二相旋转电机的制作方法

本发明涉及一种二相旋转电机。

本申请基于2015年11月10日在日本申请的日本专利申请第2015-220593号并主张优先权，且将其内容引用于本申请中。

背景技术：

在二相旋转电机中，存在具备有底筒状的飞轮(flywheel)(转子(rotor))与固定在发动机箱的内侧的定子(stator)者。在飞轮的内周面侧设置有瓦状的永久磁铁。另一方面，卷绕有多个电枢线圈(armaturecoil)的齿(teeth)沿着圆周方向突设在定子上。

此处，多个电枢线圈包含三相(u相、v相、w相)。而且，为了检测对于各电枢线圈的通电时机，旋转电机设置有三个检测转子的旋转位置的元件(例如霍尔集成电路(integratedcircuit，ic)(hallics))。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5766363号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

如此，所述二相旋转电机若欲维持旋转电机的特性，则需要四个检测转子的旋转位置的元件。若元件的数量多，则也需要考虑所述元件的防水结构等，而存在零件成本、制造成本增大这一课题。

因此，本发明提供一种可降低零件成本、制造成本，并可维持旋转电机的特性的二相旋转电机。

解决问题的技术手段

根据本发明的第1实施例，二相旋转电机具备：定子，在圆周方向上并列配置有多个齿；以及转子，以相对于所述定子可旋转的方式设置，且沿着圆周方向设置有多个磁极；当将m及n分别设为1以上的自然数时，所述磁极的数量p、及所述齿的数量t以满足

p＝m(4n+2)

t＝m·4n

的方式设定，所述齿包含卷绕有第1相的线圈的第1齿、及卷绕有第2相的线圈的第2齿。

根据本发明的第2实施例，二相旋转电机具备：定子，在圆周方向上并列配置有多个齿；以及转子，以相对于所述定子可旋转的方式设置，且沿着圆周方向设置有多个磁极；当将m设为1以上的自然数，将n设为2以上的自然数时，所述磁极的数量p、及所述齿的数量t以满足

p＝m(4n-2)

t＝m·4n

的方式设定，所述齿包含卷绕有第1相的线圈的第1齿、及卷绕有第2相的线圈的第2齿。

根据本发明的第3实施例，于本发明的第1实施例或第2实施例的二相旋转电机中，所述齿具有：第1齿群，包含在圆周方向上连续地并列配置的多个所述第1齿；以及第2齿群，包含在圆周方向上连续地并列配置的多个所述第2齿；所述第1齿群的圆周方向中心与所述第2齿群的圆周方向中心之间的角度以机械角计设定成90°/m。

发明的效果

根据所述二相旋转电机，可减少检测转子的旋转位置的元件，而可降低制造成本。另外，由于是二相结构、且可减小齿槽转矩(coggingtorque)，因此可维持旋转电机的特性。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的二相旋转电机的平面图。

图2是本发明的实施方式中的二相旋转电机的剖面图。

图3a是表示本发明的实施方式中的二相旋转电机的相位差的图。

图3b是表示本发明的实施方式中的其他二相旋转电机的相位差的图。

图4是表示本发明的变形例中的二相旋转电机的概略构成图。

具体实施方式

继而，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

(二相旋转电机(two-phasedynamo-electricmachine))

图1是二相旋转电机1的平面图，图2是二相旋转电机1的剖面图。

如图1、图2所示，二相旋转电机1是用于例如摩托车的外转子(outerrotor)型者，具备永久磁铁的发电机的功能与启动马达(startermotor)功能经一体化。二相旋转电机1具备与发动机的曲轴60同步旋转的飞轮2、及固定在未图示的发动机机体(engineblock)上的定子4，且包含二相的电枢线圈18缠绕在此定子4上。

飞轮2具备形成为大致圆板状的基底部50、及固定在基底部50的定子4侧(图2中的左侧)的飞轮本体3。在基底部50的径向大致中央，轴套(boss)部51朝向定子4侧而突出形成。在轴套部51的径向中央部，形成有使曲轴60插入的贯穿孔52。

在此贯穿孔52中形成有键槽53，另一方面，在曲轴60中设置有与键槽53扣合的未图示的键。由此，基底部50与曲轴60无法相对旋转。进而，在曲轴60的前端拧入螺母等，由此将基底部50固定在曲轴60上。

另外，多个插通孔54在圆周方向上等间隔地形成在基底部50上。此插通孔54是以在厚度方向贯穿基底部50的方式形成，用以固定飞轮本体3与基底部50的铆钉27插入至此插通孔54中。

飞轮本体3通过包含磁性材料的金属而形成为有底筒状。在飞轮本体3的底壁31上，在径向大致中央形成有贯穿孔31b。基底部50的轴套部51、及曲轴60插入至此贯穿孔31b中。另外，在飞轮本体3的底壁31上，在对应于基底部50的插通孔54的位置上形成有在厚度方向上贯穿的插通孔32。

将铆钉27插入至所述插通孔54、插通孔32中，并使此铆钉27的前端弯曲变形，由此将飞轮本体3与基底部50一体化。

在飞轮本体3的周壁33上，磁化成14极的永久磁铁8以磁极在圆周方向上依次改变的方式设置在内周面侧。作为永久磁铁8，例如使用铁氧体磁铁。

另外，在飞轮本体3的周壁33上，磁阻分配头(reluctor)71突设在外周面侧。此磁阻分配头71检测发动机的点火时期等。磁阻分配头71与后述的脉冲产生器72一同使用。

脉冲产生器72是以与形成在飞轮本体3的周壁33的外周面上的磁阻分配头71对向的方式配置。而且，磁阻分配头71的边缘部(角部)横穿脉冲产生器72，由此从所述脉冲产生器72中产生脉冲信号(正电压脉冲与负电压脉冲)，未图示的控制部(电容放电式点火(capacitordischargeignition，cdi)单元等)接收此脉冲信号。由此，可获得发动机的旋转速度信息或曲轴60的旋转角度信息。例如，发动机的点火时期根据通过磁阻分配头71与脉冲产生器72所获得的发动机的旋转速度信息或曲轴60的旋转角度信息来控制。

(定子)

如图1中所详示那样，定子4具有配置在飞轮本体3的周壁33的内侧的定子铁芯(statorcore)17。例如在轴线方向上层叠电磁钢板等板材来形成定子铁芯17。定子铁芯17具有大致圆环状的定子本体17a。

为了避免与飞轮2的轴套部51、及曲轴60的干扰，在定子本体17a的径向大致中央形成有避让孔17b。另外，在定子本体17a上，沿着圆周方向而在多个部位形成有螺栓插通孔20。未图示的螺栓插通在这些螺栓插通孔20中来将定子4扣紧固定在发动机机体上。

在定子本体17a的外周部上，朝向径向外侧突出的16个齿16在圆周方向上并列设置。而且，在各齿16之间分别形成有蚁槽状的狭缝21。电枢线圈18穿过这些狭缝21，且电枢线圈18从安装在定子铁芯17上的绝缘体40上缠绕至各齿16上。

此处，当将磁极的数量设为p，将齿16的数量设为t，将m及n设为自然数时，二相旋转电机1的磁极的数量p、及齿16的数量t以满足

m≥1···(1)

n≥1···(2)

p＝m(4n+2)···(3)

t＝m·4n···(4)

这四个式子的方式设定、或以满足

m≥1···(5)

n≥2···(6)

p＝m(4n-2)···(7)

t＝m·4n···(8)

这四个式子的方式设定。

此实施方式的二相旋转电机1由于以磁极在圆周方向上变得有序的方式设置有14极的永久磁铁8，因此磁极的数量p变成14。另外，由于将齿16的数量t设定成16，因此当设为m＝1、n＝4时，变成

14＝4×4-2

16＝4×4，

满足式(5)～式(8)。

另外，关于齿16，对在圆周方向上邻接的四个齿16连续地分配二相中的a相，并且对在圆周方向上邻接的四个齿16连续地分配二相中的b相。即，在圆周方向上以a相、a相、a相、a相、b相、b相、b相、b相、a相、a相、a相、a相、b相、b相、b相、b相的顺序分配齿16。再者，在以下的说明中，将a相的齿16称为a相齿16a，将b相的齿16称为b相齿16b。

此处，关于16个齿16，包含四个a相齿16a的a相齿群86a变成两个，包含四个b相齿16b的b相齿群86b变成两个。而且，当将q设为1以上的自然数时，a相齿群86a与b相齿群86b各自的圆周方向的中心间的角度(中心间的机械角)以机械角计变成90°/m(m为1以上的自然数)。

在此实施方式中，a相齿群86a的圆周方向中心与b相齿群86b的圆周方向中心之间的角度以机械角计变成90°，且设定成m＝1。

另外，缠绕在齿16上的电枢线圈18的末端被导出至线束(harness)26的抽出位置附近，并与此线束26连接。线束26将电流供给至电枢线圈18中、或将经发电的电流供给至外部的电池等中。

基于此种构成，若飞轮2经由曲轴60而旋转，则穿过齿16的磁通量变化。此磁通量的变化变成电动势而在电枢线圈18中产生电流。在电枢线圈18中产生的电流用于经由线束26而蓄积在未图示的电池中、或对未图示的附属电机设备进行电力供给的用途。

另一方面，当使未图示的发动机起动时，将蓄积在电池中的电流经由线束26而供给至电枢线圈18中。此时，在卷绕在各齿16上的电枢线圈18中进行双极通电。

于是，卷绕在同相的齿16上的电枢线圈18(例如，构成配置在图1中的上侧的a相齿群86a的四个a相齿16a)生成相位分别仅偏差α的正弦波的反向电压(reversevoltage)。由此，在所形成的定子4的磁力与设置在飞轮2上的永久磁铁8之间产生磁性的吸引力或排斥力，飞轮2进行旋转。进而，曲轴60经由飞轮2而旋转，发动机起动。

此处，相位差α越小，反向电压的相互消除的区间变得越短，因此合成反向电压变高。因此，相位差α越小，二相旋转电机1的效率变得越高。

本实施方式的二相旋转电机1由于以满足式(1)～式(4)的方式设定将m及n分别设为1以上的自然数时的磁极的数量p、及齿16的数量t，或以满足式(5)～式(8)的方式设定将m设为1以上的自然数，将n设为2以上的自然数时的磁极的数量p、及齿16的数量t，因此可使相位差α尽可能接近“0”。

进一步进行详述。首先考虑永久磁铁8的极间角度(机械角)、及在圆周方向上邻接的齿16间的角度(机械角)。永久磁铁8的极间角度θ1、及齿16间的角度θ2分别满足

θ1＝360/p···(8)

θ2＝360/t···(9)。

继而，考虑永久磁铁8与齿16的相位差(电角)。永久磁铁8与齿16的相位差α满足

α＝(θ1-θ2)p/2＝180(1-p/t)···(10)。

此处，若将第一个齿16的圆周方向中心与永久磁铁8的圆周方向中心一致时(参照图1中的l1)设为角度0°，将反向电压的振幅设为1，并考虑配置在图1中的上侧的a相齿群86a的电枢线圈18的反向电压，则当将θ设为电角时，合成反向电压e满足

e＝sinθ+sin(θ-α)+sin(θ-2α)+sin(θ-3α)+sin(θ-4α)···(11)。

即，可知若相位差α(绝对值)变大，则反向电压的相互消除的区间变长，合成反向电压e变低。相反地，若相位差α(绝对值)变小，则反向电压的相互消除的区间短，因此合成反向电压e变高。即，可知相位差α越接近“0”，效率越佳，且也可以减少齿槽转矩。若进一步换言之，则由于永久磁铁8与齿16的相位差α满足式(10)，因此p/t变成接近“1”的值可以说理想。但是，若磁极的数量p与齿16的数量t相同(p＝t)，则二相旋转电机1不工作(飞轮2不旋转)。

此处，在二相旋转电机1的情况下，由于相数为“2”，因此齿16的数量t必须是4的倍数。而且，磁极的数量p必须是2的倍数。因此，以满足式(1)～式(4)、或满足式(5)～式(8)的方式设定磁极的数量p、及齿16的数量t，由此可使相位差α尽可能接近“0”。

图3a是表示本实施方式中的二相旋转电机1(14极16狭缝的二相旋转电机1)的相位差α的说明图。图3b是表示其他二相旋转电机中的相位差α的说明图。

再者，所谓其他二相旋转电机，是指磁极的数量p、及齿16的数量t不满足式(1)～式(4)、或式(5)～式(8)的任一者的二相旋转电机。在图3b中，作为其他二相旋转电机的一例，列举磁极的数量p为10极、齿的数量t为“16”的10极16狭缝的二相旋转电机。

如图3a所示，可确认本实施方式中的二相旋转电机1的相位差α的值比其他二相旋转电机的相位差α的值小。

如此，在所述实施方式中，通过设为二相结构的旋转电机(二相旋转电机1)，以电角计每90°进行相切换。因此，检测飞轮2的旋转位置的元件的个数合计变成三个，两个用于相切换，一个用于判断对于未图示的发动机的火花塞的点火时机。因此，与以往的三相结构的旋转电机相比，可减少检测飞轮2的旋转位置的元件的个数(以往合计需要四个元件)，而可降低制造成本。

另外，通过以满足式(1)～式(4)、或满足式(5)～式(8)的方式设定二相旋转电机1的磁极的数量p、及齿16的数量t，与以往的二相结构的旋转电机相比，可使相位差α尽可能接近“0”。因此，使二相旋转电机1的效率提升、且可减少齿槽转矩。

再者，本发明并不限定于所述实施方式，包含在不脱离本发明的主旨的范围内对所述实施方式施加各种变更而成者。

例如，在所述实施方式中，对将二相旋转电机1用于摩托车的情况进行了说明。但是，并不限定于此，可用于各种电气设备。

另外，在所述实施方式中，作为二相旋转电机1，对将磁极的数量p设定成“14”，将齿16的数量t设定成“16”，且设定成m＝1、n＝4的旋转电机进行了说明。但是，并不限定于此，只要以满足式(1)～式(4)、或满足式(5)～式(8)的方式设定磁极的数量p、及齿16的数量t即可。以下，具体列举二相旋转电机1的变形例。

(变形例)

图4是表示变形例中的二相旋转电机1的概略构成图。

在此图4中，作为二相旋转电机1的变形例，表示五个形态。

具体而言，可列举：将磁极的数量p设定成“6”，将齿16的数量t设定成“8”，且设定成m＝1、n＝2的二相旋转电机1(6极8狭缝的二相旋转电机1)；将磁极的数量p设定成“10”，将齿16的数量t设定成“12”，且设定成m＝1、n＝3的二相旋转电机1(10极12狭缝的二相旋转电机1)。包含这些的二相旋转电机1满足式(5)～式(8)。

另外，作为二相旋转电机1的变形例，可列举：将磁极的数量p设定成“10”，将齿16的数量t设定成“8”，且设定成m＝1、n＝2的二相旋转电机1(10极8狭缝的二相旋转电机1)；将磁极的数量p设定成“14”，将齿16的数量t设定成“12”，且设定成m＝1、n＝3的二相旋转电机1(14极12狭缝的二相旋转电机1)；将磁极的数量p设定成“18”，将齿16的数量t设定成“16”，且设定成m＝1、n＝4的二相旋转电机1(18极16狭缝的二相旋转电机1)。包含这些的二相旋转电机1满足式(1)～式(4)。

进而，变形例中所示的二相旋转电机1在圆周方向上连续地配置有a相齿16a，并且在圆周方向上连续地配置有b相齿16b。另外，当将m设为1以上的自然数时，包含连续地配置的a相齿16a的a相齿群86a的圆周方向中心、与包含连续地配置的b相齿16b的b相齿群86b的圆周方向中心之间的角度以机械角计变成90°/m。

因此，根据所述变形例，可取得与所述实施方式相同的效果。

产业上的可利用性

根据所述二相旋转电机，可减少检测转子的旋转位置的元件，而可降低制造成本。另外，由于是二相结构、且可减小齿槽转矩，因此可维持旋转电机的特性。

符号的说明

1：二相旋转电机

2：飞轮(转子)

4：定子

8：永久磁铁(磁极)

16：齿

16a：a相齿(第1齿)

16b：b相齿(第2齿)

18：电枢线圈(线圈)

60：曲轴

86a：a相齿群(第1齿群)

86b：b相齿群(第2齿群)