專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
背景技術(shù)：
以往，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，考慮使定子的繞組為分布繞組型 或集中繞組型。其中的集中繞組型相對(duì)于分布繞組型，具有繞組簡(jiǎn)單、能夠減少線圈端部、 能夠提高量產(chǎn)性的優(yōu)點(diǎn)。但是，在為集中繞組型的情況下，在磁動(dòng)勢(shì)波形中可能會(huì)產(chǎn)生具有 與基波相近的頻率的磁動(dòng)勢(shì)諧波，從而可能會(huì)產(chǎn)生發(fā)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)(ripple，波動(dòng))、功率因 數(shù)惡化這樣的缺陷。例如，圖9是表示將以往所考慮的普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組即定子繞組設(shè)為 了集中繞組時(shí)的、從定子出發(fā)與轉(zhuǎn)子交鏈的交鏈磁通與時(shí)間的關(guān)系的圖。另外，圖10是表 示與圖9的交鏈磁通相對(duì)應(yīng)地在作為次級(jí)側(cè)導(dǎo)體的轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電流 與時(shí)間的關(guān)系的圖。從圖9、圖10可以可知，在使用集中繞組型的定子的情況下，特有的空 間諧波磁通與轉(zhuǎn)子繞組交鏈。即，使定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁動(dòng)勢(shì)的分布由于各相定子繞組 的配置、定子的形狀而不為僅基波的正弦波分布，而變?yōu)榘ㄖC波成分。特別是在以集中繞 法在定子側(cè)的齒上卷裝定子繞組的情況下，在定子的磁動(dòng)勢(shì)分布中產(chǎn)生的諧波成分的振幅 水平增大。這樣的由定子繞組的配置和/或定子的形狀引起的、包括諧波成分的磁通被稱為 空間諧波磁通。在空間諧波磁通所交鏈了的轉(zhuǎn)子繞組中會(huì)產(chǎn)生諧波電流，該諧波電流是如 圖10所示的包括諧波成分的感應(yīng)電流。諧波電流會(huì)使次級(jí)銅損等次級(jí)導(dǎo)體損耗增加，成為 使電動(dòng)機(jī)的性能惡化的原因。針對(duì)這一點(diǎn)，在專利文獻(xiàn)1中記載了以下的旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括線圈以集中卷繞方式 卷繞在設(shè)置于定子芯的多個(gè)齒上且線圈與三相電源連接的定子、以及與定子對(duì)向配置的轉(zhuǎn) 子，定子的極數(shù)與槽數(shù)的比為1 3。并且，使得不存在次數(shù)與基波相近的磁動(dòng)勢(shì)諧波。作 為與本發(fā)明相關(guān)的在先技術(shù)文獻(xiàn)，除了專利文獻(xiàn)1之外，還有專利文獻(xiàn)2、3。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2006-271187號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2005-237086號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2004-56860號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在專利文獻(xiàn)1所記載的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的情況下，為了將卷繞在定子的齒上的繞 組從每一極對(duì)3條增加至6條，使各極的寬度為一半的寬度來(lái)增大繞組數(shù)。因此，雖然可能 能夠減少磁動(dòng)勢(shì)諧波，但是基波磁通也會(huì)減少。因此，從減少磁動(dòng)勢(shì)諧波而不減少基波磁通 以謀求提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能這一方面來(lái)說(shuō)，存在著改進(jìn)的余地。另外，在專利文獻(xiàn)2中記載了以下的軸向電動(dòng)機(jī)(axial motor)以謀求提高效率 和輸出為目的，將轉(zhuǎn)子和定子在軸向上對(duì)向地配置，通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)子從兩側(cè)夾著定子。在構(gòu)成各轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電性金屬制的轉(zhuǎn)子主體的與定子相對(duì)的相對(duì)面具有用于埋入轉(zhuǎn)子磁心的埋入 部。將埋入部用作成型用的模具而將使用壓粉磁心材料形成的轉(zhuǎn)子磁心埋入到埋入部中。 在這樣的專利文獻(xiàn)2所記載的軸向電動(dòng)機(jī)的情況下，未考慮在使定子繞組為集中繞組的情 況下減少磁動(dòng)勢(shì)諧波而不減少由定子產(chǎn)生的基波磁通以謀求提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能。另外，在專利文獻(xiàn)3的圖14中記載了具有兩個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。在 該感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，在兩個(gè)定子之間配置轉(zhuǎn)子，使兩個(gè)定子與轉(zhuǎn)子在軸向上相對(duì)向。轉(zhuǎn)子在設(shè) 置于導(dǎo)電性材料的圓板部的多個(gè)孔嵌合著齒部。在該情況下，在兩個(gè)定子中，相對(duì)的繞組產(chǎn) 生相同方向的磁通，該相對(duì)的繞組分別相對(duì)于轉(zhuǎn)子而成為異極。但是，在這樣的感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 中，未考慮形成為以下的集中繞組，該集中繞組為在設(shè)置于定子的周向上的多處的齒中的 周向上相鄰的齒上卷繞不同相的繞組而成的。因此，在使定子繞組為集中繞組的情況下，從 減少磁動(dòng)勢(shì)諧波而不減少定子產(chǎn)生的基波磁通以謀求提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能這一方面來(lái)說(shuō)， 存在著改進(jìn)的余地。需說(shuō)明的是，不僅在旋轉(zhuǎn)電機(jī)為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況下會(huì)產(chǎn)生這樣的不 良情況，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)為同步電動(dòng)機(jī)的情況下也同樣會(huì)產(chǎn)生這樣的不良情況。即，在同步電動(dòng) 機(jī)中，在從定子出發(fā)與轉(zhuǎn)子交鏈的磁通中包括諧波磁通的情況下，由于諧波磁通，磁通的泄 露和/或鐵損增加，成為使電動(dòng)機(jī)的性能惡化的原因。本發(fā)明的目的在于在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，在使定子繞組為集中繞組的情況下，減少磁動(dòng) 勢(shì)諧波而不減少定子產(chǎn)生的基波磁通，謀求提高性能。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的特征在于，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子；和在一個(gè)轉(zhuǎn)子的軸向兩側(cè)或徑 向兩側(cè)隔著轉(zhuǎn)子相對(duì)的兩個(gè)定子，各定子具有在周向上設(shè)置在多處的齒和、卷繞于各齒的 作為初級(jí)導(dǎo)體的定子繞組，各定子繞組是在多個(gè)齒中的周向上相鄰的齒卷繞不同相的繞組 的集中繞組，在軸向或徑向上，兩個(gè)定子彼此相同相的定子繞組所產(chǎn)生的磁通的方向?yàn)橄?互反向，兩個(gè)定子彼此相同相的定子繞組以在周向上相互錯(cuò)開(kāi)180度的電角的方式配置。另外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，優(yōu)選在轉(zhuǎn)子的至少一部分上設(shè)置有次級(jí)導(dǎo)體，旋轉(zhuǎn) 電機(jī)能夠作為感應(yīng)電機(jī)來(lái)使用。另外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，優(yōu)選轉(zhuǎn)子具有作為次級(jí)導(dǎo)體的導(dǎo)電材料制的導(dǎo)電 體和、在導(dǎo)電體的周向上設(shè)置在多處的磁性材料制的磁心。另外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，優(yōu)選導(dǎo)電體的軸向的全長(zhǎng)與磁心的軸向的全長(zhǎng)相 同或者比磁心的軸向的全長(zhǎng)長(zhǎng)。另外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，優(yōu)選磁性材料制的磁心遍及導(dǎo)電體的軸向全長(zhǎng)而 設(shè)置在孔部?jī)?nèi)，所述孔部以在軸向上貫通的方式在導(dǎo)電體的周向上設(shè)置在多處。另外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，優(yōu)選轉(zhuǎn)子具有在周向上設(shè)置在多處的永磁體，旋轉(zhuǎn) 電機(jī)能夠作為同步電機(jī)來(lái)使用。根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，通過(guò)分別具有集中繞組的定子繞組的兩個(gè)定子夾著轉(zhuǎn) 子，能夠使由兩個(gè)定子產(chǎn)生的空間諧波磁通在轉(zhuǎn)子中相互抵消。因此，在轉(zhuǎn)子中所產(chǎn)生的感 應(yīng)電流中，能夠抑制諧波電流的產(chǎn)生，進(jìn)一步各定子繞組的在各定子的周向上的寬度不減 小，因此定子產(chǎn)生的基波磁通不會(huì)減少。因此，在使定子繞組為集中繞組的情況下，通過(guò)在 不減少定子產(chǎn)生的基波磁通的情況下減少磁動(dòng)勢(shì)諧波，能夠大幅地減少轉(zhuǎn)子側(cè)的次級(jí)銅損 等次級(jí)導(dǎo)體損耗，能夠減少由于空間諧波磁通導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子側(cè)的磁通的泄露和/或鐵損等損 耗，由此能夠大幅地提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能。另外，由于通過(guò)兩個(gè)定子從軸向或徑向的兩側(cè)夾著轉(zhuǎn)子，因此能夠容易地調(diào)整從定子流向轉(zhuǎn)子的磁通量。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的簡(jiǎn)略截面圖。圖2是圖1的簡(jiǎn)略的A-A截面圖。圖3是用于說(shuō)明在圖1的一側(cè)定子和另一側(cè)定子中相同相的定子繞組的電角相互 錯(cuò)開(kāi)的情形的圖，是將定子的周向的一部分的周向在左右方向上延伸來(lái)表示的圖。圖4是表示在圖1的一側(cè)定子和另一側(cè)定子中產(chǎn)生的磁通的分布的圖。圖5是在定子繞組為分布繞組的比較例1、定子繞組為集中繞組的比較例2、具有 第一實(shí)施方式的構(gòu)造的本發(fā)明產(chǎn)品中比較了旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)差恒定時(shí)的輸出和損耗的圖。圖6是用于說(shuō)明轉(zhuǎn)差恒定時(shí)的情況的、表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)差與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的一個(gè) 例子的圖。圖7是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的簡(jiǎn)略截面圖。圖8是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的簡(jiǎn)略截面圖。圖9是表示在將定子繞組設(shè)為了集中繞組的情況下的、從定子出發(fā)與轉(zhuǎn)子交鏈的 交鏈磁通與時(shí)間的關(guān)系的圖，所述定子繞組是以往所考慮的普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組。圖10是表示與圖9的交鏈磁通相對(duì)應(yīng)地在作為次級(jí)側(cè)導(dǎo)體的轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)子繞組 中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與時(shí)間的關(guān)系的圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明IOUOaUOb旋轉(zhuǎn)電機(jī)；12殼體；14 一側(cè)定子；16另一側(cè)定子；18、18a、18b轉(zhuǎn)子； 20定子芯；22定子繞組；24齒；26旋轉(zhuǎn)軸；28轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體；30轉(zhuǎn)子芯；32埋入用孔部；34筒 部；36孔部；38按壓部件；40軸承；42轉(zhuǎn)子芯；44永磁體；46外側(cè)定子；48內(nèi)側(cè)定子；50,52 定子芯；54定子繞組；56、58齒；60轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體；61筒部；62轉(zhuǎn)子芯；64底板部；66孔部。
具體實(shí)施例方式[發(fā)明的第一實(shí)施方式]以下，使用附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1至圖6表示了本發(fā)明的第一實(shí)施 方式。圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的簡(jiǎn)略截面圖。圖2是圖1的簡(jiǎn)略的 A-A截面圖。圖3是用于說(shuō)明在圖1的一側(cè)定子和另一側(cè)定子中相同相的定子繞組的電角 相互錯(cuò)開(kāi)的情形的圖，是將定子的周向的一部分的周向在左右方向上延伸來(lái)表示的圖。圖 4是表示在圖1的一側(cè)定子和另一側(cè)定子中產(chǎn)生的磁通的分布的圖。圖5是在定子繞組為 分布繞組的比較例1、定子繞組為集中繞組的比較例2、具有第一實(shí)施方式的構(gòu)造的本發(fā)明 產(chǎn)品中比較了旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)差恒定時(shí)的輸出和損耗的圖。圖6是用于說(shuō)明轉(zhuǎn)差恒定時(shí)的情 況的、表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)差與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的一個(gè)例子的圖。如圖1所示，本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10能夠作為感應(yīng)電機(jī)即感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來(lái)使用， 包括固定于殼體12的兩個(gè)定子即一側(cè)定子14和另一側(cè)定子16 ；以及在兩個(gè)轉(zhuǎn)子14、16 之間空開(kāi)預(yù)定的空隙與各定子14、16在軸向上相對(duì)配置并能夠相對(duì)于各定子14、16進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)的一個(gè)轉(zhuǎn)子18。即，旋轉(zhuǎn)電機(jī)10包括一個(gè)轉(zhuǎn)子18、以及在一個(gè)轉(zhuǎn)子18的軸向兩側(cè)隔著轉(zhuǎn)子18相對(duì)的兩個(gè)定子14、16。圖1表示了定子14、16與轉(zhuǎn)子18配置成在軸向上相對(duì)的 軸向型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的例子。各定子14、16包括通過(guò)層疊多個(gè)電磁鋼板等而構(gòu)成的定子芯20、以及多相的U相、 V相、W相這三相的定子繞組22。定子繞組22為初級(jí)導(dǎo)體。在各定子芯20的相互對(duì)向的 軸向單側(cè)面的周向上的多個(gè)等間隔的位置處以在軸向上突出的方式設(shè)置有齒24。例如，為 了在各定子芯20上設(shè)置多個(gè)齒24，也可以在定子芯20的周向上的多處形成軸向的孔部，并 且在孔部中插入鋼板等磁性材料制的齒構(gòu)成構(gòu)件，通過(guò)齒構(gòu)成構(gòu)件的從定子芯20的單側(cè) 面突出的部分來(lái)構(gòu)成多個(gè)齒24。并且，在各齒24上卷繞有定子繞組22。各定子繞組22是在多個(gè)齒24中的周向 上相鄰的齒24上卷繞彼此不同相的繞組的集中繞組。另外，在圖1中，在各定子繞組22的 內(nèi)側(cè)表示的〇中標(biāo)記了 ·或X的記號(hào)表示在定子繞組22中流動(dòng)的電流的方向，在〇中標(biāo) 記了 的記號(hào)表示電流向圖的表側(cè)流動(dòng)，在〇中標(biāo)記了 X的記號(hào)表示電流向圖的背側(cè)流動(dòng) (后述的圖3、圖7、圖8中是同樣的)。另外，如圖2所示，轉(zhuǎn)子18具有固定于旋轉(zhuǎn)軸26的周向中間部外徑側(cè)的圓板狀的 轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28、以及設(shè)置在轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28的周向上的多處等間隔的位置處的磁性材料制 的轉(zhuǎn)子芯30。轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28，通過(guò)利用沖壓加工對(duì)由銅或鋁等構(gòu)成的圓板狀的導(dǎo)電材料進(jìn) 行沖孔，以在軸向(圖2的表背方向)上貫通的方式在周向上的多處設(shè)置埋入用孔部32，并 且在轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28的中心部形成用于插通旋轉(zhuǎn)軸26和后述的筒部34的孔部36。并且，通 過(guò)在形成于轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28的多個(gè)埋入用孔部32中埋入層疊鋼板、壓粉磁心等磁性材料，遍 及轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28的軸向全長(zhǎng)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28的周向上的多處設(shè)置轉(zhuǎn)子芯30。由此，構(gòu)成 轉(zhuǎn)子18。轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28是次級(jí)導(dǎo)體，具有與在轉(zhuǎn)子18的周向上的多處設(shè)置轉(zhuǎn)子繞組的情 況下的轉(zhuǎn)子繞組相同的功能。轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28是遍及轉(zhuǎn)子18的軸向全長(zhǎng)而設(shè)置的。S卩，轉(zhuǎn) 子導(dǎo)電體28的軸向的全長(zhǎng)與轉(zhuǎn)子芯30的軸向的全長(zhǎng)相同或者比轉(zhuǎn)子芯30的軸向的全長(zhǎng) 長(zhǎng)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28也可以通過(guò)層疊多片圓板狀的薄板元件來(lái)構(gòu)成，所述圓板狀的薄 板元件通過(guò)沖壓加工的沖孔而在周向上的多處形成了埋入用孔部。返回圖1，這樣的轉(zhuǎn)子18經(jīng)由圓筒狀的筒部34固定在旋轉(zhuǎn)軸26的軸向中間部外 徑側(cè)。并且，在筒部34的外徑側(cè)，在轉(zhuǎn)子18的軸向兩側(cè)固定有部分圓錐狀的按壓部件38， 通過(guò)按壓部件38從軸向兩側(cè)夾持轉(zhuǎn)子18。也可以代替按壓部件38而在轉(zhuǎn)子18的軸向兩 側(cè)，在筒部34與轉(zhuǎn)子18之間的周向上的多處固定板狀等的加強(qiáng)部件，由此通過(guò)加強(qiáng)部件從 軸向兩側(cè)夾持轉(zhuǎn)子18。也可以不經(jīng)由筒部34而直接將轉(zhuǎn)子18固定在旋轉(zhuǎn)軸26的外徑側(cè)。 另外，在旋轉(zhuǎn)軸26的在軸向上分離開(kāi)的兩個(gè)位置與設(shè)置在殼體12的兩個(gè)位置處的開(kāi)口部 之間設(shè)置有一對(duì)軸承40，將旋轉(zhuǎn)軸26以能夠旋轉(zhuǎn)的方式支撐在殼體12上。另外，如圖3所示，在設(shè)置于轉(zhuǎn)子18的軸向兩側(cè)的一側(cè)定子14和另一側(cè)定子16 中，在作為軸向的圖3的上下方向上，兩個(gè)定子14、16彼此相同相的定子繞組22產(chǎn)生的磁 通的方向?yàn)橄喾吹姆较颍礊槿鐖D3所示那樣相對(duì)的方向、或者朝向外側(cè)的方向。在圖3中， 配置在齒24的內(nèi)側(cè)的箭頭的方向表示從設(shè)置在定子14、16的周向的一部分上的齒24出發(fā) 的磁通的方向。實(shí)際上，在一側(cè)定子14和另一側(cè)定子16之間配置有轉(zhuǎn)子18，但是在圖3中 省略了圖示。另外，在圖3中，定子14、16的周向?yàn)閳D中的左右方向。如圖3所示，一側(cè)定子14和另一側(cè)定子16彼此相同相的定子繞組22在周向上相互錯(cuò)開(kāi)180度的電角而配置。 在圖1所示的兩個(gè)定子14、16中，定子繞組22的在周向上的配置關(guān)系不表示實(shí)際的關(guān)系， 實(shí)際上如圖3所示那樣，定子14的定子繞組22在周向上的位置與定子16的定子繞組22 在周向上的位置錯(cuò)開(kāi)。這樣的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10如下那樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。即，當(dāng)由于三相的交流電流在三相的 定子繞組22中流動(dòng)而使得由各定子14、16生成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于轉(zhuǎn)子18時(shí)，感應(yīng)電流在 轉(zhuǎn)子芯30的周圍、即轉(zhuǎn)子18的周向上的多處的轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28中流動(dòng)。由于該感應(yīng)電流， 在轉(zhuǎn)子18中產(chǎn)生電磁力，轉(zhuǎn)子18向與各定子14、16的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。另外，根據(jù)本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10，在一個(gè)轉(zhuǎn)子18的軸向兩側(cè)具有隔著轉(zhuǎn)子18 相對(duì)的兩個(gè)定子14、16，各定子14、16具有設(shè)置在周向上的多處的齒24、以及卷繞在各齒24 上的定子繞組22，各定子繞組22是在多個(gè)齒24中的周向上相鄰的齒24上卷繞彼此不同相 的繞組的集中繞組，在軸向上，兩個(gè)定子14、16彼此相同相的定子繞組22產(chǎn)生的磁通的方 向?yàn)橄嗷シ聪颍瑑蓚€(gè)定子14、16彼此相同相的定子繞組22在周向上相互錯(cuò)開(kāi)180度的電角 而配置。因此，通過(guò)分別具有集中繞組的定子繞組22的兩個(gè)定子14、16來(lái)夾著轉(zhuǎn)子18，能 夠使由兩個(gè)定子14、16產(chǎn)生的空間諧波磁通在轉(zhuǎn)子18中相互抵消。因此，在轉(zhuǎn)子18所產(chǎn) 生的感應(yīng)電流中，能夠抑制諧波電流的產(chǎn)生，進(jìn)一步各定子繞組22的在各定子14、16的周 向上的寬度未減小，因此定子14、16產(chǎn)生的基波磁通不會(huì)減少。因此，在使定子繞組22為 集中繞組的情況下，通過(guò)在不減少定子14、16產(chǎn)生的基波磁通的情況下減少磁動(dòng)勢(shì)諧波， 能夠大幅地減少轉(zhuǎn)子18側(cè)的次級(jí)銅損等次級(jí)導(dǎo)體損耗，由此能夠大幅地提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)10 的性能。另外，由于通過(guò)兩個(gè)定子14、16從軸向的兩側(cè)夾著轉(zhuǎn)子18，因此能夠容易地調(diào)整從 定子14、16流向轉(zhuǎn)子18的磁通量。圖4是相對(duì)地表示了在相對(duì)的一側(cè)定子14(圖1、圖3)和另一側(cè)定子16(圖1、圖 3)中產(chǎn)生的磁通的分布的圖。在以下的對(duì)本實(shí)施方式的說(shuō)明中，對(duì)于與圖1至圖3所示的 要素相同的要素，使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。在圖4中，實(shí)線α是表示合成所有次數(shù) 的諧波和基波而獲得的產(chǎn)生磁通的矩形波。另外，單點(diǎn)劃線β是產(chǎn)生磁通的基波磁通、即 初級(jí)的磁通，虛線Y是產(chǎn)生磁通的一部分的次數(shù)的諧波即次級(jí)的諧波磁通。如圖4所示， 在一側(cè)定子14和另一側(cè)定子16中，在使定子繞組22為集中繞組的情況下，相對(duì)于各定子 14、16生成的磁通的基波，包括很多的偶數(shù)倍的次數(shù)的空間諧波磁通，特別是包括很多次級(jí) 的空間諧波磁通。當(dāng)這樣的基波以外的諧波磁通與轉(zhuǎn)子18交鏈時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生不需要的感應(yīng) 電流即渦電流，成為使銅損等次級(jí)導(dǎo)體損耗增大的原因等、導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能劣化的原 因。因此，在以往以來(lái)通過(guò)定子產(chǎn)生的磁通來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電流的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，希望抑制與轉(zhuǎn) 子交鏈的諧波磁通。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，如上所述在相互隔著轉(zhuǎn)子18而相對(duì)的兩個(gè)定子14、 16中，相同相的定子繞組22的電角錯(cuò)開(kāi)180度而配置。因此，如圖4所示，兩個(gè)定子14、 16的產(chǎn)生磁通的基波的電角的相位相同，大小相同，但不是基波的次級(jí)的諧波的磁通的電 角相同，大小相同，方向相反。因此，能夠使從一側(cè)定子14和另一側(cè)定子16出發(fā)的磁通中 的、特別是影響大的次級(jí)的諧波的磁通在轉(zhuǎn)子18中相互抵消。因此，在從一側(cè)定子14和另 一側(cè)定子16與轉(zhuǎn)子18交鏈的磁通中，主要只剩下基波磁通，從而在轉(zhuǎn)子18中能夠抑制基 于諧波磁通而感應(yīng)出諧波電流。其結(jié)果，能夠減少由于諧波電流導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子18側(cè)的銅損等
7導(dǎo)體損耗，從而能夠抑制轉(zhuǎn)子18發(fā)熱。另外，能夠提高用作感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10的性 能。另外，與上述專利文獻(xiàn)3所記載的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況不同，由于各定子繞組22的 在各定子14、16的周向上的寬度未減小，因此各定子14、16產(chǎn)生的基波磁通不會(huì)減少。圖5是為了確認(rèn)本實(shí)施方式的效果而通過(guò)計(jì)算求出具有本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的本 發(fā)明產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)電機(jī)、具有本發(fā)明以外的結(jié)構(gòu)的比較例1及比較例2的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出和 損耗并對(duì)該計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較的圖。比較例1是以往通?？紤]的軸向型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，即 是對(duì)于一個(gè)轉(zhuǎn)子僅設(shè)置一個(gè)定子并使轉(zhuǎn)子與定子在軸向上相對(duì)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，是使設(shè)置在定 子上的定子繞組為分布卷繞的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。另外，比較例2也是以往通?？紤]的上述軸向型 的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，是使設(shè)置在定子上的定子繞組為集中繞組的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。另外，在圖5所示的計(jì) 算結(jié)果中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)10的轉(zhuǎn)差恒定、即處于“轉(zhuǎn)差恒定時(shí)”。圖6是用于說(shuō)明該“轉(zhuǎn)差恒定時(shí)”的情況的圖。S卩，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中，定子14、16 產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)速度在運(yùn)行時(shí)不同步。并且，在將旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的 旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)速度之間的速度差定義為“轉(zhuǎn)差”的情況下，與“轉(zhuǎn)差”相對(duì)應(yīng)地 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩?！稗D(zhuǎn)差恒定時(shí)”意味著使該“轉(zhuǎn)差”恒定的情況，例如意味著使圖6 的“轉(zhuǎn)差”為恒定的S。在圖5中，通過(guò)斜線部分表示了次級(jí)銅損等次級(jí)導(dǎo)體損耗、即轉(zhuǎn)子18側(cè)的導(dǎo)體損 耗，并通過(guò)斜方格部分表示了初級(jí)銅損等初級(jí)導(dǎo)體損耗、即定子14、16側(cè)的導(dǎo)體損耗。另 外，在圖5中，通過(guò)梨皮斑點(diǎn)部分表示了用作感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10的輸出。從圖5所 示的計(jì)算結(jié)果可知，通過(guò)使旋轉(zhuǎn)電機(jī)10的定子繞組22從分布繞卷繞變?yōu)榧芯砝@，即通過(guò) 從比較例1變?yōu)楸容^例2，由于與轉(zhuǎn)子18交鏈的諧波磁通增多等，次級(jí)導(dǎo)體損耗變大，輸出 也隨之減小。與此相對(duì)，在本發(fā)明的產(chǎn)品中，如圖5所示，盡管使定子繞組22為集中繞組，但是 仍能夠減小次級(jí)導(dǎo)體損耗，這一情況與在轉(zhuǎn)子18的兩側(cè)配置兩個(gè)定子14和16、由于從兩個(gè) 定子14和16出發(fā)的基波磁通而與轉(zhuǎn)子18交鏈的磁通增大的情況相結(jié)合，能夠增大旋轉(zhuǎn)電 機(jī)10的輸出。[發(fā)明的第二實(shí)施方式]圖7是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的簡(jiǎn)略截面圖。本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn) 電機(jī)IOa能夠作為同步電機(jī)即同步電動(dòng)機(jī)來(lái)使用，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)10a，在上述圖1至圖6所示 的第一實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10中，在轉(zhuǎn)子18a上不設(shè)置轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28 (參照?qǐng)D1)，而是取 而代之地設(shè)置形狀與轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體28相同的圓板狀的鐵制的轉(zhuǎn)子芯42。另外，不設(shè)置在上 述第一實(shí)施方式中設(shè)置在轉(zhuǎn)子18a的周向上的多處的轉(zhuǎn)子芯30 (參照?qǐng)D1、圖2)，而是取而 代之地在轉(zhuǎn)子18a的周向上的多處設(shè)置永磁體44。永磁體44插入在以在軸向上貫通的方 式設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯42的周向上的多個(gè)等間隔的位置處的埋入用孔部36中。永磁體44在轉(zhuǎn) 子18a的軸向上磁化，在轉(zhuǎn)子18a的周向上相鄰的永磁體44的磁化方向互不相同。因此， 在轉(zhuǎn)子18a的兩個(gè)側(cè)面的每一側(cè)面上，永磁體44的N極和S極在周向上交替地配置。這樣 的永磁體44設(shè)置于轉(zhuǎn)子18a的遍及軸向的全長(zhǎng)的部分。另外，除了轉(zhuǎn)子18a以外的旋轉(zhuǎn)電 機(jī)IOa的結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10的結(jié)構(gòu)相同。在使用這樣的本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)IOa時(shí)，當(dāng)由于三相的交流電流在三相的定
8子繞組22中流動(dòng)而使得由一側(cè)定子14和另一側(cè)定子16生成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于轉(zhuǎn)子18a 時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與由設(shè)置于轉(zhuǎn)子18a的永磁體44產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生吸引和排斥作用。 因此，轉(zhuǎn)子18a與由各定子14、16生成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。另外，通過(guò)在轉(zhuǎn)子 18a的周向上的多處配置永磁體44，能夠使轉(zhuǎn)子18a的周向上的多處具有磁凸極，通過(guò)由于 該磁凸極產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子18a也會(huì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。另外，在本實(shí)施方式的情況下，也是在一個(gè)轉(zhuǎn)子18a的兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)定子14、16， 使兩個(gè)定子14、16產(chǎn)生的磁通的方向?yàn)槎ㄗ?4、16的軸向，并且兩個(gè)定子14、16彼此相同 相的定子繞組22在周向上相互錯(cuò)開(kāi)180度的電角而配置。因此，能夠使兩個(gè)定子14、16產(chǎn) 生的磁通中所包括的空間諧波磁通在轉(zhuǎn)子18a中相互抵消，從而能夠減小磁通的泄露和/ 或由渦電流導(dǎo)致的鐵損，謀求提高作為同步電動(dòng)機(jī)而被使用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)IOa的性能。進(jìn)一步，由于各定子繞組22的在各定子14、16的周向上的寬度不減小，因此定子 14、16產(chǎn)生的基波磁通不會(huì)減小。因此，在使定子繞組22為集中繞組的情況下，通過(guò)減小磁 動(dòng)勢(shì)諧波而不減小定子14、16產(chǎn)生的基波磁通，能夠減小由空間諧波磁通導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子18a 側(cè)的磁通的泄露和/或鐵損，由此能夠大幅地提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)IOa的性能。關(guān)于其他的結(jié)構(gòu) 和作用，由于與上述第一實(shí)施方式相同，因此對(duì)等同的部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記并省略重 復(fù)的說(shuō)明。[發(fā)明的第三實(shí)施方式]圖8是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的簡(jiǎn)略截面圖。本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn) 電機(jī)IOb能夠與上述圖1至圖6所示的第一實(shí)施方式同樣地作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來(lái)使用。特別 是，在本實(shí)施方式中，使作為一側(cè)定子的外側(cè)定子46和作為另一側(cè)定子的內(nèi)側(cè)定子48隔著 一個(gè)轉(zhuǎn)子18b在徑向上相對(duì)。即，本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)IOb是配置成定子46、48與轉(zhuǎn)子 18b在徑向上相對(duì)的徑向型的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。S卩，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)IOb中，將圓筒狀的外側(cè)定子46嵌合固定在殼體12的內(nèi)周面，并 將內(nèi)側(cè)定子48以在軸向上突出的狀態(tài)固定在殼體12的內(nèi)面的軸向單側(cè)面。在外側(cè)定子46 與內(nèi)側(cè)定子48之間空開(kāi)預(yù)定的徑向上的空隙。各定子46、48包括通過(guò)層疊多個(gè)電磁鋼板等 而構(gòu)成的定子芯50、52和多相的U相、V相、W相這三相的定子繞組54。在各定子芯50、52 的相對(duì)的徑向單側(cè)面的周向上的多個(gè)等間隔的位置處以在徑向上突出的方式設(shè)置有齒56、 58。例如，為了在各定子鐵芯50、50設(shè)置多個(gè)齒56、58，也可以在定子芯50、52的周向上的 多處形成徑向的孔部，并且在孔部中插入鋼板等磁性材料制的齒構(gòu)成構(gòu)件，通過(guò)齒構(gòu)成構(gòu) 件的從定子芯50、52的徑向單側(cè)面突出的部分來(lái)構(gòu)成多個(gè)齒56、58。并且，在各齒56、58上卷繞有定子繞組54。各定子繞組54是在多個(gè)齒56、58中的 周向上相鄰的齒56、58上卷繞不同相的繞組的集中繞組。另外，轉(zhuǎn)子18b具有固定在旋轉(zhuǎn)軸26的軸向中間部外徑側(cè)的有底圓筒狀的轉(zhuǎn)子導(dǎo) 電體60、以及設(shè)置在構(gòu)成轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體60的筒部61的周向上的多個(gè)等間隔的位置處的磁性 材料制的轉(zhuǎn)子芯62。轉(zhuǎn)子芯62是遍及構(gòu)成轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體60的筒部61的徑向全長(zhǎng)而設(shè)置的。這樣的轉(zhuǎn)子18b通過(guò)將設(shè)置在構(gòu)成轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體60的底板部64的孔部66嵌合在 旋轉(zhuǎn)軸26的軸向中間部外徑側(cè)來(lái)進(jìn)行固定。另外，在設(shè)置于轉(zhuǎn)子18b的徑向兩側(cè)的外側(cè)定 子46和內(nèi)側(cè)定子48中，在徑向上，使兩個(gè)定子46、48彼此相同相的定子繞組54產(chǎn)生的磁 通的方向?yàn)橄嗷シ聪颉Ａ硗猓鈧?cè)定子46和內(nèi)側(cè)定子48彼此相同相的定子繞組54在周向上相互錯(cuò)開(kāi)180度的電角而配置。在圖8所示的兩個(gè)定子46、48中，定子繞組54的在周向 上的配置關(guān)系不表示實(shí)際的配置關(guān)系，實(shí)際上，定子46的定子繞組54在周向上的位置與定 子48的定子繞組54在周向上的位置錯(cuò)開(kāi)。在這樣的本實(shí)施方式的情況下，與上述圖1至圖6所示的第一實(shí)施方式相同，在使 定子繞組54為集中繞組的情況下，通過(guò)在不減少定子46、48產(chǎn)生的基波磁通的情況下減少 磁動(dòng)勢(shì)諧波，能夠大幅地減少轉(zhuǎn)子18b側(cè)的次級(jí)銅損等次級(jí)導(dǎo)體損耗，能夠大幅地提高旋 轉(zhuǎn)電機(jī)IOb的性能。關(guān)于其他的結(jié)構(gòu)和作用，由于與上述第一實(shí)施方式相同，因此對(duì)等同的 部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記并省略重復(fù)的說(shuō)明。雖然省略了圖示，但也可以采用組合了上述圖7所示的第二實(shí)施方式和上述圖8 所示的第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。即，在上述圖8所示的第三實(shí)施方式中，也可以使轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體 60為相同形狀的鐵制的轉(zhuǎn)子芯，代替設(shè)置在轉(zhuǎn)子導(dǎo)電體60的周向上的多處的轉(zhuǎn)子芯62而 配置在徑向上磁化了的永磁體，使周向上相鄰的永磁體彼此的磁化方向相反。另外，雖然省略了圖示，但是在上述圖7所示的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)、或組合了第 二實(shí)施方式和第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)中，在轉(zhuǎn)子18a不設(shè)置永磁體44，或者設(shè)置永久磁體44 并在轉(zhuǎn)子18a的軸向的兩個(gè)側(cè)面或轉(zhuǎn)子的徑向兩周面的周向上的多處設(shè)置設(shè)置在軸向或 徑向上突出的突部，在轉(zhuǎn)子18a的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩中，也能夠提高磁阻轉(zhuǎn)矩的利用率。上述各實(shí)施 方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)不限于作為電動(dòng)機(jī)來(lái)使用，也可以作為發(fā)電機(jī)來(lái)使用。
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權(quán)利要求
一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子；和在一個(gè)轉(zhuǎn)子的軸向兩側(cè)或徑向兩側(cè)隔著轉(zhuǎn)子相對(duì)的兩個(gè)定子，各定子具有在周向上設(shè)置在多處的齒和、卷繞于各齒的作為初級(jí)導(dǎo)體的定子繞組，各定子繞組是在多個(gè)齒中的周向上相鄰的齒卷繞不同相的繞組的集中繞組，在軸向或徑向上，兩個(gè)定子彼此相同相的定子繞組所產(chǎn)生的磁通的方向?yàn)橄嗷シ聪?，兩個(gè)定子彼此相同相的定子繞組以在周向上相互錯(cuò)開(kāi)180度的電角的方式配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 在轉(zhuǎn)子的至少一部分上設(shè)置有次級(jí)導(dǎo)體， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠作為感應(yīng)電機(jī)來(lái)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中，轉(zhuǎn)子具有作為次級(jí)導(dǎo)體的導(dǎo)電材料制的導(dǎo)電體和、在導(dǎo)電體的周向上設(shè)置在多處的磁 性材料制的磁心。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中，導(dǎo)電體的軸向的全長(zhǎng)與磁心的軸向的全長(zhǎng)相同或者比磁心的軸向的全長(zhǎng)長(zhǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中，磁性材料制的磁心遍及導(dǎo)電體的軸向全長(zhǎng)而設(shè)置在孔部?jī)?nèi)，所述孔部以在軸向上貫通 的方式在導(dǎo)電體的周向上設(shè)置在多處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中， 轉(zhuǎn)子具有在周向上設(shè)置在多處的永磁體， 所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠作為同步電機(jī)來(lái)使用。
全文摘要
在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，在使定子繞組為集中繞組的情況下，能夠不減少定子產(chǎn)生的基波磁通而減少磁動(dòng)勢(shì)諧波，從而謀求提高性能。旋轉(zhuǎn)電機(jī)(10)包括轉(zhuǎn)子(18)、和在轉(zhuǎn)子(18)的軸向兩側(cè)或徑向兩側(cè)隔著轉(zhuǎn)子(18)相對(duì)的兩個(gè)定子(14、16)。在各定子(14、16)的周向上的多處設(shè)置的定子繞組(22)為集中繞組。在軸向或徑向上，兩定子(14、16)彼此相同相的定子繞組(22)產(chǎn)生的磁通的方向?yàn)橄嗷シ聪?。兩定?14、16)彼此相同相的定子繞組(22)在周向上相互錯(cuò)開(kāi)180度的電角而配置。
文檔編號(hào)H02K16/04GK101981785SQ200980111290
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者上松辰哉, 中井英雄, 吉田稔彥, 山田英治, 梅野孝治, 相木宏介, 立松和高, 蓑島紀(jì)元, 遠(yuǎn)藤研二 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社