CN1853329A - 凸极式电动机的定子 - Google Patents

Abstract

在轴线方向交替配置2m个齿(31b～34b)和2m－1个槽(41、42、43)，其中，m为大于等于2的自然数(在实施例中m＝2)，将收纳在各槽(41、42、43)内的绕组(36、37、38)中的、相距m的槽(41、42、43)内的绕组(36、37、38)串联连接成励磁方向相反，使通过各齿(31b～34b)的磁通的相位分别错开360°/2m，因此能够废除无益于转矩的绕组部分(过渡部分)，并由于通过返回路径(31a～34a)共用各相的磁路，因此能够获得薄型且高输出的凸极式电动机，并且由于构成波形绕组电动机的磁回路，因此与凸极集中绕组电动机相比，能够增加输出转矩。

Description

凸极式电动机的定子

技术领域

本发明涉及一种凸极式电动机的定子，其在形成于多个齿之间的多个槽中收纳有在与轴线正交的平面内卷绕的多个绕组，上述多个齿在轴线方向上并列配置。

背景技术

根据下述专利文献1，这种凸极式电动机的定子已经公开。其对应于U相、V相和W相各相而具有三个单位定子，各个单位定子具有在轴线方向上隔开的两个齿和在径向外端连接这些齿的返回路径(return path)，并且形成为横截面是コ字状。并且，通过向收纳在横截面为コ字状的单位定子内部的环状的绕组通电以构成独立的磁路，使设置在该两个齿的径向内端的、与转子对置地突出的极性不同的两种突起磁化。

专利文献1：日本专利公报特开平7-227075号

但是，上述现有技术是将U相、V相和W相的三个单位定子在轴线方向层叠起来以构成定子，但是各个单位定子具有在内部收纳有绕组的环状的槽，并且由于各个单位定子具有两个齿和两种突起，因此轴线方向的厚度变厚，存在层叠了三个这种单位定子的定子在轴线方向上的尺寸大型化的问题。并且，由于各相的单位定子的磁路是独立的，因此存在不能够有效地利用这些磁路的问题。

特别是，在将这种电动机配置在混合动力车辆的发动机和变速器之间的情况下，虽然希望其厚度尽可能薄，但是因为上述现有技术的定子较厚而难以满足该要求。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，在确保凸极式电动机的输出转矩的同时，使定子在轴线方向上的厚度尽可能薄。

为了实现上述目的，根据本发明的第一特征，提出一种凸极式电动机的定子，包括：在轴线方向交替配置的2m个齿和2m-1个槽，其中所述m为大于等于2的自然数；将各齿彼此连接起来的返回路径；以及收纳在各槽中的绕组，收纳在相距m的槽内的绕组以励磁方向相反的方式串联连接，通过各齿的磁通的相位分别错开360°/N，其中，N＝2m。

另外，根据本发明的第二特征，提出一种凸极式电动机的定子，其包括：在轴线方向交替配置的2m+1个齿和2m个槽，上述m为大于等于2的自然数；将各齿彼此连接起来的返回路径；以及收纳在各槽中的绕组，收纳在相距m的槽内的绕组以励磁方向相反的方式串联连接，通过各齿的磁通的相位分别错开360°/N，其中，N＝2m，通过第一个齿和第2m+1个齿的磁通相位相同，并且是通过其他齿的磁通的二分之一。

另外，根据本发明的第三特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第一或第二特征的基础上，当N＝2Km时，其中K为大于等于2的自然数，串联连接连续配置的K个绕组。

另外，根据本发明的第四特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第一或第二特征的基础上，所述各齿具有相位分别错开360°/N的突起。

另外，根据本发明的第五特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第四特征的基础上，所述突起沿着转子的外周面在轴线方向延伸。

另外，根据本发明的第六特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第一或第二特征的基础上，所述各齿相对于磁极的相位分别错开360°/N的转子，具有同一相位的突起。

另外，根据本发明的第七特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第二特征的基础上，第一个齿和第2m+1个齿具有沿着转子的外周面在轴线方向延伸的相同长度的突起。

另外，根据本发明的第八特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第一或第二特征的基础上，所述定子具有冷却结构。

另外，根据本发明的第九特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第八特征的基础上，所述冷却结构设置在定子的内部和周边部的至少一方。

另外，根据本发明的第十特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第九特征的基础上，设置在所述定子的周边部上的冷却结构由至少一个凹部、至少一个凸部或多个冷却片构成。

另外，根据本发明的第十一特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第九特征的基础上，设置在所述定子的内部的冷却结构具有至少一个冷却空间。

另外，根据本发明的第十二特征，提出一种凸极式电动机的定子，在上述第十一特征的基础上，所述冷却空间通过定子与该定子的座(holder)的配合而构成。

另外，根据本发明的第十三特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第十一特征的基础上，所述冷却空间通过定子、该定子的座、被定子和座夹持的加强环的配合而构成。

另外，根据本发明的第十四特征，提出一种凸极式电动机的定子，其在上述第八特征的基础上，所述冷却结构通过冷却水和冷却风的至少一方来对定子进行冷却。

根据第一特征，由于在轴线方向交替配置2m个齿和2m-1个槽，将收纳在各槽中的绕组中的、相互隔开m的槽中的绕组串联连接成励磁方向相反，使通过各齿的磁通的相位分别错开360°/N，所以能够废除无益于转矩的绕组部分(过渡部分)，并且由于通过返回路径来共用各相的磁路，因此能够获得薄型且高输出的电动机，而且由于构成波形绕组(波巻)电动机的磁回路，因此与凸极集中绕组(突極集中巻)电动机相比，能够增加输出转矩。

根据第二特征，由于在轴线方向交替配置2m+1个齿和2m个槽，将收纳在各槽中的绕组中的、相距m的槽中的绕组串联连接成励磁方向相反，使通过各齿的磁通的相位分别错开360°/N，使通过第一个齿和第2m+1个齿的磁通为相位相同、并且是通过其他齿的磁通的二分之一，所以能够废除无益于转矩的绕组部分(过渡部分)，并且由于通过返回路径来共用各相的磁路，因此能够获得薄型且高输出的电动机，而且由于构成波形绕组电动机的磁回路，因此与凸极集中绕组电动机相比，能够增加输出转矩。

根据第三特征，当N＝2Km时，其中K为大于等于2的自然数，由于串联连接连续配置的K个绕组，因此能够实现分布绕组的磁通势分布并降低转矩脉动和铁损。

根据第四特征，由于各齿具有相位分别错开360°/N的突起，因此能够使转子的磁极的相位一致，简化结构，并且能够使突起与转子之间的空气隙减小，使转子的输出转矩增加。

根据第五特征，由于突起沿着转子的外周面在轴线方向延伸，因此能够有效地利用转子产生的磁通，使输出转矩增加。

根据第六特征，由于相对于磁极的相位分别错开360°/N的转子，各齿具有同一相位的突起，因此能够使定子的突起的相位一致，简化结构，并且能够使突起与转子之间的空气隙减小，使转子的输出转矩增加。

根据第七特征，由于第一个齿和第2m+1个齿具有沿着转子的外周面在轴线方向延伸的相同长度的突起，因此能够使通过第一个齿和第2m+1个齿的磁通的总和与分别通过其他齿的磁通均一化。

根据第八特征，由于定子具有冷却结构，因此能够防止在电动机运转时由于线圈的发热而导致温度上升。

根据第九特征，由于在定子的内部和周边部的至少一方设置有冷却结构，因此能够有效地冷却定子。

根据第十特征，由于通过凹部、凸部或多个冷却片构成所述定子的周边部的冷却结构，因此能够增加冷却剂与定子的接触面积，提高冷却效果。

根据第十一特征，由于通过冷却空间构成定子内部的冷却结构，因此通过使冷却剂在冷却空间内流动，能够提高定子的冷却效果。

根据第十二特征，由于通过定子与该定子的座的配合来构成冷却空间，因此能够形成大容积的冷却空间而不损害定子的强度。

根据第十三特征，由于通过定子、座、被定子和座夹持的加强环的配合来构成冷却空间，因此不仅能够在不损害定子的强度的情况下形成大容积的冷却空间，还能够通过加强环有效地加强定子。

根据第十四特征，由于通过冷却水或冷却风对定子进行冷却，因此不需要特别的冷却剂，能够降低成本。

根据以下参照附图进行的优选实施例的说明，可进一步明确本发明的上述、其他的目的、特征和优点。

附图说明

图1是表示具有凸极式电动机的混合动力车辆的动力单元的图。(实施例1)

图2是沿图1中的2-2线的放大剖面图。(实施例1)

图3是沿图2中的3-3线的剖面图。(实施例1)

图4是沿图2中的4-4线的剖面图。(实施例1)

图5是沿图2中的5-5线的剖面图。(实施例1)

图6是沿图2中的6-6线的剖面图。(实施例1)

图7是定子和转子的局部剖立体图。(实施例1)

图8是定子和转子的分解立体图。(实施例1)

图9是m相波形绕组凸极式电动机的等效回路图。(实施例1)

图10是二相凸极式电动机的定子和转子的局部剖立体图。(实施例2)

图11是定子和转子的分解立体图。(实施例2)

图12是沿图10中的12-12线的剖面图。(实施例2)

图13A是本发明第3实施例的二相凸极式电动机的定子和转子的示意图。(实施例3)

图13B是本发明第3实施例的二相凸极式电动机的定子和转子的示意图。(实施例3)

图14是二相凸极式电动机的定子和转子的局部剖立体图。(实施例4)

图15是定子和转子的分解立体图。(实施例4)

图16是沿图14中的16-16线的剖面图。(实施例4)

图17是m相波形绕组凸极式电动机的等效回路图。(实施例4)

图18是二相凸极式电动机的定子和转子的局部剖立体图。(实施例5)

图19是定子和转子的分解立体图。(实施例5)

图20是沿图18中的20-20线的剖面图。(实施例5)

图21A是本发明第6实施例的二相凸极式电动机的定子和转子的示意图。(实施例6)

图21B是本发明第6实施例的二相凸极式电动机的定子和转子的示意图。(实施例6)

图22是表示短距集中绕组(凸极集中绕组)的绕组分布的图。

图23A是短距集中绕组(凸极集中绕组)的绕组的电动势的说明图。

图23B是短距集中绕组(凸极集中绕组)的绕组的电动势的说明图。

图24是表示整距集中绕组(凸极集中绕组)的绕组分布的图。

图25A是整距集中绕组(波形绕组)的绕组的电动势的说明图。

图25B是整距集中绕组(波形绕组)的绕组的电动势的说明图。

图26A是集中绕组的磁通势分布的说明图。

图26B是分布绕组的磁通势分布的说明图。

图27A是m相波形绕组电动机的等效回路图。

图27B是m相波形绕组电动机的等效回路图。

图28A是表示冷却剂通道的另一实施例的图。

图28B是表示冷却剂通道的另一实施例的图。

图29A是表示冷却剂通道的其他实施例的图。

图29B是表示冷却剂通道的其他实施例的图。

图29C是表示冷却剂通道的其他实施例的图。

图29D是表示冷却剂通道的其他实施例的图。

图30A是表示具有冷却片的实施例的图。

图30B是表示具有冷却片的实施例的图。

图30C是表示具有冷却片的实施例的图。

标号说明

17：转子；31a：返回路径；31b：齿；31c：突起；32a：返回路径；32b：齿；32c：突起；33a：返回路径；33b：齿；33c：突起；34a：返回路径；34b：齿；34c：突起35a：返回路径；35b：齿；35c：突起；36：绕组；37：绕组；38：绕组；39：绕组；41：槽；42：槽；43：槽；44：槽；52：加强环；F：冷却片；J：冷却剂通道；L：轴线。

具体实施方式

下面，根据图1～图9、图27A和图27B对本发明的第1实施例进行说明。

实施例1

图27A表示现有的一般的m相波形绕组电动机的磁回路。m为大于等于2的自然数，各相的绕组以励磁方向为相反方向的方式呈波状通过m个错开的槽。此时，第k(1≤k≤m)相的绕组的交链磁通用φk-φk+m表示。

图9(A)、(B)表示将上述一般的m相波形绕组电动机在轴线方向展开、设置有2m个齿和2m-1个槽的m相波形绕组凸极式电动机的磁回路，此时也能够知道各相的交链磁通不变。即，第k(1≤k≤m-1)相的绕组的交链磁通为φk-φ2m-(φk+m-φ2m)＝φk-φk+m，与图27A的情况一致。另外与除第m相以外的绕组分别存在于两个槽的情况相对，第m相的绕组只存在于一个槽。

综合以上结构，2m个齿和2m-1个槽在轴线方向上交替配置，将收纳在相距m的槽内的绕组以励磁方向相反的方式串联连接，并且使通过各齿的转子磁通分别错开360°/2m，通过这样的结构，能够构成与图27A所示的一般的m相波形绕组凸极式电动机等效的磁回路。另外在N＝2·K·m(K为大于等于2的自然数)时，形成串联连接连续配置的K个绕组的结构(分布绕组)，也同样能够构成等效的磁回路。

如图1所示，混合动力车辆的动力单元，具有配置在发动机E和变速器T之间的二相波形绕组凸极式电动机M。在发动机E的气缸体11和曲轴箱12的右侧面连接有电动机壳体13、变矩器箱14和变速箱15，在支承于气缸体11和曲轴箱12之间的曲轴16的轴端上固定有电动机M的转子17。固定在转子17的外周的多个永久磁铁18…与环状的定子19隔着规定的空气隙对置，支承定子19的定子座20被气缸体11和曲轴箱12与电动机壳体13的分割面夹持固定。

收纳在变矩器箱14中的变矩器21具有涡轮22和泵轮23，与涡轮22连接并覆盖泵轮23的侧盖24经由驱动板25与电动机M的转子17连接。变矩器14的泵轮23与支承在变速箱15上的主轴26的左端连接。

下面，参照图2～图8对二相波形绕组凸极式电动机M的定子19的结构进行说明。

从图8可知，定子19包括由压粉材料一体成型的第1定子环31、第2定子环32、第3定子环33和第4定子环34，以及A⁺相绕组36、B⁺相绕组37和A^-相绕组38。第1定子环31～第4定子环34在轴线L方向彼此重叠。

从图3、图7和图8可知，第1定子环31具有：形成为环状的返回路径31a；从该返回路径31a的周向上的等间隔位置朝径向内侧延伸的9个齿31b…；从这些齿31b…的径向内端进一步朝径向内侧延伸的9个突起31c…。并且，各个突起31c的径向内端弯曲成L字状，并朝轴线L方向的单侧呈锥状延伸。齿31b是与绕组36、37、38的径向高度对应的部分，其进一步靠近径向内侧的部分为突起31c。

从图4、图7和图8可知，第2定子环32具有：形成为环状的返回路径32a；从该返回路径32a的周向上的等间隔位置朝径向内侧延伸的9个齿32b…；从这些齿32b…的径向内端进一步朝径向内侧延伸的9个突起32c…。并且，各个突起32c的径向内端形成为非对称的T字状，并且朝轴线L方向两侧呈锥状延伸。齿32b是与绕组36、37、38的径向高度对应的部分，其进一步靠近径向内侧的部分为突起32c。

从图5、图7和图8可知，第3定子环33是与第2定子环32镜面对称的部件，并且具有翻过来可与第2定子环32互换的相同形状。第3定子环33的各部分的标号，是将第2定子环32的各部分标号中的“32”变更为“33”。

从图6、图7和图8可知，第4定子环34是与第1定子环31镜面对称的部件，并且具有翻过来可与第1定子环31互换的相同形状。第4定子环34的各部分的标号，是将第1定子环31的各部分标号的“31”变更为“34”。

本实施例的电动机M通过二相交流工作，A⁺相、B⁺相、A^-相和B^-相的突起31c…、32c…、33c…、34c…以电角360°/4＝90°分别沿着周向错开配置。与此相对，转子17的各永久磁铁18相对于A⁺相、B⁺相、A^-相和B^-相的突起31 c…、32c…、33c…、34c…共用，因而产生相同相位的磁通。由此，各相的突起31c…、32c…、33c…、34c…能够在转子17中产生均匀的输出转矩。

从图3～图7明确可知，A⁺相的9个突起31c…、B⁺相的9个32c…、A^-相的9个33c…和B^-相的9个34c…与转子17对置的面形成为大致长方形的相同形状，并沿着定子19的内周面在圆周方向上顺次配置。这些突起31c…、32c…、33c…、34c…在轴线L方向上的宽度与转子17的永久磁铁18…在轴线L方向上的宽度大致相等，因此能够使定子19和转子17之间的交链磁通最大限度地增加，可使转子17的输出转矩增加。并且，由于各永久磁铁18相对于A⁺相、B⁺相、A^-相和B^-相的突起31c…、32c…、33c…、34c…共用，因此不需要对应于各相的突起31c…、32c…、33c…、34c…在轴线L方向上分割永久磁铁18…，能够削减永久磁铁18…的个数。

在第1定子环31的齿31b…和第2定子环32的齿32b…之间形成有环状的槽41，在该槽41中收纳有预先卷绕的A⁺相绕组36。另外，在第2定子环32的齿32b…和第3定子环33的齿33b…之间形成有环状的槽42，在该槽42中收纳有预先卷绕的B⁺相绕组37。并且，在第3定子环33的齿33b…和第4定子环34的齿34b…之间形成有环状的槽43，在该槽43中收纳有预先卷绕的A^-相绕组38。

这样，由于将3个绕组36、37、38夹持固定在形成于第1定子环31～第4定子环34之间的3个槽41、42、43中，因此不需要用于固定各绕组36、37、38的特别的固定部件。并且，由于各绕组36、37、38收纳在槽41、42、43的内部，不存在与外部部件干涉的可能性，因此易于进行外部部件的尺寸管理。

各个绕组36、37、38用长方形截面的扁线作导线，在径向上卷绕成4层，在轴线L方向卷绕成2层。并且，A⁺相绕组36和B⁺相绕组37的磁通势的方向设定为相同方向，并且A^-相绕组38的磁通势的方向设定为相反方向。

这样，通过向A⁺相绕组36和A^-相绕组38以及B⁺相绕组37供给二相交流电流，在沿定子19的内周面上顺次配置的A⁺相的突起31c…、B⁺相的突起32c…、A^-相的突起33c…和B^-相的突起34c…上形成旋转磁场，从而能够通过在与永久磁铁18…之间产生的磁力驱动转子17旋转。

如上所述，通过废除A⁺相绕组36、B+相绕组37和A^-相绕组38的呈圆筒状包围轴线L的、对于输出转矩没有帮助的绕组部分(过渡部分)，并且共用各相的磁路，能够有效地利用第1定子环31～第4定子环34、获得小型高输出的电动机M，特别是通过使电动机M薄型化，能够将该电动机M容易地配置在发动机E和变速器T之间的狭小空间内。

下面对电动机M的定子19的冷却结构进行说明。

本实施例的第1定子环31～第4定子环34由压粉磁性材料(压粉磁性材)构成。即，这样制造第1定子环31～第4定子环34：用无机材质的薄膜覆盖海格内斯公司制造的铁系合金的磁性材料粉末(磁性材粉末)的表面形成压粉材料，通过模具将该压粉材料压力成型成规定的形状，并在通过精压处理调整好形状后，进行热固化处理。这样，通过使用压粉磁性材料，能够容易地制造形状复杂的第1定子环31～第4定子环34。

在该压粉成型时，在定子19的第1定子环31～第4定子环34的各个外周部上使用型芯形成环状的冷却剂通道J…，通过使作为冷却剂的冷却水或冷却风在这些冷却剂通道J…内流通，能够抑制A⁺相绕组36、B⁺相绕组37和A^-相绕组38因发热而导致温度上升。由于在定子19的第1定子环31～第4定子环34的内部设置有冷却剂通道J…，因此对定子19的外形没有影响，不会妨碍定子座20对定子19的保持。并且由于在定子19的内部设置有直接冷却剂通道J…，能够充分确保冷却剂的冷却效果，并可防止冷却剂的泄漏，而且能够增加定子19的保持方法的自由度。

接下来，根据图10～图12对本发明的第2实施例进行说明。

实施例2

在第1实施例中，定子19的A⁺相、B⁺相、A^-相和B^-相的齿31b…、32b…、33b…、34b…在周向错开相位地配置，从这些齿31b…、32b…、33b…、34b…的径向内端向轴线L方向延伸的突起31c…、32c…、33c…、34c…具有与定子19在轴线L方向上的厚度相等的宽度。另外，转子17的永久磁铁18…的宽度与突起31c…、32c…、33c…、34c…的宽度相等，并且该永久磁铁18被各个相的突起31c…、32c…、33c…、34c…共有。

与此相对，在第2实施例中，定子19的A⁺相、B⁺相、A^-相和B^-相的齿31b…、32b…、33b…、34b…使相位相同地配置，从齿31b…、32b…、33b…、34b…朝径向内侧以大致相同的粗细延伸的突起31c…、32c…、33c…、34c…也使相位相同地配置。另一方面，配置于转子17的外周的永久磁铁18…对应于各相的突起31c…、32c…、33c…、34c…在轴线L方向上配置为4段，并且沿着周向以电角360°/2m＝90°分别错开相位地配置。A⁺相绕组36、B⁺相绕组37和A^-相绕组38的结构与第1实施例相同。

根据该第2实施例也能够与上述第1实施例同样地使定子19在轴线L方向上的厚度变薄，但是永久磁铁18…被分割成4段，部件数量相应增加，并且各个相的突起31c…、32c…、33c…、34c…与永久磁铁18…对置的面积减小，转子17的输出转矩相应减少。但是由于能够使定子19的突起31c…、32c…、33c…、34c…的相位一致，因此能够简化定子19的结构。

下面根据图13A和图13B对本发明的第3实施例进行说明。

实施例3

第3实施例是上述第2实施例的变形，在第2实施例中，使各相的突起31c…、32c…、33c…、34c…的相位一致，使各相的永久磁铁18…的相位分别错开360°/2m＝90°，与此相对，在第3实施例中，使各相的突起31c…、32c…、33c…、34c…的相位错开360°/2m＝90°，使各相的永久磁铁18…的相位一致。根据该第3实施例也能够实现与第2实施例同样的作用效果。并且如果不将永久磁铁18…分割成4段，而采用与第1实施例的定子19相同的永久磁铁18…，则能够削减部件数量。

另外，当如图27B所示在圆周方向分割图27A所示的现有一般的m相波形绕组电动机的磁回路时，则在该分割面上产生磁通φ0。当如图17(A)、(B)所示在轴线方向展开图27B中的分割后的磁回路，则能够得到具有2m+1个齿和2m个槽的m相波形绕组凸极式电动机的磁回路，磁通φ0通过其后轭(back yoke)部。此时，第k(1≤k≤m)相的绕组的交链磁通为φk-φ0-(φk+m-φ0)＝φk-φk+m，与图27A的情况一致。

综合以上结构，2m+1个齿和2m个槽在轴线方向交替配置，在收纳于相距m的槽内的绕组串联连接成励磁方向相反，使通过各齿的转子磁通分别错开360°/2m，并且使通过第1和第2m+1个齿的磁通为相同相位，并且是通过其他的齿的磁通的二分之一，这样，能够构成与图27A所示的一般的m相波形绕组电动机等效的磁回路。另外在N＝2·K·m(K为大于等于2的自然数)时，形成串联连接连续配置的K个绕组的结构(分布绕组)，也同样能够构成等效的磁回路。

下面根据图14～图17对将上述m相波形绕组凸极式电动机具体化的第4实施例进行说明。

实施例4

第1实施例～第3实施例在层叠于轴线L方向上的第1定子环31～第4定子环34之间具有3个槽41、42、43，而第4实施例在层叠于轴线L方向的第1定子环31～第5定子环35之间具有4个槽41、42、43、44。中央的第3定子环33，通过齿33b与环状的返回路径33a的径向内侧相连的突起33c的形状在轴线L方向上对称，位于该第三定子环33两侧的第2定子环32和第4定子环34是彼此可以互换的镜面对称的部件，具有在轴线L方向非对称的突起32c、34c。

位于第2定子环32和第4定子环34两侧的第1定子环31和第5定子环35是彼此可以互换的镜面对称的部件，具有在轴线L方向非对称的突起31c、35c。两突起31c、35c在定子19的圆周方向上位于相同位置，并朝相互接近的方向延伸。因此，第1定子环31和第5定子环35的突起31c、35c在轴线L方向上的宽度，大约是第2定子环32～第4定子环34的突起32c～34c在轴线L方向上的宽度的一半。

在第1定子环31～第5定子环35之间形成有4个槽41、42、43、44，在各个槽41、42、43、44中分别收纳有A⁺相绕组36、B⁺相绕组37、A^-相绕组38和B^-相绕组39。A⁺相绕组36和B⁺相绕组37的磁通势的方向彼此为相同方向，而且A^-相绕组38和B^-相绕组39的磁通势的方向彼此为相同方向，并与所述A⁺相绕组36和B⁺相绕组37的磁通势的方向为相反方向。

并且，通过对A⁺相绕组36、B⁺相绕组37、A^-相绕组38和B^-相绕组39供给二相交流电流，能够在顺次配置于定子19的内周面上的A⁺相的突起31c…，35c…、B⁺相的突起32c…、A^-相的突起33c…和B^-相的突起34c…上形成旋转磁场，从而可通过在与永久磁铁18…之间产生的电磁力驱动转子17旋转。

此时，通过轴线L方向两端的第1定子环31和第5定子环35的齿31b、35b的磁通，是通过其他的第2定子环32、第3定子环33和第4定子环34的齿32b、33b、34b的磁通的一半，但是由于第1定子环31和第5定子环35的齿31b、35b使相位相同地配置，实际上一体地发挥功能，因此不会产生各相间的磁通的不平衡。

这样，根据该第4实施例，由于A⁺相绕组36、B⁺相绕组37、A^-相绕组38和B^-相绕组39成圆筒状包围轴线L地配置，因此能够废除对于输出转矩没有帮助的绕组部分(过渡部分)，并且通过共用各相的磁路，能够有效地利用第1定子环31～第5定子环35、获得小型高输出的电动机M，特别是通过使电动机M薄型化，能够将该电动机M容易地配置在发动机E和变速器T之间的狭小空间。

下面，根据图18～图20对本发明的第5实施例进行说明。

实施例5

在第4实施例中，定子19的A⁺相、B⁺、A^-相和B^-相的齿31b…(35b…)、32b…、33b…、34b…沿周向错开相位地配置，从这些齿31b…(35b…)、32b…、33b…、34b…的径向内端朝轴线L方向延伸的突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…具有与定子19在轴线L方向上的厚度相同的宽度。并且转子17的永久磁铁18…的宽度与突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…的宽度相同，该永久磁铁18被各个相的突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…共有。

与此相对，在第5实施例中，定子19的A⁺相、B⁺相、A^-相和B^-相的齿31b…(35b…)、32b…、33b…、34b…使相位相同地配置，从齿31b…(35b…)、32b…、33b…、34b…朝径向内侧延伸的突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…也使相位相同地配置。另一方面，配置在转子17的外周的永久磁铁18…对应于各相的突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…在轴线L方向配置成5段，并且沿着周向以电角360°/2m＝90°分别错开相位地配置。但是，与轴线L方向的两端的突起31c…、35c…对应的永久磁铁18…使相位相同地配置。A⁺相绕组36、B⁺相绕组37、A^-相绕组38和B^-相绕组39的结构与第4实施例相同。

根据该第5实施例也能够与上述第4实施例同样地使定子19在轴线L方向上的厚度变薄，但是永久磁铁18…被分割为5段，部件数量相应增加，并且各个相的突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…与永久磁铁18…对置的面积减小，转子17的输出转矩相应减少。但是，由于能够使定子19的突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…的相位一致，因此能够简化定子19的结构。

下面根据图21A和图21B对本发明的第6实施例进行说明。

实施例6

第6实施例是上述第5实施例的变形，在第5实施例中，使各相的突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…的相位一致，使各相的永久磁铁18…的相位分别错开360°/2m＝90°，与此相对，在第6实施例中，使各相的突起31c…(35c…)、32c…、33c…、34c…的相位错开360°/2m＝90°，使各相的永久磁铁18…的相位一致。根据该第6实施例也能够实现与第5实施例同样的作用效果。另外，如果不将永久磁铁18…分割为5段，而采用与第4实施例的定子19相同的永久磁铁18…，则能够削减部件数量。

以上说明的各实施例的凸极式电动机M，通过将波形绕组(整距集中绕组)用于绕组36、37、38、39，与凸极集中绕组(短距集中绕组)相比，能够使转矩增加。下面说明其理由。

在图22所示的凸极集中绕组的绕组分布中，如图23A所示，其绕组磁通势用方向错开120°、大小为1的两个矢量表示。由于a与b励磁方向相反，如图23B所示，与b交链的磁通变化矢量成为相反方向，作为其合成矢量的电动势大小为

与此相对，在图24所示本实施例的波形绕组的绕组分布中，如图25A所示，其绕组磁通势用方向错开180°、大小为1的两个矢量表示。由于a与b励磁方向相反，如图25B所示，与b交链的磁通变化矢量为相反方向，作为其合成矢量的电动势大小为2。

这样，在绕组的节距不是180°的情况下，与180°的情况相比，即使是相同绕组匝数、相同磁通变化，电动势变小，当使线圈节距为βπ时，其比例通过

kp＝sin(βπ/2)得到。该系数kp称为短距绕组系数。

短距绕组系数kp达到最大值1是线圈节距βπ＝180°的波形绕组的情况，当采用波形绕组作为集中绕组时，如图26A所示，由于磁通势分布为矩形波状，因此通过增加槽数使磁通势分布接近正弦波，即，如图26B所示，通过采用波形绕组作为分布绕组，能够降低转矩脉动和由高频导致的铁损。

当采用该分布绕组时，磁通势分布接近正弦波，但在分布槽数为q、分布节距为α时，基波成分的大小只减小

kd＝sin(qα/2)/{qsin(α/2)}。该系数kd称为分布绕组系数。

下面，根据图28A和图28B对定子19的冷却剂通道J的其他实施例进行说明。

图28A的实施例中，设置跨越定子19的第1～第4定子环31～34的共通的冷却剂通道J，需要考虑定子19的接合面的密封，但是与在第1～第4定子环31～34上设置各自独立的多个冷却剂通道J…的情况相比，在压粉成型时不需要型芯，能够相应降低成本，并且能够使通道截面积增加以及使供给冷却剂的配管简化。

在图28B所示的实施例中，通过在定子19的压粉成型时埋入热传导率高的铜制管件51来形成冷却剂通道J…，因此与使用型芯形成冷却剂通道J…的情况相比能够降低成本。

下面根据图29A～图29D对定子19的冷却剂通道J的其他的实施例进行说明。

图29A所示的实施例是上述图28A所示实施例的变形，在定子19的外周面和保持该定子19的环状的定子座20的内周面之间形成有单一的冷却剂通道J。根据该实施例，虽然需要考虑定子19和定子座20的接合面的密封，但是由于在形成冷却剂通道J时不需要型芯，因而能够降低成本。

图29B所示的实施例是上述图29A所示实施例的变形，冷却剂通道J通过形成于定子19的外周面和定子座20的内周面双方上的凹部的配合而构成。该实施例，由于通过定子19的凹部和定子座20的凹部的配合来构成冷却剂通道J，因此能够使定子19侧的凹部减小，可确保该定子19的强度和磁路，同时能够确保冷却剂通道J的通道截面积。

图29C所示的实施例构成为，定子19的外周面是单纯的圆筒面，在轴向两侧的第1、第4定子环31、34的外周面上压配合有两个加强环52、52，并且在加强环52、52的外周面上压配合有定子座20。根据该实施例，能够使定子19和定子座20的形状最简化，同时能够通过定子19、加强环52、52以及定子座20的配合，来构成大截面积的冷却剂通道J，而且能够通过加强环52、52加强定子19。

图29D所示的实施例是上述图29A所示实施例的变形，定子19的外周面的两个槽和定子座20的内周面之间形成有两个冷却剂通道J、J。根据该实施例也能实现与所述图29A的实施例同样的作用效果。

下面，根据图30A～图30C对使用冷却片F…来冷却定子19的实施例进行说明。

图30A所示的实施例，在定子19的外周面上突出设置有形成为环状的多个冷却片F…。因为与冷却片F…干涉，所以不能够通过环状的定子座20来保持定子19的外周面，因此定子19的两侧面通过板状的定子座20、20进行保持。

这些冷却片F…在压粉成型第1～第4定子环31～34时同时形成，因此与之后固定作为不同个体的部件形成的冷却片的情况相比，成本降低，并且由于从定子19的主体部向冷却片F…的热传导效率良好，因此冷却效果提高。另外，由于使用冷却风作为冷却剂，因此能够废除使用液体冷却剂时所必需的泵、配管、散热器等，并且不需要考虑冷却剂的泄漏。

图30B所示的实施例，在构成定子19的两侧面的第一定子环31和第4定子环34上突出设置有形成为环状的多个冷却片F…。根据该实施例，由于在定子19的外周面上没有冷却片F…，因此能够使用环状的定子座20保持该定子19，使得保持结构简化。

图30C所示的实施例，在定子19的外周面和两侧面上突出设置有冷却片F…，因此能够通过增加冷却片F…的数量来提高冷却效果。但是，该实施例由于不能够使用图30A或图30B所示的定子座20、20来保持定子19，因此需要在定子19的圆周方向的数个部位切掉冷却片F…，以在该部位保持定子19。

以上对本发明的实施例进行了说明，但是本发明可以在不脱离其要点的范围内进行各种设计变更。

例如，在实施例中例举了二相的凸极式电动机M，但是本发明能够适用于3相及3相以上的凸极式电动机。

另外，在实施例中将凸极式电动机M用作混合动力车辆的行驶用电动机，但是其用途是任意的。

另外，在实施例中使用压粉材料构成各相的定子环31、32、33、34、35，但是也能够使用其他材质。即，如果通过纯磁性体、烧结材料和压粉材料中的任一种构成定子环31、32、33、34、35，则与由叠层钢板构成的情况相比容易成型，如果由纯磁性体或烧结材料构成则能够降低成本，如果由压粉材料构成则能够降低磁通损失。

另外，在实施例，分别一体成型各相的第1～第5定子环31、32、33、34、35，但是若根据需要分开构成返回路径31a、32a、33a、34a、35a，齿31b…、32b…、33b…、34b…、35b…以及突起31c…、32c…、33c…、34c…、35c…，则能够提高其设计自由度。

另外，在实施例中，采用长方形截面的扁线作为各相的绕组36、37、38、39的导线，但是也可以采用正方形或正六边形等正多边形截面或者圆形截面的导线。如果采用长方形截面或者正多边形截面的导线，则能够提高绕组36、37、38、39的槽满率(占積率)，如果采用圆形截面的导线，则能够有助于降低成本。

另外，在实施例中作为冷却定子19的冷却剂，例示了最低成本的冷却水和冷却风，但是也能够使用其他任意的冷却剂。

Claims (14)

1.一种凸极式电动机的定子，包括：在轴线方向上交替配置的2m个齿和2m-1个槽，其中m为大于等于2的自然数；将各齿彼此连接起来的返回路径；收纳在各槽中的绕组，将收纳于相距m的槽内的绕组以励磁方向相反的方式串联连接起来，通过各齿的磁通的相位分别错开360°/N，其中N＝2m。

2.一种凸极式电动机的定子，包括：在轴线方向上交替配置的2m+1个齿和2m个槽，其中m为大于等于2的自然数；将各齿彼此连接起来的返回路径；收纳在各槽中的绕组，将收纳于相距m的槽内的绕组以励磁方向相反的方式串联连接起来，通过各齿的磁通的相位分别错开360°/N，其中N＝2m，通过第1个齿和第2m+1个齿的磁通为相同相位，并且是通过其他齿的磁通的二分之一。

3.根据权利要求1或2所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，当N＝2Km时，其中K为大于等于2的自然数，使连续配置的K个绕组串联连接。

4.根据权利要求1或2所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，所述各齿具有相位分别错开360°/N的突起。

5.根据权利要求4所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，所述突起沿着转子的外周面在轴线方向延伸。

6.根据权利要求1或2所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，所述各齿相对于磁极的相位分别错开360°/N的转子，具有相同相位的突起。

7.根据权利要求2所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，第1个齿和第2m+1个齿具有沿着转子的外周面在轴线方向延伸的相同长度的突起。

8.根据权利要求1或2所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，所述定子具有冷却结构。

9.根据权利要求8所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，所述冷却结构设置在定子的内部和周边部的至少一方上。

10.根据权利要求9所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，设置在所述定子的周边部上的冷却结构由至少一个凹部、至少一个凸部或多个冷却片构成。

11.根据权利要求9所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，设置在所述定子的内部的冷却结构具有至少一个冷却空间。

12.根据权利要求11所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，所述冷却空间通过定子与该定子的座的配合而构成。

13.根据权利要求11所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，所述冷却空间通过定子、该定子的座、被该定子和该座夹持的加强环的配合而构成。

14.根据权利要求8所述的凸极式电动机的定子，其特征在于，所述冷却结构通过冷却水和冷却风的至少一方对定子进行冷却。

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