CN104467219B - 回转电机、电动机、机械、发电机和发电装置 - Google Patents

Abstract

根据一个实施方式，一种回转电机包括转子，其能够在预定位置旋转，并且包括沿外周面布置的多个第一磁性件，所述第一磁性件均包括第一磁极和第二磁极。该回转电机包括围绕转子的外周的第一支撑件。该回转电机包括被固定到第一支撑件的内周面的多个第二支撑件。该回转电机包括多个第二磁性件，其固定到第二支撑件的侧面，并且具有以一气隙面向第一磁极的第三磁极以及以一气隙面向第二磁极的第四磁极。

Description

回转电机、电动机、机械、发电机和发电装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2013年9月20日提交的日本专利申请No.2013-195931并要求其优先权；本申请的全部内容被并入本文作为参考。

技术领域

本文描述的实施方式总的来说涉及回转电机、电动机、机械、发电机和发电装置。

背景技术

为了节约能源、减少二氧化碳(CO₂)等，电磁电动机需要具有进一步提高的性能，并且表现为减小的尺寸和重量、更高效率、更高转矩以及更高功率的这些性能已在日常极大地提高了。电磁电动机基于磁通方向可以广义地分为(1)径向磁通电动机，(2)轴向磁通电动机，和(3)横向磁通电动机。

在这些类型中，径向磁通电动机在成本性能上特别优良，并且作为通用致动器的代表机械元件已被广泛地用于工业界中的各种产品。另外，轴向磁通电动机在结构上的特征在于，它们可以适应复杂的三维磁路构造，但是难以使用在这些应用中普遍使用的层压钢板。轴向磁通电动机尤其应用于中/大尺寸的大直径的薄电动机领域。

此外，每个横向磁通电动机包括：电枢(构成分开的环形芯)，作为基本单元，由包括永久磁铁的转子构成；圆形线圈，其绕转子的旋转轴线形成；以及每个具有大致U形(以下称为U形定子芯)的多个定子芯，所述多个定子芯绕旋转轴线设置在圆周上，以围绕圆形线圈。横向磁通电动机的特征在于其构造，在这种构造中两个或更多个基本单元沿旋转轴线以关于旋转轴线的预定的相对相位角分成多级，由于多极化和分开的环形芯结构导致的高效率的磁场产生，这种构造可以相对简单地实现更高的转矩。

径向磁通电动机和轴向磁通电动机均需要在绕旋转轴线的圆周上包括多个槽的定子芯、缠绕在这些槽部上的线圈以及用于组装和***线圈等的死空间。相比之下，横向磁通电动机通常容易多极化，因为可以仅仅通过在绕旋转轴线的圆周上提供多个U形定子芯就可以形成多极化。

此外，由于由圆形线圈和U形定子芯(分开的环形芯)构成的电枢具有由线圈产生的磁通难以泄漏到外部的结构，所以与包括线圈端部的径向磁通电动机和轴向磁通电动机相比较，利用线圈的磁场产生效率较高，且其小型化可以被预期。

附图说明

图1A是示出第一实施方式中的回转电机1的构造的透视图。

图1B是从回转电机1拆开并沿回转电机1的旋转轴线的z方向布置的转子2和定子3的分解透视图。

图2A是在回转电机1中的基本单元4的透视图。

图2B是基本单元4在旋转轴线的z方向的俯视图。

图2C是示出沿图2B的俯视图中的线A-A'截取的横截面的一部分的局部剖视图。

图3A是沿旋转轴线的z方向观看的永久磁铁8a的剖视图。

图3B是沿旋转轴线的z方向观看的永久磁铁8b的剖视图。

图4A是在旋转轴线的z方向观看的电枢14的俯视图。

图4B是定子芯单元13的透视图。

图4C是在旋转轴线的z方向观看的定子芯单元13的俯视图。

图5A是示出第二实施方式中的回转电机100的构造的透视图。

图5B是从第二实施方式的回转电机100拆开并在回转电机100的z方向上沿旋转轴线布置的转子2和定子103的分解透视图。

图6A是在旋转轴线的z方向观看的电枢114的俯视图。

图6B是定子芯单元113的透视图。

图6C是在旋转轴线的z方向观看的定子芯单元113的俯视图。

图7A是示出回转电机200的构造的透视图。

图7B是从回转电机200拆开并沿回转电机200的旋转轴线的z方向布置的转子2和定子203的分解透视图。

图8A是在旋转轴线的z方向观看的电枢214的俯视图。

图8B是定子芯单元213的透视图。

图8C是在旋转轴线的z方向观看的定子芯单元213的俯视图。

图9A是示出回转电机300的构造的透视图。

图9B是从回转电机300拆开并在回转电机300的z方向上沿旋转轴线布置的转子2和定子303的分解透视图。

图10A是在旋转轴线的z方向观看的电枢314的俯视图。

图10B是定子芯单元313的透视图。

图10C是在旋转轴线的z方向观看的定子芯单元313的俯视图。

图11是示出调整角度“△θ”与产生的转矩和齿槽转矩之间的关系的图表的实例。

图12A是示出使用第三实施方式中的回转电机200的电动车辆600的传动系元件的构造图。

图12B是以回转电机200为中心的局部放大图。

图13是示出利用第三实施方式的回转电机200的风力发电机700的示意图。

具体实施方式

根据一个实施方式，回转电机包括转子，其能够在预定位置旋转，并且包括沿外周面布置的多个第一磁性件，所述第一磁性件在所述外周面上均包括第一磁极以及与所述第一磁极不同并且在纵向上背离所述第一磁极定位的第二磁极。该回转电机包括围绕转子的外周的第一支撑件。该回转电机包括被固定到第一支撑件的内周面的多个第二支撑件。该回转电机包括多个第二磁性件，其固定到第二支撑件的侧面，并且具有以一气隙面向第一磁极的第三磁极以及作为不同于第三磁极的磁极并且在所述转子的纵向上背离第三磁极的位置处以一气隙面向第二磁极的第四磁极。

下面将参考附图描述本发明的实施方式。

(第一实施方式)

下面参考图1至图4描述本发明的第一实施方式中的回转电机1。

图1A是示出第一实施方式中的回转电机1的构造的透视图。回转电机1是两级回转电机，其中两个基本单元4沿其z方向上的旋转轴线布置。

图1B是从回转电机1拆开并沿回转电机1的旋转轴线的z方向布置的转子2和定子3的分解透视图。如图1B所示，回转电机1由被轴承(未示出)沿旋转轴线z可旋转地支撑的转子2和被设置为围绕整个转子2的定子3构成。

在转子2中，两个基本单元4包括旋转体5，其沿旋转轴线的z方向布置，并且在旋转方向上以5.625度的相对相位角(32磁极的两级回转电机的偏移角)固定到轴6上。转子2可在预定位置处绕转子2的中心(这里，旋转轴线z)旋转，具有圆柱形形状，并且基于磁动势在其外周表面上包括第一磁极以及与第一磁极不同并且在转子2的纵向(即，在旋转轴线的z方向上)上背离第一磁极定位的第二磁极。

旋转体5由圆形旋转体芯7和永久磁铁8a，8b，8c和8d构成，这些永久磁铁是被设置成在旋转体芯7的外周面上沿旋转轴线z彼此隔开的两对第一磁性件。这里，永久磁铁8a与永久磁铁8b形成一对，并且永久磁铁8c与永久磁铁8d形成另一对。永久磁铁8a，8b，8c和8d整体上被称为永久磁铁8。

永久磁铁8具有基本上在转子2的径向上被磁化的北极和南极，并且包括32个磁极，这些磁极是在旋转方向上交替地布置在转子2的外周面上的北极和南极。

此外，一个永久磁铁8a和另一个永久磁铁8b以与旋转方向上的磁极间距对应的相对相位角固定在旋转体芯7上。例如，当永久磁铁8a在旋转方向上的一相位角处的磁极在转子2的外周面上是北极时，永久磁铁8b在旋转方向上的同一相位角处的磁极在转子2的外周面上是南极(参考图3A和图3B)。

需要注意的是，在本实施方式中，沿转子2的圆柱体的外周面布置的永久磁铁8被使用，但本发明不限于此，并且沿上述圆柱体的外周面布置的由磁性物质制成的另外的多个第一磁性件可以被使用。该磁性物质优选为铁磁性物质。此外，永久磁铁8也包括在该第一磁性件中。在下文中，假设永久磁铁是由磁性物质制成的第一磁性件的实例并且沿具有圆柱形形状的转子的外周面布置的情况下对各实施方式进行描述。

在定子3中，包括在沿旋转轴线的z方向布置的两个基本单元4中的电枢14以零度的相对角度(在旋转方向上的相位)连接并固定到彼此上。

电枢14包括：数目N＝16的定子芯9，其以预定气隙面向旋转体5的永久磁铁8进行布置；以及圆形电枢线圈10，其与转子2关于旋转轴线z形成为大致同心形状。

此外，电枢14包括：壳体11，该壳体在其中包含定子芯9和电枢线圈10，并形成关于旋转轴线z围绕转子2的圆形第一支撑件；以及芯支撑块12，其与壳体11的内周面形成接触并固定在壳体11的内周面上，并且形成在旋转方向上在预定位置处固定和支撑定子芯9的第二支撑件。

需要注意的是，在本实施方式中，描述了定子3包括定子芯9，但本发明并不限于此，定子3可包括由磁性物质制成的以预定气隙面向第一磁性件的多个第二磁性件。该磁性物质优选为铁磁性物质。此外，定子芯9也包括在该第二磁性件中。下文中，假设定子芯是包括在定子3中、以预定气隙面向第一磁性件并且由磁性物质制成的第二磁性件的实例对各实施方式进行描述。

图2是更详细地示出回转电机1中的基本单元4的构造图。图2A是在回转电机1中基本单元4的透视图。图2B是基本单元4在旋转轴线的z方向的俯视图。

如图2B所示，作为第二磁性件的定子芯9的数目“N”是4的倍数，作为第二磁性件的定子芯9逐个固定到第二支撑件的两个侧面，并且均匀分布的基准角度“θ”被定义为通过360度除以第二磁性件的数目“N”而获得的角度(＝360/N[度])。然后，如图2B所示，作为第二支撑件的芯支撑块12布置成使得，沿转子2的圆周方向彼此相邻的第二支撑件12关于旋转轴线的旋转角度之间的差沿上述转子2的圆周方向在下述两个角度之间交替地重复：通过调整角度“△θ”加上两倍的均匀分布的基准角度“θ”获得的角度2θ+△θ(这里，作为实例为47度)，和通过从两倍的均匀分布的基准角度“θ”减去调整角度“△θ”获得的角度2θ-△θ(这里，作为实例为43度)。

从作为第二磁性件的定子芯9的布置的角度来看，如图2B所示，作为第二磁性件的定子芯9布置成使得，作为沿转子2的圆周方向彼此相邻的第二磁性件的定子芯9关于旋转轴线的旋转角度之间的差沿转子2的圆周方向按下列顺序重复：通过从均匀分布的基准角度“θ”减去调整角度“△θ”获得的角度θ-△θ、均匀分布的基准角度“θ”、通过上述调整角度“△θ”加上均匀分布的基准角度“θ”获得的角度θ+△θ，和均匀分布的基准角度“θ”。

图2C是示出沿图2B的俯视图中的线A-A'截取的横截面的一部分的局部剖视图。

如图2C所示，回转电机1包括第二磁性体单元16，每一个第二磁性体单元都被固定在第二支撑件的侧面上，并产生以预定气隙面向第一磁极的第三磁极和不同于该第三磁极并在转子2的纵向上(即，在旋转轴线的z方向上)背离该第三磁极定位的第四磁极。这里，该第二磁性体单元16包括：关于旋转轴线z围绕转子2的电枢线圈10以及被固定在作为第二支撑件的芯支撑块12的侧面的定子芯9。流过电枢线圈10的电流在其中产生磁路，从而定子芯9产生上述第三磁极和上述第四磁极。

如图2C所示，定子芯9包括布置成以预定气隙面向永久磁铁8a(8c)和永久磁铁8b(8d)的磁极部9a和9b，并整体上形成U形。于是，电枢线圈10通过支撑装置(未示出)被固定在包括由面向永久磁铁8a(8c)和永久磁铁8b(8d)并连接磁极部9a和9b的线以及由定子芯9的U形所围绕的区域的位置处。

需要注意的是，描述了第二磁性体单元包括定子芯9，但本发明不限于此，第二磁性体单元可以包括含有另一磁性物质的磁性件。

此外，定义了关于旋转轴线的均匀分布的基准角度θ＝22.5度(360度/N)。定子芯单元13包括两个定子芯9以及芯支撑块12，其布置成使得这两个定子芯9之间的排列间距角等于均匀分布的基准角度“θ”。

形成第二支撑件的多个芯支撑块12被固定在作为第一支撑件的壳体11的内周面，并且每个芯支撑块具有沿壳体11的圆形的径向方向形成的侧面。

图3A是沿旋转轴线的z方向观看的永久磁铁8a的剖视图。图3B是沿旋转轴线的z方向观看的永久磁铁8b的剖视图。图3A和图3B中所示的箭头表示永久磁铁8a或永久磁铁8b的北极和南极。可以看出，永久磁铁8a在转子2的外周面上在旋转方向的任意相位角处的磁极不同于永久磁铁8b在转子2的外周面上在旋转方向的相同相位角处的磁极。这里，磁极要么是北极要么是南极。

图4是更详细地示出基本单元4中的电枢14的构造图。图4A是在旋转轴线的z方向观看的电枢14的俯视图。图4B是定子芯单元13的透视图。图4C是在旋转轴线的z方向观看的定子芯单元13的俯视图。

如图4C所示，当形成定子芯9的等于均匀分布的基准角度“θ”的排列间距角并且穿过旋转轴线z的两个平面B(参考平面)被提供时，芯支撑块12被设置成使得这些平面B分别与定子芯9的中性平面D1和D2(分别沿宽度方向将定子芯9分成相等部分的平面)相同，并且芯支撑块12具有分别平行于平面B的平面(安装面)C1和C2。定子芯9与相应平面C1和C2形成接触并固定到相应平面C1和C2上。

此外，当调整角度“△θ”被定义时，定子芯单元13沿旋转方向按顺序形成不均匀角度2θ+△θ、“θ”和2θ-△θ地被固定到壳体11上。更具体地说，如果调整角度△θ＝2度，2θ+△θ和2θ-△θ分别是47度和43度。芯支撑块12的绕旋转轴线z同心地形成的外周面12a与壳体11的内周面11a形成接触并固定到壳体11的内周面11a上。

需要注意的是，在上述实施方式中，描述了调整角度△θ＝2度的情况，但“△θ”不限于此，可以在0≤△θ<θ/4的范围内。这里，如果调整角度△θ＝0度，则所有的定子芯9被布置成沿旋转方向形成均匀角度。调整角度“△θ”的具体值可根据回转电机的所需设计规格适当地被确定为最佳数字。这同样适用于下面的内容。

采用这种方式，在32磁极的两级回转电机中，根据如下构造，即该构造使用包括定子芯9的定子芯单元13，定子芯9被布置成形成等于均匀分布的基准角度θ＝22.5度的排列间距角，并且在该构造中定子芯单元13沿旋转方向按顺序形成2θ+△θ和2θ-△θ的不均匀角度(需要注意的是，如果△θ＝0度则这些角度是均匀角度)地被固定到壳体11上，能够分散转子2的旋转角度，在该旋转角度下相对于定子芯的磁极部分在旋转方向上利用旋转驱动间歇地改变的磁力达到峰值。因此，与包括被布置成形成均匀角度(即，调整角度△θ＝0)的定子芯9的回转电机相比较，导致不均匀转矩的齿槽转矩能够被减小。抑制了不均匀旋转的旋转特性从而可以被预期，并且振动和噪音的产生可通过减小不均匀的转矩而进一步减少。为此，调整角度“△θ”优选大于0度且小于均匀分布的基准角度“θ”的四分之一(即，0<△θ<θ/4)。与包括被布置成形成均匀角度(即，调整角度“△θ”＝0)的定子芯9的回转电机相比较，导致不均匀转矩的齿槽转矩从而能够被减小。

在这一点上，因为所有的定子芯单元13具有相同的形状，所以与定子芯9被独立组装来符合不均匀角度的制造方法相比较，制造过程可以被简化，并且诸如降低制造成本等批量生产的经济性可以在更高水平上被预期。

如上所述，第一实施方式中的回转电机1包括转子2，其可在预定位置旋转，并且包括沿外周面布置的作为第一磁性件的多个永久磁铁，所述多个永久磁铁在外周面上具有第一磁极以及与第一磁极不同并且在纵向上背离第一磁极定位的第二磁极。回转电机1还包括围绕转子2的外周的第一支撑件，以及被固定在第一支撑件的内周面上的多个第二支撑件。回转电机1还包括被固定到第二支撑件的侧面的多个第二磁性件，并且每个第二磁性件具有以一气隙面向第一磁极的第三磁极以及作为不同于第三磁极的磁极、以一气隙面向第二磁极并且在转子2的纵向上背离第三磁极定位的第四磁极。

利用这种构造，由于即使在磁力的产生相对于第二磁性件的磁极部分在旋转方向上利用旋转驱动间歇地改变的情况下第二磁性件的磁极部分的附近区域可以以高刚度被支撑和固定，所以可以提高对于第二磁性件的支撑刚度，并且可以预期，防止了振动和噪音的发生。

此外，根据第一实施方式的回转电机1，第二磁性件的数目是4的倍数，上述第二磁性件逐个固定到第二支撑件的两个侧面，并且均匀分布的基准角度被定义为通过360度除以第二磁性件的数目“N”而获得的角度。在这种情况下，如图2B所示，第二支撑件12布置成使得，沿转子2的圆周方向彼此相邻的第二支撑件关于旋转轴线的旋转角度之间的差沿转子2的圆周方向在下述两个角度之间交替地重复：通过调整角度“△θ”加上两倍的均匀分布的基准角度“θ”获得的角度，和通过从两倍的均匀分布的基准角度“θ”减去调整角度“△θ”获得的角度。

此外，当从作为第二磁性件的定子芯9的布置的角度来看该构造，如图2B所示，作为第二磁性件的定子芯9布置成使得，沿转子的圆周方向彼此相邻的定子芯9关于旋转轴线的旋转角度之间的差沿转子2的圆周方向按下列顺序重复：通过从均匀分布的基准角度“θ”减去调整角度“△θ”获得的角度、均匀分布的基准角度“θ”、通过上述调整角度“△θ”加上均匀分布的基准角度“θ”获得的角度，和均匀分布的基准角度“θ”。

通过定子芯的数目“N”并且通过第二支撑件在第一支撑件上沿圆周方向以2θ+△θ和2θ-△θ这一顺序的不均匀角度的布置来构成该构造。为此，可以分散转子2的旋转角度，在该旋转角度下相对于定子芯的磁极部分在旋转方向上利用旋转驱动间歇地改变的磁力达到峰值，并且可以减小导致不均匀转矩的齿槽转矩。由此可以进一步降低振动和噪音的发生。

(第二实施方式)

下面将描述第二实施方式。

图5A是示出第二实施方式中回转电机100的构造的透视图。图5B是从第二实施方式的回转电机100拆开并在回转电机100的z方向上沿旋转轴线布置的转子2和定子103的分解透视图。回转电机100具有与图1到图4所示的第一实施方式中的回转电机1的部件共用的部件，并且将省略已经描述的详细内容，而对不同的部件进行描述。这同样适用于图6和下面的附图。

回转电机100由被轴承(未示出)沿旋转轴线z可旋转地支撑的转子2和设置成围绕整个转子2的定子103构成，并且是在其中两个基本单元104沿旋转轴线的z方向布置的两级回转电机。

在定子103中，包括在沿旋转轴线的z方向布置的两个基本单元104中的电枢114以零度的相对角度(在旋转方向上的相位)连接并固定到彼此上。

电枢114包括：数目N＝16的定子芯9，其以预定气隙面向旋转体5的永久磁铁8布置；圆形电枢线圈10，其与转子2关于旋转轴线z形成为大致同心形状；壳体11；以及芯支撑块112，其与壳体11的内周面形成接触并固定在壳体11的内周面上，并且形成在旋转方向上在预定位置处固定和支撑定子芯9的第二支撑件。

图6A是在旋转轴线的z方向观看的电枢114的俯视图。

如图6A所示，定子芯单元113由芯支撑块112和固定在该芯支撑块112的两个侧面的两个定子芯9构成。

此外，定义了关于旋转轴线的均匀分布的基准角度θ＝22.5度(＝360度/N)和预定调整角度“△θ”。这里，“△θ”作为实例为2度。作为实例，固定在芯支撑块112的两个侧面的两个定子芯9的排列间距角构造成等于θ+△θ。这里，排列间距角是在沿转子2的圆周方向彼此相邻的定子芯9关于转子2的中心的旋转角度之间的差值。

此外，作为实例，围绕旋转轴线彼此相邻并且固定在不同芯支撑块112上的两个定子芯9的排列间距角构造成等于θ-△θ。

采用这种方式，第二磁性件布置成使得，作为沿转子2的圆周方向彼此相邻的第二磁性件的定子芯9关于转子2的中心的旋转角度之间的差沿转子2的圆周方向按下列顺序重复：通过从均匀分布的基准角度减去调整角度获得的角度θ-△θ，和通过调整角度加上均匀分布的基准角度获得的角度θ+△θ。

在本实施方式中，作为第二磁性件的定子芯9的数目“N”是2的倍数，并且第二磁性件逐个固定到第二支撑件的两个侧面。

定子芯单元113沿旋转方向形成45度的均匀角度(＝2θ)地固定到壳体11上。更具体地说，如果调整角度“△θ”为2度，则包括形成24.5(＝θ+△θ)度的排列间距角的定子芯9的定子芯单元113被使用，并且定子芯单元113沿旋转方向形成45(＝2θ)度的均匀角度地固定到壳体11上。

采用这种方式，作为第二支撑件的芯支撑块112布置成使得，沿转子2的圆周方向彼此相邻的芯支撑块112关于转子2的中心的旋转角度之间的差等于沿转子2的圆周方向的上述均匀分布的基准角度“θ”的两倍的角度2θ。

图6B是定子芯单元113的透视图。图6C是在旋转轴线的z方向观看的定子芯单元113的俯视图。

当形成两个定子芯9的等于θ+△θ的排列间距角并且穿过旋转轴线z的两个平面B(参考平面)被提供时，芯支撑块112被设置成使得这些平面B分别与定子芯9的中性平面D21和D22(分别沿宽度方向将定子芯9分成相等部分的平面)相同，并且芯支撑块112具有分别平行于平面B的平面(安装面)C21和C22。定子芯9与这些平面C21和C22形成接触并固定到这些平面C21和C22上。

需要注意的是，在上述实施方式中，作为实例，描述了固定于芯支撑块112的两个侧面的两个定子芯9的排列间距角是θ+△θ，但排列间距角可以是θ-△θ。在这种情况下，包括形成排列间距角θ-△θ＝20.5度的定子芯9的定子芯单元可以被使用。此外，在上述实施方式中，描述了调整角度“△θ”是2度的情况，但调整角度“△θ”不限于此，可以在0≤△θ<θ/4的范围内。优选的是，调整角度“△θ”大于0度且小于均匀分布的基准角度“θ”的四分之一(即，0<△θ<θ/4)。与包括被以均匀角度(即，调整角度△θ＝0)布置的定子芯9的回转电机相比较，导致不均匀转矩的齿槽转矩从而能够被减小。

[第二实施方式的优点]

如上所述，在第二实施方式的回转电机100中，作为第二磁性件的定子芯9的数目是2的倍数，并且作为第二磁性件的定子芯9逐个固定到作为第二支撑件的芯支撑块112的两个侧面。当均匀分布的基准角度“θ”被定义为通过360度除以上述第二磁性件的数目N而获得的角度(360/N[度])时，作为第二支撑件的芯支撑块112布置成使得，沿转子2的圆周方向彼此相邻的芯支撑块112关于转子2的中心的旋转角度之间的差等于沿转子2的圆周方向均匀分布的基准角度的两倍的角度。

采用这种方式，根据第二实施方式中的32磁极的两级回转电机100，与第一实施方式中的回转电机1一样，与包括被布置成形成均匀角度的定子芯9的回转电机相比较，齿槽转矩能够被减小。抑制了不均匀旋转的旋转特性从而可以被预期，并且振动和噪音的产生可通过减小不均匀的转矩而进一步减少。此外，因为所有的定子芯单元113具有相同的形状，所以与定子芯9被独立组装来符合不均匀角度的制造方法相比较，制造过程可以被简化。因此，制造成本可以降低，并且批量生产的经济性可以在更高水平上被预期。

(第三实施方式)

下面将描述第三实施方式。图7A是示出回转电机200的构造的透视图。图7B是从回转电机200拆开并沿回转电机200的旋转轴线的z方向布置的转子2和定子203的分解透视图。

回转电机200由被轴承(未示出)沿旋转轴线z可旋转地支撑的转子2和设置成围绕整个转子2的定子203构成，并且回转电机200是在其中三个基本单元204沿旋转轴线的z方向布置的三级回转电机。

在定子203中，包括在沿旋转轴线的z方向布置的三个基本单元204中的电枢214以相对角度零度(在旋转方向上的相位)连接并固定到彼此上。

电枢214包括：数目N＝24的定子芯9，其以预定气隙面向旋转体5的永久磁铁8布置；以及圆形电枢线圈10，其与转子2关于旋转轴线z形成为大致同心形状。

电枢214还包括：壳体11；以及芯支撑块212，其与壳体11的内周面形成接触并固定在壳体11的内周面上，并且形成在旋转方向上在预定位置处固定和支撑定子芯9的第二支撑件。

此外，定义了关于旋转轴线的均匀分布的基准角度θ＝15度(＝360/N)，并且定子芯单元213通过将两个定子芯9布置在芯支撑块212上进行构造，使得两个定子芯9的排列间距角等于均匀分布的基准角度“θ”。

图8是更详细地示出基本单元204中的电枢214的构造图。图8A是在旋转轴线的z方向观看的电枢214的俯视图。图8B是定子芯单元213的透视图。图8C是在旋转轴线的z方向观看的定子芯单元213的俯视图。

如图8A所示，调整角度“△θ”被定义，并且定子芯单元213沿旋转方向按顺序形成不均匀角度2θ+△θ和2θ-△θ地被固定到壳体11上。更具体地说，例如，如果调整角度△θ＝1.5度，则2θ+△θ和2θ-△θ分别是31.5度和28.5度，并且芯支撑块212的绕旋转轴线z同心地形成的外周面212a与壳体11的内周面11a形成接触并固定到壳体11的内周面11a上。

从作为第二磁性件的定子芯9的布置的角度来看，如图8A所示，作为第二磁性件的定子芯9布置成使得，作为沿转子2的圆周方向彼此相邻的第二磁性件的定子芯9关于旋转轴线的旋转角度之间的差沿转子2的圆周方向按下列顺序重复：通过从均匀分布的基准角度“θ”减去调整角度“△θ”获得的角度θ-△θ、均匀分布的基准角度“θ”、通过上述调整角度“△θ”加上均匀分布的基准角度“θ”获得的角度θ+△θ，和均匀分布的基准角度“θ”。

如图8C所示，当形成定子芯9的等于均匀分布的基准角度“θ”(这里，作为实例是15度)的排列间距角并且穿过旋转轴线z的两个平面B(参考平面)被提供时，芯支撑块212被设置成使得这些平面B分别与定子芯9的中性平面D31和D32(分别沿宽度方向将定子芯9分成相等部分的平面)相同，并且芯支撑块12具有分别平行于平面B的平面(安装面)C31和C32。定子芯9与这些平面C31和C32形成接触并固定到这些平面C31和C32上。需要注意的是，在上述实施方式中，描述了调整角度△θ＝1.5度的情况，但调整角度“△θ”不限于此，可以在0≤△θ<θ/4的范围内。优选的是，调整角度“△θ”大于0度且小于均匀分布的基准角度“θ”的四分之一(即，0<△θ<θ/4)。与包括被布置成形成均匀角度(即，调整角度△θ＝0)的定子芯9的回转电机相比较，导致不均匀转矩的齿槽转矩从而能够被减小。

(第四实施方式)

下面将描述第四实施方式。

图9A是示出回转电机300的构造的透视图。图9B是从回转电机300拆开并在回转电机300的z方向上沿旋转轴线布置的转子2和定子303的分解透视图。回转电机300由被轴承(未示出)沿旋转轴线z可旋转地支撑的转子2和设置成围绕整个转子2的定子303构成，并且回转电机300是在其中三个基本单元304沿旋转轴线的z方向布置的三级回转电机。

在定子303中，在沿旋转轴线的z方向布置的三个基本单元304中的电枢314以零度的相对角度(在旋转方向上的相位)连接并固定到彼此上。

电枢314包括：数目N＝24的定子芯9，其以预定气隙面向旋转体5的永久磁铁8布置；以及圆形电枢线圈10，其与转子2关于旋转轴线z形成为大致同心形状。

电枢314还包括：壳体11；以及芯支撑块312，其与壳体11的内周面形成接触并固定在壳体11的内周面上，并且形成在旋转方向上在预定位置处固定和支撑定子芯9的第二支撑件。

此外，定义了关于旋转轴线的均匀分布的基准角度θ＝15度(＝360/N)和调整角度“△θ”，并且定子芯单元313通过将两个定子芯9布置在芯支撑块312上进行构造，使得两个定子芯9的排列间距角等于θ+△θ。

图10是更详细地示出基本单元304中的电枢314的构造图。图10A是在旋转轴线的z方向观看的电枢314的俯视图。图10B是定子芯单元313的透视图。图10C是在旋转轴线的z方向观看的定子芯单元313的俯视图。

如图10A所示，定子芯单元313沿旋转方向以均匀角度2θ被固定到壳体11上。更具体地说，如果调整角度“△θ”为1.5度，则包括固定到芯支撑块312的两个侧面上而形成16.5(＝θ+△θ)度的排列间距角的两个定子芯9的定子芯单元313被使用，并且定子芯单元313沿旋转方向以30(＝2θ)度的均匀角度被固定到壳体11上。

从作为第二磁性件的定子芯9的布置的角度来看，如图10A所示，第二磁性件布置成使得，作为沿转子2的圆周方向彼此相邻的第二磁性件的定子芯9关于旋转轴线的旋转角度之间的差沿转子2的圆周方向按下列顺序重复：通过从均匀分布的基准角度减去调整角度获得的角度θ-△θ，和通过调整角度加上均匀分布的基准角度获得的角度θ+△θ。

在图10C中，当形成定子芯9的等于θ+△θ的排列间距角并且穿过旋转轴线z的两个平面B(参考平面)被提供时，芯支撑块312被设置成使得这些平面B分别与定子芯9的中性平面D41和D42(分别沿宽度方向将定子芯9分成相等部分的平面)相同，并且芯支撑块312具有分别平行于平面B的平面(安装面)C41和C42。定子芯9与这些平面C41和C42形成接触并固定到这些平面C41和C42上。

需要注意的是，在上述实施方式中，作为实例，描述了固定于芯支撑块312的两个侧面的两个定子芯9的排列间距角是θ+△θ，但排列间距角可以是θ-△θ。在这种情况下，包括形成排列间距角θ-△θ＝13.5度的定子芯9的定子芯单元可以被使用。此外，在上述实施方式中，描述了△θ＝1.5度的情况，但调整角度“△θ”不限于此，可以在0≤△θ<θ/4的范围内。优选的是，调整角度“△θ”大于0度且小于均匀分布的基准角度“θ”的四分之一(即0<△θ<θ/4)。与包括被以均匀角度(即，调整角度△θ＝0)布置的定子芯9的回转电机相比较，导致不均匀转矩的齿槽转矩从而能够被减小。

[第三和第四实施方式的优点]

如上所述，根据第三和第四实施方式中的48磁极的三级回转电机200和300，与第一和第二实施方式中的回转电机1和100一样，与包括被布置成形成均匀角度的定子芯9的回转电机相比较，齿槽转矩能够被减小。为此，抑制了不均匀旋转的旋转特性从而可以被预期，并且振动和噪音的产生可通过减小不均匀的转矩而进一步减少。此外，因为所有的定子芯单元213和313具有相同的形状，所以与定子芯9被独立组装来符合不均匀角度的制造方法相比较，制造过程可以被简化。因此，制造成本可以降低，并且批量生产的经济性可以在更高水平上被预期。

图11是示出调整角度“△θ”与产生的转矩和齿槽转矩之间的关系的图表的实例。随着调整角度“△θ”增大，产生的转矩曲线500下降，并且齿槽转矩曲线501也同时下降。为此，调整角度“△θ”的具体角度是根据对于不同使用所需的产生的转矩和齿槽转矩的需要值来确定的设计要求。如果调整角度“△θ”可以被设定为使得齿槽转矩与产生的转矩的比例最小，则这是作为转矩设计最可取的构造。需要注意的是，由于当调整角度“△θ”变为θ/4时可用的产生的转矩实际上不能获得，因此调整角度“△θ”可以在0≤△θ<θ/4的范围内。优选的是，调整角度“△θ”大于0度且小于均匀分布的基准角度“θ”的四分之一(即，0<△θ<θ/4)。与包括被以均匀角度(即，调整角度△θ＝0)布置的定子芯9的回转电机相比较，导致不均匀转矩的齿槽转矩从而能够被减小。

[实施方式的变型例]

在各实施方式中，第一磁性件和第二磁性件的布置仅仅是示例，并且本发明不限于此。

作为变型例1，在多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的至少一对中，第二磁性件可以相对于第一磁性件在转子2的圆周方向上移位。使得其中转矩达到峰值的转子2的旋转角度在第一磁性件和第二磁性件的所有对中不同，这可以减小引起不均匀转矩的齿槽转矩。

除了该变型例1之外，另外，在变型例2中，在所述多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的偶数个对中，第二磁性件可相对于第一磁性件在转子的圆周方向上移位，并且相对于该第一磁性件在转子的第一圆周方向上移位的第二磁性件的数目可以等于相对于第一磁性件在转子的与第一圆周方向相反的第二圆周方向上移位的第二磁性件的数目。因此，在转子的一转中施加到第二磁性件的力的方向上的偏差可以被减小。

除了变型例2之外，另外，在变型例3中，第二磁性件在上述第一圆周方向上相对于第一磁性件移位的调整角度可以基本上等于在上述第二圆周方向上移位的调整角度。这里，“基本上等于”是指两种调整角度彼此相等，或者它们之间的差值在预定范围内。因此，可以使得在转子的一转中在第一圆周方向上(例如，顺时针方向)施加到第二磁性件上的力的总量等于或基本上等于在第二圆周方向上(例如，逆时针方向)施加的力的总量。因此，与变型例2相比，在转子的一转中施加到第二磁性件上的力的方向上的偏差可以被进一步减小。

在变型例4中，在所述多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的至少两对中，在转子2在圆周方向上的一转中第二磁性件相对于第一磁性件在转子的第一圆周方向上移位的调整角度的总量可以等于第二磁性件相对于第一磁性件在转子的与第一圆周方向相反的第二圆周方向上移位的调整角度的总量。因此，在转子的一转中施加到第二磁性件的力的方向上的偏差可以被减小。

如上所述，根据各实施方式，由于包括了每个都可以以高刚度支撑和固定定子芯的磁极部分的附近区域的支撑件，所以对于定子芯的支撑刚度可以被提高，并且即使在磁力的产生相对于定子芯的磁极部分在利用旋转驱动的旋转方向上间歇地改变的情况下也可以预期防止振动和噪音产生。此外，可以通过利用预定方法确定由支撑件形成的定子芯的排列间距角和固定到壳体的位置来减小齿槽转矩，从而可以预期，抑制了不均匀旋转的旋转特性得以实现。

采用这种方式，通过提供回转电机，利用该回转电机通过利用高刚度支撑定子芯并减少不均匀旋转来实现旋转特性的提高，可以制造出整个机械被小型化同时诸如更高功率和更高转矩的旋转性能被提高的回转电机。为此，可以预期，该回转电机被用作包含在涉及极高转矩或输出密度被需要的机床、船舶、汽车和机器人的领域以及各种各样其它领域的机械中的高转矩高功率驱动源(例如，电动机)，并且被用作大尺寸的发电机。

[回转电机的第一使用实例]

各实例中的回转电机1，100，200和300可以用作将电能转换为机械能的电动机，并且下面将描述使用实例。

图12示出使用回转电机200的电动车辆600，作为第三实施方式中的回转电机200的第一使用实例。图12A是示出使用第三实施方式中的回转电机200的电动车辆600的传动系元件的构造图。图12B是以回转电机200为中心的局部放大图。

电动车辆600构成所谓的混合电动车辆(HEV)，并且支撑具有两个前轮602和两个后轮603的车体601。前轮602然后经由驱动轴DS、差速齿轮604和驱动轴605连接到回转电机200的转子2。

转子2由布置在回转电机200的两侧的轴承606可旋转地支撑。电动车辆600还包括发动机607，并且发动机607通过连接轴608连接到转子2。从而，来自发动机607的转矩和来自回转电机200的转矩都传递到前轮602，以用作驱动车体601的驱动力。

此外，回转电机200的电枢线圈10连接到控制装置610的输出电源线U，V和W，控制装置610被作为电源的电源(电池)609工作，并且电枢线圈10构造成使得彼此具有120度相位差的三相电流施加到其上。此外，当车体610从行进状态转变到停止状态时产生的再生能量被恢复时，控制装置601进行控制使得回转电机200作为发电机工作。

如上所述，电动车辆600是包括回转电机200和将电能供应到回转电机200的电源609的车辆，并且在该车辆中回转电机200将电源609供应的电能转换成机械能。因此，根据使用该回转电机200的电动车辆600，由于支撑件被包括在其中，每一个支撑件可以以高刚度支撑并固定定子芯的磁极部分的附近区域，所以当回转电机作为电动机或发电机工作时产生的振动和噪音可以被减少，从而提高了能量转换效率。另外，利用本发明的能够被小型化并且能够产生较高功率的回转电机，可以通过减少发动机的燃料消耗而实现燃料里程的提高。需要注意的是，在上述实例中，描述了使用回转电机200的电动车辆600，但电动车辆600可具有使用回转电机1，100和300中的任一个的构造。此外，电动车辆600具有混合电动车辆(HEV)的构造，但是可以具有电动车辆(EV)的构造，并且在这种情况下，该电动车辆的电动行驶里程能够预期得以改善。

需要注意的是，在第一使用实例中，描述了车辆包括回转电机200的实例，但回转电机200可被包括在涉及机床、船舶和机器人的领域以及各种各样其它领域的机械中。

[回转电机的第二使用实例]

各实例中的回转电机1，100，200和300可以用作将机械能转换为电能的发电机，并且下面将描述第三实施方式的回转电机200的另一使用实例。

图13是示出利用第三实施方式的回转电机200的风力发电机700的示意图。叶片(风车)701被风力引起旋转，并且转矩经由旋转轴702传递到齿轮箱703。此外，来自齿轮箱703的输出转矩经由旋转轴704和联轴器705传递到转子2(未示出)，并使回转电机200发电。所产生的电力经由变压器706和***保护装置707供应到电力***708。

此外，包括齿轮箱703与回转电机200的旋转***的主要部分容纳在称为机舱709的机械室中，该机械室由设定在能够有效获得风力的高度处的塔架710支撑，并且该塔架710固定在设置于陆地或海上的浮体上的基础711上。

如上所述，风力发电机700是发电装置，该发电装置包括叶片701和回转电机200，并且在该发电装置中回转电机200将通过叶片701执行转换而获得的机械能转换成电能。

因此，根据使用该回转电机200的风力发电机700，由于支撑件被包括在其中，每一个支撑件可以以高刚度支撑并固定定子芯的磁极部分的附近区域，所以当回转电机工作时产生的振动和噪音可以被减少。为此，能量可以被有效地转换为用于发电的能量，否则该能量将作为振动和噪音消失。

此外，由于本发明的可以被小型化并且可以产生较高电力的回转电机可以实现机舱709的尺寸和重量减小，并且可以放宽对于塔架710所需的机械强度而言的设计条件，所以可以预期塔架的建造成本和建造周期会降低，并且整个风力发电机700的成本可以降低。

在基础711是海上的浮体的漂浮式风力发电机的情况下，可以预期机舱709的海上运输成本和基础711的浮体的建造成本会降低以及其建造周期会降低，并且整个风力发电机700的成本可以进一步降低。

需要注意的是，在上述实例中，描述了使用回转电机200的风力发电机700，但风力发电机700可具有使用回转电机1，100和300中的任一个的构造。此外，该回转电机不仅可用于风力发电机，而且可用于包括例如水力发电机的所有类型的发电装置。在这种情况下，该发电装置可以包括将流体能转换成机械能的流体机械，并且可以包括将通过流体机械执行转换而获得的机械能转换成电能的回转电机。

该流体机械包括，例如，诸如叶片(风车)的气动机械，诸如水车的液压机械和诸如涡轮的蒸汽机械。利用该流体机械，由于振动和噪音导致的发电损失可以被抑制，从而实现了发电效率的提高。

虽然对某些实施方式进行了说明，但是这些实施方式仅仅是以举例的方式提出的，并不旨在限制本发明的范围。事实上，本文描述的新颖实施方式可以以各种其它形式来体现；此外，可以按本文描述的实施方式的形式进行各种省略、替代和改变而不脱离本发明的精髓。所附权利要求及其等同物旨在涵盖落入本发明的范围和精髓之内这些形式或修改。

Claims (14)

1.一种回转电机，包括：

转子，其能够在预定位置旋转，并且包括沿外周面布置的多个第一磁性件，所述第一磁性件在所述外周面上均包括第一磁极以及与所述第一磁极不同并且在纵向上背离所述第一磁极定位的第二磁极；

第一支撑件，其围绕所述转子的外周；

多个第二支撑件，其分别离开并接合到所述第一支撑件的内周面；以及

多个第二磁性件，其固定到所述第二支撑件的侧面，并且具有以一气隙面向第一磁极的第三磁极以及作为不同于第三磁极的磁极并且在所述转子的纵向上背离第三磁极的位置处以一气隙面向所述第二磁极的第四磁极，所述第二磁性件在径向上离开所述第一支撑件的内周面，且在所述第一支撑件的圆周方向上以规定间隔配置。

2.根据权利要求1所述的回转电机，其中，在多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的至少一对中，所述第二磁性件相对于所述第一磁性件在所述转子的圆周方向上移位。

3.根据权利要求2所述的回转电机，其中，在所述多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的偶数个对中，所述第二磁性件相对于所述第一磁性件在所述转子的圆周方向上移位，并且

相对于所述第一磁性件在所述转子的第一圆周方向上移位的第二磁性件的数目等于相对于所述第一磁性件在所述转子的与第一圆周方向相反的第二圆周方向上移位的第二磁性件的数目。

4.根据权利要求3所述的回转电机，其中，另外，所述第二磁性件在第一圆周方向相对于所述第一磁性件移位的调整角度基本上等于所述第二磁性件在第二圆周方向上移位的调整角度。

5.根据权利要求4所述的回转电机，其中，

所述第二磁性件的数目是四的倍数，

所述第二磁性件逐个被固定到所述第二支撑件的两个侧面，并且

当均匀分布的基准角度被定义为通过360度除以所述第二磁性件的数目而获得的角度时，所述第二支撑件布置成使得，沿所述转子的圆周方向彼此相邻的第二支撑件关于所述转子的中心的旋转角度之间的差沿所述转子的圆周方向在下述两个角度之间交替地重复：通过所述调整角度加上两倍的所述均匀分布的基准角度获得的角度，和通过从两倍的所述均匀分布的基准角度减去所述调整角度获得的角度。

6.根据权利要求4所述的回转电机，其中，

所述第二磁性件的数目是二的倍数，

所述第二磁性件逐个被固定到所述第二支撑件的两个侧面，并且

当均匀分布的基准角度被定义为通过360度除以所述第二磁性件的数目而获得的角度时，所述第二支撑件布置成使得，沿所述转子的圆周方向彼此相邻的所述第二支撑件关于所述转子的中心的旋转角度之间的差等于沿所述转子的圆周方向均匀分布的基准角度的两倍的角度。

7.根据权利要求1所述的回转电机，还包括在圆周方向上围绕所述转子的线圈，其中

流过所述线圈的电流在其中产生磁路，从而所述第二磁性件产生所述第三磁极和所述第四磁极。

8.根据权利要求4所述的回转电机，其中，所述调整角度大于0度且小于均匀分布的基准角度的四分之一。

9.一种回转电机，包括：

转子，其能够在预定位置旋转，并且包括沿外周面布置的多个第一磁性件，所述第一磁性件在所述外周面上均包括第一磁极以及与所述第一磁极不同并且在纵向上背离所述第一磁极定位的第二磁极；和

定子，其包括多个第二磁性件，每个第二磁性件具有以一气隙面向第一磁极的第三磁极以及作为不同于第三磁极的磁极并且在所述转子的纵向上背离第三磁极的位置处以一气隙面向所述第二磁极的第四磁极，其中

在多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的至少一对中，所述第二磁性件相对于所述第一磁性件在所述转子的圆周方向上移位，在所述多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的偶数个对中，所述第二磁性件相对于所述第一磁性件在所述转子的圆周方向上移位，并且

相对于所述第一磁性件在所述转子的第一圆周方向上移位的第二磁性件的数目等于相对于所述第一磁性件在所述转子的与第一圆周方向相反的第二圆周方向上移位的第二磁性件的数目，

另外，所述第二磁性件在第一圆周方向相对于第一磁性件移位的调整角度基本上等于所述第二磁性件在第二圆周方向上移位的调整角度，

所述第二磁性件的数目是四的倍数，并且

当均匀分布的基准角度被定义为通过360度除以所述第二磁性件的数目而获得的角度时，所述第二磁性件布置成使得，沿所述转子的圆周方向彼此相邻的第二磁性件关于所述转子的中心的旋转角度之间的差沿所述转子的圆周方向按下列顺序重复：通过从所述均匀分布的基准角度减去所述调整角度获得的角度、所述均匀分布的基准角度、通过所述调整角度加上所述均匀分布的基准角度获得的角度，和所述均匀分布的基准角度。

10.一种回转电机，包括：

转子，其能够在预定位置旋转，并且包括沿外周面布置的多个第一磁性件，所述第一磁性件在所述外周面上均包括第一磁极以及与所述第一磁极不同并且在纵向上背离所述第一磁极定位的第二磁极；和

定子，其包括多个第二磁性件，每个第二磁性件具有以一气隙面向第一磁极的第三磁极以及作为不同于第三磁极的磁极并且在所述转子的纵向上背离第三磁极的位置处以一气隙面向所述第二磁极的第四磁极，其中

在多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的至少一对中，所述第二磁性件相对于所述第一磁性件在所述转子的圆周方向上移位，

在所述多个由彼此面对的第一磁性件和第二磁性件构成的对中的偶数个对中，所述第二磁性件相对于所述第一磁性件在所述转子的圆周方向上移位，并且

相对于所述第一磁性件在所述转子的第一圆周方向上移位的第二磁性件的数目等于相对于所述第一磁性件在所述转子的与第一圆周方向相反的第二圆周方向上移位的第二磁性件的数目，

另外，所述第二磁性件在第一圆周方向相对于第一磁性件移位的调整角度基本上等于所述第二磁性件在第二圆周方向上移位的调整角度，

所述第二磁性件的数目是二的倍数，并且

当均匀分布的基准角度被定义为通过360度除以所述第二磁性件的数目而获得的角度时，所述第二磁性件布置成使得，沿所述转子的圆周方向彼此相邻的第二磁性件关于所述转子的中心的旋转角度之间的差沿所述转子的圆周方向按下列顺序重复：通过从所述均匀分布的基准角度减去所述调整角度获得的角度，和通过所述调整角度加上所述均匀分布的基准角度获得的角度。

11.一种电动机，其包括根据权利要求1所述的回转电机，其中所述回转电机将电能转换为机械能。

12.一种机械，其包括根据权利要求1所述的回转电机，其中所述回转电机将电能转换为机械能。

13.一种发电机，其包括根据权利要求1所述的回转电机，其中所述回转电机将机械能转换为电能。

14.一种发电装置，包括：

流体机械，其将流体能转换为机械能；和

根据权利要求1所述的回转电机，其中

所述回转电机将通过所述流体机械执行转换而获得的机械能转换为电能。