旋转电机的制作方法

本发明涉及旋转电机。

背景技术：

直流电动机(以下也称为“dc电动机”)由于电压控制、速度控制的容易性而应用于广泛的领域。小型的dc电动机多应用于汽车用辅助设备等。

dc电动机的与转子的线圈连接的整流器(commutator，换向器)配置在作为旋转轴的轴的周向，经由刷换向器供应电流从而在线圈中产生磁场，轴旋转。

在非专利文献1中公开了通过改变刷的超前角从而改变dc电动机的特性。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：田仓大地/赤津观，“可变dc电动机的研究”，平成26年电气学会产业应用部门大会，no.3－10，p.125-128。

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在上述dc电动机中，在刷和换向器之间存在滑动接触部，因此有可能产生由磨损导致的障碍，牢固性降低。另外，在刷与换向器连接、断开时尖峰状的电流流动，产生煤烟并将其积蓄于电动机内，因此维护性降低。

因此，本发明的目的在于提供能提高牢固性和维护性的旋转电机。

用于解决问题的方案

解决上述问题的旋转电机的发明的一个方式是，具备定子和转子，上述定子具有多个定子齿，上述转子具有多个转子齿，在定子的定子齿上卷绕有接通直流电源时形成磁场的集中卷绕式定子绕阻，在转子的上述转子齿上卷绕有诱发感应电流的集中卷绕式感应线圈和感应电流通过时产生励磁的集中卷绕式励磁线圈，上述旋转电机具备：整流电路，其连接在感应线圈和励磁线圈之间，对感应电流进行整流；以及开关构件，其配置在整流电路和励磁线圈之间，通过开关构件的开关控制流向励磁线圈上述感应电流以产生励磁。

另外，解决上述问题的旋转电机的发明的其它方式是，具备配置有多个永磁铁的定子和具有多个转子齿的转子，在转子的上述转子齿上卷绕有诱发感应电流的感应线圈和感应电流通过时产生励磁的励磁线圈，上述旋转电机具备：整流电路，其连接在感应线圈和励磁线圈之间，对感应电流进行整流；以及开关构件，其配置在整流电路和励磁线圈之间，将开关构件断开闭合来控制感应电流向励磁线圈的通电而进行交流励磁。

发明效果

这样根据本发明的一个方式，能提高牢固性和维护性。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的旋转电机的图，图1(a)是其径向截面图，图1(b)是其轴向截面的立体图。

图2是表示本发明的一实施方式的旋转电机的图，是其电路构成图。

图3是表示本发明的一实施方式的旋转电机的图，是表示其场效应晶体管的栅极信号的例子的图。

图4是表示本发明的一实施方式的旋转电机的图，是表示其再生转矩的特性的图。

图5是表示本发明的一实施方式的旋转电机的图，是表示基于其相位控制的再生转矩的特性的图。

附图标记说明

1旋转电机

10定子

12定子齿

14定子绕阻

20转子

22转子齿

24感应线圈

25励磁线圈

30整流电路

32旋转变压器

33初级线圈

34次级线圈

35脉冲发生器

t1、t2、t3场效应晶体管(开关构件)。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式的旋转电机。

在图1中，本发明的一实施方式的旋转电机1具备：定子10，其形成为圆筒形状；以及转子20，其收纳该定子10，固定有成为旋转的中心的旋转轴2。

旋转轴2支撑于未图示的轴承装置且能旋转。圆盘状的二极管支架3一体地形成于旋转轴2。旋转轴2和二极管支架3也可以是分开构成并由螺栓等紧固构件相互紧固的构成。在二极管支架3上形成有多个凹部3a，在上述各凹部3a中嵌入有封装件6，封装件6收纳构成后述的整流电路30的二极管或晶体管。

转子20配置于定子10的径向的外侧，配置在二极管支架3和平衡板4之间。平衡板4以环状形成，在周向以规定的间隔形成有多个内螺纹部4a。在二极管支架3中，在周向以规定的间隔形成有多个插通孔3b。此外，所谓的径向表示与旋转轴2延伸的方向正交的方向。所谓的径向的外侧表示在径向离旋转轴2远的一侧，所谓的径向的内侧表示在径向离旋转轴2近的一侧。

转子20形成为在后述的转子铁芯21的周向以规定的间隔形成有贯通转子铁芯21的多个插通孔26。螺栓5插通于上述二极管支架3的插通孔3b和转子铁芯21的插通孔26。此外，所谓的轴向表示与旋转轴2延伸的方向相同的方向。

螺栓5从二极管支架3侧经过插通孔3b和插通孔26紧固于平衡板4的内螺纹部4a。由此，转子20以由二极管支架3和平衡板4在轴向夹着的方式被紧固，并且能与二极管支架3和平衡板4一体地旋转。

定子10具备例如在轴向层叠了多个电磁钢板的定子铁芯11。在该定子铁芯11中，在周向以规定的间隔形成有向与远离轴心的径向外侧突出的多个定子齿(凸极部)12。在本实施方式中，在周向以90°间隔设有4个定子齿12。定子齿12形成为使外周面隔着气隙与转子20的后述的转子齿22的内周面相对。

该定子齿12将在周向相邻的定子齿12的侧面12a之间作为槽13，在该槽13中卷绕有定子绕阻14。

定子绕阻14以集中卷绕的方式形成，成为在定子10的周向相邻的每个定子齿12中彼此反向卷绕的绕阻，并在定子10的周向排列。该定子绕阻14被供应直流电流而被励磁，使定子齿12作为电磁铁发挥功能。此时，在定子10的周向相邻的定子齿12成为磁极彼此不同的电磁铁。

转子20具备例如在轴向层叠了多个电磁钢板的转子铁芯21，该转子铁芯21在周向以规定的间隔形成有多个转子齿22，多个转子齿22向去往轴心的径向的内侧突出。在本实施方式中，在周向以60°间隔设有6个转子齿22。

其中，作为定子10与转子20的凸极比的组合，如本实施方式所示优选“定子：转子＝2：3”。但是，定子10与转子20的凸极比的组合不限于“定子：转子＝2：3”，也可以是其它组合。

转子齿22将在周向相邻的转子齿22的侧面22a之间作为槽23，在该槽23中卷绕有感应线圈24和励磁线圈25。在转子齿22中，感应线圈24比励磁线圈25靠定子10侧配置，励磁线圈25比感应线圈24靠转子铁芯21侧配置。

即，感应线圈24在槽23中卷绕于转子20的径向的内侧，励磁线圈25在槽23中卷绕于转子20的径向的外侧。

感应线圈24以集中卷绕的方式形成，成为在转子20的周向相邻的每一转子齿22中彼此按相同方向卷绕的绕阻，并在转子20的周向排列。该感应线圈24通过磁通交链而产生(诱发)感应电流。

励磁线圈25以集中卷绕的方式形成，成为在转子20的周向相邻的每一转子齿22中彼此按相同方向卷绕的绕阻，并在转子20的周向排列。该励磁线圈25被供应励磁电流而被励磁，作为电磁铁发挥功能。

在此，对图1(a)的机械角为180度的3个感应线圈24按逆时针方向按顺序附上感应线圈24-1～24-3的附图标记进行区分。另外，对机械角为180度的3个励磁线圈25按逆时针方向按顺序附上励磁线圈25-1～25-3的附图标记进行区分。

在图2中，感应线圈24-1、24-2、24-3以及励磁线圈25-1、25-2、25-3与二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、场效应晶体管t1、t2、t3一起形成作为闭合电路的整流电路30。

在该整流电路30中，3个感应线圈24-1、24-2、24-3被y接线(星型接线)，在其中性点位置连接着包括二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6的二极管桥31。

二极管桥31成为将从感应线圈24-1、24-2、24-3接收到的交流电流整流为直流电流，并将该直流电流供应到励磁线圈25-1、25-2、25-3的电路构成。

二极管桥31为了与3个感应线圈24-1、24-2、24-3分别对应而构筑为如下电路构成：以成为同一整流方向的方式将2个为一组的二极管d1、d2、二极管d3、d4以及二极管d5、d6分别串联连接，将两端侧并联连接。

在该二极管桥31中，各感应线圈24-1、24-2、24-3的一端侧端部与二极管d1、d2、二极管d3、d4以及二极管d5、d6的各组的中间部连接。

另外，将二极管d1、d2、二极管d3、d4以及二极管d5、d6各自的与各组中的中间部相反的一侧的端部，即，与连接着感应线圈24-1、24-2、24-3的中间部相反的一侧的两端部作为共通的连接点而分别与励磁线圈25-1、25-2、25-3并联连接。

在各励磁线圈25-1、25-2、25-3的电流所流动的方向的上游侧分别串联连接着场效应晶体管t1、t2、t3。

在各励磁线圈25-1、25-2、25-3的电流所流动的方向的下游侧分别串联连接着二极管d7、d8、d9。

场效应晶体管t1、t2、t3的栅极与旋转变压器32连接。旋转变压器32将脉冲发生器35输出的脉冲信号以非接触的方式变压而输出到场效应晶体管t1、t2、t3的栅极。

如图1(b)所示，旋转变压器32具备：次级线圈34，其固定于旋转轴2并与转子20一体地旋转；以及初级线圈33，其形成为使内周面隔着气隙与次级线圈34的外周面相对。初级线圈33固定于未图示的电动机壳体等不与转子20一体地旋转的构件。

初级线圈33和次级线圈34以绕旋转轴2在周向旋转的方式卷绕有绕阻。电流在初级线圈33中流动，由此能在次级线圈34中产生感应电动势，以非接触的方式来传输脉冲发生器35的脉冲信号。

如图2所示，旋转变压器32具备：对场效应晶体管t1传输脉冲信号的初级线圈33-1和次级线圈34-1；对场效应晶体管t2传输脉冲信号的初级线圈33-2和次级线圈34-2；对场效应晶体管t3传输脉冲信号的初级线圈33-3和次级线圈34-3。因此，旋转变压器32能分别对场效应晶体管t1、t2、t3传输独立的脉冲信号。

脉冲发生器35产生分别与场效应晶体管t1、t2、t3对应的脉冲信号而将其输出到场效应晶体管t1、t2、t3。

例如如图3所示，脉冲发生器35与1个场效应晶体管t1、t2、t3对应地产生重复进行以电角度为120度期间导通和以电角度为60度期间截止的脉冲信号。在场效应晶体管t1、t2、t3的栅极信号导通的期间，电流在励磁线圈25-1、25-2、25-3中流动，使对应的转子齿22作为电磁铁发挥功能。

脉冲发生器35通过不同的场效应晶体管t1、t2、t3彼此产生电角度为120度的相位差的脉冲信号。由此，能使旋转的磁通与定子齿12交链而从转子20的转子齿22产生使转子20旋转的转矩。

这样，使用旋转变压器32以非接触的方式传输控制场效应晶体管t1、t2、t3的脉冲信号，因此能消除刷和换向器形成的滑动接触部，能提高牢固性和维护性。

另外，控制场效应晶体管t1、t2、t3来使励磁线圈25进行交流励磁，因此无需将直流转换为交流的逆变器，能削减成本。

如图2所示，脉冲发生器35由直流电源电路36供应电源。直流电源电路36形成有车载电池37经由dc/dc转换器38与定子绕阻14连接而流通直流励磁电流的闭合电路。

直流电源电路36使车载电池37的电力升压后供应到定子绕阻14。定子绕阻14通过由直流电源电路36供应直流电流而被励磁，使定子齿12作为电磁铁发挥功能。此时，在定子10的周向相邻的定子齿12成为磁极彼此不同的电磁铁。

另外，在旋转电机1中产生再生转矩时，在定子绕阻14中产生感应电动势，该感应电动势被dc/dc转换器38降压后充电到车载电池37。

在图4中示出在上述旋转电机1中通过图3所示的脉冲信号控制场效应晶体管t1、t2、t3而使旋转轴2旋转时的再生转矩的变化。

如图4所示，再生转矩在转速为1200rpm附近成为最大，在1200rpm以上的转速下减少。

另外，在图5中示出将控制场效应晶体管t1、t2、t3的脉冲信号的相位变为+30度、－30度、－60度、－90度时的再生转矩的特性。

如图5所示，通过对控制场效应晶体管t1、t2、t3的脉冲信号的相位进行控制，从而能改变转矩特性。

此外，在本实施方式中，利用不与转子20一体地旋转的脉冲发生器35控制了场效应晶体管t1、t2、t3，但即使将产生脉冲的脉冲电路设于与转子20一体地旋转的二极管支架3，也能消除刷和换向器形成的滑动接触部。

另外，在本实施方式中，对定子10的定子绕阻14供应直流电流而使定子齿12作为电磁铁发挥功能，但即使在定子10中使用基于永磁铁的固定励磁，也可以使用永磁铁和定子绕阻14这两者。

另外，在本实施方式中，设为在定子10的外侧配置了转子20的外转子结构，但也可以是在定子10的内侧配置了转子20的内转子结构。另外，在本实施方式中，设为径向间隙结构，但也可以设为轴向间隙结构。

这样在上述实施方式中，使场效应晶体管t1、t2、t3导通截止来控制感应电流向励磁线圈25的通电而进行交流励磁。由此，能消除刷和换向器形成的滑动接触部，能提高牢固性和维护性。

另外，使用旋转变压器32将脉冲发生器35产生的脉冲信号以非接触的方式传输到场效应晶体管t1、t2、t3。由此，能用脉冲发生器35对控制场效应晶体管t1、t2、t3的脉冲信号进行控制，能通过脉冲信号的相位控制进行转矩特性的可变控制。

虽然公开了本发明的实施方式，但是应明白本领域技术人员可在不脱离本发明的范围的情况下施加变更。意图将所有的这种修改和等同物包含于权利要求书中。