轴向间隙型的旋转电机的利记博彩app
【专利摘要】轴向间隙型的旋转电机(100)具备：2个转子(120、130)，其以轴为中心进行旋转驱动；以及定子，其两面与转子相对，并且具有：电枢线圈，其配置在定子中，配置在轴的周围；感应线圈(21)和励磁线圈(22)，其分别配置在2个转子中，配置在轴的周围；以及二极管，其收纳在二极管盒(32)内，对由感应线圈产生的感应电流进行整流而将其提供给励磁线圈，二极管设于转子的位于旋转轴的轴心方向的接线基盘(35)的收纳孔(36)内且能装拆，并与感应线圈和励磁线圈连接。
【专利说明】
轴向间隙型的旋转电机
技术领域
[0001]本发明涉及利用绕组励磁的轴向间隙型的旋转电机。
【背景技术】
[0002]在旋转电机中，使转子和定子隔着间隙相对，例如，使由配置在定子侧的电枢线圈产生的磁通与转子侧交链来形成磁回路从而得到旋转力(磁阻转矩)，为了辅助该旋转力，也会配置永磁铁、励磁绕组(电磁铁)而利用磁转矩。
[0003]针对这种旋转电机，还提出了设为使定子和转子在轴心方向上相对的轴向型(专利文献I )，另外，还提出了将带状的线材作为绕组卷绕于定子或转子的铁芯材料而成为绕组线圈(专利文献2)。
[0004]然而，当高次空间谐波磁通发生交链时，永磁铁会由于在内部产生的涡电流导致发热而矫顽力降低，由此，磁力不可逆地变小。由此，例如，如专利文献I所述的，存在如下问题:如果是在高次空间谐波磁通发生交链的转子侧埋入永磁铁类型的旋转电机，则该永磁铁的磁力降低而无法实现良好的驱动。
[0005]为了解决该问题，考虑使用矫顽力高的添加了大量镝(Dy)、铽(Tb)等重稀土类的昂贵的磁铁，但成本会变尚。
[0006]然而，在将电路部件与形成于铁芯构件的线圈连接、将该电路部件配置于转子侧的情况下，如果电路部件集中设置于特定的场所，则当旋转电机工作时，会失去旋转的平衡，引起不稳定的旋转。另外，由于电路部件的设置场所的不同而妨碍旋转电机的小型化。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:特开2010 — 246171号公报
[0010]专利文献2:特开2012 — 50312号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]因此，本发明的目的在于提供以下绕组励磁结构的轴向间隙型的旋转电机:其能利用由电枢线圈产生的高次空间谐波磁通来得到磁转矩，以确保旋转的稳定化和旋转电机的小型化的状态设置有构成构件。
[0013]用于解决问题的方案
[0014]解决上述问题的旋转电机的发明的一个方式是一种轴向间隙型的旋转电机，具备:2个转子，其以旋转轴为中心进行旋转；以及定子，其两面在上述旋转轴的轴心方向上与上述转子相对，所述轴向间隙型的旋转电机的特征在于，具有:多个电枢线圈，其配置在上述定子中的上述旋转轴的周围；多个感应线圈和多个励磁线圈，其分别配置在上述2个转子中，配置在上述旋转轴的周围；以及整流元件，其对上述感应线圈产生的感应电流进行整流，并将整流后的电流提供给上述励磁线圈，上述整流元件设于上述转子的位于上述旋转轴的轴心方向上的接线基盘的收纳孔内且能装拆，并与上述感应线圈和上述励磁线圈连接。
[0015]发明效果
[0016]根据本发明的一个方式，可提供以下绕组励磁结构的轴向间隙型的旋转电机:其能利用由电枢线圈产生的高次空间谐波磁通而得到磁转矩，以确保旋转的稳定化和旋转电机的小型化的状态设置有构成构件。
【附图说明】
[0017]图1是表示本发明的一个实施方式的轴向间隙型的旋转电机的图，是表示其概略整体构成的以轴心为中心截断后的纵截面立体图。
[0018]图2是表不主要部分构成的定子和转子的立体图。
[0019]图3是表示定子的结构的立体图。
[0020]图4是表不定子铁芯和电枢线圈的立体图。
[0021 ]图5是表示定子的结构的分解立体图。
[0022]图6是说明定子铁芯的电枢线圈的接线连接的分解立体图。
[0023]图7是说明定子铁芯的电枢线圈的接线连接状态的局部放大分解立体图。
[0024]图8是表示定子的组装状态的立体图。
[0025]图9是表示定子内的树脂模的分解立体图。
[0026]图10是表示转子铁芯、感应线圈以及励磁线圈的局部分解立体图。
[0027]图11是通过二极管将感应线圈和励磁线圈连接的闭合电路的电路构成图。
[0028]图12是表示图11所示的闭合电路实际搭载于电机的方式的立体图。
[0029]图13是表示将感应线圈和励磁线圈连接到二极管的接线用底座的结构的立体图。
[0030]图14是表示转子的结构的分解立体图。
[0031 ]图15是表示转子内的树脂模的分解立体图。
[0032]图16是表示轴的结构的主视图。
[0033]图17是说明向轴安装转子铁芯和磁轭的立体图。
[0034]图18是说明已将定子和转子安装于轴的状态的局部放大截断立体图。
[0035]图19是说明向铁芯材料卷绕电枢线圈、感应线圈以及励磁线圈的模型图。
[0036]图20是说明由电枢线圈、感应线圈以及励磁线圈产生并交链的磁通的磁力线图。
[0037]图21是表示旋转坐标系中的3次空间谐波磁通的磁通密度和磁通矢量的磁通特性图。
[0038]图22是说明无辅助极的径向间隙型的情况下的由电枢线圈、感应线圈以及励磁线圈产生而交链的磁通的磁力线图。
[0039]图23是说明有辅助极的径向间隙型的情况下的由电枢线圈、感应线圈以及励磁线圈产生而交链的磁通的磁力线图。
[0040]图24是表示将电枢线圈设为集中卷绕或者分布卷绕，在隔着间隙交链的情况下根据旋转角的不同而变化的磁通密度的坐标图。
[0041 ]图25是表示图24所示的磁通中叠加的高次空间谐波磁通的每一次数的磁通密度的坐标图。
[0042]图26是表示为了对IPMSM、无辅助极的径向间隙型以及有辅助极的径向间隙型进行比较而分别得到的转矩波形的坐标图。
[0043]图27是表示由定子支撑且旋转自如的旋转体的轴和转子的外观的立体图。
[0044]附图标记说明
[0045]11电枢线圈
[0046]12a、12u、12v、12w 母线
[0047]15定子铁芯
[0048]15a端部
[0049]15k切口(凹部)
[°05°] 16保持框(保持板、框构件)
[0051 ] 16a保持孔
[0052]16t突起(凸部)
[0053]17定子槽
[0054]21感应线圈
[0055]21p、21q连接端部
[0056]22励磁线圈
[0057]22连接端部
[0058]22p、22q连接端部
[0059]25转子铁芯
[0060]25a端部[0061 ] 26磁轭
[0062]27转子槽
[0063]29A、29B二极管(整流元件)
[0064]29c连接销
[0065]30闭合电路
[0066]32二极管盒
[0067]33接线材料
[0068]33a径向线材(第I导体)
[0069]33b周向线材(第2导体)
[0070]35接线基盘[0071 ] 36收纳孔
[0072]37接线材料用槽
[0073]39紧固螺栓
[0074]41保持盘
[0075]41a保持孔
[0076]42钩
[0077]45罩
[0078]46外周壁
[0079]61散热片
[0080]100旋转电机
[0081]101轴
[0082]102、103台阶部
[0083]102a、102b端面(转子定位部、第1、第2转子台阶部)
[0084]103a端面(定子定位部、定子台阶部)
[0085]108、159轴承
[0086]HO定子
[0087]120转子
[0088]150电机壳体
[0089]155法兰部(定子固定部)
[0090]Dl间隙
[0091]D2间隙
[0092]G间隙
[0093]MoR、MoS树脂模
【具体实施方式】
[0094]以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。图1?图27是说明本发明的一个实施方式的轴向间隙型的旋转电机的图。
[0095]在图1和图2中，旋转电机100具备外形大致形成为圆盘形状的定子110和2个转子120、130，如后所述，具有无需从外部对转子120、130使用滑环等以接触方式输入能量的结构，具有适合搭载于例如混合动力汽车或电动汽车的性能。
[0096]该旋转电机100以与定子110的两面隔着间隙G相对而夹住定子110的形态在贯通轴心的轴(旋转轴)101上分别安装有2个转子120、130，定子110支撑轴101使其旋转自如，转子120、130固定于该轴101。即，旋转电机100构建为在轴101的轴心方向上用2个转子120、130夹着定子110而相对的轴向间隙双转子型电机。
[0097]如图3所示，定子110具备短粗形状的、截面为大致梯形的多个定子铁芯15(铁芯材料)，该定子铁芯15分别卷绕有连接着3相交流电源(例如未图示的车载电池等外部电源)的电枢线圈11，配置成位于轴101轴心的周围。
[0098]定子铁芯15由高透磁率的磁性材料制作，沿着与轴1I平行的方向延伸，3相的各相电枢线圈11 (11U、11V、I Iw)分别按6极彼此无间隙地并列的状态集中卷绕。
[0099]S卩，电枢线圈11利用定子铁芯15间的18个部位的定子槽17形成为具有与轴101的延伸方向平行的中心线的绕组线圈，由此，18极(磁极数为18)均等地配置在轴101的周围。简而言之，电枢线圈11以与旋转轴的轴心方向平行的方向为中心卷绕绕组，分别被均等地配置在该旋转轴的周围。
[0100]如图2所示，该定子铁芯15的两端侧被2个圆盘形状的保持框(保持板、框构件)16保持，上述2个圆盘形状的保持框16介于转子120、130之间而被夹住，保持框16以使定子铁芯15的端部15a (参照图3、图4)插入开口的保持孔16a内而使端面15b露出的状态(所谓的偏置状态)进行保持。此外，保持框16由非磁性体材料、例如后述的PPS树脂制作从而不会妨碍磁回路的形成，利用安装于中心部的轴承108来支撑轴101，轴101贯通该轴承108并且旋转自如。
[0101]具体地，如图4所示，通过将带状的平角线IlL按照所谓的α卷绕方式卷绕于定子铁芯15从而形成电枢线圈11。
[0102]在此，平角线IlL的α卷绕例如是在使平角线IlL的长度方向的中心附近贴紧定子铁芯15的截面为梯形的宽度窄的前端部(轴心侧附近的部位)15c的状态下并且使上述中心附近跨着上述前端部15c而开始卷绕的卷绕方法，是使平角线IlL的相对于长度方向的中心附近的一方侧以沿着定子铁芯15的一方端部15a侧的端面15b(例如图4的上表面侧)的平面方向的方式绕同一部位卷绕，并且使平角线IlL的相对于长度方向的中心附近的另一方侧以沿着定子铁芯15的另一方端部15a侧的端面15b(例如图4的下表面侧)的平面方向的方式绕同一部位卷绕的卷绕方法。即，平角线IlL以在旋转轴的轴心方向上成为2段的方式卷绕于电枢线圈11，平角线IlL的2段的端部被引出到相同侧(定子110的外周侧)。
[0103]由此，定子110通过将平角线IlL作为绕组按照α卷绕方式卷绕于定子铁芯15而形成电枢线圈11，从而能缩小与和后述的转子铁芯25发生交链的磁通正交的绕组的截面面积，能降低在该绕组内发生的涡流损耗。
[0104]另外，在定子110中，由于定子铁芯15的端面15b和电枢线圈11的周向端面(轴心方向的端面)处于偏置状态，因此能减少从定子铁芯15的端面15b附近直接与电枢线圈11发生交链的高次谐波磁通。因此，能减轻在绕组线圈中发生的涡流损耗(高次谐波铜损)而限制散热分布的发生，能抑制由绕组的温度分布的发生造成的电阻值的均匀性降低而导致发生铜损等恶性循环。
[0105]而且，在定子110中，能在周向面内引出按α卷绕方式卷绕于定子铁芯15的平角线IIL的相对于长度方向的中心附近的一方侧的端部I ILa和另一方侧的端部I lLb。因此，能尽可能增大电枢线圈11的平角线IlL的卷绕量。另外，与将平角线IlL的端部llLa、llLb从定子铁芯15的端面15b侧引出并设置保持框16的情况相比，本实施方式的旋转电机100能避免设置保持框16所带来的妨碍，进而也能抑制在该保持框16发生振动等情况下保持框16与平角线11L、定子铁芯15等构件相互接触而损伤。此外，在本实施方式中，将平角线IlL的端部ULa、llLb从与前端部15c相反的一侧、即从定子110的外周侧引出，但也可以从该前端部15c侧引出。
[0106]另外，在定子铁芯15的两端部15a的梯形的大宽度的外周侧形成有切口15k(凹部)，与该切口 15k对应地在保持框16的保持孔16a的大宽度侧的外周缘形成有突起16t (凸部、参照图5)。并且，使保持孔16a的突起16t嵌入定子铁芯15的切口 15k而在轴心方向上进行定位、保持。在此，按照在将定子铁芯15的两端部15a嵌入保持孔16a内的状态下在内部形成收纳空间的短的有底的圆筒形状来制作保持框16，通过使定子铁芯15贴紧外周侧的厚壁部16d并利用螺钉孔16h进行螺钉紧固来进行定子铁芯15的定位、保持。
[0107]由此，也能将定子110由于保持框16的振动等而有力地碰到平角线IlL的情况防患于未然，能抑制定子110发生损伤。
[0108]另外，如图5所示，定子110的定子铁芯15的电枢线圈11按照3相的U相、V相、W相分别并联连接，从每一相的输入线19施加通过逆变器将车载电池的直流电流进行了转换的3相的交流电流。例如，如图6所示，通过铆接夹13操作性良好而容易地紧固母线12u、12V、12w，从而使该3相的电枢线圈llu、llv、Ilw各自的一方侧的平角线IlL的端部IlLa分别并联地导通连接，上述母线12u、12v、12w按3相的U相、V相、W相分别准备，整体为环形的圆弧形状。另外，通过铆接夹13同样地紧固成为3相的中性点的母线12a，从而使其另一方侧的平角线IlL的端部的IlLb分别并联地导通连接。此外，在本实施方式中，将母线12u、12v、12w、12a配置在定子110的外周侧，但不限于此，也可以设置在内周侧。
[0109]在此，如图6和图7所示，电枢线圈11的连接端部IlLa、I ILb被引出到卷绕于定子铁芯15的平角线IlL的周向面的外侧，并位于定子110的外周侧。因此，板状的母线12(12u、12v、12w、12a)设置为板状中的平面与和轴心交叉的方向平行且在外周侧以成为上下2段的方式分别连接，能将定子110构建为在轴心方向和平面方向上不会变厚。
[0110]并且，定子110在成为将定子铁芯15收纳于保持框16内的状态后，向该保持框16内注塑填充(注入)例如散热特性优异的PPS(Polyphenylenesulfide:聚苯硫醚)树脂并将其固定，其中，电枢线圈11(平角线11L)卷绕于定子铁芯15且通过母线12u、12v、12w、12a导通连接。具体地，如图8所示，对于定子110，在将定子铁芯15等收纳于保持框16的内部且用螺钉紧固厚壁部16d后，从在该厚壁部16d形成开口而引出电枢线圈11的3相的量的输入线19的引出口 16e向内部注塑填充PPS树脂(树脂材料)并将其固化。
[0111]由此，如图9所示，在定子110中，能对保持框16内的收纳空间中的定子槽17等构件间的间隙注入PPS树脂，能不准备注塑填充用金属模具而形成使PPS树脂侵入该定子铁芯15、电枢线圈11、母线12、铆接夹13之间的间隙并将其固定的树脂模MoS。因此，各构件被树脂模MoS保持，由此能限制由于离心力或振动而移动，能通过使特性实现稳定化而抑制电磁振动等。另外，能确保相对于离心力或振动、碰撞的坚固性。另外，通过形成树脂模MoS还能限制水分等的浸入而提尚耐久性。
[0112]由此，定子铁芯15以其端部15a的端面15b隔着间隙G与转子120、130的后述的转子铁芯(铁芯材料)25的端部25a的端面25b相对的方式配置于定子110。通过对电枢线圈11施加交流电而在定子110中产生磁通，能使该磁通从定子铁芯15的端面15b与转子120、130的转子铁芯25的端面25b发生交链。
[0113]因此，在旋转电机100中，能使在位于定子铁芯15的两侧的转子铁芯25中发生交链的磁通在后述的磁轭26中迂回从而形成闭合的磁回路，能利用使形成该磁回路的磁通的磁路最短的磁阻转矩(主旋转力)使夹着定子110的2个转子120、130分别旋转驱动。
[0114]因此，旋转电机100需要使固定于共用的轴101的转子120、130以相同的旋转力一体旋转，该转子120、130构建为在定子110的两面侧对称的结构。
[0115]其结果是，轴101的轴心与在定子110的两面侧旋转驱动的转子120、130—致且轴101与转子120、130—体旋转，旋转电机100能从轴101将通电输入的电能量转换成机械能量而输出。
[0116]此时，在旋转电机100中，从定子铁芯15与转子铁芯25发生交链的磁通中叠加有高次空间谐波成分。因此，在转子120、130侧也能利用从定子110侧交链的磁通的高次空间谐波成分的磁通密度的变化，使内置的线圈产生感应电流来得到电磁力。
[0117]详细地说，定子110的电枢线圈11所生成的磁通的高次空间谐波成分与按施加的交流电的基本频率发生变动的主磁通叠加，该高次空间谐波成分与转子120、130 (转子铁芯25)发生交链。
[0118]因此，在转子120、130中，按与主磁通的基本频率不同的周期随时间变化的高次空间谐波磁通与转子铁芯25发生交链，通过在转子铁芯25中设置线圈，不用另外连接车载电池等外部电源等来输入电力就能高效地产生感应电流。其结果是，能将会引发铁损的高次空间谐波磁通回收为用于自励磁的能量。
[0119]如图10所示，在旋转电机100中，转子铁芯25均等地配置在用于固定于轴101的圆筒部23的周围，将在该转子铁芯25的相邻的侧面间形成的空间用作转子槽27，配置有感应线圈21和励磁线圈22。该感应线圈21和励磁线圈22在转子铁芯25的长度方向(轴心方向)上成为2段的绕组，分别按照α卷绕方式卷绕与电枢线圈11的平角线IlL相比宽度更窄的平角线21L、22L。即，感应线圈21和励磁线圈22在旋转轴的轴心方向上以成为2段的方式分别卷绕有平角线211^、221^，平角线211^、221^各自的2段的端部被引出到同侧(转子120、130的外周侧)。
[0120]由此，在转子120、130中，能缩小与从定子铁芯15发生交链的磁通正交的绕组的截面面积，能降低在该绕组内发生的涡流损耗。另外，进行α卷绕的平角线21L、22L的大宽度面与转子铁芯25接触，因此能高效地传递由通电带来的散热而使转子铁芯25连读工作。另外，转子铁芯25的端面25b和感应线圈21的周向端面处于偏置状态，因此能抑制由感应线圈21产生的感应电流变得不稳定而励磁电流的脉动变大导致的转矩脉动等特性劣化的发生。
[0121]而且，在转子120、130中，通过按照α卷绕方式卷绕平角线21L、22L而能增大平角线21L、22L卷绕感应线圈21、励磁线圈22的量。另外，当从感应线圈21、励磁线圈22的绕组引出后述的第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q时，能避免妨碍转子铁芯25周围的构件的层叠、后述的保持盘41的安装。由此，能有效地抑制保持盘41与平角线21L、22L、转子铁芯25等构件相互接触而受到负荷从而损伤。
[0122]具体地，转子120、130在磁轭26的一面侧具备短粗形状的、截面为大致梯形的多个转子铁芯25，在该转子铁芯25上卷绕感应线圈21和励磁线圈22，将其配置成位于轴101轴心的周围。
[0123]转子铁芯25由高透磁率的磁性材料制作，在与轴101平行的方向上延伸，共用的铁芯材料为上下2段，感应线圈21和励磁线圈22分别无间隙地集中卷绕而并列。
[0124]S卩，感应线圈21和励磁线圈22利用转子铁芯25间的12个部位的转子槽27来形成中心线与轴101平行的绕组线圈，由此将12极(槽数为12)均等地配置在轴101周围。简而言之，感应线圈21和励磁线圈22是以与旋转轴的轴心方向平行的方向为中心而卷绕成的绕组构成的，分别被均等地配置在该旋转轴的周围。
[0125]因此，在旋转电机100中，转子120、130侧的感应线圈21和励磁线圈22的槽数S(12)与定子110侧的电枢线圈11的磁极数P (18)的构成比S/P为2/3。
[0126]另外，转子铁芯25的端面25b与定子铁芯15的端面15b隔着间隙G相对，转子铁芯25以远离端部25a的一侧与圆盘形状的磁轭26的一面侧形成一体。此外，使轴101贯通磁轭26的中心部而将磁轭26安装于固定的圆筒部23，使它们成为一体。
[0127]根据该结构，从定子铁芯15的端面15b侧与转子铁芯25的端面25b交链的磁通能在该端面25b的背面侧的磁轭26中迂回，将另一个转子铁芯25设为磁路，在与该转子铁芯25的端面25b相对的定子铁芯15的端面15b再次交链，由此能形成闭合的磁回路。
[0128]并且，感应线圈21配置于转子铁芯25的远离磁轭26的能与来自定子铁芯15的高次空间谐波磁通有效地交链的端部25a侧，励磁线圈22配置在转子铁芯25的接近磁轭26的连接部25c侧。
[0129]由此，旋转电机100能隔着小间隙G使磁通从定子铁芯15的端面15b与转子铁芯25的端面25b高密度地发生交链，能利用该交链的磁通中包含的高次空间谐波成分(磁通密度相对于基本波的变化)使感应线圈21产生感应电流而将其提供给励磁线圈22。
[0130]该励磁线圈22将从感应线圈21接受的感应电流自励磁为励磁电流，由此能产生磁通(电磁力)，能使该磁通从转子铁芯25的端面25b与定子铁芯15的端面15b发生交链。
[0131]因此，旋转电机100能得到产生主旋转力的电枢线圈11的磁通以外的磁转矩(辅助旋转力)，能辅助转子120、130的旋转驱动。
[0132]此时，旋转电机100将由感应线圈21产生的交流的感应电流变为直流的励磁电流而将其提供给励磁线圈22，由此使转子铁芯25发挥电磁铁的功能来产生电磁力，因此为了有效利用该交流的感应电流，在图11所示的闭合电路30内分别连接感应线圈21和励磁线圈22。
[0133]在上述感应线圈21和励磁线圈22中，将相邻位置的2组转子铁芯25和转子槽27设为I套，其与二极管(整流元件)29A、29B—起构成闭合电路30。
[0134]如图11所示，闭合电路30的串联连接的2个励磁线圈22的两端部分别通过二极管29A、29B与并联连接的2个感应线圈21的两端部连接。
[0135]具体地，在闭合电路30中，在方向相反的周向上集中卷绕而串联连接的2个励磁线圈22的一方侧的第I连接端部22p、和在相同的周向上集中卷绕而并联连接的2个感应线圈21的2个第I连接端部21P用I个连接点连接。另外，串联连接的2个励磁线圈22的另一方侧的第2连接端部22q与二极管29A、29B两者的阴极侧的连接销(连接端子)29c连接，另外，并联连接的2个感应线圈21的2个第2连接端部21q与二极管29A、29B各自的阳极侧的连接销29c连接。即，二极管29A、29B封装成阴极共用型，使将各自的阴极侧彼此连接的连接销29c向外部露出，使阳极侧的各个连接销29c原样向外部露出。
[0136]该二极管29A、29B以彼此有180度相位差的方式接线，形成使一方感应电流反转而将半波整流输出合成的中性点钳位型的全波整流电路。
[0137]由此，在旋转电机100中，由包括相邻的感应线圈21和励磁线圈22各2组与二极管29A、29B的I套构成闭合电路30，但闭合电路30中的感应线圈21设成在相同的卷绕方向上卷绕的集中卷绕且并列，并且励磁线圈22在转子120、130的整周方向上卷绕，卷绕方向为交替的卷绕方向。
[0138]因此，在旋转电机100中，由于施加通过自激得到的直流电(励磁电流)，转子铁芯25的由励磁线圈22产生的电磁铁的磁化方向在周向上交替，N极和S极交替地与定子110的定子铁芯15相对。
[0139]并且，在旋转电机100中，图11所示的闭合电路30有6套在转子120、130的周向上并排设置。即，如图12所示，收纳二极管29A、29B的二极管盒32在磁轭26的转子铁芯25的背面侧配置成在转子120、130的周向上并列。
[0140]在该旋转电机100中，采用在转子120、130中卷绕有感应线圈21和励磁线圈22的转子铁芯25的突极数P和在定子110中设置电枢线圈11的定子槽17的槽数S的构成比(组合)为P/S = 2/3的结构，由此，使与各个闭合电路30的感应线圈21发生交链的高次谐波磁通的波形成为共用的波形。
[0141]因此，能将由感应线圈21无相位差地产生的感应电流作为被二极管29A、29B整流后的相同程度的励磁电流而提供给励磁线圈22，能无损失地有效利用产生的电磁力，能使转子120、130高效且高品质地旋转驱动。
[0142]根据这种电路构成，在本实施方式的旋转电机100中，以6套闭合电路30实现细分化，因此与设为用2个二极管29A、29B对转子120、130的所有感应线圈21和励磁线圈22进行整流而使其发挥作为电磁铁的功能的串联电路的情况相比，能避免绕组电阻被累计而成为高电阻值。
[0143]因此，例如在为了使车辆低速行驶而使转子120、130低速旋转的情况下，与感应线圈21发生交链的磁通量的变化变小而产生的感应电流也变小。然而，在旋转电机100中，能降低该感应线圈21、励磁线圈22的绕组电阻的浪费(减小限制电阻值)，能使励磁线圈22没有无用的功耗地发生励磁。由此，能高效地产生电磁力，能有效地辅助由定子110的电枢线圈11产生的旋转力。
[0144]此时，能使由感应线圈21产生的感应电压、由励磁线圈22产生的励磁电压分散而将它们抑制为低电压，通过对绕组施加电流而发生的铜损也能降低。因此，能避免由于电压值变得过高而无法得到期望的转矩。
[0145]此处，通过将感应线圈21和励磁线圈22分别并联连接也能实现该感应线圈21、励磁线圈22的低电阻化或低电压化。然而，两端部并联连接的感应线圈21和励磁线圈22分别产生抵消磁通的发生(变化)的方向的感应电压，因此在感应线圈21、励磁线圈22的并联电路内产生循环电流而妨碍磁通(磁力)的发生。因此，作为旋转电机100的整流电路，优选对转子120、130分别配置6套闭合电路30。
[0146]具体地，在闭合电路30中，二极管盒32内的二极管29A、29B的连接销29c与感应线圈21和励磁线圈22通过多个接线材料33连接。另外，二极管盒32和接线材料33如图13所示，能利用设置在磁轭26的转子铁芯25的背面侧的由树脂(例如PPS树脂)制成的接线基盘35的收纳孔36、接线材料用槽37来定位并保持，能容易地进行接线操作。
[0147]在此，放置二极管盒32的收纳孔36在轴心方向外表面35a侧以在周向上为均等间隔的方式形成于接线基盘35，该二极管盒32被紧固螺栓39安装于收纳孔36内。在该接线基盘35中排列收纳孔36，使得从二极管盒32向外部突出的二极管29A、29B的连接销29c设置成在以轴心为中心的径向上延伸并朝向外周侧。这样，与沿着周向排列二极管29A、29B的连接销29c的情况相比，更紧凑地设置接线基盘35。
[0148]另外，在接线基盘35中，从按照α卷绕方式卷绕成感应线圈21、励磁线圈22的绕组(平角线21L、22L)引出第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q，第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q确保彼此绝缘的规定的间隔，且形成为以沿着接线基盘35的外周面35b的方式弯曲的形状，在往外表面35a侧(背面侧)的方向上延长。
[0149]而多个径向槽37a和周向槽37b作为接线材料用槽37分别形成于接线基盘35。按照能对感应线圈21和励磁线圈22的第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q和二极管盒32( 二极管29A、29B)外部的连接销29c两者进行收纳的、保持大宽度的凹陷形状地从外表面35a侧到外周面35b侧在径向上连续的形状来形成接线材料用槽37的径向槽37a。形成有3个距离轴心的间隔不同的接线材料用槽37的周向槽37b，上述周向槽37b以与接线材料33相同程度的宽度将径向槽37a之间连接。
[0150]如图11和图12所示，该接线材料33的设置于接线材料用槽37的径向槽37a内的多个径向线材(第I导体)33a和设置于接线材料用槽37的周向槽37b内的多个周向线材(第2导体)33b通过适当地熔接或焊接等形成将感应线圈21及励磁线圈22与二极管29A、29B连接的接线路径Rl?R5 ο在此，通过与接线材料用槽37 (37a、37b)的形状相应地形成该接线材料33而能容易地进行连接操作，另外，通过形成为带状，也能提高散热特性。
[0151]此外，详细地说，接线路径Rl将2个励磁线圈22的一方侧的第I连接端部22p和2个感应线圈21的2个第I连接端部21P之间导通连接。接线路径R2将串联连接的2个励磁线圈22之间的第1、第2连接端部22p、22q之间导通连接。接线路径R3、R4分别将并联连接的2个感应线圈21的2个第2连接端部21q和二极管29A、29B各自的阳极侧的连接销29c之间导通连接。接线路径R5将串联连接的2个励磁线圈22的另一方侧的第2连接端部22q和二极管29A、29B两者的阴极侧的连接销29c之间导通连接。
[0152]并且，如图14所示，在转子120、130中，在与接线基盘35相反的一侧安装有保持盘41，使得保持盘41介于转子120、130和定子110之间，换句话说，使得保持盘41与保持框16相对。保持盘41在使转子铁芯25的端部25a侧嵌入开口形成的保持孔41a内而使端面25b露出的状态下进行保持。
[0153]在保持盘41中，进入接线基盘35的外周面35b的径向槽37a内的间隙的钩42—体地形成于保持孔41a间的外周侧的多个部位。详细地说，钩42进入与感应线圈21的第I连接端部21p相邻的间隙，挂于接线基盘35的外表面35a侧。
[0154]该保持盘41通过将钩42挂于接线基盘35的外表面35a侧从而将感应线圈21、励磁线圈22保持为卷绕于转子铁芯25的状态，并维持从保持孔41a露出的端面25b与从保持框16的保持孔16a露出的定子铁芯15的端面15b接近并相对的状态。此外，该保持盘41由非磁性体材料制作从而不会妨碍磁回路的形成，也可以用例如树脂材料(例如PPS树脂)成形并制作从而能使钩42容易变形而安装于接线基盘35。
[0155]另外，转子120、130被收纳、保护于罩45内，罩45从接线基盘35的外表面35a侧到保持盘41形成为有底的短的圆筒形状，罩45通过用非磁性金属板、例如黄铜板成形从而制作为不影响工作时的磁路的形成等。
[0156]在该罩45中，嵌入径向槽37a的凸形状部46a(参照图15)形成于外周壁46的内周面侦U，上述径向槽37a设于接线基盘35的外周面35b。另外，供紧固螺栓39的螺纹部贯通的贯通孔45d形成于轴心的开口45c的周围，上述紧固螺栓39对嵌套于接线基盘35的收纳孔36内的二极管盒32进行固定。
[0157]由此，能使外周壁46的凸形状部46a嵌入接线基盘35的外周面35b的径向槽37a而在周向上对凸形状部46a进行定位并用罩45覆盖凸形状部46a。另外，能使紧固螺栓39插入开口 45c周围的贯通孔45d而在贴紧接线基盘35的收纳孔36内的二极管盒32的一面侧的状态下进行安装。由此，罩45能发挥作为对二极管29A、29B在进行整流工作时产生的热进行热交换而将其向外部释放的散热构件的功能。另外，仅通过从接线基盘35拧松而拆下紧固螺栓39就能进行二极管盒32( 二极管29A、29B)的更换操作，能提高操作性。
[0158]而且，转子120、130在相邻的保持孔41a之间的多个部位设有注入口41b。并且，在转子120、130中，在将罩45安装于接线基盘35的状态下，能从在罩45的外周壁46和保持盘41的外周缘41c之间形成的间隙Dl (参照图15)、在转子铁芯25的轴心侧的圆筒部23和保持盘41的内周缘41d之间形成的间隙D2 (参照图15)、以及注入口 41b注塑(注入)PPS树脂。
[0159]此时，如图15所示，在转子120、130中，按照不会埋至接线基盘35的外表面35a侧的程度调整PPS树脂的注塑量，对罩45和接线基盘35之间的转子槽27内等填充PPS树脂并使其固化。
[0160]由此，在转子120、130中，也能对转子槽27等构件间的间隙注入PPS树脂，也能不准备注塑填充用金属模具地使PPS树脂侵入转子铁芯25、感应线圈21、励磁线圈22之间的间隙而固定，形成树脂模MoR。因此，各构件被树脂模MoR保持，由此能限制由于离心力或振动而移动，使特性稳定，从而抑制电磁振动等。另外，能确保相对于离心力或振动、碰撞的坚固性。另外，通过形成树脂模MoR还能限制水分等的浸入而提高耐久性。
[0161]此时，接线基盘35的外表面35a侧没有被PPS树脂埋住，能进行从接线基盘35拆下罩45而更换二极管盒32( 二极管29A、29B)的操作。
[0162]并且，如图1所示，旋转电机100的定子110和转子120、130收纳于电机壳体150内。该旋转电机100的轴101的两端侧被轴承159支撑且轴101旋转自如，上述轴承159设置于电机壳体150的轴心方向两端侧的端板152、153。并且，由轴承108支撑该轴101且该轴101旋转自如的定子110的外周缘侧与电机壳体150的侧板154连结，对该电枢线圈11提供电力。
[0163]该旋转电机100对定子110的电枢线圈11提供电力并将转子120、130旋转驱动时的旋转转矩输出到负荷侧，上述负荷侧与向电机壳体150的端板153的外部露出(突出)的轴101的连结端部1la侧连结。在从电机壳体150的端板152突出的旋转端部1lb安装未图示的解析器等旋转传感器来检测该轴101(转子120、130)的旋转的旋转速度等，用于防止损伤的保护盒156设置在端板152的外部侧而保护该旋转端部101b。
[0164]如图16所示，在轴101的安装定子110、转子120、130的设置部位形成直径不同的台阶部102、103而在轴心方向上定位并安装定子110和转子120、130。使台阶部102位于轴心侧而将定子110安装于轴101。使该台阶部102的轴心方向的两侧的设置面1lr位于轴心侧而将转子120、130安装于轴101。
[0165]以使圆筒部23碰到台阶部102的两端面102a、102b(转子定位部、第1、第2的转子台阶部)的状态为基准使紧固环105、106与两端侧的未图示的螺纹部啮合而在接近方向上紧固从而在轴心方向上对该转子120、130进行定位，上述台阶部102的两端面102a、102b的直径形成为比嵌入磁轭26的轴心侧的圆筒部23的内周面23a的轴1I的设置面1I r大。另外，如图17所示，将键构件129嵌入形成于圆筒部23的内周面23a侧的键槽24和与轴101的设置面1lr在轴心方向上连续的键槽104而在旋转方向上对转子120、130进行定位。
[0166]另外，如图16所示，轴101在对转子120、130进行定位的台阶部102的一端侧形成直径更大的台阶部103从而将端面102b设为共用端面，以该台阶部103为基准定位并安装定子HO。
[0167]如图1所示，在保持框16的内周缘侧设置轴承座107来支撑轴承108且轴承108旋转自如，以将该轴承108的一端侧端部碰到台阶部103的与共用的端面102b相反的一侧的端面103a(定子定位部、定子台阶部)的状态为基准在轴心方向上定位该定子110。而且，将插入保持框16的厚壁部16d的螺钉孔16h的固定螺栓119紧固于法兰部155的螺钉紧固孔155a而在旋转方向上对定子110进行定位，上述法兰部155形成于电机壳体150的侧板154的内周面侦Ij。根据该结构，定子110的外周侧固定于电机壳体150的侧板154，由此能降低轴心方向上的挠曲振动。
[0168]这样，旋转电机100构筑为如下结构:转子120、130以夹着定子110的方式固定于轴101且转子120、130与轴101—体旋转，上述轴101由设置于电机壳体150的端板152、153侧和定子110的保持框16侧的轴承159、108支撑且旋转自如。
[0169]根据该结构，如图18所示，旋转电机100能使固定于电机壳体150侧的定子铁芯15的两端面15b与固定于轴101侧的转子铁芯25的端面25b隔着间隙G接近并相对，能支撑转子120、130且使其旋转自如。另外，在该旋转电机100中，从车载电池对定子110的电枢线圈11施加交流电流而产生旋转磁场，由此，能使高次谐波磁通与转子120、130的感应线圈21发生交链而产生感应电流，对该感应电流进行整流后将其作为励磁电流提供给励磁线圈22，由此能作为电磁铁发挥功能而得到旋转转矩。
[0170]在此，感应线圈21和励磁线圈22设置成能在进行磁场解析来确认高次谐波磁路的基础上高效地产生感应电流，从而有效地利用从定子铁芯15的端面15b与转子铁芯25的端面25b发生交链的3次时间谐波磁通。具体地，如上所述，将转子120、130的槽数S与定子110的磁极数P的构成比S/P设为2/3，由此形成为能高效地利用旋转坐标系中的3f次时间谐波磁通(f = 1、2、3...)的结构。
[0171]详细地说，例如旋转坐标系的高次时间谐波磁通只不过是仅在转子铁芯25的端面25b的表面附近振动的波形，因此在感应线圈21中无法高效地产生感应电流。而如果将旋转坐标系的3次时间谐波磁通作为回收对象，则由于与输入电枢线圈11的基本频率相比频率高而以短周期进行脉动，能有效地使感应线圈21产生感应电流。因此，能高效地回收叠加于基本频率的磁通的高次空间谐波成分的损失能量来进行旋转。
[0172]而且，与上述同样地进行磁通密度分布的磁场解析可知，根据转子齿突极数P与定子槽数S之比，在机械角360度内的周向上磁通密度分布也会分散化，因此认为作用于定子110的电磁力分布也存在偏置。
[0173]因此，在旋转电机100中，采用转子120、130的槽数S与定子110的磁极数P的构成比S/P为2/3的结构，由此能使在机械角360度的整周上密度分布均等的磁通交链，能使转子120、130与定子110相对并高质量地相对旋转。
[0174]由此，在旋转电机100中，能不损失而有效利用高次空间谐波磁通，能高效地回收损失能量，能大幅度减少电磁振动，进行静寂性高的旋转。
[0175]另外，感应线圈21、励磁线圈22采用集中卷绕结构，由此，不需要跨多个槽在周向上形成绕组，整体上能小型化。另外，在感应线圈21中，减少了旋转坐标系的I次侧的铜损损失并且高效地产生由作为低次的3次时间谐波磁通的交链带来的感应电流，能增加可回收的损失能量。
[0176]而且，与感应线圈21利用旋转坐标系的2次时间谐波磁通的情况相比，通过利用旋转坐标系的3次时间谐波磁通能有效地产生感应电流。详细地说，关于感应电流，利用3次时间谐波磁通与利用2次时间谐波磁通相比，能加大磁通的时间变化而形成大电流，能高效地回收。
[0177]这样，如在图19中作为示意图所示的，在旋转电机100中，使转子120、130各自的转子铁芯25的端面25b隔着间隙G与定子110的卷绕着电枢线圈11的定子铁芯15的两端面15b相对。并且，使感应线圈21卷绕于各自的转子铁芯25的端部25a侧，另外，使励磁线圈22卷绕于各自的转子铁芯25的磁轭26(连接部25c)侧。
[0178]由此，如图20所示，旋转电机100能使对电枢线圈11通电而产生的磁通MF形成在定子铁芯15与两侧的转子铁芯25之间发生交链并在磁轭26中迂回的磁回路，能使2个转子120,130相对于定子110旋转。另外，除此以外，叠加于该磁通MF的高次空间谐波磁通HF也从定子铁芯15与两侧的转子铁芯25发生交链，能由各自的端部25a侧的感应线圈21高效地回收而产生感应电流，能将用二极管29A、29B对该感应电流进行了整流的励磁电流提供给励磁线圈22。因此，例如在图21中，将在定子铁芯15和两侧的2个转子铁芯25之间交链的3次时间谐波磁通HF的磁通密度用磁通矢量V表示，旋转电机M能在定子铁芯15和两侧的2个转子铁芯25之间使高次空间谐波磁通HF以高磁通密度发生交链，以大的磁转矩使轴1I旋转。
[0179]相比之下，例如在径向上定子和转子隔着间隙相对的径向间隙型的旋转电机是配置直径不同的内转子和外转子并在它们之间夹着定子的结构的情况下，由于在径向上与定子相对的内转子和外转子的面积差异较大，因此旋转转矩产生大的差异。
[0180]因此，径向间隙型的旋转电机存在如下特性:在结构上与轴向间隙型相比，无法确保高次空间谐波磁通的大的交链面积，即使将电枢线圈11集中卷绕而使高次空间谐波磁通的产生量变多也不易有效地使其交链。反之，轴向间隙型的旋转电机100在结构上与径向间隙型相比，虽然泄漏磁通较多，但是属于能有效回收该泄漏的结构，因此能使高次空间谐波磁通有效地交链。
[0181]例如在使用I个转子的径向间隙型的旋转电机的情况下，如图22所示，成为使I个转子铁芯945的端面945b隔着间隙G与卷绕电枢线圈931的定子铁芯935的单侧端面935b相对的结构。在这种结构中，与轴向间隙型相比，无法高效地回收对电枢线圈931通电产生的磁通MF中叠加的高次空间谐波磁通HF，不易产生大的磁转矩，并且与轴向间隙双转子型的旋转电机100相比，磁轭946侧的铁损也会增加。
[0182]另外，如图23所示，在径向间隙型的旋转电机中，为了回收更多的高次空间谐波磁通HF，也考虑在转子铁芯945间的转子槽947内配置回收用的辅助极铁芯948来卷绕感应线圈949。然而，在这种结构中，仅能回收在定子铁芯935的单侧泄漏的高次空间谐波磁通HF，因此得到的磁转矩比旋转电机100小。另外，在这种结构中，在转子铁芯945间配置有使磁通交链的辅助极铁芯948，因此转子侧的突极比变小。
[0183]而且，旋转电机100在定子110、转子120、130中分别配置有由绕组线圈集中卷绕而成的电枢线圈11、感应线圈21和励磁线圈22，但是也可以进行分布卷绕来代替集中卷绕。然而，电枢线圈11、感应线圈21和励磁线圈22集中卷绕与分布卷绕的情况相比，在定子铁芯15的端面15b和转子铁芯25的端面25b之间交链的磁通密度成为图24所示的磁通密度波形。对该磁通密度波形进行电磁场解析可知，如图25所示，在集中卷绕的情况下比分布卷绕的情况下在静止坐标系中含有较多2次(旋转坐标系中为3次时间谐波磁通)空间谐波磁通。其结果是，在旋转电机100中，与分布卷绕的情况相比，通过采用集中卷绕能使进入转子铁芯25的端面25b的深处的大量高次空间谐波磁通在感应线圈21中发生交链，将感应电流作为励磁电流提供给励磁线圈22。
[0184]因此，如图26中用转矩波形所示，在轴向间隙双转子型的旋转电机100中，当开始向定子110的电枢线圈11提供交流电流时，能用图中实线表示的高转矩使轴1I旋转。而在图26中用单点划线表示的图22的径向间隙型无辅助极的结构、在图26中用双点划线表示的图23的径向间隙型有辅助极的结构中，无法如轴向间隙双转子型的旋转电机100那样得到大的转矩。另外，如图26中用虚线所示，为了得到高转矩，在将永磁铁埋入转子内来利用磁转矩的IPMSM(Inter1r Permanent Magnet Synchronous Motor:内永磁同步电机)的结构中，可知无法如轴向间隙双转子型的旋转电机100那样用大的转矩对轴101进行旋转驱动。
[0185]此处，如图27所示，该旋转电机100在罩45的外表面45a侧的多个部位形成有散热片61。该散热片61中将朝向旋转方向的一侧设为倾斜面61a从而避免成为旋转负荷并且使电机壳体150内的空气对流。
[0186]由此，在旋转电机100中，在内部收纳转子120、130的接线基盘35的罩45主体使包括散热片61的罩45的表面与外部气体等高效地接触而将二极管29A、29B进行整流动作时传递的热进行热交换。由此，能有效地散热，能抑制由于温度上升而使旋转效率降低。此外，该旋转电机100还具备使轴1I的轴心贯通的冷媒用流路109。
[0187]这样，在本实施方式中，围绕轴101而将卷绕方向平行的电枢线圈11、感应线圈21和励磁线圈22分别配置于按轴向间隙型双转子结构构建的定子110和转子120、130，因此能使叠加于由电枢线圈11产生的主磁通的高次空间谐波磁通与设于定子110的两侧的转子120、130的感应线圈21有效地发生交链。并且，能将在感应线圈21中产生的感应电流作为励磁电流高效地提供给励磁线圈22。
[0188]因此，不使用永磁铁(不会发生由于高次空间谐波磁通导致磁力降低)，并且不从外部提供电力，就能通过有效地利用高次空间谐波磁通而将磁转矩与磁阻转矩一起作用于各个转子120、130，以大的旋转力进行旋转驱动。
[0189]另外，在转子120、130中，在周向上以均等间隔将二极管盒32设置于接线基盘35的多个部位的收纳孔36内且二极管盒32能装拆，上述接线基盘35安装于旋转轴的轴心方向的外侧。并且，在转子120、130中，感应线圈21和励磁线圈22的第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q与从二极管盒32向外周面35b侧突出(延伸)的二极管29A、29B的连接销29c以接线的方式连接，因此能不破坏旋转平衡地使这些转子120、130稳定地进行旋转驱动。另外，在接线基盘35的外表面的周向上能缩小二极管盒32的间隔来配置二极管盒32，因此能将转子120设为紧凑(小型)的转子，能将旋转电机100设为小型的旋转电机。
[0190]而且，将接线材料33的径向线材33a和周向线材33b配置于在接线基盘35的外表面35a中准备的接线材料用槽37的径向槽37a和周向槽37b，能容易且紧凑地以接线的方式连接感应线圈21和励磁线圈22的第1、第2连接端部21p、21q、22p、22q和二极管29A、29B的连接销29c。另外，能配设成接线材料33的周向线材33b彼此不接触。
[0191]在此，作为本实施方式的其它方式，不限于用转子120、130夹着定子110的方式的单定子双转子，即使构建为用定子夹着转子的方式的双定子单转子的轴向间隙电机，也能得到同样的作用效果。
[0192]另外，作为绕组线圈，不限于在绕组中采用铜线的情况，例如也可以采用铝导体、高频电流用绞线的利兹线。
[0193]另外，旋转电机100也可以构建为对转子120、130追加配置永磁铁的混合型，也可以由混合动力励磁型得到磁转矩。
[0194]而且，整流元件不仅可以采用二极管29A、29B，也可以采用其它开关元件等半导体元件，不限于收纳于二极管盒32内的类型，也可以安装在转子120、130的内部。
[0195]该旋转电机100不限于车载用，例如也能适用于风力发电、工作机械等的驱动源。
[0196]虽然公开了本发明的实施方式，但是显然可以由本领域技术人员在不脱离本发明的范围的情况下加以变更。希望将全部该修正和等同物包含于权利要求书。
【主权项】
1.一种轴向间隙型的旋转电机， 具备:2个转子，其以旋转轴为中心进行旋转；以及定子，其两面在上述旋转轴的轴心方向上与上述转子相对， 所述轴向间隙型的旋转电机的特征在于，具有: 多个电枢线圈，其配置在上述定子中的上述旋转轴的周围； 多个感应线圈和多个励磁线圈，其分别配置在上述2个转子中，配置在上述旋转轴的周围；以及 整流元件，其对上述感应线圈产生的感应电流进行整流，并将整流后的电流提供给上述励磁线圈， 上述整流元件设于上述转子的位于上述旋转轴的轴心方向上的接线基盘的收纳孔内且能装拆，并与上述感应线圈和上述励磁线圈连接。2.根据权利要求1所述的轴向间隙型的旋转电机，其中， 上述整流元件配置在上述旋转轴的周围且配置有多个，并且配置成使连接端子延伸到上述接线基盘的外周面侧的状态。3.根据权利要求1或权利要求2所述的轴向间隙型的旋转电机，其中， 上述感应线圈和上述励磁线圈的绕组的端部延伸到上述转子的外周面侧，上述感应线圈和上述励磁线圈通过在径向上延伸的第I导体和在周向上延伸的第2导体与相邻位置的绕组的端部及上述整流元件的连接端子连接。
【文档编号】H02K16/02GK105990968SQ201610158214
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】中岛清, 中岛一清, 邓家宁, 青山真大
【申请人】铃木株式会社