因此,在励磁磁极铁心25内,磁通易于沿着励磁磁极铁心25的周向以及径向流动,而难以沿着轴向流动。各臂部25b的前端部分别被固定于圆筒部13a的端部,且环状部25a的内周面以与旋转轴15的外周面对置的方式配置。在各臂部25b,以位于比定子绕组21靠径向内侧的位置的方式缠绕励磁绕组14。即,各臂部25b构成供励磁绕组14缠绕的励磁绕组卷绕部。在励磁磁轭13的两端设置有由非磁性材料形成的支承圆板26。支承圆板26与励磁磁轭13(圆筒部13a)共同构成旋转电动机10的壳体,且经由轴承17对旋转轴15的两端进行支承。在该实施方式中,当朝励磁绕组14供给电流时,如图4中以虚线箭头所示,形成有磁通以励磁磁极铁心25的臂部25b→环状部25a→旋转轴15→转子铁心16→磁凸极18→定子12→励磁磁轭13的圆筒部13a→臂部25b的路径经过的磁回路,各磁凸极18成为N极。由此,能够缩短用于使各磁凸极18产生磁极(N极或者S极)的磁回路(磁通的路径),能够进一步减小磁阻。并且,即便是在增加各励磁绕组14的匝数的情况下,使励磁绕组14朝径向延伸即可。因此,能够抑制伴随着励磁绕组14的匝数增加而励磁绕组14在轴向变大、从而抑制用于使各磁凸极18产生极性的磁回路变长的情况。
磁凸极18的数量Pn和狭缝20的数量Ps的组合可以适当变更。例如,也可以是Pn=10、Ps=24等。
如图6所示,也可以是:转子铁心16由筒状铁心16a和层叠转子铁心16b构成,上述筒状铁心16a形成为圆筒状,且固定设置于旋转轴15,上述层叠转子铁心16b设置在筒状铁心16a的外周,将突条13c的前端延伸设置到筒状铁心16a的端面附近,并加厚突条13c的厚度,相应地,缩小旋转轴15的直径。磁凸极18形成于层叠转子铁心16b。并且,筒状铁心16a由一体的磁性材料形成,例如由粉末成型磁性体(SMC:Soft magnetic Composites)形成。粉末成型磁性体的磁阻小于层叠转子铁心16b、旋转轴15的材质的磁阻。在该情况下,在励磁绕组14产生的磁通与旋转轴15相比易于在筒状铁心16a内流动,与磁通流经旋转轴15的情况相比较,磁回路(磁通的路径)变短。结果,能够降低励磁电流量、或者能够降低励磁绕组14的体积。并且,在层叠转子铁心16b内,磁通难以沿轴向流动,而易于沿径向以及周向流动,与此相对,在筒状铁心16a内,磁通比在层叠转子铁心16b内易于沿轴向流动。因此,与不存在筒状铁心16a的结构相比较,磁通的路径易于分散于构成层叠转子铁心16b的所有的电磁钢板而进行流动。
如图7所示,也可以是:旋转轴15由包括内周侧部位和具有比内周侧部位的磁阻小的磁阻的外周侧部位的双重构造形成。在该情况下,当朝励磁绕组14供给电流而从励磁绕组14产生的磁通朝转子铁心16流动之际,磁通流经磁阻小的旋转轴15的外周侧部位,因此磁回路(磁通的路径)变短。结果,能够降低励磁电流量、或者能够降低励磁绕组14的体积。在该情况下,旋转轴15的外周侧部位成为磁性体。该情况下的磁性体例如可以考虑粉末成型磁性体、铁块等。
如图7所示,也可以是:在旋转电动机10设置专用的壳体27,利用该专用的壳体27经由轴承17对旋转轴15进行支承。在该情况下,励磁磁轭13的圆板部13b的形状变得简单。并且,与励磁磁轭13也作为壳体27发挥功能的情况相比较,壳体27的形状、材质的自由度变大。在图7中图示出旋转轴15为双重构造的情况,但并不限于双重构造的情况。
转子铁心16的形状并不限于具有用于形成磁凸极18的突部的形状。例如,如图8所示,也可以是:作为转子铁心16,利用磁性材料形成以一定间隔具有突部的形状的部分,并在突部之间埋入非磁性材料28而整体形成为平坦的形状。并且,如图9所示,也可以是:仅使突部的前端与邻接的突部的前端相连,突部实质上成为磁凸极18。
转子铁心16通过层叠电磁钢板而形成,但也可以利用铁块、粉末成型磁性体形成。
如图10所示,也可以是:使旋转轴15的直径在由轴承17支承的支承部变细。在该情况下,能够实现轴承17的小径化。
也可以是:不设置线圈骨架23,而是将励磁绕组14直接缠绕于突条13c的外周,将突条13c形成为励磁绕组卷绕部。
也可以是:U相绕组21u、V相绕组21v、以及W相绕组21w并非在一个狭缝20分别收纳有两条定子绕组21的一部分,而是在一个狭缝20收纳有一条定子绕组21的一部分。
在转子11为单极的情况下,各磁凸极18的与定子12对置的端部也可以并不是全都为N极,而是全都为S极。
也可以是:磁凸极18并不遍及转子铁心16的全长延伸设置,而是形成得比全长短。
旋转电动机10并不限于由三相交流电驱动的旋转电动机,也可以是由单相交流电、双相交流电、或者是四相以上的多相交流电驱动的旋转电动机。
也可以将旋转电动机10应用于外转子型的旋转电动机。
也可以将旋转电动机10应用于发电机而非电动机。
以下,根据图11A~图16对本发明的第二实施方式进行说明。另外,图11A所示的旋转电动机10的结构与第一实施方式的图1所示的结构同样。因而,在以下的说明中省略与第一实施方式重复的记载。
如图11B所示,转子铁心16在周向以一定间隔形成有沿径向突出的突部,突部构成磁凸极18。在从轴向观察转子铁心16的情况下,多个磁凸极18按照以旋转轴15为中心旋转对称的方式配置。
在从轴向观察定子12的情况下,齿19以及狭缝20按照以旋转轴15为中心旋转对称的方式配置。在第二实施方式中,与第一实施方式同样,齿19以及狭缝20分别设置有十八个。因而,在将转子铁心16的磁凸极18的数量设定为Pn、将定子12的狭缝20的数量设定为Ps的情况下,Pn=8、Ps=18,Pn以及Ps具有1以外的公约数,且满足Pn∶Ps为4∶9。
U相绕组21u、V相绕组21v、W相绕组21w在图12A以及图12B中沿顺时针方向按照U相、V相、W相的顺序、且以缠绕有相同相的绕组的齿19三个三个地邻接的方式缠绕于齿19。即,构成定子绕组的U相绕组21u、V相绕组21v、W相绕组21w的相配置设定成以旋转轴15为中心旋转对称。
其次,对以上述方式构成的第二实施方式的旋转电动机10的作用进行说明。
如图12A所示,以A表示的呈180度的机械角的一对磁凸极18分别以与分别缠绕有U相绕组21u的邻接的三个齿19中的中央的齿19对置的方式配置。分别呈180度的机械角的其他三对磁凸极18与齿19之间的位置关系也针对每对都形成为相同状态。详细叙述,以B表示的一对磁凸极18分别以与分别缠绕有V相绕组21v的邻接的三个齿19中的、靠缠绕有U相绕组21u的齿19的齿19对置。以C表示的一对磁凸极18分别以与分别缠绕有V相绕组21v的邻接的三个齿19中的、靠缠绕有W相绕组21w的齿19的齿19,以及分别缠绕有W相绕组21w的邻接的三个齿19中的、靠缠绕有V相绕组21v的齿19的齿19对置。以D表示的一对磁凸极18分别以与分别缠绕有W相绕组21w的邻接的三个齿19中的、靠缠绕有U相绕组21v的齿19的齿19对置。因而,在该状态下,分别作用于呈180度的机械角的以A、B、C、D表示的一对磁凸极18的径向的力针对每一对磁凸极18都相同,施加于旋转轴15的径向力处于平衡的状态。
并且,当从图12A所示的状态开始转子11旋转了任意角度的情况下,例如在图12B所示的状态中,呈180度的机械角的以A、B、C、D表示的各一对的磁凸极18中的各对磁凸极18与齿19以及定子绕组的相配置之间的位置关系也针对每一对磁凸极18都相同,施加于旋转轴15的径向力处于平衡的状态。
另一方面,即便磁凸极18、齿19分别以旋转轴15为中心以旋转对称的方式配置、且定子绕组的相配置也以旋转轴15为中心以旋转对称的方式设定,在磁凸极18的数量Pn与定子12的狭缝20的数量Ps并不具有1以外的公约数的情况下,施加于旋转轴15的径向力不平衡。
例如,图13中示出Pn=5、Ps=12的情况。磁凸极18以360/5度旋转对称,齿19(相配置)以360/2度旋转对称,但Pn与Ps并不具有1以外的公约数。在图13所示的状态中,以A、B、C、D、E示出的各磁凸极18与缠绕有U相绕组21u、V相绕组21v、以及W相绕组21w的齿19之间的位置关系彼此不同,施加于旋转轴15的径向力不平衡。
图14中示出Pn=8、Ps=18的情况(8凸极18狭缝的情况)下,和Pn=5、Ps=12的情况(5凸极12狭缝的情况)下施加于旋转轴15的径向力的模拟结果。在图14中,表示径向力的纵轴的值表示相对于径向力的平均值的相对值,1.0为平均值。
如图14所示,在第二实施方式的旋转电动机10即8凸极18狭缝的情况下,能够确认:遍及电角0~360度的范围径向力均为0,即在旋转轴15并未作用有朝向确定方向的径向力,即不存在施加于旋转轴15的径向力的不平衡。另一方面,在图13所示的比较例、即5凸极12狭缝的情况下,能够确认:在电角0~360度的范围中,朝向确定方向的径向力以60度周期变动。
根据该实施方式,能够得到以下所示的优点。
(6)旋转电动机10具备转子11和定子12。转子11被固定于旋转轴15而能够与旋转轴15一体旋转,且具有转子铁心16。在转子铁心16,在周向以一定间隔形成有磁凸极18。定子12形成为筒状且配置在转子铁心16的外周侧。在定子12的内周面,以一定间隔形成有以集中卷绕的方式缠绕有定子绕组的齿19。并且,旋转电动机10具备:励磁磁轭13,该励磁磁轭13设置于定子12的外周;以及励磁绕组14,该励磁绕组14用于使转子形成单极的磁回路。磁凸极18以及齿19分别以旋转对称的方式配置,定子绕组的相配置设定成旋转对称的方式,并且,磁凸极18的数量Pn与定子12的狭缝20的数量Ps具有1以外的公约数。因而,能够消除施加于旋转轴15的径向力的不平衡。
(7)定子绕组(U相绕组21u、V相绕组21v、W相绕组21w)由三相交流电流励磁。因而,产生用于使转子铁心16产生扭矩的旋转磁场的结构与一般使用的三相旋转电动机相同,结构简单。
(8)在旋转电动机10中,磁凸极18的数量Pn为8,定子12的狭缝20的数量Ps为18。因此,Pn以及Ps具有1以外的公约数,并且Pn∶Ps满足4∶9。因而,扭矩平衡良好。
(9)由于励磁绕组14分别设置于励磁磁轭13的两端部,因此能够缩小为了在各磁凸极18顺畅地流过期望的量的磁通所需要的圆筒部13a的截面积,有助于旋转电动机10的小型化。
(10)励磁绕组卷绕部通过将线圈骨架23嵌合固定于形成在圆板部13b的圆环状的突条13c而构成。因而,能够将缠绕有励磁绕组14的线圈骨架23固定于突条13c,与将励磁绕组14直接缠绕于突出设置于圆板部13b的突条13c的情况相比较,励磁绕组14的缠绕作业变得简单。
第二实施方式并不限定于上述情况,例如也可以按照下述方式具体化。
只要磁凸极18、齿19分别以旋转对称的方式配置,定子绕组的相配置设定成旋转对称的方式,且磁凸极18的数量Pn以及定子12的狭缝的数量Ps具有1以外的公约数即可,磁凸极18的数量Pn与狭缝20的数量Ps之间的组合并不限于Pn=8、Ps=18。例如,在图13所示的磁凸极18的数量Pn为5、狭缝20的数量Ps为12的旋转电动机10中,Pn以及Ps并不具有1以外的公约数,施加于旋转轴15的径向力变得不平衡,但是,如果形成为Pn以及Ps具有1以外的公约数的组合,则能够消除施加于旋转轴15的径向力的不平衡。例如,若使Pn=10、Ps=24,以便使得Pn以及Ps具有1以外的公约数,则如图15所示,分别作用于呈180度的机械角的以A、B、C、D、E表示的一对磁凸极18的径向的力针对每一对磁凸极18都相同,施加于旋转轴15的径向力成为平衡状态。
磁凸极18的数量与狭缝20的数量Ps之间的组合并不限于Pn=8、Ps=18以及Pn=10、Ps=24,例如,只要Pn以及Ps具有1以外的公约数,并且Pn∶Ps满足1∶3、2∶3、4∶3、4∶9、5∶3、5∶6、5∶9、5∶12、8∶9、8∶15、8∶21中的任一个即可。通过以这种方式构成旋转电动机10,易于将磁凸极、齿分别以旋转轴为中心以旋转对称的方式配置,并且易于将定子绕组的相配置设定成以旋转轴为中心旋转对称。但是,其中,Pn∶Ps为1∶3、4∶3、5∶3、5∶6、5∶9、8∶9、8∶15、8∶21的组合的扭矩变动大。因而,优选为扭矩平衡性也良好的Pn∶Ps为2∶3、4∶9、5∶12中的任一个组合。
旋转电动机10也可以按照与在第一实施方式中说明了的图3、图6~图10的结构同样的方式构成。
转子铁心16、16b通过层叠电磁钢板而形成,但也可以由铁块、SMC形成。
缠绕于齿19的U相绕组21u、V相绕组21v、以及W相绕组21w的配置并不限于分别缠绕有绕组的齿19分别被分成两个组(以360/2度旋转对称)的结构。例如,如图16所示,在Pn=10、Ps=24的旋转电动机10中,也可以形成为分别缠绕有绕组的齿19分别被分成四个组(以360/4度旋转对称)的结构。
也可以并不设置线圈骨架23,而将励磁绕组14直接缠绕于突条13c的外周,以突条13c作为励磁绕组卷绕部。
也可以是:U相绕组21u、V相绕组21v以及W相绕组21w并非在一个狭缝20分别收纳有两条定子绕组的一部分,而是在一个狭缝20收纳有一条定子绕组的一部分。
在转子11为单极的情况下,各磁凸极18的与定子12对置的端部也可以并不是全都为N极,而是全都为S极。
也可以是:磁凸极18并不遍及转子铁心16的全长延伸设置,而是形成得比全长短。
旋转电动机10并不限于由三相交流电驱动的旋转电动机,也可以是由单相交流电、双相交流电、或者是四相以上的多相交流电驱动的旋转电动机。
也可以将旋转电动机10应用于发电机而非电动机。
以下,根据图17以及图18对将本发明具体化了的第三实施方式进行说明。
如图17以及图18所示,作为旋转电动机的马达111具备:作为软磁性体的大致圆柱状的轴(旋转轴)112,该旋转轴112由软磁性材料(例如铁、硅钢等)形成。在第三实施方式中,轴112整体形成第一磁性体。该轴112经由轴承113组装于分别覆盖马达111的两端的各壳体部件114a、114b,且被支承为相对于该各壳体部件114a、114b能够绕轴112的轴线L旋转。另外,在第三实施方式的各壳体部件114a、114b设置有在沿着轴112的轴线L的方向贯通各壳体部件114a、114b的未图示的多个通气孔。
在轴112固定有作为旋转部件的转子(转子铁心)115。该转子115构成为能够绕轴112的轴线L与轴112一体旋转。并且,轴112的外周面与转子115的内周面密接。因此,轴112与转子115磁连结。转子115通过在沿着轴线L的方向层叠由软磁性材料形成的多片钢板而构成。因此,在转子115内,磁通比沿着轴线L的方向流动更易于沿着与轴线L正交的转子115的直径方向以及周向流动。
在转子115的外周面,以朝该转子115的直径方向外侧突出的方式形成有呈大致立方体状的多个(在第三实施方式中为五条)作为磁凸极的转子齿116。转子齿116以沿周向将转子115的外周面等间隔(在第三实施方式中为72°间隔)分割的方式形成,并且,各转子齿116的前端面均位于同一周面上。并且,各转子齿116遍及沿着轴线L的转子115的整个宽度形成。换言之,也可以理解成:第三实施方式的转子齿116是通过从转子115的外周面朝轴112设置沿着轴112的轴线L延伸的凹部而形成的。这样,第三实施方式的转子115形成为并不具备永磁铁的结构。
在转子115的周围,以围绕该转子115的方式配设有圆环状的定子(固定部件)117。定子117在其内周面侧具备定子铁心118,该定子铁心118通过在沿着轴线L的方向层叠由软磁性材料形成的多片钢板而构成。因此,在定子铁心118内,磁通比沿着轴112的轴线L的方向更易于沿着与该轴线L正交的定子铁心118的直径方向、以及周向流动。并且,定子铁心118的沿着轴线L的尺寸设定成与转子115的沿着轴线L的尺寸相同的尺寸。
并且,在定子铁心118,以从该定子铁心118的内周面朝轴112突出的方式形成有多个(在第三实施方式中为十二个)定子齿119。各定子齿119以将定子铁心118的内周面沿周向等间隔(在第三实施方式中为30°间隔)分割的方式形成。在各转子齿116的前端面(转子115的外周面)与定子齿119(定子117)的内周面之间形成有稍许间隙(例如0.7mm)。在各定子齿119卷绕(在第三实施方式中为集中卷绕)有导线,从而形成作为电枢绕组的定子绕组120。即,在第三实施方式中,在定子117中,在与转子115对置的对置面形成有定子绕组120。各定子绕组120是U相绕组、V相绕组、以及W相绕组中的任意一个,通过使各绕组流过有相位差不同的电流而使之产生旋转磁场。
并且,如前面所述,由于定子117(定子齿119)和转子115的沿着轴线L的尺寸设定成相同尺寸,因此在沿着轴线L的方向上的定子绕组120的两端部(线圈端部)比转子115的两端在沿着轴线L的方向上朝外侧突出。因而,在沿着轴线L的方向上的与定子115的两端面对应的位置形成有由定子绕组120和轴112夹着的圆环状的空间Sa(图18中示出)。
并且,在定子117配设有圆筒状的作为第二磁性体的旁路铁心(励磁磁轭)122,该旁路铁心122以沿着轴线L延伸的方式形成,且遍及整周覆盖定子铁心118的外周面。旁路铁心122有粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。并且,定子铁心118的外周面和旁路铁心122的内周面密接。因此,定子铁心118和旁路铁心122磁连结。并且,在旁路铁心122的沿着轴线L的方向上的两端的内周面设置有分别从前端面沿着轴线L的方向呈大致长方体状地切口而形成的多个(在第三实施方式中为十二个)凹部122a。在第三实施方式中,轴112、转子115、以及定子117构成主电动机部125。
在轴112(主电动机部125)的沿着轴线L的方向上的两端附近,以成对的方式配设有用于产生励磁磁通的励磁磁极126。各励磁磁极126具备励磁磁极铁心(励磁磁极磁轭)127,该励磁磁极铁心127将旁路铁心122和轴112磁连结。励磁磁极铁心127通过在沿着轴线L的方向层叠被冲裁成相同形状的多片钢板而形成。在励磁磁极铁心127形成有:固定部127a,该固定部127a形成为圆环状,用于将轴112插通于该固定部;以及多条(在第三实施方式中为十二条)作为第三磁性体的臂部127b,该臂部127b从该固定部127a沿与轴线L正交的方向、且从轴线L朝向外侧呈放射状(辐条状)地延伸。各臂部127b以将固定部127a的外周面等间隔(在第三实施方式中为30°间隔)地分割的方式配置。并且,各臂部127b的位于与轴线L正交的方向上的外侧的前端部(外侧端)相互并不连结而是处于敞开状态。并且,在各臂部127b的靠轴112(固定部127a)的部位分别卷绕有导线而形成励磁绕组129。从轴线L到各励磁绕组129的位于与该轴线L正交的方向上的外侧的端部为止的尺寸均设定成相同尺寸,并且设定成小于从轴线L到定子绕组120的内周面为止的尺寸。
励磁磁极126相对于主电动机部125(定子117)以将励磁磁极铁心127的各臂部127b的前端部***于形成在旁路铁心122的两端部的凹部122a的方式组装。在将励磁磁极铁心127组装于定子117后的状态下,各臂部127b的前端部(前端面)相对于旁路铁心122密接,各臂部127b(励磁磁极铁心127)与旁路铁心122(定子117)磁连结。并且,在励磁磁极铁心127的固定部127a插通有轴112。固定部127a的内周面和轴112的外周面以相互平行的方式对置配置,并且在两个周面之间形成有稍许间隙(例如0.3mm)。在第三实施方式中,固定部127a的内周面形成为空隙面127g。这样,在第三实施方式中,励磁磁极铁心127以空隙面127g与轴112的外周面相对(对置)的方式配设。因而,励磁磁极铁心127(各臂部127b)与轴112经由空隙面127g磁连结。并且,能够理解:第三实施方式的各臂部127b通过层叠多片以将轴112和旁路铁心122磁连结的方式延伸的钢板而形成。
并且,在将励磁磁极铁心127组装于定子117后的状态下,励磁绕组129配置于与转子115对应的位置,并且形成为***于空间Sa的状态。即,励磁绕组129和转子115在比定子绕组120靠定子铁心118的径向内侧(转子115侧)的位置对置。并且,在将励磁磁极铁心127组装于定子117后的状态下,在各臂部127b之间,以由各臂部127b和旁路铁心122围绕的方式形成有从轴112的端面侧观察呈大致三角形状的空间Sb(图17中示出)。
在第三实施方式的马达111中,经由该空间Sb将用于朝定子绕组120通电的未图示的导线从壳体部件114b侧朝马达111的外部引出。并且,在各励磁绕组129中,以形成有从定子117(旁路铁心122)侧朝向轴112侧的磁路(励磁磁通的流动)的方式分别流过有电流。另外,主电动机部125的在沿着轴线L的方向上的两端部由上述的壳体部件114a、114b覆盖,以使得转子115、定子117的内部、以及励磁磁极126不会露出。
其次,以朝各励磁绕组129通电之际形成的磁路(励磁磁通的流动)为中心对以上述方式构成的马达111的作用进行说明。
如图18所示,在第三实施方式的马达111中,通过使各励磁绕组129中流过电流而在各臂部127b产生的励磁磁通以朝向两个励磁磁极126的中心点相互对置的方式经过轴112(以箭头Y1示出)。进而,在各励磁绕组129中产生的励磁磁通在轴112内相互排斥(互相碰撞),并且被朝与轴112的轴线L正交的方向(转子115的直径方向)诱导(以箭头Y2示出)。经过转子115的各转子齿116后的励磁磁通经过各定子齿119进入旁路铁心122,并且被朝各励磁磁极126诱导(以箭头Y3示出)。进而,从旁路铁心122进入各励磁磁极127的臂部127b的励磁磁通经过各臂部127b并经由空隙面127g再次进入轴112(以箭头Y4示出)。
这样,在第三实施方式的马达111中,按照轴112、转子115的转子齿116、旁路铁心122、以及励磁磁极26的励磁磁极铁心127(臂部127b)的顺序经过、并再次进入轴112的方式形成有环状(圈状)的磁路(励磁磁通的流动)(以箭头Y1~Y4示出)。因此,在第三实施方式的马达111中,转子齿116借助励磁磁通而具有N极的极性。即,在第三实施方式中,转子齿116(励磁磁通)具有与永磁铁同步马达中的配设于转子的永磁铁同样的作用。
并且,在第三实施方式的马达111中,能够通过使流过各励磁绕组129的电流量增加而使励磁磁通增加,从而能够得到更大的扭矩。另一方面,在第三实施方式中,在高速旋转时,能够通过使流过各励磁绕组129的电流量减少而使励磁磁通减少,从而能够提高最大转速。即,在第三实施方式的马达111中,能够仅借助强磁场控制提高最大扭矩以及最大转速。因而,在第三实施方式的马达111中,不需要将永磁铁配设于转子115的情况下所需要的弱磁场控制,能够简化结构。
并且,在第三实施方式的马达111中,能够经由形成于各壳体部件114a、114b的通气孔,以及形成于各臂部127b之间的空间Sb将马达111外部的空气等制冷剂导入马达111的内部,能够容易地对马达111的内部(转子115、定子铁心118、以及定子绕组120等)进行冷却。
因而,根据第三实施方式,能够得到以下的优点。
(11)通过对形成于励磁磁极铁心127的各臂部127b的励磁绕组129通电,能够利用轴112、转子115的转子齿116、定子117的旁路铁心122形成磁路(励磁磁通的流动)。进而,各臂部127b形成为沿着与轴112的轴线L正交的方向延伸,并且以在各臂部127b之间形成有间隙Sb的方式配置。因此,能够经由形成于构成励磁磁极铁心127的臂部127b之间的空间Sb将制冷剂导入马达111的内部,能够容易地对马达111的内部进行冷却。并且,在第三实施方式中,能够经由形成于臂部127b之间的空间Sb将用于对形成在马达111内的绕组(定子绕组120等)进行通电的导线从励磁磁极铁心127侧引出,能够容易地进行导线的布线。
(12)特别地,在第三实施方式的马达111中,在定子117形成有定子绕组120,在欲从马达111的侧方将导线引出的情况下,需要以贯通定子铁心118、旁路铁心122的方式设置引出口。在该情况下,会造成将形成于定子铁心118、旁路铁心122的磁路局部地截断的结果,存在马达111的输出下降、转子齿116中的磁通量变得不均匀的顾虑。在第三实施方式中,通过形成为能够将用于朝形成于马达111内的绕组(定子绕组120等)通电的导线经由形成于臂部127b之间的空间Sb从壳体部件114b侧朝马达111的外部引出,能够恰当地解决这样的问题。
(13)多个臂部127b形成为从轴112朝外侧呈放射状地延伸,并且,各臂部127b的前端部并不相互连结而是呈敞开状态。因此,易于将各臂部127b之间的空间Sb形成地较大,能够使得马达111的内部的冷却、导线的布线更加容易。
(14)励磁磁极铁心127的空隙面127g(固定部127a的内周面)以与轴112的外周面相对的方式配置。因此,易于以使得经过定子117后的励磁磁通经过励磁磁极铁心127(臂部127b)并再次进入轴112的方式形成磁路。因而,能够抑制转子齿116中的励磁磁通量减少,能够得到更大的扭矩。在上述的日本特开2008-43099号公报中,并不构成为励磁磁极铁心的空隙面朝向轴112的外周面。根据该结构,与日本特开2008-43099号公报的结构相比较,易于以使得经过第二磁性体后的励磁磁通经过第三磁性体并再次进入轴的方式形成磁路。
(15)在轴112(主电动机部125)的两端侧以成对的方式配设励磁磁极126,并且,在形成于各励磁磁极126的励磁绕组129中流过有电流,以在两个励磁磁极126形成朝向彼此相对的方向的磁路(励磁磁通的流动)。因此,由于从轴112的两端侧沿相对置的方向形成有磁路,因此,在各励磁磁极126产生的励磁磁通彼此在轴112相互排斥,并且被朝转子115的直径方向的外侧(转子齿116)诱导。因而,能够提高转子115的转子齿116中的励磁磁通量,能够得到更大的扭矩。
(16)与将励磁磁极铁心127形成为圆盘状的情况相比较,能够削减磁性材料的使用量。并且,由于通过层叠钢板来形成励磁磁极铁心127,因此,与利用SMC形成的情况相比较,能够提高励磁磁极铁心127的强度。
(17)以沿着与轴线L正交的方向延伸的方式形成各臂部127b。因此,即便是在使励磁绕组129的匝数增加的情况下,只要将导线朝向各臂部127b的延伸方向按顺序卷绕即可,能够抑制伴随着励磁绕组129的直径增大而导致马达111朝沿着轴线L的方向大型化。
(18)励磁磁极126相对于定子117以将各臂部127b的前端部***于形成在旁路铁心122的两端部的凹部122a的方式组装。因此,与仅以各臂部127b的前端部与旁路铁心122的两端面接触的方式组装的情况相比较,能够增强旁路铁心122与励磁磁极铁心127(各臂部127b)之间的磁连结。
(19)在第三实施方式的马达111中,能够从转子115省略永磁铁。一般地,在永磁铁同步马达中使用的永磁铁使用稀土类磁铁等稀有性高而昂贵的永磁铁,这成为马达的制造成本增加的原因之一。与此相对,在第三实施方式的马达111中,不需要永磁铁,能够抑制马达111的成本增加。
(20)并且,在第三实施方式的马达111中,由于不使用永磁铁,因此能够抑制产生拖曳损失。并且,在永磁铁同步马达中,在进行强磁场控制、弱磁场控制的情况下,在N极和S极磁通量会变得不平衡,但在第三实施方式的马达111中,不会产生这种问题。
(21)并且,与将永磁铁配设在转子115的外周面的结构、在转子115卷绕绕组的结构相比较,不需要防止永磁铁、绕组飞散的结构(利用保护部件覆盖转子115等),能够简化转子115的结构。因而,有助于提高最大转速。
(22)在第三实施方式的马达111中,与使用永磁铁的结构不同,采用通过对各励磁绕组129通电而使之产生励磁磁通的结构。因此,在第三实施方式中,能够通过对流过各励磁绕组129的励磁电流进行控制而自由地对励磁磁通量进行调整。即,在第三实施方式的马达111中,能够借助励磁电流的控制使励磁磁通增加而提高最大扭矩,或者使励磁磁通减少而提高最大转速。特别地,在第三实施方式的马达111中,能够仅通过强磁场控制提高最大扭矩以及最大转速。因此,能够简化马达111的控制结构。
其次,根据图19以及图20对将本发明具体化了的第四实施方式进行说明。在以下的说明中,对与已经说明了的第三实施方式相同的结构、以及相同的控制内容赋予同一标号等,并省略以及简化重复的说明。另外,在第四实施方式中,励磁磁极铁心127的形状与第三实施方式不同,其他部分相同。
如图19以及图20所示,在第四实施方式的励磁磁极铁心127中,形成为大致圆环状的由软磁性材料形成的固定部127a、和各臂部127b分体形成。在固定部127a插通有轴112,并且,固定部127a的内周面相对于轴112的外周面隔开稍许间隙(例如0.3mm)对置配置。因此,固定部127a和轴112磁连结。在第四实施方式中,固定部127a的内周面成为空隙面。
并且,第四实施方式的各臂部127b通过沿着与各臂部127b所延伸的方向正交、且与轴线L正交的方向(即绕轴线L的周向)层叠由软磁性材料形成的多片钢板而形成。各臂部127b相对于固定部127a以靠轴112侧的基端部(基端面)与固定部127a的外周面密接的方式被固定,各臂部127b和固定部127a磁连结。并且,各臂部127b在与转子115(空间Sa)对置的位置(区域)具有朝转子115延伸的接近部K。并且,各臂部127b在从接近部K朝沿着轴线L的方向中的与转子115相反侧弯曲之后,在比定子绕组120靠与轴线L正交的方向上的外侧的位置,以与轴112相反侧的前端部(前端面)朝向旁路铁心122(定子117)的端面(对置)的方式再次弯曲。
进而,在接近部K卷绕有励磁绕组129。因此,励磁绕组129配置在与转子115对应的位置,并且形成为***于空间Sa的状态。即,励磁绕组129和转子115在比定子绕组120的线圈端部靠转子115的直径方向的内侧(转子115侧)的位置对置。换言之,在沿着轴线L的方向上,励磁绕组129的靠转子115侧的端部(线圈端部)位于比定子绕组120的线圈端部靠转子115侧的位置。
因而,根据第四实施方式,除了能够得到第三实施方式的优点(11)~(22)之外,还能够得到以下的优点。
(23)在各臂部127b,在与转子115(空间Sa)对应的位置以朝转子115侧接近的方式形成有接近部K,并且,在该接近部K卷绕有励磁绕组129。因此,能够利用与转子115对应的位置(区域)、即不存在形成于定子的定子绕组120的空间Sa配置励磁绕组129。因此,能够抑制各励磁绕组129朝沿着轴112的轴线的方向中的转子115的相反侧(马达111的外侧)突出,能够实现马达111的小型化。
(24)并且,各臂部127b通过层叠多片以将轴112和旁路铁心122磁连结的方式延伸的钢板而形成。因此,在第四实施方式中,仅通过层叠相同形状的钢板就能够简单地形成包括接近部K的臂部127b的整体。
另外,第四实施方式也可以按照以下方式变更。
在上述第四实施方式中,形成各臂部127b的钢板的层叠方向也可以适当变更。但是,从简单地形成臂部127b的观点出发,优选像第四实施方式这样将钢板的层叠方向设定成与各臂部127所延伸的方向正交、且与轴线L正交的方向。
在上述实施方式中,也可以将固定部127a以及各臂部127b形成为一体。同样,在上述第四实施方式中,也可以将固定部127a以及各臂部127b分体形成。
在上述第三以及第四实施方式中,也可以省略固定部127a。即,只要能够以各臂部127b的靠轴112侧的端面与轴112的外周面相对的方式固定即可。在该情况下,各臂部127b的靠轴112侧的基端面形成为空隙面127g。在该其他例中,各臂部127b构成励磁磁极铁心127。
在上述第三以及第四实施方式中,也可以适当变更臂部127b的条数。
在上述第三以及第四实施方式中,也可以将各臂部127b形成为不同的形状。以下,根据图21A~21D进行具体说明。另外,图21A~21D示出以轴112的端面为正面进行观察的状态,并且,形成为省略了壳体部件114a、转子115(转子齿116)、定子铁心118(定子齿119)、定子绕组120的图示的示意图。例如,如图21A所示,各臂部127b也可以形成为朝不与轴线L交叉的方向延伸。并且,如图21B所示,各臂部127b也可以弯曲。并且,如图21C所示,各臂部127b可以在齿117的靠旁路铁心122侧分支成多个,或者与此相反在靠固定部127a(轴112)侧分支成多个。即,各部127b只要形成为沿着与沿着轴线L的方向交叉的方向延伸即可。更具体地说,对于各臂部127b,只要从轴112的端面侧观察各臂部127b的中心线的全部、或者一部分与沿着轴112的轴线的方向交叉即可,即便中心线与轴线L不交叉也无妨。并且,各臂部127b只要能够将轴112与定子117的旁路铁心122磁连结即可,可以形成为任何形状。
在上述第三以及第四实施方式中,如图21D所示,也可以设置有将各臂部127b的位于与轴线L正交的方向的外侧的前端部(外侧端)相互连结的圆环状的连结部127c。即便形成为这种方式,也能够利用固定部127a、各臂部127b、以及连结部127c形成空间Sb。
在上述第三以及第四实施方式中,各臂部127b也可以在靠轴112(固定部127a)侧、或者在靠定子117侧以朝沿着轴线L的方向中的马达111的外侧突出的方式倾斜。
在上述第三以及第四实施方式中,也可以省略旁路铁心122的凹部122a。在该情况下,只要按照各臂部127b的前端部(外侧端)与旁路铁心122的前端面接触的方式将励磁磁极126组装于定子117即可。
在上述第三以及第四实施方式中,励磁绕组129只要形成于各臂部127b即可,也可以形成于定子117侧,或者遍及臂部127b的整体形成。并且,各励磁绕组129也可以形成于与转子115并不对应的位置,并且也可以配设在空间Sa之外。但是,从使马达111小型化的观点出发,优选按照上述第三以及第四实施方式的方式构成。
在上述第三以及第四实施方式中,也可以仅在主电动机部125(轴112)的一方侧设置励磁磁极126。即便以这种方式构成,通过对励磁绕组129通电,也能够以按顺序经过轴112、转子115的转子齿116、旁路铁心122、以及励磁磁极铁心127(各臂部127b),并再次进入轴112的方式形成环状的磁路(励磁磁通的流动)。但是,在形成为仅在一侧设置励磁磁极126的结构的情况下,存在所产生的励磁磁通的一部分并不进入转子115(转子齿116)而经过轴112的可能性,因此优选按照上述第三以及第四实施方式的方式构成。
在上述第三以及第四实施方式中,转子齿116的数量可以适当变更。并且,转子齿119的数量也可以适当变更。即,马达111并不限于构成为10极12狭缝,也可以形成为20极24狭缝等不同的结构。
在上述第三以及第四实施方式中,也可以按照分布卷绕的方式形成各定子绕组120。
在上述第三以及第四实施方式中,也可以在轴112的磁路形成部位另外配设软磁性材料。具体而言,在轴112中,遍及与成对的励磁磁极126的各空隙面127g对应的位置之间的整周配设由软磁性材料形成的圆环状的轴旁路铁心。在该情况下,轴旁路铁心可以使用涡电流损失比轴112的基部的涡电流损失小的材质。通过以这种方式构成,能够易于形成到形成于转子115的转子齿116为止的磁路(励磁磁通的流动)。因而,能够提高转子齿116中的励磁磁通量,能够得到更大的扭矩。另外,在该情况下,轴112的基部也可以由非磁性材料形成。
在上述第三以及第四实施方式中,各转子齿116的形状也可以适当变更。即,只要各转子齿116能够作为使得朝向转子115的直径方向的磁通易于通过的磁凸极发挥动能即可。
在上述第三以及第四实施方式中,旁路铁心122的形状也可以适当变更。即,旁路铁心1222只要能够将从转子115的转子齿116接收的励磁磁通朝各臂部127b诱导即可。
在上述第三以及第四实施方式中,也可以在各转子齿116之间配设由非磁性材料形成的隔离件。
在上述第三以及第四实施方式中,马达111也可以具体化为外转子型的马达。具体而言,如图22所示,在轴112,以能够与轴112一体旋转的方式固定有由软磁性材料形成的有底筒状的外转子主体(第一磁性体、励磁磁轭)130a。在外转子主体130a的内周面形成有多个转子齿(磁凸极)116。外转子主体130a、以及转子齿116构成外转子130。并且,在外转子130的内侧配设有定子131。在定子131中,在由软磁性材料形成的圆筒状的铁心(第二磁性体)132的外周面形成有多个定子齿119,并且,在各定子齿119形成有定子绕组120。并且,在铁心132的内侧,轴112经由轴承113被支承为能够绕轴线L旋转。并且,在铁心132的外周面、在比定子齿119靠外转子主体130a的底部侧的位置,形成有从铁心132朝外侧呈放射状地延伸的多条臂部(第三磁性体)127b。在该其他例中,各臂部127b构成励磁磁极铁心127。在各臂部127b分别形成有励磁绕组129,并且,在外转子主体130a的内周面中、在与臂部127b对应的位置形成有朝内侧呈带状地突出的圆环状的突出部133。各臂部127b以及突出部133通过层叠多片钢板形成。即便以这种方式构成,也能够按照通过使电流流过各励磁绕组129而产生的磁通按照各臂部127b、突出部133、外转子主体130a、转子齿116、定子齿119、以及铁心132的顺序经过,并再次进入各臂部127b的方式形成环状的磁路(励磁磁通的流动)(以箭头Ya~Yc示出)。另外,在该情况下,各臂部127b以及突出部133也可以设置在比定子齿119靠外转子主体130a的开口部侧的位置。
在上述第三以及第四实施方式中,“第三磁性体”并不限于形成为多个臂部27b,也可以形成为圆盘状。
以下,根据图23~图25对将本发明具体化为作为旋转电机的马达(旋转电动机)的第五实施方式进行说明。
如图23所示,构成马达210的外廓的圆筒状的铁心轭铁(coreback)(励磁磁轭)211由磁性材料形成,在本实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。在铁心轭铁211的两端(图23的左右端)开口边缘形成有压入凹部211a、211b。在铁心轭铁211内收纳有轴(旋转轴)212。轴212由软磁性材料(例如铁、粉末成型磁性体等)形成,且呈大致圆柱状。轴212的沿着轴线L1的方向(轴212的轴向)上的两端朝铁心轭铁211外突出。
在铁心轭铁211的内周面固定有定子220(固定部件)。定子220由被固定于铁心轭铁211的内周面的圆环状的定子铁心221和定子线圈(定子绕组)222构成。铁心轭铁211遍及整周覆盖定子铁心221的外周面,并且,定子铁心221的外周面与铁心轭铁211的内周面密接。因此,定子铁心221与铁心轭铁211磁连接。定子铁心221通过在沿着轴212的轴线L1的方向层叠多片电磁钢板构成。
如图24所示,在定子铁心221,在定子铁心221的周方向隔开相等间隔设置有朝轴212突出的多个定子齿221a。各定子齿221的前端面均位于同一周面上。如图23所示,在各定子齿221a装配有由绝缘性树脂材料形成的定子线圈用线圈骨架222b。进而,定子线圈222通过在定子线圈用线圈骨架222b卷绕由导电性的金属材料(在第五实施方式中为铜)形成的导线而形成。另外,定子线圈222设定成U相、V相以及W相中的任意一相,通过分别对其供给相位不同的电流而使其产生旋转磁场。
在定子220的内侧设置有转子230(旋转部件)。转子230具有被固定安装于轴212的转子铁心231。转子铁心231能够绕轴212的轴线L1与轴212一体旋转。轴212的外周面212a与转子铁心231的内周面密接。因此,轴212与转子铁心231磁连接。转子铁心231通过在轴212的轴向层叠由软磁性材料形成的多片电磁钢板构成。因此,在转子铁心231内,磁通与轴212的轴向相比易于沿着与轴线L1正交的转子铁心231的径向以及周方向流动。
并且,转子铁心231在轴212的轴向的长度与定子铁心221在轴232的轴向的长度相同。对于定子线圈222,线圈端部222e在轴212的轴向上从定子齿221a的端面突出。因此,轴212的轴向上的定子线圈222的线圈端部222e的两端比转子铁心231的两端朝外侧突出。并且,在铁心轭铁211内,在比一端侧的线圈端部222e更靠一端侧的位置设置有供各相的定子线圈222的搭接线(未图示)经过的搭接线区域W(在图22中以双点划线示出)。
如图24所示,转子铁心231在转子铁心231的周方向隔开相等间隔设置有多个朝径向外侧突出的作为磁凸极的转子齿231a。各转子齿231a的前端面均位于同一周面上。在各转子齿231a的前端面与定子齿221a的前端面之间形成有稍许间隙。进而,转子齿231a和定子齿221a隔着间隙磁连接。
如图23所示,在铁心轭铁211内的比定子220以及转子230靠一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第一励磁磁极241。第一励磁磁极241由圆环状的作为励磁铁心的第一励磁铁心(励磁磁轭)242、和配设在第一励磁铁心242与定子220以及转子230之间的作为励磁绕组的第一励磁线圈243构成。第一励磁铁心242由磁性材料形成,在第五实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。在第一励磁铁心242的内侧插通有轴212,在第一励磁铁心242的内周面242g与轴212的外周面212a之间形成有稍许间隙。进而,第一励磁铁心242和轴212隔着该间隙磁连接。此处,所谓“第一励磁铁心242的内周面242g”是指:与轴212对置、且与轴212磁连接的部位。
在第一励磁铁心242的端面242e固着有第一励磁线圈用线圈骨架246。在第一励磁线圈用线圈骨架246形成有从第一励磁铁心242的端面242e直到转子铁心231的一端面的近前侧沿着轴212的轴向延伸的圆筒状的第一主体部246a。并且,在第一励磁线圈用线圈骨架246形成有:圆环状的一端侧凸缘部246b,该一端侧凸缘部246b从第一主体部246a的一端开口部朝径向外侧延伸;以及圆环状的另一端侧凸缘部246c,该另一端侧凸缘部246c从第一主体部246a的另一端开口部朝径向外侧延伸到定子线圈用线圈骨架222b的靠轴212侧的面的近前侧。第一励磁线圈243通过在第一励磁线圈用线圈骨架246将由导电性的金属材料(在第五实施方式中为铜)形成的导线绕轴212的轴线L1卷绕多匝而卷成。并且,在第一励磁铁心242的与第一励磁线圈用线圈骨架246所被固着的一侧相反侧的端面242f突出设置有保持部242h,该保持部242h保持第一轴承216,该第一轴承216对轴212进行支承而使得该轴212能够旋转。
在铁心轭铁211内的比定子220以及转子230靠另一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第二励磁磁极251。第二励磁磁极251由圆环状的作为励磁铁心的第二励磁铁心(励磁磁轭)252、和配设在第二励磁铁心252与定子220以及转子230之间的作为励磁绕组的第二励磁线圈253构成。第二励磁铁心252由磁性材料形成,在第五实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。在第二励磁铁心252的内侧插通有轴212,在第二励磁铁心252的内周面252g与轴212的外周面212a之间形成有稍许间隙。进而,第二励磁铁心252和轴212隔着该间隙磁连接。
在第二励磁铁心252的端面252e固着有第二励磁线圈用线圈骨架256。在第二励磁线圈用线圈骨架256形成有从第二励磁铁心252的端面252e直到转子铁心231的另一端面的近前侧沿着轴212的轴向延伸的圆筒状的第二主体部256a。并且,在第二励磁线圈用线圈骨架256形成有:圆环状的一端侧凸缘部256b,该一端侧凸缘部256b从第二主体部256a的一端开口部朝径向外侧延伸;以及圆环状的另一端侧凸缘部256c,该另一端侧凸缘部256c从第二主体部256a的另一端开口部朝径向外侧延伸到定子线圈用线圈骨架222b的靠轴212侧的面的近前侧。第二励磁线圈253通过在第二励磁线圈用线圈骨架256将由导电性的金属材料(在第五实施方式中为铜)形成的导线绕轴212的轴线L1卷绕多匝而卷成。并且,在第二励磁铁心252的与第二励磁线圈用线圈骨架256所被固着的一侧相反侧的端面252f突出设置有保持部242h,该保持部242h保持第二轴承217,该第二轴承217对轴212进行支承而使得该轴212能够旋转。
以下,对第一励磁铁心242进行详细说明。
如图25所示,在第一励磁铁心242形成有插通部261,该插通部261呈圆环状,且形成有能够供轴212插通的插通孔261a。在插通部261的外周面261b形成有多个(在第五实施方式中为十二个)沿着第一励磁铁心242的径向呈放射状地延伸的臂部262。各臂部262间隔相等角度形成。臂部262作为磁路部发挥功能。并且,各臂部262的宽度相同,且分别以固定的宽度沿着第一励磁铁心242的径向延伸。各臂部262的前端由沿着第一励磁铁心242的周方向延伸的圆环状的连结部263相互连结。进而,在邻接的臂部262彼此之间形成有沿轴212的轴向贯通的贯通孔264。各贯通孔264由邻接臂部262的侧面、连结部263的内周面263a以及插通部261的外周面261b划分形成,且俯视观察呈扇形状。并且,在第一励磁铁心242中,除了保持部242h之外,插通部261、各臂部262以及连结部263的厚度t0是固定的。
各贯通孔264形成为,使得第一励磁铁心242的沿着周方向的截面积的最小值与上述内周面242g的面积相同。此处,所谓“沿着周方向的截面积”是指:利用以轴212的轴心作为中心的同心圆剖切励磁磁路的情况下的截面积。进而,各臂部262的宽度分别以固定的宽度延伸。因此,存在于以轴212的轴心作为中心的同心圆中的、通过各臂部262的最靠径向外侧的部位的假想圆R上的各臂部262处的第一励磁铁心242的周方向的截面积的合计值是第一励磁铁心242的周方向的截面积的最小值。进而,在第五实施方式中,该第一励磁铁心242的沿着周方向的截面积的最小值与第一励磁铁心242的内周面242g的面积相同。即,当设通过存在于假想圆R上的各臂部262的圆弧的长度为“L”、设臂部262的个数为“n”、设第一励磁铁心242的内周面242g的内径为“d”、设圆周率为“π”时,长度L、个数n、内径d设定成:满足“nL=πd”的关系。另外,关于第二励磁铁心252的详细说明与第一励磁铁心242的详细说明同样,因此省略说明。
第一励磁铁心242通过被压入于铁心轭铁211的压入凹部211a而被固定于铁心轭铁211,且铁心轭铁211的一端侧由第一励磁铁心242封闭。并且,第二励磁铁心252通过被压入于铁心轭铁211的压入凹部211b而被固定于铁心轭铁211,且铁心轭铁211的另一端侧由第二励磁铁心252封闭。在第一励磁铁心242被固定于铁心轭铁211后的状态下,第一励磁铁心242相对于铁心轭铁211密接。因此,第一励磁铁心242与铁心轭铁211磁连接。并且,在第二励磁铁心252被固定于铁心轭铁211后的状态下,第二励磁铁心252相对于铁心轭铁211密接。因此,第二励磁铁心252与铁心轭铁211磁连接。
其次,对第五实施方式的作用进行说明。
如图23所示,通过对第一励磁线圈243供给电流而在第一励磁铁心242产生的励磁磁通如箭头Y1所示朝轴212流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(空隙)流入轴212。进一步,励磁磁通如箭头Y2所示在轴212内沿着轴212的轴向流动,如箭头Y3所示朝与轴212的轴线L1正交的方向流动而在转子铁心231(转子齿231a)中朝外径侧流动从而穿过定子铁心221(定子齿221a)。进一步,励磁磁通如箭头Y4所示在铁心轭铁211中被朝第一励磁磁极241诱导。
此处,存在于以轴212的轴心作为中心且穿过各贯通孔264的假想圆R上的各臂部262处的第一励磁铁心242的周方向的截面积的合计值是第一励磁铁心242的周方向的截面积的最小值。进而,在第五实施方式中,该第一励磁铁心242的周方向的最小值与第一励磁铁心242的内周面242g的面积相同。由此,例如,与第一励磁铁心242的周方向的最小值小于第一励磁铁心242的内周面242g的面积的情况相比较,磁通易于流通,因此,能够抑制第一励磁铁心242磁饱和,能够抑制马达210的扭矩降低。
这样,形成有由第一励磁铁心242、轴212、转子230、定子220以及铁心轭铁211形成的励磁磁路。因此,在第五实施方式中,铁心轭铁211以及轴212作为与第一励磁铁心242、转子230以及定子220共同形成励磁磁路的磁路形成部件发挥功能。另外,对于第二励磁铁心252侧,也与第一励磁铁心242侧的说明同样,因此省略详细说明。
这样,在第五实施方式的马达210中,形成有环状(圈状)的磁路(励磁磁通的流动),转子230的转子齿231a借助励磁磁通而具有N极的极性,转子齿231a(励磁磁通)具有与永磁铁同步马达中的配设于转子的永磁铁同样的作用。
并且,在第五实施方式的马达210中,能够通过使流过第一以及第二励磁线圈243、253的电流量增加而使励磁磁通增加,以得到更大的扭矩。另一方面,在第五实施方式的马达210中,在高速旋转时能够通过使流过第一以及第二励磁线圈243、253的电流量减少而使励磁磁通减少,以提高最大转速。
并且,第一以及第二励磁线圈243、253的伴随着通电而产生的热、在定子线圈222等的马达210的内部产生的热易于充满由铁心轭铁211、第一励磁铁心242以及第二励磁铁心252划分成的空间。但是,在第五实施方式中,由于在第一励磁铁心242以及第二励磁铁心252形成有贯通孔264,因此,从第一以及第二励磁线圈243、253产生的热、在定子线圈222等的马达210的内部产生的热穿过贯通孔264逃逸。即,充满于由铁心轭铁211、第一励磁铁心242以及第二励磁铁心252划分成的空间的热穿过贯通孔264逃逸。
在第五实施方式中能够得到以下的优点。
(25)在第一以及第二励磁铁心242、252形成有多个贯通孔264。因此,能够使第一以及第二励磁线圈243、253的伴随着通电而产生的热、在定子线圈222等的马达210的内部产生的热穿过各贯通孔264逃逸。此外,将各贯通孔264形成为:使得上述多个磁路部262的在上述第一以及第二励磁铁心242、252内的沿着周方向的截面积的合计值大于等于上述内周面242g、252g的面积。因此,即便在第一以及第二励磁铁心242、252形成有各贯通孔264,也能够确保第一以及第二励磁铁心242、252中的周方向的励磁磁路。结果,能够确保励磁磁路,并且能够使在马达210的内部产生的热逃逸。
(26)将各贯通孔264形成在第一以及第二励磁铁心242、252的沿着径向呈放射状地延伸的多个臂部262之间。因此,与贯通孔为单个的情况、贯通孔偏向第一以及第二励磁铁心242、252的一部分而配置有多个的情况等相比较,能够使在马达210的内部产生的热易于穿过各贯通孔264逃逸。
(27)将各贯通孔264形成为:使得上述多个磁路部262的上述第一以及第二励磁铁心242、252的沿着周方向的截面积的合计值在上述内周面242g、252g的面积以上。因此,能够确保第一以及第二励磁铁心242、252内的励磁磁路,并且能够尽可能地增大各贯通孔264的大小。结果,能够使在马达210的内部产生的热易于逃逸。
以下,根据图26对将本发明具体化为作为旋转电机的马达(旋转电动机)的第六实施方式进行说明。另外,在以下说明的第六实施方式中,对与已经说明了的第五实施方式相同的结构赋予相同标号,并省略或者简化重复的说明。
如图26所示,第一励磁铁心242中的第一励磁线圈243所被配设的一侧的端面242e形成为阶梯形状,使得第一励磁铁心242的各臂部262的外周部271侧的厚度t1比内周部272侧的厚度t2薄。具体地说,在第一励磁铁心242的端面242e中,在外周部271与内周部272之间形成有阶梯差部273,该阶梯差部273连结外周部271的端面271a和内周部272的端面272a。阶梯差部273形成为沿着轴212的轴向延伸。另外,第六实施方式的第一励磁铁心242通过模具成型制作而成。
各贯通孔264以使得上述多个磁路部262的沿着上述第一励磁铁心的周方向的截面积与上述内周面242g的面积相同的方式形成于第一励磁铁心242。具体地说,设经过臂部262的假想圆R上的各臂部262的长度为“L”、设臂部262的个数为“n”、设第一励磁铁心242的内周面242g的内径为“d”、设圆周率为“π”、设外周部271侧的厚度(各臂部262的厚度)为t1、设内周部272侧的厚度(第一励磁铁心242的内周面242g处的厚度)为t2。于是,第一励磁铁心242形成为,满足“nLt1=πdt2”的关系。另外,对于第二励磁铁心252的详细说明与第一励磁铁心242的详细说明同样,因此省略说明。
第一励磁线圈用线圈骨架246的一端侧凸缘部246b形成为:沿着第一励磁铁心242的内周部272的端面272a延伸,并且沿着阶梯差部273的外周面弯曲,并进一步沿着第一励磁铁心242的外周部271的端面271a延伸。进而,第一励磁线圈243的一部分配置在比第一励磁铁心242的内周部272的端面272a靠外周部271的端面271a侧的位置。
并且,第二励磁线圈用线圈骨架256的一端侧凸缘部256b形成为:沿着第二励磁铁心252的内周部272的端面272a延伸,并且沿着阶梯差部273的外周面弯曲,并进一步沿着第二励磁线圈252的外周部271的端面271a延伸。进而,第二励磁线圈253的一部分配置在比第二励磁铁心252的内周部272的端面272a靠外周部271的端面271a侧的位置。
其次,对第六实施方式的作用进行说明。
为了使第一励磁铁心242以及第二励磁铁心252产生励磁磁通所需要的第一以及第二励磁线圈243、253的一部分配置在各励磁铁心242、252的比内周部272的端面272a靠外周部的端面271a侧的位置。即,通过将各励磁铁心242、252的端面242e、252e形成为阶梯形状,能够在各励磁铁心242、252与定子220以及转子230之间增加各励磁线圈243、253的配置空间。
因而,根据第六实施方式,除了能够得到与第五实施方式的优点(25)~(27)同样的优点之外,还能够得到以下所示的优点。
(28)将各励磁铁心242、252中的各励磁线圈243、253所被配设的一侧的端面242e、252e(转子铁心231附近的端面)形成为阶梯形状,使得第一励磁铁心242以及第二励磁铁心252的外周部271侧的厚度t1比内周部272侧的厚度t2薄。由此,与在各励磁铁心242、252的端面242e、252e没有阶梯的情况相比较,能够增加各励磁铁心242、252与定子220以及转子230之间的各励磁线圈243、253的配置空间。结果,能够将各励磁线圈243、253的一部分配置于该增加的配置空间,相应地,能够使各励磁铁心242、252与定子220以及转子230接近,作为马达210整体,能够使轴212的轴向的体积小型化。
(29)当设存在于假想圆R上的经过各臂部262的圆弧的长度为“L”、设臂部262的个数为“n”、设第一励磁铁心242的内周面242g的内径为“d”、设圆周率为“π”、设外周部271侧的厚度为t1、设内周部272侧的厚度为t2时,长度L、个数n、内径d、厚度t1、t2设定成:满足“nLt1=πdt2”的关系。由此,在呈阶梯形状的第一以及第二励磁铁心242、252中,能够确保励磁磁路,并且,能够在第一以及第二励磁铁心242、252的端面242e、252e尽可能地形成第一以及第二励磁线圈243、253的配置空间,并且能够尽可能地增大各贯通孔264的大小。
(30)将各励磁铁心242、252的端面242e、252e形成为阶梯形状。与在各励磁铁心242、252与定子220以及转子230之间,为了增加各励磁线圈243、253的配置空间而例如将各励磁铁心242、252的端面242e、252e形成为锥形状的情况相比较,能够容易地制作各励磁铁心242、252的端面242e、252e的形状。
另外,第五以及第六实施方式也可以按以下方式变更。
如图27所示,也可以形成有多个俯视观察呈圆孔状的贯通孔281。在该情况下,各贯通孔281需要形成为:使得上述第一以及第二励磁铁心242、252内的多个磁路部的、沿着上述第一以及第二励磁铁心242、252的周方向的截面积的最小值在上述内周面242g、252g的面积以上。此处,所谓“第一以及第二励磁铁心242、252内的多个磁路部的、沿着第一以及第二励磁铁心242、252的周方向的截面积的最小值在内周面242g、252g的面积以上”是指:在使假想圆R的直径以各种方式变化的情况下的“周方向的截面积”的最小值在第一以及第二励磁铁心242、252的内周面242g、252g的面积以上。
在第五以及第六实施方式中,也可以适当变更形成于第一以及第二励磁铁心242、252的贯通孔264、281的数量。
在第五以及第六实施方式中,也可以使上述第一以及第二励磁铁心242、252内的多个磁路部的、沿着上述第一以及第二励磁铁心242、252的周方向的截面积的最小值大于上述内周面242g、252g的面积。
在第五以及第六实施方式中,也可以将第一以及第二励磁铁心242、252的端面242e、252e形成为随着趋向径向外侧而第一以及第二励磁铁心242、252的厚度变薄的锥状。在该情况下,各臂部262的宽度形成为,随着趋向径向外侧而变大。
在第五以及第六实施方式中,也可以删除连结部263,使各贯通孔264的径向外侧敞开。
在第五以及第六实施方式中,铁心轭铁211由粉末成型磁性体(SMC)形成,但并不限于此,例如也可以由铁块等磁性体形成。
在第五以及第六实施方式中,各励磁铁心242、252由粉末成型磁性体(SMC)形成,但并不限于此,例如也可以由铁块等磁性体形成。
在第五以及第六实施方式中,转子铁心231通过层叠多片电磁钢板而构成,但并不限于此,例如也可以利用粉末成型磁性体(SMC)、铁块等磁性体构成转子铁心231。
在第五以及第六实施方式中,也可以仅设置第一励磁磁极241、或者仅设置第二励磁磁极251。即,也可以仅在轴线L1方向的单侧设置励磁磁极。
在第五以及第六实施方式中,将轴212形成为磁路形成部件,经由轴212形成励磁磁路,但并不限于此,也可以在不设置轴212的情况下形成励磁磁路。例如,也可以在轴212的外周作为磁路形成部件设置磁阻小于轴212的磁阻的磁性体(例如粉末成型磁性体(SMC)、铁块等磁性体)而形成励磁磁路。
在第五以及第六实施方式中,定子220的定子齿221a的数量可以适当变更。
在第五以及第六实施方式中,转子230的转子齿231a的数量可以适当变更。
在第五以及第六实施方式中,作为凸极部的转子齿231a在形状上形成为凸形状,但并不限于该结构,只要是在磁性上呈凸极性即可。例如,也可以形成为仅转子齿的前端与邻接的转子齿连结、或者在转子齿之间的凹部埋入非磁性体,而转子作为整体呈圆筒状。
在第五以及第六实施方式中,也可以删除各励磁线圈用线圈骨架246、256。在该情况下,将模具成型的励磁线圈直接固着于各励磁铁心242、252。并且,在能够利用励磁线圈的保护膜确保绝缘的情况下,也可以将励磁线圈直接缠绕于各励磁铁心242、252。
在第五以及第六实施方式中,定子线圈222的绝缘并不限定于定子铁心用线圈骨架222b。例如,也可以使用绝缘纸。在能够利用线圈的保护膜确保绝缘的情况下,也可以直接缠绕于定子齿221a。
在第五以及第六实施方式中,形成于各励磁铁心242、252的端面242e、252e的阶梯的数量并无特殊限定。
在第五以及第六实施方式中,各励磁铁心242、252通过被压入于凹陷设置在铁心轭铁211的开口部的压入凹部211a、211b而被固定于铁心轭铁211,但并不限于该结构,只要铁心轭铁211与各励磁铁心242、252磁连接即可。
在第五以及第六实施方式中,也可以利用来自外部的送风、或者是由形成于转子230的内部翅片进行的搅拌积极地进行经由贯通孔264、281的冷却。
以上将本发明具体化为马达210(旋转电动机),但也可以具体化为发电机。
以下,根据图28~图31B对将本发明具体化为作为旋转电机的马达(旋转电动机)的第七实施方式进行说明。
如图28所示,马达10的壳体311由圆筒状的铁心轭铁(励磁磁轭)312、与铁心轭铁312的一端(图28的左端)连结的有底圆筒状的第一壳体313、以及与铁心轭铁312的另一端(图28的右端)连结的有底圆筒状的第二壳体314构成。第一壳体313以及第二壳体314由非磁性材料形成。铁心轭铁312是磁性体,并且在第七实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。在第一壳体313的底壁形成有贯通孔313a。在壳体311内收纳有主电动机部M。
在铁心轭铁312内收纳有构成主电动机部M的一部分的轴(旋转轴)315。轴315由软磁性材料(例如铁、硅钢等)形成,且呈大致圆柱状。轴315由第一壳体313以及第二壳体314经由轴承316、317支承,使得该轴315能够旋转。轴315的一端(图28的左端)经由贯通孔313a朝壳体311外突出。
在铁心轭铁312的内周面固定有构成主电动机部M的一部分的定子320(固定部件)。定子320由固定于铁心轭铁312的内周面的圆环状的定子齿321和电枢线圈(定子绕组)322构成。铁心轭铁312遍及整周覆盖定子铁心321的外周面,并且定子铁心321的外周面和铁心轭铁312的内周面密接。因此,定子铁心321与铁心轭铁312磁连接。定子铁心321通过在沿着轴315的轴线L的方向层叠多片钢板而构成。
如图29所示,在定子铁心321,在定子铁心321的周方向隔开相等间隔设置有朝轴315突出的多个定子齿321a。各定子齿321a的前端面均位于同一周面上。在各定子齿321a装配有由绝缘性树脂材料形成的电枢线圈用线圈骨架351。进而,电枢线圈322通过将由导电性的金属材料(在第七实施方式中为铜)形成的电枢线圈用导线322a在电枢线圈用线圈骨架351以集中卷绕的方式卷绕多匝而形成。另外,电枢线圈322设定成U相、V相以及W相中的任意一相,通过分别对其供给相位不同的电流而使之产生旋转磁场。
如图28所示,在定子320的内侧设置有构成主电动机部M的一部分的转子330(旋转部件)。转子330具有被固定安装于轴315的转子铁心331。转子铁心331能够绕轴315的轴线L与轴315一体旋转。轴315的外周面与转子铁心331的内周面密接。因此,轴315与转子铁心331磁连接。转子铁心331通过在沿着轴线L的方向层叠多片由软磁性材料形成的钢板而构成。因而,在转子铁心331内,磁通与沿着轴线L的方向相比易于沿着与轴线L正交的转子铁心331的径向以及周方向流动。
并且,转子铁心331的沿着轴线L的方向上的长度与定子铁心321的沿着轴线L的方向上的长度相同。因此,沿着轴线L的方向上的电枢线圈322的线圈端部比转子铁心331的两端朝外侧突出。
如图29所示,转子铁心331具备朝径向外侧突出的作为磁凸极的多个转子齿331a。多个转子齿331a在转子铁心331的周方向隔开相等间隔设置。各转子齿331a的前端面均位于同一周面上。在各转子齿331a的前端面与定子齿321a的前端面之间形成有稍许间隙。进而,转子齿331a与定子齿321a隔着该间隙磁连接。
因而,在第七实施方式中,利用轴315、定子320以及转子330构成主电动机部M。
如图28所示,在铁心轭铁312的一端开口部配设有用于产生励磁磁通的第一励磁磁极341。第一励磁磁极341由圆环状的第一励磁铁心342和作为励磁绕组的第一励磁线圈343构成。第一励磁铁心342通过在沿着轴线L的方向层叠多片由磁性材料形成的钢板而构成。在第一励磁铁心342的与同第一壳体313对置的端面相反侧的端面342a固着有第一励磁线圈用线圈骨架244。进而,第一励磁线圈343通过将由导电性的金属材料(在第七实施方式中为铜)形成的第一励磁线圈用导线343a在第一励磁线圈用线圈骨架344卷绕多匝而形成。
对于第一励磁铁心342,第一励磁铁心342的外周部342b与在铁心轭铁312的一端开口部凹陷设置的凹部312a嵌合而被固定于铁心轭铁312。在第一励磁铁心342被固定于铁心轭铁312后的状态下,第一励磁铁心342的外周部342b与铁心轭铁312密接。因此,第一励磁铁心342与铁心轭铁312磁连接。并且,在第一励磁铁心342的内侧插通有轴315,在第一励磁铁心342的内周面与轴315的外周面之间形成有稍许间隙。进而,第一励磁铁心342与轴315隔着该间隙磁连接。
在铁心轭铁312的另一端开口部配设有用于产生励磁磁通的第二励磁磁极346。第二励磁磁极346由圆环状的第二励磁铁心347和作为励磁绕组的第二励磁线圈348构成。第二励磁铁心347通过在沿着轴线L的方向上层叠多片由磁性材料形成的钢板而构成。在第二励磁铁心347的与第二壳体314相反侧的端面347a固着有第二励磁线圈用线圈骨架349。进而,第二励磁线圈348通过将由到导电性的金属材料(在第七实施方式中为铜)形成的第二励磁线圈用导线348a在第二励磁线圈用线圈骨架349卷绕多匝而形成。
对于第二励磁铁心347,第二励磁铁心347的外周部347b与在铁心轭铁312的另一端开口部凹陷设置的凹部312b嵌合而被固定于铁心轭铁312。在第二励磁铁心347被固定于铁心轭铁312后的状态下,第二励磁铁心347的外周部347b与铁心轭铁312密接。因此,第二励磁铁心347与铁心轭铁312磁连接。并且,在第二励磁铁心347的内侧插通有轴315,在第二励磁铁心347的内周面与轴315的外周面之间形成有稍许间隙。进而,第二励磁铁心347与轴315隔着该间隙磁连接。
其次,对电枢线圈用线圈骨架351进行详细说明。
如图31A以及31B所示,电枢线圈用线圈骨架351具有:供电枢线圈用导线322a卷绕的四方筒状的线圈卷绕部352;从线圈卷绕部352的一端开口部352a的开口边缘整周朝外侧延伸的四方环状的第一凸缘353;以及从另一端开口部352b的开口边缘整周朝外侧延伸的四方环状的第二凸缘354。即,第一凸缘353以及第二凸缘354是在线圈卷绕部352的外周面在线圈卷绕部352的轴向上离开形成的一对凸缘。
电枢线圈322通过在线圈卷绕部352的外周面中的由第一凸缘353与第二凸缘354夹着的区域以集中卷绕的方式卷绕电枢线圈用导线322a而形成。进而,利用第一凸缘353以及第二凸缘354限制电枢线圈322沿线圈卷绕部352的轴向(电枢线圈322中的定子齿321的径向)移动。
定子齿321a能够从线圈卷绕部352的一端开口部352a侧***线圈卷绕部352的内侧。线圈卷绕部352的沿着线圈卷绕部352的轴向的方向上的长度比定子齿321a的突出方向的长度短,通过定子齿321a***线圈卷绕部352的内侧,电枢线圈用线圈骨架351被装配于定子齿321a。
在电枢线圈用线圈骨架351被装配于各定子齿321a后的状态下,第一凸缘353和第二凸缘354以沿着轴315的轴线L相互平行地延伸的方式设置。第一凸缘353位于比第二凸缘354靠径向外侧的位置。第一凸缘353的沿着轴315的轴线L的方向的长度比第二凸缘354的沿着轴315的轴线L的方向的长度长。
在第一凸缘353的靠径向外侧的一端面353a、即第一凸缘353的靠沿着轴315的轴线L的方向上的一端设置有朝径向外侧突出、且在沿着轴315的轴线L的方向上离开的一对作为限制用突起的第一限制用突起361以及第二限制用突起362。
第一限制用突起361的与同第二限制用突起362对置的面相反侧的面361a设置成与第三侧缘部353e相连,该第三侧缘部353e将第一凸缘353中的在沿着轴315的轴线L的方向延伸的第一凸缘353的第一侧缘部353c以及第二侧缘部353d的一端部彼此连接。并且,如图30所示,第二限制用突起362的与第一限制用突起361相反侧的面362a设置成,与线圈卷绕部352的一端开口部352a相连。
如图31A所示,在第一凸缘353的一端面353a的由第一限制用突起361和第二限制用突起362夹着的区域,以在沿着轴315的轴线L的方向相连的方式形成有作为卡合凹部的多个第一卡合凹部371。各第一卡合凹部371形成为呈直线状地延伸,以连接第一凸缘353的第一侧缘部353c和第二侧缘部353d。并且,各第一卡合凹部371从第一凸缘353的一端面353a朝第一凸缘353的靠线圈卷绕部352侧的另一端面353b侧以呈弧状地弯曲的方式凹陷。
在沿着轴315的轴线L的方向上,各第一卡合凹部371中的位于最靠一端侧的位置的第一卡合凹部371设置成与第一限制用突起361的同第二限制用突起362对置的面361b连接。并且,在沿着轴315的轴线L的方向上,各第一卡合凹部371中的位于最靠另一端侧的位置的第一卡合凹部371设置成与第二限制用突起362的同第一限制用突起361对置的面362b连接。
在第一凸缘353的一端面353a、即第一凸缘353的靠沿着轴315的轴线L的方向上的另一端设置有朝径向外侧突出、且在沿着轴315的轴线L的方向上离开的一对作为限制用突起的第三限制用突起366以及第四限制用突起367。
第三限制用突起366的与同第四限制用突起367对置的面相反侧的面366a设置成与第四侧缘部353f相连,该第四侧缘部353f将第一凸缘353的第一侧缘部353c以及第二侧缘部353d的另一端部彼此连接。并且,第四限制用突起367的与第三限制用突起366相反侧的面367a设置成,与线圈卷绕部352的一端开口部352a相连。
在第一凸缘353的一端面353a的由第三限制用突起366和第四限制用突起367夹着的区域,以在沿着轴315的轴线L的方向相连的方式形成有作为卡合凹部的多个第二卡合凹部372。各第二卡合凹部372形成为呈直线状地延伸,以连接第一凸缘353的第一侧缘部353c和第二侧缘部353d。并且,各第二卡合凹部372从第一凸缘353的一端面353a朝第一凸缘353的靠线圈卷绕部352侧的另一端面353b侧以呈弧状地弯曲的方式凹陷。
在沿着轴315的轴线L的方向上,各第二卡合凹部372中的位于最靠另一端侧的位置的第二卡合凹部372设置成与第三限制用突起366的同第四限制用突起367对置的面366b连接。并且,在沿着轴315的轴线L的方向上,各第二卡合凹部372中的位于最靠一端侧的位置的第二卡合凹部372设置成与第四限制用突起367的同第三限制用突起366对置的面367b连接。
如图29所示,各电枢线圈用线圈骨架351绕轴135的轴线L大致配置在同心圆上。进而,在各电枢线圈用线圈骨架351的各第一卡合凹部371以及各第二卡合凹部372,由导电性的金属材料(在第七实施方式中为铜)形成的第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用线圈骨架377a以与各第一卡合凹部371以及各第二卡合凹部372卡合的方式绕轴315的轴线L一边卷挂一边卷绕。
如图30所示,第三励磁线圈用导线376a卷绕于各第一卡合凹部371,并且,接着以经过形成在卷绕于第一卡合凹部371的第三励磁线圈用导线376a彼此之间的各凹部3761a的方式卷绕多匝。因此,在第一限制用突起361与第二限制用突起362之间形成有第三励磁线圈376。即,第三励磁线圈376配置于比电枢线圈322靠径向外侧的位置。
并且,第四励磁线圈用导线377a卷绕于各第二卡合凹部372,并且,接着以经过形成在卷绕于第二卡合凹部372的第四励磁线圈用导线377a彼此之间的各凹部3771a的方式卷绕多匝。因此,在第三限制用突起366与第四限制用突起367之间形成有第四励磁线圈377。即,第四励磁线圈377配置于比电枢线圈322靠径向外侧的位置。
其次,针对第七实施方式的马达310的作用,以当对各励磁线圈343、348、376、377供给电流之际形成的磁路(励磁磁通的流动)为中心进行说明。另外,在壳体311的外周面设置有用于对各励磁线圈343、348、376、377供给电流的端子台T(在图28中以双点划线示出),各励磁线圈用导线343a、348a、376a、377a的始端(未图示)被朝壳体311外部引出并与端子台T电连接。
如图28所示,通过对各励磁线圈343、376供给电流而在第一励磁铁心342产生的励磁磁通如箭头Y1所示朝轴315流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(空隙)流入轴315。进一步,励磁磁通如箭头Y2所示在轴315内沿轴线L的方向流动,并如箭头Y3所示朝与轴315的轴线L正交的方向流动而在转子铁心331(转子齿331a)中朝外径侧流动从而经过定子铁心321(定子齿321a)。进一步,励磁磁通如箭头Y4所示在铁心轭铁312被朝第一励磁磁极341诱导。
这样,形成有由第一励磁铁心342、轴315、转子330、定子320(定子齿321)以及铁心轭铁312形成的励磁磁路。因此,在第七实施方式中,铁心轭铁312、轴315以及第一励磁铁心342作为与转子330以及定子320(定子铁心321)共同形成励磁磁路的磁路形成部件发挥功能。
同样,通过对各励磁线圈348、377供给电流而在第二励磁铁心347产生的励磁磁通如箭头Y11所示朝轴315流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(空隙)流入轴315。进一步,励磁磁通如箭头Y12所示在轴315内沿轴线L的方向流动,并如箭头Y13所示朝与轴315的轴线L正交的方向流动而在转子铁心331(转子齿331a)中朝外径侧流动从而经过定子铁心321(定子齿321a)。进一步,励磁磁通如箭头Y14所示在铁心轭铁312中被朝第二励磁磁极346诱导。
这样,形成有由第二励磁铁心347、轴315、转子330、定子320(定子齿321)以及铁心轭铁312形成的励磁磁路。因此,在第七实施方式中,铁心轭铁312、轴315以及第二励磁铁心347作为与转子330以及定子320共同形成励磁磁路的磁路形成部件发挥功能。
这样,在第七实施方式的马达310中,形成有环状(圈状)的磁路(励磁磁通的流动),转子330的转子齿331a借助励磁磁通而具有N极的极性,转子齿331a(励磁磁通)具有与永磁铁同步马达中的配设于转子的永磁铁同样的作用。
并且,在第七实施方式的马达310中,能够通过使流过各励磁线圈343、348、376、377的电流量增加而使励磁磁通增加,从而能够得到更大的扭矩。另一方面,在第七实施方式的马达310中,在高速旋转时,能够通过使流过各励磁线圈343、348、376、377的电流量减少而使励磁磁通减少,从而能够提高最大转速。即,在第七实施方式的马达310中,能够仅借助强励磁控制提高最大扭矩以及最大转速。因而,在第七实施方式的马达310中,不需要将永磁铁配设于转子330的情况下所需要的弱励磁控制,能够简化结构。
并且,为了使第一励磁铁心342以及第二励磁铁心347产生励磁磁通而需要各励磁线圈343、348、376、377中的第三励磁线圈376以及第四励磁线圈377卷装于各电枢线圈用线圈骨架361的第一凸缘353。因此,无需将为了使第一励磁铁心342以及第二励磁铁心347产生充分的励磁磁通而需要的第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用导线377a卷绕于第一励磁线圈用线圈骨架344以及第二励磁线圈用线圈骨架349。结果,能够抑制第一励磁线圈用线圈骨架344以及第二励磁线圈用线圈骨架349的在沿着轴315的轴线L的方向上的体积,能够抑制马达310的在沿着轴315的轴线L的方向上的体积。
在第七实施方式中,能够得到以下的优点。
(31)用于形成各励磁线圈343、348、376、377中的第三励磁线圈376以及第四励磁线圈377的第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用导线377a绕轴315的轴线L卷挂并卷绕于各电枢线圈用线圈骨架351的位于径向外侧的第一凸缘353。因此,能够有效利用壳体311内的存在于电枢线圈用线圈骨架351的径向外侧的死区(dead space)配置各励磁线圈376、377,能够尽量减少励磁线圈用线圈骨架。结果,在壳体311内,能够尽量减少用于配置励磁线圈用线圈骨架的空间,能够使马达310的在沿着轴315的轴线L的方向上的体积小型化。
(32)在第一凸缘353形成有供第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用导线377a卡合的第一卡合凹部371以及第二卡合凹部372。因此,当第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用导线377a被缠绕于第一凸缘353之际,第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用导线377a与第一卡合凹部371以及第二卡合凹部372卡合。因此,借助该第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用导线377a与第一卡合凹部371以及第二卡合凹部372之间的卡合,第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用导线377a相对于第一凸缘353被定位。因此,能够容易地进行第三励磁线圈用导线376a以及第四励磁线圈用导线377a相对于第一凸缘353的排列卷绕。
(33)在第一凸缘353的靠沿着轴315的轴线L的方向上的一端设置有朝径向外侧突出、且在沿着轴315的轴线L的方向上相互离开的第一限制用突起361以及第二限制用突起362。并且,在第一凸缘353的靠沿着轴315的轴线L的方向上的另一端设置有朝径向外侧突出、且在沿着轴315的轴线L的方向上相互离开的第三限制用突起366以及第四限制用突起367。因此,能够利用第一限制用突起361以及第二限制用突起362限制第三励磁线圈用导线376a从第一凸缘353朝外侧脱落,能够利用第三限制用突起366以及第四限制用突起367限制第四励磁线圈用导线377a从第一凸缘353朝外侧脱落。
另外,第七实施方式可以按以下方式变更。
在第七实施方式中,也可以删除第一励磁线圈343以及第二励磁线圈348。在该情况下,需要能够利用第三励磁线圈376以及第四励磁线圈377使第一励磁铁心342以及第二励磁铁心347产生充分的励磁磁通。由此,能够删除励磁线圈用线圈骨架,能够使马达310的在沿着轴315的轴线L的方向上的体积进一步小型化。
在第七实施方式中,转子铁心331通过层叠多片钢板(电磁钢板)构成,但并不限于此,也可以利用SMC、铁块等磁性体构成转子铁心331。同样,各励磁铁心342、347也可以由SMC、铁块等磁性体构成。
在第七实施方式中,也可以删除各限制用突起361、362、366、367中的任意一个或者全部。由此,能够使得线圈骨架的成形变得容易。
在第七实施方式中,也可以删除各卡合凹部371、372。
在第七实施方式中,也可以使各电枢线圈用线圈骨架351由内径侧和外径侧分体构成。由此,能够使得线圈骨架的成形变得容易。
在第七实施方式中,定子320的定子齿321a的数量可以适当变更。并且,转子330的转子齿331a的数量可以适当变更。
在第七实施方式中,也可以仅设置第一励磁磁极341或者第二励磁磁极346。即,也可以仅在轴线L方向上的单侧设置励磁磁极。
在第七实施方式中,经由轴315形成励磁磁路,但并不限于此,也可以在并不经由轴315的情况下形成励磁磁路。也可以在轴315设置磁阻小于轴315的磁阻的磁性体而形成励磁磁路。作为磁性体例如可以是SMC等。
在第七实施方式中,作为凸极部的转子齿331a在形状上形成为凸形状,但并不限于该结构,只要是在磁性上呈凸极性即可。例如,也可以形成为仅转子齿的前端与邻接的转子齿连结、或者在转子齿之间的凹部埋入非磁性体,转子作为整体呈圆筒状。
在第七实施方式中,铁心轭铁312由SMC形成,但并不限于此,也可以由铁块等磁性体形成。
在第七实施方式中,作为旋转电机具体化为马达310,但并不限于此,也可以作为发电机使用。
以下,根据图32~36对将本发明具体化了的第八实施方式进行说明。
如图32以及图33所示,作为旋转电机的马达410是不使用永磁铁的绕组励磁型的同步马达。作为旋转电动机的马达410具备:圆筒状的旁路铁心(铁心轭铁、励磁磁轭)420;配置于旁路铁心420的两端的开口部的左支架(bracket)430、右支架431;呈棒状且沿水平方向延伸的轴(旋转轴)440;被支承为能够旋转的转子(旋转部件)450;定子(固定部件)460;以及励磁磁极470、480。
轴440经由轴承(bearing)B1组装于左支架430,并且经由轴承(bearing)B2组装于右支架431。进而,轴440被支承为能够相对于左支架430、右支架431旋转。轴440的靠左支架430侧的一端贯通左支架430。轴440由磁性体形成。
此处,轴440在图33中从左侧起依次具有直径为φ1的第一部位441、直径为φ2的第二部位442、直径为φ3的第三部位443、直径为φ4的第四部位444、直径为φ5的第五部位445、直径为φ6的第六部位446、直径为φ7的第七部位447、以及直径为φ8的第八部位448。
在第八实施方式中,第一部位441的直径φ1与第八部位448的直径φ8相等(φ1=φ8)。并且,第二部位442的直径φ2与第七部位447的直径φ7相等(φ2=φ7),并且,分别大于第一部位441的直径φ以及第八部位448的直径φ8(φ2>φ1、φ7>φ8)。第三部位443的直径φ3与第六部位446的直径φ6相等(φ3=φ6),并且,分别大于第二部位442的直径φ2以及第七部位447的直径φ7(φ3>φ2、φ6>φ7)。第四部位444的直径φ4大于第三部位443的直径φ3(φ4>φ3)。第五部位445的直径φ5大于第六部位446的直径φ6(φ5>φ6),并且小于第四部位444的直径φ4(φ5<φ4)。
并且,在轴440的第三部位443与第四部位444之间形成有垂直的侧壁449。即,相对于沿水平方向延伸的轴线L垂直地形成有侧壁449。
进而,在轴440的第一部位441,利用轴承(bearing)B1对轴440进行支承而使得轴440能够旋转。并且,在轴440的第八部位448,利用轴承(bearing)B2对轴440进行支承而使得轴440能够旋转。
并且,圆环状的转子铁心固定用磁性环490以从轴440的右侧嵌入于第五部位445的方式使用。铁制的转子铁心固定用磁性环490的直径为φ9,与轴440的第四部位444的直径φ4相等(φ9=φ4)。轴440的第五部位445的外周面与转子铁心固定用磁性环490的内周面密接而磁连结。
转子铁心固定用磁性环490的右侧面形成垂直的侧壁491。即,相对于沿水平方向延伸的轴线L垂直地形成有侧壁491。
在旁路铁心420的内部,在轴440的第五部位445固定有转子铁心451。该转子铁心451构成为能够绕轴440的轴线L与轴440一体旋转。并且,轴440的外周面与转子铁心451的内周面密接。因此,轴440与转子铁心451磁连结。转子铁心451通过在沿着轴线L的方向层叠多片钢板而构成。详细的说,通过层叠多片钢板而构成转子铁心451,并且,将该转子铁心451从图33的右侧***于轴440、一直***至轴440的第五部位445,使得该转子铁心451与轴440的第四部位444抵接。然后,将由磁性体形成的圆环状的转子铁心固定用磁性环490压入于轴440的第五部位445,将转子铁心451夹在第四部位444与转子铁心固定用磁性环490之间而进行固定。
转子铁心451通过在沿着轴线L的方向上层叠多片钢板构成,因此,在转子铁心451内,磁通与沿着轴线L的方向相比易于沿着与轴线L正交的转子铁心451的径向以及周方向流动。
转子450(转子铁心451)具有转子齿452(参照图32),转子齿452朝径向外侧突出。作为磁凸极的转子齿452形成有多个(在第八实施方式中为五个)。转子齿452在周方向隔开相等间隔形成,并且,各转子齿452的前端面均位于同一周面上。
在旁路铁心420的内部,在比转子铁心451的转子齿452靠径向外侧的位置配设有定子460(定子铁心461),定子铁心461以围绕转子铁心451的方式形成为圆环状。定子铁心461通过在沿着轴线L的方向上层叠多片钢板构成。因此,在定子铁心461内,磁通与沿着轴440的轴线L的方向相比易于沿着与该轴线L正交的定子齿461的径向以及周方向流动。并且,沿着轴线L的方向上的定子铁心461的尺寸与沿着轴线L的方向上的转子铁心451的尺寸设定成相同尺寸。
并且,定子460(定子铁心461)具有定子齿462(参照图32),定子齿462朝轴440突出。定子齿462形成有多个(在第八实施方式中为十二个),并且,各定子齿462在周方向隔开相等间隔形成。
在各转子齿452的前端面(转子铁心451的外周面)与定子齿462(定子铁心461)的内周面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm)。
在各定子齿462卷绕有定子线圈(定子绕组)463。即,在定子齿462卷绕有导线,从而形成作为电枢线圈的定子线圈463。各定子线圈463设定成U相绕组、V相绕组以及W相绕组中的任意一个,通过使各定子线圈463分别流过有相位不同的电流而使之产生旋转磁场。
并且,定子铁心461(定子齿462)与转子铁心451的沿着轴线L的尺寸设定成相同尺寸,因此,沿着轴线L的方向上的定子线圈463的两端部(线圈端部)比转子铁心451的两端朝沿着轴线L的方向上的外侧突出。
并且,沿着轴线L延伸的圆筒状的旁路铁心420遍及整周覆盖定子铁心461的外周面。旁路铁心420由磁性体形成。在实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。并且,定子铁心461的外周面与旁路铁心420的内周面密接。因此,定子铁心461与旁路铁心420磁连结。旁路铁心420形成外径侧励磁磁路。
在第八实施方式中,利用轴440、转子450以及定子460构成主电动机部411。
在沿着轴线L的方向上的左支架430与转子铁心451之间配设有用于产生励磁磁通的励磁磁极470。并且,在沿着轴线L的方向上的右支架431与转子铁心451之间配设有用于产生励磁磁通的励磁磁极480。
励磁磁极470具备圆环状的励磁铁心471和励磁线圈(励磁绕组)472。励磁铁心471由磁性材料形成。轴440插通圆环状的励磁铁心471。
励磁线圈472配置于励磁铁心471的在轴线方向上的马达内表面部。励磁线圈472通过在线圈骨架(省略图示)上绕轴440卷绕导线而形成。从轴线L到励磁线圈472的位于与该轴线L正交的方向上的外侧的端部为止的尺寸设定成小于从轴线L到定子线圈463的内周面为止的尺寸。即,励磁线圈472配置在比定子线圈463靠内径侧的位置。
励磁铁心471的外周部以嵌合状态被固定在旁路铁心420的左端部与左支架430的外周部之间。由此,励磁磁极470被组装于主电动机部411。在将励磁铁心471组装于主电动机部411后的状态下,励磁铁心471与旁路铁心420密接。因此,励磁铁心471和旁路铁心420磁连结。另外,在第八实施方式中,左支架430由非磁性部件构成,能够降低励磁磁通的漏磁通,并且能够防止轴承B1的电蚀。
并且,轴440所插通的励磁铁心471具有内径为φ10的第一部位475和内径为φ11的第二部位476。第二部位476的内径φ11大于第一部位475的内径φ10(φ11>φ10)。
励磁铁心471的第一部位475的内周面与轴440的第三部位443的外周面以相互平行的方式对置配置,并且,在两个周面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm),隔着该间隙(空隙)磁连结。这是形成于在轴的直角方向(径向)对置的部件之间的第一径向间隙Gr1(参照图34)。
励磁铁心471的第二部位476的内周面与轴440的第四部位444的外周面以相互平行的方式对置配置,并且,在两个周面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm),隔着该间隙(空隙)磁连结。这是第二径向间隙Gr2(参照图34)。
此处,如图35所示,若对第一径向间隙Gr1的在轴线方向上的长度L1与第二径向间隙Gr2的在轴线方向上的长度L2进行比较,则第一径向间隙Gr1的在轴线方向上的长度L1比第二径向间隙Gr2的在轴线方向上的长度L2长(L1>L2)。
并且,在图33的励磁铁心471的第一部位475与第二部位476之间形成有垂直的侧壁477。即,相对于沿水平方向延伸的轴线L垂直地形成有侧壁477。励磁铁心471的侧壁477与轴440的侧壁449以相互平行的方式对置配置,并且,在两个面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm),隔着该间隙(空隙)磁连结。这是形成于在轴向对置的部件之间的第一轴向间隙Ga1(参照图34)。
此外,励磁铁心471的第二部位476的右侧面(垂直的侧壁)与转子铁心451的左侧面以相互平行的方式对置配置,并且,在两个面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm),隔着该间隙(空隙)磁连结。这是第二轴向间隙Ga2(参照图34)。
第一径向间隙Gr1、第一轴向间隙Ga1、第二径向间隙Gr2以及第二轴向间隙Ga2形成为阶梯状。
同样,励磁磁极480具备圆环状的励磁铁心481和励磁线圈(励磁绕组)482。励磁铁心481由磁性材料形成。轴440插通圆环状的励磁铁心481。
励磁线圈482配置于励磁铁心481的在轴线方向上的马达内表面部。励磁线圈482通过在线圈骨架(省略图示)上绕轴440卷绕导线而形成。从轴线L到励磁线圈482的位于与该轴线L正交的方向上的外侧的端部为止的尺寸设定成小于从轴线L到定子线圈463的内周面为止的尺寸(励磁线圈482配置在比定子线圈463靠内径侧的位置)。
励磁铁心481的外周部以嵌合状态被固定在旁路铁心420的右端部与右支架431的外周部之间。由此,励磁磁极480被组装于主电动机部411。在将励磁铁心481组装于主电动机部411后的状态下,励磁铁心481与旁路铁心420密接。因此,励磁铁心481和旁路铁心420磁连结。另外,在第八实施方式中,右支架431由非磁性部件构成,能够降低励磁磁通的漏磁通,并且能够防止轴承B2的电蚀。
并且,轴440所插通的励磁铁心481具有内径为φ20的第一部位485和内径为φ21的第二部位486。第二部位486的内径φ21大于第一部位485的内径φ20(φ21>φ20)。
励磁铁心481的第一部位485的内周面与轴440的第六部位446的外周面以相互平行的方式对置配置,并且,在两个周面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm),隔着该间隙(空隙)磁连结。这是第三径向间隙Gr3(参照图34)。
励磁铁心481的第二部位486的内周面与转子铁心固定用磁性环490的外周面以相互平行的方式对置配置,并且,在两个周面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm),隔着该间隙(空隙)磁连结。这是第四径向间隙Gr4(参照图34)。此处,如使用图35说明了的那样,与第一径向间隙Gr1和第二径向间隙Gr之间的关系相同,第三径向间隙Gr3的在轴线方向上的长度比第四径向间隙Gr4的在轴线方向上的长度长。
并且,在图33的励磁铁心481的第一部位485与第二部位486之间形成有垂直的侧壁487。即,相对于沿水平方向延伸的轴线L垂直地形成有侧壁487。励磁铁心481的侧壁487与转子铁心固定用磁性环490的侧壁(右侧面)491以相互平行的方式对置配置,并且,在两个面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm),隔着该间隙(空隙)磁连结。这是第三轴向间隙Ga3(参照图34)。
此外,励磁铁心481的第二部位486的左侧面(垂直的侧壁)与转子铁心451的右侧面以相互平行的方式对置配置,并且,在两个面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm),隔着该间隙(空隙)磁连结。这是第四轴向间隙Ga4(参照图34)。
第三径向间隙Gr3、第三轴向间隙Ga3、第四径向间隙Gr4以及第四轴向间隙Ga4形成为阶梯状。
这样,在第八实施方式中,利用轴向间隙Ga1、Ga2、Ga3、Ga4以及径向间隙Gr1、Gr2、Gr3、Gr4构成励磁磁极的励磁铁心471、482与同励磁铁心471、481对置的励磁磁路形成部之间的间隙。
其次,以当对各励磁线圈472、482通电之际形成的磁路(励磁磁通的流动)为中心对以上述方式构成的马达410的作用进行说明。
如图34所示,在第八实施方式的马达410中,通过使励磁线圈472中流过电流而在励磁铁心471产生的励磁磁通如箭头Y1所示朝轴440流动。进而,励磁磁通如箭头Y2、Y3、Y4所示穿过第一径向间隙Gr1、第二径向间隙Gr2、第一轴向间隙Ga1流入轴440。并且,励磁磁通如箭头Y5所示穿过第二轴向间隙Ga2流入转子铁心451。这样,磁通与轴线L平行地横截轴向间隙Ga1、Ga2,磁通与轴线L呈直角(径向)地横截径向间隙Gr1、Gr2。
进一步,励磁磁通如箭头Y6所示在轴440内沿轴向流动,并如箭头Y7所示朝与轴440的轴线L正交的方向流动而在转子铁心451(转子齿452)中朝外径侧流动从而经过定子铁心461(定子齿462)。进一步,励磁磁通如箭头Y8所示在旁路铁心420中被朝励磁铁心471诱导。
这样,形成有由励磁铁心471、轴440、转子450、定子460以及旁路铁心420形成的励磁磁路,以及由励磁铁心471、转子450、定子460以及旁路铁心420形成的励磁磁路。
同样,通过使励磁线圈482中流过电流而在励磁铁心481产生的励磁磁通如箭头Y11所示朝轴440流动。进而,励磁磁通如箭头Y12、Y13、Y14所示穿过第三径向间隙Gr3、第四径向间隙Gr4以及第三轴向间隙Ga3流入轴440。并且,励磁磁通如箭头Y15所示穿过第四轴向间隙Ga4流入转子铁心451。
进一步,励磁磁通如箭头Y16所示在轴440内沿轴向流动,并如箭头Y17所示朝与轴440的轴线L正交的方向流动而在转子铁心451(转子齿452)中朝外径侧流动从而经过定子铁心461(定子齿462)。进一步,励磁磁通如箭头Y18所示在旁路铁心420中被朝励磁铁心481诱导。
这样,形成有由励磁铁心481、轴440、转子450、定子460以及旁路铁心420形成的励磁磁路,以及由励磁铁心481、转子450、定子460以及旁路铁心420形成的励磁磁路。
这样,在第八实施方式的马达410中,形成有环状(圈状)的磁路(励磁磁通的流动),转子450的转子齿452借助励磁磁通而具有N极的极性,转子齿452(励磁磁通)具有与永磁铁同步马达中的配设于转子的永磁铁同样的作用。
并且,在第八实施方式的马达410中,能够通过使流过各励磁线圈472、482的电流量增加而使励磁磁通增加,从而能够得到更大的扭矩。另一方面,在第八实施方式的马达410中,在高速旋转时,能够通过使流过各励磁线圈472、482的电流量减少而使励磁磁通减少,从而能够提高最大转速。即,在第八实施方式的马达410中,能够仅借助强励磁控制提高最大扭矩以及最大转速。因而,在第八实施方式的马达410中,不需要将永磁铁配设于转子450的情况下所需要的弱励磁控制,能够简化结构。
并且,如图32、33所示,形成为无磁铁的绕组励磁型马达,如图34所示,形成有磁通从励磁磁极470、480开始流动的磁路(励磁磁极的磁路)。此时,一并使用轴向间隙(Ga1、Ga2、Ga3、Ga4)和径向间隙(Gr1、Gr2、Gr3、Gr4)构成磁路。通过一并使用轴向间隙(Ga1、Ga2、Ga3、Ga4)和径向间隙(Gr1、Gr2、Gr3、Gr4),与单独使用径向间隙或轴向间隙相比能够扩大空隙面积,能够实现扭矩提高(体积下降)。并且,与单独使用轴向间隙相比较,能够降低对轴承施加的轴向载荷。
如上,根据第八实施方式,能够得到如下的优点。
(34)利用轴向间隙(Ga1、Ga2、Ga3、Ga4)和径向间隙(Gr1、Gr2、Gr3、Gr4)构成励磁磁极的励磁铁心471、482与同励磁铁心471、481对置的励磁磁路形成部之间的空隙。由此,通过组合并用轴向间隙和径向间隙,能够高效地确保励磁铁心471、481与同励磁铁心471、481对置的励磁磁路形成部之间的间隙面积(空隙面积)。
详细说明。
在不使用永磁铁的绕组励磁型的同步马达(无磁铁绕组励磁型同步马达)中,使用励磁磁路,形成为使磁通三维流动的构造,除了转子与定子之间的空隙之外,在励磁铁心与同该励磁铁心对置的部件之间也存在间隙(空隙),需要确保该空隙面积。
具体地说,为了仅利用径向间隙来确保空隙面积,能够举出扩大径向间隙的轴向长度、或者扩大径向间隙直径的方法,但在前者的情况下马达轴向长度增大,马达大型化而相对于车辆的搭载性恶化。在后者的情况下,马达惯性质量增大。由此,会对搭载有电动机的车辆的操控性造成影响。并且,二者均会导致轴的大型化,会导致因电动机质量增加而造成的效率恶化、成本增大。另一方面,若仅以轴向间隙来确保空隙面积,则转子与励磁磁极之间的推力增大,在轴承施加有大的推力载荷。并且,在仅由轴向间隙构成的情况下,因通过薄板的层叠(薄板层压)制造的转子层叠厚度的公差偏差导致的扭矩变动变大。为了避免该情况,在组装时需要一边选择垫片(厚度尺寸调整板)等而对轴向空隙进行调整,一边实施组装,因此会导致工时增加/成本增加。
与此相对,在第八实施方式中,与单独使用径向间隙相同,通过一并使用轴向间隙,能够扩大间隙面积,能够实现扭矩提高或者体积降低。并且,与单独使用轴向间隙相比,通过一并使用径向间隙,能够得到如上的优点,并且能够降低施加于轴承的轴向载荷,因此轴承的耐久性提高。此外,由于在设计时能够任意地调整轴向间隙和径向间隙的比率,因此容易地吸收由于因通过钢板的层叠(钢板层压)制造的转子铁心的层叠厚度公差的偏差而产生的轴向空隙的偏差导致的扭矩变动。
这样,在第八实施方式中,能够实现绕组励磁型马达的质量、体积的降低,并且能够将施加于轴承的推力调整至适当的范围,能够提高马达的耐久可靠性。
(35)与励磁铁心471、481对置的励磁磁路形成部包括作为转子的转子铁心451的定位部件的第四部位444以及转子铁心固定用磁性环490,因此能够使用转子的转子铁心451的定位部件形成间隙。由于定位部件具有与转子铁心451邻接的圆筒状的周面和与轴线L垂直的壁面,因此适合形成轴向间隙和径向间隙。
(36)轴向间隙和径向间隙形成有多级。因此,若轴向间隙和径向间隙形成有多级,则级数越是增加越是能够使应力、磁通流动的分布平滑,从而导致马达性能提高。
(37)由于与励磁铁心471、481对置的励磁磁路形成部包括被固定于转子450的轴440,因此能够经由轴440形成励磁磁路。
第八实施方式并不限定于上述方式,例如能够以下述方式具体化。
在第八实施方式中,如图35所示第一径向间隙Gr1的在轴线方向上的长度L1比第二径向间隙Gr2的在轴线方向上的长度L2长,但是,取而代之,也可以使第二径向间隙Gr2的在轴线方向上的长度L2比第一径向间隙Gr1的在轴线方向上的长度L1长(L2>L1)。由此,能够更高效地提高间隙的对置面积。
轴向间隙和径向间隙也可以并不像图34那样形成为两级,可以形成为一级,也可以形成为三级以上的多级。如上所述,级数越是增加,则越能够使应力、磁通流动的分布平滑。
在第八实施方式中,将轴承B1、B2配设于左右支架30、31,但也可以形成为防止轴承的电蚀的构造,并将轴承配置于励磁铁心端部。
在第八实施方式中构成为:第一部位41的直径φ1与第八部位48的直径φ8相等,并且,第二部位42的直径φ2与第七部位47的直径φ7相等,但并不限于该结构。只要在组装上不会发生不良情况就能够进行变更。
并不限于图32、34所示的励磁磁极结构,也可以形成为图37、38所示的励磁磁极的结构。
在图37、38中,励磁磁极500配置在旁路铁心420的两端部。励磁磁极500具备励磁铁心510和励磁线圈(励磁绕组)520。励磁铁心510由磁性体形成。励磁铁心510具备:固定部511,该固定部511形成为圆环状,轴440插通该固定部511;以及多条臂部512,这些臂部512从固定部511以与轴线L正交、且从轴线L朝向外侧的方式呈放射状地延伸。各臂部512隔开相等间隔配置。在各臂部512中,在靠轴440(固定部511)侧分别卷绕有导线而形成有励磁线圈520。励磁铁心510的各臂部512的前端部被固定于旁路铁心420,各臂部512的前端面相对于旁路铁心420密接,且磁连结。并且,在励磁铁心510的固定部511插通有轴440,固定部511的内周面与轴440的外周面以相互平行的方式对置配置,并且在两个周面之间形成有稍许间隙(例如0.5mm)。
此处,在供轴440插通的励磁铁心510的固定部511的内表面以内径不同的方式形成有阶梯差。进而,励磁铁心510的固定部511的内周面与轴440的第三部位443的外周面以相互平行的方式对置配置,形成有第一径向间隙Gr1。并且,励磁铁心510的固定部511的内周面与轴440的第四部位444的外周面以相互平行的方式对置配置,形成有第二径向间隙Gr2。并且,励磁铁心510的固定部511的垂直的侧壁与轴440的侧壁449以相互平行的方式对置配置,形成有第一轴向间隙Ga1。励磁铁心510的固定部511的侧面(垂直的侧壁)与转子铁心451的侧面以相互平行的方式对置配置,形成有第二轴向间隙Ga2。
旁路铁心420的另一方的励磁磁极500也形成为同样的结构。
在图32、33中,也可以仅设置励磁磁极470或者励磁磁极480。并且,在图37、38中,也可以仅在主电动机部411(轴440)的单侧设置励磁磁极500。
在第八实施方式中,转子的转子齿452的数量可以适当变更。并且,定子的定子齿462的数量可以适当变更。
经由轴440形成励磁磁路,但也可以在不经由轴440的情况下形成励磁磁路。例如,可以使轴与转子铁心451之间夹装有SMC部件,以SMC部件形成励磁磁路的方式将SMC部件形成为相对于励磁铁心形成有轴向间隙和径向间隙的形状。
在第八实施方式中作为磁凸极部的转子齿452在形状上呈凸形状,但并不限于该结构。只要在磁性上呈凸极性即可。例如,也可以形成为仅转子齿的前端与邻接的转子齿连结、或者在转子齿之间的凹部埋入非磁性体,转子作为整体呈圆筒状。
在第八实施方式中,通过层叠多片钢板(电磁钢板)而构成转子铁心451,但也可以由SMC、铁块等磁性体构成。
在第八实施方式中,作为旋转电机具体化为马达,但并不限于此,也可以作为发电机使用。
以下,根据图39以及图40对将本发明具体化为作为旋转电机的马达(旋转电动机)的第九实施方式进行说明。
如图39所示,马达610的壳体611由圆筒状的铁心轭铁(励磁磁轭)612、与铁心轭铁612的一端(图39的左端)连结的有底圆筒状的第一壳体613;以及与铁心轭铁612的另一端(图39的右端)连结的有底圆筒状的第二壳体614构成。第一壳体613以及第二壳体614由非磁性材料形成。铁心轭铁612由磁性材料形成,并且,在第九实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。在第一壳体613的底壁形成有贯通孔613a。在壳体611内收纳有主电动机部M。
在铁心轭铁612内收纳有构成主电动机部M的一部分的轴(旋转轴)615。轴615由软磁性材料(例如铁、硅钢等)形成,且大致呈圆柱状。轴615由第一壳体613以及第二壳体614经由轴承616、617支承而能够旋转。轴615的一端(图39的左端)经由贯通孔613a朝壳体611外突出。
在铁心轭铁612的内周面固定有构成主电动机部M的一部分的定子620(固定部件)。定子620由固定于铁心轭铁612的内周面的圆环状的定子齿621和定子线圈(定子绕组)622构成。铁心轭铁612遍及整周覆盖定子铁心621的外周面,并且定子铁心621的外周面和铁心轭铁612的内周面密接。因此,定子铁心621与铁心轭铁612磁连接。定子铁心621通过在沿着轴615的轴线L的方向(轴615的轴向)层叠多片钢板而构成。
在定子铁心621,在定子铁心621的周方向隔开相等间隔设置有朝轴615突出的多个定子齿621a。各定子齿621a的前端面均位于同一周面上。在各定子齿621a装配有由绝缘性树脂材料形成的定子线圈用线圈骨架622b。进而,定子线圈622通过将由导电性的金属材料(在第九实施方式中为铜)形成的导线卷绕于定子线圈用线圈骨架622b形成。另外,定子线圈622设定成U相、V相以及W相中的任意一相,通过分别对其供给相位不同的电流而使之产生旋转磁场。
在定子620的内侧设置有构成主电动机部M的一部分的转子630(旋转部件)。转子630具有被固定安装于轴615的转子铁心631。转子铁心631能够绕轴615的轴线L与轴615一体旋转。轴615的外周面与转子铁心631的内周面密接。因此,轴615与转子铁心631磁连接。转子铁心631通过在615的轴向层叠多片由软磁性材料形成的钢板而构成。因而,在转子铁心631内,磁通与轴615的轴向相比易于沿着与轴线L正交的转子铁心631的径向以及周方向流动。
并且,转子铁心631的在轴615的轴向上的长度与定子铁心621的在轴615的轴向上的长度相同。因此,在轴615的轴向上,线圈端部622e从定子齿621的端面突出。因此,在轴615的轴向上的定子线圈622的线圈端部622e的两端比转子铁心631的两端朝外侧突出。并且,在壳体611内,在比一端侧(第一壳体613侧)的线圈端部622e靠第一壳体613侧的位置,设置有供各相的定子线圈622的搭接线(未图示)经过的搭接线区域W(在图39中以双点划线示出)。
如图40所示,转子铁心631在转子铁心631的周方向隔开相等间隔设置有多个朝径向外侧突出的作为磁凸极的转子齿631a。各转子齿631a的前端面均位于同一周面上。在各转子齿631a的前端面与定子齿621a的前端面之间形成有稍许间隙。进而,转子齿631a与定子齿621a隔着该间隙磁连接。
因而,在第九实施方式中,利用轴615、定子620以及转子630构成主电动机部M。
如图39所示,在铁心轭铁612内的比定子620以及转子630靠一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第一励磁磁极641。第一励磁磁极641由圆环状的作为励磁铁心的第一励磁铁心642和作为励磁绕组的第一励磁线圈643、第二励磁线圈644以及第三励磁线圈645构成。第一励磁铁心642通过沿轴615的轴向层叠多片由磁性材料形成的钢板而构成。
对于第一励磁铁心642,第一励磁铁心642的外周部642b被压入于在铁心轭铁612的一端开口部凹陷设置的压入凹部612a,由此第一励磁铁心642被固定于铁心轭铁612。在第一励磁铁心642被固定于铁心轭铁612后的状态下,第一励磁铁心642的外周部642b与铁心轭铁612密接。因此,第一励磁铁心642与铁心轭铁612磁连接。并且,在第一励磁铁心642的内侧插通有轴615,在第一励磁铁心642的内周面与轴615的外周面之间形成有稍许间隙。进而,第一励磁铁心642与轴615隔着该间隙磁连接。
在铁心轭铁612内的比定子620以及转子630靠另一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第二励磁磁极651。第二励磁磁极651由圆环状的作为励磁铁心的第二励磁铁心652和作为励磁绕组的第四励磁线圈653、第五励磁线圈654以及第六励磁线圈655构成。第二励磁铁心652通过在沿着轴线L的方向上层叠多片由磁性材料形成的钢板而构成。
对于第二励磁铁心652,第二励磁铁心652的外周部652b被压入于在铁心轭铁612的另一端开口部凹陷设置的压入凹部612b,由此第二励磁铁心652被固定于铁心轭铁612。在第二励磁铁心652被固定于铁心轭铁612后的状态下,第二励磁铁心652的外周部652b与铁心轭铁612密接。因此,第二励磁铁心652与铁心轭铁612磁连接。并且,在第二励磁铁心652的内侧插通有轴615,在第二励磁铁心652的内周面与轴615的外周面之间形成有稍许间隙。进而,第二励磁铁心652与轴615隔着该间隙磁连接。
在铁心轭铁612内,从第一励磁铁心642的与同第一壳体613对置的端面相反侧的端面642a到定子铁心621的一端部为止的距离H1,比从第二励磁铁心652的与同第二壳体614对置的端面相反侧的端面652a到定子铁心621的另一端部为止的距离H2长所存在的搭接线区域W的量。
在第一励磁铁心642的端面642a固着有作为励磁线圈用线圈骨架的第一励磁线圈用线圈骨架646。第二励磁线圈用线圈骨架646由圆筒状的第一主体部646a和圆环状的一对凸缘部646b、646c构成,第一主体部646a沿着轴615的轴向从第一励磁铁心642的端面642a一直延伸到定子铁心621的一端面的近前,一对凸缘部646b、646c从第一主体部646a的两端开口部朝径向外侧延伸。进而,利用第一主体部646a以及一对凸缘部646b、646c形成一部分位于比一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置的径向外侧卷装部646A。
第一励磁线圈643通过在径向外侧卷装部646A将由导电性的金属材料(在第九实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第一励磁线圈643在被卷绕于径向外侧卷装部646A后的状态下,其一部分配置在比一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置。
在第一励磁铁心642的端面642a固着有作为励磁线圈用线圈骨架的第二励磁线圈用线圈骨架647。第二励磁线圈用线圈骨架647具有圆筒状的第二主体部647a,该第二主体部647a沿着轴615的轴向从第一励磁铁心642的端面642a一直延伸到转子铁心631的一端面的近前。并且,第二励磁线圈用线圈骨架647具有:圆环状的一端侧凸缘部647b,该一端侧凸缘部647b从第二主体部647a的一端开口部朝径向外侧一直延伸到第一主体部646a的内周面的近前;以及圆环状的另一端侧凸缘部647c,该另一端侧凸缘部647c从第二主体部647a的另一端开口部朝径向外侧一直延伸到定子线圈用线圈骨架622b的靠轴615侧的面的近前。此外,第二励磁线圈用线圈骨架647具有圆环状的分隔凸缘部647d,该分隔凸缘部647d位于一端侧凸缘部647b与另一端侧凸缘部647c之间,且从第二主体部647a的外周面朝径向外侧一直延伸到第一主体部646a的内周面的近前。一端侧凸缘部647b的沿着径向的长度与分隔凸缘部647d的沿着径向的长度相同。
进而,利用第二主体部647a的一部分、一端侧凸缘部647b以及分隔凸缘部647d形成轴向外侧卷装部647A,该轴向外侧卷装部647A位于比一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置。并且,利用第二主体部647a的一部分、另一端侧凸缘部647c以及分隔凸缘部647d形成径向内侧卷装部647B,该径向内侧卷装部647B的一部分位于比一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置。即,第二励磁线圈用线圈骨架647由轴向外侧卷装部647A和径向内侧卷装部647B一体化而构成。
第二励磁线圈644通过在轴向外侧卷装部647A将由导电性的金属材料(在第九实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第二励磁线圈644在被卷绕于轴向外侧卷装部647A后的状态下,被配置于比一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置。第三励磁线圈645通过在径向内侧卷装部647B将由导电性的金属材料(在第九实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。在第三励磁线圈645被卷绕于径向内侧卷装部647B后的状态下,其一部分被配置在比一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置。
在第二励磁铁心652的端面652a固着有作为励磁线圈用线圈骨架的第三励磁线圈用线圈骨架656。第三励磁线圈用线圈骨架656由圆筒状的第三主体部656a和圆环状的一对凸缘部656b、656c构成,第三主体部656a沿着轴615的轴向从第二励磁铁心652的端面652a一直延伸到定子铁心621的另一端面的近前,一对凸缘部656b、656c从第三主体部656a的两端开口部朝径向外侧延伸。第三主体部656a的沿着轴615的轴向的长度比第一主体部646a的沿着轴615的轴向的长度短。进而,利用第三主体部656a以及一对凸缘部656b、656c形成径向外侧卷装部656A,该径向外侧卷装部656A的一部分位于比另一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置。
第四励磁线圈653通过在径向外侧卷装部656A将由导电性的金属材料(在第九实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而形成。第四励磁线圈653在被卷绕于径向外侧卷装部656A后的状态下,其一部分被配置于比另一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置。
在第二励磁铁心652的端面652a固着有作为励磁线圈用线圈骨架的第四励磁线圈用线圈骨架657。第四励磁线圈用线圈骨架657具有圆筒状的第四主体部657a,该第四主体部657a沿着轴615的轴向从第二励磁铁心652的端面652a一直延伸到转子铁心631的一端面的近前。第四主体部657a的沿着轴615的轴向的长度比第二主体部647a沿着轴615的轴向的长度短。
并且,第四励磁线圈用线圈骨架657具有:圆环状的一端侧凸缘部657b,该一端侧凸缘部657b从第四主体部657a的一端开口部朝径向外侧延伸到第三主体部656a的内周面的近前;以及圆环状的另一端侧凸缘部657c,该另一端侧凸缘部657c从第四主体部657a的另一端开口部朝径向外侧延伸到定子线圈用线圈骨架622b的靠轴615侧的面的近前。此外,第四励磁线圈用线圈骨架657具有圆环状的分隔凸缘部657d,该分隔凸缘部657d位于一端侧凸缘部657b与另一端侧凸缘部657c之间,且从第四主体部657a的外周面朝径向外侧延伸到第三主体部656a的内周面的近前。一端侧凸缘部657b的沿着径向的长度与分隔凸缘部657d的沿着径向的长度相同。
进而,利用第四主体部657a的一部分、一端侧凸缘部657b以及分隔凸缘部657d形成轴向外侧卷装部657A,该轴向外侧卷装部657A位于比另一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置。并且,利用第四主体部657a的一部分、另一端侧凸缘部657c以及分隔凸缘部657d形成径向内侧卷装部657B,该径向内侧卷装部657B的一部分位于比另一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置。即,第四励磁线圈用线圈骨架657由轴向外侧卷装部657A和径向内侧卷装部657B一体化而构成。
第五励磁线圈654通过在轴向外侧卷装部657A将由导电性的金属材料(在第九实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第五励磁线圈654在被卷绕于轴向外侧卷装部657A后的状态下,被配置在比另一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置。第六励磁线圈655通过在径向内侧卷装部657B将由导电性的金属材料(在第九实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第六励磁线圈655在被卷绕于径向内侧卷装部657B后的状态下,其一部分被配置于比另一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置。
其次,以当对各励磁线圈643、644、645、653、654、655供给电流之际形成的磁路(励磁磁通的流动)为中心对第九实施方式的马达610的作用进行说明。另外,在壳体611的外周面设置有用于对各励磁线圈643、644、645、653、654、655供给电流的端子台(未图示),各励磁线圈643、644、645、653、654、655的导线的始端被朝壳体611外部引出而与端子台电连接。
通过对各励磁线圈643、644、645供给电流而在第一励磁铁心642产生的励磁磁通如箭头Y1所示朝轴615流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(间隙)流入轴615。进一步,励磁磁通如箭头Y2所示在轴615内沿轴615的轴向流动,并如箭头Y3所示朝与轴615的轴线L正交的方向流动而在转子铁心631(转子齿631a)中朝外径侧流动从而经过定子铁心621(定子齿621a)。进一步,励磁磁通如箭头Y4所示在铁心轭铁612中被朝第一励磁磁极641诱导。
这样,形成有由第一励磁铁心642、轴615、转子630、定子620以及铁心轭铁612形成的励磁磁路。因此,在第九实施方式中,铁心轭铁612、轴615以及第一励磁铁心642作为与转子630以及定子620共同形成励磁磁路的磁路形成部件发挥功能。
同样,通过对各励磁线圈653、654、655供给电流而在第二励磁铁心652产生的励磁磁通如箭头Y11所示朝轴615流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(间隙)流入轴615。进一步,励磁磁通如箭头Y12所示在轴615内沿轴615的轴向流动,并如箭头Y13所示朝与轴615的轴线L正交的方向流动而在转子铁心631(转子齿631a)中朝外径侧流动从而经过定子铁心621(定子齿621a)。进一步,励磁磁通如箭头Y14所示在铁心轭铁612中被朝第二励磁磁极651诱导。
这样,形成有由第二励磁铁心652、轴615、转子630、定子620以及铁心轭铁612形成的励磁磁路。因此,在第九实施方式中,铁心轭铁612、轴615以及第二励磁铁心652作为与转子630以及定子620共同形成励磁磁路的磁路形成部件发挥功能。
这样,在第九实施方式的马达610中,形成有环状(圈状)的磁路(励磁磁通的流动),转子630的转子齿631a借助励磁磁通而具有N极的极性,转子齿631a(励磁磁通)具有与永磁铁同步马达中的配设于转子的永磁铁同样的作用。
并且,在第九实施方式的马达610中,能够通过使流过各励磁线圈643、644、645、653、654、655的电流量增加而使励磁磁通增加,从而能够得到更大的扭矩。另一方面,在第九实施方式的马达610中,在高速旋转时,能够通过使流过各励磁线圈643、644、645、653、654、655的电流量减少而使励磁磁通减少,从而能够提高最大转速。即,在第九实施方式的马达610中,能够仅借助强励磁控制提高最大扭矩以及最大转速。因而,在第九实施方式的马达610中,不需要将永磁铁配设于转子630的情况下所需要的弱励磁控制,能够简化结构。
并且,在为了使第一励磁铁心642以及第二励磁铁心652产生励磁磁通而需要的各励磁线圈643、644、645、653、654、655在壳体611内分别利用比线圈端部622e靠径向内侧的位置、比线圈端部622e靠径向外侧的位置、以及比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置配置。即,由于有效利用在壳体611内产生的无用的空间来配置各励磁线圈643、644、645、653、654、655,因此能够避免马达610的在轴615的轴向上的体积无用地大型化。
在第九实施方式中,能够得到如下的优点。
(38)第三励磁线圈645的一部分配置于比一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置,并且,第六励磁线圈655的一部分配置于比另一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置。因此,在马达610中,能够有效利用在比线圈端部622e靠径向内侧的位置产生的无用的空间,即便配置各励磁线圈645、655,马达610的在轴615的轴向上的体积也不会大型化。并且,第二励磁线圈644配置于比一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置,并且,第五励磁线圈654配置于比另一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置。因此,在马达610中,能够有效利用在比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置产生的无用的空间,能够避免马达610的在轴615的轴向上的体积无用地大型化。
(39)各励磁线圈645、655被配置于比线圈端部622e靠径向内侧的位置,由此,能够使配置于比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置的各励磁线圈644、654的在轴615的轴向上的体积减小相应的量。因此,能够使马达610整体在轴615的轴向上的体积小型化。
(40)第一励磁线圈643的一部分配置于比一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置,并且,第四励磁线圈653的一部分配置于比另一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置。因此,能够有效利用在比线圈端部622e靠径向外侧的位置产生的无用的空间,并且,各励磁线圈643、653被配置于比线圈端部622e靠径向外侧的位置,由此,能够使配置于比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的各励磁线圈644、654的在轴615的轴向上的体积减小相应的量。结果,能够使马达610整体在轴615的轴向上的体积小型化。
第二励磁线圈用线圈骨架647通过轴向外侧卷装部647A和径向内侧卷装部647B一体化而构成,并且,第四励磁线圈用线圈骨架657通过轴向外侧卷装部657A和径向内侧卷装部657B一体化而构成。因此,例如无需将配置于比线圈端部622e靠径向内侧的位置的用于卷绕励磁线圈的励磁线圈用线圈骨架、和配置于比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置的用于卷绕励磁线圈的励磁线圈用线圈骨架分别分开配置。即,仅通过配置一个励磁线圈用线圈骨架647、657,就能够在比线圈端部622e靠径向内侧、以及比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置配置各励磁线圈644、645、654、655。
以下,根据图41对将本发明具体化为作为旋转电机的马达(旋转电动机)的第十实施方式进行说明。另外,在以下说明的实施方式中,对与已经说明了的第九实施方式相同的结构赋予同一标号等,并省略或者简化重复的说明。
如图41所示,在铁心轭铁612内的比定子620以及转子630靠一端侧的位置,配设有用于产生励磁磁通的第三励磁磁极661。第三励磁磁极661由第一励磁铁心642、作为励磁线圈的第七励磁线圈663、第八励磁线圈664以及第九励磁线圈665构成。
在第一励磁铁心642的端面642a固着有作为励磁线圈用线圈骨架的第五励磁线圈用线圈骨架666。第五励磁线圈用线圈骨架666具有圆筒状的第五主体部666a,该第五主体部666a沿着轴615的轴向从第一励磁铁心642的端面642a一直延伸到搭接线区域W的最靠第一壳体613侧的位置。并且,第五励磁线圈用线圈骨架666具有:圆环状的一端侧凸缘部666b,该一端侧凸缘部666b从第五主体部666a的一端开口部朝径向外侧延伸;以及圆环状的另一端侧凸缘部666c,该另一端侧凸缘部666c从第五主体部666a的另一端开口部朝径向外侧延伸。此外,第五励磁线圈用线圈骨架666具有圆筒状的第六主体部666d,该第六主体部666d沿着轴615的轴向从另一端侧凸缘部666c一直延伸到定子铁心621的一端面的近前。并且,第五励磁线圈用线圈骨架666具有圆环状的前端侧凸缘部666e,该前端侧凸缘部666e从第六主体部666d的前端开口部朝径向外侧延伸。
进而,利用第五主体部666a、一端侧凸缘部666b以及另一端侧凸缘部666c形成位于比一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置的轴向外侧卷装部666A。并且,利用第六主体部666d、另一端侧凸缘部666c的一部分以及前端侧凸缘部666e形成一部分位于比一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置的径向外侧卷装部666B。即,第五励磁线圈用线圈骨架666由轴向外侧卷装部666A和径向外侧卷装部666B一体化而构成。
第七励磁线圈663通过在轴向外侧卷装部666A将由导电性的金属材料(在第十实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第七励磁线圈663在被卷绕于轴向外侧卷装部666A后的状态下,配置于比一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置。第八励磁线圈664通过在径向外侧卷装部666B将由导电性的金属材料(在第十实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第八励磁线圈664在被卷绕于径向外侧卷装部666B后的状态下,一部分配置于比一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置。
在第一励磁铁心642的端面642a固着有作为励磁线圈用线圈骨架的第六励磁线圈用线圈骨架667。第六励磁线圈用线圈骨架667由圆筒状的第七主体部667a和圆环状的一对凸缘部667b、667c构成,第七主体部667a沿着轴615的轴向从第一励磁铁心642的端面642a一直延伸到转子铁心631的一端面的近前,一对凸缘部667b、667c从第七主体部667a的两端开口部朝径向外侧延伸。进而,利用第七主体部667a以及一对凸缘部667b、667c形成一部分位于比一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置的径向内侧卷装部667A。
第九励磁线圈665通过在径向内侧卷装部667A将由导电性的金属材料(在第十实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第九励磁线圈665在被卷绕于径向内侧卷装部667A后的状态下,一部分配置于比一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置。
在铁心轭铁612内的比定子620以及转子630靠另一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第四励磁磁极671。第四励磁磁极671由第二励磁铁心652、作为励磁线圈的第十励磁线圈673、第十一励磁线圈674以及第十二励磁线圈675构成。
在第二励磁铁心652的端面652a固着有作为励磁线圈用线圈骨架的第七励磁线圈用线圈骨架676。第七励磁线圈用线圈骨架676具有圆筒状的第八主体部676a,该第八主体部676a沿着轴615的轴向从第二励磁铁心652的端面652a朝线圈端部622e延伸。并且,第七励磁线圈用线圈骨架676具有:圆环状的一端侧凸缘部676b,该一端侧凸缘部676b从第八主体部676a的一端开口部朝径向外侧延伸;以及圆环状的另一端侧凸缘部676c,该另一端侧凸缘部676c从第八主体部676a的另一端开口部朝径向外侧延伸。此外,第七励磁线圈用线圈骨架676具有圆筒状的第九主体部676d,该第九主体部676d沿着轴615的轴向从另一端侧凸缘部676c一直延伸到定子铁心621的另一端面的近前。并且,第七励磁线圈用线圈骨架676具有圆环状的前端侧凸缘部676e,该前端侧凸缘部676e从第九主体部676d的前端开口部朝径向外侧延伸。
进而,利用第八主体部676a、一端侧凸缘部676b以及另一端侧凸缘部676c形成位于比另一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置的轴向外侧卷装部676A。并且,利用第九主体部676d、另一端侧凸缘部676c的一部分以及前端侧凸缘部676e形成一部分位于比另一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置的径向外侧卷装部676B。即,第七励磁线圈用线圈骨架676由轴向外侧卷装部676A和径向外侧卷装部676B一体化而构成。
第十励磁线圈673通过在轴向外侧卷装部676A将由导电性的金属材料(在第十实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第十励磁线圈673在被卷绕于轴向外侧卷装部676A后的状态下,配置于比另一端侧的线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置。第十一励磁线圈674通过在径向外侧卷装部676B将由导电性的金属材料(在第十实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第十一励磁线圈674在被卷绕于径向外侧卷装部676B后的状态下,一部分配置于比另一端侧的线圈端部622e靠径向外侧的位置。
在第二励磁铁心652的端面652a固着有作为励磁线圈用线圈骨架的第八励磁线圈用线圈骨架677。第八励磁线圈用线圈骨架677由圆筒状的第十主体部677a和圆环状的一对凸缘部677b、677c构成,第十主体部677a沿着轴615的轴向从第二励磁铁心652的端面652a一直延伸到转子铁心631的另一端面的近前,一对凸缘部677b、677c从第十主体部677a的两端开口部朝径向外侧延伸。进而,利用第十主体部677a以及一对凸缘部677b、677c形成一部分位于比另一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置的径向内侧卷装部677A。
第十二励磁线圈675通过在径向内侧卷装部677A将由导电性的金属材料(在第十实施方式中为铜)形成的导线绕轴615的轴线L卷绕多匝而卷成。第十二励磁线圈675在被卷绕于径向内侧卷装部677A后的状态下,一部分配置于比另一端侧的线圈端部622e靠径向内侧的位置。
因而,根据第十实施方式,除了能够得到第九实施方式的效果(38)~(41)之外,还能够得到以下所示的优点。
(42)第五励磁线圈用线圈骨架666由轴向外侧卷装部666A和径向外侧卷装部666B一体化而构成,并且,第七励磁线圈用线圈骨架676由轴向外侧卷装部676A和径向外侧卷装部676B一体化而构成。因此,例如,无需将配置于比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的位置的用于卷绕励磁线圈的励磁线圈用线圈骨架、和配置于比线圈端部622e靠径向外侧的位置的用于卷绕励磁线圈的励磁线圈用线圈骨架分别分开配置。即,仅通过配置一个励磁线圈用线圈骨架666、676就能够在比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧、以及比线圈端部622e靠径向外侧的位置配置各励磁线圈663、664、673、674。
另外,第九以及第十实施方式能够按下述方式变更。
在第九实施方式中,如图42所示,也可以使第二励磁线圈用线圈骨架647的一端侧凸缘部647b与第一励磁线圈用线圈骨架646的第一主体部646a的内周面连结,从而使第一励磁线圈用线圈骨架646和第二励磁线圈用线圈骨架647一体化。同样,也可以使第四励磁线圈用线圈骨架657的一端侧凸缘部657b与第三励磁线圈用线圈骨架656的第三主体部656a的内周面连结,从而使第三励磁线圈用线圈骨架656和第四励磁线圈用线圈骨架657一体化。由此,仅使用一个励磁线圈用线圈骨架就能够在比线圈端部622e靠径向内侧、外侧、以及比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的所有的空间配置励磁线圈643、644、645、653、654、655。
并且,如图43所示,也可以使第一主体部646a以及第二主体部647a的沿着轴615的轴向的长度与第三主体部656a以及第四主体部657a的沿着轴615的轴向的长度相同。即,可以在铁心轭铁612内的比定子620以及转子630靠两端侧的位置配置相同形状的励磁线圈用线圈骨架。由此,仅使用一种励磁线圈用线圈骨架就能够在比线圈端部622e靠径向内侧、外侧、以及比线圈端部622e靠轴615的轴向外侧的所有的空间配置励磁线圈。
在第九实施方式中,如图44所示,也可以删除第一励磁线圈用线圈骨架646和第三励磁线圈用线圈骨架656。即,也可以并不在比线圈端部622e靠径向外侧的位置配置励磁线圈。在该情况下,如图44所示,优选第二励磁线圈用线圈骨架647的一端侧凸缘部647b以及分隔凸缘部647d设置成沿着径向一直延伸到铁心轭铁612的内周面的近前。同样,优选第四励磁线圈用线圈骨架657的一端侧凸缘部657b以及分隔凸缘部657d设置成沿着径向一直延伸到铁心轭铁612的内周面的近前。通过这样做,能够增加卷绕于轴向外侧卷装部647A、657A的导线的量。
在第九实施方式中,第二励磁线圈用线圈骨架647也可以并非是轴向外侧卷装部647A和径向内侧卷装部647B一体化的结构。即,也可以将具有轴向外侧卷装部647A的励磁线圈用线圈骨架和具有径向内侧卷装部647B的励磁线圈用线圈骨架分别分开配置。同样,第四励磁线圈用线圈骨架657也可以并非是轴向外侧卷装部657A和径向内侧卷装部657B一体化的结构。即,也可以将具有轴向外侧卷装部657A的励磁线圈用线圈骨架和具有径向内侧卷装部657B的励磁线圈用线圈骨架分别分开配置。
在第十实施方式中,第五励磁线圈用线圈骨架666也可以并非是轴向外侧卷装部666A和径向外侧卷装部666B一体化的结构。即,也可以将具有轴向外侧卷装部666A的励磁线圈用线圈骨架和具有径向外侧卷装部666B的励磁线圈用线圈骨架分别分开配置。同样,第七励磁线圈用线圈骨架676也可以并非是轴向外侧卷装部676A和径向外侧卷装部676B一体化的结构。即,也可以将具有轴向外侧卷装部676A的励磁线圈用线圈骨架和具有径向外侧卷装部676B的励磁线圈用线圈骨架分别分开配置。
在第九以及第十实施方式中,也可以形成为仅在线圈端部622e的径向内侧配置有励磁线圈的结构。
在第九以及第十实施方式中,也可以形成为仅在线圈端部622e的轴615的轴向外侧配置有励磁线圈的结构。
在第九以及第十实施方式中,也可以形成为在线圈端部622e的径向内侧、以及线圈端部622e的径向外侧配置有励磁线圈的结构。
在第九以及第十实施方式中,也可以形成为在线圈端部622e的轴615的轴向外侧、以及线圈端部622e的径向外侧配置有励磁线圈的结构。
在第九以及第十实施方式中,定子620的定子齿621a的数量可以适当变更。并且,转子630的转子齿631a的数量也可以适当变更。
在第九以及第十实施方式中,转子铁心631通过层叠多片钢板(电磁钢板)构成,但并不限于此,也可以利用SMC、铁块等磁性体构成转子铁心631。同样,各励磁铁心642、652也可以由SMC、铁块等磁性体构成。
在第九以及第十实施方式中,也可以仅设置各励磁磁极641、661,或者仅设置各励磁磁极651、671。即,可以仅在轴线L方向的单侧设置励磁磁极。
在第九以及第十实施方式中,经由轴615形成励磁磁路,但并不限于此,也可以并不经由轴615形成励磁磁路。可以在轴615设置磁阻小于轴615的磁阻的磁性体来作为励磁磁路。作为磁性体例如可以是SMC等。
在第九以及第十实施方式中,作为凸极部的转子齿631a在形状上形成为凸形状,但并不限于该结构,只要是在磁性上呈凸极性即可。例如,也可以形成为仅转子齿的前端与邻接的转子齿连结、或者在转子齿之间的凹部埋入非磁性体,转子作为整体呈圆筒状。
在第九以及第十实施方式中,将本发明作为旋转电机具体化为马达610,但并不限于此,也可以作为发电机使用。
以下,根据图45~47对将本发明具体化了的第十一实施方式进行说明。
如图45以及图46所示,作为旋转电机的马达710是不使用永磁铁的绕组励磁型的同步马达。作为旋转电动机的马达710具备:圆筒状的励磁磁轭720;呈棒状且沿水平方向延伸的旋转轴730;在励磁磁轭720的内部被支承为能够旋转的转子(旋转部件)740;配置在励磁磁轭720的内部的定子(固定部件)750;以及励磁磁极760、770。在第十一实施方式中,励磁磁极760、770也作为励磁磁轭发挥功能。
旋转轴730经由未图示的轴承等组装,且旋转轴730被支承为能够旋转。旋转轴730由磁性体形成。
在励磁磁轭720的内部,在旋转轴730固定有转子铁心741。该转子铁心741构成为能够绕旋转轴730的轴线L与旋转轴730一体地旋转。并且,旋转轴730的外周面与转子铁心741的内周面密接。因此,旋转轴730与转子铁心741磁连结。转子铁心741通过在沿着轴线L的方向上层叠多片钢板而构成。因此,在转子铁心741内,磁通与沿着轴线L的方向相比易于沿着与轴线L正交的转子铁心741的径向以及周方向流动。
转子740(转子铁心741)具有转子齿742,转子齿742朝径向外侧突出。作为磁凸极的转子齿742形成有多个。转子齿742在周方向隔开相等间隔形成,并且各转子齿742的前端面均位于同一周面上。
在励磁磁轭720的内部,在比转子740(转子铁心741)的转子齿742靠径向外侧的位置配置有定子750(定子铁心751),定子铁心751以围绕转子铁心741的方式形成为圆环状。定子铁心751通过在沿着轴线L的方向上层叠多片钢板而构成。因此,在定子铁心751内,磁通与沿着旋转轴730的轴线L的方向相比易于沿着与该轴线L正交的定子齿751的径向以及周方向流动。并且,定子铁心751的沿着轴线L的方向的尺寸与转子铁心741的沿着轴线L的尺寸设定成相同尺寸。
并且,定子铁心751具有定子齿752,定子齿752朝旋转轴730突出。定子齿752形成有多个,并且各定子齿752在周方向隔开相等间隔形成。
在各转子齿742的前端面(转子铁心741的外周面)与定子齿752(定子铁心751)的内周面之间形成有稍许间隙(例如0.7mm)。
在各定子齿752卷绕有定子线圈(定子绕组)753。即,在定子齿752卷绕有导线,从而形成作为电枢线圈的定子线圈753。各定子线圈753分别设定成U相绕组、V相绕组、W相绕组中的任意一个,通过使各定子线圈753中分别流过有相位不同的电流而产生旋转磁场。
并且,定子铁心751(定子齿752)和转子铁心741的在沿着轴线L的方向上的尺寸设定成相同尺寸,因此,在沿着轴线L的方向上的定子线圈753的两端部(线圈端部)比转子铁心741的两端朝沿着轴线L的方向中的外侧突出。
并且,沿着轴线L延伸的圆筒状的励磁磁轭720遍及整周覆盖定子铁心751的外周面。励磁磁轭720由磁性体形成,详细地说由S45C、SS400等钢材(铁块)形成。励磁磁轭720的厚度为大约15~20mm。并且,定子铁心751的外周面与励磁磁轭720的内周面密接。因此,定子铁心751与励磁磁轭720磁连结。
在第十一实施方式中,利用旋转轴730、转子740以及定子750构成主电动机部780。
在励磁磁轭720的沿着轴线L的方向上的左侧开口部配设有用于产生励磁磁通的励磁磁极760。并且,在励磁侧720的沿着轴线L的方向上的右侧开口部配设有用于产生励磁磁通的励磁磁极770。
励磁磁极760具有励磁磁极铁心761和励磁绕组762。励磁磁极铁心761使用作为磁性材料的电磁钢板,通过在沿着轴线L的方向上层叠多片电磁钢板而构成。详细地说,使用无方向性电磁钢板。励磁磁极铁心761呈圆板状,且以封闭励磁磁轭720的左侧的开口部的方式配置。励磁磁极铁心761在中央具有贯通孔761a,旋转轴730插通贯通孔761a。
如图47所示,在励磁磁极铁心761的轴线方向上的马达内表面部配置有励磁绕组762。励磁绕组762通过以沿着旋转轴730的周方向的方式在线圈骨架763卷绕导线而形成。
励磁磁极铁心761借助由螺栓B1进行的紧固被固定于励磁磁轭720(利用螺栓B1被固定于励磁磁轭720的开口部)。即,通过将贯通励磁磁极铁心761的螺栓B1拧入励磁磁轭720而进行紧固。由此,励磁磁极760被组装于主电动机部780。在将励磁磁极铁心761组装于主电动机部780后的状态下,励磁磁极铁心761相对于励磁磁轭720密接。因此,励磁磁极铁心761与励磁磁轭720磁连结。
同样,励磁磁极770具有励磁磁极铁心771和励磁绕组772。励磁磁极铁心771使用作为磁性材料的电磁钢板,通过在沿着轴线L的方向上层叠多片电磁钢板而构成。详细地说,使用无方向性电磁钢板。励磁磁极铁心771呈圆板状,且以封闭励磁磁轭720的右侧的开口部的方式配置。励磁磁极铁心771在中央具有贯通孔771a,旋转轴730插通贯通孔771a。
在励磁磁极铁心771的轴线方向上的马达内表面部配置有励磁绕组772。励磁绕组772通过以沿着旋转轴730的周方向的方式在线圈骨架773卷绕导线而形成。
励磁磁极铁心771借助由螺栓B2进行的紧固被固定于励磁磁轭720(利用螺栓B2被固定于励磁磁轭720的开口部)。即,通过将贯通励磁磁极铁心771的螺栓B2拧入励磁磁轭720而进行紧固。由此,励磁磁极770被组装于主电动机部780。在将励磁磁极铁心771组装于主电动机部780后的状态下,励磁磁极铁心771相对于励磁磁轭720密接。因此,励磁磁极铁心771与励磁磁轭720磁连结。
其次,以对各励磁绕组762、772通电之际形成的磁路(励磁磁通的流动)为中心对以上述方式构成的马达710的作用进行说明。
如图47所示,在第十一实施方式的马达710中,伴随着励磁绕组762的通电而在励磁磁极铁心761产生励磁磁通。该励磁磁通如箭头Y1所示朝旋转轴730流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(间隙)流入旋转轴730。进一步,励磁磁通如箭头Y2所示在旋转轴730内沿轴向流动,并如箭头Y3所示朝与旋转轴730的轴线L正交的方向流动而在转子铁心741(转子齿742)中朝外径侧流动从而经过定子铁心751(定子齿752)。进一步,励磁磁通如箭头Y4所示在励磁磁轭720中被朝励磁磁极760诱导。
这样,形成有由励磁磁极铁心761、旋转轴730、转子740、定子750以及励磁磁轭720形成的励磁磁路。
同样,伴随着励磁绕组772的通电而在励磁磁极铁心771产生励磁磁通。该励磁磁通如箭头Y11所示朝旋转轴730流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(间隙)流入旋转轴730。进一步,励磁磁通如箭头Y12所示在旋转轴730内沿轴向流动,并如箭头Y13所示朝与旋转轴730的轴线L正交的方向流动而在转子铁心741(转子齿742)中朝外径侧流动从而经过定子铁心751(定子齿752)。进一步,励磁磁通如箭头Y14所示在励磁磁轭720中被朝励磁磁极770诱导。
这样,形成有由励磁磁极铁心771、旋转轴730、转子740、定子750以及励磁磁轭720形成的励磁磁路。
这样,在第十一实施方式的马达710中,形成有环状(圈状)的磁路(励磁磁通的流动),转子740的转子齿742借助励磁磁通而具有N极的极性,转子齿742(励磁磁通)具有与永磁铁同步马达中的配设于转子的永磁铁同样的作用。
并且,在第十一实施方式的马达710中,能够通过使流过各励磁绕组762、772的电流量增加而使励磁磁通增加,从而能够得到更大的扭矩。另一方面,在第十一实施方式的马达710中,在高速旋转时,能够通过使流过各励磁绕组762、772的电流量减少而使励磁磁通减少,从而能够提高最大转速。即,在第十一实施方式的马达710中,能够仅借助强励磁控制提高最大扭矩以及最大转速。因而,在第十一实施方式的马达710中,不需要将永磁铁配设于转子740的情况下所需要的弱励磁控制,能够简化结构。
并且,励磁磁极铁心761、762使用电磁钢板,如图47所示,形成为无磁铁绕组励磁型马达构造。即,形成为在磁通从励磁磁极760、770朝转子流动的路径中使用了旋转轴730的无磁铁绕组励磁型马达。此处,由于将励磁磁极铁心(761、771)的材质变更为无方向性电磁钢板,能够增加极限面压力,能够进行基于螺栓紧固的励磁磁极铁心(761、771)的固定。
并且,励磁磁极铁心761、771的材质并不使用以往的粉末成型磁性体,而是使用无方向性电磁钢板,由此,饱和磁通密度增大。因而,能够减薄励磁磁极铁心的在轴线方向上的厚度,能够减少马达轴长。
如上,根据第十一实施方式,能够得到如下的优点。
(43)励磁磁极760、770中的励磁磁极铁心761、771由钢材构成。作为励磁磁极铁心,若使用一体成型的磁性材料(粉末成型磁性体),则因粉末成型磁性体的极限面压力小,无法确保进行励磁磁极铁心的固定时所需的紧固力,难以进行螺栓紧固。与此相对,通过利用钢材构成励磁磁极铁心761、771,能够对配置于圆筒状的励磁磁轭720的开口部的励磁磁极铁心761、771进行螺栓紧固。
(44)构成励磁磁极的励磁磁极铁心761、771的钢材是层叠的电磁钢板,因此,通过应用电磁钢板,能够减少马达体积。详细地说,在上述的日本特开2008-43099号公报中,由于粉末成型磁性体的饱和磁通密度小于电磁钢板的饱和磁通密度,因此马达体积大。与此相对,在第十一实施方式中,通过使用电磁钢板,饱和磁通密度大,能够减少(缩短)马达轴长(马达的轴长比),能够缩小马达体积。
(45)通过将贯通励磁磁极铁心761、771的螺栓B1、B2拧入励磁磁轭720而将励磁磁极铁心761、771紧固于励磁磁轭720,因此能够容易地进行固定。
第十一实施方式并不限定于上述方式,例如也可以按下述方式具体化。
圆板状的励磁磁极铁心761、771通过层叠呈圆板状的无方向性电磁钢板而构成,但是,代替与此,如图48B所示,也可以层叠分割铁心、即以规定角度分割的圆板状的无方向性电磁钢板而构成。详细地说,如图48A所示,利用冲床冲裁出将一片无方向性电磁钢板800以规定角度分割而成的形状。此时,分割出的各部件801相互连结。进而,如图48B所示将通过冲床冲裁出的部件801弯曲而形成为圆板状。并将其层叠而构成励磁磁极铁心。在该情况下,也能够进行励磁磁极铁心761、771的螺栓紧固,能够进行后述的图50A、50B所示的利用销进行的励磁磁极铁心761、771的固定,能够减少马达轴长。
这样,通过将电磁钢板800冲裁成分割形状并进行组合来构成圆板状的励磁磁极铁心761、771,能够容易地形成圆板状的励磁磁极铁心761、771。
代替图48A、图48B所示的结构,也可以形成为图49A、49B所示的结构。如图49A所示,利用冲床将一片电磁钢板800冲裁成以规定角度分割而成的形状。此时,各部件802完全分割,并且在各部件802形成有半圆状的突部802a和半圆状的凹部802b。进而,如图49B所示,通过使利用冲床冲裁出的各部件802的突部802a和凹部802b嵌合而使部件802彼此嵌合从而形成为圆板状。将其层叠而构成励磁铁心。另外,借助凹部802b和突部802a之间的嵌合将部件802彼此固定,但也可以通过焊接进行固定。即,接合除了嵌合(铆接)以外也可以是焊接。
在该情况下,也能够进行励磁磁极铁心761、771的螺栓紧固,能够进行后述的图50A、50B所示的利用销进行的励磁磁极铁心761、771的固定,能够减少马达轴长。
励磁磁极铁心761、771是无方向性钢板的层叠体,但是,代替与此,也可以是方向性电磁钢板的层叠体。在图48A、48B、图49A、49B中形成为以假想线示出磁通容易流动的方向的钢板,将利用冲床冲裁出的部件弯曲而形成为圆板状,此时,以使方向性电磁钢板中的磁通容易流动的方向朝向圆板的中心O的方式进行冲压。在该情况下,也也能够进行励磁磁极铁心761、771的螺栓紧固,能够进行后述的图50A、50B所示的利用销进行的励磁磁极铁心761、771的固定,能够减少马达轴长。
即,能够通过冲裁出分割的方向性电磁钢板并进行组合来构成圆板状的励磁磁极铁心761、771,通过使用方向性电磁钢板,能够使得磁通易于朝向中心O流动。
励磁磁极铁心761、771代替使用钢板的层叠体,也可以使用S45C、SS400等钢材(铁块)。在该情况下,也能够也能够进行励磁磁极铁心761、771的螺栓紧固,能够进行后述的图50A、50B所示的利用销进行的励磁磁极铁心761、771的固定。
上面利用基于螺栓B1、B2的紧固将励磁磁极铁心761、771固定于励磁磁轭720,但是,代替与此,如图50A、50B所示,作为励磁磁极铁心的紧固部的构造,也可以在励磁磁极铁心761形成销压入孔810,并在励磁磁轭720设置销811,通过将励磁磁轭720的销811压入于励磁磁极铁心761的销压入孔810而对励磁磁极铁心761进行紧固。详细地说,销811与励磁磁轭720一体,励磁磁轭720的材质为SS400、S45C等钢材。并且,励磁磁极铁心761为电磁钢板或者S45C/SS400等钢材,特别是在通过层叠钢板构成励磁磁极铁心761的情况下,各钢板被铆接。进而,通过销打入作业将励磁磁极铁心761压入而进行紧固。
这样,在励磁磁极铁心761的材质为电磁钢板、S45C/SS400等钢材,励磁磁轭720的材质也是SS400/S45C等钢材的情况下,能够如图50A、50B所示在励磁磁极铁心761设置销压入孔810,在励磁磁轭720设置销811,能够进行基于销的励磁磁极铁心的固定。即,能够通过将形成于励磁磁轭720的销811压入形成于励磁磁极铁心761的贯通孔(或者凹部)而将励磁磁极铁心761紧固于励磁磁轭720。
励磁磁轭720也可以由粉末成型磁性体构成。
相对于图45~图47的结构,也可以仅设置励磁磁极760,或者仅设置励磁磁极770。即,能够仅在轴线方向的单侧设置励磁磁极。
上面经由旋转轴形成励磁磁路,但也可以并不经由旋转轴730形成励磁磁路。要点在于,只要是利用对励磁绕组762、772通电而在励磁磁极铁心761、771产生的励磁磁通,形成基于励磁磁极铁心761、771和至少转子740、定子750、励磁磁轭720的励磁磁路的结构即可。
在第十一实施方式中,作为磁凸极部的转子齿742在形状上形成为凸形状,但并不限于该结构。只要是在磁性上呈凸极性即可。例如,也可以形成为仅转子齿的前端与邻接的转子齿连结、或者在转子齿之间的凹部埋入非磁性体,转子作为整体呈圆筒状。
在第十一实施方式中,将本发明作为旋转电机具体化为马达,但并不限于此,也可以作为发电机使用。
以下,根据图51、图52对将本发明具体化为作为旋转电机的马达(旋转电动机)的第十二实施方式进行说明。
如图51所示,马达910的壳体911由圆筒状的铁心轭铁(励磁磁轭)912、与铁心轭铁912的一端(图51的左端)连结的有底圆筒状的第一壳体913、以及与铁心轭铁912的另一端(图51的右端)连结的有底圆筒状的第二壳体914构成。第一壳体913以及第二壳体914由非磁性材料形成。铁心轭铁912由磁性材料形成,并且,在第十二实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。在第一壳体913的底壁形成有贯通孔913a。
在铁心轭铁912内收纳有轴(旋转轴)915。轴915由软磁性材料(例如铁、粉末成型磁性体等)形成,并且呈大致圆柱状。轴915由第一壳体913以及第二壳体914经由轴承916、917支承为能够旋转。轴915的一端(图51的左端)经由贯通孔913a朝壳体911外突出。
在铁心轭铁912的内周面固定有定子920(固定部件)。定子920由固定于铁心轭铁912的内周面的圆环状的定子铁心921、和定子线圈(定子绕组)922构成。铁心轭铁912遍及整周覆盖定子铁心921的外周面,并且,定子铁心921的外周面与铁心轭铁912的内周面密接。因此,定子铁心921与铁心轭铁912磁连接。定子铁心921通过在沿着轴915的轴线L的方向(轴915的轴向)层叠多片电磁钢板而构成。
如图52所示,在定子铁心921,在定子铁心921的周方向隔开相等间隔设置有多个朝轴915突出的定子齿921a。各定子齿921a的前端面均位于同一周面上。如图51所示,在各定子齿921a装配有由绝缘性树脂材料形成的定子线圈用线圈骨架922b。进而,定子线圈922通过将由导电性的金属材料(在第十二实施方式中为铜)形成的导线卷绕于定子线圈用线圈骨架922b而形成。另外,定子线圈922设定成U相、V相以及W相中的任意一相,通过对定子线圈922分别供给相位不同的电流而产生旋转磁场。
在定子920的内侧设置有转子930(旋转部件)。转子930具有被固定安装于轴915的转子铁心931。转子铁心931能够绕轴915的轴线L与轴915一体旋转。轴915的外周面915a与转子铁心931的内周面密接。因此,轴915与转子铁心931磁连接。转子铁心931通过沿轴915的轴向层叠多片由软磁性材料形成的电磁钢板而构成。因此,在转子铁心931内,磁通与轴915的轴向相比易于沿着与轴线L正交的转子铁心931的径向以及周方向流动。
并且,转子铁心931的在轴915的轴向上的长度与定子铁心921的在轴915的轴向上的长度相同。对于定子线圈922,线圈端部922e在轴915的轴向上从定子齿921a的端面突出。因此,定子线圈922的线圈端部922e的在轴915的轴向上的两端比转子铁心931的两端朝外侧突出。并且,在壳体911内,在比一端侧(第一壳体913侧)的线圈端部922e靠第一壳体913侧的位置设置有供各相的定子线圈922的搭接线(未图示)经过的搭接线区域W(在图51中以双点划线表示)。
如图52所示,转子铁心931在转子铁心931的周方向隔开相等间隔设置有多个朝径向外侧突出的作为磁凸极的转子齿931a。各转子齿931a的前端面均位于同一周面上。在各转子齿931a的前端面与定子齿921的前端面之间形成有稍许间隙。进而,转子齿931a与定子齿921a隔着该间隙磁连接。
如图51所示,在铁心轭铁912内的比定子920以及转子930靠一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第一励磁磁极941。第一励磁磁极941由圆环状的作为励磁铁心的第一励磁铁心942和配设在第一励磁铁心942与定子920以及转子930之间的作为励磁绕组的第一励磁线圈943以及第二励磁线圈944构成。第一励磁铁心942由磁性材料形成,在第十二实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft MagneticComposites)形成。轴915插通于第一励磁铁心942的内侧,在第一励磁铁心942的内周面942g与轴915的外周面915a之间形成有稍许间隙。进而,第一励磁铁心942与轴915隔着该间隙磁连接。
如图53所示,第一励磁铁心942的配设有第一励磁线圈943以及第二励磁线圈944的一侧的端面942e形成为阶梯形状,使得第一励磁铁心942的外周部942a侧的厚度L1比内周部942b侧的厚度L2薄。具体地说,在第一励磁铁心942的端面942e中,在外周部942a与内周部942b之间遍及周方向整周形成有阶梯差部942d,该阶梯差部942d连接外周部942a的端面9421a和内周部942b的端面9421b。阶梯差部942d形成为沿着轴915的轴向延伸。另外,第十二实施方式的第一励磁铁心942通过模具成型制作。
第一励磁铁心942的位于外周部942a与内周部942b之间的边界K1(第一励磁铁心942的厚度的边界)的部位的周方向的截面积与第一励磁铁心942的内周面942g的面积相同。即,当设圆周率为“π”、设从轴915的轴线L到边界线K1为止的沿着径向的长度为“R1”、设从轴915的轴线L到第一励磁铁心942的内周面942g为止的沿着径向的长度为“R2”时,厚度L1、L2、长度R1、R2设定成:满足“L1×2πR1=L2×2πR2”的关系。
第一励磁铁心942通过其外周部942a被压入于凹陷设置在铁心轭铁912的一端开口部的压入凹部912a而被固定于铁心轭铁912。在第一励磁铁心942被固定于铁心轭铁912后的状态下,第一励磁铁心942的外周部942a与铁心轭铁912密接。因此,第一励磁铁心942与铁心轭铁912磁连接。
如图51所示,在铁心轭铁912内的比定子920以及转子930靠另一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第二励磁磁极951。第二励磁磁极951由圆环状的作为励磁铁心的第二励磁铁心952和配设在第二励磁铁心952与定子920以及转子930之间的作为励磁绕组的第三励磁线圈953以及第四励磁线圈954构成。第二励磁铁心952由磁性材料形成,在第十二实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft MagneticComposites)形成。轴915插通于第二励磁铁心952的内侧,在第二励磁铁心952的内周面952g与轴915的外周面915a之间形成有稍许间隙。进而,第二励磁铁心952与轴915隔着该间隙磁连接。
如图53所示,第二励磁铁心952的配设有第三励磁线圈953以及第四励磁线圈954的一侧的端面952e形成为阶梯形状,使得第二励磁铁心952的外周部952a侧的厚度L3比内周部952b侧的厚度L4薄。具体地说,在第二励磁铁心952的端面952e中,在外周部952a与内周部952b之间遍及周方向整周形成有阶梯差部952d,该阶梯差部952d连接外周部952a的端面9521a和内周部952b的端面9521b。阶梯差部952d形成为沿着轴915的轴向延伸。另外,第十二实施方式的第二励磁铁心952通过模具成型制作。
第二励磁铁心952的位于外周部952a与内周部952b之间的边界K2(第二励磁铁心952的厚度的边界)的部位的周方向的截面积与第二励磁铁心952的内周面952g的面积相同。即,当设圆周率为“π”、设从轴915的轴线L到边界线K2为止的沿着径向的长度为“R3”、设从轴915的轴线L到第二励磁铁心952的内周面952g为止的沿着径向的长度为“R4”时,厚度L3、L4、长度R3、R4设定成:满足“L3×2πR3=L4×2πR4”的关系。
第二励磁铁心952通过其外周部952a被压入于凹陷设置在铁心轭铁912的另一端开口部的压入凹部912b而被固定于铁心轭铁912。在第二励磁铁心952被固定于铁心轭铁912后的状态下,第二励磁铁心952的外周部952a与铁心轭铁912密接。因此,第二励磁铁心952与铁心轭铁912磁连接。
在铁心轭铁912内,从第一励磁铁心942的内周部942b的端面9421b到定子铁心921的一端部为止的距离H1比从第二励磁铁心952的内周部952b的端面9521b到定子铁心921的另一端部为止的距离H2长所存在的搭接线区域W的量。
在第一励磁铁心942的端面942e固着有第一励磁线圈用线圈骨架946。第一励磁线圈用线圈骨架946具有圆筒状的第一主体部946a,该第一主体部946a沿着轴915的轴向从第一励磁铁心942的内周部942b的端面9421b一直延伸到转子铁心931的一端面的近前。并且,第一励磁线圈用线圈骨架946具有圆环状的一端侧凸缘部946b和圆环状的另一端侧凸缘部946c,一端侧凸缘部946b从第一主体部946a的一端开口部朝径向外侧延伸,另一端侧凸缘部946c从第一主体部946a的另一端开口部朝径向外侧一直延伸到定子线圈用线圈骨架922b的靠轴915侧的面的近前。此外,第一励磁线圈用线圈骨架946具有圆环状的分隔凸缘部946d,该分隔凸缘部946d位于一端侧凸缘部946b与另一端侧凸缘部946c之间,且从第一主体部946a的外周面朝径向外侧延伸。
一端侧凸缘部946b形成为:沿着第一励磁铁心942的内周部942b的端面9421b延伸,并且沿着阶梯差部942d的外周面弯曲,并进一步沿着第一励磁铁心942的外周部942a的端面9421a延伸。进而,利用第一主体部946a的一部分、一端侧凸缘部946b以及分隔凸缘部946d形成第一卷装部946A。并且,利用第一主体部946a的一部分、另一端侧凸缘部946c以及分隔凸缘部946d形成第二卷装部946B。
第一励磁线圈943通过在第一卷装部946A将由导电性的金属材料(在第十二实施方式中为铜)形成的导线绕轴915的轴线L卷绕多匝而卷成。在第一励磁线圈943被卷绕于第一卷装部946A后的状态下,其一部分配置在比第一励磁铁心942的内周部942b的端面9421b靠外周部942a的端面9421a侧的位置。第二励磁线圈944通过在第二卷装部946B将由导电性的金属材料(在第十二实施方式中为铜)形成的导线绕轴915的轴线L卷绕多匝而卷成。
在第二励磁铁心952的端面952e固着有第二励磁线圈用线圈骨架956。第二励磁线圈用线圈骨架956具有圆筒状的第二主体部956a,该第二主体部956a沿着轴915的轴向从第二励磁铁心952的内周部952b的端面9521b一直延伸到转子铁心931的另一端面的近前。并且,第二励磁线圈用线圈骨架956具有圆环状的一端侧凸缘部956b和圆环状的另一端侧凸缘部956c,一端侧凸缘部956b从第二主体部956a的一端开口部朝径向外侧延伸,另一端侧凸缘部956c从第二主体部956a的另一端开口部朝径向外侧一直延伸到定子线圈用线圈骨架922b的靠轴915侧的面的近前。此外,第二励磁线圈用线圈骨架956具有圆环状的分隔凸缘部956d,该分隔凸缘部956d位于一端侧凸缘部956b与另一端侧凸缘部956c之间,且从第二主体部956a的外周面朝径向外侧延伸。
一端侧凸缘部956b形成为:沿着第二励磁铁心952的内周部952b的端面9521b延伸,并且沿着阶梯差部952d的外周面弯曲,并进一步沿着第二励磁铁心952的外周部952a的端面9521a延伸。进而,利用第二主体部956a的一部分、一端侧凸缘部956b以及分隔凸缘部956d形成第三卷装部956A。并且,利用第二主体部956a的一部分、另一端侧凸缘部956c以及分隔凸缘部956d形成第四卷装部956B。
第三励磁线圈953通过在第三卷装部956A将由导电性的金属材料(在第十二实施方式中为铜)形成的导线绕轴915的轴线L卷绕多匝而卷成。在第三励磁线圈953被卷绕于第三卷装部956A后的状态下,其一部分配置在比第二励磁铁心952的内周部952b的端面9521b靠外周部952a的端面9521a侧的位置。第四励磁线圈954通过在第四卷装部956B将由导电性的金属材料(在第十二实施方式中为铜)形成的导线绕轴915的轴线L卷绕多匝而卷成。
其次,以对各励磁线圈943、944、953、954供给电流之际形成的磁路(励磁磁通的流动)为中心对第十二实施方式的马达910的作用进行说明。另外,在壳体911的外周面设置有用于对各励磁线圈943、944、953、954供给电流的端子台(未图示),各励磁线圈943、944、953、954的导线的始端被朝壳体911外部引出并与端子台电连接。
如图51所示,通过对各励磁线圈943、944供给电流而在第一励磁铁心942产生的励磁磁通如箭头Y1所示朝轴915流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(间隙)流入轴915。进一步,励磁磁通如箭头Y2所示在轴915内沿轴915的轴向流动,并如箭头Y3所示朝与轴915的轴线L正交的方向流动而在转子铁心931(转子齿931a)中朝外径侧流动从而经过定子铁心921(定子齿921a)。进一步,励磁磁通如箭头Y4所示在铁心轭铁912中被朝第一励磁磁极941诱导。
第一励磁铁心942的位于外周部942a与内周部942b之间的边界K1的部位的周方向的截面积与第一励磁铁心942的内周面942g的面积相同。由此,例如,与第一励磁铁心942的位于外周部942a与内周部942b之间的边界K1的周方向的截面积小于第一励磁铁心942的内周面942g的面积的情况相比较,磁通易于流动,因此,能够抑制第一励磁铁心942磁饱和,能够抑制马达910的扭矩降低。
这样,形成有利用第一励磁铁心942、轴915、转子930、定子920以及铁心轭铁912形成的励磁磁路。因此,在第十二实施方式中,铁心轭铁912以及轴915作为与第一励磁铁心942、转子930以及定子920共同形成励磁磁路的磁路形成部件发挥功能。
同样,通过对各励磁线圈953、954供给电流而在第二励磁铁心952产生的励磁磁通如箭头Y11所示朝轴915流动。进而,励磁磁通穿过磁空隙(间隙)流入轴915。进一步,励磁磁通如箭头Y12所示在轴915内沿着轴915的轴向流动,并如箭头Y13所示朝与轴915的轴线L正交的方向流动而在转子铁心931(转子齿931a)中朝外径侧流动从而经过定子铁心921(定子齿921a)。进一步,励磁磁通如箭头Y14所示在铁心轭铁912中被朝第二励磁磁极951诱导。
此处,第二励磁铁心952的位于外周部952a与内周部952b之间的边界K2的部位的周方向的截面积与第二励磁铁心952的内周面952g的面积相同。由此,例如,与第二励磁铁心952的位于外周部952a与内周部952b之间的边界K2的周方向的截面积小于第二励磁铁心952的内周面952g的面积的情况相比较,磁通易于流动,因此,能够抑制第二励磁铁心952磁饱和,能够抑制马达910的扭矩降低。
这样,形成有利用第二励磁铁心952、轴915、转子930、定子920以及铁心轭铁912形成的励磁磁路。因此,在第十二实施方式中,铁心轭铁912以及轴915作为与第二励磁铁心952、转子930以及定子920共同形成励磁磁路的磁路形成部件发挥功能。
这样,在第十二实施方式的马达910中,形成有环状(圈状)的磁路(励磁磁通的流动),转子930的转子齿931a借助励磁磁通而具有N极的极性,转子齿931a(励磁磁通)具有与永磁铁同步马达中的配设于转子的永磁铁同样的作用。
并且,在第十二实施方式的马达910中,能够通过使流过各励磁线圈943、944、953、954的电流量增加而使励磁磁通增加,从而能够得到更大的扭矩。另一方面,在第十二实施方式的马达910中,在高速旋转时,能够通过使流过各励磁线圈943、944、953、954的电流量减少而使励磁磁通减少,从而能够提高最大转速。
并且,在用于使第一励磁铁心942以及第二励磁铁心952产生励磁磁通而需要的各励磁线圈943、944、953、954中,各励磁线圈943、953的一部分配置于比各励磁铁心942、952的内周部942b、952b的端面9421b、9521b靠外周部942a、952a的端面9421a、9521a侧的位置。即,将各励磁铁心942、952的端面942e、952e形成为阶梯形状,由此,在各励磁铁心942、952与定子920以及转子930之间,各励磁线圈943、953的配置空间增加。由此,通过利用所增加的配置空间配置各励磁线圈943、953的一部分,能够使各励磁铁心942、952与定子920以及转子930尽可能地接近,结果,能够使马达910在轴915的轴向上的体积小型化。
在第十二实施方式中能够得到如下的优点。
(46)将各励磁铁心942、952中的配置有各励磁线圈943、944、953、954的一侧的端面942e、952e形成为阶梯形状,使得第一励磁铁心942以及第二励磁铁心952的外周部942a、952a侧的厚度L1、L3比内周部942b、952b侧的厚度L2、L4薄。因此,与在各励磁铁心942、952的端面942e、952e不存在阶梯的情况相比较,能够使各励磁铁心942、952与定子920以及转子930之间的各励磁线圈943、944、953、954的配置空间增加。结果,能够将各励磁线圈943、953的一部分配置于所增加的配置空间,由此,能够使各励磁铁心942、952与定子920以及转子930接近相应的量,能够使马达910整体在轴915的轴向上的体积小型化。
各励磁铁心942、952的位于外周部942a、952a与内周部942b、952b之间的边界K1、K2的部位的周方向的截面积与各励磁铁心942、952的内周面942g、952g的面积相同。由此,例如,与各励磁铁心942、952的位于外周部942a、952a与内周部942b、952b之间的边界K1、K2的部位的周方向的截面积小于各励磁铁心942、952的内周面942g、952g的面积的情况相比较,磁通易于流动,因此能够抑制各励磁铁心942、952磁饱和。结果,能够抑制马达910的扭矩降低。此外,能够在各励磁铁心942、952的端面942e、952e尽可能地形成各励磁线圈943、953的一部分所被配置的配置空间。
(48)将各励磁铁心942、952的端面942e、952e形成为阶梯形状。与为了在各励磁铁心942、952与定子920以及转子930之间使各励磁线圈943、944、953、954的配置空间增加而例如将各励磁铁心942、952的端面942e、952e形成为锥状的情况相比较,能够使各励磁铁心942、952的端面942e、952e的形状容易制作。
以下,根据图54对将本发明具体化为作为旋转电机的马达(旋转电动机)的第十三实施方式进行说明。另外,在以下说明的第十三实施方式中,对与已经说明了的第十二实施方式相同的结构赋予相同标号,并省略或者简化重复的说明。
如图54所示,在马达960中,在铁心轭铁912内的比定子920以及转子930靠一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第三励磁磁极961。第三励磁磁极961由作为励磁铁心的第三励磁铁心962和作为励磁绕组的第五励磁线圈963以及第六励磁线圈964构成。第三励磁铁心962由磁性材料形成,在第十三实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)形成。轴915插通第三励磁铁心962的内侧,在第三励磁铁心962的内周面962g与轴915的外周面915a之间形成有稍许间隙。进而,第三励磁铁心962与轴915隔着该间隙磁连接。
第三励磁铁心962的配设有第五励磁线圈963以及第六励磁线圈964的一侧的端面962e形成为阶梯形状。具体地说,第三励磁铁心962形成为:外周部962a侧的厚度L5比内周部962b侧的厚度L6薄,此外,第三励磁铁心962的中央部962c的厚度L7比外周部962a侧的厚度L5厚、且比内周部962b侧的厚度L6薄。
在第三励磁铁心962的端面962e中,在外周部962a与中央部962c之间遍及周方向整周形成有第一阶梯差部9621d,该第一阶梯差部9621d连接外周部962a的端面9621a和中央部962c的端面9621c。第一阶梯差部9621d形成为沿着轴915的轴向延伸。并且,在第三励磁铁心962的端面962e中,在中央部962c与内周部962b之间遍及周方向整周形成有第二阶梯差部9622d,该第二阶梯差部9622d连接中央部962c的端面9621c和内周部962b的端面9621b。第二阶梯差部9622d形成为沿着轴915的轴向延伸。
第三励磁铁心962的位于外周部962a与中央部962c之间的边界K3(第三励磁铁心962的厚度的边界)的部位的周方向的截面积与第三励磁铁心962的内周面962g的面积相同。并且,第三励磁铁心962的位于中央部962c与内周部962b之间的边界K4(第三励磁铁心962的厚度的边界)的部位的周方向的截面积与第三励磁铁心962的内周面962g的面积相同。即,设圆周率为“π”、设从轴915的轴线L到边界K3为止的沿着径向的长度为“R5”、设从轴915的轴线L到第三励磁铁心962的内周面962g为止的沿着径向的长度为“R6”、设从轴915的轴线L到边界K4为止的沿着径向的长度为“K7”。则厚度L5、L6、L7、长度R5、R6、R7设定成:满足“L5×2πR5=L6×2πR6=L7×2πR7”的关系。
在铁心轭铁912内的比定子920以及转子930靠另一端侧的位置配设有用于产生励磁磁通的第四励磁磁极971。第四励磁磁极971由作为励磁铁心的第四励磁铁心972和作为励磁绕组的第七励磁线圈973以及第八励磁线圈974构成。第四励磁铁心972由磁性材料形成,并且在第十三实施方式中由粉末成型磁性体(SMC:Soft MagneticComposites)形成。轴915插通第四励磁铁心972的内侧,在第四励磁铁心972的内周面972g与轴915的外周面915a之间形成有稍许间隙。进而,第四励磁铁心972与轴915隔着该间隙磁连接。
第四励磁铁心972的配设有第七励磁线圈973以及第八励磁线圈974的一侧的端面972e形成为阶梯形状。具体地说,第四励磁铁心972形成为:外周部972a侧的厚度L8比内周部972b侧的厚度L9薄,此外,第四励磁铁心972的中央部972c的厚度L10比外周部972a侧的厚度L8厚、且比内周部972b侧的厚度L9薄。
在第四励磁铁心972的端面972e中,在外周部972a与中央部972c之间遍及周方向整周形成有第一阶梯差部9721d,该第一阶梯差部9721d连接外周部972a的端面9721a和中央部972c的端面9721c。第一阶梯差部9721d形成为沿着轴915的轴向延伸。并且,在第四励磁铁心972的端面972e中,在中央部972c与内周部972b之间遍及周方向整周形成有第二阶梯差部9722d,该第二阶梯差部9722d连接中央部972c的端面9721c和内周部972b的端面9721b。第二阶梯差部9722d形成为沿着轴915的轴向延伸。
第四励磁铁心972的位于外周部972a与中央部972c之间的边界K5(第五励磁铁心972的厚度的边界)的部位的周方向的截面积与第四励磁铁心972的内周面972g的面积相同。并且,第四励磁铁心972的位于中央部972c与内周部972b之间的边界K6(第四励磁铁心972的厚度的边界)的部位的周方向的截面积与第四励磁铁心972的内周面972g的面积相同。即,设圆周率为“π”、设从轴915的轴线L到边界K5为止的沿着径向的长度为“R8”、设从轴915的轴线L到第四励磁铁心972的内周面972g为止的沿着径向的长度为“R9”、设从轴915的轴线L到边界K6为止的沿着径向的长度为“K10”。则厚度L8、L9、L10、长度R8、R9、R10设定成:满足“L8×2πR8=L9×2πR9=L10×2πR10”的关系。
在铁心轭铁912内,从第三励磁铁心962的内周部962b的端面9621b到定子铁心921的一端部为止的距离H3比从第四励磁铁心972的内周部972b的端面9721b到定子铁心921的另一端部为止的距离H4长所存在的搭接线区域W的量。
在第三励磁铁心962的端面962e固着有第三励磁线圈用线圈骨架966。第三励磁线圈用线圈骨架966具有圆筒状的第三主体部966a,第三主体部966a沿着轴915的轴向从第三励磁铁心962的内周部962b的端面9621b一直延伸到转子铁心931的一端面的近前。并且,第三励磁线圈用线圈骨架966具有:圆环状的一端侧凸缘部966b,该一端侧凸缘部966b从第三主体部966a的一端开口部朝径向外侧延伸;以及圆环状的另一端侧凸缘部966c,该另一端侧凸缘部966c从第三主体部966a的另一端开口部朝径向外侧一直延伸到定子线圈用线圈骨架922b的靠轴915侧的面的近前。此外,第三励磁线圈用线圈骨架966具有圆环状的分隔凸缘部966d,该分隔凸缘部966d位于一端侧凸缘部966b与另一端侧凸缘部966c之间,且从第三主体部966a的外周面朝径向外侧延伸。
一端侧凸缘部966b形成为:沿着第三励磁铁心962的内周部962b的端面9621b延伸,并且沿着第二阶梯差部9622d的外周面弯曲,并进一步沿着第三励磁铁心962的中央部962c的端面9621c延伸。进一步,一端侧凸缘部966b沿着第一阶梯差部9621d的外周面弯曲,并沿着第三励磁铁心962的外周部962a的端面9621a延伸。
进而,利用第三主体部966a的一部分、一端侧凸缘部966b以及分隔凸缘部966d形成第五卷装部966A。并且,利用第三主体部966a的一部分、另一端侧凸缘部966c以及分隔凸缘部966d形成第六卷装部966B。
第五励磁线圈963通过在第五卷装部966A将由导电性的金属材料(在第十三实施方式中为铜)形成的导线绕轴915的轴线L卷绕多匝而卷成。第五励磁线圈963在被卷绕于第五卷装部966A后的状态下,其一部分配置于比第三励磁铁心962的内周部962b的端面9621b靠中央部962c的端面9621c侧、以及外周部962a的端面9621a侧的位置。第六励磁线圈964通过在第六卷装部966B将由导电性的金属材料(在第十三实施方式中为铜)形成的导线绕轴915的轴线L卷绕多匝而卷成。
在第四励磁铁心972的端面972e固着有第四励磁线圈用线圈骨架976。第四励磁线圈用线圈骨架976具有圆筒状的第四主体部976a,第四主体部976a沿着轴915的轴向从第四励磁铁心972的内周部972b的端面9721b一直延伸到转子铁心931的另一端面的近前。并且,第四励磁线圈用线圈骨架976具有:圆环状的一端侧凸缘部976b,该一端侧凸缘部976b从第四主体部976a的一端开口部朝径向外侧延伸;以及圆环状的另一端侧凸缘部976c,该另一端侧凸缘部976c从第四主体部976a的另一端开口部朝径向外侧一直延伸到定子线圈用线圈骨架922b的靠轴915侧的面的近前。此外,第四励磁线圈用线圈骨架976具有圆环状的分隔凸缘部976d,该分隔凸缘部976d位于一端侧凸缘部976b与另一端侧凸缘部976c之间,且从第四主体部976a的外周面朝径向外侧延伸。
一端侧凸缘部976b形成为:沿着第四励磁铁心972的内周部972b的端面9721b延伸,并且沿着第二阶梯差部9722d的外周面弯曲,并进一步沿着第四励磁铁心972的中央部972c的端面9721c延伸。进一步,一端侧凸缘部976b沿着第一阶梯差部9721d的外周面弯曲,并沿着第四励磁铁心972的外周部972a的端面9721a延伸。
进而,利用第四主体部976a的一部分、一端侧凸缘部976b以及分隔凸缘部976d形成第七卷装部976A。并且,利用第四主体部976a的一部分、另一端侧凸缘部976c以及分隔凸缘部976d形成第八卷装部976B。
第七励磁线圈973通过在第七卷装部976A将由导电性的金属材料(在第十三实施方式中为铜)形成的导线绕轴915的轴线L卷绕多匝而卷成。第七励磁线圈973在被卷绕于第七卷装部976A后的状态下,其一部分配置于比第四励磁铁心972的内周部972b的端面9721b靠中央部972c的端面9721c侧、以及外周部972a的端面9721a侧的位置。第八励磁线圈974通过在第八卷装部976B将由导电性的金属材料(在第十三实施方式中为铜)形成的导线绕轴915的轴线L卷绕多匝而卷成。
由此,能够进一步增加各励磁铁心962、972与定子920以及转子930之间的各励磁线圈963、964、973、974的配置空间。
另外,第十二以及第十三实施方式能够按以下方式变更。
在第十二以及第十三实施方式中,也可以通过将径向长度不同的圆环状的励磁铁心形成体沿轴915的轴向重叠至少两个以上来形成各励磁铁心942、952、962、972。例如,如图55所示,第五励磁铁心982通过将呈圆环状的第一励磁铁心形成体991以及第二励磁铁心形成体992沿轴915的轴向重叠而形成。第一励磁铁心形成体991以及第二励磁铁心形成体992由磁性材料形成,并且由粉末成型磁性体(SMC:SoftMagnetic Composites)形成。
第一励磁铁心形成体991以及第二励磁铁心形成体992的内径相同。并且,第一励磁铁心形成体991的外径大于第二励磁铁心形成体992的外径。
第五励磁铁心982通过第一励磁铁心形成体991的配设有各励磁线圈943、944的一侧的端面991e的一部分与第二励磁铁心形成体992的同配设有各励磁线圈943、944的一侧相反侧的端面992h借助粘接剂接合而形成。
此时,第一励磁铁心形成体991的内周面991g和第二励磁铁心形成体992的内周面992g位于同一周面上。利用上述第一励磁铁心形成体991的内周面991g和第二励磁铁心形成体992的内周面992g形成第二励磁铁心982的内周面982g。并且,第一励磁铁心形成体991的外周部991a比第二励磁铁心形成体992的外周面9921朝径向外侧突出。即,第一励磁铁心形成体991的外周部991a形成为第五励磁铁心982的外周部,并且,第一励磁铁心形成体991的内周部991b以及第二励磁铁心形成体992形成第五励磁铁心982的内周部。结果,第五励磁铁心982的配设有各励磁线圈943、944的一侧的端面982e形成为阶梯形状,使得第五励磁铁心982的外周部侧的厚度L11(第一励磁铁心形成体991的厚度)比内周部侧的厚度L12(第一励磁铁心形成体991的厚度与第二励磁铁心形成体992的厚度的合计值)薄。
第五励磁铁心982的位于外周部与内周部之间的边界K7(第五励磁铁心982的厚度的边界)的部位的周方向的截面积与第五励磁铁心982的内周面982g的面积相同。即,当设圆周率为“π”、从轴915的轴线L到边界K7为止的沿着径向的长度为“R11”、从轴915的轴线L到第五励磁铁心982的内周面982g为止的沿着径向的长度为“R12”时,厚度L11、L12、长度R11、R12设定成:满足“L11×2πR11=L12×2πR12”的关系。
这样,仅通过将第一励磁铁心形成体991以及第二励磁铁心形成体992在轴915的轴向重叠,就能够将第五励磁铁心982的端面982e形成为阶梯形状,能够使制作容易。
并且,如图56所示,第一励磁铁心形成体991以及第二励磁铁心形成体992也可以通过将多片电磁钢板991c、992c沿轴915的轴向层叠而形成。由此,例如,与各励磁铁心形成体991、992由粉末成型磁性体形成的情况相比较,能够提高磁特性。
在第十二实施方式中,各励磁铁心942、952的位于外周部942a、952a与内周部942b、952b之间的边界K1、K2的部位的周方向的截面积也可以大于各励磁铁心942、952的内周面942g、952g的面积。由此,磁通更易流动,因此能够进一步抑制各励磁铁心942、952磁饱和,能够进一步抑制马达910的扭矩降低。
在第十三实施方式中,各励磁铁心962、972的位于外周部962a、972a与中央部962c、972c之间的边界K3、K5的部位的周方向的截面积也可以大于各励磁铁心962、972的内周面962g、972g的面积。并且,各励磁铁心962、972的位于中央部962c、972c与内周部962b、972b之间的边界K4、K6的部位的周方向的截面积也可以大于各励磁铁心962、972的内周面962g、972g的面积。由此,磁通更易流动,因此能够进一步抑制各励磁铁心962、972磁饱和,能够进一步抑制马达910的扭矩降低。
在第十二以及第十三实施方式中,铁心轭铁912由粉末成型磁性体(SMC)形成,但并不限于此,例如也可以由铁块等磁性体形成。
在第十二以及第十三实施方式中,各励磁铁心942、952、962、972由粉末成型磁性体(SMC)形成,但并不限于此,例如也可以由铁块等磁性体形成。
在第十二以及第十三实施方式中,转子铁心931通过层叠多片电磁钢板构成,但并不限于此,也可以利用粉末成型磁性体(SMC)、铁块等磁性体构成转子铁心931。
在第十二以及第十三实施方式中,也可以仅设置各励磁磁极941、961,或者仅设置各励磁磁极951、971。即,也可以仅在轴线L方向的单侧设置励磁磁极。
在第十二以及第十三实施方式中,将轴915作为磁路形成部件,经由轴915形成励磁磁路,但并不限于此,也可以并不经由轴915形成励磁磁路。例如,也可以在轴915的外周作为磁路形成部件设置有磁阻小于轴915的磁阻的磁性体(例如粉末成型磁性体(SMC)、铁块等磁性体)而形成励磁磁路。
在第十二以及第十三实施方式中,定子920的定子齿921a的数量可以适当变更。
在第十二以及第十三实施方式中,转子930的转子齿931a的数量可以适当变更。
在第十二以及第十三实施方式中,作为凸极部的转子齿931a在形状上形成为凸形状,但并不限于该结构,只要是在磁性上呈凸极性即可。例如,也可以形成为仅转子齿的前端与邻接的转子齿连结、或者在转子齿之间的凹部埋入非磁性体,转子作为整体呈圆筒状。
在第十二以及第十三实施方式中,在各励磁磁极941、951、961、971只要存在产生必要的磁场的励磁线圈即可,例如可以删除各励磁线圈944、954、964、974。
在第十二以及第十三实施方式中,也可以删除各励磁线圈用线圈骨架946、956、966、976。在该情况下,将模具成型的励磁线圈直接固着于各励磁铁心942、952、962、972。并且,在能够利用励磁线圈的保护膜确保绝缘的情况下,也可以将励磁线圈直接缠绕于各励磁铁心942、952、962、972。
在第十二以及第十三上述实施方式中,定子线圈922的绝缘并不限定于定子铁心用线圈骨架922b。例如,也可以使用绝缘纸。在能够利用线圈的保护膜确保绝缘的情况下,也可以直接缠绕于定子齿921a。
在第十二以及第十三上述实施方式中,形成于各励磁铁心942、952、962、972的端面942e、952e、962e、972e的阶梯的数量并无特殊限定。
在第十二以及第十三上述实施方式中,将轴承916、917分别配设在第一壳体913以及第二壳体914,但只要是不妨碍励磁磁通的位置即可,亦可以配置在其他位置。
在第十二以及第十三上述实施方式中,仅轴915的一端朝壳体911外突出,但另一端也可以朝壳体911外突出。
在第十二以及第十三上述实施方式中,各励磁铁心942、952、962、972通过被压入于凹陷设置在铁心轭铁914的开口部的压入凹部912a、912b而被固定于铁心轭铁912,但并不限于该结构,只要铁心轭铁912与各励磁铁心942、952、962、972能够磁连接即可。
以上将本发明具体化为马达910(旋转电动机),但也可以具体化为发电机。
Claims (24)
1.一种旋转电机,其特征在于,具备:
转子铁心,该转子铁心被固定于具有用于形成磁路的磁性体的旋转轴,且具有磁凸极;
定子,该定子具有齿和以集中卷绕的方式缠绕于该齿的定子绕组,且在周方向邻接的齿之间形成有狭缝;
励磁磁轭,该励磁磁轭将所述定子与所述磁性体磁连接;以及
励磁绕组(单个),该励磁绕组配置于所述旋转轴的轴线方向上的靠所述定子绕组的至少一个绕组端部的部位,通过对该励磁绕组通电而在所述磁凸极产生磁极。
2.根据权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,
在所述旋转轴的轴线方向上的靠所述定子绕组的两方的绕组端部的部位分别配设所述励磁绕组。
3.根据权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,
所述旋转轴自身作为所述磁性体发挥功能。
4.根据权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,
所述励磁磁轭包括从所述磁性体附近的部位呈放射状地延伸的多个臂部,所述励磁绕组缠绕于所述各臂部。
5.根据权利要求4所述的旋转电机,其特征在于,
所述励磁绕组的整体或者一部分配置于形成在所述定子绕组的绕组端部与所述旋转轴之间的空间。
6.根据权利要求1或2所述的旋转电机,其特征在于,
所述转子铁心包括筒状铁心和形成于所述筒状铁心的径向外侧的层叠铁心,所述筒状铁心的材质具有比所述层叠铁心的材质的磁阻小的磁阻。
7.根据权利要求1~5中任一项所述的旋转电机,其特征在于,
所述旋转轴形成为包括外周侧部位和内周侧部位的双重构造,外周侧部位的磁阻小于内周侧部位的磁阻。
8.根据权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,
所述定子呈筒状,且配置在所述转子铁心的径向外侧,所述励磁磁轭设置于所述定子的周围,
所述磁凸极、所述齿配置成分别关于所述旋转轴的轴线呈旋转对称,所述定子绕组的相配置设定成关于所述旋转轴的轴线呈旋转对称,并且,在将所述磁凸极的数量设为Pn、将所述狭缝的数量设为Ps的情况下,Pn以及Ps具有1以外的公约数。
9.根据权利要求8所述的旋转电机,其特征在于,
所述定子绕组由三相交流电流励磁。
10.根据权利要求8或9所述的旋转电机,其特征在于,
所述磁凸极的数量Pn以及所述狭缝的数量Ps设定成:Pn∶Ps满足1∶3、2∶3、4∶3、4∶9、5∶3、5∶6、5∶9、5∶12、8∶9、8∶15、8∶21中的任一个。
11.根据权利要求10所述的旋转电机,其特征在于,
所述Pn∶Ps满足2∶3、4∶9、5∶12中的任一个。
12.根据权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,
所述磁性体是第一磁性体,所述定子色括沿所述旋转轴的轴线方向延伸的第二磁性体,
所述励磁磁轭包括具有多个第三磁性体的励磁磁极,在所述多个第三磁性体分别卷绕有所述励磁绕组,当对所述励磁绕组通电时,所述第一磁性体、所述磁凸极、所述第二磁性体以及所述多个第三磁性体形成磁路,
所述多个第三磁性体配置成:在相互邻接的第三磁性体彼此之间形成有空间。
13.根据权利要求12所述的旋转电机,其特征在于,
所述多个第三磁性体从所述旋转轴呈放射状地延伸,各第三磁性体的径向外侧端为敞开状态。
14.根据权利要求12所述的旋转电机,其特征在于,
所述定子绕组在所述定子中设置于靠与所述转子铁心对置的面的部位,
所述多个第三磁性体分别在与所述转子铁心对置的位置具有朝所述转子铁心延伸的接近部,所述励磁绕组卷绕于所述接近部。
15.根据权利要求14所述的旋转电机,其特征在于,
所述多个第三磁性体分别通过层叠多片钢板而形成,各钢板以将所述第一磁性体和所述第二磁性体磁连结的方式延伸。
16.根据权利要求12所述的旋转电机,其特征在于,
所述多个第三磁性体分别具有与所述旋转轴的外周面相对的间隙面,且隔着该间隙面与所述第一磁性体磁连结。
17.根据权利要求12~16中任一项所述的旋转电机,其特征在于,
所述励磁磁极是设置于所述旋转轴的轴向两端侧的一对励磁磁极中的一个,
在所述各励磁绕组流过有电流,以在两个励磁磁极形成朝向彼此相对的方向的磁路。
18.根据权利要求12所述的旋转电机,其特征在于,
所述多个第三磁性体分别沿与沿着所述旋转轴的轴线的方向交叉的方向延伸。
19.根据权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,
所述磁性体是第一磁性体,所述定子包括沿着所述旋转轴的轴线方向延伸的第二磁性体,
所述励磁磁轭具备包括第三磁性体以及所述励磁绕组的励磁磁极,当对所述励磁绕组通电时,利用所述第一磁性体、所述磁凸极、所述第二磁性体以及所述第三磁性体形成磁路,
所述第三磁性体具有与所述旋转轴的外周面对置的间隙面。
20.根据权利要求1所述的旋转电机,其特征在于,
所述定子配置于所述转子铁心的径向外侧,
所述励磁磁轭包括供所述旋转轴插通的圆环状的励磁铁心,该励磁铁心具有:与所述旋转轴的外周面对置的内周面;沿着所述励磁铁心的径向延伸的多个磁路部;以及沿着所述旋转轴的轴向延伸的贯通孔,
所述励磁绕组配设于所述励磁铁心中的靠所述转子铁心的端面,
伴随着对所述励磁绕组通电,所述励磁磁轭、所述转子铁心、所述定子以及所述旋转轴形成磁路,
所述贯通孔形成为:使得所述多个磁路部的沿着所述励磁铁心的周方向的截面积的合计在所述励磁铁心的内周面的面积以上。
21.根据权利要求20所述的旋转电机,其特征在于,
所述多个磁路部是沿着所述励磁铁心的径向延伸的多个臂部,所述贯通孔形成在相互邻接的臂部彼此之间。
22.根据权利要求21所述的旋转电机,其特征在于,
所述励磁铁心的靠所述转子铁心的端面形成为阶梯形状,使得所述励磁铁心的外周部侧的厚度比所述励磁铁心的内周部侧的厚度薄。
23.根据权利要求21所述的旋转电机,其特征在于,
所述励磁铁心形成为,
当将以所述旋转轴的轴线为中心的同心圆上的经过所述臂部的圆弧的长度设为L、将所述臂部的个数设为n、将所述励磁铁心的内周面的内径设为d、将圆周率设为π、将所述臂部的厚度设为t1、将所述励磁铁心的内周面处的厚度设为t2时,满足nLt1≥πdt2的关系。
24.根据权利要求20~23中任一项所述的旋转电机,其特征在于,
所述贯通孔形成为:使得所述多个磁路部的沿着所述励磁铁心的周方向的截面积的合计与所述内周面的面积相同。
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