用于旋转电气装置的转子.pdf

摘要
申请专利号：	CN201380029908.9	申请日：	2013.08.23
公开号：	CN104471837A	公开日：	2015.03.25
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H02K1/28申请日:20130823\|\|\|公开
IPC分类号：	H02K1/28; H02K1/22	主分类号：	H02K1/28
申请人：	丰田自动车株式会社
发明人：	久保馨; 水谷良治; 加藤弘树; 山田英治; 知念真太郎; 平本健二; 中井英雄
地址：	日本爱知县
优先权：	2012-196513 2012.09.06 JP
专利代理机构：	北京市中咨律师事务所11247	代理人：	杨晓光; 贺月娇
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内容摘要

一种用于旋转电气装置的转子(14)包括：转子线圈(28n、28s)，其缠绕在转子凸极(32n、32s)中的每一者上；保持部件(46)，其由转子芯(24)支撑；以及外部磁性部件(50)。所述保持部件(46)具有桥接在相邻的转子凸极(32n、32s)之间的梁部(54)，并且防止所述转子线圈(28n、28s)脱离。所述外部磁性部件(50)被设置在所述梁部(54)的端部中。

权利要求书

权利要求书1. 一种用于旋转电气装置的转子，包括：转子芯，其包括被设置在所述转子芯的周向上的多个位置处的转子凸极；转子线圈，其缠绕在所述转子凸极中的每一者上；保持部件，其由非磁性材料制成，所述保持部件由所述转子芯支撑，具有桥接在相邻的转子凸极之间的梁部，并且防止所述转子线圈从槽中脱离；以及外部磁性部件，其被设置在所述梁部在所述周向上的端部附近。2. 根据权利要求1所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述外部磁性部件被一体地嵌入所述梁部。3. 根据权利要求1所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述外部磁性部件被设置在所述梁部在所述转子的径向上的内侧或外侧。4. 根据权利要求3所述的用于旋转电气装置的转子，进一步包括部件，其被固定在所述转子芯中，其中所述外部磁性部件被设置为面向所述梁部在所述转子的径向上的内表面，并且在所述周向上介于所述转子凸极与所述固定部件之间。5. 根据权利要求3所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述保持部件具有啮合槽，该啮合槽形成于所述保持部件在所述转子的径向上的端部，以便在所述周向上凹陷，所述转子凸极具有第一啮合凹部，该第一啮合凹部形成于所述转子凸极的侧面，并且所述外部磁性部件以这样的状态与所述啮合槽以及所述第一啮合凹部啮合：所述外部磁性部件在所述周向上介于所述啮合槽与所述第一啮合凹部之间。6. 根据权利要求1至4中任一项所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述转子凸极具有第二啮合凹部，该第二啮合凹部形成于所述转子凸极的侧面，并且所述梁部的所述端部与所述第二啮合凹部啮合。7. 根据权利要求5所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述转子凸极具有第二啮合凹部，该第二啮合凹部形成于所述转子凸极的所述侧面，并且所述梁部的所述端部与所述第二啮合凹部啮合。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述保持部件具有T形横截面。

说明书

说明书用于旋转电气装置的转子
技术领域
本发明涉及用于旋转电气装置的转子，更具体地说，涉及用于旋转电气装置的其中缠绕和设置有转子线圈的转子。
背景技术
一些旋转电气装置具有这样的转子结构：其中在转子中缠绕和设置转子线圈。例如，公开号为2009-112091的日本专利申请(JP 2009-112091 A)公开一种旋转电气装置的结构，其中对多相定子线圈施加多相交流电以在定子上产生旋转磁场，并且旋转磁场的空间谐波分量与转子线圈互联(interlink)以在转子线圈上产生感应电流。在JP 2009-112091 A中，转子线圈分别缠绕在转子的转子凸极上，而且二极管在各个转子线圈中建立短路以对感应电流进行整流。这样，每个转子凸极以所需的极性进行磁化，从而可实现所需的转子磁极。通过此方式，在转子凸极上交替形成北极和南极。这样，转子凸极与定子上的旋转磁场交互，并且转矩对转子产生作用。
在上述JP 2009-112091 A中公开的用于旋转电气装置的转子中，需要防止缠绕在转子凸极上的转子线圈因为离心力而脱离，同时在低负荷条件下，降低当转子凸极中不出现磁通量饱和时的损耗。另外还需要提高组装转子线圈的简易性。
发明内容
本发明的一方面涉及一种用于旋转电气装置的转子，包括：转子芯，其包括被设置在所述转子芯的周向上的多个位置处的转子凸极；转子线圈，其缠绕在所述转子凸极中的每一者上；保持部件，其由非磁性材料制成，所述保持部件由所述转子芯支撑，具有桥接在相邻的转子凸极之间的梁部，并且防止所述转子线圈从槽中脱离；以及外部磁性部件，其被设置在所述梁部在所述周向上的端部附近。
所述外部磁性部件可被一体地嵌入所述梁部。
所述外部磁性部件可被设置在所述梁部在所述转子的径向上的内侧或外侧。
用于旋转电气装置的转子可包括部件，其被固定在所述转子芯中。所述外部磁性部件可被设置为面向所述梁部在所述转子的径向上的内表面，并且在所述周向上介于所述转子凸极与所述固定部件之间。
所述保持部件可具有啮合槽，该啮合槽形成于所述保持部件在所述转子的径向上的端部，以便在所述周向上凹陷，所述转子凸极可具有第一啮合凹部，该第一啮合凹部形成于所述转子凸极的侧面。所述外部磁性部件可以这样的状态与所述啮合槽以及所述第一啮合凹部啮合：所述外部磁性部件在所述周向上介于所述啮合槽与所述第一啮合凹部之间。
所述保持部件可具有T形横截面。
所述梁部的端部可与被设置在所述转子凸极的侧面中的第二啮合凹部啮合。
根据本发明的用于旋转电气装置的转子，所述保持部件可防止所述转子线圈脱离。此外，所述外部磁性部件被设置在所述梁部的端部附近，因此，即使在所述转子凸极不直接面向所述定子的磁极的情况下，所述外部磁性部件也可面向所述定子的磁极。因此，所述转子与所述定子之间的间隙部中的磁阻可减小，并且可降低转子凸极中不出现磁通量饱和时的损耗。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点，以及技术和工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的包括转子的旋转电气装置的一部分的示意性截面图；
图2是图1中的转子的一部分的放大图；
图3是图2中的部分A的放大图；
图4是示出二极管到图1中的转子的转子线圈的连接的电路实现图；
图5是示出在图1中的转子的周向上彼此相邻的两个转子凸极上缠绕的多个转子线圈的等效电路的示意图；
图6是示出图1的旋转电气装置中的基波磁通流的示意图，该磁通流从定子开始流动，通过转子，然后返回到定子；
图7是对应于图6中的部分B的图，用于示出与定子凸极和转子凸极相关的面对区域对间隙部分磁阻的影响；
图8是对应于图2的图，并且示出比较实例；
图9是示出根据本发明的实施例的旋转电气装置的损耗与比较实例中的旋转电气装置的损耗相比的图；
图10是对应于图2的图，其示出根据本发明的第二实施例的转子；
图11是图10中的部分C的放大图；
图12是对应于图2的图，其示出根据本发明的第三实施例的转子；
图13是图12中的部分D的放大图；以及
图14是示出根据本发明的实施例的变型的保持部件的另一形式的图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，在转子芯的槽中设置四种类型的转子线圈；但是，这只是本发明的一个实例。在槽中设置的转子线圈类型数可以是四以外的任何数量。例如，可在槽中设置两种类型的转子线圈。作为在槽中设置的转子线圈的实例，下面的描述针对四种类型线圈做出，这些线圈包括感应线圈和公共线圈，所述感应线圈在北极和南极设置并且利用通过定子形成的旋转磁场的空间谐波分量，所述公共线圈在北极和南极设置并且利用通过定子形成的旋转磁场的空间谐波分量。但是，可在槽中总共设置两种类型线圈，其中包括一个具有北极和南极中一者的感应线圈，以及一个具有北极和南极中另一者的公共线圈。
[第一实施例]图1至图6示出本发明的第一实施例。图1是示出根据本发明的实施例的旋转电气装置10的定子12和转子14的一部分的示意性截面图。旋转电气装置10充当电动机或发电机，并且包括固定在壳体(未示出)上的定子12和相对于定子12可旋转的转子14，转子被置于转子14在径向上的内侧以便面向定子12。在此，术语“径向”表示与转子14的旋转轴正交的径向。术语“周向”表示中心位于转子14的旋转轴上的转子的周向。而且，术语“轴向”表示转子14的轴向。
定子12包括定子芯16和多相(例如，U相、V相和W相构成的三相)定子线圈20u、20v和20w。定子芯16由磁性部件形成，诸如金属板(例如，硅钢板)之类的层压制品。定子芯16包括多个凸极18和槽19，这些凸极在周向上以均等间隔被设置在多个位置处，以便在径向上向内朝着转子14突出，这些槽形成于各个凸极18之间。定子芯16可通过单独的芯或磁性粉末的粉末压制型芯形成。
定子线圈20u、20v和20w通过槽19，以密集绕组的形式缠绕在定子芯16的凸极18上。例如，将三相交流电施加到多相定子线圈20u、20v和20w可使各个凸极18变得磁化，并且在定子12上产生旋转磁场。
定子线圈20u、20v和20w不限于这样的结构：其中，定子线圈缠绕在定子12的凸极18上。但是，定子线圈可通过环形绕组形成，其中多相定子线圈沿周向缠绕在定子芯16的环形部的多个位置处，从而可在定子12上产生旋转磁场。
转子14包括一般为圆柱形的转子芯24，缠绕在转子芯24上的四种类型转子线圈28n、28s、30n和30s，以及在转子14的槽34(图2)内被支撑的保持部件46。转子芯24被形成为使得轴孔26在轴向上通过转子芯24的中心。旋转电气装置的轴(未示出)被插入并固定在轴孔26中。以上述方式固定的轴由壳体的轴承部件旋转地支撑。因此，转子14相对于定子12以可旋转的方式设置。
转子芯24由磁性部件(例如作为一体的多个磁性钢板的层压制品)形成。转子芯24可通过磁性粉末的粉末压制型芯形成。
图2是图1所示的转子14的一部分的放大图。图3是图2中的部分A的放大图。转子芯24包括圆柱形转子轭25和转子凸极32n和32s，这些转子凸极在周向上以等间隔被设置在转子轭25的外周侧的多个位置处。转子凸极32n是凸出的北极，其通过转子线圈28n和30n沿北极磁化，如下所述。此外，转子凸极32s是凸出的南极，其通过转子线圈28s和30s沿南极磁化，如下所述。转子凸极32n和转子凸极32s在周向上交替设置。
转子线圈28n是北极感应线圈，其在径向上以密集绕组的形式缠绕在转子凸极32n朝外的远侧上。转子线圈28s是南极感应线圈，其以类似于转子线圈28n的形式缠绕在转子凸极32s上。转子线圈30n是北极公共线圈，其在径向上以密集绕组的形式缠绕在转子凸极32n朝内的底侧上。转子线圈30s是南极公共线圈，其以类似于转子线圈30n的形式缠绕在转子凸极32s上。转子线圈28n、28s、30n和30s通过作为下述整流部件的二极管相互连接。
转子线圈28n、28s、30n和30s通过“矩形绕组”缠绕在转子凸极32n和32s周围，同时沿着多层的多行对齐。各个线圈28n、28s、30n和30s可形成为简单的螺线管线圈。
此外，下述绝缘体42介于转子凸极32n与转子线圈28n和30n之间，以及介于转子凸极32s与转子线圈28s和30s之间。
保持部件46被设置在转子14的槽34中并且具有近似T形的横截面。保持部件46的长度近似等于或者稍短于转子芯24在轴向上的总长度。保持部件46包括由非磁性部件(例如，树脂)制成的主体部44、中心磁性部件48和一对固定在主体部44内的外部磁性部件50。
主体部44的长度近似等于或稍短于转子芯24在轴向上的总长度。主体部44包括形成为一体的板状腿部52和薄板形梁部54，以便从腿部52的径向外端部延伸到周向侧，并且具有圆形横截面。
保持部件46中的腿部52的内端部56固定在作为转子芯24中槽的底部的转子轭25的外周边(outer periphery)中。更具体地说，腿部52的端部56被形成为膨胀以大于腿部52的部分，并且在转子轭25中的啮合槽58(其形状符合腿部56的形状)中啮合。啮合槽58沿轴向在转子芯24的端面开口。
如图3所示，啮合凹部60在转子凸极32n的远端的侧面中形成以沿着轴向延伸，并且保持部件46的梁部54的远端与啮合凹部60啮合。因此，梁部54的端部在相邻的转子凸极32n与32s之间连接和啮合。
中心磁性部件48嵌入并且固定在腿部52的外周边部中。中心磁性部件48被设置在相邻的转子线圈28n与28s之间，这两个线圈介于相邻的凸极32n与32s之间。此外，中心磁性部件48由磁性部件(诸如硅钢板之类的金属板)形成并且形成为沿着轴向延伸的薄板，该薄板具有沿着转子的径向延伸的近似矩形的横截面。
上述中心磁性部件48通过非磁性材料的主体部44连接到转子芯24，因此不与转子芯24进行磁性连接。
外部磁性部件50一体地嵌入保持部件46的梁部54的远端部中。例如，外部磁性部件50由磁性部件(诸如硅钢板之类的金属板)形成并且形成为沿着轴向延伸的薄板，该薄板具有沿着转子的周向延伸的近似矩形的横截面。因此，外部磁性部件50被设置在转子线圈28n和28s的外部。
在保持部件46被安装在转子芯24中的状态下，保持部件46的梁部54在转子凸极32n与32s之间的转子线圈28n与28s的外侧连接，以防止转子线圈28n和28s沿着径向脱离。
绝缘体42将转子线圈28n和30n(或者28s和30s)保持在转子线圈缠绕在外侧位置处的状态下。绝缘体42例如由树脂制成，并且具有电绝缘性质。此外，绝缘体42包括管状部80，该管状部几乎牢固地安装到转子凸极32n和32s。管状部80包括中肋86和外肋88，中肋从转子在径向上的侧面的中部位置延伸到槽34，外肋从转子在径向上的外端延伸到槽34。转子线圈30n(或30s)在转子的径向上被设置在中肋86的内侧，并且转子线圈28n(或28s)被设置在中肋86与外肋88之间。
接下来将描述保持部件46和各个转子线圈28n、28s、30n和30s到转子芯24的安装方法。首先，对应的转子线圈28n、28s、30n和30s被密集缠绕在两个绝缘体42的外侧以构造“盒式线圈”，该盒式线圈从转子在轴向上的外侧装入转子凸极32n和32s的周边。因此，对应的转子线圈28n、28s、30n和30s被缠绕和设置在转子凸极32n和32s的周边上。
接下来，保持部件46被设置在相邻的转子凸极32n与32s之间，同时沿着轴向从转子芯24在轴向上的一侧滑动到另一侧。在这种情况下，腿部52的端部56与形成于转子轭25的啮合槽58啮合。而且，梁部54的远端部与形成于转子凸极32n中的啮合凹部60啮合。因此，保持部件46的腿部52的端部56被装入和固定到啮合槽58，并且每个梁部54的远端部与啮合凹部60啮合。根据上面的描述，保持部件46沿着径向向外侧的移动受到限制，因此，当转子14旋转时，保持部件46可施加保持力，反抗被施加于转子线圈28n、28s、30n和30s上的离心力。
转子14的基本结构像上面描述的那样；但是，转子线圈28n、28s、30n和30s通过二极管相互连接，将参考图4和图5对此进行描述。图4是示出根据该实施例的二极管38和40到转子14的转子线圈28n、28s、30n和30s的连接的电路实现图。图5是示出在根据该实施例的转子的两个相邻的转子凸极上缠绕的多个转子线圈28n、28s、30n和30s的连接电路的等效电路的示意图。
如图4和图5所示，在转子的周向上相邻的两个转子凸极32n和32s被确定为一对。缠绕在转子凸极32n上的转子线圈28n的一端通过作为整流部件的第一二极管38和第二二极管40连接到缠绕在转子凸极32s上的转子线圈28s的一端。第一二极管38连接到转子线圈28n的一端，第二二极管40连接到转子线圈28s的一端。其正向彼此相对的第一二极管38和第二二极管40在节点R处连接。
在每个对中，缠绕在转子凸极32n上的转子线圈30n的一端连接到缠绕在另一转子凸极32n上的转子线圈30s的一端。转子线圈30n和30s彼此串联连接以形成公共线圈对36。转子线圈30s的另一端连接到节点R，转子线圈30n的另一端连接到节点G，对于转子线圈28n和28s而言，节点G是节点R的相反侧。
由于此连接关系，电流按照转子线圈28n、第一二极管38、节点R、转子线圈30s、转子线圈30n、节点G和转子线圈28n的次序流动，作为通过转子线圈28n的电流。作为通过转子线圈28s的电流，电流按照转子线圈28s、第一二极管40、节点R、转子线圈30s、转子线圈30n、节点G和转子线圈28s的次序流动。
因此，当定子12产生的旋转磁场的空间谐波分量与转子线圈28n和28s互联时，产生感应电流，并且来自转子线圈28n(或28s)并且由二极管38(或40)整流的单向电流流过转子线圈30n和30s。
在上述结构中，当经过整流的电流流过转子线圈28n、28s、30n和30s时，各个转子凸极32n和32s被磁化并且充当磁极。此外，当转子线圈28n、28s、30n和30s的绕组方向根据整流方向适当地被设定时，北极和南极可在周向上交替地提供给多个转子凸极32n和32s。也就是说，上面缠绕转子线圈28n和30n的转子凸极32n变为北极，上面缠绕转子线圈28s和30s的转子凸极32s变为南极。
上面的描述针对这样的情况做出：其中，两个二极管38和40用于两个转子凸极32n和32s。但是，只有两个二极管38和40可在整个转子14中使用。换言之，所有具有北极的转子线圈28n串联连接，并且被当作一个具有北极的串联连接感应线圈，所有具有南极的转子线圈28s串联连接，并且被当作一个具有南极的串联连接感应线圈，所有具有北极的转子线圈30n串联连接，并且被当作一个具有北极的串联连接公共线圈，以及所有具有南极的转子线圈30s串联连接，并且被当作一个具有南极的串联连接公共线圈。然后，使用图5所示的连接关系，因此，仅通过两个二极管38和40可满足整个转子14的功能。在这种情况下，缠绕在相邻的转子凸极32n和32s的底侧的转子线圈30n和30s可在没有其它转子线圈的情况下相互串联连接。
下面将参考附图描述上述转子14和包括转子14的旋转电气装置10的操作和效果。在旋转电气装置40中，尽管按照指定的次序向定子线圈 20u、20v和20w施加交流电会使定子12产生旋转磁场，但是旋转磁场不仅包括具有基波分量的磁场，而且还包括比基波阶次更高的谐波分量的磁场。
更具体地说，使定子12产生旋转磁场的磁动势分布不会变为仅具有基波的正弦分布，而是变为包括谐波分量的正弦分布，这是由具有各个相的定子线圈20u、20v和20w的布置，以及具有凸极18和槽19的定子芯16的形状导致。特别地，在密集绕组中，具有各个相的定子线圈20u、20v和20w不会彼此重叠，因此，在定子12的磁动势分布中产生的谐波分量的振幅级增加。例如，在定子线圈20u、20v和20w具有三相密集绕组的情况下，作为输入电频率的时间三阶分量和空间二阶分量的振幅级作为谐波分量增加。如上所述，由于定子线圈20u、20v和20w的布置和定子芯16的形状而在磁动势中产生的谐波分量被称为空间谐波。
当包括空间谐波的旋转磁场从定子12到转子14起作用时，到转子14的转子凸极32n与32s之间的空间的磁漏波动由于空间谐波的通量波动而发生。因此，感应的电动势在图4所示的转子线圈28n和28s中的至少一者中产生。转子凸极32n和32s远侧上的被置于定子12附近的转子线圈28n和28s具有这样的功能：其中，旋转磁场的磁通通过主要互联来自定子12的旋转磁场来产生感应电流。此外，被设置为远离定子12的转子线圈30n和30s具有这样的功能：像电磁体一样，主要磁化转子凸极32n和32s。如上所述，转子14具有在周向上形成的交替的北极和南极，这是因为在定子中产生的磁场内包括的谐波分量与转子14互联。在这种情况下，第一二极管38和第二二极管40连接到多个转子线圈28n和28s中的两个相邻的转子线圈28n和28s。在周向上设置的转子凸极32n和32s处，通过流过转子线圈28n和28s的感应电流在凸极32n和32s中产生的磁动势的方向在转子的交替周向上定向。
在此类旋转电气装置10(图1)中，向三相定子线圈20u、20v和20w施加三相交流电导致在凸极18(图1)中产生的旋转磁场的基波分量对转子14起作用。因此，凸极32n和32s被吸引到凸极18的旋转磁场，以便降低转子14的磁阻。这样，磁阻转矩被施加于转子14。
当包括在凸极18中产生的空间谐波的旋转磁场与转子14的各个转子线圈28n和28s互联时，感应电动势通过通量波动在转子线圈28n和28s中产生，由于空间谐波，该通量波动的频率不同于转子14的旋转频率。由于产生感应电动势，流过各个转子线圈28n和28s的电流通过各个二极管38和40进行整流，并且被朝着一个方向引导。当通过二极管38和40进行整流的电流流过转子线圈28n和28s以及转子线圈30n和30s时，转子凸极32n和32s被磁化。因此，转子凸极32n和32s中的每一者沿着北极或南极被磁化，从而可实现所需的转子磁极。
由于上述所产生的转子磁极的磁场与定子12中产生的旋转磁场的基波分量之间存在交互，因此转子14旋转，并且在转子14上产生转矩。上述转矩是不同于磁阻转矩的转矩，并且对应于一种磁体转矩类型。因此，旋转磁场的空间谐波分量可有效地用于增加旋转电气装置10的转矩。
而且，根据上述转子14和旋转电气装置10，由于保持部件46防止转子线圈28n和28s在径向上脱离到外部，因此保持部件46可安全地防止转子线圈28n和28s以及在径向上被置于转子线圈28n和28s内侧的转子线圈30n和30s脱离。
即使当转子凸极32n和32s不直接在转子的径向上面向作为定子12的磁极的凸极18，保持部件46也被在梁部54的远端提供外部磁性部件50，该远端是面向转子凸极32n和32s的周向端部，并且存在这样的情况：其中外部磁性部件50通过保持部件46的外侧部在转子的径向上面向凸极18。因此，外部磁性部件50可减小转子14与定子12之间间隙部中的磁阻，并且在低负荷等条件下，降低当转子凸极32n和32s中不出现磁通量饱和时的旋转电气装置10的损耗。
上述主题将参考图6进行描述。图6是示出在旋转电气装置10中，从定子12的凸极18开始流动，通过转子14，然后流入定子12的另一凸极18的基波磁通流，在该旋转电气装置10中，使用根据本发明实施例的转子14。如图6所示，考虑这样一种情况：其中基波磁通从定子12的一个凸极18开始流动，通过转子凸极32s、转子轭25和另一转子凸极32n，然后流入定子12的另一凸极18。在上述情况下，转子14沿着这样的方向旋转：其中磁通流过的磁路径在凸极18与转子凸极32n(32s)之间缩短。由于外部磁性部件50被设置在转子凸极32n和32s的远端的周向端部附近，因此，即使当凸极18和转子凸极32n和32s不在径向上彼此面对以使相位完全地相互匹配时，凸极18也很容易在径向上面向任何宽部分，该宽部分包括转子凸极32n和32s、以及外部磁性部件50，这些部件都是位于转子14的一侧上的磁性材料部分。因此，通过增大磁性部件(在转子14的一侧的周向上面向凸极18)的宽度，并且减小转子14与定子12之间的间隙62的磁阻，可降低当转子凸极32n和32s中不出现磁饱和时的旋转电气装置10的损耗。此外，根据上述转子14，可提高组装转子线圈28n、28s、30n和30s的简易性，该主题将在下面详细地描述。
如图2和图3所示，在旋转电气装置10(其中转子线圈28n、28s、30n和30s缠绕在转子凸极32n(或32s)上)中，考虑在将绝缘体42组装到转子凸极32n(或32s)之前，提前在绝缘体42中密集缠绕转子线圈28n、28s、30n和30s，以制造盒式线圈，并且盒式线圈与转子线圈28n、28s、30n和30s一起被装入转子凸极32n(或32s)。在这种情况下，转子线圈28n、28s、30n和30s的体积相对于槽34的体积的比例可能增加。另一方面，转子线圈28n、28s、30n和30s以预先缠绕的状况从转子在径向上的外侧装入转子凸极32n(或32s)的周边；但是存在这样一种情况：其中在周向上突出以防止转子线圈脱离的磁性部件肋部在转子凸极32n(或32s)的远端部中一体地形成。在这种情况下，肋部妨碍绕组布置，并且无法提高组装的简易性。换言之，鉴于提高组装转子线圈28n、28s、30n和30s的简易性，理想地情况是转子凸极32n(或32s)的径向外端的周向宽度不增加为大于径向上的内侧的周向宽度。当肋部在转子凸极32n(或32s)上形成时，该肋部可增加转子凸极32n(或32s)与凸极18之间周向上的面对宽度，并且在低负荷条件下，可降低当转子凸极32n(或32s)中不出现磁通量饱和时的诸如低负荷条件下的损耗之类的损耗。但是，当不设置肋部时，如果设计或布置未改善，则无法降低损耗。
上述主题将参考图7进行描述。图7是对应于图6的部分B的图形，用于示出与定子12的凸极18和转子凸极32n有关的面对区域对间隙部分的磁阻的影响。描述针对转子凸极32n做出；但是，类似的描述可针对转子凸极32s做出。如图7所示，假设仅有定子12的凸极18和转子凸极32n的端部通过间隙62在径向上(在图7的垂直方向上)彼此面对。在这种情况下，当真空下的磁导率为μ0、间隙长度为g，并且凸极18和转子凸极32n通过间隙62彼此面对的面积为S，间隙g中的磁阻Rm可通过以下方程式表示：
Rm＝μ0×g/S (1)
根据本发明实施例的旋转电气装置的多数损耗为铜损耗；但是，当转子凸极32n中不出现磁饱和时，间隙62的磁阻极大地影响损耗。因此，降低磁阻有助于降低损耗。当定子12的凸极18和转子凸极32n在周向上的面对宽度ds增加时，面对面积S增加。这样，通过方程式(1)可理解，当面对宽度ds增加时，间隙61中的磁阻Rm可降低。因此，当肋部在转子凸极32n的远端形成时，磁阻Rm可降低，并且在出现这样的情况下可降低损耗：其中转子凸极32n中不出现磁饱和。但是，如果肋部存在，则无法根据上面的描述提高组装的简易性。
根据本发明的实施例在图1至图6中所示的包括转子14的旋转电气装置10中，被设置在保持部件46的周向端部的外部磁性部件50可被置于转子凸极32n(或32s)的周向侧附近。外部磁性部件50类似地充当转子凸极32n(或32s)周向上的肋部，因此，在低负荷条件下，当转子凸极32n和32s中不出现磁通量饱和时，无需形成与转子凸极32n和32s一体的肋部，也可降低损耗。因此，因为不需要形成肋部，因此可以在从径向上的外侧在转子凸极32n和32s的周边设置转子线圈28n、28s、30n和30s之后设置外部磁性部件50，并且可提高组装转子线圈28n、28s、30n和30s的简易性。
外部磁性部件50一体地嵌入保持部件46的周向端部，因此，外部磁性部件50可容易被设置在转子凸极32n和32s的远端的周向侧附近。此外，在保持部件46与转子芯24分离的状态下，很容易从径向上的外侧在转子凸极32n和32s的周边设置转子线圈28n、28s、30n和30s。因此，可降低旋转电气装置10的损耗，并且可进一步提高组装转子线圈28n、28s、30n和30s的简易性。
转子凸极32n和32s包括被设置在面向保持部件46的端部的侧面上的啮合凹部60，保持部件46的周向端部与啮合凹部60啮合。因此，即使在转子旋转期间转子线圈28n、28s、30n和30s中产生离心力，并且该离心力从转子线圈28n、28s、30n和30s施加到保持部件46时，也可轻松防止保持部件46的周向端部与转子凸极32n和32s的意外分离，并且可轻松防止转子线圈28n、28s、30n和30s脱离。
本发明的实施例包括绝缘体42，其被装入转子凸极32n和32s的周边，并且将转子线圈28n、28s、30n和30s在缠绕状况下保持在绝缘体42的外侧，而且，在保持部件46与转子芯24分离的状态下，可从径向上的外侧在转子凸极32n和32s的周边安装绝缘体42。因此，可进一步提高组装转子线圈28n、28s、30n和30s的简易性。
图8是对应于图2的图，并且示出比较实例。图9是示出根据本发明的实施例的旋转电气装置的损耗与比较实例中的旋转电气装置的损耗相比的图。在上述参考图1至图6的描述中，外部磁性部件50(图2、图3)一体地设置在保持部件46的周向端部，因此，可降低当转子凸极32n和32s中不出现磁通量饱和时的损耗。另一方面，如图8的比较实例所示，在外部磁性部件不被设置在保持部件46的周向端部的情况下，磁性部件不被设置在转子凸极32n和32s的周向端部附近的外侧。因此，定子与转子14之间间隙中的磁阻增加，这样导致旋转电气装置的损耗增加。换言之，如图9所示，与比较实例相比，本发明的实施例可降低旋转电气装置的损耗。
在该实施例中，保持部件46包括中心磁性部件46，该部件被设置在相邻的转子线圈28n与28s(被设置在相邻的转子凸极32n与32s之间)之间，因此，保持部件46可通过空间谐波有效地将磁通量从定子12导向转子线圈28n和28s。因此，转子凸极32n和32s的磁动势可增加，并且旋转电气装置10的转矩可增加。
另外，中心磁性部件48不与形成转子芯24的转子凸极32n和32s以及转子轭25进行磁耦合。因此，与中心磁性部件48与凸极32n和32s以及转子轭25进行磁耦合的情况相比，可防止由于转子48内的磁通量短路导致的转矩和功率降低。可排除中心磁性部件48。
通过纤维增强树脂形成的线，例如可缠绕在凸极32n和32s与保持部件46之间的外周边上，因此可增强转子线圈28n、28s、30n和30s在转子芯24上的保持度。
[第二实施例]图10是对应于图2的图，其中示出根据本发明的第二实施例的转子14。图11是图10中的部分C的放大图。如图10和图11所示，在该实施例中，外部磁性部件不一体地嵌入保持部件46的周向端部。备选地，在保持部件46的周向端部的径向内侧和在转子线圈28n和28s的径向外侧设置板状外部磁性部件64，作为与保持部件46不同的部件，以便面向保持部件46。更具体地说，如图11所示，外部磁性部件64安装在转子芯24中，连接到保持转子线圈28n的绝缘体42的管状部80的径向外端的外周表面，并且介于覆盖转子线圈28n在径向上的外侧的外周端部66与保持部件46的梁部54之间。图11未示出的转子线圈28s的一侧以类似的方式形成。第二啮合凹部68形成于被设置在转子凸极32n的侧面中的啮合凹部60的径向内侧，外部磁性部件64的端部与第二啮合凹部68啮合。外部磁性部件64在周向上介于在绝缘体42的外周端部66中形成的台阶70与第二啮合凹部68之间。因此，外部磁性部件64的端部与第二啮合凹部68的内表面接触。
当保持部件46和外部磁性部件64被组装到转子芯24时，转子线圈28n和30n首先被组装，以便通过绝缘体42从径向上的外侧装入到转子凸极32n的周边。然后，外部磁性部件64沿着转子芯24的轴向被插入在绝缘体42中形成的台阶70与第二啮合凹部68之间，或者从转子芯24的径向装入。在这种情况下，保持部件46在轴向上被插入相邻的转子凸极32n 与32s之间，并且保持部件46被组装到外部磁性部件64的外侧。在这种情况下，在径向上外部磁性部件64向转子外侧的位移受到保持部件46的限制。外部磁性部件64在周向上介于绝缘体42的台阶70与第二啮合凹部68之间，并且外部磁性部件64与转子凸极32n直接接触。因此，转子14与定子之间的磁阻可进一步减小，并且旋转电气装置的损耗可进一步降低。与外部磁性部件64一体地嵌入保持部件46的情况相比，不需要在保持部件46中形成用于外部磁性部件64的嵌入孔。因此，可节省加工保持部件46的时间和精力。其它结构和操作与参考图1至图7描述的上述实施例的相同。
[第三实施例]图12是对应于图2的图，其中示出根据本发明的第三实施例的转子14。图13是图12中的部分D的放大图。如图12和图13所示，在该实施例中，与第二实施例的情况相同，外部磁性部件不一体地嵌入保持部件46的周向端部中。备选地，在保持部件46的周向端部的径向外侧设置板状外部磁性部件72，作为与保持部件46不同的部件。具体地说，如图13所示，保持部件46的梁部54被设置为连接到保持转子线圈28n的绝缘体42的管状部80的径向外端部的外周表面，并且被置于覆盖转子线圈28n在径向上的外侧的外肋88的外侧。图13中未示出的转子线圈28s的一侧类似地形成。啮合槽76形成于保持部件46的梁部54的远端的径向外表面中，以便在周向上凹陷，并且外部磁性部件72在周向上介于第二啮合凹部78与啮合槽76之间，该第二啮合凹部72从转子凸极32n的侧面中的啮合凹部60开始在径向上的外侧形成。在这种状态下，外部磁性部件72与第二啮合凹部78和啮合槽76啮合。换言之，外部磁性部件72的周向端部与图13中的长短交替虚线P1和P2包围的位置接触，并且与第二啮合凹部78和啮合槽76啮合。因此，外部磁性部件72与第二啮合凹部78的内表面接触。
当保持部件46和外部磁性部件72被组装到转子芯24时，转子线圈28n和30n首先被组装，以便通过绝缘体42从径向上的外侧装入到转子凸极32n的周边。在这种情况下，保持部件46在轴向上被插入相邻的转子凸极32n与32s之间，并且外部磁性部件72在轴向上被插入形成于保持部件46中的第二啮合凹部78与啮合槽76之间。在这种情况下，在径向上外部磁性部件72向转子外侧的位移受到保持部件46的限制。即使在上述情况下，外部磁性部件72也与转子凸极32n和32s直接接触，因此，转子14与定子之间的磁阻可进一步减小，并且旋转电气装置的损耗可进一步降低。外部磁性部件72可面向定子的凸极，同时外部磁性部件72与定子的凸极之间不存在其它部件，外部磁性部件72相对于转子径向可设置在与远端面相同的位置或者在该远端面附近，该远端面是转子凸极32n的间隙表面。因此，外部磁性部件72的外侧面形成为面向间隙部分的间隙表面，并且仅间隙表面的磁阻变为定子与转子14之间的间隙部分的磁阻因素。因此，可降低旋转电气装置的损耗。其它结构和操作与参考图1至图7描述的上述实施例的相同。外部磁性部件72和保持部件46可在图13中的长短交替虚线P3包围的位置处接合并固定。
在上面的描述中，保持部件46具有近似T形的横截面，但是，保持部件46的形状不限于此形状，可采取各种形状。例如，图14是示出保持部件46的另一形式的图。在图14所示的实例中，梁部90突出，该梁部从保持部件46的腿部52的径向外端部向周向侧弯曲。此外，保持中心磁性部件48的腿部52的径向外端部在径向上从与梁部90的连接处突出。即使在使用具有此类形状的保持部件46的情况下，也可实现与上述实施例相同的效果。
尽管参考本发明的实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于上述实施例，并且可以在不偏离本发明范围的情况下进行修改。

资源描述

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201380029908.9 (22)申请日 2013.08.23 2012-196513 2012.09.06 JP H02K 1/28(2006.01) H02K 1/22(2006.01) (71)申请人丰田自动车株式会社地址日本爱知县 (72)发明人久保馨水谷良治加藤弘树山田英治知念真太郎平本健二中井英雄 (74)专利代理机构北京市中咨律师事务所 11247 代理人杨晓光贺月娇 (54) 发明名称用于旋转电气装置的转子 (57) 摘要一种用于旋转电气装置的转子 (14) 包括：转子线圈 (28n、。

2、28s)，其缠绕在转子凸极 (32n、32s) 中的每一者上；保持部件 (46)，其由转子芯 (24) 支撑；以及外部磁性部件(50)。所述保持部件 (46)具有桥接在相邻的转子凸极(32n、32s)之间的梁部 (54)，并且防止所述转子线圈 (28n、28s) 脱离。所述外部磁性部件(50)被设置在所述梁部 (54) 的端部中。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.12.05 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/IB2013/001821 2013.08.23 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2014/037776 EN 2014.03.13 。

3、(51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书10页附图12页 (10)申请公布号 CN 104471837 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104471837 A 1/1 页 2 1.一种用于旋转电气装置的转子，包括：转子芯，其包括被设置在所述转子芯的周向上的多个位置处的转子凸极；转子线圈，其缠绕在所述转子凸极中的每一者上；保持部件，其由非磁性材料制成，所述保持部件由所述转子芯支撑，具有桥接在相邻的转子凸极之间的梁部，并且防止所述转子线圈从槽中脱离；以及外部磁性部件，其被设置在所述梁部在所述周。

4、向上的端部附近。 2.根据权利要求 1 所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述外部磁性部件被一体地嵌入所述梁部。 3.根据权利要求 1 所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述外部磁性部件被设置在所述梁部在所述转子的径向上的内侧或外侧。 4.根据权利要求 3 所述的用于旋转电气装置的转子，进一步包括部件，其被固定在所述转子芯中，其中所述外部磁性部件被设置为面向所述梁部在所述转子的径向上的内表面，并且在所述周向上介于所述转子凸极与所述固定部件之间。 5.根据权利要求 3 所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述保持部件具有啮合槽，该啮合槽形成于所述保持部件在所述转子的径向上的端部，以便。

5、在所述周向上凹陷，所述转子凸极具有第一啮合凹部，该第一啮合凹部形成于所述转子凸极的侧面，并且所述外部磁性部件以这样的状态与所述啮合槽以及所述第一啮合凹部啮合：所述外部磁性部件在所述周向上介于所述啮合槽与所述第一啮合凹部之间。 6.根据权利要求 1 至 4 中任一项所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述转子凸极具有第二啮合凹部，该第二啮合凹部形成于所述转子凸极的侧面，并且所述梁部的所述端部与所述第二啮合凹部啮合。 7.根据权利要求 5 所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述转子凸极具有第二啮合凹部，该第二啮合凹部形成于所述转子凸极的所述侧面，并且所述梁部的所述端部与所述第二啮合。

6、凹部啮合。 8.根据权利要求 1 至 7 中任一项所述的用于旋转电气装置的转子，其中所述保持部件具有 T 形横截面。权利要求书CN 104471837 A 1/10 页 3 用于旋转电气装置的转子技术领域 0001 本发明涉及用于旋转电气装置的转子，更具体地说，涉及用于旋转电气装置的其中缠绕和设置有转子线圈的转子。背景技术 0002 一些旋转电气装置具有这样的转子结构：其中在转子中缠绕和设置转子线圈。例如，公开号为 2009-112091 的日本专利申请 (JP 2009-112091 A) 公开一种旋转电气装置的结构，其中对多相定子线圈施加多相交流电以在定子上产生旋转。

7、磁场，并且旋转磁场的空间谐波分量与转子线圈互联 (interlink) 以在转子线圈上产生感应电流。在 JP 2009-112091 A 中，转子线圈分别缠绕在转子的转子凸极上，而且二极管在各个转子线圈中建立短路以对感应电流进行整流。这样，每个转子凸极以所需的极性进行磁化，从而可实现所需的转子磁极。通过此方式，在转子凸极上交替形成北极和南极。这样，转子凸极与定子上的旋转磁场交互，并且转矩对转子产生作用。 0003 在上述JP 2009-112091 A中公开的用于旋转电气装置的转子中，需要防止缠绕在转子凸极上的转子线圈因为离心力而脱离，同时在低负荷条件下，降低当转子凸极中不出现磁通。

8、量饱和时的损耗。另外还需要提高组装转子线圈的简易性。发明内容 0004 本发明的一方面涉及一种用于旋转电气装置的转子，包括：转子芯，其包括被设置在所述转子芯的周向上的多个位置处的转子凸极；转子线圈，其缠绕在所述转子凸极中的每一者上；保持部件，其由非磁性材料制成，所述保持部件由所述转子芯支撑，具有桥接在相邻的转子凸极之间的梁部，并且防止所述转子线圈从槽中脱离；以及外部磁性部件，其被设置在所述梁部在所述周向上的端部附近。 0005 所述外部磁性部件可被一体地嵌入所述梁部。 0006 所述外部磁性部件可被设置在所述梁部在所述转子的径向上的内侧或外侧。 0007 用于旋转电气装置的转。

9、子可包括部件，其被固定在所述转子芯中。所述外部磁性部件可被设置为面向所述梁部在所述转子的径向上的内表面，并且在所述周向上介于所述转子凸极与所述固定部件之间。 0008 所述保持部件可具有啮合槽，该啮合槽形成于所述保持部件在所述转子的径向上的端部，以便在所述周向上凹陷，所述转子凸极可具有第一啮合凹部，该第一啮合凹部形成于所述转子凸极的侧面。所述外部磁性部件可以这样的状态与所述啮合槽以及所述第一啮合凹部啮合：所述外部磁性部件在所述周向上介于所述啮合槽与所述第一啮合凹部之间。 0009 所述保持部件可具有 T 形横截面。 0010 所述梁部的端部可与被设置在所述转子凸极的侧面中的第二啮合。

10、凹部啮合。 0011 根据本发明的用于旋转电气装置的转子，所述保持部件可防止所述转子线圈脱离。此外，所述外部磁性部件被设置在所述梁部的端部附近，因此，即使在所述转子凸极不说明书CN 104471837 A 2/10 页 4 直接面向所述定子的磁极的情况下，所述外部磁性部件也可面向所述定子的磁极。因此，所述转子与所述定子之间的间隙部中的磁阻可减小，并且可降低转子凸极中不出现磁通量饱和时的损耗。附图说明 0012 下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点，以及技术和工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中： 0013 图 1 是示出根据本发明的第一实施。

11、例的包括转子的旋转电气装置的一部分的示意性截面图； 0014 图 2 是图 1 中的转子的一部分的放大图； 0015 图 3 是图 2 中的部分 A 的放大图； 0016 图 4 是示出二极管到图 1 中的转子的转子线圈的连接的电路实现图； 0017 图5是示出在图1中的转子的周向上彼此相邻的两个转子凸极上缠绕的多个转子线圈的等效电路的示意图； 0018 图 6 是示出图 1 的旋转电气装置中的基波磁通流的示意图，该磁通流从定子开始流动，通过转子，然后返回到定子； 0019 图 7 是对应于图 6 中的部分 B 的图，用于示出与定子凸极和转子凸极相关的面对区域对间隙部分磁阻。

12、的影响； 0020 图 8 是对应于图 2 的图，并且示出比较实例； 0021 图 9 是示出根据本发明的实施例的旋转电气装置的损耗与比较实例中的旋转电气装置的损耗相比的图； 0022 图 10 是对应于图 2 的图，其示出根据本发明的第二实施例的转子； 0023 图 11 是图 10 中的部分 C 的放大图； 0024 图 12 是对应于图 2 的图，其示出根据本发明的第三实施例的转子； 0025 图 13 是图 12 中的部分 D 的放大图；以及 0026 图 14 是示出根据本发明的实施例的变型的保持部件的另一形式的图。具体实施方式 0027 下面将参考附图描述本发明的。

13、实施例。在下面的描述中，在转子芯的槽中设置四种类型的转子线圈；但是，这只是本发明的一个实例。在槽中设置的转子线圈类型数可以是四以外的任何数量。例如，可在槽中设置两种类型的转子线圈。作为在槽中设置的转子线圈的实例，下面的描述针对四种类型线圈做出，这些线圈包括感应线圈和公共线圈，所述感应线圈在北极和南极设置并且利用通过定子形成的旋转磁场的空间谐波分量，所述公共线圈在北极和南极设置并且利用通过定子形成的旋转磁场的空间谐波分量。但是，可在槽中总共设置两种类型线圈，其中包括一个具有北极和南极中一者的感应线圈，以及一个具有北极和南极中另一者的公共线圈。 0028 第一实施例图 1 至图。

14、6 示出本发明的第一实施例。图 1 是示出根据本发明的实施例的旋转电气装置 10 的定子 12 和转子 14 的一部分的示意性截面图。旋转电气装置 10 充当电动机或发电机，并且包括固定在壳体 ( 未示出 ) 上的定子 12 和相对于定子 12 可说明书CN 104471837 A 3/10 页 5 旋转的转子 14，转子被置于转子 14 在径向上的内侧以便面向定子 12。在此，术语“径向”表示与转子 14 的旋转轴正交的径向。术语“周向”表示中心位于转子 14 的旋转轴上的转子的周向。而且，术语“轴向”表示转子 14 的轴向。 0029 定子12包括定子芯16和多相(例如，U相、。

15、V相和W相构成的三相)定子线圈20u、 20v 和 20w。定子芯 16 由磁性部件形成，诸如金属板 ( 例如，硅钢板 ) 之类的层压制品。定子芯16包括多个凸极18和槽19，这些凸极在周向上以均等间隔被设置在多个位置处，以便在径向上向内朝着转子 14 突出，这些槽形成于各个凸极 18 之间。定子芯 16 可通过单独的芯或磁性粉末的粉末压制型芯形成。 0030 定子线圈20u、20v和20w通过槽19，以密集绕组的形式缠绕在定子芯16的凸极18 上。例如，将三相交流电施加到多相定子线圈 20u、20v 和 20w 可使各个凸极 18 变得磁化，并且在定子 12 上产生旋转磁场。 003。

16、1 定子线圈 20u、20v 和 20w 不限于这样的结构：其中，定子线圈缠绕在定子 12 的凸极 18 上。但是，定子线圈可通过环形绕组形成，其中多相定子线圈沿周向缠绕在定子芯 16 的环形部的多个位置处，从而可在定子 12 上产生旋转磁场。 0032 转子 14 包括一般为圆柱形的转子芯 24，缠绕在转子芯 24 上的四种类型转子线圈 28n、28s、30n 和 30s，以及在转子 14 的槽 34( 图 2) 内被支撑的保持部件 46。转子芯 24 被形成为使得轴孔 26 在轴向上通过转子芯 24 的中心。旋转电气装置的轴 ( 未示出 ) 被插入并固定在轴孔 26 中。以上述方式。

17、固定的轴由壳体的轴承部件旋转地支撑。因此，转子 14 相对于定子 12 以可旋转的方式设置。 0033 转子芯 24 由磁性部件 ( 例如作为一体的多个磁性钢板的层压制品 ) 形成。转子芯 24 可通过磁性粉末的粉末压制型芯形成。 0034 图 2 是图 1 所示的转子 14 的一部分的放大图。图 3 是图 2 中的部分 A 的放大图。转子芯 24 包括圆柱形转子轭 25 和转子凸极 32n 和 32s，这些转子凸极在周向上以等间隔被设置在转子轭 25 的外周侧的多个位置处。转子凸极 32n 是凸出的北极，其通过转子线圈 28n 和 30n 沿北极磁化，如下所述。此外，转子凸极 32s 。

18、是凸出的南极，其通过转子线圈 28s 和 30s 沿南极磁化，如下所述。转子凸极 32n 和转子凸极 32s 在周向上交替设置。 0035 转子线圈 28n 是北极感应线圈，其在径向上以密集绕组的形式缠绕在转子凸极 32n朝外的远侧上。转子线圈28s是南极感应线圈，其以类似于转子线圈28n的形式缠绕在转子凸极 32s 上。转子线圈 30n 是北极公共线圈，其在径向上以密集绕组的形式缠绕在转子凸极 32n 朝内的底侧上。转子线圈 30s 是南极公共线圈，其以类似于转子线圈 30n 的形式缠绕在转子凸极 32s 上。转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 通过作为下述整流部件的二极管。

19、相互连接。 0036 转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 通过“矩形绕组”缠绕在转子凸极 32n 和 32s 周围，同时沿着多层的多行对齐。各个线圈 28n、28s、30n 和 30s 可形成为简单的螺线管线圈。 0037 此外，下述绝缘体 42 介于转子凸极 32n 与转子线圈 28n 和 30n 之间，以及介于转子凸极 32s 与转子线圈 28s 和 30s 之间。 0038 保持部件 46 被设置在转子 14 的槽 34 中并且具有近似 T 形的横截面。保持部件 46的长度近似等于或者稍短于转子芯24在轴向上的总长度。保持部件46包括由非磁性部件(例如，树脂)制成的主体部。

20、44、中心磁性部件48和一对固定在主体部44内的外部磁性说明书CN 104471837 A 4/10 页 6 部件 50。 0039 主体部 44 的长度近似等于或稍短于转子芯 24 在轴向上的总长度。主体部 44 包括形成为一体的板状腿部52和薄板形梁部54，以便从腿部52的径向外端部延伸到周向侧，并且具有圆形横截面。 0040 保持部件 46 中的腿部 52 的内端部 56 固定在作为转子芯 24 中槽的底部的转子轭 25 的外周边 (outer periphery) 中。更具体地说，腿部 52 的端部 56 被形成为膨胀以大于腿部 52 的部分，并且在转子轭 25 中的啮合槽。

21、 58( 其形状符合腿部 56 的形状 ) 中啮合。啮合槽 58 沿轴向在转子芯 24 的端面开口。 0041 如图 3 所示，啮合凹部 60 在转子凸极 32n 的远端的侧面中形成以沿着轴向延伸，并且保持部件 46 的梁部 54 的远端与啮合凹部 60 啮合。因此，梁部 54 的端部在相邻的转子凸极 32n 与 32s 之间连接和啮合。 0042 中心磁性部件 48 嵌入并且固定在腿部 52 的外周边部中。中心磁性部件 48 被设置在相邻的转子线圈 28n 与 28s 之间，这两个线圈介于相邻的凸极 32n 与 32s 之间。此外，中心磁性部件 48 由磁性部件 ( 诸如硅钢板之类。

22、的金属板 ) 形成并且形成为沿着轴向延伸的薄板，该薄板具有沿着转子的径向延伸的近似矩形的横截面。 0043 上述中心磁性部件 48 通过非磁性材料的主体部 44 连接到转子芯 24，因此不与转子芯 24 进行磁性连接。 0044 外部磁性部件 50 一体地嵌入保持部件 46 的梁部 54 的远端部中。例如，外部磁性部件 50 由磁性部件 ( 诸如硅钢板之类的金属板 ) 形成并且形成为沿着轴向延伸的薄板，该薄板具有沿着转子的周向延伸的近似矩形的横截面。因此，外部磁性部件 50 被设置在转子线圈 28n 和 28s 的外部。 0045 在保持部件 46 被安装在转子芯 24 中的状态下，。

23、保持部件 46 的梁部 54 在转子凸极 32n 与 32s 之间的转子线圈 28n 与 28s 的外侧连接，以防止转子线圈 28n 和 28s 沿着径向脱离。 0046 绝缘体 42 将转子线圈 28n 和 30n( 或者 28s 和 30s) 保持在转子线圈缠绕在外侧位置处的状态下。绝缘体 42 例如由树脂制成，并且具有电绝缘性质。此外，绝缘体 42 包括管状部 80，该管状部几乎牢固地安装到转子凸极 32n 和 32s。管状部 80 包括中肋 86 和外肋 88，中肋从转子在径向上的侧面的中部位置延伸到槽 34，外肋从转子在径向上的外端延伸到槽 34。转子线圈 30n( 或。

24、30s) 在转子的径向上被设置在中肋 86 的内侧，并且转子线圈 28n( 或 28s) 被设置在中肋 86 与外肋 88 之间。 0047 接下来将描述保持部件 46 和各个转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 到转子芯 24 的安装方法。首先，对应的转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 被密集缠绕在两个绝缘体 42 的外侧以构造“盒式线圈”，该盒式线圈从转子在轴向上的外侧装入转子凸极 32n 和 32s 的周边。因此，对应的转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 被缠绕和设置在转子凸极 32n 和 32s 的周边上。 0048 接下来，保持部件 46 被设置在相。

25、邻的转子凸极 32n 与 32s 之间，同时沿着轴向从转子芯 24 在轴向上的一侧滑动到另一侧。在这种情况下，腿部 52 的端部 56 与形成于转子轭 25 的啮合槽 58 啮合。而且，梁部 54 的远端部与形成于转子凸极 32n 中的啮合凹部 60 啮合。因此，保持部件 46 的腿部 52 的端部 56 被装入和固定到啮合槽 58，并且每个梁部 54 的远端部与啮合凹部 60 啮合。根据上面的描述，保持部件 46 沿着径向向外侧的移动受到说明书CN 104471837 A 5/10 页 7 限制，因此，当转子14旋转时，保持部件46可施加保持力，反抗被施加于转子线圈28n、28s、。

26、 30n 和 30s 上的离心力。 0049 转子 14 的基本结构像上面描述的那样；但是，转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 通过二极管相互连接，将参考图 4 和图 5 对此进行描述。图 4 是示出根据该实施例的二极管 38 和 40 到转子 14 的转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 的连接的电路实现图。图 5 是示出在根据该实施例的转子的两个相邻的转子凸极上缠绕的多个转子线圈28n、28s、30n和30s的连接电路的等效电路的示意图。 0050 如图 4 和图 5 所示，在转子的周向上相邻的两个转子凸极 32n 和 32s 被确定为一对。缠绕在转子凸极 32。

27、n 上的转子线圈 28n 的一端通过作为整流部件的第一二极管 38 和第二二极管 40 连接到缠绕在转子凸极 32s 上的转子线圈 28s 的一端。第一二极管 38 连接到转子线圈 28n 的一端，第二二极管 40 连接到转子线圈 28s 的一端。其正向彼此相对的第一二极管 38 和第二二极管 40 在节点 R 处连接。 0051 在每个对中，缠绕在转子凸极 32n 上的转子线圈 30n 的一端连接到缠绕在另一转子凸极 32n 上的转子线圈 30s 的一端。转子线圈 30n 和 30s 彼此串联连接以形成公共线圈对 36。转子线圈 30s 的另一端连接到节点 R，转子线圈 30n 的。

28、另一端连接到节点 G，对于转子线圈 28n 和 28s 而言，节点 G 是节点 R 的相反侧。 0052 由于此连接关系，电流按照转子线圈28n、第一二极管38、节点R、转子线圈30s、转子线圈 30n、节点 G 和转子线圈 28n 的次序流动，作为通过转子线圈 28n 的电流。作为通过转子线圈 28s 的电流，电流按照转子线圈 28s、第一二极管 40、节点 R、转子线圈 30s、转子线圈 30n、节点 G 和转子线圈 28s 的次序流动。 0053 因此，当定子 12 产生的旋转磁场的空间谐波分量与转子线圈 28n 和 28s 互联时，产生感应电流，并且来自转子线圈 28n( 或。

29、 28s) 并且由二极管 38( 或 40) 整流的单向电流流过转子线圈 30n 和 30s。 0054 在上述结构中，当经过整流的电流流过转子线圈28n、28s、30n和30s时，各个转子凸极 32n 和 32s 被磁化并且充当磁极。此外，当转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 的绕组方向根据整流方向适当地被设定时，北极和南极可在周向上交替地提供给多个转子凸极 32n 和 32s。也就是说，上面缠绕转子线圈 28n 和 30n 的转子凸极 32n 变为北极，上面缠绕转子线圈 28s 和 30s 的转子凸极 32s 变为南极。 0055 上面的描述针对这样的情况做出：其中，两。

30、个二极管 38 和 40 用于两个转子凸极 32n 和 32s。但是，只有两个二极管 38 和 40 可在整个转子 14 中使用。换言之，所有具有北极的转子线圈 28n 串联连接，并且被当作一个具有北极的串联连接感应线圈，所有具有南极的转子线圈 28s 串联连接，并且被当作一个具有南极的串联连接感应线圈，所有具有北极的转子线圈 30n 串联连接，并且被当作一个具有北极的串联连接公共线圈，以及所有具有南极的转子线圈 30s 串联连接，并且被当作一个具有南极的串联连接公共线圈。然后，使用图 5 所示的连接关系，因此，仅通过两个二极管 38 和 40 可满足整个转子 14 的功能。在这种。

31、情况下，缠绕在相邻的转子凸极 32n 和 32s 的底侧的转子线圈 30n 和 30s 可在没有其它转子线圈的情况下相互串联连接。 0056 下面将参考附图描述上述转子 14 和包括转子 14 的旋转电气装置 10 的操作和效果。在旋转电气装置 40 中，尽管按照指定的次序向定子线圈 20u、20v 和 20w 施加交流电会说明书CN 104471837 A 6/10 页 8 使定子 12 产生旋转磁场，但是旋转磁场不仅包括具有基波分量的磁场，而且还包括比基波阶次更高的谐波分量的磁场。 0057 更具体地说，使定子 12 产生旋转磁场的磁动势分布不会变为仅具有基波的正弦分布，而是。

32、变为包括谐波分量的正弦分布，这是由具有各个相的定子线圈20u、20v和20w的布置，以及具有凸极 18 和槽 19 的定子芯 16 的形状导致。特别地，在密集绕组中，具有各个相的定子线圈 20u、20v 和 20w 不会彼此重叠，因此，在定子 12 的磁动势分布中产生的谐波分量的振幅级增加。例如，在定子线圈 20u、20v 和 20w 具有三相密集绕组的情况下，作为输入电频率的时间三阶分量和空间二阶分量的振幅级作为谐波分量增加。如上所述，由于定子线圈 20u、20v 和 20w 的布置和定子芯 16 的形状而在磁动势中产生的谐波分量被称为空间谐波。 0058 当包括空间谐波的旋转磁。

33、场从定子 12 到转子 14 起作用时，到转子 14 的转子凸极 32n与32s之间的空间的磁漏波动由于空间谐波的通量波动而发生。因此，感应的电动势在图 4 所示的转子线圈 28n 和 28s 中的至少一者中产生。转子凸极 32n 和 32s 远侧上的被置于定子 12 附近的转子线圈 28n 和 28s 具有这样的功能：其中，旋转磁场的磁通通过主要互联来自定子 12 的旋转磁场来产生感应电流。此外，被设置为远离定子 12 的转子线圈 30n 和 30s 具有这样的功能：像电磁体一样，主要磁化转子凸极 32n 和 32s。如上所述，转子 14 具有在周向上形成的交替的北极和南极，这是因。

34、为在定子中产生的磁场内包括的谐波分量与转子 14 互联。在这种情况下，第一二极管 38 和第二二极管 40 连接到多个转子线圈 28n 和 28s 中的两个相邻的转子线圈 28n 和 28s。在周向上设置的转子凸极 32n 和 32s 处，通过流过转子线圈 28n 和 28s 的感应电流在凸极 32n 和 32s 中产生的磁动势的方向在转子的交替周向上定向。 0059 在此类旋转电气装置 10( 图 1) 中，向三相定子线圈 20u、20v 和 20w 施加三相交流电导致在凸极 18( 图 1) 中产生的旋转磁场的基波分量对转子 14 起作用。因此，凸极 32n 和 32s 被吸引到凸。

35、极 18 的旋转磁场，以便降低转子 14 的磁阻。这样，磁阻转矩被施加于转子 14。 0060 当包括在凸极 18 中产生的空间谐波的旋转磁场与转子 14 的各个转子线圈 28n 和 28s 互联时，感应电动势通过通量波动在转子线圈 28n 和 28s 中产生，由于空间谐波，该通量波动的频率不同于转子 14 的旋转频率。由于产生感应电动势，流过各个转子线圈 28n 和 28s的电流通过各个二极管38和40进行整流，并且被朝着一个方向引导。当通过二极管38 和 40 进行整流的电流流过转子线圈 28n 和 28s 以及转子线圈 30n 和 30s 时，转子凸极 32n 和 32s 被磁化。因。

36、此，转子凸极 32n 和 32s 中的每一者沿着北极或南极被磁化，从而可实现所需的转子磁极。 0061 由于上述所产生的转子磁极的磁场与定子 12 中产生的旋转磁场的基波分量之间存在交互，因此转子 14 旋转，并且在转子 14 上产生转矩。上述转矩是不同于磁阻转矩的转矩，并且对应于一种磁体转矩类型。因此，旋转磁场的空间谐波分量可有效地用于增加旋转电气装置 10 的转矩。 0062 而且，根据上述转子14和旋转电气装置10，由于保持部件46防止转子线圈28n和 28s 在径向上脱离到外部，因此保持部件 46 可安全地防止转子线圈 28n 和 28s 以及在径向上被置于转子线圈 28n 。

37、和 28s 内侧的转子线圈 30n 和 30s 脱离。说明书CN 104471837 A 7/10 页 9 0063 即使当转子凸极 32n 和 32s 不直接在转子的径向上面向作为定子 12 的磁极的凸极18，保持部件46也被在梁部54的远端提供外部磁性部件50，该远端是面向转子凸极32n 和32s的周向端部，并且存在这样的情况：其中外部磁性部件50通过保持部件46的外侧部在转子的径向上面向凸极 18。因此，外部磁性部件 50 可减小转子 14 与定子 12 之间间隙部中的磁阻，并且在低负荷等条件下，降低当转子凸极32n和32s中不出现磁通量饱和时的旋转电气装置 10 的损耗。

38、。 0064 上述主题将参考图 6 进行描述。图 6 是示出在旋转电气装置 10 中，从定子 12 的凸极 18 开始流动，通过转子 14，然后流入定子 12 的另一凸极 18 的基波磁通流，在该旋转电气装置 10 中，使用根据本发明实施例的转子 14。如图 6 所示，考虑这样一种情况：其中基波磁通从定子 12 的一个凸极 18 开始流动，通过转子凸极 32s、转子轭 25 和另一转子凸极 32n，然后流入定子 12 的另一凸极 18。在上述情况下，转子 14 沿着这样的方向旋转：其中磁通流过的磁路径在凸极 18 与转子凸极 32n(32s) 之间缩短。由于外部磁性部件 50 被。

39、设置在转子凸极 32n 和 32s 的远端的周向端部附近，因此，即使当凸极 18 和转子凸极 32n 和32s不在径向上彼此面对以使相位完全地相互匹配时，凸极18也很容易在径向上面向任何宽部分，该宽部分包括转子凸极 32n 和 32s、以及外部磁性部件 50，这些部件都是位于转子 14 的一侧上的磁性材料部分。因此，通过增大磁性部件 ( 在转子 14 的一侧的周向上面向凸极 18) 的宽度，并且减小转子 14 与定子 12 之间的间隙 62 的磁阻，可降低当转子凸极 32n 和 32s 中不出现磁饱和时的旋转电气装置 10 的损耗。此外，根据上述转子 14，可提高组装转子线圈 28n。

40、、28s、30n 和 30s 的简易性，该主题将在下面详细地描述。 0065 如图2和图3所示，在旋转电气装置10(其中转子线圈28n、28s、30n和30s缠绕在转子凸极 32n( 或 32s) 上 ) 中，考虑在将绝缘体 42 组装到转子凸极 32n( 或 32s) 之前，提前在绝缘体42中密集缠绕转子线圈28n、28s、30n和30s，以制造盒式线圈，并且盒式线圈与转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 一起被装入转子凸极 32n( 或 32s)。在这种情况下，转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 的体积相对于槽 34 的体积的比例可能增加。另一方面，转子线圈 28n。

41、、 28s、30n 和 30s 以预先缠绕的状况从转子在径向上的外侧装入转子凸极 32n( 或 32s) 的周边；但是存在这样一种情况：其中在周向上突出以防止转子线圈脱离的磁性部件肋部在转子凸极 32n( 或 32s) 的远端部中一体地形成。在这种情况下，肋部妨碍绕组布置，并且无法提高组装的简易性。换言之，鉴于提高组装转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 的简易性，理想地情况是转子凸极32n(或32s)的径向外端的周向宽度不增加为大于径向上的内侧的周向宽度。当肋部在转子凸极 32n( 或 32s) 上形成时，该肋部可增加转子凸极 32n( 或 32s) 与凸极 18 之。

42、间周向上的面对宽度，并且在低负荷条件下，可降低当转子凸极 32n( 或 32s) 中不出现磁通量饱和时的诸如低负荷条件下的损耗之类的损耗。但是，当不设置肋部时，如果设计或布置未改善，则无法降低损耗。 0066 上述主题将参考图 7 进行描述。图 7 是对应于图 6 的部分 B 的图形，用于示出与定子 12 的凸极 18 和转子凸极 32n 有关的面对区域对间隙部分的磁阻的影响。描述针对转子凸极 32n 做出；但是，类似的描述可针对转子凸极 32s 做出。如图 7 所示，假设仅有定子 12 的凸极 18 和转子凸极 32n 的端部通过间隙 62 在径向上 ( 在图 7 的垂直方向上 )。

43、彼此面对。在这种情况下，当真空下的磁导率为 0 、间隙长度为 g，并且凸极 18 和转子凸极 32n 通过间隙 62 彼此面对的面积为 S，间隙 g 中的磁阻 Rm 可通过以下方程式表示：说明书CN 104471837 A 8/10 页 10 0067 Rm 0 g/S (1) 0068 根据本发明实施例的旋转电气装置的多数损耗为铜损耗；但是，当转子凸极 32n 中不出现磁饱和时，间隙62的磁阻极大地影响损耗。因此，降低磁阻有助于降低损耗。当定子 12 的凸极 18 和转子凸极 32n 在周向上的面对宽度 ds 增加时，面对面积 S 增加。这样，通过方程式 (1) 可理解，当。

44、面对宽度 ds 增加时，间隙 61 中的磁阻 Rm 可降低。因此，当肋部在转子凸极32n的远端形成时，磁阻Rm可降低，并且在出现这样的情况下可降低损耗：其中转子凸极 32n 中不出现磁饱和。但是，如果肋部存在，则无法根据上面的描述提高组装的简易性。 0069 根据本发明的实施例在图1至图6中所示的包括转子14的旋转电气装置10中，被设置在保持部件 46 的周向端部的外部磁性部件 50 可被置于转子凸极 32n( 或 32s) 的周向侧附近。外部磁性部件 50 类似地充当转子凸极 32n( 或 32s) 周向上的肋部，因此，在低负荷条件下，当转子凸极 32n 和 32s 中不出现磁。

45、通量饱和时，无需形成与转子凸极 32n 和 32s 一体的肋部，也可降低损耗。因此，因为不需要形成肋部，因此可以在从径向上的外侧在转子凸极 32n 和 32s 的周边设置转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 之后设置外部磁性部件 50，并且可提高组装转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 的简易性。 0070 外部磁性部件 50 一体地嵌入保持部件 46 的周向端部，因此，外部磁性部件 50 可容易被设置在转子凸极 32n 和 32s 的远端的周向侧附近。此外，在保持部件 46 与转子芯 24 分离的状态下，很容易从径向上的外侧在转子凸极 32n 和 32s 的周边设置转子。

46、线圈 28n、 28s、30n 和 30s。因此，可降低旋转电气装置 10 的损耗，并且可进一步提高组装转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 的简易性。 0071 转子凸极 32n 和 32s 包括被设置在面向保持部件 46 的端部的侧面上的啮合凹部 60，保持部件46的周向端部与啮合凹部60啮合。因此，即使在转子旋转期间转子线圈28n、 28s、30n和30s中产生离心力，并且该离心力从转子线圈28n、28s、30n和30s施加到保持部件 46 时，也可轻松防止保持部件 46 的周向端部与转子凸极 32n 和 32s 的意外分离，并且可轻松防止转子线圈 28n、28s、30n 和。

47、 30s 脱离。 0072 本发明的实施例包括绝缘体 42，其被装入转子凸极 32n 和 32s 的周边，并且将转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 在缠绕状况下保持在绝缘体 42 的外侧，而且，在保持部件 46 与转子芯 24 分离的状态下，可从径向上的外侧在转子凸极 32n 和 32s 的周边安装绝缘体 42。因此，可进一步提高组装转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 的简易性。 0073 图8是对应于图2的图，并且示出比较实例。图9是示出根据本发明的实施例的旋转电气装置的损耗与比较实例中的旋转电气装置的损耗相比的图。在上述参考图 1 至图 6 的描述中，外部磁性部。

48、件 50( 图 2、图 3) 一体地设置在保持部件 46 的周向端部，因此，可降低当转子凸极 32n 和 32s 中不出现磁通量饱和时的损耗。另一方面，如图 8 的比较实例所示，在外部磁性部件不被设置在保持部件 46 的周向端部的情况下，磁性部件不被设置在转子凸极 32n 和 32s 的周向端部附近的外侧。因此，定子与转子 14 之间间隙中的磁阻增加，这样导致旋转电气装置的损耗增加。换言之，如图 9 所示，与比较实例相比，本发明的实施例可降低旋转电气装置的损耗。 0074 在该实施例中，保持部件 46 包括中心磁性部件 46，该部件被设置在相邻的转子线圈 28n 与 28s( 被设。

49、置在相邻的转子凸极 32n 与 32s 之间 ) 之间，因此，保持部件 46 可通过说明书CN 104471837 A 9/10 页 11 空间谐波有效地将磁通量从定子 12 导向转子线圈 28n 和 28s。因此，转子凸极 32n 和 32s 的磁动势可增加，并且旋转电气装置 10 的转矩可增加。 0075 另外，中心磁性部件 48 不与形成转子芯 24 的转子凸极 32n 和 32s 以及转子轭 25 进行磁耦合。因此，与中心磁性部件 48 与凸极 32n 和 32s 以及转子轭 25 进行磁耦合的情况相比，可防止由于转子 48 内的磁通量短路导致的转矩和功率降低。可排除中心磁性部件 48。 0076 通过纤维增强树脂形成的线，例如可缠绕在凸极 32n 和 32s 与保持部件 46 之间的外周边上，因此可增强转子线圈 28n、28s、30n 和 30s 在转子芯 24 上的保持度。 0077 第二实施例图 10 是对应于图。

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