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旋转电机

阅读：205发布：2021-02-22

IPRDB可以提供旋转电机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种旋转电机，在转子的旋转速度低的区域中也能输出高转矩。一种旋转电机(1)，具备：具有电枢线圈(11)的定子(10)；以及转子(20)，转子(20)具有：转子铁芯(21)，其在周向上按规定的间隔形成有多个突极部(22)；转子线圈(23)，其通过与在定子(10)侧产生的高次谐波磁通交链而产生感应电流；以及二极管，其对流向转子线圈(23)的感应电流进行整流，突极部(22)具有：第1突极部(31)，其设有永磁铁(30)；以及第2突极部(32)，其卷绕有转子线圈(23)。，下面是旋转电机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种旋转电机，具备：定子，其具有通过通电产生电枢磁通的电枢线圈；以及转子，其能够相对于上述定子相对旋转，上述旋转电机的特征在于，上述转子具有：

转子铁芯，在其周向上按规定的间隔形成有多个突极部；

转子线圈，其通过与在上述定子侧产生的高次谐波磁通交链产生感应电流；以及整流元件，其对流向上述转子线圈的感应电流进行整流，上述突极部具有：

第1突极部，其设有永磁铁；以及

第2突极部，其卷绕有上述转子线圈。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，上述第1突极部与上述第2突极部交替配置在周向上。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，上述转子具备：

第1转子，其在上述转子的旋转轴的轴向上面对上述定子；以及第2转子，其在上述轴向上与上述第1转子相反的一侧面对上述定子。

4.根据权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，上述第1转子与上述第2转子配置为任意一方转子的上述第1突极部与另一方转子的上述第2突极部在上述轴向上相对。

5.根据权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的旋转电机，其特征在于，上述转子线圈具备：感应线圈，其通过与上述高次谐波磁通交链产生感应电流；以及励磁线圈，其通过接受由上述整流元件整流后的上述感应电流，对上述突极部励磁。

6.根据权利要求1至权利要求5中的任意一项所述的旋转电机，其特征在于，上述定子具有卷绕有上述电枢线圈的多个定子铁芯，上述多个定子铁芯被保持为磁分离。

7.根据权利要求1至权利要求6中的任意一项所述的旋转电机，其特征在于，上述转子线圈在上述第2突极部卷绕成向使与上述第2突极部交链的上述永磁铁的磁通变强的方向励磁。

8.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，为了提高上述第1转子和上述第2转子各自与上述定子之间的磁通密度，上述转子线圈卷绕于上述第2突极部，从而向使与上述第2突极部交链的磁通变强的方向励磁。

9.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，上述定子线圈按规定的间隔在周向上排列成一列，上述定子具备保持构件，该保持构件构成为使上述多个定子铁芯相互磁分离。

说明书全文

旋转电机

技术领域

[0001] 本发明涉及旋转电机。

背景技术

[0002] 专利文献1公开了一种旋转电机，在转子被同心配置在定子的内侧的旋转电机中，利用在定子中生成的包含空间高次谐波的旋转磁场所产生的感应电动势，使得被二极管限制了方向的感应电流流向转子绕组，由此，将转子的突极磁化。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：特开2012-196095号公报

发明内容

[0006] 发明要解决的问题

[0007] 然而，在专利文献1记载的旋转电机中，在转子的旋转速度低的区域中，磁通的时间变化小，因此转子绕组中产生的感应电动势小。所以，在转子的旋转速度低的区域中，由二极管整流而流向转子绕组的励磁电流也小。因此，在专利文献1记载的旋转电机中，在转子的旋转速度低的区域中无法输出高转矩。

[0008] 本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供在转子的旋转速度低的区域中也能输出高转矩的旋转电机。

[0009] 用于解决问题的方案

[0010] 为了实现上述目的，本发明是一种旋转电机，具备：定子，其具有通过通电而产生电枢磁通的电枢线圈；以及转子，其能相对于上述定子相对旋转，上述转子具有：转子铁芯，在其周向上按规定的间隔形成有多个突极部；转子线圈，其通过与在上述定子侧产生的高次谐波磁通交链而产生感应电流；以及整流元件，其对流向上述转子线圈的感应电流进行整流，上述突极部具有：第1突极部，其设有永磁铁；以及第2突极部，其卷绕有上述转子线圈。

[0011] 发明效果

[0012] 根据本发明，能提供在转子的旋转速度低的区域中也能输出高转矩的旋转电机。

附图说明

[0013] 图1是本发明的一个实施例的旋转电机的立体图。

[0014] 图2是本发明的一个实施例的旋转电机的分解立体图。

[0015] 图3是本发明的一个实施例的旋转电机的定子的分解立体图。

[0016] 图4是示出本发明的一个实施例的旋转电机的定子的组装顺序的立体图。

[0017] 图5是示出本发明的一个实施例的旋转电机的定子中的定子铁芯与保持构件的组装状态的截面图。

[0018] 图6是本发明的一个实施例的旋转电机的第2转子的分解立体图。

[0019] 图7是本发明的一个实施例的旋转电机的整流电路的连线图。

[0020] 图8是本发明的一个实施例的旋转电机的示意图。

[0021] 图9是示出本发明的一个实施例的旋转电机中的第1转子和第2转子的立体图。

[0022] 图10的(a)示出本发明的一个实施例的旋转电机中的d轴等效电路，图10的(b)示出本发明的一个实施例的旋转电机中的q轴等效电路。

[0023] 图11是示出第1转子和第2转子的第1配置的图。

[0024] 图12是示出第1转子和第2转子的第1配置的磁通密度的图。

[0025] 图13是示出第1转子和第2转子的第2配置的图。

[0026] 图14是示出第1转子和第2转子的第2配置的磁通密度的图。

[0027] 图15是关于转矩而将第1配置和第2配置进行比较的坐标图。

[0028] 图16的(a)是示出将第2突极部设为弱励磁类型的情况下的磁通的路径的图，图16的(b)是示出将第2突极部设为强励磁类型的情况下的磁通的路径的图。

[0029] 图17是示出弱励磁类型的磁通密度的图。

[0030] 图18是示出强励磁类型的磁通密度的图。

[0031] 图19是示出将转子线圈的绕组开放的情况下的磁通密度的图。

[0032] 图20是关于电流相位与转矩的关系而将弱励磁类型和强励磁类型进行比较的坐标图。

[0033] 图21是关于电枢磁动势与转矩的关系而将弱励磁类型和强励磁类型进行比较的坐标图。

[0034] 图22是关于转子的旋转速度与转矩的关系而将弱励磁类型和强励磁类型进行比较的坐标图。

[0035] 图23是关于转子的旋转速度与线间电压的关系而将弱励磁类型和强励磁类型进行比较的坐标图

[0036] 图24的(a)是弱励磁类型的以d轴和q轴为基准的矢量图，图24的(b)是强励磁类型的以d轴和q轴为基准的矢量图，图24的(c)是在强励磁类型中使电枢电流矢量的矢量范数下降的情况下的以d轴和q轴为基准的矢量图。

[0037] 图25是示出本实施例的转子的变形例的立体图。

[0038] 图26是示出本实施例的转子的变形例的示意图。

[0039] 附图标记说明

[0040] 1 旋转电机

[0041] 10 定子

[0042] 11 电枢线圈

[0043] 12 定子铁芯

[0044] 13 保持构件

[0045] 20 转子

[0046] 20A 第1转子

[0047] 20B 第2转子

[0048] 21 转子铁芯

[0049] 22 突极部

[0050] 23 转子线圈

[0051] 23a 感应线圈

[0052] 23b 励磁线圈

[0053] 24 整流电路

[0054] 30 永磁铁

[0055] 31 第1突极部

[0056] 32 第2突极部

[0057] D1、D2 二极管(整流元件)。

具体实施方式

[0058] 本发明的一个实施方式的旋转电机具备：定子，其具有通过通电而产生电枢磁通的电枢线圈；以及转子，其能相对于定子相对旋转，旋转电机的特征在于，转子具有：转子铁芯，在其周向上按规定的间隔形成有多个突极部；转子线圈，其通过与在定子侧产生的高次谐波磁通交链而产生感应电流；以及整流元件，其对流向转子线圈的感应电流进行整流，突极部具有：第1突极部，其设有永磁铁；以及第2突极部，其卷绕有转子线圈。由此，本发明的一个实施方式的旋转电机在转子的旋转速度低的区域中也能输出高转矩。

[0059] [实施例]

[0060] 参照图1至图24说明本发明的一个实施例的旋转电机。

[0061] 如图1和图2所示，旋转电机1具备：定子10，其具有通过通电而产生电枢磁通的电枢线圈11；以及转子20，其能相对于定子10相对旋转。

[0062] 旋转电机1是轴向间隙型的旋转电机，定子10和转子20在转子20的未图示的旋转轴的轴向上相对，在定子10和转子20之间在轴向上具有间隙。如以下说明的那样，旋转电机1是不需要从外部向转子20输入能量的自励式绕组励磁型的旋转电机。

[0063] (定子)

[0064] 定子10具有在周向上隔开规定间隔配置的多个定子铁芯12；卷绕于定子铁芯12的电枢线圈11；以及保持定子铁芯12的保持构件13。多个定子铁芯12构成为在周向上相邻的定子铁芯12彼此独立。周向表示以转子20的未图示的旋转轴为中心的圆周方向。在本实施例中独立地构成了各定子铁芯12，但是各定子铁芯12只要是相互磁分离的结构即可，也可以不是独立的。

[0065] 定子铁芯12由强磁性体的微细粉末被压缩而固化成的压粉磁芯形成。在各定子铁芯12上分别集中卷绕有W相、V相、U相的各电枢线圈11。对于定子铁芯12，为了提高绝缘性而实施了喷涂粉状树脂等的粉体涂装。

[0066] 如上所述，在本实施例的定子10中，独立地构成各定子铁芯12，用包括非磁性体的后述的保持构件13保持各定子铁芯12，由此使各定子铁芯12磁分离。因此，与具有磁性体的背磁轭的情况相比，抑制了交链到各定子铁芯12的2次空间高次谐波经过背磁轭迂回到其它定子铁芯12，因此能使交链到各定子铁芯12的2次空间高次谐波高效地与后述的第2突极部32交链。另外，由于电枢线圈11被集中卷绕，从而能使在定子铁芯12的与转子20相对的两面不可避免地产生的2次空间高次谐波高效地与第2突极部32交链。此外，为了使定子铁芯12容易制造，也可以利用磁性体形成背磁轭。

[0067] 如图3所示，定子铁芯12具有分割铁芯12A和分割铁芯12B，分割铁芯12A和分割铁芯12B是在轴向上被分割的结构。

[0068] 定子10具有由不锈钢等非磁性体形成的环状的保持构件13。保持构件13用于保持设有电枢线圈11的定子铁芯12。在保持构件13中在周向上隔开规定间隔设有供各定子铁芯12嵌入的多个保持孔13a。保持构件13在其外周侧装配于未图示的电动机壳体。

[0069] 参照图4说明如上述那样构成的定子10的组装步骤。

[0070] 如图4所示，电枢线圈11预先以α卷绕的状态成型为组装到定子铁芯12时的形状。α卷绕是使绕组的绕线始端和绕线终端朝向外侧同时卷绕的方法。

[0071] 在这样α卷绕的电枢线圈11中，绕组的绕线始端侧的端部不会残留在内部，因此占空系数提高，绕组的两端部被配置在电枢线圈11的外部，从而能容易地进行连线。

[0072] 另外，在电枢线圈11上形成有在轴向上具有规定间隔的间隙11a作为配置保持构件13的空间。

[0073] 电枢线圈11相对于保持构件13从径向的外侧向内侧而由间隙11a插入到保持构件13，由此组装于保持构件13。此时，电枢线圈11配置为其被绕组包围的内侧的空间与保持构件13的保持孔13a在轴向上重叠。

[0074] 径向表示与上述的轴向正交的方向。径向的外侧表示在径向上远离转子20的未图示的旋转轴的一侧，径向的内侧表示在径向上靠近转子20的未图示的旋转轴的一侧。

[0075] 在电枢线圈11被组装到保持构件13的状态中，分割铁芯12A和分割铁芯12B在轴向上夹着电枢线圈11而组装于保持构件13。

[0076] 优选这样组装的定子10在将电枢线圈11、分割铁芯12A以及分割铁芯12B组装到保持构件13的状态下，利用树脂等进行灌封(Potting)。由此，定子10的电磁振动被抑制，而且用于冷却的热传导率提高。

[0077] 在本实施例中，通过对定子铁芯12实施粉体涂装来提高定子铁芯12的绝缘性，但是不限于此，也可以隔着例如由绝缘性树脂等非磁性材料成型的绝缘体将电枢线圈11组装到定子铁芯12，从而提高定子铁芯12的绝缘性。

[0078] 图5是示出如上述那样组装的定子10中的定子铁芯12与保持构件13的组装状态的截面图。

[0079] 如图5所示，分割铁芯12A和分割铁芯12B在轴向上的一侧的端部形成有向外突出的法兰部12a。由此，防止电枢线圈11沿轴向移动而从定子铁芯12脱离。

[0080] 通过对电枢线圈11提供三相交流电，这样构成的定子10产生在周向上旋转的旋转磁场。由定子10产生的磁通会与转子20交链。由此，定子10能使转子20旋转。

[0081] (转子)

[0082] 如图1和图2所示，转子20具备第1转子20A和第2转子20B。

[0083] 第1转子20A在轴向上隔开规定间隙面对定子10，装配于未图示的旋转轴且能与其一体旋转。第2转子20B在轴向上在与第1转子20A相反的一侧面对定子10，装配于未图示的旋转轴且能与其一体旋转。

[0084] 这样，本实施例的转子20是由第1转子20A和第2转子20B从轴向的两侧夹着定子10的构成的转子。第1转子20A和第2转子20B具有相同的构成。因此，以下以第2转子20B为例对第1转子20A和第2转子20B的构成进行说明。

[0085] 如图2和图6所示，第2转子20B构成为包括环状的转子铁芯21、转子线圈23以及整流电路24(参照图7)。

[0086] 转子铁芯21在周向上以规定间隔形成有多个突极部22。转子铁芯21由强磁性体的微细粉末被压缩而固化成的压粉磁芯形成。

[0087] 突极部22具有：设有永磁铁30的第1突极部31；以及卷绕有转子线圈23的第2突极部32。第1突极部31与第2突极部32在周向上交替地配置。

[0088] 在第1突极部31，形成有在轴向上向与第2突极部32突出的方向相同方向突出的一对肋31a。永磁铁30以嵌入到第1突极部31的一对肋31a之间的状态被粘接剂粘接。作为将永磁铁30粘接到第1突极部31的粘接剂，能使用例如硅系粘接剂、丙烯酸系粘接剂和环氧系粘接剂等。但是，本实施例中举出的粘接剂是一个例子，不限于此。

[0089] 一对肋31a具有限制永磁铁30的周向移动的功能。另外，一对肋31a兼具将永磁铁30保持在已定位的状态直到永磁铁30被粘接剂粘接到第1突极部31为止的功能。由此，在永磁铁30的粘接工序中不需要用于将永磁铁30定位到第1突极部31的专用夹具。因此，粘接工序的作业性提高，制造成本被抑制。

[0090] 第2突极部32形成为从转子铁芯21的与定子10相对的面21a在轴向上向定子10侧突出。在周向上相邻的第2突极部32和第1突极部31之间形成有转子槽34。在转子槽34配置卷绕于第2突极部32的转子线圈23。

[0091] 转子线圈23基于在定子10侧产生的磁通而产生感应电流。具体地说，转子线圈23具有感应线圈23a和励磁线圈23b。

[0092] 感应线圈23a在轴向上配置于定子10侧，通过与在定子10侧产生的磁通中叠加的空间高次谐波成分(以下称为“空间高次谐波磁通”)交链而产生感应电流。感应线圈23a通过后述的整流元件与励磁线圈23b连接。

[0093] 如上所述，由定子10产生的磁通中包含使转子20旋转的旋转磁场的基波成分的磁通(以下称为“主磁通”)以及与该基波成分不同步的空间高次谐波磁通。

[0094] 在感应线圈23a中产生的交流的感应电流由整流电路24(参照图7)整流后作为直流电流提供到励磁线圈23b，由此，励磁线圈23b能对第2突极部32励磁。

[0095] 整流电路24是对流向转子线圈23的感应电流进行整流的电路，具体地说，是对在感应线圈23a中产生的交流的感应电流进行整流后将其提供给励磁线圈23b的电路。

[0096] 如图7所示，整流电路24具备作为整流元件的2个二极管D1、D2。如图8所示，整流电路24构成为将二极管D1、D2、卷绕于第1转子20A的第2突极部32的感应线圈23a和励磁线圈23b以及卷绕于第2转子20B的第2突极部32的感应线圈23a和励磁线圈23b进行连线而成的闭合回路。

[0097] 以在周向上错开1个突极部分的位置处相对的第1转子20A的第2突极部32和第2转子20B的第2突极部32上所分别卷绕的2个感应线圈23a和2个励磁线圈23b为1组，对每个该1组分别设有整流电路24。因此，旋转电机1具备与转子20的极对数相应的数量的整流电路24。

[0098] 二极管D1、D2例如以收纳于未图示的二极管壳体的状态设于转子20。二极管D1、D2也可以安装于转子20的内部。整流元件不限于二极管，也可以采用其它开关元件等半导体元件。

[0099] 整流电路24被连线为使得二极管D1、D2具有180度的相位差，由此形成为使其中一方的感应电流反转而将半波整流输出合计起来的中性点钳位型的全波整流电路。

[0100] 在整流电路24中，由感应线圈23a产生的交流的感应电流被二极管D1、D2整流，整流后的直流电流作为励磁电流提供给励磁线圈23b。由此，励磁线圈23b能产生磁场而对第2突极部32励磁。

[0101] 励磁线圈23b在第1转子20A和第2转子20B中均按形成S极的磁极的方向卷绕于第2突极部32。

[0102] 在此，上述交流的感应电流是在定子10侧产生的磁通中叠加的空间高次谐波磁通与感应线圈23a交链而产生的。该空间高次谐波磁通是由于具有突极部22的转子20相对于集中卷绕型的定子10进行旋转时，定子10与转子20之间的间隙处的磁阻发生变动而产生的。

[0103] 这样的空间高次谐波磁通在定子10上的静止坐标系中被称为2次空间高次谐波磁通。另外，2次空间高次谐波磁通相对于基波旋转磁场以反相的2倍谐波进行旋转，因此，当从旋转坐标系即与基波旋转磁场同步旋转的旋转电机1的转子20上观测时，被称为3次空间高次谐波磁通。

[0104] 在本实施例中，定子10的槽数设定为“18”，转子20的突极数设定为“12”，即定子10与转子20的槽组合设定为“3：2”，因此突极部22的磁导分布以3倍谐波脉动，因而3次空间高次谐波成分的磁耦合系数为最大，3次空间高次谐波成分容易与突极部22交链。

[0105] 具体地说，在定子10与转子20的槽组合为“3：2”的情况下，正方向的d轴电感与负方向的d轴电感不对称而振幅分别不同，因此随着转子20的旋转，d轴电感的偏移量发生变化。由此，在定子10上的静止坐标系中产生2次空间高次谐波磁通，在转子20上的旋转坐标系中产生3次空间高次谐波磁通。

[0106] 该3次空间高次谐波磁通是与使转子20旋转的旋转磁场的基波成分不同步的，因此会与感应线圈22交链而感生交流的感应电流。

[0107] (转子铁芯的表面结构)

[0108] 如图2所示，在转子铁芯21中未形成突极部22的面21b上，形成有在轴向上向与定子10侧相反的一侧隆起的隆起部40。在转子铁芯21的周向上隔开规定间隔形成有多个隆起部40。

[0109] 隆起部40的上面部40a形成为平面状，在其上表面部40a形成有在装配收纳有后述的整流电路24的二极管D1、D2的未图示的二极管壳体时用于定位的孔40b。二极管壳体形成为例如环状，通过使在与转子铁芯21相对的面上形成的多个突起嵌入前述的孔40b，而相对于转子铁芯21被定位。上面部40a的外缘形成为锥状。

[0110] 在本实施例的转子20中，转子铁芯21具有多个隆起部40，由此，在转子铁芯21的面21b上形成凹凸而使转子铁芯21的表面积得以增加。因此，能使扁平的转子铁芯21的刚性变高。由此，能抑制在转子20旋转时发生作为转子铁芯21的固有振动的面振动。

[0111] 而在转子铁芯上未形成有隆起部的转子中，扁平的转子铁芯的刚性低，因此无法抑制在转子旋转时发生作为转子铁芯的固有振动的面振动。

[0112] (交替极(Consequent Pole)结构)

[0113] 如图9所示，本实施例的第1转子20A和第2转子20B均为如下结构：设有永磁铁30的第1突极部31与未设有永磁铁的第2突极部32在周向上交替地配置，在未设有永磁铁的第2突极部32上卷绕有感应线圈23a和励磁线圈23b。

[0114] 在此，转子的结构是设有永磁铁的突极部与包括未设有永磁铁的磁性体的突极部(以下，将该突极部称为“概念极(Image Pole)”)在周向上交替配置的交替极结构。当采用该交替极结构时，永磁铁的磁通与概念极交链从而将概念极磁化，因此概念极作为具有与设有永磁铁的突极部的极性为相反极性的磁极发挥功能。

[0115] 交替极结构的转子具有能使永磁铁的使用量减半的优点，而一方面，具有如下问题。即，在交替极结构的转子中，与设有永磁铁的突极部的磁阻相比，概念极的磁阻高，因此与设有永磁铁的突极部与定子之间的间隙磁通相比，概念极与定子之间的间隙磁通会变小。由此，存在转矩脉动会变大的问题。

[0116] 本实施例的第1转子20A和第2转子20B均在未设有永磁铁的第2突极部32上设置感应线圈23a和励磁线圈23b，由此能使第2突极部32的磁阻可变。

[0117] 具体地说，第2突极部32的磁阻会根据感应线圈23a中产生的感应电动势的大小而变化。感应线圈23a中产生的感应电动势根据与感应线圈23a交链的2次空间高次谐波磁通的大小而变化。2次空间高次谐波磁通根据电枢电流、电流相位或者转子20的旋转速度而变化。

[0118] 因此，第2突极部32的磁阻根据电枢电流、电流相位以及转子20的旋转速度而可变。因此，本实施例的第2突极部32具有磁阻根据电枢电流、电流相位或者转子20的旋转速度而变化的如图10的(b)的q轴等效电路所示的作为可变励磁极的功能。图10的(a)是d轴等效电路。在图10的(a)和图10的(b)中，Vd表示电枢电压的d轴成分，Vq表示电枢电压的q轴成分，id表示电枢电流的d轴成分，iq表示电枢电流的q轴成分，Ra表示绕组电阻，Rc表示铁损电阻，ω表示角速度，Ld表示d轴电感，Lq表示q轴电感，Ψm表示永磁铁磁通。

[0119] 在本实施例中，如后述那样，第2突极部32的励磁类型采用强励磁类型。因此，在本实施例中，通过根据电枢电流、电流相位或者转子20的旋转速度使感应线圈23a中产生的感应电动势变大，而能使第2突极部32的磁阻降低。其结果是，在本实施例中，能使第2突极部32和定子10之间的间隙磁通变大，能抑制由于第1突极部31和定子10之间的间隙磁通与第2突极部32和定子10之间的间隙磁通的大小差异而引起的转矩脉动。

[0120] (第1转子和第2转子的配置)

[0121] 本实施例的转子20是由第1转子20A和第2转子20B夹着定子10的构成的双转子。在这样构成的双转子中，作为第1转子20A和第2转子20B的配置，例如可以想到如下两种。

[0122] 如图11所示，第1配置是使设有永磁铁30的第1突极部31相互相对的配置。在图11所示的第1配置中，使得第1转子20A的永磁铁30与第2转子20B的永磁铁30两者之间是相反的极性相对配置。

[0123] 如图13所示，第2配置是第1转子20A与第2转子20B两者之间使设有永磁铁30的第1突极部31在周向上错开1个突极的配置，即，是第1转子20A与第2转子20B两者之间使彼此的第1突极部31与第2突极部32在轴向上相对的配置。在图13所示的第2配置中，将永磁铁30配置为使得第1转子20A的永磁铁30与第2转子20B的永磁铁30两者之间，各自与定子10相对的极性是相同的。

[0124] 参照图12和图14，对第1配置的磁通密度和第2配置的磁通密度进行比较。

[0125] 图12是示出在将第1转子20A和第2转子20B的配置设为第1配置的情况下，在第1转子20A的第2突极部32和第2转子20B的第2突极部32中转子线圈23均是向使作为永磁铁30的磁通的永磁铁磁通(在图11中用箭头Fpm表示)变弱的方向卷绕的例子中的磁通密度(Magnetic flux density)的图。在图12所示的第1配置的例子中，永磁铁磁通Fpm的方向与通过自励磁而产生的励磁磁通(在图11中用箭头Fem表示)的方向是相反的。

[0126] 图14是示出在将第1转子20A和第2转子20B的配置设为第2配置的情况下，在第1转子20A的第2突极部32和第2转子20B的第2突极部32中转子线圈23均是向使永磁铁30的永磁铁磁通(在图13中用箭头Fpm表示)变弱的方向卷绕的例子中的磁通密度(Magnetic flux density)的图。在图14所示的第2配置的例子中，永磁铁磁通Fpm的方向与通过自励磁而产生的励磁磁通(在图13中用箭头Fem表示)的方向是相反的。

[0127] 如图12所示，在第1配置中，在转子20的周向上，第1突极部31彼此相对的位置处与第2突极部32彼此相对的位置处磁通密度大不相同，并且在第1转子20A与第2转子20B两者之间，相对的突极部处的磁通密度大致相同。

[0128] 因此，如图15所示，在第1配置中，第1转子20A和第2转子20B中的任意一方转子的转矩为最大时，另一方转子的转矩也为最大。其结果是，在第1配置中，能增大将第1转子20A的转矩和第2转子20B的转矩加起来的总转矩的最大值，但另一方面会导致转矩脉动变大。

[0129] 而在第2配置中，由于将第1突极部31配置成在周向上错开1个突极，因此，在第1转子20A与第2转子20B两者之间，相互相对的位置的突极部彼此的磁通密度不同。具体地说，在第1转子20A与第2转子20B两者之间，相对的突极部中的一方突极部的磁通密度高时，相对的突极部中的另一方突极部的磁通密度低。在图14中，与磁通密度高的第1转子20A的第2突极部32相对的第2转子20B的第1突极部31的磁通密度低。

[0130] 因此，如图15所示，在第2配置中，第1转子20A和第2转子20B中的任意一方转子的转矩为最大时，另一方转子的转矩为最小。其结果是，在第2配置中，虽然与第1配置相比，将第1转子20A的转矩和第2转子20B的转矩加起来的总转矩的最大值变小，但与第1配置相比转矩脉动变小。

[0131] 这样，如果将第1转子20A和第2转子20B配置成第2配置，则能大大减少转矩脉动。在本实施例中，第1转子20A和第2转子20B的配置采用能大大减少转矩脉动的第2配置。

[0132] (励磁类型)

[0133] 接下来，参照图16至图24对作为可变励磁极发挥功能的第2突极部32的励磁类型进行说明。该励磁类型也同样应用于上述第1配置。

[0134] 第2突极部32的励磁类型有如图16的(a)所示的弱励磁类型和如图16的(b)所示的强励磁类型。在图16的(a)和图16的(b)中，将永磁铁30配置为使得第1突极部31的极性为N极，但是也可以将永磁铁30配置为使得第1突极部31的极性为S极。

[0135] 在弱励磁类型中，对于第2突极部32将转子线圈23卷绕成向使永磁铁30的永磁铁磁通变弱的方向产生励磁磁通。在图16的(a)中，第1转子20A的第2突极部32和第2转子20B的第2突极部32均是将转子线圈23卷绕成产生与永磁铁磁通(在图16的(a)中用箭头Fpm表示)为相反方向的励磁磁通(在图16的(a)中用箭头Fem表示)。

[0136] 因此，在弱励磁类型中，永磁铁磁通Fpm的方向与通过自励磁而产生的励磁磁通Fem的方向是相反的。由此，在弱励磁类型中，第2突极部32的磁阻变高，因此，如图17所示，第2突极部32的磁通密度低，从定子10交链到第2突极部32的磁通难以被导向在周向上相邻的第1突极部31。其结果是，如图20所示，在弱励磁类型中，转子20的转矩的最大值变小。

[0137] 而在强励磁类型中，对于第2突极部32将转子线圈23卷绕成向使永磁铁30的永磁铁磁通变强的方向产生励磁磁通。在图16的(b)中，第1转子20A的第2突极部32和第2转子20B的第2突极部32均是将转子线圈23卷绕成产生与永磁铁磁通(在图16的(b)中用箭头Fpm表示)为相同方向的励磁磁通(在图16的(b)中用箭头Fem表示)。

[0138] 因此，在强励磁类型中，永磁铁磁通Fpm的方向与励磁磁通Fem的方向为相同的方向。由此，在强励磁类型中，第2突极部32的磁阻变低，因此，如图18所示，第2突极部32的磁通密度高，从定子10交链到第2突极部32的磁通容易被导向在周向上相邻的第1突极部31。其结果是，在强励磁类型中，如图20所示，转子20的转矩的最大值变大。

[0139] 图19作为参考例而示出了使转子线圈23的绕组开放的情况下的磁通密度。在图19所示的参考例中，第2突极部32的磁通密度比弱励磁类型高，但是比强励磁类型低。因此，在图19所示的参考例中，如图20所示，转子20的转矩的最大值也比弱励磁类型大而比强励磁类型小。

[0140] 图21是关于d轴电流被控制为0(id＝0)时的电枢磁动势与转矩的关系，将弱励磁类型和强励磁类型进行比较的坐标图。电枢磁动势通过线圈的匝数与电枢电流之积求出。

[0141] 如图21所示，弱励磁类型和强励磁类型均具有电枢磁动势越大则转矩越高的特性。另外，强励磁类型与弱励磁类型相比，各电枢磁动势的转矩高，并且转矩的上升率大。

[0142] 图22是关于最大转矩控制(MTPA：Maximum Torque Per Ampere)下的转子20的旋转速度和转矩的关系，将弱励磁类型和强励磁类型进行比较的坐标图。最大转矩控制是指控制电流矢量使得对磁阻转矩进行有效利用而使产生转矩相对于电流为最大。

[0143] 如图22所示，在弱励磁类型中，直至规定的旋转速度(在图22所示的例子中为1000[r/min]程度)为止，随着旋转速度的变高，转矩降低。另外，在规定的旋转速度以后，通过自励磁得到的能量迎来极限，因此即使旋转速度变高，转矩也不会进一步降低。

[0144] 而在强励磁类型中，直至规定的旋转速度(图22所示的例子中2000[r/min]程度)为止，随着旋转速度的变高，转矩上升。另外，在规定的旋转速度以后，通过自励磁得到的能量迎来极限，因此即使旋转速度变高，转矩也不会进一步上升。

[0145] 图23是关于最大转矩控制下的转子20的旋转速度和线间电压的关系，将弱励磁类型和强励磁类型进行比较的坐标图。

[0146] 如图23所示，弱励磁类型和强励磁类型均具有旋转速度越高则转矩越高的特性。另外，在强励磁类型中，与弱励磁类型相比，单各旋转速度的转矩高，并且转矩的上升率大。

[0147] 图24关于弱励磁类型和强励磁类型分别示出了以d轴和q轴为基准的矢量图。在图24的(a)、图24的(b)和图24的(c)的各图中，用单点划线表示的各矢量是通过使转子线圈23的绕组开放从而使励磁磁通矢量ψe-coil为0的情况下的矢量。

[0148] 如图24的(a)所示，在弱励磁类型中，形成与作为可变励磁极发挥功能的第2突极部32的永磁铁磁通矢量ψm为相反方向的励磁磁通矢量ψe-coil，因此磁阻变高。

[0149] 因此，在弱励磁类型中，与图24的(a)中用单点划线表示的线间电压矢量Vs相比，如图24的(a)中用实线所示，能使线间电压矢量Vs降低。

[0150] 而在强励磁类型中，如图24的(b)所示，形成与作为可变励磁极发挥功能的第2突极部32的永磁铁磁通矢量ψm为相同方向的励磁磁通矢量ψe-coil，因此磁阻变低。

[0151] 因此，在强励磁类型中，与图24的(b)中用单点划线表示的线间电压矢量Vs相比，如图24的(b)中用实线所示，能使线间电压矢量Vs增加。

[0152] 在强励磁类型中，在想抑制线间电压Vs的情况下，励磁磁通矢量ψe-coil相对于电枢磁动势而被动变化，因此，如图24的(c)所示，通过使电枢电流矢量Ia的矢量范数如图24的(c)中用虚线所示的那样下降，从而能减少强励磁量。

[0153] 此外，在处于d轴电感Ld比q轴电感Lq大(Ld＞Lq)的关系的正突极类型的情况下，电枢电压的q轴成分vq比电枢电压的d轴成分vd大，形成以q轴为长轴半径的dq轴电压椭圆。因此，在正突极类型的情况下，需要使电枢电流矢量的矢量范数下降来进行驱动。

[0154] 根据以上说明的内容，若将弱励磁类型和强励磁类型进行比较，则采用强励磁类型而通过电枢电流矢量的矢量范数对线间电压的动作点进行调整，更能实现转矩的提高，还能通过电枢铜损的减少来使效率提高。

[0155] 因此，在本实施例的旋转电机1中，优选如图16的(b)所示，将转子线圈23的卷绕方向设定为强励磁类型。

[0156] 如以上那样，本实施例的旋转电机1在第1转子20A和第2转子20B的第1突极部31设有永磁铁30，因此除了能得到磁阻转矩以外，还能得到永磁铁30的磁转矩。因此，本实施例的旋转电机1在转子20的旋转速度低的区域中也能输出高转矩。

[0157] 在本实施例的旋转电机1中，利用整流电路24的二极管D1、D2对第1转子20A和第2转子20B中未设有永磁铁30的第2突极部32上所卷绕的转子线圈23中产生的感应电流进行整流，因此，第2突极部32会通过转子线圈23而自励磁，从而能使第2突极部32作为可变励磁极发挥功能。

[0158] 另外，能使第2突极部32作为可变励磁极发挥功能，因此只要通过调整电枢电流来调整电枢磁动势从而使空间高次谐波的量变化，就能使旋转电机1的输出范围变化。例如，在转子20的旋转速度高的情况下，只要使电枢磁动势降低而使空间高次谐波变少，就能使旋转电机1的输出范围扩大。

[0159] 在本实施例的旋转电机1中，第1转子20A和第2转子20B各自的突极部由设有永磁铁30的第1突极部31和未设有永磁铁30的第2突极部32构成，因此能将配置转子线圈23的范围扩大到接近第1突极部31的位置。因此，能使转子线圈23的匝数增加，能使基于感应电流作用于第2突极部32的磁通量增加。

[0160] 而且，在本实施例的旋转电机1中，没有在第1转子20A和第2转子20B中的全部突极部都配置永磁铁，因此与在全部突极部都配置永磁铁的构成相比能使突极比变大，能使磁阻转矩提高。另外，能使永磁铁30的量减少，能减少制造成本。

[0161] 在本实施例的旋转电机1中，第1突极部31未卷绕有转子线圈23，因此能抑制在转子线圈23中流过感应电流时产生的热传递到永磁铁30而导致该永磁铁30减磁的情况。

[0162] 在本实施例的旋转电机1中，在第1转子20A和第2转子20B中的每一个转子中，第1突极部31与第2突极部32在周向上交替地配置，因此，会在第1突极部31和第1突极部31之间配置第2突极部32。由此，能减少在周向上排列的永磁铁30彼此的磁干扰。

[0163] 在本实施例的旋转电机1中，转子20为由第1转子20A和第2转子20B夹着定子10的构成的双转子，因此能使转矩发生面增加，能提高转矩密度。由此，本实施例的旋转电机1能提高电动机输出。

[0164] 在本实施例的旋转电机1中，第1转子20A与第2转子20B配置为任意一方转子的第1突极部31与另一方转子的第2突极部32在轴向上相对。由此，第1转子20A与第2转子20B以电角度错开180°的状态旋转，因此，基于由第1转子20A的旋转产生的空间高次谐波而产生的第1转子20A的转矩脉动和基于由第2转子20B的旋转产生的空间高次谐波而产生的第2转子20B的转矩脉动会发生相互抵消的作用。其结果是，能抑制将第1转子20A的转矩和第2转子
20B的转矩加起来的总转矩的转矩脉动。

[0165] 在本实施例的旋转电机1中，由分别独立的线圈构成感应线圈23a和励磁线圈23b，因此能使转子线圈23中的感应电流的感应作用和励磁电流的励磁作用分离到2个线圈。由此，能抑制2个磁感应作用和励磁作用发生磁干扰而导致感应作用和励磁作用效率降低的情况。

[0166] 在本实施例的旋转电机1中，定子铁芯12是被非磁性体的保持构件13保持的构成，因此能使各定子铁芯12彼此磁分离。因此，在1个定子铁芯12中产生的空间高次谐波不会漏到其它定子铁芯12，因此能使转子20旋转时产生的空间高次谐波容易与感应线圈23a交链。

[0167] 其结果是，能更高效地利用空间高次谐波。

[0168] 此外，在本实施例中，用分别独立的线圈构成了感应线圈23a和励磁线圈23b，但是不限于此，也可以用1个线圈构成感应线圈23a和励磁线圈23b。在这种情况下，由兼作感应线圈和励磁线圈的1个线圈以及整流用的1个二极管来构成闭合回路。

[0169] 另外，在本实施例中，第1转子20A和第2转子20B的配置采用了第2配置，但是第1转子20A和第2转子20B的配置也可以采用第1配置。

[0170] 另外，在本实施例中，第1转子20A和第2转子20B均为将设有永磁铁30的第1突极部31和卷绕有转子线圈23的第2突极部32在周向上交替地配置的构成，但是不限于此，也可以是如图25和图26所示的构成。

[0171] 具体地说，也可以如图25和图26所示，将第1转子20A的全部突极部作为设有永磁铁30的第1突极部31，将第2转子20B的全部突极部作为卷绕有转子线圈23的第2突极部32。

[0172] 在图25和图26所示的变形例中，在周向上相邻的第2突极部32彼此之间使卷绕转子线圈23的方向为相反方向，在周向上相邻的第1突极部31彼此之间使永磁铁30的磁化方向为相反方向。

[0173] 在图25和图26所示的变形例中，卷绕有转子线圈23的第2转子20B侧的转矩大于未卷绕有转子线圈23的第1转子20A侧。因此，能应用于例如根据旋转速度而在二个转子中负荷不同的情况等。

[0174] 旋转电机1除了车载用以外，也能用作例如风力发电用的发电机、工作机械用的电动机。

[0175] 另外，在本实施例中，将旋转电机1应用于轴向间隙型的旋转电机，但是也可以应用于径向间隙型的旋转电机。另外，在本实施例中，用三相电动机构成了旋转电机1，但是也可以利用四相电动机、五相电动机或者两相电动机构成。

[0176] 另外，本实施例的定子10也可以由将电枢线圈相对于定子铁芯通过集中卷绕而进行环形卷绕的定子构成。在这种情况下，在定子10和转子20中，能构成为除了具备在轴向上面对定子10的一对转矩发生面以外，还具备在径向外侧面对定子10的转矩发生面。由此，能使转矩发生面为3面，能使转矩进一步提高。

[0177] 虽然公开了本发明的实施例，但是显然本领域技术人员能在不脱离本发明的范围的情况下加以变更。希望将所有这种修正和等价物包含于权利要求中。

标题	发布/更新时间	阅读量
旋转电机-专利编号CN110957820A	2020-05-12	306
旋转电机-专利编号CN111095745A	2020-05-11	840
旋转电机-专利编号CN110945755A	2020-05-13	938
旋转电机-专利编号CN110892611A	2020-05-13	873
旋转电机-专利编号CN110870168A	2020-05-13	869
旋转电机-专利编号CN111082569A	2020-05-11	745
旋转电机-专利编号CN110945763A	2020-05-12	527
一种多电机驱动的高速无心旋转台-专利编号CN107780686A	2020-05-11	683
旋转电机-专利编号CN110957842A	2020-05-12	305
旋转电机-专利编号CN108075607B	2020-05-11	584

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