專利名稱：永磁式回轉電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及沿圓周方向設置有多個永磁鐵的轉子軛鐵于定子的外周回轉而轉子軛鐵在各永磁鐵間具有附加極部的永磁式回轉電動機，特別涉及到適合供內燃機用的起動機兼發(fā)電機的永磁式回轉電動機。
另一方面，作為內燃機用的起動電動機已知有使圓筒狀的轉子軛鐵沿定子外周回轉的外轉型水磁式回轉電動機。而在這種永磁式回轉電動機中，為了減小轉子與定子間的磁通分布畸度以防止發(fā)生扭矩振動而在相鄰永磁鐵間形成附加極部的永磁式回轉電動機，例如已公開于特開平8-275476號公報中。
在上述這類既有的永磁式回轉電動機中，由于產(chǎn)生了以該附加極為磁路的漏磁通而減少了有效磁通。因此，為了獲得更大的驅動力矩就需使永磁鐵大型化或是加大定子繞組的勵磁線圈，這樣就會使得電動機大型化與加重或是增加電力消耗。
再有，在使一臺電動機于內燃機起動時起到起動機之用而于車輛行駛時又具有發(fā)電機功能的情形中，如上所述，當把永磁鐵大型化來實現(xiàn)起動電動機功能時固然可以求得大的驅動力矩，但其另一方面則是，為使其具有發(fā)電機功能時，由于要產(chǎn)生超出所需的電力，內燃機E在驅動起動機兼發(fā)電機裝置又需增大扭矩(從動力矩)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征在于，在沿定子外周回轉的大致是圓筒形的轉子軛鐵的圓周方向配置多個用以夾設附加極的磁鐵插入孔而于此各磁鐵插入孔內插入永磁鐵的永磁式回轉電動機中，上述磁鐵插入孔具有插入永磁鐵的主孔部和從沿主孔部的圓周方向的兩個端部朝向中心部依所定寬度(W)延伸的槽，此槽前端中轉子軛鐵的殘余厚度(H)與此槽寬(W)滿足下述關系0.3≤殘余厚度(H)/槽寬(W)≤0.7。
若是加大槽寬(W)則與減薄殘余厚度(H)是等效的，這從減小從動力矩觀點考慮是不利的，相反，若是加大殘余厚度(H)則不利于加大驅動力矩，因此，通過加大槽寬W來增大驅動力矩和加大轉子軛鐵的殘余厚度H來減少從動力矩一事便成為二律背反的現(xiàn)象，對這兩者的比(H/W)，若是優(yōu)先考慮增大驅動力矩則應將其設定得較小，若是優(yōu)先考慮減小從動力矩則應將其設定得較大。但若是設定為0.3≤殘余厚度(H)/槽寬(W)≤0.7則能有效地兼顧驅動力矩與從動力矩兩方。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在外轉子的轉子軛鐵于各永磁鐵間具有附加極部的永磁式回轉電動機中，能有效地兼顧驅動力矩與從動力矩兩方。因此，當把該永磁式回轉電動機用作發(fā)電機時不會加大從動力矩，而把它用作起動電動機時則又能增大驅動力矩。
圖2是沿

圖1的擺動單元中曲軸的剖面圖。
圖3是起動機兼發(fā)電機裝置(永磁式回轉電動機)的回轉軸(曲軸)于垂直平面上一部分的局部平面圖。
圖4是圖3的側視部面圖。
圖5是轉子軛鐵的平面圖。
圖6是轉子軛鐵的側視圖。
圖7是轉子軛鐵的局部放大圖。
圖8是起動機兼發(fā)電機裝置的控制系統(tǒng)框圖。
圖9用于說明設于轉子軛鐵中的槽與空隙部的功能(電動時)。
圖10用于說明設于轉子軛鐵中的槽與空隙部的功能(發(fā)電時)。
圖11示明本發(fā)明的第二實施形式的轉子軛鐵的平面形狀。
圖12是示明永磁鐵插穿到圖11孔部中狀態(tài)的局部放大圖。
圖13是示明本發(fā)明的第三實施形式的轉子軛鐵的平面形狀。
圖14是示明永磁鐵插穿到圖13孔部中狀態(tài)的局部放大圖。
圖15是示明本發(fā)明的第四實施形式的轉子軛鐵的平面形狀。
圖16是示明永磁鐵插穿到圖15孔部中狀態(tài)的局部放大圖。
圖17是示明本發(fā)明的第五實施形式的轉子軛鐵的平面形狀。
圖18是示明永磁鐵插穿到圖17孔部中狀態(tài)的局部放大圖。
圖19是示明本發(fā)明的第六實施形式的轉子軛鐵的平面形狀。
圖20是示明永磁鐵插穿到圖19孔部中狀態(tài)的局部放大圖。
圖21是圖9的局部放大圖。
圖22是圖10的局部放大圖。
圖23是示明槽前端的轉子軛鐵的殘余厚度H與槽寬W之比(H/W)與驅動力矩關系的曲線圖。
圖24是示明槽前端的轉子軛鐵的殘余厚度H與槽寬W之比(H/W)與從動力矩關系的曲線圖。
圖中各標號的意義如下1，起動機兼發(fā)電機裝置；50，定子；51，定子鐵心；52，定子凸極；53，定子繞組，60，外轉子；61轉子軛鐵；62(62N，62S)，永磁鐵；63，轉子殼；71，保護罩；201，曲軸，611，孔口部；612，間隙；613，附加極部；614，槽。
將車體前部3a與車體后部3b通過低的底板4連接而構成車體骨干的車架，基本上是由下行管6與總管7構成。燃油箱與存放箱(都未圖示)由總管7支承，總管7上方設有座位8。
在車體前部3a，于其上方設有由轉向節(jié)叉5作軸支承的手柄11，而于下方延伸出前車架12，前車架12的下端有軸支承的前輪FW。
手柄11的上部由兼用作儀表板的手柄蓋覆罩?？偣?的上升部的下端突出地設置著托架15，托架15通過連桿部件16對擺動單元的懸架12作自由擺動的連接。
擺動單元2的前部設有單缸二沖程的內燃機E。從內燃機E朝后構成了無級變連機26。在其后部通過離心式離合器由所設的減連機構27對后輪RW作軸支承。在減連機構27的上端與總管7的上部彎曲段之間設有后緩沖器22。在擺動單元2的前部設有與從內燃機E延伸出的吸氣管23相連的化油器24以及與化油器24連接的空氣濾清器25。
圖2是沿曲軸201剖開上述擺動單元2的剖面圖，與前圖中相同的標號表示相同或等同的部分。
擺動單元2覆蓋住由左右曲軸箱202L、202R組合成的曲軸箱202，曲軸201在曲軸箱202R中由固定于曲軸箱202R中的軸承208、209作可自由旋轉的支承。曲軸201通過曲柄銷231與連桿(未圖示)連接。
左曲軸箱202L兼用作皮帶式無級變速箱，在延伸到左曲軸箱202L的曲軸201上可回轉地設置著皮帶驅動的皮帶輪210。皮帶輪210由固定側的皮帶輪半體210L和可動側的皮帶輪半體210R組成，固定側皮帶輪半體210通過凸臺211固定于曲軸201的左端部，在其右側，可動側皮帶輪半體210R經(jīng)花鍵嵌合到曲軸201上，并能夠與固定側皮帶輪半體210L接近/背離。在兩個皮帶輪半體210L與210R之間跨繞著三角皮帶212。
在可動側皮帶輪半體210R的右側，凸輪盤215固定于曲軸201上，設于其外同端的滑動件215a與在可動側皮帶輪半體210R外周端上沿軸向形成的凸輪盤滑動凸臺部210Ra作可自由滑動的結合，可動側皮帶輪半體210R的凸輪盤215具有在外周附近向凸輪盤215一方傾斜的錐面，此錐面與可動皮帶輪半體210R之間的空隙收納著干重球216。
當曲軸201的轉速增加，在可動側皮帶輪半體210R與凸輪盤215之間一起轉動的上連于重球216由于離心力而沿離心方向移動，可動側皮帶輪半體210R為干重球216壓迫左移，與固定側皮帶輪半體210L接近，結果，夾于兩個皮帶輪半體210L與210R間的三角皮帶212便沿離心方向移動，使其跨繞直徑加大。
在車輛后部設有與上述皮帶驅動的皮帶輪210相對應的從動皮帶輪(未圖示)，三角皮帶212跨繞到此從動皮帶輪上。借助此皮帶傳動機構，內燃機E的動力能自動調節(jié)傳遞給離心式離合器，通過前述的減速機構驅動后輪RW。
在右曲軸箱202R內，設有將起動電動機與交流發(fā)電機組合成的起動機兼發(fā)電機發(fā)置1。在起動機兼發(fā)電裝置1中將外轉子60由螺栓253固定到曲軸201的前端錐部之上。設于上述外轉子60內側的內定子50由螺栓279螺合支承于曲軸箱202內。有關此起動機兼發(fā)電機裝置1的結構，在后面參看圖3～7詳述。
風扇280的中央圓錐部280a的裙部由螺栓246固定到外轉子60上，風扇280通過散熱器282由風扇罩281覆蓋。
曲軸201上于起動機兼發(fā)電機裝置1和軸承209之間固定有鏈輪231，在此鏈輪231上跨繞著用于由曲軸201驅動的凸輪軸(未圖示)的鏈，此外，上述鏈輪213是與用來將動力傳遞給使?jié)櫥脱h(huán)的泵的齒輪232形成整體。
圖3與4分別是在起動機兼發(fā)電機裝置1(永磁式回轉電動機)的回轉軸垂直面上的局部平面圖及其側視剖面圖，圖5與6分別是轉子軛鐵的平面圖及其局部放大圖，各圖中與前述相同的標號表示相同或等同的部分。
本實施形式的起動機兼發(fā)電機裝置1如圖3與4所示，由定子50以及沿定子50外周回轉凹外轉子60構成，此外轉子60包括如圖4與5所示的將環(huán)狀硅鋼片(薄片)疊層成圓筒狀構成的轉子軛鐵61；如圖3與7所示的在沿轉子軛鐵61圓周方向所設的許多孔部611內交互插裝的N極永磁鐵62N和S部永磁鐵62S；如圖3與4所示的將前述轉子軛鐵61連接到所述曲軸201上的環(huán)形轉子殼63。
上述轉子殼63的圓周端部中具備有爪部63a，通過使該爪部63a向內曲折，上述疊層結構的轉子軛鐵61便沿軸向受到夾持，而插裝于上述轉達子軛鐵61的孔部611內的各個永磁鐵62(62N，62S)則保持于轉子軛鐵61內的所定位置中。
上述定子50由硅鋼片(薄片)疊層構成，如圖3所示，包含定子鐵心51與定子凸極52。各個定子凸極52上的單極集中方式卷繞有定子繞組53，定子50的主面由保護蓋71覆罩。
在前述轉子軛鐵61上，如圖5、6所示，沿圓周方向按30°間隔形成了12個使所述磁鐵62沿軸向插入的孔部611。各孔部611的沿圓周方向的兩端部上形成有朝中心部按所定寬度延伸的槽614。在各相鄰孔部611之間的空間則用作附加極部613。
各孔部611內，如圖7所示，插入有剖面略呈鼓狀的永磁鐵62。在本實施形式中，前述孔部611的形狀與永磁鐵62的剖面形狀不同，在永磁鐵62插入孔部611內的狀態(tài)下，在沿各永磁鐵62的圓周方向的兩側部分形成有空隙612，而在各永磁鐵62兩端部的定子側則留剩著前述的槽614。
圖8是前述起動機兼發(fā)電機裝置1的控制系統(tǒng)的框圖，與前述各圖相同的標號表示相同或等同的部分。
控制單元40包括將蓄電池42的輸出電壓VBATT變換為邏輯電壓VDD而供給CPU101的DC-DC變換器102；控制對IG線圈41的供電使火花塞43按所定時刻點火的點火控制裝置103；將蓄電池電壓VBATT變換為3相交流電供給于前述起動機兼發(fā)電機裝置1的繞組53的3相驅動器104。
油門開度傳感受器45探測油門開度Qth，通知CPU101。轉子傳感器46探測上述外轉子60的回轉位置，通知CPU101。調節(jié)器44根據(jù)外轉子60的回轉，將上述定子繞組53中發(fā)生的感應電動勢控制到所定的蓄電池電壓VBATT。
在上述結構下，當發(fā)動機起動時。CPU101根據(jù)轉子傳感器46探測出的外轉子60的回轉位置，確定定子繞組的勵磁時刻，控制3相驅動器104各功率FET的轉換時間，將交流電供給定子繞組53的各相，
3相驅動器104的各功率FET(Tr1-Tr6)由CPU101進行PWM控制，根據(jù)上述外轉子60的轉數(shù)控制其占空比即驅動力矩。
另一方面，當內燃機起動后，便中止從3相驅動器104給定子繞組53供電。這次起動機兼發(fā)電機裝置1則由內燃機E從動式的驅動。此時的定子繞組53相應于曲軸201的轉速產(chǎn)生電動勢。此電動勢由調節(jié)器44控制到蓄電池電壓VBATT，供給電負載的同時將剩余的功率給蓄電池42充電。
下面參考圖9與10說明設于上述轉子軛鐵61中的槽61以及軛鐵61與永磁鐵62之間形成的空隙部612的作用。
圖9示明將此起動機兼發(fā)電機裝置1用作起動電動機時的磁通密度分布。圖10示明將此裝置1用作發(fā)電機時的磁通密度分布。
在將上述裝置1用作起動電動機時，當通過上述控制單元40由蓄電池42給各定子繞組53供給激勵電流后，如圖9所示，從激勵N極的定子凸極52N沿發(fā)射方向產(chǎn)生的磁力線由S極永磁鐵62S的定子側表面引向里側，其中多數(shù)的磁力線經(jīng)由轉子軛鐵61的鐵心部615與附加極部613，通過對相鄰S極激勵的定子凸極52S與定子鐵心51，返回到激勵3N極的定子凸極52N。
此時，在本實施形式中，沿各永磁鐵62的圓周方向的兩側部中形成了空隙612，由于能減少從各永磁鐵62的側部到附加極部613的漏磁通磁力線的大部分便從各永磁鐵62引向轉子軛鐵61的鐵心部615，再經(jīng)上述附加極部613到達定子50一方。結果由于通過外轉子60與定子60間氣隙的磁通中垂直分量增加，這同未設置上述空隙612的情形相比，可以加大驅動力矩。
再有，左本實施形式中，于永磁鐵62兩端部中的定子側還形成了用于限制圓周方向磁路的槽614，因而也可減少通過轉子軛鐵61內側的漏磁通。
具體地說，如在圖21中將圖9的虛線圓內部放大所示，槽614的一方(614A)阻礙了通過轉子軛鐵61中附加極部613的磁通B1導引到轉子軛鐵61的內側圓周部616，而能將磁通B1的大部分有效地導引到定子凸極52S。槽614的另一方(614B)則阻擋從永磁鐵62N通過轉子軛鐵61內側圓周部616的磁通B2導引向附加極部613，而能將磁通B2的大部分有效地引導到定子凸極52S。結果，通過外轉子60與定子50間氣隙的磁通中垂直分量進一步增加，從而能進一步加大作為起動電動機的驅動力矩。
另一方面，當把此起動機兼發(fā)電機裝置1用作發(fā)電機時，如圖10所示。由于各永磁鐵62產(chǎn)生的磁通與定子凸極和定子鐵心一起形成了閉磁路，就能在定子繞組中產(chǎn)生與轉子轉數(shù)相對應的發(fā)電電流。
另外，本實施形式中將前述調節(jié)器所穩(wěn)定的電壓設定為14.5V，當此裝置1在用作發(fā)電機時的輸出電壓達到上述穩(wěn)定電壓時，上述功率FET中接地的功率FETTR2、TR4與TR6將短路。于是短路電流將以遲后相位流向各定子繞組53，通過定子50內的磁力線減少，連接相鄰永磁鐵62間的漏磁通增大。結果可以減小引裝置1的從動力矩而減少內燃機E的負荷。
具體地說，如圖11中對圖10中虛線圓內部所放大的情形所示，在相鄰永磁鐵62S與62N之間產(chǎn)生出經(jīng)過轉子軛鐵61外側圓周部617的磁通B3、經(jīng)過轉子軛轉61附加極部613的磁通B4、經(jīng)過轉子軛鐵61內側圓周部616的磁通B5、經(jīng)過轉子軛鐵61內側圓周部616、氣隙與定子凸極52N的磁通B6。
如上所述，根據(jù)本實施形式，在外轉子60的轉子軛鐵61在各永磁鐵間具有附加極部613的永磁式回轉電動機中，由于在各永磁鐵62與轉子軛鐵61之間設有空隙612和槽614，從而可以減少相鄰永磁鐵間的漏磁通，而增加與外轉子60和定子50之間氣隙部垂直交叉的磁通。這樣，當把此永磁式回轉電動機用作發(fā)電機時的從動力矩不會增大，但可增大其用作發(fā)電機時的驅動力矩。
從以上所述還可了解到，在把此永磁式回轉電動機用作起動電動機時，如圖21所示，由于槽614A與614B阻擋了磁通B1與B2而增大了驅動力矩，如圖21右側所放大的結果表明，各個槽614的寬度W最好越寬越好。
另一方面，在把此永磁式回轉電動機用作起動電動機時，如圖22所示，由于充分地保證了漏磁能B5的磁路而減少了從動力矩，如此圖右側所放大的結果表明，各槽614前端的轉子軛鐵的殘余厚度H以越厚越好。
在此，若是增大槽寬W，由于圖22的漏磁通B5減少，這等同于減薄前述的殘余厚度H，從而不利于減小從動力矩。相反，若是加大槽前端的殘余厚度H，由于減少了圖21的磁通B1與B2的有效分量(導向定子一方的分量)，這等同于縮減了槽寬W，不利于加大驅動力矩。于是，增寬槽寬W來加大驅動力矩與加大槽前端殘余厚度來減小從動力矩成為二律背反現(xiàn)象，兩者的比(H/W)在優(yōu)先考慮增大驅動力矩時需設定得較小，而當優(yōu)先考慮減小從動力矩時則應設定得較高。
圖23與24分別將上述比(H/W)同驅動力矩(圖23)與從動力矩(圖24)的關系，以上述槽614前端中轉子軛鐵的殘余厚度H為參數(shù)予以示明。圖24的從動力矩示明的是其絕對值遞增的情形。
驅動力矩如圖23所示，表明了隨(H/W)的減少而增大的傾向，但當(H/W)下降到約0.3后，增大率變小。與此相反，從動力矩如圖24所示，表現(xiàn)出隨(H/W)的增大而增加的傾向，但當(H/W)下降到約0.3時則增大率增加。由此可知，最好將槽寬W與殘余厚度H二者的比(H/W)設定為≥0.3。
另外，從動轉短的減小率如圖24所示，從(H/W)超過0.5處起有衰減的傾向，而驅動力矩的減少率則當(H/W)在0.5～0.7時減小的傾向。因而可以認為應將此(H/W)設定為≤0.7，而最好是在0.5附近。
根據(jù)以上試驗結果可知，若在本實施形式中將(H/W)設定到0.3～0.7，則能有效地兼顧驅動力矩與從動力矩兩方。
圖11示明了本發(fā)明第二實施形式的轉子軛鐵61a的平面形狀，圖12是示明永磁鐵62a插入上述轉子軛鐵61的孔部611a中時的狀態(tài)的局部放大圖，與前述圖中相同的標號表示相同或等同的部分。
本實施形式中，轉子軛鐵61a的孔部611a大致呈臺形，剖面為矩形的永磁鐵62a插入此孔部611a內。結果，在沿永磁鐵62a圓周方向的兩側部分中形成了用于防止相鄰永磁鐵62a之間漏磁通的空隙612a而在各永磁鐵62a的兩端中的定子一方也形成了用于限制圓周方向磁路的槽614a，從而可以獲得與前述相同的效果。
圖13示明本發(fā)明第三實施形式的轉子軛鐵61b的平面形狀，圖14是示明永磁鐵62b插入此轉子軛鐵61b的孔部611b中時的狀態(tài)的局部放大圖，與前述圖中相同的標號表示相同或等同的部分。
本實施形式中，轉子軛鐵61b的孔部611b呈異形鼓狀，剖面呈鼓形的永磁鐵62b即插入此孔部611b內。結果在永磁鐵62b的沿圓周方向的兩側部分中形成了用于在相鄰永磁鐵626之間防止漏磁通的空隙612b，而在各永磁鐵62b兩端部中的定子一方也形成了用于限制圓周方向磁路的槽614b，從而可以獲得與前述相同的效果。
圖15示明本發(fā)明第四實施形式的轉子軛鐵61c的平面形狀，圖16是示明永磁鐵62c插入此轉子軛鐵61c的孔部611c中時的狀態(tài)的局部放大圖，與前述圖中相同的標號表示相同或等同的部分。
本實施形式中，轉子軛鐵61c的孔部611c取在鼓狀部兩側設有切口的異形，剖面呈鼓形的永磁鐵62c即插入孔部611c內。結果在沿永磁鐵62c圓側方向的兩側部分中形成了用于防止在相鄰永磁鐵62c之間漏磁通的空隙612c而在各永磁鐵62c兩端部中的定子一方也形成了用于限制圓周方向磁路的槽614c，從而可以獲得與前述相同的效果。
圖17示明本發(fā)明第五實施形式的轉子軛鐵61d的平面形狀，圖18是示明永磁鐵62d插入此轉子軛鐵61d的孔部611c中時的狀態(tài)的局部放大圖，與前述圖中相同的標號表示相同或等同的部分。
本實施形式中，轉子軛鐵61d的孔部611d取異形鼓狀，剖面呈鼓形的永磁鐵62d插入此孔部611d內。結果在永磁鐵62d的沿圓周方向的兩側部分中形成了用于防止相鄰永磁鐵62d之間漏磁通的空隙612d。
再者，于上述孔部611d之外，在相當于各永磁鐵62d兩端部的轉子軛鐵61d的內周部上將用于限制圓周方向磁路的槽614d形成切口的形狀，能獲得與前述相同的效果。
圖19示明本發(fā)明第六實施形式的轉子軛鐵61e的平面形狀，圖20是示明永磁鐵62c插入此轉子軛鐵61e的孔部611e中時的狀態(tài)的局部放大圖。與前述圖中相同的標號表示相同或等同的部分。
本實施形式中，轉子軛鐵61e的孔部611e取異形鼓狀，剖面呈鼓形的永磁鐵62e插入此孔部611e內。結果在永磁鐵62e的沿圓周方向的兩側部分中形成了用于防止相鄰永磁鐵62e之間漏磁通的空隙612e，各永磁鐵62e的兩端部中定子一方也形成了用于限制圓周方向磁路的槽614e，能取得與前述相同的效果。
權利要求
1.一種永磁式回轉電動機，其沿定子外周回轉的略呈筒形狀的轉子軛鐵在沿此軛鐵的圓周方向上設置有多個夾設附加極的多個磁鐵插入孔，各個磁鐵插入孔內插入有永磁鐵，其特征在于，所述磁鐵插入孔包括能插入永磁鐵的主孔部和從沿此主孔部的圓周方向的兩個端部朝向中心部依所定寬度(W)延伸的槽，此槽前端中轉子軛鐵的殘余厚度(H)與此槽寬(W)滿足關系0.3≤殘余厚度(H)/槽寬(W)≤0.7。
2.根據(jù)權利要求1所述的回轉電動機，其特征在于，上述殘余厚度(H)/槽寬(W)約為0.5。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的回轉電動機，其特征在于，所述永磁式電動機在未滿預定轉速時起到電動機的作用，而在達到預定轉速以上的轉速時起到發(fā)電機的作用。
全文摘要
提供了在用作起動電動機時能獲得大的驅動力矩而在用作發(fā)電機時可以減小從動力矩的永磁式回轉電動機,它的沿定子外周回轉的略呈圓筒形的轉子軛鐵在其周向上設有多個夾設附加極的多個插入有永磁鐵的磁鐵插孔,此孔包括能插入永磁鐵的主孔部和沿此主孔部的圓周方向的兩個端部朝向中心部依所定寬度W延伸的槽,此槽前端中轉子軛鐵的殘余厚度H與槽寬W滿足關系:0.3≤H/W≤0.7。
文檔編號H02K1/27GK1340902SQ0112580
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月24日 優(yōu)先權日2000年8月25日
發(fā)明者柴田和己, 大田淳朗 申請人:本田技研工業(yè)株式會社