CN114946107A - 定子以及使用该定子的旋转电机 - Google Patents

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CN114946107A CN202080093383.5A CN202080093383A CN114946107A CN 114946107 A CN114946107 A CN 114946107A CN 202080093383 A CN202080093383 A CN 202080093383A CN 114946107 A CN114946107 A CN 114946107A
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米谷晴之
宫武亮治
山田拓郎
田中贤治
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Abstract

定子具备：定子铁芯(2)，所述定子铁芯(2)相对于旋转电机(100)的旋转中心在周向上具备多个定子齿(6)；定子线圈(3)，所述定子线圈(3)配置在形成于定子齿(6)之间的多个定子槽(5)各自的底部(5a)侧；以及定子磁铁(4)，所述定子磁铁(4)配置在多个定子槽(5)各自的开口侧，在径向上具有相同极性，在各个定子槽(5)中，板状的固定部件在定子线圈(3)和定子磁铁(4)之间与定子槽(5)的相向的两个壁面嵌合设置，在定子线圈(3)与定子磁铁(4)之间具备磁性体。

Description

定子以及使用该定子的旋转电机
技术领域
本申请涉及定子以及使用该定子的旋转电机。
背景技术
以往，与旋转电机在旋转中心所具备的旋转轴连结并对旋转电机的旋转进行减速的机械式变速器被用于需要低速驱动的用途。在使用机械式变速器的情况下，由于在变速器产生机械磨损等，因此，需要定期的维护。另一方面，公开了能够以非接触的方式对转子的旋转速度进行变速的旋转电机作为磁波动齿轮装置或磁齿轮发电机(magnetic gearedgenerator)(例如参照专利文献1)。
专利文献1所示的磁波动齿轮装置以旋转轴为中心，从外周侧起具备定子、以低速旋转的第一转子、以及根据变速比而以高速旋转的第二转子。定子具有能够输出发电电力或对产生转矩进行控制的定子线圈。若使用该旋转电机，则能够以非接触的方式对转子的旋转速度进行变速，因此，不需要进行由机械磨损等引起的维护，能够实现减轻针对维护的负荷。另外，如果将该旋转电机用作发电机，则能够不使用机械式变速器而利用一个旋转电机进行变速和发电，发电***变得小型，能够实现省空间化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-135014号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述专利文献1的旋转电机的结构中，定子具有具备多个定子槽的定子铁芯，在各个定子槽内收纳有定子线圈和定子磁铁这两者，因此，能够利用一个旋转电机进行变速和发电这两者。另外，在定子磁铁的定子线圈侧的一部分，作为背轭从定子槽的壁面突出地设置有作为磁性体的片部，实现了高输出化。但是，在将片部设置在定子线圈与定子磁铁之间的情况下，在定子的制造工序中难以将定子线圈***定子槽的底部，因此，存在工作性变差这种课题。
在为了容易地将定子线圈***定子槽的底部而未设置片部的情况下，定子线圈无法在定子槽的底部稳定地固定，因此存在如下课题：由于定子线圈在定子槽的内部向定子磁铁侧移动时的摩擦等，定子线圈的绝缘劣化而损害可靠性。
本申请是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于以简单的制造工序得到高输出的定子。
用于解决课题的方案
本申请所公开的定子具备：定子铁芯，所述定子铁芯相对于旋转电机的旋转中心在周向上具备多个定子齿；定子线圈，所述定子线圈配置在形成于所述定子齿之间的多个定子槽各自的底部侧；以及定子磁铁，所述定子磁铁配置在多个所述定子槽各自的开口侧，在径向上具有相同极性，在各个所述定子槽中，板状的固定部件在所述定子线圈和所述定子磁铁之间与所述定子槽的相向的两个壁面嵌合设置，在所述定子线圈与所述定子磁铁之间具备磁性体。
发明的效果
根据本申请所公开的定子，能够以简单的制造工序得到高输出。
附图说明
图1是表示实施方式1的旋转电机的截面的示意图。
图2是表示实施方式1的旋转电机的主要部分的示意图。
图3是表示实施方式1的旋转电机的定子槽的截面的示意图。
图4是说明实施方式1的旋转电机的定子磁铁周围的磁通的示意图。
图5是表示实施方式2的旋转电机的定子槽的截面的示意图。
图6是表示实施方式3的旋转电机的定子槽的截面的示意图。
图7是说明实施方式3的旋转电机的定子磁铁周围的磁通的示意图。
图8是表示实施方式3的旋转电机的另一定子槽的截面的示意图。
图9是表示实施方式4的旋转电机的定子槽的截面的示意图。
图10是表示实施方式4的旋转电机的另一定子槽的截面的示意图。
图11是表示实施方式5的旋转电机的主要部分的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图对本申请的实施方式的定子以及使用该定子的旋转电机进行说明。需要说明的是，在各图中，对相同或相当的部件、部位标注相同的附图标记进行说明。
实施方式1.
图1是表示旋转电机100的截面的示意图，图2是表示旋转电机100的主要部分的示意图。图2是将图1的由虚线包围的部位放大表示的图。如图1所示，旋转电机100具备：包围作为旋转电机100的旋转中心的旋转轴40的圆环状的定子1；与定子1同轴地设置的作为第一转子的低速转子20；以及与低速转子20相向并与低速转子20同轴地设置的作为第二转子的高速转子30。首先，作为旋转电机100，对磁齿轮发电机的一般结构和动作进行说明。
如图2所示，定子1具备定子铁芯2、定子线圈3以及定子磁铁4。圆环状的定子铁芯2相对于旋转电机100的旋转中心在周向上等间隔地具备多个定子齿6。形成在定子齿6之间的多个定子槽5分别具备定子线圈3和定子磁铁4。定子线圈3配置在定子槽5的底部5a侧。定子磁铁4配置在定子槽5的开口侧。定子磁铁4全部在径向的相同方向上被磁化。定子磁铁4例如是钕烧结磁铁，但并不限于此。在将定子磁铁4的内径侧设为N极时，相邻的定子齿6的内径侧成为S极，形成与定子槽5的数量相同数量的极对数Ns。
低速转子20在定子1的内周侧与定子磁铁4相向，并隔着微小的间隙设置。低速转子20具有在周向上等间隔地配置的多个磁极片21，通过来自外部的动力以低速旋转。将该磁极片21的数量设为NL。高速转子30设置在低速转子20的内周侧。高速转子30在外周部以等间隔具有多个作为永磁铁的高速转子磁铁31，形成Nh的极对数。
若Ns、NL、Nh的关系满足NL＝Ns±Nh，则通过定子磁铁4与高速转子磁铁31的磁力的相互作用，在低速转子20产生负的转矩。与此相对，通过利用来自外部的动力使低速转子20旋转，能够在低速转子20获得输入。若相对于低速转子20的输入，以使高速转子30自由旋转的方式使定子电流流到定子线圈3，则高速转子30以低速转子20的NL/Nh倍的旋转速度旋转。若高速转子30以低速转子20的NL/Nh倍速旋转，则在定子线圈3产生感应电动势。由于感应电动势的产生，从定子线圈3输出发电电力。
对作为本申请的主要部分的定子槽5的内部结构进行说明。图3是表示实施方式1的旋转电机100的定子槽5的截面的示意图。各个定子槽5具备定子线圈3、定子磁铁4以及在定子线圈3与定子磁铁4之间的磁性体。在此的磁性体是磁性楔7，该磁性楔7是由铁磁性材料(ferromagnetic material)构成的板状的固定部件或包含铁磁性材料的板状的固定部件。磁性楔7在定子线圈3与定子磁铁4之间与定子槽5的相向的两个壁面5b的切口部5c嵌合设置。定子线圈3与定子磁铁4隔着磁性楔7相向。磁性楔7例如通过在树脂材料中混合磁性粉末来制作，但并不限于此，也可以是由电磁钢板等铁磁性材料构成的磁性楔7。定子磁铁4以在径向上具有相同极性的方式被磁化。例如，图3所示的箭头的方向是磁化的方向。
通过将磁性楔7与切口部5c嵌合而固定，从而定子线圈3在定子槽5的底部5a被稳定地固定。定子磁铁4例如与壁面5b粘接而被固定。在定子1的制造工序中，磁性楔7在将定子线圈3***到定子槽5之后，从与纸面垂直的轴向***切口部5c而设置。因此，磁性楔7不会妨碍定子线圈3向定子槽5的***，定子线圈3向定子槽5的***容易。另外，由于磁性楔7以嵌合的方式设置，因此，磁性楔7向定子槽5的设置容易，定子线圈3容易固定于定子槽5。
图4是说明实施方式1的旋转电机100的定子磁铁4周围的磁通8的示意图。图4是在图3中追加了由定子磁铁4引起的磁通8的图。在未设置磁性楔7的情况下，磁通8通过定子线圈3侧，从定子齿6朝向定子磁铁4。在设置有磁性楔7的情况下，如图4所示，磁通8通过磁性楔7，从定子齿6朝向定子磁铁4。磁通8集中于磁性楔7，磁通8接近定子磁铁4而通过，因此，定子磁铁4的磁力提高。通过提高定子磁铁4的磁力，能够得到高输出的定子1。另外，由于是提高定子磁铁4的磁力的结构，因此，也能够使用小型化的定子磁铁4来得到作为旋转电机100而预先确定的转矩。
如上所述，实施方式1的定子1在定子线圈3与定子磁铁4之间具备与定子槽5的相向的两个壁面5b的切口部5c嵌合的板状的磁性楔7，因此，磁通8接近定子磁铁4而通过，能够提高定子磁铁4的磁力，能够得到高输出的定子1。另外，定子线圈3向定子槽5的***容易，因此，能够以简单的制造工序制作定子1。另外，由于磁性楔7以嵌合的方式设置，因此，能够以简单的制造工序制作定子1。另外，能够以简单的制造工序将定子线圈3固定于定子槽5。
实施方式2.
对实施方式2的定子1进行说明。图5是表示旋转电机100的定子槽5的截面的示意图。实施方式2的定子1成为在楔9与定子磁铁4之间具备铁磁性材料10的结构。
定子槽5具备定子线圈3、定子磁铁4、以及在定子线圈3与定子磁铁4之间作为板状的固定部件的楔9，并且在楔9与定子磁铁4之间具备作为磁性体的铁磁性材料10。楔9在定子线圈3与定子磁铁4之间与定子槽5的相向的两个壁面5b的切口部5c嵌合设置。定子线圈3与定子磁铁4隔着楔9相向。楔9例如由非磁性的树脂材料制作，但并不限于此，也可以是磁性楔7。铁磁性材料10例如由铁、电磁钢板制作，但并不限于此。
通过将楔9与切口部5c嵌合而固定，定子线圈3在定子槽5的底部5a被稳定地固定。在定子1的制造工序中，楔9在将定子线圈3***到定子槽5之后，从与纸面垂直的轴向***切口部5c而设置。因此，楔9不会妨碍定子线圈3向定子槽5的***，定子线圈3向定子槽5的***容易。另外，楔9以嵌合的方式设置，因此，楔9向定子槽5的设置容易，定子线圈3容易固定于定子槽5。定子磁铁4例如与壁面5b粘接而被固定。铁磁性材料10***定子磁铁4与楔9之间而被固定。铁磁性材料10也可以与定子磁铁4和楔9中的任一方或双方粘接而固定。
通过设置铁磁性材料10，即便楔9为非磁性，磁通8也通过铁磁性材料10从定子齿6朝向定子磁铁4。磁通8集中于铁磁性材料10，磁通8接近定子磁铁4而通过，因此，定子磁铁4的磁力提高。通过提高定子磁铁4的磁力，能够得到高输出的定子1。另外，由于是提高定子磁铁4的磁力的结构，因此，也能够使用小型化的定子磁铁4来得到作为旋转电机100而预先确定的转矩。
如上所述，实施方式2的定子1在楔9与定子磁铁4之间附加了铁磁性材料10，因此，即便是使用了现有的非磁性的楔9的结构，也不会大幅变更结构，磁通8接近定子磁铁4而通过，能够提高定子磁铁4的磁力，能够得到高输出的定子1。
实施方式3.
对实施方式3的定子1进行说明。图6是表示旋转电机100的定子槽5的截面的示意图。实施方式3的定子1成为铁磁性材料10在周向上被分割的结构。
定子槽5具备定子线圈3、定子磁铁4、以及在定子线圈3与定子磁铁4之间作为板状的固定部件的楔9，并且在楔9与定子磁铁4之间具备在周向上被分割的作为磁性体的铁磁性材料10。被分割的部位(分割部10a)是定子槽5的周向的中央。通过设置铁磁性材料10，即便楔9为非磁性，磁通8也集中于铁磁性材料10，定子磁铁4的磁力提高。但是，如图7所示，在铁磁性材料10中不仅通过由定子磁铁4引起的磁通8，还通过由定子线圈3引起的磁通8a。该磁通8a是漏磁通。若被引入铁磁性材料10的漏磁通变大，则来自定子线圈3的发电电力降低。为了减少被引入铁磁性材料10的漏磁通，设置分割部10a。分割部10a成为空气层，被引入铁磁性材料10的漏磁通减少。
对将分割部10a设置于定子槽5的周向的中央的理由进行说明。定子磁铁4以在径向上成为相同极性的极的方式被磁化，因此，如图7所示，磁通8通过铁磁性材料10从定子齿6朝向定子磁铁4。在定子磁铁4中，从定子槽5的周向的中央朝向定子齿6产生的磁通8从中央到定子齿6的距离长，因此，最难以得到磁力。即，如果在该定子槽5的中央部设置铁磁性材料10的分割部10a，则能够有效地设置分割部10a，能够尽量不损害接近定子磁铁4而通过的磁通8地减少从定子线圈3被引入铁磁性材料10的漏磁通。
图8是表示实施方式3的旋转电机100的另一定子槽5的截面的示意图。在铁磁性材料10由电磁钢板制作的情况下，如图8所示，电磁钢板的层叠的方向可以是径向，但并不限于此，层叠的方向也可以是周向。
如上所述，在实施方式3的定子1中，由于在楔9与定子磁铁4之间具备在周向上被分割的铁磁性材料10，因此，能够减少由定子线圈3引起而被引入铁磁性材料10的漏磁通。另外，在将铁磁性材料10的分割部10a设置于定子槽5的周向的中央的情况下，能够尽量不损害接近定子磁铁4而流动的磁通8地减少从定子线圈3被引入铁磁性材料10的漏磁通。
实施方式4.
对实施方式4的定子1进行说明。图9是表示旋转电机100的定子槽5的截面的示意图。实施方式4的定子1成为在定子槽5的内部具备罩11的结构。
定子槽5具备定子线圈3、定子磁铁4、铁磁性材料10以及罩11。罩11由固定部件11a和两个侧壁部11b形成，所述固定部件11a在定子线圈3和定子磁铁4之间与定子槽5的相向的两个壁面5b的切口部5c嵌合设置，所述两个侧壁部11b从固定部件11a沿着壁面5b与开口的方向平行地伸长。罩11可以是非磁性材料，也可以是磁性材料，如果是非磁性材料，则例如由树脂制作。定子磁铁4被两个侧壁部11b夹持而配置在定子槽5的开口侧。作为磁性体的铁磁性材料10设置在固定部件11a与定子磁铁4之间。定子线圈3和定子磁铁4隔着铁磁性材料10和固定部件11a相向。
通过将罩11与切口部5c嵌合而固定，定子线圈3在定子槽5的底部5a被稳定地固定。在定子1的制造工序中，罩11在将定子线圈3***到定子槽5之后，从与纸面垂直的轴向***切口部5c而设置。因此，罩11不会妨碍定子线圈3向定子槽5的***，定子线圈3向定子槽5的***容易。另外，罩11以嵌合的方式设置，因此，罩11向定子槽5的设置容易，定子线圈3容易固定于定子槽5。
定子磁铁4例如与侧壁部11b粘接而被固定。铁磁性材料10***定子磁铁4与罩11之间而被固定。铁磁性材料10也可以与定子磁铁4和罩11中的任一方或双方粘接而固定。定子磁铁4和铁磁性材料10可以在将罩11设置于定子槽5之后设置在罩11内，但也可以在将定子磁铁4和铁磁性材料10设置在罩11内之后将罩11设置于定子槽5。在罩11向定子槽5设置之前，通过在罩11设置定子磁铁4和铁磁性材料10，制造工序变得简单。
通过设置铁磁性材料10，即便罩11为非磁性，磁通8也通过铁磁性材料10从定子齿6朝向定子磁铁4。磁通8集中于铁磁性材料10，磁通8接近定子磁铁4而通过，因此，定子磁铁4的磁力提高。通过提高定子磁铁4的磁力，能够得到高输出的定子1。另外，由于是提高定子磁铁4的磁力的结构，因此，也能够使用小型化的定子磁铁4来得到作为旋转电机100而预先确定的转矩。
如图10所示，铁磁性材料10也可以是在周向上被分割的结构。通过在铁磁性材料10设置分割部10a，能够减少由定子线圈3引起而被引入铁磁性材料10的漏磁通。
如上所述，在实施方式4的定子1中，在定子槽5的内部具备罩11，在罩11的内部设置有定子磁铁4和铁磁性材料10，因此，磁通8接近定子磁铁4而通过，能够提高定子磁铁4的磁力，能够得到高输出的定子1。在罩11向定子槽5设置之前，在罩11设置有定子磁铁4和铁磁性材料10的情况下，能够以简单的制造工序制造定子1。
实施方式5.
在实施方式5中，对使用了在实施方式1中说明的定子1的旋转电机100进行说明。图11是表示旋转电机100的主要部分的示意图。实施方式5的旋转电机100成为在定子槽5内的定子线圈3与定子磁铁4之间具备板状的磁性楔7的结构。
如图11所示，旋转电机100具备：包围作为旋转电机100的旋转中心的旋转轴(未图示)的圆环状的定子1；具有多个磁极片21，与定子磁铁4相向并与定子1同轴地设置的作为第一转子的低速转子20；以及具有多个作为永磁铁的高速转子磁铁31，与低速转子20相向并与低速转子20同轴地设置的作为第二转子的高速转子30。定子1具备定子铁芯2、定子线圈3、定子磁铁4以及磁性楔7。圆环状的定子铁芯2相对于旋转电机100的旋转中心在周向上等间隔地具备多个定子齿6。在定子齿6之间形成有定子槽5。磁性楔7在定子线圈3与定子磁铁4之间，与定子槽5的相向的两个壁面5b的切口部5c嵌合设置。在定子1的制造工序中，磁性楔7在将定子线圈3***到定子槽5之后，从与纸面垂直的轴向***切口部5c而设置。
如上所述，在实施方式5的旋转电机100中，由于具备磁性楔7，因此，磁通接近定子磁铁4而通过，能够提高定子磁铁4的磁力，能够得到高输出的定子1，进而使旋转电机100高输出化。另外，定子线圈3向定子槽5的***容易，因此，能够以简单的制造工序制作旋转电机100，能够以简单的制造工序将定子线圈3固定于定子槽5。
以上，对使用了在实施方式1中说明的定子1的旋转电机100进行了说明，但在使用了在实施方式2至实施方式4中说明的定子1的旋转电机100中，也能够使旋转电机100高输出化，以简单的制造工序制作旋转电机100。另外，在具备与本申请相同的结构的定子1的发电机、电机中也发挥同样的效果。另外，以上记载了定子1位于最外周的旋转电机100，但定子1的配置并不限于最外周，也可以是定子1位于最内周的外转子型的旋转电机。在将定子1设置于最内周的情况下，定子铁芯在周向上具备多个朝向旋转电机的外周侧开口的定子槽。
另外，本申请记载了各种例示性的实施方式以及实施例，但一个或多个实施方式所记载的各种特征、方式以及功能并不限于特定的实施方式的应用，能够单独或以各种组合的方式应用于实施方式。
因此，在本申请说明书所公开的技术的范围内设想未例示的无数的变形例。例如，包括对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况、以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。
附图标记说明
1定子、2定子铁芯、3定子线圈、4定子磁铁、5定子槽、5a底部、5b壁面、5c切口部、6定子齿、7磁性楔、8磁通、9楔、10铁磁性材料、10a分割部、11罩、11a固定部件、11b侧壁部、20低速转子、21磁极片、30高速转子、31高速转子磁铁、40旋转轴、100旋转电机。

Claims (6)

1.一种定子，其特征在于，所述定子具备：
定子铁芯，所述定子铁芯相对于旋转电机的旋转中心在周向上具备多个定子齿；
定子线圈，所述定子线圈配置在形成于所述定子齿之间的多个定子槽各自的底部侧；以及
定子磁铁，所述定子磁铁配置在多个所述定子槽各自的开口侧，在径向上具有相同极性，
在各个所述定子槽中，
板状的固定部件在所述定子线圈和所述定子磁铁之间与所述定子槽的相向的两个壁面嵌合设置，
在所述定子线圈与所述定子磁铁之间具备磁性体。
2.如权利要求1所述的定子，其特征在于，
所述磁性体是由铁磁性材料构成的所述固定部件或包含铁磁性材料的所述固定部件。
3.如权利要求1所述的定子，其特征在于，
所述磁性体是设置在所述固定部件与所述定子磁铁之间的铁磁性材料。
4.如权利要求1所述的定子，其特征在于，
所述定子具备罩，所述罩由所述固定部件和两个侧壁部形成，所述两个侧壁部从所述固定部件沿着所述壁面与所述开口的方向平行地伸长，
所述磁性体是设置在所述固定部件与所述定子磁铁之间的铁磁性材料。
5.如权利要求3或4所述的定子，其特征在于，
所述磁性体在周向上被分割。
6.一种旋转电机，其特征在于，所述旋转电机具备：
权利要求1～5中任一项所述的定子；
第一转子，所述第一转子具有多个磁极片，与所述定子磁铁相向并与所述定子同轴地设置；以及
第二转子，所述第二转子具有多个永磁铁，与所述第一转子相向并与所述第一转子同轴地设置。
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