旋转电机制造技术

车辆用交流发电机(1)包括在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)的定子(20)以及配置于定子(20)的径向内侧的转子(30)。转子(30)包括：励磁铁芯(32)，上述励磁铁芯(32)具有轴套部(321)和在周向上交替形成有不同极性的磁极的多个爪状磁极部(323)；励磁绕组，上述励磁绕组卷绕于轴套部(321)的外周侧；以及永磁体(34)，上述永磁体(34)分别配置于周向上相邻的爪状磁极部(323)之间。由励磁绕组(33)的磁动势形成的d轴磁路(36)和由永磁体(34)的磁力形成的第一和第二磁体磁路(38、39)的至少一部分共用。当转子(30)有负载时，d轴磁路(36)的磁导Prt与q轴磁路(37)的磁导Pst之间的关系设定为Pst＞Prt。

Rotating electric machine

The vehicle alternator (1) includes a stator (20) with an armature winding (25) wound around the stator core (21) and a rotor (30) arranged on the radial inner side of the stator (20). The rotor (30) includes an excitation core (32), which has a shaft sleeve (321) and several claw poles (323) alternately forming different polarity poles in the circumferential direction; an excitation winding, which is wound around the circumference of the shaft sleeve (321); and a permanent magnet (34), which is arranged between adjacent claw poles (323) in the circumferential direction. The d-axis magnetic circuit (36) formed by the magnetomotive force of the excitation winding (33) and the first and second magnetic circuits (38, 39) formed by the magnetic force of the permanent magnet (34) are at least partially shared. When the rotor (30) is loaded, the relationship between the permeability Prt of the d-axis magnetic circuit (36) and the permeability Pst of the q-axis magnetic circuit (37) is set as Pst > Prt.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转电机
本专利技术涉及一种例如装设于汽车、卡车等并作为电动机、发电机来使用的旋转电机。
技术介绍
车辆用交流发电机包括具有励磁绕组以及通过该励磁绕组励磁有周向上交替不同极性的磁极的多个爪状磁极部的伦德尔型转子。作为现有的旋转电机，已知有上述的车辆用交流发电机。此外，在专利文献1中，公开有一种发电机，该发电机具有在爪状磁极部之间夹设永磁体、以得到更大的输出密度的带磁体的伦德尔型转子。在上述发电机中，是考虑永磁体的大小、伦德尔型转子铁芯的轴套部、盘部及爪状磁极部的部分的最适化而设计的。藉此，上述发电机能同时实现发电能力的提高和反电动势的降低。另外，在专利文献1中记载有：利用计算产生发电机的输出特性的拐点的永磁体磁通与爪状磁极片的各常数L、W及θ之间的关系而导出的数学式。此外，在专利文献1中记载了，只要确定各常数L、W及θ，就能唯一地确定永磁体的残留磁通密度Br。藉此，专利文献1的发电机即使规格不同，也能设定一种磁极，能普遍避免电池过充电且能实现高效率和高输出化。此外，已知一种以NS磁极在周向交替的方式，将永磁体埋入转子铁芯的外周部的磁体埋入型转子(IPM型转子)。上述IPM型转子由于能获得高转矩，因此，被装设于车辆用的发电机、电动机等而迅速地普及。近年，期望实现用于减少车辆的行驶阻力的斜鼻化(slantnose)、发动机室的小型化等。随之，车辆用发电机、起动器的装设空间会变得极小化。在上述情况下，重视的能力可以举出：起动器的能力、用于以高效率动作辅助车辆的高效率的动力运行、再生动作的能力。因此，仅对相对纯粹的发电能力进行能力改善的比例变小，开始关注使励磁电流在短期间内成为大电流的情况下的发电机的发电、转矩、再生能力。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开平4-255451号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题装设有上述IPM型转子的发电机存在反电动势高的问题。因此，例如在对车辆用交流发电机等的反电动势有限制的产品中，采用具有上述爪状磁极部的伦德尔型转子。然而，装设有伦德尔型转子的发电机存在发电输出低的问题。若在通过专利文献1提出的数学式规定的范围内设计，则能使用磁体来提高发电机的发电能力。然而，期望进一步提高发电能力。本专利技术提供一种能进一步提高发电能力的旋转电机。解决技术问题所采用的技术方案图22是带有磁体的伦德尔型转子的等效磁路图。图23是IPM型转子的等效磁路图。在此，Φm是磁体磁通，Rst是定子的磁阻，AG是气隙，Rrt是转子的磁阻，Ra是d轴回路的空隙部的磁阻。如图22所例示，在带有磁体的伦德尔型转子的情况下，磁体磁通Φm分流，形成穿过伦德尔型转子铁芯的轴套部的磁路和穿过定子铁芯的磁路这两个磁路。另一方面，如图23所例示，在IPM型转子的情况下，d轴回路是空隙(虚线部分)。因此，磁阻Ra非常高，电感Lrt非常低。这成为带有磁体的伦德尔型转子和IPM型转子中的负载下的转矩差的原因。即，在负载时若处于磁阻Rrt非常高、电感Lrt非常低的状态，则带有磁体的伦德尔型转子也能输出与IPM型转子相同程度的转矩。本专利技术人基于上述认知进行了大量研究。其结果是，本专利技术人得出了：在带有磁体的伦德尔型转子中，能利用励磁电流If来形成可输出与IPM型转子相同程度的转矩的情况。在IPM型转子中，励磁铁芯(转子铁芯)的电阻高，定子铁芯的电阻低。因此，在带有磁体的伦德尔型转子中，在励磁电流If通电时，若提高励磁铁芯(伦德尔型转子铁芯)的电阻值，使励磁铁芯的电阻值比定子铁芯的电阻值高，则变为与IPM型转子的情况相同的情况。设转子的电感为Lrt，定子的电感为Lst，流过转子的磁通的磁阻为Rrt，流过定子的磁通的磁阻为Rst。此外，在带有磁体的伦德尔型转子中，在转子施加有负载时，Lrt＜Lst……(式1)或者Rrt＞Rst……(式2)成立。这样，能形成上述情况。另外，设磁体的残留磁通密度为Br，磁体的各磁极的截面积为Am，定子的磁通密度为Bs，转子的截面积为Ar。在转子没有施加负载时，处于Lrt＞Lst、Rrt＞Rst、2×Br×Am＞Bs×Ar(反电动势低的条件)。然而，在上述(式1)和(式2)中，不能根据作为产品而完成的牵引电机、电动发电机这样的旋转电机，容易地对磁阻R进行测定。此外，电感L随着匝数改变，且以匝数的二次方来变动。因此，不适于评价上下关系。因此，对于以后的评价，使用利用后述的实验方法能容易地测定、计算的磁阻R的倒数即磁导Prt、Pst(H)。上述关系表示为：L/N2(H/N2)＝1/R(A/wb)＝P(H)。因此，本专利技术人发现，为了在转子施加有负载时表现为IPM型转子那样，在d轴具有两轴的合成磁通的旋转电机在负载下处于Prt＜Pst即可。本专利技术的技术的一方式即第一个旋转电机包括：环状的定子(20)，上述定子(20)构成为在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)；以及转子(30)，上述转子(30)与定子的内周侧在径向上相对配置。转子包括：励磁铁芯(32)，上述励磁铁芯(32)具有筒状的轴套部(321、321a、321b)和配置于轴套部的外周侧并形成有在周向上交替不同极性的磁极的多个爪状磁极部(323、323a、323b)；励磁绕组(33)，上述励磁绕组(33)卷绕于轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；以及永磁体(34、34A)，上述永磁体(34、34A)在周向相邻的爪状磁极部之间配置成易磁化轴朝向周向，形成有极性与通过励磁绕组的磁动势而在爪状磁极部交替出现的极性一致的磁极。在第一个旋转电机中，由励磁绕组的磁动势而形成的磁通经由轴套部、一对爪状磁极部及定子铁芯而流动的d轴磁路(36)和由永磁体的磁力而形成的磁通流动的磁体磁路(38、39)的至少一部分共用。在第一个旋转电机中，在转子施加有负载的情况下，d轴磁路的磁导Prt与在电枢绕组中流动的电流形成的、穿过位于与d轴相差90°电角度的位置的q轴的q轴磁路(37)的磁导Pst之间的关系设定为Pst＞Prt。根据上述结构，在第一个旋转电机中，通过配置于周向相邻的爪状磁极部之间的永磁体，从而形成与定子交链的磁通流动的磁体磁路和穿过轴套部并在转子内磁通流动结束的磁体磁路这两个磁体磁路。此外，在转子施加有负载的情况下，即，在励磁绕组有励磁电流通电的情况下，由励磁绕组的磁动势而形成的磁通形成为经由励磁铁芯的轴套部、一对爪状磁极部及定子铁芯而流动的d轴磁路。此时，在两个磁体磁路中的、穿过轴套部并在转子内结束的磁体磁路流动的磁体磁通以与d轴磁路的磁通相反的方向流动。因此，处于磁阻大、难以流动的状态。因此，在第一个旋转电机中，d轴磁路的磁导Prt与q轴磁路的磁导Pst之间的关系设定为Pst＞Prt。因此，使上述两个磁体磁路中的、与定子交链的磁通流动的磁体磁路的磁体磁通增加。藉此，能有效地利用磁体磁通，使发电能力大幅提升。在本专利技术中，在转子施加有负载的情况是指，作为额定电流，励磁绕组的励磁电流If在作为车辆用电刷的能力一般处于If＝4(A)～20(A)之间通电的状态。另外，若电刷的技术进步，则也可以是那时的励磁电流If(例如为30(A)等)。此外，若是如无刷那样对励磁电流If没有限制的结构，则只要在比上述大的励磁电流If的情况下，使上述的Pst＞Prt的条件成立即可。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转电机，包括：环状的定子(20)，所述定子(20)构成为在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)；以及转子(30)，所述转子(30)与所述定子的内周侧在径向上相对配置，其特征在于，所述转子包括：励磁铁芯(32)，所述励磁铁芯(32)具有筒状的轴套部(321、321a、321b)和配置于所述轴套部的外周侧并在周向交替形成有不同极性的磁极的多个爪状磁极部(323、323a、323b)；励磁绕组(33)，所述励磁绕组(33)卷绕于所述轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；以及永磁体(34、34A)，所述永磁体(34、34A)在周向相邻的所述爪状磁极部之间配置成易磁化轴朝向周向，形成有极性与通过所述励磁绕组的磁动势而在所述爪状磁极部交替出现的极性一致的磁极，由所述励磁绕组的磁动势而形成的磁通经由所述轴套部、一对所述爪状磁极部及所述定子铁芯而流动的d轴磁路(36)和由所述永磁体的磁力而形成的磁通流动的磁体磁路(38、39)的至少一部分共用，在所述转子施加有负载的情况下，所述d轴磁路的磁导Prt与由在所述电枢绕组中流动的电流形成的、穿过位于与d轴相差90°电角度的位置的q轴的q轴磁路(37)的磁导Pst之间的关系设定为Pst＞Prt。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.03 JP 2016-112286;2017.04.28 JP 2017-089381.一种旋转电机，包括：环状的定子(20)，所述定子(20)构成为在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)；以及转子(30)，所述转子(30)与所述定子的内周侧在径向上相对配置，其特征在于，所述转子包括：励磁铁芯(32)，所述励磁铁芯(32)具有筒状的轴套部(321、321a、321b)和配置于所述轴套部的外周侧并在周向交替形成有不同极性的磁极的多个爪状磁极部(323、323a、323b)；励磁绕组(33)，所述励磁绕组(33)卷绕于所述轴套部的外周侧，由通电而产生磁动势；以及永磁体(34、34A)，所述永磁体(34、34A)在周向相邻的所述爪状磁极部之间配置成易磁化轴朝向周向，形成有极性与通过所述励磁绕组的磁动势而在所述爪状磁极部交替出现的极性一致的磁极，由所述励磁绕组的磁动势而形成的磁通经由所述轴套部、一对所述爪状磁极部及所述定子铁芯而流动的d轴磁路(36)和由所述永磁体的磁力而形成的磁通流动的磁体磁路(38、39)的至少一部分共用，在所述转子施加有负载的情况下，所述d轴磁路的磁导Prt与由在所述电枢绕组中流动的电流形成的、穿过位于与d轴相差90°电角度的位置的q轴的q轴磁路(37)的磁导Pst之间的关系设定为Pst＞Prt。2.一种旋转电机，是无刷结构的旋转电机，包括：环状的定子(20)，所述定子(20)构成为在定子铁芯(21)卷绕有电枢绕组(25)；转子(50)，所述转子(50)与所述定子的内周侧在径向上相对配置；以及壳体(10)，所述壳体(10)在内部收容并支承有所述定子和所述转子，其特征在于，所述壳体具有配置于所述转子的内周侧、由通电而产生磁动势的励磁绕组(53)卷绕于外周侧的轴套部(17)，所述转子具有：励磁铁芯(52)，所述励磁铁芯(52)具有配置于所述励磁绕组的外周侧并在周向交替形成有不同极性的磁极的多个磁极部(52n、52s)；以及永磁体(54)，所述永磁体(54)在周向相邻的所述磁极部之间配置成易磁化轴朝向周向，形成有极性与通过所述励磁绕组的磁动势而在所述磁极部交替出现的极性一致的磁极，由所述励磁绕组的磁动势而形成的磁通经由所述轴套部、一对所述磁极部及所述定子铁芯而流动的d轴磁路(56)和由所述永磁体的磁力而形成的磁体磁路(58、59)的至少一部分共用，在所述转子施加有负载的情况下，所述d轴磁路的磁导Prt与由在所述电枢绕组中流动的电流形成的、穿过位于与d轴相差90°电角度的位置的q轴的q轴磁路(57)的磁导Pst之间的关系设定为Pst＞Prt。3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，设所述轴套部的对应一对NS磁极的沿轴向延伸的铁芯截面积为Ab，所述轴套部的施加5000A/m的励磁时的磁通密度为B50，配置于所述爪状磁极部之间的所述永磁体的残留磁通密度为Br，所述永磁体的作为磁极的面的截面积为Am时，满足2×Br×Am＜B50×Ab的关系。4.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，设所述轴套部的对应一对NS磁极的沿轴向延伸的铁芯截面积为Ab，所述轴套部的施加5000A/m的励磁时的磁通密度为B50，配置于所述磁极部之间的所述永磁体的残留磁通密度为Br，所述永磁体的作为磁极的面的截面积为Am时，满足2×Br×Am＜B50×Ab的关系。5.如权利要求1～4中任一项所述的旋转电...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥裕树，久田友和，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本,JP