旋转电机的制作方法

1.本技术涉及旋转电机。


背景技术：

2.作为风力发电装置的发电机，可以使用使磁减速器和发电机一体化的磁齿轮发电机。磁齿轮发电机由低速转子、设置成与低速转子呈同轴状的高速转子、以及具有定子线圈及永磁铁的定子构成。在磁齿轮发电机被用作风力发电装置的发电机的情况下，低速转子与风车联动地旋转，通过低速转子的旋转，高速转子通过磁齿轮效应而高速旋转，由此在定子线圈中产生感应电动势而进行发电。
3.低速转子在周向上配置有多个磁极片。一个磁极片是将多个薄板状的电磁钢板在轴向上层叠而构成的。作为在轴向上固定该磁极片的方法，公开了在多个磁极片之间在周向上配置非磁性杆，在轴向的两端设置金属制的端板的方法。通过用非磁性杆在轴向上将两端的端板紧固，从而在轴向上固定磁极片。另外，磁极片和非磁性杆通过树脂模制而一体化(例如参照专利文献1)。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利第5286373号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.但是，在具有数米的直径的磁齿轮发电机、磁极片的数量多的磁齿轮发电机等旋转电机中，由自重、离心力、电磁力引起的应力等较强的力作用于低速转子。仅通过树脂模制将磁极片和非磁性杆一体化的低速转子有可能因这些较强的力而变形。若低速转子变形，则低速转子与高速转子以及定子的空隙变得不均匀，产生效率降低、电磁噪音增加等问题。为了抑制低速转子的变形，可考虑用金属部件填充多个磁极片之间的方法。但是，在用金属部件填充多个磁极片之间的情况下，存在低速转子的重量增加、旋转电机的支承结构大型化这样的问题。
9.本技术是为了解决上述那样的课题而完成的，在将金属制的间隔件设置在多个磁极片之间的低速转子中，能够抑制低速转子的重量增加。
10.用于解决课题的方案
11.本技术的旋转电机具有：定子，所述定子具备定子线圈和定子永磁铁；第一转子，所述第一转子设置成与定子隔着第一空隙而能够相对于定子旋转；以及第二转子，所述第二转子设置成与第一转子隔着第二空隙而与第一转子呈同轴状，并具备沿周向排列配置的多个转子永磁铁。而且，第一转子具备：沿周向排列配置的多个磁极片、分别配置在多个磁极片之间的非磁性金属的多个间隔件、分别配置在径向的两端部的两个夹持件以及将间隔件与夹持件紧固的紧固件，间隔件具有空腔部，间隔件与紧固件电绝缘。
12.发明的效果
13.本技术的旋转电机具备具有空腔部的间隔件，因此，能够抑制低速转子的重量增加。
附图说明
14.图1是实施方式1的旋转电机的截面示意图。
15.图2是实施方式1的低速转子的侧视图。
16.图3是实施方式1的比较例的低速转子的侧视图。
17.图4是实施方式2的低速转子的侧视图。
18.图5是实施方式3的低速转子的侧视图。
19.图6是实施方式4的低速转子的俯视图。
20.图7是实施方式5的低速转子的俯视图。
21.图8是实施方式6的低速转子的俯视图。
22.图9是实施方式7的低速转子的俯视图。
23.图10是实施方式7的低速转子的俯视图。
24.图11是实施方式8的低速转子的俯视图。
25.图12是实施方式8的低速转子的俯视图。
26.图13是实施方式9的低速转子的俯视图。
27.图14是实施方式10的低速转子的俯视图。
28.图15是实施方式11的旋转电机的截面示意图。
具体实施方式
29.以下，参照附图对用于实施本技术的实施方式的旋转电机进行详细说明。需要说明的是，在各图中，相同附图标记表示相同或相当的部分。
30.实施方式1.
31.图1是实施方式1的旋转电机的截面示意图。图1是与旋转电机的轴向垂直的面的截面示意图。本实施方式的旋转电机1具备：定子10；设置成与该定子10隔着空隙而能够相对于定子10旋转的低速转子20；以及与该低速转子20隔着空隙呈同轴状地设置的高速转子30。定子10、低速转子20以及高速转子30为圆筒状的形状，配置成同轴状。本实施方式的旋转电机1是从外径侧起按照定子10、低速转子20以及高速转子30的顺序配置的磁齿轮发电机。
32.定子10具备圆筒状的定子铁芯11、定子线圈12以及定子永磁铁13。定子铁芯11具有向内周侧突出的12个齿14，在齿14之间形成有12个槽15。定子线圈12和定子永磁铁13配置在槽15中。
33.圆筒状的低速转子20具备沿周向排列配置的多个磁极片21和分别配置在多个磁极片21之间的多个非磁性金属的间隔件22。磁极片21和间隔件22分别配置有17个。
34.高速转子30具备圆筒状的高速转子铁芯31和在高速转子铁芯31的外周侧的表面沿周向排列配置的10个转子永磁铁32。本实施方式的旋转电机1是所谓的10极12槽的磁齿轮发电机。另外，由磁极片数/极对数确定的增速比为17/5，即3.4，高速转子30以低速转子
20的转速的3.4倍旋转。
35.定子永磁铁13全部被磁化为在径向上为相同的极性。因此，若将定子永磁铁13设为n极，则齿14成为s极，形成与槽15的数量相同数量的极对数ns。高速转子30的转子永磁铁32形成nh的极对数。
36.此时，
37.如果nl＝ns
±
nh，
38.则通过定子永磁铁13与转子永磁铁32之间的磁力的相互作用，在低速转子20产生负的转矩。通过利用外部动力使低速转子20旋转，能够在低速转子20获得输入。
39.若设定为高速转子30相对于低速转子20的输入能够自由旋转，则高速转子30以低速转子20的nl/nh倍的旋转速度旋转。若高速转子30以低速转子20的nl/nh倍的旋转速度旋转，则能够在定子线圈12中产生感应电动势，能够从定子线圈12输出发电电力。
40.图2是本实施方式的低速转子20的侧视图。图2是从内径侧观察旋转电机1的侧视图。在图2中，纵向是旋转电机1的轴向，横向是周向。低速转子20具备沿周向排列配置的多个磁极片21和非磁性金属的间隔件22。一个磁极片21是将多个薄板状的电磁钢板在轴向上层叠而构成的。在间隔件22的轴向端部隔着圆环状的电绝缘层23配置有圆环状的夹持件24。该电绝缘层23使夹持件24与间隔件22以及磁极片21电绝缘。在夹持件24的外侧配置有转矩传递部件25。
41.间隔件22在轴向的中央部设置有空腔部22a。设置有从该空腔部22a贯通至间隔件22、电绝缘层23、夹持件24以及转矩传递部件25的紧固件26。紧固件26将间隔件22与夹持件24以及转矩传递部件25紧固。经由该紧固件26从转矩传递部件25向低速转子20传递转矩。紧固件26与间隔件22、夹持件24以及转矩传递部件25电绝缘。
42.电绝缘层23例如可以使用有机硅橡胶等。间隔件22、夹持件24以及转矩传递部件25可以使用非磁性不锈钢、钛、铝、黄铜、铜等。紧固件26例如可以使用陶瓷等绝缘材料。紧固件26只要与间隔件22、夹持件24以及转矩传递部件25电绝缘即可。在使用金属部件作为紧固件26的情况下，例如，也可以在紧固件26与间隔件22等的接触面插入片状的绝缘部件。作为片状的绝缘部件，例如可以使用有机硅橡胶制的膜。作为其他方法，有对金属制的紧固件26的表面进行绝缘处理的方法。作为对金属部件的表面进行绝缘处理的方法，例如可以使用在金属部件的表面涂敷绝缘清漆的方法、在金属部件的表面喷镀绝缘性的陶瓷或树脂的方法等。
43.图3是本实施方式的比较例的低速转子20的侧视图。图3所示的比较例的低速转子20在间隔件22未设置空腔部。紧固件26将位于轴向的两端部的转矩传递部件25彼此紧固。本实施方式的低速转子20由于在间隔件22设置有空腔部22a，因此，与比较例相比变得轻量。
44.另外，在旋转电机1旋转时，能够使冷却风通过空腔部22a而流动。因此，能够提高对与低速转子20隔着空隙配置的定子10以及高速转子30的冷却性能。另外，由于间隔件22的表面积也扩大，因此，能够抑制低速转子20自身的温度上升。
45.需要说明的是，在本实施方式的旋转电机1中，将夹持件24和转矩传递部件25设为不同的部件，但夹持件24也可以兼用作转矩传递部件25。
46.另外，本实施方式的旋转电机采用从外径侧起依次设置有定子10、低速转子20以
及高速转子30的结构，但并不限于该结构。另外，本实施方式的旋转电机为10极12槽的磁齿轮发电机，但并不限于磁齿轮发电机。
47.实施方式2.
48.图4是实施方式2的低速转子的侧视图。本实施方式的低速转子在实施方式1中说明的低速转子中，提高了间隔件的冷却特性。如图4所示，本实施方式的低速转子在间隔件22的空腔部22a的内壁安装有散热片22b。该散热片22b能够将由在间隔件22中流动的涡电流产生的热向空腔部散热。其结果是，能够抑制间隔件22的温度上升，因此，能够减少低速转子20的热变形。
49.实施方式3.
50.图5是实施方式3的低速转子的侧视图。本实施方式的低速转子在实施方式1中说明的低速转子中，具备空腔部的间隔件在轴向上被分割为多个。如图5所示，在本实施方式的低速转子中，具备空腔部22a的间隔件22在轴向上排列有两个。在轴向上排列的两个间隔件22通过未图示的电绝缘层而电绝缘。另外，两个间隔件22通过紧固件26分别紧固于夹持件24以及转矩传递部件25。并且，这两个间隔件22利用空腔部22a通过紧固件26紧固。这些紧固件26与间隔件22电绝缘。
51.如上所述构成的低速转子20由于在间隔件22设置有空腔部22a，因此，变得轻量。需要说明的是，间隔件22也可以被分割为三个以上。
52.另外，在低速转子20中，由于来自定子10的交链磁通以及来自高速转子30的交链磁通，在间隔件22产生涡电流。该涡电流使旋转电机1的效率降低。在实施方式1中说明的低速转子中，涡电流以在间隔件22的整体回旋的方式成为一个较大的环路而流动。在本实施方式的低速转子20中，被分割为在轴向上排列的两个间隔件22，这两个间隔件电绝缘。因此，在间隔件22产生的涡电流以在两个间隔件分别回旋的方式成为两个较小的环路而流动。当涡电流成为两个较小的环路而流动时，与以一个较大的环路流动时的电流量相比，该电流量的绝对量变小。其结果是，在本实施方式的旋转电机1中，能够抑制由涡电流引起的效率降低。
53.实施方式4.
54.在实施方式1至3中说明的低速转子的间隔件在轴向的中央部设置有空腔部。因此，与未设置空腔部的间隔件相比，具有变得轻量的优点。但是，具备设置有空腔部的间隔件的低速转子与具备未设置空腔部的间隔件的低速转子相比，刚性有可能降低。实施方式4的低速转子即便在使用设置有空腔部的间隔件的情况下，也能够提高低速转子的刚性。
55.图6是本实施方式的低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图6中，上方为外径侧，下方为内径侧。即，在图6中，低速转子的上方为定子侧的空隙，下方为高速转子侧的空隙。如图6所示，本实施方式的低速转子20具备在轴向上层叠有电磁钢板的多个磁极片21和分别配置在多个磁极片21之间的多个非磁性金属的间隔件22。间隔件22是在实施方式1中说明的间隔件，在轴向的中央部设置有空腔部。
56.在本实施方式中，一个磁极片21的内径侧的周向的宽度l2比外径侧的周向的宽度l1大。而且，一个磁极片21的径向的两侧的侧面设置有相对于径向倾斜的面21a。间隔件22与该倾斜的面21a接触而配置。间隔件22通过紧固件26与夹持件24以及转矩传递部件25紧固。
57.若低速转子20旋转，则对低速转子20从内径侧朝向外径侧施加离心力。在本实施方式的低速转子20中，成为间隔件22经由倾斜的面21a承受施加于磁极片21的离心力的结构。因此，能够提高低速转子20的刚性。需要说明的是，作用于磁极片的力除了离心力以外，还有自重、电磁力等。这些力也能够经由倾斜的面21a由间隔件22承受。
58.实施方式5.
59.图7是实施方式5的低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图7中，上方为外径侧，下方为内径侧。图7所示的低速转子20是与实施方式4的低速转子相同的结构。如图7所示，在本实施方式的低速转子20中，磁极片21的径向的长度被设定为比间隔件22的径向的长度大。即，间隔件22与定子10的空隙的宽度w2比磁极片21与定子10的空隙的宽度w1大。另外，间隔件22与高速转子30的空隙的宽度w4比磁极片21与高速转子30的空隙的宽度w3大。
60.由于来自定子10的交链磁通以及来自高速转子30的交链磁通，在间隔件22产生涡电流。为了减少这些交链磁通，优选增大间隔件22与定子10的空隙的宽度以及间隔件22与高速转子30的空隙的宽度。但是，若磁极片21与定子10的空隙的宽度以及磁极片21与高速转子30的空隙的宽度变大，则磁极片21的主磁通减少。
61.如本实施方式那样，通过使间隔件22与定子10以及高速转子30的空隙的宽度比磁极片21与定子10以及高速转子30的空隙的宽度大，能够减少在间隔件22产生的涡电流。其结果是，本实施方式的低速转子能够抑制磁极片21的主磁通减少而降低由涡电流引起的损失。
62.实施方式6.
63.图8是实施方式6的低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图8中，上方为外径侧，下方为内径侧。图8所示的低速转子20是与实施方式4的低速转子相同的结构。而且，如图8所示，在本实施方式的低速转子20中，磁极片21与间隔件22夹着绝缘部件21b配置。本实施方式的低速转子通过在磁极片21与间隔件22之间夹着绝缘部件21b，从而使磁极片21与间隔件22电绝缘。
64.如在实施方式5中说明的那样，由于来自定子10的交链磁通以及来自高速转子30的交链磁通，在间隔件22产生涡电流。当磁极片21与间隔件22电连接时，产生在间隔件22产生的涡电流经由与该间隔件22相邻的磁极片21而流向另一间隔件22的路径。这样的涡电流的路径导致效率降低。
65.在本实施方式的低速转子中，磁极片21与间隔件22电绝缘，因此，能够切断涡电流经由磁极片21流向另一间隔件的路径。其结果是，能够防止低速转子的效率降低。
66.实施方式7.
67.图9是实施方式7的低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图9中，上方为外径侧，下方为内径侧。图9所示的低速转子20是与实施方式4的低速转子相同的结构。而且，在磁极片21的倾斜的面21a的一部分设置有朝向磁极片21的内侧的凹部21c。间隔件22与该倾斜的面21a以及凹部21c接触而配置。间隔件22通过紧固件26与夹持件24以及转矩传递部件25紧固。
68.由于磁极片21是磁性体，因此，除了由旋转产生的离心力以外，还作用有电磁力。另外，也作用有由自重产生的力。作用于磁极片21的离心力从内周侧朝向外周侧作用，但电
磁力等其他力有时向与离心力相反的方向作用。在实施方式4所示的低速转子的结构中，间隔件22具有相对于离心力而支承磁极片21的效果，但相对于向与离心力相反的方向作用的力而支承磁极片21的效果小。在本实施方式的低速转子20中，由于间隔件22与磁极片21的倾斜的面21a以及凹部21c接触而配置，因此，即便向与离心力相反的方向作用的力作用于磁极片21，间隔件22也能够支承磁极片21。因此，能够提高低速转子20的刚性。
69.图10是本实施方式的另一低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图10中，上方为外径侧，下方为内径侧。图10所示的低速转子20是与实施方式4的低速转子相同的结构。而且，在磁极片21的倾斜的面21a的一方的面设置有朝向磁极片21的内侧的凹部21c，在另一方的面设置有朝向磁极片21的外侧的凸部21d。间隔件22与该倾斜的面21a、凹部21c以及凸部21d接触而配置。间隔件22通过紧固件26与夹持件24以及转矩传递部件25紧固。
70.在如上所述构成的低速转子20中，由于间隔件22与磁极片21的倾斜的面21a、凹部21c以及凸部21d接触而配置，因此，也能够得到相对于向与离心力相反的方向作用的力也进行支承的效果。因此，能够提高低速转子20的刚性。
71.实施方式8.
72.图11是实施方式8的低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图11中，上方为外径侧，下方为内径侧。图11所示的低速转子20是与实施方式7的低速转子相同的结构。而且，在磁极片21的内周侧相邻的磁极片21彼此通过连结部21e连结。间隔件22与倾斜的面21a、凹部21c以及连结部21e接触而配置。间隔件22通过紧固件26与夹持件24以及转矩传递部件25紧固。
73.在如上所述构成的低速转子20中，刚性提高。另外，能够减轻从低速转子20朝向高速转子30的磁通的疏密，能够降低在高速转子产生的涡电流损失。
74.图12是本实施方式的另一低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图12中，上方为外径侧，下方为内径侧。图12所示的低速转子20是与图11所示的低速转子相同的结构。而且，在磁极片21的连结部21e与间隔件22之间填充有树脂22c。磁极片21的连结部21e和间隔件22利用树脂22c固定。
75.连结部21e的径向的厚度比磁极片21的其他部位薄。因此，由于作用于连结部21e的电磁力等，连结部21e与磁极片21的其他部位相比容易变形。通过利用树脂22c固定磁极片21的连结部21e和间隔件22，能够防止连结部21e变形。
76.实施方式9.
77.图13是实施方式9的低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图13中，上方为外径侧，下方为内径侧。图13所示的低速转子20是与实施方式7的低速转子相同的结构。而且，在磁极片21的内周侧相邻的磁极片21彼此通过磁性连结部件21f连结。该磁性连结部件21f是与磁极片21不同的部件。间隔件22与倾斜的面21a、凹部21c以及磁性连结部件21f接触而配置。间隔件22通过紧固件26与夹持件24以及转矩传递部件25紧固。
78.在如上所述构成的低速转子20中，与实施方式8同样地，刚性提高。另外，能够减轻从低速转子20朝向高速转子30的磁通的疏密，能够降低在高速转子产生的涡电流损失。
79.实施方式10.
80.图14是实施方式10的低速转子的俯视图。但是，省略了电绝缘层、夹持件以及转矩传递部件。在图14中，上方为外径侧，下方为内径侧。图14所示的低速转子20是与实施方式4的低速转子相同的结构。而且，如图14所示，本实施方式的低速转子20的磁极片21在内周侧的角部以及外周侧的角部被倒圆角。并且，内周侧的角部的曲率大于外周侧的角部的曲率。
81.通过低速转子20的磁通主要通过作为磁性体的磁极片21，几乎不通过作为非磁性体的间隔件22。因此，通过低速转子20的磁通产生疏密的分布。具有该疏密的分布的磁通与定子10或高速转子30交链，从而在定子10或高速转子30产生涡电流损失，效率降低。在本实施方式的低速转子20中，磁极片21的角部被倒圆角，因此，能够纠正磁通的疏密的分布，能够降低定子10或高速转子30中的涡电流损失。
82.但是，由于磁极片21的角部被倒圆角，因此，磁极片21与定子10或高速转子30的空隙等效地扩展。因此，磁极片21的主磁通减少。在本实施方式中，一个磁极片21的内径侧的周向的宽度l2比外径侧的周向的宽度l1大。因此，由外径侧的角部的倒圆角引起的等效的空隙的扩展与由内径侧的角部的倒圆角引起的等效的空隙的扩展相比，影响变大。在本实施方式的低速转子20中，内周侧的角部的曲率大于外周侧的角部的曲率。因此，能够抑制磁极片21的主磁通减少，并且能够降低定子10或高速转子30中的涡电流损失。
83.实施方式11.
84.图15是实施方式11的旋转电机的截面示意图。图11是与旋转电机的轴向垂直的面的截面示意图。本实施方式的旋转电机1具备：定子10；与该定子10隔着空隙能够旋转地设置在定子10的外周侧的低速转子20；以及与该定子10隔着空隙能够旋转地设置在定子10的内周侧的高速转子30。定子10、低速转子20以及高速转子30为圆筒状的形状，配置成同轴状。本实施方式的旋转电机1从外径侧起按照低速转子20、定子10以及高速转子30的顺序配置。
85.定子10具备沿周向排列配置的多个定子磁极片16和分别配置在多个定子磁极片16之间的多个非磁性金属的定子间隔件17。一个定子磁极片16是将多个薄板状的电磁钢板在轴向上层叠而构成的。定子间隔件17与在实施方式1中说明的间隔件同样地，在轴向的中央部设置有空腔部。在定子间隔件17的轴向端部配置有圆环状的夹持件。定子间隔件17与夹持件通过紧固件18紧固。紧固件18与定子间隔件17以及夹持件电绝缘。
86.低速转子20由圆筒状的低速转子铁芯27和安装在低速转子铁芯27内周侧的低速转子永磁铁28构成。
87.高速转子30具备圆筒状的高速转子铁芯31和在高速转子铁芯31的外周侧的表面沿周向排列配置的转子永磁铁32。
88.本实施方式的旋转电机1在定子间隔件17设置有空腔部，因此，与使用未设置空腔部的定子间隔件的旋转电机相比变得轻量。
89.本技术记载了各种例示性的实施方式以及实施例，但一个或多个实施方式所记载的各种特征、方式以及功能并不限于特定的实施方式的应用，能够单独或以各种组合的方式应用于实施方式。
90.因此，在本技术说明书所公开的技术的范围内设想未例示的无数的变形例。例如，包括对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况、以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。
91.附图标记说明
92.1旋转电机、10定子、11定子铁芯、12定子线圈、13定子永磁铁、14齿、15槽、16定子磁极片、17定子间隔件、18紧固件、20低速转子、21磁极片、21a倾斜的面、21b绝缘部件、21c凹部、21d凸部、21e连结部、21f磁性连结部件、22间隔件、22a空腔部、22b散热片、22c树脂、23电绝缘层、24夹持件、25转矩传递部件、26紧固件、27低速转子铁芯、28低速转子永磁铁、30高速转子、31高速转子铁芯、32转子永磁铁。