多間隙式旋轉(zhuǎn)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，其中，該電機設(shè)置了軸（4），軸（4）通過固定至外殼（3）的軸承（3）可旋轉(zhuǎn)地來支撐。環(huán)形轉(zhuǎn)子（6）固定至軸（4）并且配置為與軸（4）一起旋轉(zhuǎn)。定子（7，8）固定至外殼（2）并且配置為具有在定子（7，8）與轉(zhuǎn)子（6）之間的間隙。滿足關(guān)系：3.5<P13/P6?（1）以及P7/P6>0.5?（2），其中P6表示每個外側(cè)凸極（6B）的圓周寬度，P7表示每個內(nèi)側(cè)凸極（6A）的圓周寬度，以及P13表示每個外側(cè)磁體（10）的圓周寬度。
【專利說明】多間隙式旋轉(zhuǎn)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，其適用于諸如工業(yè)用途和車輛用途的各種用途，尤其優(yōu)選用在混合動力汽車的驅(qū)動電機中。
【背景技術(shù)】
[0002]IPM電機(interior permanent magnet motors,內(nèi)永磁電機)作為基于傳統(tǒng)技術(shù)的小型且高功率的電機是眾所周知的。IPM電機除了能夠使用由磁體產(chǎn)生的磁轉(zhuǎn)矩(magnettorque)之外還能夠使用作為核心吸引力的磁阻轉(zhuǎn)矩(reluctance torque)。IPM電機包括雙定子電機，在雙定子電機中，定子布置在轉(zhuǎn)子的徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)。
[0003]例如，專利文獻JP-A-2008-302789公開了雙定子電機。在這個雙定子電機中，永磁體嵌入轉(zhuǎn)子中，以便從此處與內(nèi)側(cè)定子相對地徑向朝內(nèi)設(shè)置，并且還嵌入該轉(zhuǎn)子中，以便從此處與外側(cè)定子相對地徑向朝外設(shè)置。該轉(zhuǎn)子還具有凸極(salient pole,轉(zhuǎn)子核心部)，每個凸極形成在圓周方向上相鄰的磁體之間。
[0004]然而，在專利文獻JP-A-2008-302789中所公開的電機存在由于以下原因而不能提高功率密度的問題。
[0005]a)定子繞組是短節(jié)距繞組。因此，轉(zhuǎn)子的極距(pole pitch)與由定子繞組產(chǎn)生的磁場的極距不一致。因此，不能充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0006]b)轉(zhuǎn)子的每個凸極的表面是凹入形的。具體地說，轉(zhuǎn)子的每個內(nèi)側(cè)凸極的內(nèi)周面和每個外側(cè)凸極的外周面是凹入形的。因此，磁阻增加并且不能充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0007]c)通過增加相對于轉(zhuǎn)子的一個極距的外側(cè)凸極寬度以確保外側(cè)磁路具有高比率的磁阻轉(zhuǎn)矩。然而，這增加了磁路的長度并且因此增加了磁阻，導(dǎo)致降低磁阻轉(zhuǎn)矩。此外，由于凸極寬度的增加必定減小磁體寬度，所以也不能充分使用磁轉(zhuǎn)矩。
[0008]d)此外，由于轉(zhuǎn)子的外側(cè)凸極寬度的增加，所以磁路徑在外側(cè)與內(nèi)側(cè)磁路之間共享的轉(zhuǎn)子軛不得已地被從外側(cè)凸極供給至轉(zhuǎn)子的磁通量充滿。因此，內(nèi)側(cè)磁路中的轉(zhuǎn)矩也降低，而該內(nèi)側(cè)磁路優(yōu)選具有與外側(cè)磁路相比較短的磁路徑并且提高磁阻轉(zhuǎn)矩比率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于上述的情況，已經(jīng)做出本發(fā)明并且其目的在于提供一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，該多間隙式旋轉(zhuǎn)電機能夠通過提供一種在內(nèi)側(cè)磁路中充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩的配置來提高外側(cè)磁路中的磁轉(zhuǎn)矩的比率并且增加輸出轉(zhuǎn)矩。
[0010]一種示例性實施例提供了一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，包括:軸(4)，該軸(4)通過固定至外殼(2 )的軸承(3 )可旋轉(zhuǎn)地支撐；環(huán)形轉(zhuǎn)子(6 )，該環(huán)形轉(zhuǎn)子(6 )固定至軸(4)并且配置為與軸(4) 一起旋轉(zhuǎn)；以及定子(7，8)，該定子(7，8)固定至外殼(2)并且配置為在定子(7，8)與轉(zhuǎn)子(6)之間具有間隙。
[0011]轉(zhuǎn)子(6)包括:環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(6a)，該環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(6a)由軟磁材料制成并且配置為具有徑向方向和圓周方向；多個內(nèi)側(cè)磁體(9),該多個內(nèi)側(cè)磁體(9)均由永磁體構(gòu)成,在圓周方向上以相等的節(jié)距嵌入在轉(zhuǎn)子芯(6a)的徑向內(nèi)側(cè)部中；以及多個外側(cè)磁體(10)，該多個外側(cè)磁體(10)均由永磁體構(gòu)成,在圓周方向上以相等的節(jié)距嵌入在轉(zhuǎn)子芯(6a)的徑向外側(cè)部中。
[0012]轉(zhuǎn)子芯(6a)包括:多個內(nèi)側(cè)凸極(6A)，該多個內(nèi)側(cè)凸極(6A)均形成在圓周方向上相互相鄰的兩個內(nèi)側(cè)磁體(9)之間；以及多個外側(cè)凸極(6B)，該多個外側(cè)凸極(6A)均形成在圓周方向上相互相鄰的兩個外側(cè)磁體(10)之間，內(nèi)側(cè)凸極和外側(cè)凸極由軟磁材料制成。
[0013]定子(7，8)至少包括:內(nèi)側(cè)定子(7)，該內(nèi)側(cè)定子(7)以在內(nèi)側(cè)定子(7)與轉(zhuǎn)子(6)之間留有間隙的方式設(shè)置在轉(zhuǎn)子(6)的徑向內(nèi)側(cè)；外側(cè)定子(8)，該外側(cè)定子(8)以在外側(cè)定子(8)與轉(zhuǎn)子(6)之間留有的間隙的方式設(shè)置在轉(zhuǎn)子(6)的徑向外側(cè)。
[0014]內(nèi)側(cè)定子(7)包括:內(nèi)側(cè)定子芯(7a)，該內(nèi)側(cè)定子芯(7a)設(shè)置有在圓周方向上以相等的間隔在內(nèi)側(cè)定子(7)的徑向外側(cè)圓周(7a0)上形成多個內(nèi)側(cè)狹縫(7al)和在圓周方向上以相等的間隔在徑向外側(cè)圓周上形成的多個內(nèi)側(cè)齒(7a2)，內(nèi)側(cè)狹縫(7al)和內(nèi)側(cè)齒(7a2)在圓周方向上交替地排列；以及內(nèi)側(cè)定子繞組(7b)，該內(nèi)側(cè)定子繞組(7b)穿過內(nèi)側(cè)狹縫(7al)整節(jié)距地纏繞在內(nèi)側(cè)定子芯(7a)處。
[0015]外側(cè)定子(8)包括:外側(cè)定子芯(8a),該外側(cè)定子芯(8a)設(shè)置有在圓周方向上以相等的間隔在外側(cè)定子(8)的徑向內(nèi)側(cè)圓周(8ai )上形成多個外側(cè)狹縫(8al)和在圓周方向上以相等的間隔在徑向內(nèi)側(cè)圓周上形成的多個外側(cè)齒(8a2 )，外側(cè)狹縫(8al)和外側(cè)齒(8a2)在圓周方向上交替地排列；以及外側(cè)定子繞組(Sb)，該外側(cè)定子繞組(Sb)穿過外側(cè)狹縫(8al)整節(jié)距地纏繞在外側(cè)定子芯(8a)處。
[0016]在上述結(jié)構(gòu)中，?兩足以下關(guān)系:
[0017]3.5〈Ρ13/Ρ6…(I)以及
[0018]Ρ7/Ρ6>0.5…(2)，
[0019]其中Ρ6表示每個外側(cè)凸極(6Β)的圓周寬度，Ρ7表示每個內(nèi)側(cè)凸極(6Α)的圓周寬度，以及Ρ13表示每個外側(cè)磁體(10)的圓周寬度。
[0020]在本發(fā)明的多間隙式旋轉(zhuǎn)電機中，內(nèi)側(cè)磁體嵌入在轉(zhuǎn)子芯中，以從此處徑向朝內(nèi)設(shè)置并且外側(cè)磁體嵌入在轉(zhuǎn)子芯中，以從此處徑向朝外設(shè)置，以提供均設(shè)置于圓周方向上相鄰的內(nèi)側(cè)磁體之間的內(nèi)側(cè)凸極和均設(shè)置于圓周方向上相鄰的外側(cè)磁體之間的外側(cè)凸極。因此，磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩兩者都投入實際使用。另外，內(nèi)側(cè)定子和外側(cè)定子分別應(yīng)用了內(nèi)側(cè)定子繞組的整節(jié)距繞組和外側(cè)定子繞組的整節(jié)距繞組。具體地說，轉(zhuǎn)子的極距等于由內(nèi)側(cè)定子繞組和外側(cè)定子繞組產(chǎn)生的磁場的極距。因此，能夠充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0021]此外，通過滿足公式(I)和公式(2)的條件，能夠在Ρ13 (外側(cè)磁體寬度)、Ρ6 (外側(cè)凸極寬度)以及Ρ7 (內(nèi)側(cè)凸極寬度)之間確立適當?shù)年P(guān)系。因此，在外側(cè)磁路中磁轉(zhuǎn)矩的比率增加。另外，防止磁路徑被外側(cè)磁路和內(nèi)側(cè)磁路共享的轉(zhuǎn)子軛被磁飽和。因此，在內(nèi)側(cè)磁路中也能夠充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0022]按照這種方式，本發(fā)明的多間隙式旋轉(zhuǎn)電機能夠增加輸出轉(zhuǎn)矩，減小尺寸并且提
高功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]在附圖中:[0024]圖1是例示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電機的配置的垂直截面視圖；
[0025]圖2是例示電機的磁路的截面視圖；
[0026]圖3是例示內(nèi)側(cè)及外側(cè)定子繞組連接至逆變器的狀態(tài)的連接圖；
[0027]圖4示出了通過仿真得到的P13/P6相對于轉(zhuǎn)矩的范圍；
[0028]圖5示出了通過仿真得到的P7/P6相對于轉(zhuǎn)矩的范圍；
[0029]圖6是例示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的電機的磁路的截面視圖；
[0030]圖7示出了通過仿真得到的P14/(P6+P7)相對于轉(zhuǎn)矩的范圍；
[0031]圖8是例示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的電機的磁路的截面視圖；
[0032]圖9是示出根據(jù)第三實施例的通過模型所生成的轉(zhuǎn)矩的計算結(jié)果的曲線；
[0033]圖10是列出電機的磁路的各個部的尺寸范圍的表格；
[0034]圖11是列出圖9中所示的模型31的設(shè)計規(guī)格的表格；
[0035]圖12是列出圖9中所示的模型123的設(shè)計規(guī)格的表格；以及
[0036]圖13是例示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的電機的結(jié)構(gòu)的垂直截面視圖。
【具體實施方式】
[0037]參考附圖，在下文中描述本發(fā)明的幾個實施例。
[0038](第一實施例)
[0039]首先，參考圖1至圖5，在下文中描述本發(fā)明的第一實施例。
[0040]在第一實施例中，本發(fā)明的多間隙式旋轉(zhuǎn)電機應(yīng)用于安裝在車輛等中的驅(qū)動電機
1
[0041]圖1是例示電機I的結(jié)構(gòu)的垂直截面視圖。如圖1所示，第一實施例的電機I包括電機外殼2、軸4、轉(zhuǎn)子6、內(nèi)側(cè)定子7以及外側(cè)定子8。軸4由電機外殼2經(jīng)由軸承3可旋轉(zhuǎn)地支撐。轉(zhuǎn)子6是環(huán)形的并且由經(jīng)由轉(zhuǎn)子保持構(gòu)件5通過軸4支撐。內(nèi)側(cè)定子7徑向地設(shè)置在轉(zhuǎn)子6的內(nèi)側(cè)。外側(cè)定子8徑向地設(shè)置在轉(zhuǎn)子6的外側(cè)。
[0042]軸4配置為繞著穿過軸4的圓形截面中的中心ο的長度方向的軸CL旋轉(zhuǎn)，軸4的圓形截面與縱向截面垂直。因此，轉(zhuǎn)子6、內(nèi)側(cè)定子7以及外側(cè)定子8與中心軸CL相互同軸地布置。
[0043]例如，轉(zhuǎn)子保持構(gòu)件5包括非磁性的SUS材料并且包括圓柱形部5a和轉(zhuǎn)子盤5b。圓柱形部5a安裝并且固定于軸4的外周。轉(zhuǎn)子盤5b是盤形并且從圓柱形部5a的一端向外徑向地延伸。轉(zhuǎn)子6固定于轉(zhuǎn)子盤5b。
[0044]如圖2所示，轉(zhuǎn)子6包括:包括轉(zhuǎn)子軛6z的轉(zhuǎn)子芯6a、永磁體9 (下文中，稱為內(nèi)側(cè)磁體9)以及永磁體10 (下文中稱為外側(cè)磁體10)。內(nèi)側(cè)磁體9嵌入在轉(zhuǎn)子芯6a中，以從此處向內(nèi)徑向設(shè)置，并且外側(cè)磁體10嵌入在轉(zhuǎn)子芯6a中，以從此處向外徑向設(shè)置。
[0045]例如，轉(zhuǎn)子芯6a通過層疊多個芯薄片構(gòu)成，每個芯薄片通過對電磁鋼板進行環(huán)狀地施壓和打孔來形成。轉(zhuǎn)子芯6a具有徑向內(nèi)周部,該徑向內(nèi)周部設(shè)置有內(nèi)側(cè)磁體插入槽6b和內(nèi)側(cè)凸極6A。轉(zhuǎn)子芯6a還具有徑向?qū)ΨQ外周部,該徑向外周部設(shè)置有外側(cè)磁體插入孔6c和外側(cè)凸極6B。
[0046]內(nèi)側(cè)磁體插入槽6b和外側(cè)磁體插入孔6c均在層疊芯薄片的方向上在整個轉(zhuǎn)子芯6a各處形成,從而在轉(zhuǎn)子芯6a的圓周方向上具有預(yù)定的開口寬度。同樣地，以預(yù)定的間隔在轉(zhuǎn)子芯6a的圓周方向上形成數(shù)量與轉(zhuǎn)子6的極的數(shù)量相等的內(nèi)側(cè)磁體插入槽6b和外側(cè)磁體插入孔6c。每個內(nèi)側(cè)磁體插入槽6b在將轉(zhuǎn)子芯6a的內(nèi)周側(cè)開口的情況下形成為槽形。每個外側(cè)磁體插入孔6c在將轉(zhuǎn)子芯6a的內(nèi)周側(cè)封閉的情況下形成為孔形。
[0047]每個內(nèi)側(cè)凸極6A形成在圓周方向相鄰的內(nèi)側(cè)磁體插入槽6b之間。每個外側(cè)凸極6B形成在圓周方向相鄰的外側(cè)磁體插入孔6c之間。轉(zhuǎn)子芯6a中的內(nèi)側(cè)凸極6A的圓周位置確保與各自的外側(cè)凸極6B的圓周位置一致。每個內(nèi)側(cè)凸極6A具有確保與轉(zhuǎn)子6的內(nèi)徑面共圓的內(nèi)周面。同樣地，每個外側(cè)凸極6B具有確保與轉(zhuǎn)子6的外徑面共圓的外周面。
[0048]內(nèi)側(cè)磁體9被插入在轉(zhuǎn)子芯6a中所形成的各個內(nèi)側(cè)磁體插入槽6b中，用于在圓周方向上以偶節(jié)距的設(shè)置。
[0049]外側(cè)磁體10被插入在轉(zhuǎn)子芯6a中所形成的各個外側(cè)磁體插入孔6c,用于在圓周方向上以偶節(jié)距的設(shè)置。
[0050]如圖2中的空心箭頭所示的，內(nèi)側(cè)磁體9和外側(cè)磁體10在轉(zhuǎn)子6的徑向方向上被磁化。正如可看出的，極性的方向在圓周方向相鄰的磁體之間彼此不同。同樣地，極性的方向在徑向面對的內(nèi)側(cè)磁體9與外側(cè)磁體10之間彼此相反。
[0051]在圖2中所示的轉(zhuǎn)子6a中，插入外側(cè)磁體10的每個外側(cè)磁體插入孔6c具有圓周中心部，在該圓周中心部處，孔6c被劃分成兩個孔并且橋6d被形成以連接外側(cè)磁體插入孔6c的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)。橋6d為了在外側(cè)磁體10由于離心力的影響而被徑向朝外施壓時防止轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外側(cè)的徑向朝外擴張的目的來被設(shè)置，該轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外側(cè)覆蓋外側(cè)磁體10的外周面。因此，在圖2中被劃分成兩個孔的磁體插入孔6c可分成三個孔或更多孔。然而，外側(cè)磁體插入孔6c并不一定要被劃分，除非轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外側(cè)會與外側(cè)定子8接觸，或者，換言之，只要轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外側(cè)的變形小到使離心力的影響可忽略即可。
[0052]在圖2中所示的轉(zhuǎn)子6中，外側(cè)磁體10被插入并且嵌入在各自的外側(cè)磁體孔6c中，以建立通常所稱的磁體嵌入式結(jié)構(gòu)。另一方面，內(nèi)側(cè)磁體9在磁體的徑向內(nèi)周面被暴露的情形下插入在各自的內(nèi)側(cè)磁體插入槽6b中，以建立所謂的鑲嵌結(jié)構(gòu)。表述“嵌入式”涵蓋術(shù)語“鑲嵌”。換言之，本公開的多間隙式旋轉(zhuǎn)電機不限于永磁體被轉(zhuǎn)子芯6a圍繞的磁體嵌入式結(jié)構(gòu)，而是可應(yīng)用于永磁體在磁體的表面被暴露(徑向?qū)ΨQ內(nèi)或外周面)的情形下嵌入轉(zhuǎn)子芯6a的鑲嵌結(jié)構(gòu)。簡言之，這里“磁體嵌入式結(jié)構(gòu)”被限定為包括“鑲嵌結(jié)構(gòu)”。
[0053]如圖1和圖2所示，內(nèi)側(cè)定子7包括具有徑向外側(cè)圓周7a0的內(nèi)側(cè)定子芯7a (參見圖2)和三相(U、V和W)的內(nèi)側(cè)定子繞組7b (參見圖1)。在內(nèi)側(cè)定子芯7a的徑向外側(cè)圓周7a0上，多個內(nèi)側(cè)狹縫7al在圓周方向上以固定間隔形成，并且內(nèi)側(cè)齒7a2在圓周方向相鄰的內(nèi)側(cè)狹縫7al之間形成。如圖2中所示，每個內(nèi)側(cè)狹縫7al具有底部7bt。內(nèi)側(cè)定子繞組7b的整節(jié)距繞組施加到內(nèi)側(cè)定子芯7a。
[0054]如圖1和圖2中所示，外側(cè)定子8包括具有徑向內(nèi)側(cè)圓周8ai的外側(cè)定子芯8a(參見圖2)和三相(X、Y和Z)的外側(cè)定子繞組8b (參見圖1)。在外側(cè)定子芯8a的徑向外側(cè)圓周8ai上,多個外側(cè)狹縫8al在圓周方向上以固定間隔來形成,并且外側(cè)齒8a2在圓周方向上相鄰的外側(cè)狹縫8al之間來形成。如圖2所示，每個外側(cè)狹縫Sal具有底部8bt。外側(cè)定子繞組Sb的整節(jié)距繞組施加到內(nèi)側(cè)定子芯8a。
[0055]在內(nèi)側(cè)定子7和外側(cè)定子8中，狹縫的數(shù)量是相同的。[0056]圖3是例示內(nèi)側(cè)定子繞組7b和外側(cè)定子繞組Sb連接至逆變器11的狀態(tài)的連接圖。例如，如圖3所示，U相、V相以及W相內(nèi)側(cè)定子繞組7b分別串聯(lián)連接至X相、Y相以及Z相外側(cè)定子繞組Sb，以建立連接至逆變器11的星型連接。逆變器11受到未示出的ECU(電子控制單元，electronic control unit)控制。由E⑶執(zhí)行的控制是基于源自轉(zhuǎn)子位置傳感器(未示出)的信息，轉(zhuǎn)子位置傳感器感測轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)位置。逆變器11將直流電源B的電力轉(zhuǎn)換成交流電力并且將經(jīng)轉(zhuǎn)換的電力供給至內(nèi)側(cè)定子繞組7b和外側(cè)定子繞組Sb。
[0057]在內(nèi)側(cè)定子繞組7b和外側(cè)定子繞組Sb經(jīng)由逆變器11來激勵時，內(nèi)側(cè)定子繞組7b和外側(cè)定子繞組8b均以這樣的方式產(chǎn)生繞組磁動勢:在同一的圓周位置處經(jīng)由轉(zhuǎn)子6在彼此徑向相對的磁極中生成相同的極性。
[0058]下文中描述關(guān)于轉(zhuǎn)子6的磁路的設(shè)計規(guī)格。
[0059]首先，圖2中所示的磁路部分定義如下。
[0060]每個外側(cè)凸極6B的圓周寬度稱為外側(cè)凸極寬度并且表示為P6。
[0061]每個內(nèi)側(cè)凸極6A的圓周寬度稱為內(nèi)側(cè)凸極寬度并且表示為P7。
[0062]每個外側(cè)磁體10的圓周寬度稱為外側(cè)磁體寬度并且表示為P13。盡管圖2中所示的外側(cè)磁體10在圓周方向上通過橋6d劃分成兩個,但是P13表不與一個磁極對應(yīng)的一個外側(cè)磁體10的包括橋6d的圓周寬度。
[0063]下面的公式(I)適用于P6與P13之間的關(guān)系，而公式(2)適用于P6與P7之間的關(guān)系。
[0064]3.5〈Ρ13/Ρ6…(I)
[0065]Ρ7/Ρ6>0.5…(2)
[0066](第一實施例的有益效果)
[0067]第一實施例的電機I使用磁體嵌入式轉(zhuǎn)子6,在磁體嵌入式轉(zhuǎn)子6中，內(nèi)側(cè)磁體9嵌入在轉(zhuǎn)子芯6a中，從而在此處徑向朝內(nèi)設(shè)置并且外側(cè)磁體10在嵌入轉(zhuǎn)子芯6a中，從而在此處徑向朝內(nèi)設(shè)置。因此，磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩兩者都投入實際使用。
[0068]此外，內(nèi)側(cè)定子繞組7b和外側(cè)定子繞組Sb的整節(jié)距繞組分別施加到內(nèi)側(cè)定子7和外側(cè)定子8。具體地說，轉(zhuǎn)子6的極距等于內(nèi)側(cè)定子繞組7b和外側(cè)定子繞組7b所生成的磁場的極距。因此，能夠充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0069]此外，在形成在轉(zhuǎn)子芯6a中的內(nèi)側(cè)凸極6A和外側(cè)凸極6B中，每個內(nèi)側(cè)凸極6A的內(nèi)周面確保與轉(zhuǎn)子6的內(nèi)徑面共圓，并且每個外側(cè)凸極6B的外周面確保與轉(zhuǎn)子6的外徑面共圓。換言之，由于每個內(nèi)側(cè)凸極6A的內(nèi)周面和每個外側(cè)凸極6B的外周面不是凹入形的，所以磁阻不會像專利文獻JP-A-2008-302789中所公開的雙定子電機中那樣增加。因此，能夠有效地使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0070]通過將上面闡述的公式(I)和公式(2)應(yīng)用于轉(zhuǎn)子6的磁路，能夠在P13 (外側(cè)磁體寬度)、P6 (外側(cè)凸極寬度)以及P7 (內(nèi)側(cè)凸極寬度)之間建立適當?shù)年P(guān)系。因此，外側(cè)磁路中的磁轉(zhuǎn)矩的比率能夠 增加。另外，由于磁飽和在轉(zhuǎn)子軛6z中最小化，所以在內(nèi)側(cè)磁路中同樣能夠充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0071]外側(cè)磁路是指磁通量在外側(cè)定子8與轉(zhuǎn)子6之間穿過的磁路。內(nèi)側(cè)磁路是指磁通量在內(nèi)側(cè)定子7與轉(zhuǎn)子6之間穿過的磁路。轉(zhuǎn)子軛6z指轉(zhuǎn)子芯6a的部分，在該部分中，外側(cè)磁路和內(nèi)側(cè)磁路共享磁路徑。[0072]上述的公式(I)和公式(2)的條件被推導(dǎo)為利用計算機上的模型的仿真的結(jié)果。在圖4和圖5中示出了仿真的結(jié)果。
[0073]仿真的模型滿足公式(I)和公式(2)兩者的條件。具體地說，在利用P13/P6作為參數(shù)來計算輸出轉(zhuǎn)矩時，通過滿足公式(2)的條件，如圖4中所示，在公式(I)的范圍(圖4中所示的要求范圍)中，總輸出轉(zhuǎn)矩增加。更具體地說，外側(cè)磁路中的磁轉(zhuǎn)矩變高，并且在內(nèi)側(cè)磁路中內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)矩也變高，內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)矩是磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的總和。
[0074]類似地，當利用P7/P6作為參數(shù)來計算輸出轉(zhuǎn)矩時，通過滿足公式(I)的條件，如從圖5可以看到的，在滿足公式(2)的條件的范圍P7/P6中，總輸出轉(zhuǎn)矩增加。
[0075]該仿真披露了:當滿足公式(I)和公式(2)的條件時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩作為整體被增加，因此能夠?qū)崿F(xiàn)小型且高功率的電機。
[0076](其他實施例)
[0077]參考圖6至圖13，下文中描述與本發(fā)明有關(guān)的第二至第四實施例。
[0078]在第二至第四實施例中，為了省略不必要的解釋，與第一實施例中的組件相同或類似的部件以相同的附圖標記給出。
[0079](第二實施例)
[0080]在第二實施例中，除了設(shè)定第一實施例的公式(I)和公式(2)的條件之外，轉(zhuǎn)子軛6z在徑向上的寬度(轉(zhuǎn)子軛的徑向?qū)挾?的范圍被設(shè)置。圖6是例示根據(jù)第二實施例的電機I的磁路的截面視圖。如圖6所示，轉(zhuǎn)子軛6z的徑向?qū)挾葮擞洖镻14，徑向?qū)挾妊刂B接在內(nèi)側(cè)磁體9與相對的外側(cè)磁體10的磁極的中心CT之間的線來獲取。在這種情況下,建立由下面的公式(3)表示的關(guān)系·。
[0081]Ρ14/(Ρ6+Ρ7)>0.8…(3)
[0082]當建立由公式(3)表示的關(guān)系時，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的磁通量(B卩，穿過轉(zhuǎn)子軛6ζ的磁通量的量)最大化并且輸出轉(zhuǎn)矩增加。圖7示出了利用Ρ14/(Ρ6+Ρ7)作為參數(shù)所計算的作為仿真結(jié)果的輸出轉(zhuǎn)矩。同樣從圖7顯然可見的是，在建立公式(3)的范圍(圖7中所示的要求范圍)中，輸出轉(zhuǎn)矩增加。
[0083](第三實施例)
[0084]在第三實施例中，在滿足第一實施例的公式(I)和公式(2)以及第二實施例的公式(3)的條件下，設(shè)定與電機I的磁路相關(guān)的部分的尺寸范圍。
[0085]圖8是例示根據(jù)第三實施例的電機I的磁路的截面視圖。圖8中所示的磁路中的各部按如下表示為Pl至Ρ13。應(yīng)理解的是，Ρ6 (外側(cè)凸極寬度)、Ρ7 (內(nèi)側(cè)凸極寬度)以及Ρ13 (外側(cè)磁體寬度)與第一實施例中的那些相同。
[0086]外側(cè)定子8的外徑稱為外側(cè)定子外徑并且表示為Pl。
[0087]每個外側(cè)狹縫Sal的直徑稱為外側(cè)狹縫間直徑并且表示為P2。即，如圖8所示，該直徑P2是兩個外側(cè)狹縫8al的底部之間的徑向距離，其直徑穿過軸4的中心軸CL (即，中心O)。
[0088]在定子8的一個極中所包括的外側(cè)齒8a2的數(shù)量(在圖8中為6)乘以一個外側(cè)齒8a2 (圖8中的？31、？32、33汴34汴35或？36)的寬度稱為外側(cè)定子齒寬度并且表示為P3。
[0089]轉(zhuǎn)子6的外徑稱為轉(zhuǎn)子外徑并且表示為P4。
[0090]每個外側(cè)磁體10的徑向厚度稱為外側(cè)磁體厚度并且表示為P5。[0091]每個內(nèi)側(cè)磁體9的徑向厚度稱為內(nèi)側(cè)磁體厚度并且表示為P8。
[0092]轉(zhuǎn)子6的內(nèi)徑稱為轉(zhuǎn)子內(nèi)徑并且表示為P9。
[0093]每個內(nèi)側(cè)狹縫7al的直徑稱為內(nèi)側(cè)狹縫間直徑并且表示為P10。即，如圖8所示，該直徑PlO是兩個外側(cè)狹縫8al的底部之間的徑向距離，其直徑穿過內(nèi)側(cè)定子7的徑向中心(換言之，外側(cè)定子8的徑向中心)。內(nèi)側(cè)定子7和外側(cè)定子8同心地布置。
[0094]在內(nèi)側(cè)定子7的一個極中所包括的內(nèi)側(cè)齒7a2的數(shù)量(圖8中為6)乘以一個內(nèi)側(cè)齒7a2 (圖8中的P111、P112、P113、P114、P115或P116)的寬度稱為內(nèi)側(cè)定子齒寬度并且表示為P11。
[0095]內(nèi)側(cè)定子7的直徑稱為內(nèi)側(cè)定子內(nèi)徑并且表示為P12。
[0096]在滿足第一實施例的公式(I)和(2)的條件并且建立由第二實施例的公式(3)表示的關(guān)系的前提下，在參數(shù)Pl至P13提供至仿真模型的情形下能夠計算輸出轉(zhuǎn)矩。圖9示出了從對每個模型所執(zhí)行的計算獲得的輸出轉(zhuǎn)矩。[0097]基于仿真的結(jié)果，模型分類成三個組，即，產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩的組H1，產(chǎn)生中轉(zhuǎn)矩的組H2以及產(chǎn)生低轉(zhuǎn)矩的組L。
[0098]圖10是列出組H1、H2以及L的設(shè)計規(guī)格的表格。圖10對應(yīng)于下列表格I。
[0099]表格I
[0100]
【權(quán)利要求】
1.一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機,包括: 軸(4)，所述軸(4)通過固定至外殼(2)的軸承(3)可旋轉(zhuǎn)地來支撐； 環(huán)形轉(zhuǎn)子(6)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子(6)固定至所述軸(4)并且配置為與所述軸(4)一起旋轉(zhuǎn)；以及 定子(7，8)，所述定子(7，8)固定至所述外殼(2)并且配置為在所述定子(7，8)與所述轉(zhuǎn)子(6)之間具有間隙， 其中， 所述轉(zhuǎn)子(6)包括: 環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(6a)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(6a)由軟磁材料制成并且配置為具有徑向方向和圓周方向， 多個內(nèi)側(cè)磁體(9)，所述多個內(nèi)側(cè)磁體(9)均由永磁體構(gòu)成，在所述圓周方向上以相等的節(jié)距嵌入在所述轉(zhuǎn)子芯(6a)的徑向內(nèi)側(cè)部中，以及 多個外側(cè)磁體(10)，所述多個外側(cè)磁體(10)均由永磁體構(gòu)成，在所述圓周方向上以相等的節(jié)距嵌入在所述轉(zhuǎn)子芯(6a)的徑向外側(cè)部中； 所述轉(zhuǎn)子芯(6a)包括: 多個內(nèi)側(cè)凸極(6A)，所述多個內(nèi)側(cè)凸極(6A)均形成在所述圓周方向上相互相鄰的兩個內(nèi)側(cè)磁體(9)之間，以及` 多個外側(cè)凸極(6B),所述多個外側(cè)凸極(6A)均形成在所述圓周方向上相互相鄰的兩個外側(cè)磁體(10)之間，所述內(nèi)側(cè)凸極和所述外側(cè)凸極由軟磁材料制成； 所述定子(7，8)至少包括: 內(nèi)側(cè)定子(7)，所述內(nèi)側(cè)定子(7)通過在所述內(nèi)側(cè)定子(7)與所述轉(zhuǎn)子(6)之間留有間隙的方式設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(6)的徑向內(nèi)側(cè)上， 外側(cè)定子(8)，所述外側(cè)定子(8)通過在所述外側(cè)定子(8)與所述轉(zhuǎn)子(6)之間留有的間隙的方式設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子(6)的徑向外側(cè)上， 其中，所述內(nèi)側(cè)定子(7)包括: 內(nèi)側(cè)定子芯(7a)，所述內(nèi)側(cè)定子芯(7a)設(shè)置有在所述圓周方向上以相等的間隔在所述內(nèi)側(cè)定子(7)的徑向外側(cè)圓周(7a0)上形成多個內(nèi)側(cè)狹縫(7al)和在所述圓周方向上以相等的間隔在所述徑向外側(cè)圓周上形成的多個內(nèi)側(cè)齒(7a2)，所述內(nèi)側(cè)狹縫(7al)和所述內(nèi)側(cè)齒(7a2)在所述圓周方向上交替地排列；以及 內(nèi)側(cè)定子繞組(7b)，所述內(nèi)側(cè)定子繞組(7b)穿過所述內(nèi)側(cè)狹縫(7al)整節(jié)距纏繞在所述內(nèi)側(cè)定子芯(7a)上， 所述外側(cè)定子(8)包括 外側(cè)定子芯(8a)，所述外側(cè)定子芯(8a)設(shè)置有在所述圓周方向上以相等的間隔在所述外側(cè)定子(8)的徑向內(nèi)側(cè)圓周(8ai)上形成多個外側(cè)狹縫(8al)和在所述圓周方向上以相等的間隔在所述徑向內(nèi)側(cè)圓周上形成的多個外側(cè)齒(8a2)，所述外側(cè)狹縫(Sal)和所述外側(cè)齒(8a2)在所述圓周方向上交替地排列；以及 外側(cè)定子繞組(8b )，所述外側(cè)定子繞組(Sb )穿過所述外側(cè)狹縫(8al)整節(jié)距纏繞在所述外側(cè)定子芯(8a)處， 其中，滿足關(guān)系:` 3.5〈P13/P6…(I)以及
P7/P6>0.5…(2)， 其中P6表不每個所述外側(cè)凸極(6B)的圓周寬度,P7表不每個所述內(nèi)側(cè)凸極(6A)的圓周寬度，以及P13表示每個所述外側(cè)磁體(10)的圓周寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中， 所述轉(zhuǎn)子芯(6a)包括轉(zhuǎn)子軛(6z)，所述轉(zhuǎn)子軛(6z)提供外側(cè)磁路和內(nèi)側(cè)磁路兩者所共有的磁路徑，來自所述外側(cè)定子(8)的磁通量和來自所述內(nèi)側(cè)定子(7)的磁通量穿過所述磁路徑，以及 滿足關(guān)系 P14/ (Ρ6+Ρ7)>0.8…(3) 其中，Ρ14表示轉(zhuǎn)子軛(6ζ )的在每個所述內(nèi)側(cè)磁體(9)和每個所述外側(cè)磁體(10)之間的極中心(CT)的徑向?qū)挾取?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中: 當所述外側(cè)定子(8)具有外徑Ρ1，穿過所述外側(cè)定子(8)的徑向中心的兩個所述外側(cè)狹縫(8al)的底部之間的直徑是P2，P3表示通過將所述外側(cè)齒(8a2)中的一個的圓周寬度與包含在所述外側(cè)定子(8)的一個磁極中的外側(cè)齒(8a2)的數(shù)量相乘所獲得的圓周長度，所述轉(zhuǎn)子(6 )具有外徑P4，每個所述外側(cè)磁體(10 )具有徑向厚度P5，每個所述內(nèi)側(cè)磁體(9 )具有徑向厚度P8，所述轉(zhuǎn)子(6)具有內(nèi)徑P9，穿過所述外側(cè)定子(8)的所述徑向中心的兩個所述內(nèi)側(cè)狹縫(7al)的底部之間的直徑是P10，P11表示通過將所述內(nèi)側(cè)齒(7a2)中的一個的圓周寬度與包含在所述內(nèi)側(cè)定子(7)中的一個磁極中的內(nèi)側(cè)齒(7a2)的數(shù)量相乘所獲得的圓周長度，以及所述內(nèi)側(cè)`定子(7)具有內(nèi)徑P12時， Pl至P13的尺寸設(shè)定為滿足表格I的組H2中所列出的尺寸比率， 表格I
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中:所述尺寸Pl至P13設(shè)定為滿足所述表格I中的組Hl中所列出的尺寸比率。
【文檔編號】H02K16/04GK103872868SQ201310659951
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】近藤啟次, 草瀨新, 前川武雄 申請人:株式會社電裝