旋转电机制造技术

在电动机的转子的磁体部中，以磁化方向按规定的角度分别变化的方式在周向配置有多个永磁铁，定子配置在磁体部的径向外侧。在定子中，在圆环状的外筒的内周面沿周向配置电枢的三相线圈。此外，在外筒中采用使磁体部产生的磁场内的磁通密度大于等于残留磁通密度的强磁性材料，外筒的厚度尺寸为通过磁体部产生磁饱和的厚度尺寸。因此，在电动机中，能够通过磁体部的磁铁排列来抑制转矩脉动的同时减小定子的外径，能够实现输出功率密度的提高。能够实现输出功率密度的提高。能够实现输出功率密度的提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转电机


[0001]本专利技术涉及电动机、发电机等旋转电机。

技术介绍

[0002]在电动机、发电机等中，采用了永磁铁的N极S极交替排列的磁体(N
‑
S排列磁体)。在磁体中，使用所排列的永磁铁的一侧(径向的内侧或外侧)的磁场，但在N
‑
S排列磁体中，在所排列的永磁铁的两侧产生有磁场，磁场(永磁铁产生的磁能)未被有效利用。
[0003]另一方面，在永磁铁排列的磁体中，例如有使磁极(磁化方向)的方向分别旋转90
°
地依次排列多个永磁铁的海尔贝克阵列磁体。在该海尔贝克阵列磁体中，能够在与排列永磁铁的方向交差的方向上产生一侧比另一侧强的磁场，能够有效利用永磁铁产生的磁场。
[0004]在日本特开2009
‑
201343号公报、日本特开2010
‑
154688号公报等中，提出了一种磁体(双海尔贝克阵列磁体)，通过以互相增强磁场的方式相向配置两组海尔贝克磁铁阵列，从而能够更有效地利用永磁铁产生的磁场。

技术实现思路

[0005]专利技术要解决的问题
[0006]然而，在电动机中，通过将海尔贝克阵列磁体来用作磁体，在低速旋转时可以极大地抑制谐波分量并得到高的输出功率，实现高效率化，预期提高输出功率密度。但是，在采用了双海尔贝克阵列磁体的电动机中，随着转速升高反电动势变大。因此，在用于以高速旋转驱动电动机的电源中，要求输出超过电动机产生的反电动势的电力(电压)。
[0007]此外，在要求高速旋转的电动机中，电枢线圈一般用于定子侧，在采用了双海尔贝克阵列磁体的电动机中，采用由分别应用了海尔贝克阵列磁体的内转子和外转子构成的双转子构造。
[0008]因此，在电动机中，双转子分别为悬臂构造，导致转子大型化，并且转子构造变得复杂，在高速旋转时可能产生振动、噪声。此外，在要求高速旋转的电动机中，电枢线圈的排热需求变高，但是在双转子构造的电动机中，存在电枢线圈的排热难的问题，对于提高电动机等的输出功率密度而言有改善的余地。
[0009]本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够提高输出功率密度的旋转电机。
[0010]用于解决问题的方案
[0011]用于达成上述目的的第一方式的旋转电机包含：磁体部，以磁化方向依次变化的方式将多个永磁铁沿周向排列成圆环状，将大于等于3的任一整数设为分割数n，所述磁化方向按一周期电角度除以所述分割数n得到的角度而依次变化；筒体，其使用强磁性材料形成为中心轴与所述磁体部的中心轴重合的圆环状并与各个所述永磁铁相向，并且设成能够相对于所述磁体部相对旋转，所述筒体的径向尺寸设为在所述磁体部产生的磁场内使内部的磁通密度达到饱和磁通密度的尺寸；电枢，其中，分别为空心的三相线圈在所述筒体的所
述磁体部侧的面沿周向排列。
[0012]在第一方式的旋转电机中，在磁体部中，多个永磁铁沿周向排列成圆环状。设大于等于3的任一整数为分割数n，多个永磁铁以一周期电角度除以分割数n得到的角度依次变化磁化方向，在磁体部中应用了海尔贝克磁铁阵列。此外，筒体由强磁性材料形成为圆环状，与磁体部的各个所述永磁铁相向，在筒体的磁体部侧的面，在周向配置有电枢的三相线圈。由此，能够在磁体部与筒体之间形成磁路，在磁体部与筒体之间形成与成对的海尔贝克磁铁阵列形成的双海尔贝克磁铁阵列近似的磁场。
[0013]此外，在第一方式的旋转电机中，电枢的线圈为空心线圈，在磁体部与筒体之间配置有分别为空心线圈的电枢。由此，因为能够使线圈部分的磁导率为与空气相同的磁导率，所以能够使磁体部与筒体之间形成的磁通分布(沿周向的磁通分布的变化)为正弦波状，能够抑制谐波分量而有效地抑制转矩脉动。这样的三相线圈能够应用集中绕组，作为线圈的绕线能够应用利兹线。
[0014]使用了强磁性材料的筒体的径向尺寸设为在磁体部产生的磁场内得到大于等于残留磁通密度的磁通密度且最大磁通密度为饱和磁通密度的尺寸。筒体通过将径向尺寸设得较大，能够使最大磁通密度不达到饱和磁通密度，而筒体通过将径向尺寸设为最大磁通密度达到饱和磁通密度的尺寸，则能够减小径向尺寸。
[0015]在此，能够通过磁体部和筒体来形成与双海尔贝克磁铁阵列近似的磁场，能够在整体上提高输出功率，能够通过减小使用了强磁性材料的筒体的径向尺寸从而能够实现小型化，能够提高输出功率密度。
[0016]第二方式的旋转电机为：在第一方式中，所述磁体部设置在转子，所述筒体为定子并包围所述磁体部的外周。
[0017]在第二方式的旋转电机中，将使用了强磁性材料的筒体作为定子，在作为转子的磁体部的径向外侧配置定子，能够减小定子的外径，从而能够有效地提高输出功率密度。
[0018]第三方式的旋转电机为：在第一或第二方式中，所述筒体的径向尺寸是所述磁通密度为饱和磁通密度的最大尺寸。
[0019]在第三方式的旋转电机中，使筒体的径向尺寸是磁通密度为饱和磁通密度的最大尺寸。由此，能够抑制筒体中因产生磁饱和而导致的磁阻，能够抑制因产生磁饱和而导致的输出功率的降低。
[0020]第四方式的旋转电机为：在第一至第三任一方式中，以所述线圈的五次空间谐波分量的磁通链数小于磁极数P相对于槽数S为2比3的所述五次空间谐波分量的磁通链数的方式，设定所述磁体部的磁极数P以及作为所述电枢的线圈数的槽数S。
[0021]在第四方式的旋转电机中，以线圈的五次空间谐波分量的磁通链数小于磁极数P相对于槽数S为2比3的五次空间谐波分量的磁通链数的方式，设定磁体部的磁极数P以及作为电枢的线圈数的槽数S。即，磁体部的磁极数P相对于电枢的槽数S设为除了2比3以外。
[0022]在磁体部与筒体之间的磁场中，对于三相交流电，五次空间谐波分量的振幅最大，影响转矩脉动，特别是在磁极数P相对于槽数S为2比3时，空间谐波分量导致的转矩脉动最大。因此，通过将磁极数P相对于槽数S设为除了2比3以外，能够有效地减少线圈的第五次空间高次谐波的磁通链数，能够有效地抑制转矩脉动。
[0023]第五方式的旋转电机为：在第一至第四任一方式中，所述分割数n为3的倍数加2而
得到的数。
[0024]在第五方式的旋转电机中，分割数n为3的倍数加2而得到的任意的数。由此，能够抑制五次谐波分量，能够有效地抑制因筒体中产生磁饱和导致的转矩脉动。
[0025]第六方式的旋转电机为：在第一至第五任一方式中，所述磁体部的周面与所述筒体的周面之间的间隔即间隙长度为所述磁体部的所述永磁铁的极距τ的0.25倍以上且1.0倍以下。
[0026]在第六方式的旋转电机中，使磁体部的周面与筒体的周面之间的间隔即间隙长度为磁体部中的永磁铁的极距τ的0.25倍以上且1.0倍以下。由此，在磁体部与筒体之间，有效地形成与双海尔贝克阵列磁体的磁场近似的磁场。
[0027]专利技术效果
[0028]如以上说明的那样，根据本方式的旋转电机，能够得到如下效果，因为能够抑制输出功率的降低而实现小型化，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种旋转电机，其包含：磁体部，其以磁化方向依次变化的方式将多个永磁铁沿周向排列成圆环状，将大于等于3的任一整数设为分割数n，所述磁化方向按一周期电角度除以所述分割数n得到的角度而依次变化；筒体，其使用强磁性材料形成为中心轴与所述磁体部的中心轴重合的圆环状并与各个所述永磁铁相向，并且设成能够相对于所述磁体部相对旋转，所述筒体的径向尺寸设为在所述磁体部产生的磁场内使内部的磁通密度达到饱和磁通密度的尺寸；以及电枢，分别为空心的三相线圈在所述筒体的所述磁体部侧的面沿周向排列。2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述筒体的尺寸为：在所述磁体部产生的磁场内在与所述磁体部相向的表面和所述磁体部表面之间的空隙长度为零的情况下得到大于等于所述永磁铁的残留磁通密度的磁通密度，并且在规定的所述空隙长度时该磁通密度达到饱和磁通密度的尺寸。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：森下明平，
申请(专利权)人：学校法人工学院大学，
类型：发明
国别省市：