РОТАЦИОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2018 года по МПК H02K16/02 H02K21/12 H02K1/27 H02K1/14 

Предпосылки создания изобретения

Область техники, к которой относится изобретения

[0001] Изобретение относится к ротационной электрической машине, снабженной внешним ротором, расположенным вокруг внешней периферии статора.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] Известно, что ротационная электрическая машина имеет статор и ротор, который вращается относительно статора. Среди множества ротационных электрических машин имеется также ротационная электрическая машина, ротор которой расположен вокруг внешней периферии статора. В качестве такой ротационной электрической машины, помимо ротационной электрической машины с внешним ротором, имеющей один ротор вокруг внешней периферии одного статора (например, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии №2012-147601 (JP 2012-147601 А) или т.п.), существуют ротационная электрическая машина с двойным ротором, имеющая два ротора с обеих сторон в радиальном направлении одного статора, ротационная электрическая машина с двойным статором, снабженная двумя статорами с обеих сторон в радиальном направлении одного ротора (например, публикация нерассмотренной заявки на патент Японии №2016-5412 (JP 2016-5412 А) или т.п.) и т.п.

[0003] При этом, большинство роторов ротационных электрических машин предшествующего уровня техники имеют сердечник ротора и множество магнитов, и каждый из магнитов намагничен в радиальном направлении. Например, JP 2012-147601 А раскрывает ротационную электрическую машину с внешним ротором, имеющую один статор и ротор, расположенный вокруг внешней периферии статора. Однако магнит ротора в JP 2012-147601 А намагничен в радиальном направлении.

Сущность изобретения

[0004] В случае магнита, намагниченного в радиальном направлении данным образом, магнитное поле в направлении, противоположном направлению намагничивания, воздействует на магнит при подаче тока на обмотку статора, в результате чего иногда происходит размагничивание магнита. В частности, часть магнитного потока, который генерируется при подаче тока на обмотку статора, протекает от зубьев к сердечнику ротора или от сердечника ротора к зубьям. Однако магнитный поток легко течет в радиальном направлении между ротором и зубьями. Часть магнитного потока, протекающего в радиальном направлении, проходит через магнит. Однако, если направление магнитного потока, проходящего через магнит, противоположно направлению намагничивания магнита, то происходит размагничивание, в результате которого сила действия магнитного поля магнита уменьшается. Если происходит размагничивание, то, разумеется, магнитный крутящий момент уменьшается, и, следовательно, выходной крутящий момент ротационной электрической машины уменьшается.

[0005] В JP 2016-5412 А раскрыта ротационная электрическая машина с двойным статором, имеющая один ротор и два статора, соответственно расположенных вокруг внешней периферии и внутренней периферии ротора. Магнит ротора, согласно JP 2016-5412 А, намагничен в окружном направлении. По этой причине, согласно этой конфигурации, размагничивание описанного выше магнита может быть уменьшено. Однако в JP 2016-5412 А окружной интервал между магнитами почти такой же, как и окружной интервал между зубьями. По этой причине путь прохождения магнитной силовой линии, через которую течет магнитный поток для реактивного момента, не может быть гарантирован в достаточной степени в сердечнике ротора и, таким образом, реактивный момент не может быть обеспечен в достаточной степени.

[0006] Изобретением предложена ротационная электрическая машина, которая имеет ротор, расположенный вокруг внешней периферии статора, и в которой можно обеспечить реактивный момент в достаточной степени, эффективно подавляя размагничивание магнита ротора.

[0007] Один объект изобретения относится к ротационной электрической машине, содержащей: статор, включающий в себя сердечник статора и обмотку статора, намотанную вокруг сердечника статора; и кольцевой внешний ротор, причем внешний ротор включает в себя внешний сердечник, расположенный вокруг внешней периферии статора, и множество внешних магнитов, расположенных с интервалами в окружном направлении, при этом сердечник статора имеет кольцевое ярмо и множество внешних зубьев, выступающих радиально наружу от внешней периферии ярма; внешние магниты намагничены в окружном направлении так, что направления намагничивания внешних магнитов, смежных друг с другом в окружном направлении, противоположны друг другу в окружном направлении; и окружное расстояние зазора между внешними магнитами, смежными друг с другом, превышает в 1,5 раза или больше шаг расположения внешних зубьев в окружном направлении.

[0008] При такой конфигурации магнитный поток, проходящий через внешний магнит в направлении, противоположном направлению намагничивания, может быть уменьшен, и поэтому размагничивание внешнего магнита может быть эффективно предотвращено. Кроме того, окружное расстояние зазора между внешними магнитами превышает в 1,5 раза или больше шаг размещения внешних зубьев в окружном направлении, и поэтому путь прохождения магнитной силовой линии магнитного потока для реактивного момента может быть гарантирован в достаточной степени, так что реактивный момент может быть обеспечен в достаточной степени.

[0009] Согласно другому объекту, внешний сердечник может включать в себя множество элементов сердечника, отделенных друг от друга, и ротор может быть сконфигурирован посредством поочередного размещения элемента сердечника и внешнего магнита в окружном направлении.

[0010] При такой конфигурации на обеих сторонах внешнего магнита в радиальном направлении отсутствует сердечник, и поэтому утечка магнитного потока может быть уменьшена, так что эффективность ротационной электрической машины может быть повышена.

[0011] Согласно еще одному объекту, внешний магнит может быть расположен так, что центр радиальной толщины внешнего магнита расположен дальше наружу, чем центр радиальной толщины внешнего сердечника.

[0012] При такой конфигурации можно увеличить зазор между внешним магнитом и внешними зубьями и, таким образом, размагничивание внешнего магнита может быть дополнительно уменьшено.

[0013] Согласно еще одному объекту, ротационная электрическая машина может дополнительно содержать: кольцевой внутренний ротор, включающий в себя внутренний сердечник, расположенный вокруг внутренней периферии статора, и множество внутренних магнитов, расположенных в окружном направлении, при этом сердечник статора может дополнительно иметь множество внутренних зубьев, выступающих радиально внутрь от внутренней периферии ярма; и ротационная электрическая машина может представлять собой двигатель с двумя роторами.

[0014] При такой конфигурации ротационная электрическая машина имеет два ротора, и поэтому выходной крутящий момент ротационной электрической машины может быть дополнительно повышен.

[0015] Согласно еще одному объекту, обмотка статора может быть намотана так, что полярность магнитного поля, которое при подаче тока сформировано на стороне внешних зубьев, и полярность магнитного поля, которое сформировано на стороне внутренних зубьев, одинаковы.

[0016] При такой конфигурации увеличивается магнитный поток, протекающий через внешний сердечник, внутренние зубья и внешние зубья, и, следовательно, выходная мощность ротационной электрической машины может дополнительно возрасти.

[0017] Согласно изобретению, магнитный поток, проходящий через внешний магнит в направлении, противоположном направлению намагничивания, может быть уменьшен, и поэтому размагничивание внешнего магнита может быть эффективно предотвращено. Кроме того, окружное расстояние зазора между внешними магнитами превышает в 1,5 раза или больше шаг расположения внешних зубьев в окружном направлении, и поэтому путь прохождения магнитной силовой линии магнитного потока для реактивного момента может быть гарантирован в достаточной степени, так что реактивный момент может быть надежно обеспечен.

Краткое описание чертежей

[0018] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость иллюстративных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые позиции обозначают одинаковые элементы, и где:

Фиг. 1 - схематический продольный вид в разрезе ротационной электрической машины, которая является вариантом осуществления;

Фиг. 2 - поперечный вид в разрезе ротационной электрической машины;

Фиг. 3 - изображение, показывающее поток магнитного потока в случае, когда внешний магнит намагничен в окружном направлении;

Фиг. 4 - изображение, показывающее поток магнитного потока в случае, когда внешний магнит намагничен в радиальном направлении;

Фиг. 5 - схема для описания положения и размера внешнего магнита;

Фиг. 6 - схема, показывающая другой способ намотки и плотность магнитного потока обмотки статора;

Фиг. 7 - схема, показывающая другой способ намотки и плотность магнитного потока обмотки статора;

Фиг. 8 - схема, показывающая другой пример внешнего ротора; и

Фиг. 9 - схема, показывающая другой пример ротационной электрической машины.

Подробное описание вариантов осуществления

[0019] Ниже будет описан вариант осуществления изобретения со ссылкой на чертежи. Фиг. 1 представляет собой схематический продольный вид в разрезе ротационной электрической машины 10, которая является основным вариантом осуществления. Кроме того, фиг. 2 представляет собой поперечный разрез ротационной электрической машины 10. Ротационная электрическая машина 10 представляет собой ротационную электрическую машину с двойным ротором, имеющую один статор 14 и два ротора 16, 18. Более конкретно, как показано на фиг. 1 и 2, внутренний ротор 16 прикреплен к внешней периферийной поверхности вращающегося вала 20, статор 14 расположен вокруг внешней периферии внутреннего ротора 16, и внешний ротор 18 расположен вокруг внешней периферии статора 14.

[0020] Внешний ротор 18 прикреплен к вращающемуся валу 20 через соединительный элемент 22. Соединительный элемент 22 представляет собой, по существу, плоский пластинчатый элемент, установленный и прикрепленный к вращающемуся валу 20. Кольцевое ребро 22а, пролегающее к внешнему ротору 18, выполнено от поверхности соединительного элемента 22, обращенной к внешнему ротору 18. Передняя поверхность кольцевого ребра 22а прикреплена к осевой торцевой поверхности внешнего ротора 18. Таким образом, вращательное усилие внешнего ротора 18 передается на вращающийся вал 20 через соединительный элемент 22. Конфигурация соединительного элемента 22, показанная здесь, является примером, и другие конфигурации также могут быть выполнены с тем условием, что вращательные усилия от внешнего ротора 18 и внутреннего ротора 16 передаются на вращающийся вал 20. Например, соединительный элемент 22 может иметь конфигурацию, в которой он прикреплен к внутреннему ротору 16 вместо вращающегося вала 20, и в этом случае вращательное усилие внешнего ротора 18 передается на вращающийся вал 20 через соединительный элемент 22 и внутренний ротор 16. Кроме того, в качестве другой формы, может быть выполнена конфигурация, в которой внутренний ротор 16 не прикреплен к вращающемуся валу 20, при этом внутренний ротор 16 и внешний ротор 18 прикреплены к соединительному элементу 22, а соединительный элемент 22 прикреплен к вращающемуся валу 20. В любом случае, в ротационной электрической машине 10 с двойным ротором вращательные усилия внутреннего ротора 16 и внешнего ротора 18 передаются на один вращающийся вал 20.

[0021] Статор 14 имеет сердечник 26 статора и обмотку 28 статора, намотанную вокруг сердечника 26 статора. Сердечник 26 статора разделен примерно на кольцевое ярмо 29, множество внутренних зубьев 30, выступающих радиально внутрь от внутренней периферии ярма 29, и множество внешних зубьев 32, выступающих радиально наружу от внешней периферии ярма 29, как показано на фиг. 2. Пространство между двумя внутренними зубьями 30, смежными друг с другом, представляет собой внутренний паз 31, а пространство между двумя внешними зубьями 32, смежными друг с другом, представляет собой внешний паз 33.

[0022] Угол расположения шага и фазы внутренних зубьев 30 является таким же, как угол расположения шага и фазы внешних зубьев 32. В проиллюстрированном примере как внутренний зуб 30, так и внешний зуб 32 расположены с интервалами в 15 градусов в окружном направлении, и в целом выполнено двадцать четыре внутренних зубьев 30 и двадцать четыре внешних зубьев 32. То есть, количество пазов на внутренней или внешней стороне составляет 24. Сердечник 26 статора сконфигурирован из множества листов электромагнитной стали (например, листов из электротехнической стали). Листы электромагнитной стали расположены и соединены друг с другом, образуя, таким образом, сердечник 26 статора.

[0023] Обмотка 28 статора сконфигурирована из трехфазных обмоток, то есть, обмотки U-фазы, обмотки V-фазы и обмотки W-фазы. Первый концевой вывод каждой из трехфазных обмоток соединен с клеммой ввода-вывода (не показано), и вторые концевые выводы трехфазных обмоток соединены друг с другом для формирования нейтральной точки. То есть, обмотка 28 статора имеет соединение звездой. Конечно, вместо соединения звездой могут быть приняты другие виды соединения, например, соединение треугольником или т.п.

[0024] Намотка, образующая обмотку каждой фазы, выполнена вокруг сердечника 26 статора. В качестве способов наматывания намотки используются распределенная намотка, в которой намотка намотана так, чтобы охватить множество пазов, концентрированная намотка, в которой намотка осуществлена вокруг одного зуба, тороидальная намотка, в которой намотка выполнена вокруг ярма 29, и т.п. В этом варианте осуществления намотка намотана посредством тороидальной намотки, то есть, намотка намотана вокруг ярма 29. В этом случае, когда ток подается на обмотку 28 статора, полярность магнитного поля, которая сформирована на стороне внешнего зуба 32, и полярность магнитного поля, которая сформирована на стороне внутреннего зуба 30, являются противоположными.

[0025] Внутренний ротор 16 представляет собой ротор, который расположен внутри статора 14, и имеет кольцевой внутренний сердечник 34 и внутренний магнит 36, встроенный во внутренний сердечник 34. Внутренний сердечник 34 выполнен путем ламинирования множества листов электромагнитной стали (например, листы из электротехнической стали). Внутренний магнит 36 представляет собой постоянный магнит, обеспечивающий магнитный полюс внутреннего ротора 16. Внутренний магнит 36 имеет плоскую и, по существу, прямоугольную форму, если смотреть в осевом направлении, и намагничен в его коротком боковом направлении. Форма, число, положение расположения или т.п.внутреннего магнита 36 особо не ограничены. Однако, как будет описано ниже, желательно, чтобы число магнитных полюсов внутреннего ротора 16 было таким же, как число магнитных полюсов внешнего ротора 18. В этом варианте осуществления внутренний ротор 16 снабжен восемью магнитными полюсами, и один магнитный полюс сконфигурирован двумя внутренними магнитами 36, расположенными, по существу, в форме буквы V, открытой наружу в радиальном направлении. Следовательно, внутренний ротор 16 в целом снабжен внутренними магнитами 36 в количестве, в два раза превышающем число магнитных полюсов, то есть, шестнадцатью внутренними магнитами 36. Кроме того, желательно, чтобы d-ось Ldi внутреннего ротора 16 и d-ось Ldo внешнего ротора 18 совпадали друг с другом. Здесь d-ось Ldi внутреннего ротора 16 представляет собой прямую линию, которая соединяет периферийный центр зазора между двумя внутренними магнитами 36, конфигурирующими один магнитный полюс, и центральную точку ротационной электрической машины 10.

[0026] Внешний ротор 18 представляет собой ротор, который расположен вокруг внешней периферии статора 14 и снабжен внешним сердечником 38 и множеством внешних магнитов 40. Внешний сердечник 38 имеет, по существу, кольцевую форму, а участки 39 размещения магнита, образованные путем вырезания, по существу, прямоугольной формы с внутренней периферийной стороны сердечника, сформированы с интервалами в окружном направлении. Внешний сердечник 38 выполнен посредством ламинирования множества листов электромагнитной стали (например, листов из электротехнической стали).

[0027] Внешний магнит 40 представляет собой постоянный магнит, формирующий магнитный полюс внешнего ротора 18. Внешний магнит 40 имеет, по существу, прямоугольную форму, если смотреть в осевом направлении, и расположен так, что одна сторона внешнего магнита 40, по существу, параллельна окружному направлению. Далее, в этом варианте внешний магнит 40 намагничен в основном по окружному направлению. То есть, первый конец в окружном направлении внешнего магнита 40 является северным магнитным полюсом, а второй конец в окружном направлении внешнего магнита 40 является южным магнитным полюсом. Кроме того, направления намагничивания двух внешних магнитов 40, смежных друг с другом в окружном направлении, установлены как противоположные друг к другу направления в окружном направлении. То есть, два внешних магнита 40, смежные друг с другом в окружном направлении, намагничены в таких направлениях, что обращенные друг к другу поверхности двух внешних магнитов 40, смежных друг с другом в окружном направлении, имеют одинаковый полюс. В этом случае, один магнитный полюс сконфигурирован одним боковым участком в окружном направлении каждого из двух внешних магнитов 40, смежных друг с другом в окружном направлении. Другими словами, один внешний магнит 40 конфигурирует часть одного северного магнитного полюса, и также конфигурирует часть одного южного магнитного полюса. Далее, прямая линия, соединяющая периферийный центр зазора между двумя внешними магнитами 40, смежными друг с другом, с центральной точкой ротационной электрической машины 10, становится d-осью Ldo внешнего ротора 18.

[0028] В этом варианте осуществления число магнитных полюсов внешнего ротора 18 установлено как восемь полюсов, что равно числу магнитных полюсов внутреннего ротора 16. По этой причине во всем внешнем роторе 18 предусмотрены восемь внешних магнитов 40. Кроме того, в этом варианте осуществления d-ось Ldo магнитного полюса внешнего ротора 18 и d-ось Ldi магнитного полюса внутреннего ротора 16 установлены как совпадающие друг с другом. Таким образом, если две d-оси Ldo и Ldi установлены как совпадающие друг с другом, то угловое взаимное положение магнитных полюсов роторов 16, 18 относительно вращающегося магнитного поля статора 14 может быть одинаковым как на внешней стороне, так и на внутренней стороне. В результате, переключение управления током и напряжением не требуется на внешней стороне и на стороне ротора. Кроме того, в этом варианте осуществления, поскольку обмотка 28 статора намотана посредством тороидальной намотки, то полярность вращающегося магнитного поля, которая формируется на статоре 14, изменяется на противоположную сторону на внутренней стороне и на внешней стороне. В этом случае, магнитные полюса внутреннего ротора 16 и внешнего ротора 18, которые в радиальном направлении обращены друг к другу через статор 14, имеют одинаковую полярность. То есть, северный магнитный полюс внутреннего ротора 16 расположен на стороне, противоположной северному магнитному полюсу внешнего ротора 18 через статор 14, и южный магнитный полюс внутреннего ротора 16 расположен на стороне, противоположной южному магнитному полюсу внешнего ротора 18 через статор 14.

[0029] Тем временем, причина, по которой внешний магнит 40 намагничен в окружном направлении, как в этом варианте осуществления, будет описана со ссылкой на фиг. 3 и 4. Фиг. 3 представляет собой изображение, показывающее поток магнитного потока в случае, когда внешний магнит 40 намагничен в окружном направлении, а фиг. 4 является изображением, показывающей поток магнитного потока в случае, когда внешний магнит 40 намагничен в радиальном направлении.

[0030] Магнитный поток генерируется с образованием трехфазного переменного тока в обмотке 28 статора. Однако часть магнитного потока протекает от внешних зубьев 32 к внешнему ротору 18 или от внешнего ротора 18 к внешним зубьям 32. То есть, магнитный поток, протекающий в радиальном направлении, генерируется во внешнем роторе 18. Как показано на фиг. 4, в случае, когда внешний магнит 40 намагничен в радиальном направлении, генерируется так называемое «реверсивное магнитное поле», в котором магнитный поток протекает в направлении, противоположном направлению намагничивания внешнего магнита 40. В примере на фиг. 4, реверсивное магнитное поле генерируется в Е1 области. Если возникает такое реверсивное магнитное поле, происходит размагничивание, при котором сила действия магнитного поля внешнего магнита 40 уменьшается. Таким образом, внешний магнит 40 размагничивается, вследствие чего происходит уменьшение магнитного момента, и, следовательно, уменьшение выходного крутящего момента ротационной электрической машины 10.

[0031] С другой стороны, в этом варианте осуществления, как описано выше, и как показано на фиг. 3, внешний магнит 40 намагничен в окружном направлении, и внешний сердечник 38 вместо внешнего магнита 40 расположен на центральном участке магнитного полюса. В этом случае, большая часть магнитного потока, протекающего через внешний ротор 18, протекает через внешний сердечник 38. В частности, в составе магнитного потока, протекающего через внешний ротор 18, имеется магнитный поток, который течет так, чтобы соединять концевой участок в окружном направлении внешнего магнита 40 и определенные внешние зубья 32, имеется магнитный поток, который втекает из первого внешнего зуба 32, затем проходит в окружном направлении во внешний сердечник 38, и после этого вытекает на второй внешний зуб 32, или т.п. Таким образом, большая часть магнитного потока протекает через внешний сердечник 38, и магнитный поток, протекающий через внешний магнит 40, является малым. Другими словами, как показано на фиг. 3, магнитный поток, который течет, чтобы пересекать направление намагничивания внешнего магнита 40, может быть значительно уменьшен. По этой причине, согласно конфигурации на фиг. 3, реверсивное магнитное поле может быть существенным образом уменьшено по сравнению со случаем на фиг. 4. В результате, можно эффективно предотвратить уменьшение магнитного момента, предотвращая размагничивание внешнего магнита 40. Кроме того, чем выше температура, тем легче происходит размагничивание. Однако в этом варианте осуществления температурная устойчивость внешнего магнита 40, позволяющая предотвратить размагничивание, может быть увеличена путем предотвращения реверсивного магнитного поля. В результате, может быть увеличено текущее значение или частота трехфазного переменного тока, который подается на обмотку 28 статора, и, таким образом, выходной крутящий момент ротационной электрической машины 10 может быть увеличен.

[0032] Далее, со ссылкой на фиг. 5, будут описаны желательный размер и расположение внешнего магнита 40. Чтобы повысить эффективность ротационной электрической машины 10, желательно использовать не только магнитный крутящий момент, обеспечиваемый постоянным магнитом, но также и реактивный момент, возникающий из-за силы притяжения между ярко выраженным полюсом и полюсом вращающегося магнитного поля. В этом варианте осуществления, для обеспечения достаточного уровня реактивного момента, окружное расстояние Da зазора между внешними магнитами 40, смежными друг с другом в окружном направлении, устанавливается в 1,5 раза больше или еще больше, чем окружной интервал Db расположения внешних зубьев 32, то есть такое, чтобы иметь соотношение Da≥1,5×Db. Таким образом, в случае, когда окружное расстояние Da установлено так, что оно имеет соотношение Da≥1,5×Db, по меньшей мере, два внешних зуба 32 обращены к участку зазора между магнитами и, следовательно, может быть обеспечен более широкий путь прохождения магнитных силовых линий магнитного потока для создания реактивного момента. Таким образом, может быть обеспечен достаточный реактивный момент. Магнитный поток для создания реактивного момента представляет собой магнитный поток, вытекающий из первого внешнего зуба 32 во второй внешний зуб 32 через внешний сердечник 38 без прохождения через внешний магнит 40.

[0033] Однако, если окружное расстояние Da зазорного участка между магнитами увеличивается, то сила действия магнитного поля внешнего магнита 40 уменьшается, и реверсивное магнитное поле увеличивается. То есть, когда число магнитных полюсов внешнего ротора 18 одинаковое, чем больше окружное расстояние Da, тем меньше становится окружная длина Dm (см. фиг. 2) внешнего магнита 40 и, следовательно, размер внешнего магнита 40 уменьшается. Если размер внешнего магнита 40 уменьшается, то соответственно это приводит к уменьшению силы действия магнитного поля и уменьшению магнитного момента. Кроме того, согласно моделированию, выполненному путем изменения окружной длины Dm внешнего магнита 40, увеличение окружной длины Dm приводит к уменьшению реверсивного магнитного поля. Поэтому, учитывая сохранение достаточного магнитного момента или предотвращение уменьшения реверсивного магнитного поля, желательно, чтобы окружное расстояние Da зазорного участка между магнитами не было чрезмерно большим. Поэтому, например, желательно, чтобы окружное расстояние Da зазорного участка между магнитами превышало примерно в три раза (Da≈3×Db) окружной интервал Db расположения внешних зубьев 32.

[0034] Кроме того, согласно моделированию, выполненному путем изменения зазора G между внешним магнитом 40 и сердечником 26 статора (внешние зубья 32), чем больше зазор G, тем больше уменьшается реверсивное магнитное поле. По этой причине, чтобы дополнительно уменьшить реверсивное магнитное поле, желательно, чтобы внешний магнит 40 располагался так, что центр Cm его радиальной толщины был расположен дальше в направлении наружу в радиальном направлении, чем центр Сс радиальной толщины внешнего сердечника 38, как показано на фиг. 5. При таком расположении зазор G может быть дополнительно увеличен и, следовательно, размагничивание может быть дополнительно уменьшено.

[0035] Как описано выше, в соответствии с этим вариантом осуществления внешний магнит 40 намагничен в окружном направлении и в направлении, противоположном направлению намагничивания другого внешнего магнита 40, смежному ему в окружном направлении, и, следовательно, размагничивание внешнего магнита 40 эффективно предотвращается, и температурная устойчивость внешнего магнита 40 может быть улучшена. В результате, выходной крутящий момент ротационной электрической машины 10 может быть дополнительно улучшен. Кроме того, в этом варианте осуществления окружное расстояние Da зазора между двумя внешними магнитами 40, смежными друг с другом в окружном направлении, устанавливается в 1,5 раза больше или еще больше, чем окружной интервал Db расположения внешних зубьев 32. По этой причине, возможно в достаточной степени обеспечить путь прохождения магнитных силовых линий магнитного потока для реактивного момента, и, таким образом, можно обеспечить достаточный реактивный момент. Кроме того, внешний магнит 40 расположен так, что центр Cm его радиальной толщины расположен дальше к внешней стороне, чем центр Сс радиальной толщины внешнего сердечника 38. В результате, зазор G между внешним магнитом 40 и внешними зубьями 32 может быть увеличен и, таким образом, можно дополнительно уменьшить реверсивное магнитное поле.

[0036] Далее будут описаны примеры модификации этого варианта осуществления. В приведенном выше описании обмотка 28 статора намотана посредством тороидальной намотки. Однако обмотка 28 статора может быть сконфигурирована другими способами намотки. Например, обмотка 28 статора может быть сконфигурирована посредством распределенной намотки, в которой намотка намотана так, чтобы огибать множество пазов. Кроме того, в качестве другой формы, обмотка 28 статора может быть сконфигурирована посредством концентрированной намотки, в которой одиночная обмотка, образованная путем выполнения намотки вокруг зубьев 30, и одиночная обмотка, сформированная путем выполнения намотки вокруг зубьев 32, соединены с помощью переходного провода, как показано на фиг. 6 и фиг. 7. Кроме того, в качестве концентрированной намотки существует способ, при котором направления выполнения намотки одинаковы как на внешней стороне, так и на внутренней стороне, как показано на фиг. 6, и способ, в котором направления выполнения намотки являются противоположными направлениями на внешней стороне и на внутренней стороне, как показано на фиг. 7.

[0037] В случае с фиг. 6, когда трехфазный переменный ток подается на обмотку 28 статора, вращающееся магнитное поле, которое сформировано на внутренней стороне, и вращающееся магнитное поле, которое сформировано на внешней стороне, имеют одинаковую полярность. В дальнейшем, исполнение, в котором полярность вращающегося магнитного поля одинакова на внешней стороне и на внутренней стороне, называется «способом одинаковой полярности». В случае способа одинаковой полярности желательно, чтобы магнитные полюса внутреннего ротора 16 и внешнего ротора 18, которые обращены друг к другу в радиальном направлении через статор 14, имели противоположные друг другу полярности. То есть, как показано на фиг. 6, южный магнитный полюс внутреннего ротора 16 расположен на стороне, противоположной северному магнитному полюсу внешнего ротора 18, через статор 14.

[0038] Кроме того, в случае фиг. 7, когда трехфазный переменный ток подается на обмотку 28 статора, полярности магнитного поля, которое сформировано на внутренней стороне, и магнитного поля, которое сформировано на внешней стороне, противоположны друг другу. В дальнейшем, исполнение, в котором полярности вращающихся магнитных полей противоположны друг другу на внешней стороне и внутренней стороне, называется «способом обратной полярности». Способ обратной полярности применим не только в случае, когда обмотка 28 статора намотана, как показано на фиг. 7, но также в случае, когда обмотка 28 статора намотана тороидальной намоткой, как показано на фиг. 2. В случае способа обратной полярности желательно, чтобы магнитные полюса внутреннего ротора 16 и внешнего ротора 18, которые обращены друг к другу в радиальном направлении через статор 14, имели одинаковую полярность. То есть, как показано на фиг. 2 и фиг. 7, северный магнитный полюс внутреннего ротора 16 расположен на стороне, противоположной северному магнитному полюсу внешнего ротора 18, через статор 14.

[0039] Тем временем, на фиг. 6 и фиг. 7, черная заштрихованная часть указывает участок, где плотность магнитного потока велика, когда ток подается на обмотку 28 статора, и чем плотнее черный цвет, тем выше плотность магнитного потока. Из сравнения фиг. 6 и фиг. 7, можно отчетливо видеть, что магнитный поток, протекающий через внешний сердечник 38 и зубья 30, 32, дополнительно увеличивается в способе одинаковой полярности, который показан на фиг. 6, по сравнению со способом обратной полярности, показанном на фиг. 7. Таким образом, если магнитный поток, протекающий через внешний сердечник 38 и зубья 30, 32, увеличивается, то, соответственно, увеличивается и выходной крутящий момент. Поэтому в случае, когда желательно увеличить выходной крутящий момент ротационной электрической машины 10, желательно принять способ обратной полярности, в котором полярности вращающихся магнитных полей, которые были сформированы, противоположны друг другу на внешней стороне и внутренней стороне, как показано на фиг. 6. Однако, конечно, способ одинаковой полярности может быть принят по мере необходимости.

[0040] Кроме того, в вышеприведенном описании внешний сердечник 38 сформирован как, по существу, кольцевой одиночный элемент. Однако внешний сердечник 38 может быть выполнен из множества элементов 38а сердечника, отделенных друг от друга. То есть, как показано на фиг. 8, внешний ротор 18 может быть выполнен посредством поочередного размещения элемента 38а сердечника и внешнего магнита 40 в окружном направлении. В этом случае, сердечник не сформирован снаружи внешнего магнита 40 в радиальном направлении и, следовательно, утечка магнитного потока уменьшается по сравнению со случаем, показанным на фиг. 2, в котором сердечник сформирован снаружи в радиальном направлении. В результате магнитный поток может быть использован более эффективно, и, следовательно, эффективность ротационной электрической машины 10 может быть повышена.

[0041] Кроме того, в вышеприведенном описании количество внутренних зубьев 30 и количество внешних зубьев 32 имеют одинаковое значение. Однако количество внутренних зубьев 30 и количество внешних зубьев 32 могут отличаться друг от друга. Например, как показано на фиг. 9, количество внешних зубьев 32 (количество пазов на внешней стороне), может быть установлено в два раза больше количества внутренних зубьев 30 (количество пазов на внешней стороне). Кроме того, число магнитных полюсов и количество пазов, описанных выше, являются примерами и могут быть соответствующим образом изменены. Кроме того, желательно, чтобы фазы внешних зубьев 32 и внутренних зубьев 30 были одинаковыми. Однако может существовать разность фаз в фазах внешних зубьев 32 и внутренних зубьев 30. В этом случае, желательно обеспечить разность фаз между магнитным полюсом внутреннего ротора 16 и магнитным полюсом внешнего ротора 18 в соответствии с разностью фаз между внутренними зубьями 30 и внешними зубьями 32.

[0042] Кроме того, в приведенном выше описании описана ротационная электрическая машина 10 с двойным ротором, имеющая два ротора 16, 18 с обеих сторон в радиальном направлении одного статора 14. Однако технология этого варианта осуществления может быть применена к ротационным электрическим машинам других типов, при условии, что они имеют ротор, расположенный в радиальном направлении дальше в направлении наружу, чем статор. Например, технология этого варианта осуществления может быть применена к ротационной электрической машине с внешним ротором, имеющей один ротор снаружи одного статора, ротационной электрической машине с двумя статорами, имеющей два статора с обеих сторон в радиальном направлении одного ротора, или т.п. Кроме того, в приведенном выше описании только внешний магнит 40 намагничен в окружном направлении. Однако внутренний магнит 36 может быть намагничен в окружном направлении. Кроме того, вариант осуществления и примеры модификации, описанные выше, могут быть соответствующим образом объединены, при отсутствии несогласованности друг с другом. Поэтому, например, в конфигурации, показанной на фиг. 2, способ намотки обмотки 28 статора может быть изменен на способ, показанный на фиг. 6, и внешний сердечник 38 может быть выполнен с элементами 38а сердечника, как показано на фиг. 8.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение эффективности машины. Ротационная электрическая машина содержит статор, включающий в себя сердечник статора и обмотку статора, намотанную вокруг сердечника статора, кольцевой внешний ротор, включающий в себя внешний сердечник, расположенный вокруг внешней периферии статора, и множество внешних магнитов, расположенных с интервалами в окружном направлении. Сердечник статора имеет кольцевое ярмо и множество внешних зубьев, выступающих радиально наружу от внешней периферии ярма. Внешние магниты намагничены в окружном направлении так, что направления намагничивания внешних магнитов, смежных друг с другом в окружном направлении, противоположны друг другу в окружном направлении. Окружное расстояние между внешними магнитами, смежными друг с другом, превышает в 1,5 раза или больше шаг расположения внешних зубьев в окружном направлении. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Ротационная электрическая машина, содержащая:

статор, включающий в себя сердечник статора и обмотку статора, намотанную вокруг сердечника статора; и

внешний ротор, имеющий кольцевую форму, причем внешний ротор включает в себя внешний сердечник, расположенный вокруг внешней периферии статора, и множество внешних магнитов, расположенных с интервалами в окружном направлении, при этом:

сердечник статора имеет кольцевое ярмо и множество внешних зубьев, выступающих радиально наружу от внешней периферии ярма;

внешние магниты намагничены в окружном направлении так, что

направления намагничивания внешних магнитов, смежных друг с другом в окружном направлении, противоположны друг другу в окружном направлении; и

окружное расстояние зазора между внешними магнитами, смежными друг с другом, превышает в 1,5 раза или больше шаг расположения внешних зубьев в окружном направлении.

2. Ротационная электрическая машина по п. 1, в которой:

внешний сердечник включает в себя множество элементов сердечника; и

внешний ротор сконфигурирован посредством поочередного размещения элемента сердечника и внешнего магнита в окружном направлении.

3. Ротационная электрическая машина по п. 1 или 2, в которой внешний магнит расположен так, что центр радиальной толщины внешнего магнита расположен дальше наружу, чем центр радиальной толщины внешнего сердечника.

4. Ротационная электрическая машина по п. 1 или 2, дополнительно содержащая:

внутренний ротор, имеющий кольцевую форму, причем внутренний

ротор включает в себя внутренний сердечник, расположенный вокруг внутренней периферии статора, и множество внутренних магнитов, расположенных в окружном направлении, при этом

сердечник статора дополнительно имеет множество внутренних зубьев, выступающих радиально внутрь от внутренней периферии ярма; и

ротационная электрическая машина представляет собой двигатель с двумя роторами.

5. Ротационная электрическая машина по п. 4, в которой обмотка статора намотана так, что полярность магнитного поля, которое при подаче тока сформировано на стороне внешних зубьев, и полярность магнитного поля, которое сформировано на стороне внутренних зубьев, одинаковы.