CN107078617B - 双定子型旋转器 - Google Patents

Abstract

本发明的双定子型旋转器具备环状的转子(2)、配置于上述转子的外侧的外定子(3)、以及配置于转子(2)的内侧的内定子(3)，转子(2)具备在内定子(3)侧设置的永久磁铁(2d)。

Description

双定子型旋转器

技术领域

本发明涉及双定子型旋转器。本申请基于2014年10月17日在日本申请的特愿2014－212437号主张优先权，并将其内容并入本文。

背景技术

一直以来在使用在转子上设有永久磁铁的PM(Permanent Magnet)电机、在转子上不设置永久磁铁而设置凸极的SR(Switched Reluctance)电机。另外，近年来，作为低成本且可靠性优异的旋转器，正在研发开关磁阻旋转器。这种开关磁阻旋转器原理上存在振动、噪音等课题，但是，例如，如专利1、专利文献2所示，提出了用于解决这些课题的改良。另外，在专利文献3～6中也公开了背景技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开平5－336715号公报

专利文献2：日本国特开2001－186693号公报

专利文献3：日本国特开2014－132817号公报

专利文献4：日本国特开2011－050186号公报

专利文献5：日本国特开2013－074743号公报

专利文献6：日本国特开2010－158130号公报

发明内容

发明所要解决的课题

为了实现上述这种开关磁阻旋转器的性能提高，提出了对旋转器采用双定子构造。这种双定子型旋转器的构造为在环状的转子的外侧和内侧均具有定子。

但是，当考虑将这种开关磁阻旋转器应用于电机时，转子外侧的定子的周长和转子内侧的定子的周长不同，实质上成为含有大小不同的两个电机的构造。因此，在从双方的定子对转子赋予扭矩这样的高输出时，在从转子外侧的定子向转子赋予的扭矩与从转子内侧的定子向转子赋予的扭矩之间产生较大的差。这两个扭矩的差使电机效率降低。

本申请鉴于上述的问题点而完成，其目的在于使双定子型旋转器提高电机效率。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，本申请的双定子型旋转器具备环状的转子、配置于转子的外侧的外定子以及配置于转子的内侧的内定子，转子具备在内定子侧设置的永久磁铁。

发明效果

根据本申请，在转子的内侧和外侧分别设置定子的双定子型旋转器中，在转子的内侧部分设有永久磁铁。由此，能够使转子的外侧作为SR电机动作，使转子的内侧作为PM电机动作。众所周知，PM电机相比相同尺寸的SR电机，扭矩更大。因此，根据本申请，能够使从直径小的转子的内侧的定子对转子赋予的扭矩相比未设置永久磁铁的情况增大。其结果，抑制从转子的外侧的定子向转子赋予的扭矩与从转子的内侧的定子向转子赋予的扭矩的差。通过缩小这两个扭矩的差，能够提高电机效率。

附图说明

图1是本申请的一实施方式的双定子型电机的剖视图。

图2是本申请的一实施方式的双定子型电机的局部放大图。

图3是表示本申请的一实施方式的双定子型电机的变形例的剖视图。

图4是表示本申请的一实施方式的双定子型电机的变形例的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本申请的双定子型旋转器的一实施方式进行说明。此外，在以下的实施方式中，对将本申请的双定子型旋转器应用于电机(双定子型电机)的例进行说明。

图1是本实施方式的双定子型电机1的剖视图。如该图1所示，本实施方式的双定子型电机1具备转子2、外定子3以及内定子4。此外，虽然在图1中未示出，但是本实施方式的双定子型电机1具备外壳、轴、控制电路等必须的结构单元。

转子2呈以转子轴L为中心的环状形状，被未图示的轴承等以转子轴L为中心能够旋转地支撑。该转子2具备圆环状的磁轭部2a、从磁轭部2a朝向转子2的外侧突出的外侧凸极2b以及从磁轭部2a朝向转子2的内侧突出的内侧凸极2c。这些磁轭部2a、外侧凸极2b、以及内侧凸极2c由在沿着转子轴L的方朝向上层叠的多个电磁钢板和使它们紧固的螺栓(未图示)形成。而且，转子2具备永久磁铁2d。

外侧凸极2b从磁轭部2a的外周面朝向外定子3突出，多个外侧凸极2b沿转子2的周向以等间隔设置。此外，如图1所示，在本实施方式中，以45°间隔设有八个外侧凸极2b。内侧凸极2c从磁轭部2a的内周面朝向内定子4突出，多个内侧凸极2c在转子2的周向上以等间隔设置。此外，如图1所示，在本实施方式中，以与外侧凸极2b相同相位的45°相间隔设有八个内侧凸极2c。

图2是转子2的局部放大图。如该图2所示，外侧凸极2b配置于在转子2的周向上相邻的永久磁铁2d彼此的中央。如后所述地，相邻的永久磁铁2d以朝向内定子4的磁极反转的方式设置。也就是说，相邻的两个永久磁铁2d中，一个将S极朝向内定子4，另一个将N极朝向内定子4。因此，在相邻的永久磁铁2d彼此的中间位置，沿着转子2的径向设有与永久磁铁2d产生的磁通量的方向(d轴)正交的q轴。如上所述，通过将外侧凸极2b配置于相邻的永久磁铁2d彼此的中央，从而配置成外侧凸极2b的中心轴La与q轴重合。

多个永久磁铁2d在转子2的周向上排列，各个永久磁铁2d通过嵌合于相邻的内侧凸极2c彼此的间隙而设于转子2的内定子4侧。该多个永久磁铁2d以朝向内定子4的磁极交替反转的方式设置。此外，在图1及图2中，将朝向内定子4的磁极设为“S”和“N”来表示。另外，转子2的径向上的永久磁铁2d的厚度设定为与内侧凸极2c相同。由此，转子2的内周面作成基本没有凹凸的大致圆形。

外定子3配置于转子2的外侧，作成以从径向外侧包围转子2的方式以转子轴L为中心的环状形状。这种外定子3具备圆环状的磁轭部3a和从磁轭部3a朝向转子2的内侧突出的凸极3b。这些磁轭部3a及凸极3b通过磁性体而一体形成。而且，外定子3具备缠绕于凸极3b的线圈3c。

凸极3b从磁轭部3a的内周面朝向转子2突出，多个凸极3b在外定子3的周向上等间隔地设置。此外，如图1所示，在本实施方式中，以30°间隔设有十二个凸极3b。线圈3c在周向上以U相、V相、W相的顺序排列。

内定子4以被转子2从径向外侧包围的方式配置于转子2的内侧，作成以转子轴L为中心的环状形状。这种内定子4具备圆环状的磁轭部4a和从磁轭部4a朝向该磁轭部4a的外侧突出的凸极4b。这些磁轭部4a及凸极4b通过磁性体而一体形成。而且，内定子4具备缠绕于凸极4b的线圈4c。

凸极4b从磁轭部4a的外周面朝向转子2突出，多个凸极4b在内定子4的周向上等间隔地设置。此外，如图1所示，在本实施方式中，以30°间隔设有十二个凸极4b。线圈4c在周向上以U相、V相、W相的顺序排列。

在本实施方式的这种双定子型电机1中，当向外定子3的线圈3c供电时，通过线圈3c而形成磁场。该磁场作用于外侧凸极2b，从而对转子2赋予扭矩。另外，当向内定子4的线圈3c供电时，通过线圈4c而产生磁场。该磁场作用于内侧凸极2c及永久磁铁2d，从而对转子2赋予扭矩。

在此，在本实施方式的双定子型电机1中，在转子2的内定子4侧设有永久磁铁2d。由此，能够使转子2的外侧作为SR电机动作，使转子2的内侧作为PM电机动作。PM电机相比相同尺寸的SR电机，扭矩更大。因此，在本实施方式的双定子型电机1中，能够使从直径小的内定子4对转子2赋予的扭矩相比未设置永久磁铁2d的情况增大。其结果，从大直径的外定子3向转子2赋予的扭矩与从小直径的内定子4向转子2赋予的扭矩接近，抑制从外定子3向转子2赋予的扭矩与从内定子4向转子2赋予的扭矩的差。通过缩小这两个扭矩的差，能够提高电机效率。

另外，在本实施方式的双定子型电机1中，转子2的外侧凸极2b配置于在转子2的周向上相邻的永久磁铁2d彼此的中央。由此，如图2所示，q轴和外侧凸极2b的中心轴La重合。如图2所示，在作为SR电机发挥功能的外侧凸极2b中，通过某外侧凸极2b的磁通量以朝向相邻的外侧凸极2b弯曲的方式呈弧而通过转子2的内部。另一方面，如图2所示，在作为PM电机发挥功能的内侧凸极2c中，在相邻的永久磁铁2d彼此之间形成磁通量密度高的区域B。在此，当如上述所述地q轴和外侧凸极2b的中心轴La重合时，如图2所示，能够防止磁通量的通过区域和磁通量密度高的区域B互相重合，因此能够抑制磁通量和区域B干涉在一起。因此，根据本实施方式的双定子型电机1，磁通量容易通过转子2，能够充分发挥作为SR电机的性能。

此外，当如上所述地考虑磁通量通过转子2的难易度时，为了尽可能地避免磁通量与区域B的干涉，优选转子2的径向的厚度在允许重量增加、大型化的范围内尽可能的厚。

另外，在本实施方式的双定子型电机1中，永久磁铁2d嵌合于相邻的内侧凸极2c彼此的间隙。因此，永久磁铁2d牢固地固定于磁轭部2a。因此，即使在长时间使用双定子型电机1的情况下，也能够防止永久磁铁2d与磁轭部2a分离而成为振动、噪音的原因。

此外，本申请不限于上述实施方式，例如，能够考虑如下的变形例。

(1)在上述实施方式中，永久磁铁2d嵌合于转子2的相邻的内侧凸极2c彼此的间隙，但本申请不限于此。例如，也能够如图3所示地，从沿着转子轴L的方向观察转子2的内周面为圆形，在内周面上设置永久磁铁2d。通过采用这种结构，能够不依赖于内侧凸极2c的形状、布局地设置永久磁铁2d。例如，容易变更永久磁铁2d的厚度。而且，也能够如图3所示地，使相邻的永久磁铁2d彼此抵接，从而使周向上的永久磁铁2d的大小最大化。从而，能够产生更大的扭矩。

(2)也可以对上述变形例再进行变形，如图4所示地，空出空间来排列永久磁铁2d。由此，无需在组装时使所有的永久磁铁2d彼此抵接。由此，能够容易地进行永久磁铁2d的安装。

(3)在上述实施方式中，双定子型电机1采用了永久磁铁2d在转子2的表面露出的SPM型，但本申请不限于此。例如，也能够采用将永久磁铁2d埋设于转子2的内部的IPM型。

(4)在上述实施方式中，双定子型电机1是U相、V相、W相的三相电机，采用的构造为，外定子3及内定子4的极数是十二个，转子2的极数是八个，但本申请不限于此。例如，也能够变更外定子3、内定子4以及转子2的各自的极数。

(5)在上述实施方式中，对将本申请应用于双定子型电机1的例进行了说明，但本申请不限于此。例如，也能够将本申请应用于发电机等其它旋转器。

产业上的可利用性

根据本申请的双定子型旋转器，能够提高电机效率。

符号说明

1—双定子型电机(双定子型旋转器)，2—转子，2a—磁轭部，2b—外侧凸极，2c—内侧凸极，2d—永久磁铁，3—外定子，3a—磁轭部，3b—凸极，3c—线圈，4—内定子，4a—磁轭部，4b—凸极，4c—线圈，B—区域，L—转子轴，La—中心轴，—磁通量。

Claims (2)

1.一种双定子型旋转器，具备环状的转子、配置于上述转子的外侧的外定子、以及配置于上述转子的内侧的内定子，上述双定子型旋转器的特征在于，

上述转子具备：

在上述内定子侧设置的永久磁铁，

朝向上述内定子的磁极交替反转地沿上述转子的周向配置的多个上述永久磁铁；以及

配置于在上述转子的周向上相邻的上述永久磁铁彼此的中央，并且朝向上述外定子突出的多个外侧凸极，

从沿着转子轴的方向观察上述转子的内周面为圆形，在上述内周面上设有上述永久磁铁，

周向上相邻的上述永久磁铁彼此抵接。

2.一种双定子型旋转器，具备环状的转子、配置于上述转子的外侧的外定子、以及配置于上述转子的内侧的内定子，上述双定子型旋转器的特征在于，

上述转子具备：

在上述内定子侧设置的永久磁铁，

朝向上述内定子的磁极交替反转地沿上述转子的周向配置的多个上述永久磁铁；以及

配置于在上述转子的周向上相邻的上述永久磁铁彼此的中央，并且朝向上述外定子突出的多个外侧凸极，

从沿着转子轴的方向观察上述转子的内周面为圆形，在上述内周面上设有上述永久磁铁，

沿上述转子的周向空出空间地排列有多个上述永久磁铁。