多間隙式旋轉(zhuǎn)電的制造方法
【專利摘要】一種提供一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，其中，該機械設(shè)置有軸（4），軸（4）通過緊固至殼體（3）的軸承（3）以可旋轉(zhuǎn)地方式支承。環(huán)形轉(zhuǎn)子（6），該環(huán)形轉(zhuǎn)子（6）被緊固至軸（4）并構(gòu)造成與軸（4）一起旋轉(zhuǎn)。雙定子（7，8），雙定子（7，8）緊固至殼體（5）并構(gòu)造成在定子（7，8）與轉(zhuǎn)子6之間具有間隙。滿足關(guān)系：3.5<P13/P6…（1）以及P7/P6>1…（2），其中P6表示每個外部凸極（6B）的周向?qū)挾?，P7表示每個內(nèi)部凸極（6A）的周向?qū)挾龋约癙13表示每個外部磁體（10）的周向?qū)挾取?br> 【專利說明】多間隙式旋轉(zhuǎn)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，該多間隙式旋轉(zhuǎn)電機適用于各種用途，諸如，工業(yè)用途和車輛用途，尤其優(yōu)選在混合動力車輛的驅(qū)動馬達中使用。
【背景技術(shù)】
[0002]IPM馬達(內(nèi)部永磁式馬達)作為基于常規(guī)技術(shù)的小型高功率的馬達是眾所周知的。IPM馬達除了可以使用由磁體產(chǎn)生的磁力矩之外還可以使用作為芯吸引力的磁阻轉(zhuǎn)矩。IPM馬達包括雙定子馬達，在雙定子馬達中定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子的徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)。
[0003]例如，特許文獻JP-A-2008-302789公開了一種雙定子馬達。在該雙定子馬達中，永磁體嵌入轉(zhuǎn)子中使得定位在轉(zhuǎn)子的與內(nèi)部定子對置的徑向內(nèi)側(cè)并且也嵌入轉(zhuǎn)子中使得定位在轉(zhuǎn)子的與外部定子對置的徑向外側(cè)。該轉(zhuǎn)子還具有凸極(轉(zhuǎn)子芯部分)，凸極(轉(zhuǎn)子芯部分)中的每個凸極形成在周向相鄰的磁體之間。
[0004]然而，專利文獻JP-A-2008-302789中所公開的馬達由于以下闡述的原因而存在不能增加功率密度的問題。
[0005]a)定子繞組是短節(jié)距繞組。因此，轉(zhuǎn)子的極距與由定子繞組產(chǎn)生的磁場的極距不一致。因此，不能充分地使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0006]b)轉(zhuǎn)子的凸極中的每個凸極的表面是凹形的。具體地，轉(zhuǎn)子的內(nèi)部凸極中的每個內(nèi)部凸極的內(nèi)周表面和外部凸極中的每個外部凸極的外周表面是凹形的。因此，磁阻增加并且不能充分地使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0007]c)通過相對于轉(zhuǎn)子的一個極距增大外部凸極寬度來確保外部磁回路具有高比例的磁阻轉(zhuǎn)矩。然而，這增加了磁路徑的長度并且因此增加了磁阻，導(dǎo)致減少了磁阻轉(zhuǎn)矩。此夕卜，由于凸極寬度的增加必定減小磁體寬度，因此同樣不能充分地使用磁力矩。
[0008]d)此外，由于轉(zhuǎn)子的外部凸極寬度的增加，因此其中磁路徑被外部磁回路與內(nèi)部磁回路所共享的轉(zhuǎn)子軛不可避免地充滿了從外部凸極供給至轉(zhuǎn)子的磁通量。因此，與外部磁回路相比優(yōu)選具有短的磁路徑并且增加磁阻轉(zhuǎn)矩率的內(nèi)部磁回路中的轉(zhuǎn)矩也減少。
[0009]同時，IPM馬達(內(nèi)部永磁式馬達)作為基于常規(guī)技術(shù)的小型高功率的馬達是眾所周知的。除了通過磁體產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩以外，IPM馬達還可以使用作為芯引力的磁阻轉(zhuǎn)矩。IPM馬達包括雙定子式馬達。如在圖19中示出的，在該雙定子式馬達中，內(nèi)部定子110和外部定子120設(shè)置在轉(zhuǎn)子100的徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)。
[0010]例如，專利文獻JP-A-2007-261342公開了雙定子式馬達。在該雙定子式馬達中，面向內(nèi)部定子110的轉(zhuǎn)子芯101具有:內(nèi)周，內(nèi)部磁體130嵌入在該內(nèi)周中；和外周,夕卜部磁體140嵌入在該外周中。因此，在轉(zhuǎn)子芯101中，形成有內(nèi)部凸極102和外部凸極103，內(nèi)部凸極102和外部凸極103各自介于周向相鄰的磁極之間。
[0011]然而，在專利文獻JP-A-2007-261342中公開的馬達存在如以下闡述的問題，而這些問題應(yīng)在馬達被投入實際使用前解決。
[0012]a)很可能在嵌入轉(zhuǎn)子芯101中的永磁體(內(nèi)部磁體130和外部磁體140)中，特別在每個磁極的端部分(兩個周向端部分)中，引起局部退磁。
[0013]b)在內(nèi)部定子110和外部定子120設(shè)置在轉(zhuǎn)子100的徑向內(nèi)側(cè)和徑向外側(cè)的雙定子式馬達中，與外部磁體140相比內(nèi)部磁體130更可能被退磁。
[0014]由于研究了以上闡述的問題，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)下面的基本原因。
[0015]上述事項a)的最大原因在于:在下述轉(zhuǎn)子軛中易于發(fā)生磁飽和:在轉(zhuǎn)子軛中，內(nèi)部磁回路的磁通量和外部磁回路的磁通量結(jié)合在一起并且流經(jīng)轉(zhuǎn)子軛；以及磁飽和引起朝向磁體的內(nèi)側(cè)的磁泄漏,從而導(dǎo)致給磁體施加了大的退磁場。
[0016]易于發(fā)生磁飽和的原因是:轉(zhuǎn)子軛在每個磁極的端部附近具有窄的寬度W，并且該端部具有產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的高密度的q軸磁通量(參見圖20)和產(chǎn)生磁力矩的d軸磁通量(參見圖21)，如在圖19中由粗箭頭表示的。
[0017]另一個引起局部退磁的原因是:引起設(shè)置在磁極之間的凸極102和103的磁飽和的趨勢導(dǎo)致磁泄漏的出現(xiàn)，結(jié)果給每個磁極的靠近凸極的端部分施加了大的退磁場。如在圖20中示出的，磁飽和易于出現(xiàn)的原因是q軸磁通量集中在凸極102和103上，其中，磁極之間的間隔小。
[0018]以上事項b)的原因在于:在雙定子式馬達中，與外部磁回路相比，磁飽和易于在內(nèi)部磁回路中出現(xiàn)；以及磁飽和引起磁泄漏，導(dǎo)致給內(nèi)部磁體130的附近施加了大的退磁場。易于出現(xiàn)的磁飽和原因是設(shè)置在轉(zhuǎn)子100的徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)部定子110具有比設(shè)置在轉(zhuǎn)子100的徑向外側(cè)的外部定子120小的空間占有率。具體地，如果試圖在內(nèi)部定子110中確保等同于外部定子120的尺寸的槽尺寸，則內(nèi)部定子110必須要具有小的齒寬。磁體的退磁的原因首先是退磁場相對于磁體的保持力較大(保持力與每個磁體的厚度成比例)。因此，克服磁體退磁的有效措施是增加每個磁體的厚度。然而，在雙定子式馬達中，每個磁體的厚度的增加導(dǎo)致內(nèi)部定子和外部定子的任一者中的轉(zhuǎn)子軛或者背軛的厚度減少。因此，引起磁飽和并且馬達性能被削弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明考慮了上面闡述的情況并且其一個目的是提供一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，該旋轉(zhuǎn)電機能夠通過提供一種磁阻轉(zhuǎn)矩在內(nèi)部磁回路中得到充分使用的構(gòu)型來增加外部磁回路的磁力矩率并且提高輸出轉(zhuǎn)矩。
[0020]本發(fā)明提供一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，該多間隙式旋轉(zhuǎn)電機作為一個目的能夠在不削弱機器的性能的情況下防止每個轉(zhuǎn)子極的端部中的磁體的退磁，并且作為一個目的，與在外部磁體中相比,能夠更大程度地提高對內(nèi)部磁體的退磁的阻抗力。
[0021]—個不例性實施方式提供了一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，該多間隙式旋轉(zhuǎn)電機包括:軸(4)，軸(4)通過固定至殼體(2)的軸承(3)以可旋轉(zhuǎn)的方式支承；環(huán)形轉(zhuǎn)子(6)，環(huán)形轉(zhuǎn)子(6)固定至軸(4)并且構(gòu)造成與軸(4)一起旋轉(zhuǎn)；以及定子(7，8)，定子(7，8)固定至殼體
(2)并且構(gòu)造成在定子(7，8)與轉(zhuǎn)子(6)之間具有間隙。
[0022]轉(zhuǎn)子(6)包括:環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(6a)，環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(6a)由軟磁材料制成并且構(gòu)造成具有徑向方向和周向方向；多個內(nèi)部磁體(9),多個內(nèi)部磁體(9)均由永磁體構(gòu)成并且在周向方向上以相等的節(jié)距嵌入所述轉(zhuǎn)子芯(6a)的徑向內(nèi)部部分中；以及多個外部磁體(10)，多個外部磁體(10)均由永磁體構(gòu)成并且在周向方向上以相等的節(jié)距嵌入所述轉(zhuǎn)子芯(6a)的徑向外部部分中。
[0023]轉(zhuǎn)子芯(6a)包括:多個內(nèi)部凸極(6A)，多個內(nèi)部凸極(6A)均形成在沿周向方向相互相鄰的兩個內(nèi)部磁體(9 )之間；以及多個外部凸極(6B)，多個外部凸極(6B)均形成在沿周向方向相互相鄰的兩個外部磁體(10)之間，內(nèi)部凸極和外部凸極由軟磁材料制成。
[0024]定子(7，8)至少包括:內(nèi)部定子(7)，內(nèi)部定子(7)以在內(nèi)部定子(7)與轉(zhuǎn)子(6)之間留有間隙的方式位于轉(zhuǎn)子(6)的徑向內(nèi)側(cè)；以及外部定子(8)，外部定子(8)以在外部定子(8)與轉(zhuǎn)子(6)之間留有間隙的方式位于轉(zhuǎn)子(6)的徑向外側(cè)。
[0025]內(nèi)部定子(7)包括:內(nèi)部定子芯(7a)，內(nèi)部定子芯(7a)設(shè)置有在周向方向上以相等的間隔形成在內(nèi)部定子(7)的徑向外周(7ao)上的多個內(nèi)部槽(7al)和在周向方向上以相等的間隔形成在徑向外周上的多個內(nèi)部齒(7a2)，內(nèi)部槽(7al)和內(nèi)部齒(7a2)在周向方向上交替排列；以及內(nèi)部定子繞組(7b)，內(nèi)部定子繞組(7b)穿過內(nèi)部槽(7al)整節(jié)距地纏繞在內(nèi)部定子芯(7a)處。
[0026]外部定子(8)包括:外部定子芯(8a),外部定子芯(8a)設(shè)置有在周向方向上以相等的間隔形成在外部定子(8)的徑向內(nèi)周(8ai)上的多個外部槽(8al)和在周向方向上以相等的間隔形成在徑向內(nèi)周上的多個外部齒(8a2)，外部槽(8al)和外部齒(8a2)在周向方向上以交替地方式排列；以及定子繞組(8b)，外部定子繞組(Sb)穿過外部槽(8al)整節(jié)距地纏繞在外部定子芯(8a)處，
[0027]在前述的結(jié)構(gòu)中，滿足關(guān)系:
[0028]3.5<P13/P6 …(I)以及
[0029]P7/P6>1 …(2)，其中，P6表示外部凸極(6B)中的每個外部凸極的周向?qū)挾龋琍7表示內(nèi)部凸極(6A)的每個內(nèi)部凸極的周向?qū)挾?，并且P13表示外部磁體(10)的每個外部磁體的周向?qū)挾取！?br> [0030]在本發(fā)明的多間隙式旋轉(zhuǎn)電機中，內(nèi)部磁體嵌入轉(zhuǎn)子芯中使得定位在轉(zhuǎn)子芯的徑向內(nèi)部并且外部磁體嵌入轉(zhuǎn)子芯中使得定位在轉(zhuǎn)子芯的徑向外部以提供內(nèi)部凸極和外部凸極，內(nèi)部凸極中的每個內(nèi)部凸極位于周向相鄰的內(nèi)部磁體之間，外部凸極中的每個外部凸極位于周向相鄰的外部磁體之間。因此，磁力矩和磁阻轉(zhuǎn)矩兩者均投入實際使用。并且，內(nèi)部定子和外部定子分別地應(yīng)用了內(nèi)部定子繞組的整節(jié)距繞組和外部定子繞組的整節(jié)距繞組。具體地，轉(zhuǎn)子的極距等于由內(nèi)部定子繞組和外部定子繞組產(chǎn)生的磁場的極距。因此，能夠充分地使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0031]此外，在公式(I)和公式(2)的條件滿足的情況下，可以在P13 (外部磁體寬度)、P6(外部凸極寬度)和P7 (內(nèi)部凸極寬度)之間建立合適的關(guān)系。因此，外部磁回路中的磁力矩率增加。另外，防止其中磁路徑被外部磁回路和內(nèi)部磁回路所共享的轉(zhuǎn)子軛磁飽和。因此，內(nèi)部磁回路中的磁阻轉(zhuǎn)矩也可以充分地使用。
[0032]通過此方式，本發(fā)明的多間隙式旋轉(zhuǎn)電機能夠提高輸出轉(zhuǎn)矩、減小尺寸并且增加功率。
[0033]另一個不例性實施方式提供一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機，該多間隙式旋轉(zhuǎn)電機包括:軸(53)，軸(53)具有定義為軸向方向的縱向方向，該該軸提供關(guān)于軸向方向定義的徑向方向和周向方向；環(huán)形轉(zhuǎn)子(54)，該環(huán)形轉(zhuǎn)子(54)牢固地設(shè)置在軸(53)上使得轉(zhuǎn)子和軸關(guān)于軸的中心軸線一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子和軸彼此同中心；內(nèi)部定子(55),該內(nèi)部定子(55)以在內(nèi)部定子與轉(zhuǎn)子之間留有間隙的方式設(shè)置在轉(zhuǎn)子的徑向內(nèi)側(cè)，；以及外部定子(56)，該外部定子
(56)以在外部定子與轉(zhuǎn)子之間留有間隙的方式設(shè)置在轉(zhuǎn)子的徑向外側(cè)；其中，轉(zhuǎn)子包括:環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(54a),該環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(54a)由軟磁材料制成；內(nèi)部磁體(59),該內(nèi)部磁體(59)在轉(zhuǎn)子芯中設(shè)置在徑向內(nèi)部位置處，該徑向內(nèi)部位置靠近轉(zhuǎn)子芯的徑向內(nèi)周，內(nèi)部磁體提供多個內(nèi)部轉(zhuǎn)子極；以及外部磁體(59)，該外部磁體設(shè)置在轉(zhuǎn)子芯的徑向外部位置處，該徑向外部位置靠近轉(zhuǎn)子芯的徑向外周，外部磁體提供多個外部轉(zhuǎn)子極；其中，該轉(zhuǎn)子芯包括:多個內(nèi)部凸極(54b)，所述多個內(nèi)部凸極(54b)各自定位在沿周向方向相互相鄰兩個內(nèi)部轉(zhuǎn)子極之間；以及多個外部凸極(54c)，所述多個外部凸極(54c)各自定位在沿周向方向相互相鄰的兩個外部轉(zhuǎn)子極之間，其中，該內(nèi)部轉(zhuǎn)子極與外部轉(zhuǎn)子極中的每一者在周向方向上具有兩個端部，該內(nèi)部磁體和外部磁體中的每一者在徑向方向上具有厚度，內(nèi)部磁體中的每個內(nèi)部磁體具有徑向外周表面并且外部磁體中的每個外部磁體具有徑向內(nèi)周表面，并且內(nèi)部磁體和外部磁體中的至一者的端部的徑向內(nèi)/外周表面具有傾斜部,傾斜部隨著在周向方向上朝向磁體中的每個磁體的端部靠近而逐漸地減小厚度。
[0034]在本發(fā)明的多間隙式旋轉(zhuǎn)電機中，內(nèi)部磁體和外部磁體中的任一者的或者兩者的與定子相反的表面相對于磁體的周向中心部分朝向磁體的周向端部傾斜以逐漸地減小磁體的在磁極端中的厚度。換句話說，其中產(chǎn)生內(nèi)部轉(zhuǎn)子極和外部轉(zhuǎn)子極共享的磁路徑的轉(zhuǎn)子軛的徑向?qū)挾认鄬τ跇O中心部分朝向每個內(nèi)部轉(zhuǎn)子極或者外部轉(zhuǎn)子極的周向端部逐漸地增加(變寬)。因此，在轉(zhuǎn)子軛中，磁飽和在極端部的附近被最小化。因此，防止了在磁體的極端部中出現(xiàn)局部退磁。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]在附圖中:
[0036]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的馬達的結(jié)構(gòu)的豎直截面圖；
[0037]圖2是示出了馬達的磁回路的截面圖；
[0038]圖3是示出了內(nèi)部定子繞組及外部定子繞組連接至逆變器的狀態(tài)的連接圖；
[0039]圖4示出了由仿真結(jié)果得來的P13/P6關(guān)于轉(zhuǎn)矩的范圍；
[0040]圖5示出了由仿真結(jié)果得來的P7/P6關(guān)于轉(zhuǎn)矩的范圍；
[0041]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的馬達的磁回路的截面圖；
[0042]圖7是示出了通過根據(jù)第二實施方式的模型產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的計算結(jié)果的圖；
[0043]圖8是列出了馬達的磁回路的各個部分處的尺寸范圍的表格；
[0044]圖9是列出了圖7中示出的模型31的設(shè)計規(guī)范的表格；
[0045]圖10是列出了圖7中示出的模型123的設(shè)計規(guī)范的表格；
[0046]圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的馬達的構(gòu)型的豎直截面圖；
[0047]圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的馬達的構(gòu)型的豎直截面圖；
[0048]圖13是示出了根據(jù)第四實施方式的馬達在周向方向上的I / 4磁回路的截面圖；
[0049]圖14A和圖14B是各自示出了根據(jù)第四實施方式的轉(zhuǎn)子的局部截面圖；
[0050]圖15是示出了內(nèi)部定子繞組和外部定子繞組連接至逆變器的狀態(tài)的連接圖；
[0051]圖16A和圖16B是均示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的轉(zhuǎn)子的局部截面圖；
[0052]圖17A和圖17B是均示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的轉(zhuǎn)子的局部截面圖；[0053]圖18是示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的馬達的構(gòu)型的豎直截面圖；
[0054]圖19是示出了根據(jù)常規(guī)技術(shù)的馬達的磁回路的局部截面圖；
[0055]圖20是示出了根據(jù)常規(guī)技術(shù)的轉(zhuǎn)子的局部截面圖以示出q_軸磁通量的流量；以及
[0056]圖21是示出了根據(jù)常規(guī)技術(shù)的轉(zhuǎn)子的局部截面圖以示出d軸磁通量的流量。【具體實施方式】
[0057]參照附圖，在下文中描述了本發(fā)明的若干實施方式。
[0058](第一實施方式)
[0059]首先，參照圖1至圖5，在下文中了描述本發(fā)明的第一實施方式。
[0060]在第一實施方式中，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)動馬達I。
[0061]圖1是示出了馬達I的構(gòu)型的豎直截面圖。如圖1中所示，第一實施方式的馬達I包括馬達殼體2、軸4、轉(zhuǎn)子6、內(nèi)部定子7以及外部定子8。軸4被馬達殼體2經(jīng)由軸承3以可旋轉(zhuǎn)的方式支持。轉(zhuǎn)子6是環(huán)形的并且被軸4經(jīng)由轉(zhuǎn)子保持構(gòu)件5支承。內(nèi)部定子7設(shè)置在轉(zhuǎn)子6的徑向內(nèi)側(cè)。外部定子8設(shè)置在轉(zhuǎn)子6的徑向外側(cè)。
[0062]軸4構(gòu)造成繞穿過在軸4的圓形截面中的中心O的縱向中心軸線CL進行旋轉(zhuǎn)，軸4的該圓形截面與縱向截面垂直。因此，轉(zhuǎn)子6、內(nèi)部定子7以及外部定子8與中心軸線CL相互同軸地設(shè)置。
[0063]例如，轉(zhuǎn)子保持構(gòu)件5由非磁性的SUS材料形成并且包括圓筒形部5a和轉(zhuǎn)子盤5bο圓筒形部5a配合并且固定至軸4的外周。轉(zhuǎn)子盤5b是盤形形狀的并且從圓筒形部5a的端部徑向向外延伸。轉(zhuǎn)子6固定至轉(zhuǎn)子盤5b。
[0064]如圖2中所示，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)部磁體9)以及永磁體10 (下文中稱為外部磁體10)。內(nèi)部磁體9嵌入轉(zhuǎn)子芯6a中使得定位在轉(zhuǎn)子芯6a的徑向內(nèi)部，并且外部磁體10嵌入轉(zhuǎn)子芯6a中使得定位在轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外部。
[0065]例如，轉(zhuǎn)子芯6a通過堆疊多個芯薄片而構(gòu)成，該多個芯薄片中的每個芯薄片通過對電磁鋼板進行環(huán)狀地施壓和沖孔而形成。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)部磁體插入槽6b和內(nèi)部凸極6A。轉(zhuǎn)子芯6a還具有徑向外周部，該徑向外周部設(shè)置有外部磁體插入孔6c和外部凸極6B。
[0066]內(nèi)部磁體插入槽6b和外部磁體插入孔6c均沿堆疊芯薄片的方向形成在整個轉(zhuǎn)子芯6a上，從而在轉(zhuǎn)子芯6a的周向方向上具有預(yù)定的開口寬度。另外，以預(yù)定的間隔在轉(zhuǎn)子芯6a的周向方向上形成數(shù)量與轉(zhuǎn)子6的極的數(shù)量相等的內(nèi)部磁體插入槽6b和外部磁體插入孔6c。內(nèi)部磁體插入槽6b中的每個內(nèi)部磁體插入槽形成為槽形，其中，轉(zhuǎn)子芯6a的內(nèi)周側(cè)是開口的。外部磁體插入孔6c中的每個外部磁體插入孔形成為孔形，其中，轉(zhuǎn)子芯6a的外周側(cè)是封閉的。
[0067]內(nèi)部凸極6A中的每個內(nèi)部凸極形成在沿周向方向相鄰的內(nèi)部磁體插入槽6b之間。外部凸極6B中的每個外部凸極形成在沿周向方向相鄰的外部磁體插入孔6c之間。轉(zhuǎn)子芯6a中的內(nèi)部凸極6A的周向位置被確保成與相應(yīng)的外部凸極6B的周向位置一致。每個內(nèi)部凸極6A具有確保成與轉(zhuǎn)子6的內(nèi)半徑表面共圓的內(nèi)周表面。另外，每個外部凸極6B具有確保成與轉(zhuǎn)子6的外半徑表面共圓的外周表面。
[0068]內(nèi)部磁體9被插入形成在轉(zhuǎn)子芯6a中的相應(yīng)的內(nèi)部磁體插入槽6b,以沿周向方向以偶數(shù)節(jié)距設(shè)置。
[0069]外部磁體10被插入形成在轉(zhuǎn)子芯6a中的相應(yīng)的外部磁體插入孔6c,以沿周向方向以偶數(shù)節(jié)距設(shè)置。
[0070]如通過圖2中的空心箭頭所示，內(nèi)部磁體9和外部磁體10在轉(zhuǎn)子6的徑向方向上被磁化。正如可看出的，在周向方向上相鄰的磁體之間，極性的方向彼此不同。另外，在沿徑向方向面對的內(nèi)部磁體9與外部磁體10之間，極性的方向彼此相反。
[0071]在圖2中所示的轉(zhuǎn)子6a中，用于插入外部磁體10的每個外部磁體插入孔6c具有周向中心部，在該周向中心部處，孔6c被劃分成兩個孔并且橋接部6d被形成為連接外部磁體插入孔6c的內(nèi)周側(cè)和外周側(cè)。設(shè)置橋接部6d是為了當(dāng)外部磁體10由于離心力的作用而被徑向向外施壓時防止轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外部部分的徑向向外擴張,該轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外部部分覆蓋外部磁體10的外周表面。因此，在圖2中被劃分成兩個孔的磁體插入孔6c可劃分成三個孔或更多孔。然而，外部磁體插入孔6c并不是一定要進行劃分，除非轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外部部分會與外部定子8接觸，或者，換言之，只要轉(zhuǎn)子芯6a的徑向外部部分的變形小到使離心力的作用是可忽略的即可。
[0072]在圖2中所示的轉(zhuǎn)子6中，外部磁體10插入并且嵌入相應(yīng)的外部磁體孔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)部磁體9以暴露磁體的徑向內(nèi)周表面的方式插入相應(yīng)的內(nèi)部磁體插入槽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包封的磁體嵌入式結(jié)構(gòu)，而是還可應(yīng)用于其中永磁體以暴露磁體的表面(徑向內(nèi)周表面或外周表面)的方式嵌入轉(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)”定義為包括“鑲嵌結(jié)構(gòu)”。
[0073]如圖1和圖2中所示，內(nèi)部定子7包括具有徑向外周7ao的內(nèi)部定子芯7a(參見圖2)和三相(U、V和W)的內(nèi)部定子繞組7b (參見圖1)。在內(nèi)部定子芯7a的徑向外周7ao上，在周向方向上以固定間隔形成有多個內(nèi)部槽7al,其中,在沿周向方向相鄰的內(nèi)部槽7al之間形成有內(nèi)部齒7a2。如圖2中所示，每個內(nèi)部槽7al具有底部7bt。內(nèi)部定子繞組7b的整節(jié)距繞組應(yīng)用于內(nèi)部定子芯7a。
[0074]如圖1和圖2中所示，外部定子8包括具有徑向內(nèi)周8ai的外部定子芯8a(參見圖2)和三相(X、Y和Z)的外部定子繞組8b (參加圖1)。在外部定子芯8a的徑向外周8ai上，在周向方向上以固定間隔形成有多個外部槽8al，其中，在周向方向上相鄰的外部槽Sal之間形成外部齒8a2。如圖2中所示，每個外部槽8al具有底部8bt。外部定子繞組Sb的整節(jié)距繞組應(yīng)用于內(nèi)部定子芯8a。
[0075]在內(nèi)部定子7和外部定子8中，槽的數(shù)量是相同的。
[0076]圖3是示出內(nèi)部定子繞組7b和外部定子繞組Sb連接至逆變器11的狀態(tài)的連接圖。例如，如圖3中所示，U相、V相以及W相內(nèi)部定子繞組7b分別串聯(lián)連接至X相、Y相以及Z相外部定子繞組Sb以建立連接至逆變器11的星型連接。逆變器11受未示出的ECU(電子控制單元)控制。ECU基于源自未示出的轉(zhuǎn)子位置傳感器的信息來執(zhí)行控制，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的電能轉(zhuǎn)換成交流電能并且將經(jīng)轉(zhuǎn)換的電能供給至內(nèi)部定子繞組7b和外部定子繞組Sb。
[0077]當(dāng)內(nèi)部定子繞組7b和外部定子繞組Sb經(jīng)由逆變器11而被激勵時，內(nèi)部定子7和外部定子8均以這樣的方式產(chǎn)生繞組磁動勢:在相同的周向位置處經(jīng)由轉(zhuǎn)子6在彼此徑向相對的磁極中產(chǎn)生相同的極性。
[0078]下文中描述關(guān)于轉(zhuǎn)子6的磁路的設(shè)計規(guī)范。
[0079]首先，圖2中所示的磁路部分定義如下。
[0080]每個外部凸極6B的周向?qū)挾确Q為外部凸極寬度并且表示為P6。
[0081]每個內(nèi)部凸極6A的周向?qū)挾确Q為內(nèi)部凸極寬度并且表示為P7。
[0082]每個外部磁體10的周向?qū)挾确Q為外部磁體寬度并且表示為P13。
[0083]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。
[0084]3.5<P13/P6 …(I)
[0085]P7/P6>1…(2)
[0086](第一實施方式的有益效果)
[0087]第一實施方式的馬達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)部磁體9嵌入轉(zhuǎn)子芯6a從而定位在轉(zhuǎn)子芯6a徑向內(nèi)部并且外部磁體10嵌入轉(zhuǎn)子芯6a從而定位在轉(zhuǎn)子芯6a徑向外部。因此，磁力矩和磁阻轉(zhuǎn)矩兩者都投入實際使用。
·[0088]此外，內(nèi)部定子繞組7b和外部定子繞組Sb的整節(jié)距繞組分別應(yīng)用于內(nèi)部定子7和外部定子8。具體地，轉(zhuǎn)子6的極距等于由內(nèi)部定子繞組7b和外部定子繞組7b所產(chǎn)生的磁場的極距。因此，能夠充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0089]此外，在轉(zhuǎn)子芯6a中形成的內(nèi)部凸極6A和外部凸極6B中，每個內(nèi)部凸極6A的內(nèi)周表面被確保成與轉(zhuǎn)子6的內(nèi)半徑表面共圓，并且每個外部凸極6B的外周表面被確保成與轉(zhuǎn)子6的外半徑表面共圓。換言之，由于每個內(nèi)部凸極6A的內(nèi)周表面和每個外部凸極6B的外周表面不是凹入的，所以磁阻將不會如在專利文獻JP-A-2008-302789中所公開的雙定子馬達中那樣增加。因此，能夠有效地使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0090]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 (外部磁體寬度)、P6 (外部凸極寬度)以及P7 (內(nèi)部凸極寬度)之間建立適當(dāng)?shù)年P(guān)系。因此，能夠增加在外部磁路中的磁力矩率。另外，由于在轉(zhuǎn)子軛6z中磁飽和被最小化，所以在內(nèi)部磁路中同樣能夠充分使用磁阻轉(zhuǎn)矩。
[0091]外部磁路指其中磁通量在外部定子8與轉(zhuǎn)子6之間穿過的磁路。內(nèi)部磁路指其中磁通量在內(nèi)部定子7與轉(zhuǎn)子6之間穿過的磁路。轉(zhuǎn)子軛6z指轉(zhuǎn)子芯6a的一部分，在這一部分中，外部磁路與內(nèi)部磁路共享磁路徑。
[0092]在計算機上利用模型仿真而得到上面闡述的公式(I)和公式(2)的條件。在圖4和圖5中示出了仿真的結(jié)果。
[0093]仿真的模型滿足公式(I)和公式(2)兩者的條件。具體地，在滿足公式(2)的條件的情況下，當(dāng)利用P13/P6作為參數(shù)來計算輸出轉(zhuǎn)矩時，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，在外部磁路中的磁力矩變高，并且在內(nèi)部磁路中內(nèi)部轉(zhuǎn)矩也變高，內(nèi)部轉(zhuǎn)矩是磁力矩和磁阻轉(zhuǎn)矩的總和。
[0094]類似地，在滿足公式(I)的條件的情況下，當(dāng)利用P7/P6作為參數(shù)來計算輸出轉(zhuǎn)矩時，如可以從圖5看到的，在P7/P6>1的范圍中即滿足公式(2)的條件，總輸出轉(zhuǎn)矩增加。
[0095]該仿真揭示出，當(dāng)滿足公式(I)和公式(2)的條件時，馬達的輸出轉(zhuǎn)矩整體上增力口，因此能夠?qū)崿F(xiàn)小型且高功率的馬達。
[0096](其他實施方式)
[0097]參照圖6至圖13，下文中描述涉及本發(fā)明的第二至第四實施方式。
[0098]在第二和第三實施方式中，為了省略不必要的解釋，與第一實施方式中的組件相同或類似的部件以相同的附圖標(biāo)記給出。
[0099](第二實施方式)
[0100]在第二實施方式中，在滿足第一實施方式的公式(I)和公式(2)的條件下，設(shè)定與馬達I的磁路相關(guān)的部分的尺寸范圍。
[0101]圖6是示出根據(jù)第三實施方式的馬達I的磁路的截面視圖。圖6中所示的磁路中的各部分按如下表示為Pl至P13。應(yīng)理解的是，P6 (外部凸極寬度)、P7 (內(nèi)部凸極寬度)以及P13 (外部磁體寬度)與第一實施方式中的P6 (外部凸極寬度)、P7 (內(nèi)部凸極寬度)以及P13 (外部磁體寬度)相同。
[0102]外部定子8的外直徑稱為外部定子外直徑并且表示為P1。
[0103]每個外部槽8al的外直徑稱為外部槽外直徑并且表示為P2。即，如圖6中所示，該直徑P2是經(jīng)過軸4的中心軸線CL——S卩，中心O——的兩個外部槽8al的底部之間的徑向距離。
[0104]在定子8的一個極中所包括的外部齒8a2的數(shù)量(圖6中為6)乘以一個外部齒8a2的寬度(圖6中的？31、？32、33、？34、？35或？36)稱為外部定子齒寬度并且表示為卩3。
[0105]轉(zhuǎn)子6的外直徑稱為轉(zhuǎn)子外直徑并且表示為P4。
[0106]每個外部磁體10的徑向厚度稱為外部磁體厚度并且表示為P5。
[0107]每個內(nèi)部磁體9的徑向厚度稱為內(nèi)部磁體厚度并且表示為P8。
[0108]轉(zhuǎn)子6的內(nèi)直徑稱為轉(zhuǎn)子內(nèi)直徑并且表示為P9。
[0109]每個內(nèi)部槽7al的內(nèi)直徑稱為內(nèi)部槽內(nèi)直徑并且表示為P10。即，如圖6中所示，該直徑PlO是經(jīng)過內(nèi)部定子7的徑向中心(換言之，外部定子8的徑向中心)的兩個內(nèi)部槽7al的底部之間的徑向距離。同心地布置內(nèi)部定子7和外部定子8。
[0110]在內(nèi)部定子7的一個極中所包括的內(nèi)部齒7a2的數(shù)量(圖6中為6)乘以一個內(nèi)部齒7a2的寬度(圖6中的？111、？112、？113、？114、？115或？116)稱為內(nèi)部定子齒寬度并且表示為P11。
[0111]內(nèi)部定子7的內(nèi)直徑稱為內(nèi)部定子內(nèi)直徑并且表示為P12。
[0112]在滿足第一實施方式的公式(I)和(2)的條件并且建立了通過第二實施方式的公式(3)表達的關(guān)系的前提下，通過提供至仿真模型的參數(shù)Pl至P13能夠計算輸出轉(zhuǎn)矩。圖7示出了從對每個模型執(zhí)行的計算獲得的輸出轉(zhuǎn)矩。
[0113]基于仿真的結(jié)果，模型分類成三個組，S卩，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。
[0114]圖8是列出組H1、H2以及L的設(shè)計規(guī)范的表格。圖8對應(yīng)于下列表格I。
[0115]表格I
[0116]
【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)通過固定至殼體(2)的軸承(3)以可旋轉(zhuǎn)的方式被支承； 環(huán)形轉(zhuǎn)子(6 )，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子(6 )固定至所述軸(4 )并且構(gòu)造成與所述軸(4 ) 一起旋轉(zhuǎn)；以及 定子(7，8)，所述定子(7，8)固定至所述殼體(2)并且構(gòu)造成在所述定子(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構(gòu)造成具有徑向方向和周向方向， 多個內(nèi)部磁體(9)，所述多個內(nèi)部磁體(9)均由永磁體構(gòu)成并且在所述周向方向上以相等的節(jié)距嵌入所述轉(zhuǎn)子芯(6a)的徑向內(nèi)部部分中，以及 多個外部磁體(10),所述多個外部磁體(10)均由永磁體構(gòu)成并且在所述周向方向上以相等的節(jié)距嵌入所述轉(zhuǎn)子芯(6a)的徑向外部部分中； 所述轉(zhuǎn)子芯(6a)包括: 多個內(nèi)部凸極(6A)，所述多個內(nèi)部凸極(6A)均形成在所述內(nèi)部磁體(9)中的在所述周向方向上相互相鄰的兩個內(nèi)部磁體之間，以及` 多個外部凸極(6B)，所述多個外部凸極(6B)均形成在所述外部磁體(10)中的在所述周向方向上相互相鄰的兩個外部磁體之間，所述內(nèi)部凸極和所述外部凸極由軟磁材料制成； 所述定子(7，8)至少包括: 內(nèi)部定子(7)，所述內(nèi)部定子(7)以在所述內(nèi)部定子(7)與所述轉(zhuǎn)子(6)之間留有間隙的方式位于所述轉(zhuǎn)子(6)的徑向內(nèi)側(cè)， 外部定子(8)，所述外部定子(8)以在所述外部定子(8)與所述轉(zhuǎn)子(6)之間留有間隙的方式位于所述轉(zhuǎn)子(6)的徑向外側(cè)， 其中，所述內(nèi)部定子(7)包括: 內(nèi)部定子芯(7a)，所述內(nèi)部定子芯(7a)設(shè)置有在所述周向方向上以相等的間隔形成在所述內(nèi)部定子(7)的徑向外周(7ao)上的多個內(nèi)部槽(7al)和在所述周向方向上以相等的間隔形成在所述徑向外周上的多個內(nèi)部齒(7a2)，所述內(nèi)部槽(7al)和所述內(nèi)部齒(7a2)在所述周向方向上交替排列；以及 內(nèi)部定子繞組(7b )，所述內(nèi)部定子繞組(7b )穿過所述內(nèi)部槽(7al)整節(jié)距地纏繞在所述內(nèi)部定子芯(7a)處， 所述外部定子(8)包括: 外部定子芯(8a)，所述外部定子芯(8a)設(shè)置有在所述周向方向上以相等的間隔形成在所述外部定子(8)的徑向內(nèi)周(Sai)上的多個外部槽(Sal)和在所述周向方向上以相等的間隔在所述徑向內(nèi)周上的多個外部齒(8a2)，所述外部槽(Sal)和所述外部齒(8a2)在所述周向方向上交替排列；以及 外部定子繞組(8b)，所述外部定子繞組(Sb)穿過所述外部槽(Sal)整節(jié)距地纏繞在所述外部定子芯(8a)處，其中，滿足關(guān)系: `3.5<P13/P6 …(I)以及 P7/P6>1 …(2)， 其中，P6表示所述外部凸極(6B)中的每個外部凸極的周向?qū)挾龋琍7表示所述內(nèi)部凸極(6A )中的每個內(nèi)部凸極的周向?qū)挾?，并且P13表示所述外部磁體(IO )中的每個外部磁體的周向?qū)挾取?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中， 當(dāng)所述外部定子(8)具有外直徑P1，經(jīng)過所述外部定子(8)的徑向中心的兩個所述外部槽(8al)的底部之間的直徑是P2，P3表示通過將所述外部齒(8a2)中一個外部齒的周向?qū)挾扰c在所述外部定子(8)的一個磁極中包含的外部齒(8a2)的數(shù)量相乘而獲得的周向長度，所述轉(zhuǎn)子(6)具有外直徑P4，所述外部磁體(10)中的每個外部磁體具有徑向厚度P5，所述內(nèi)部磁體(9 )中的每個內(nèi)部磁體具有徑向厚度P8，所述轉(zhuǎn)子(6 )具有內(nèi)直徑P9，經(jīng)過所述外部定子(8)的所述徑向中心的兩個所述內(nèi)部槽(7al)的底部之間的直徑是P10，P11表示通過將所述內(nèi)部齒(7a2)中的一個內(nèi)部齒的周向?qū)挾扰c在所述內(nèi)部定子(7)的一個磁極中包含的內(nèi)部齒(7a2)的數(shù)量相乘而獲得的周向長度，以及所述內(nèi)部定子(7)具有內(nèi)直徑P12時， Pl至P13的尺寸設(shè)定成滿足表格I的組H2中所列出的尺寸比，其中，Pl的尺寸設(shè)定為I作為基準: 表格I`
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中， 所述尺寸Pl至P13設(shè)定成滿足在表格I的組Hl中所列出的尺寸比。
4.一種多間隙式旋轉(zhuǎn)電機,包括: 軸(53 )，所述軸(53 )具有定義為軸向方向的縱向方向，所述軸提供關(guān)于所述軸向方向定義的徑向方向和周向方向； 環(huán)形轉(zhuǎn)子(54)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子(54)牢固地設(shè)置在所述軸(53)上使得所述轉(zhuǎn)子與所述軸關(guān)于所述軸的中心軸線一起旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子和所述軸彼此同中心； 內(nèi)部定子(55)，所述內(nèi)部定子(55)以在所述內(nèi)部定子與所述轉(zhuǎn)子之間留有間隙的方式設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的徑向內(nèi)側(cè)；以及 外部定子(56)，所述外部定子(56)以在所述外部定子與所述轉(zhuǎn)子之間留有間隙的方式設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的徑向外側(cè)； 其中，所述轉(zhuǎn)子包括: 環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(54a)，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子芯(54a)由軟磁材料制成； 內(nèi)部磁體(59)，所述內(nèi)部磁體(59)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子芯中的徑向內(nèi)部位置處，所述徑向內(nèi)部位置靠近所述轉(zhuǎn)子芯的徑向內(nèi)周，所述內(nèi)部磁體提供多個內(nèi)部轉(zhuǎn)子極，以及 外部磁體(59)，所述外部磁體(59)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子芯中的徑向外部位置處，所述徑向外部位置靠近所述轉(zhuǎn)子芯的徑向外周，所述外部磁體提供多個外部轉(zhuǎn)子極， 其中，所述轉(zhuǎn)子芯包括:多個內(nèi)部凸極(54b)，所述多個內(nèi)部凸極(54b)各自定位在所述內(nèi)部轉(zhuǎn)子極中的在周向方向上相互相鄰的兩個內(nèi)部轉(zhuǎn)子極之間；以及多個外部凸極(54c ),所述多個外部凸極(54c )各自定位在所述外部轉(zhuǎn)子極中的所述周向方向上相互相鄰的兩個外部轉(zhuǎn)子極之間， 其中，所述內(nèi)部轉(zhuǎn)子極與所述外部轉(zhuǎn)子極中的每一者在所述周向方向上具有兩個端部， 所述內(nèi)部磁體和所述外部磁體中的每一者在所述徑向方向上具有厚度， 所述內(nèi)部磁體中的每個內(nèi)部磁體具有徑向外周表面并且所述外部磁體中的每個外部磁體具有徑向內(nèi)周表面，并且 所述內(nèi)部磁體和所述外部磁體中的至少一者的所述端部的所述徑向內(nèi)/外周表面具有傾斜部，所述傾斜部隨著在所述周向方向上朝向所述磁體中的每個磁體的端部靠近而逐漸地減小厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中， 所述內(nèi)部磁體中的每個內(nèi)部磁體具有徑向內(nèi)周表面并且所述外部磁體中的每個外部磁體具有徑向外周表面， 所述內(nèi)部磁體的徑向內(nèi)周表面與所述外部磁體的徑向外周表面中的至少一者具有在端部中的周向端部，所述周向端部具有經(jīng)倒角的角部，在所述經(jīng)倒角的角部中的每個經(jīng)倒角的角部上形成有非磁性部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述`的旋轉(zhuǎn)電機,其中,所述非磁性部分由空氣(S)或者非磁性材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中的任一項所述的旋轉(zhuǎn)電機，其中，所述轉(zhuǎn)子芯包括: 多個磁體插入孔(62)，所述多個磁體插入孔(62)位于所述徑向外部位置處，所述外部磁體分別地設(shè)置在所述磁體插入孔中，以及 一個或者多個橋接部(13)，所述一個或者更多個橋接部(13)各自使所述插入孔中的每個插入孔的徑向內(nèi)壁和徑向外壁彼此連接，使得所述插入孔中的每個插入孔在所述周向方向上劃分為兩個或者更多個孔， 其中，所述外部磁體中的每個外部磁體劃分為兩個或者更多個外部磁體，所述兩個或者更多個外部磁體分別地設(shè)置在被劃分的所述兩個或者更多個孔中。
【文檔編號】H02K16/04GK103872869SQ201310660024
【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