雙轉子電動機的制作方法

專利名稱：雙轉子電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及在定子的內外周的雙側配置有轉子的雙轉子電動機，特別是涉及抑制 了齒槽轉矩的雙轉子電動機。
背景技術：
作為抑制這種雙轉子電動機的齒槽轉矩的方法，目前，例如提案有專利文獻1的 這種技術。即，這種現有的雙轉子電動機的定子具有內側齒和外側齒。而且，通常是與內側 齒相對面配置有內側轉子，與外側齒相對面配置有外側轉子的這種結構。這時，通常是在內側槽開口和外側槽開口，各自的槽開口的中心和旋轉中心位于 同一直線上的結構。另外，多數情況下，為內側槽角度與外側槽角度相等的結構。另外，在 此，內側槽開口表示鄰接的內側齒頭部間，外側槽開口表示鄰接的外側齒的頭部間。另外， 內側槽角度是連結旋轉中心和內側槽開口兩端的兩直線形成的角度，外側槽角度是連結旋 轉中心和外側槽開口兩端的兩直線形成的角度。但是，作為這種結構時，相對于定子的內側和外側各自的齒槽轉矩為同相位。由 此，合成齒槽轉矩具有比內側及外側單獨的齒槽轉矩大的這種問題。因此，例如，在專利文獻1中提案有，通過變更內側及外側的槽開口位置及寬度， 調節內側和外側的齒槽轉矩的相位及振幅，抑制合成齒槽轉矩的技術。另一方面，目前，也提案有在單轉子電動機中抑制齒槽轉矩的各種方法。作為這種 現有的抑制齒槽轉矩的一種方法，例如在專利文獻2中提案有如下的技術。即，在配置于定 子的齒的頂端頭部設置中央圓弧狀部和左右的平坦傾斜部。另外，該左右的平坦傾斜部形 成為在齒頭部和轉子間形成的空隙向兩端部擴大。而且，通過設置這種平坦傾斜部，抑制齒 槽轉矩的振幅，實現齒槽轉矩的改進。但是，在設定如現有的專利文獻1的雙轉子電動機的內側及外側的槽開口位置及 寬度的方法中，存在占空因數及作業效率的問題。如該現有的方法，當設定兩槽開口位置及 寬度時，雖然得到適當的合成齒槽轉矩，但內側和外側的槽開口位置及寬度在內側和外側 不均勻。而且，由于該不均勻，卷繞于定子的繞組的占空因數降低，或因復雜的形狀而使卷 繞的作業效率降低。S卩，例如，將內側和外側的槽開口位置配置在偏離旋轉中心的位置的情況下，相對 于卷繞作業，形狀變得復雜。因此，作業效率降低，或者需要可進行復雜的卷繞處理的高價 的卷繞裝置。另外，即使內側和外側的槽開口位置相對旋轉中心相同，在槽開口寬度不同 時，也必須要使繞組寬度與槽開口寬度窄的一方相配合，導致繞組的占空因數降低。另外，如現有的專利文獻2的單轉子電動機，設置平坦傾斜部，只變更齒槽轉矩的 振幅，對于抑制由雙轉子電動機的內側和外側合成的合成齒槽轉矩存在限度。專利文獻1 美國專利第69M574號公報專利文獻2 (日本)特開2000-209829號公報

發明內容
本發明提供一種雙轉子電動機，其具備在定子鐵芯上卷繞有繞組的定子、配置在 定子的內周側的內側轉子、配置在定子的外周側的外側轉子，內側轉子和外側轉子以與定 子相對面而在周方向旋轉的方式，以旋轉軸為旋轉中心旋轉自如地被保持。定子鐵芯包括圓環狀的磁軛、從磁軛向內周側突出的多個內側齒、從磁軛向外周 側突出的多個外側齒。內側齒包括從磁軛向內周側延伸的內側腳部、從內側腳部的頂端向周方向兩側擴 大的內側頭部，并且，在鄰接的內側齒間形成作為內側槽的開口部，內側槽包括內側槽開 口，其在鄰接的內側齒的內側頭部的周方向端部間作為內側槽開口寬度的開口。外側齒包括從磁軛向外周側延伸的外側腳部、從外側腳部的頂端向周方向兩側擴 大的外側頭部，并且，在鄰接的外側齒間形成作為外側槽的開口部，外側槽包括外側槽開 口，其在鄰接的外側齒的外側頭部的周方向端部間作為外側槽開口寬度的開口。將連結旋轉中心和內側槽開口兩端的兩直線形成的角度設為內側槽角度，將連結 旋轉中心和外側槽開口兩端的兩直線形成的角度設為外側槽角度時，使內側槽角度比外側 槽角度大，而且，在內側頭部的周方向的兩端部設有隨著接近其最兩端部而內側頭部和內側 轉子的間隔增大的內側切口部，而且，在外側頭部的周方向的兩端部設有隨著接近其最兩 端部而外側頭部和外側轉子的間隔增大的外側切口部。利用這種結構，通過將內側槽角度設置為比外側槽角度大，例如可以將內側槽開 口寬度和外側槽開口寬度設為大致相同寬度，可以容易地在磁軛上整列卷繞繞組。另外，本 發明者們通過變更如上所述的凹部的形狀，發現不僅齒槽轉矩變化，而且相位也變化。艮口， 在如此設定內側和外側槽開口寬度的結構中，通過適當地設定內側切口部和外側切口部的 形狀，不僅能夠調節內側和外側齒槽轉矩的振幅，而且也能夠調節相位。因此，通過調節內 側切口部和外側切口部的形狀以使內側齒槽轉矩和外側齒槽轉矩相抵消，能夠抑制合成齒 槽轉矩。


圖1是表示本發明的實施方式的雙轉子電動機的剖面的圖；圖2是表示該雙轉子電動機的定子鐵芯的詳細結構的圖；圖3是表示改變該雙轉子電動機的切口部的擴展角度時的齒槽轉矩的變化的圖；圖4是表示該雙轉子電動機的各齒槽轉矩的圖。附圖標記說明10 雙轉子電動機11 旋轉軸12 內側轉子12a、13a 永久磁鐵13 外側轉子20 定子21 磁軛
22內側齒
22a內側腳部
22b內側頭部
22c內側切口部
22d內側中央部
23外側齒
23a外側腳部
23b外側頭部
23c外側切口部
23d外側中央部
24定子鐵芯
32內側槽
32a內側槽開口
33外側槽
33a外側槽開口
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。(實施方式)圖1是表示本發明的實施方式的雙轉子電動機10的剖面的圖。圖1表示從旋旋 轉軸長度方向看的剖面。另外，為了避免復雜化，將卷繞于定子的繞組省略。如圖1所示，本實施方式的雙轉子電動機10具備定子20、配置在定子20的內周 側的內側轉子12、配置在定子20的外周側的外側轉子13。定子20由定子鐵芯M和卷繞于定子鐵芯M的繞組構成。定子鐵芯M具有的結 構包括大致圓環狀的磁軛21、從磁軛21向內周側突出的多個內側齒22、從磁軛21向外 周側突出的多個外側齒23。在本實施方式的定子鐵芯M中，內側齒22的個數和外側齒23 的個數是同等數量。另外，內側齒22和外側齒23配置為內側齒22的周方向的中心和外側 齒23的周方向的中心位于從旋轉中心向外周方向的同一直線上。而且，內側齒22及外側 齒23各自左右對稱。另外，在相互鄰接的內側齒22間形成有作為內側槽32的開口部。另 外，在相互鄰接的外側齒23間形成有作為外側槽33的開口部。利用定子鐵芯M的這種開 口部，將各繞組以環形卷繞形式卷繞在磁軛21上。S卩，在由內側槽32和外側槽33夾持的 磁軛21的部位以集中卷繞方式卷繞繞組。內側轉子12在外周側以將S極和N極交替配置的方式保持有多個永久磁鐵12a。 而且，內側轉子12配置為經由規定的空隙與內側齒22相對。另外，外側齒13在內周側以 將S極和N極交替配置的方式保持有多個永久磁鐵13a。而且，外側轉子13配置為經由規 定的空隙與外側齒23相對。另外，內側轉子12和外側轉子13與旋轉軸11連結，以與定子 20相對面在周方向旋轉的方式，以旋轉軸11為旋轉中心旋轉自如地被保持。另外，該連結 方法即可以使用粘接劑或螺栓等，也可以利用樹脂模制。在這種結構中，當對定子20的繞組施加交流電流時，在內側齒22和內側轉子12之間、及外側齒23和外側轉子13之間產生由磁力引起的吸引力和排斥力。利用這種吸引 力和排斥力，內側轉子12及外側轉子13以旋轉軸11為中心進行旋轉。特別是如本實施方 式，通過利用將轉子配置在定子20的內側及外側兩側的雙轉子電動機，可以小型化，且得 到高轉矩。下面，對本實施方式的定子鐵芯M的詳細結構進行說明。圖2是表示本發明的實施方式的雙轉子電動機10的定子鐵芯M的詳細的結構的 圖。如圖2所示，定子鐵芯M的內側齒22從旋轉軸11的長度方向看，形成包括內側 腳部2 和內側頭部22b的形狀。內側腳部2 從磁軛21向內周側延伸。而且，內側頭部 22b從內側腳部2 延伸的頂端向周方向兩側擴大。另外，如上所述，在相互鄰接的內側齒22間形成有內側槽32。而且，內側槽32在 相互鄰接的內側頭部22b的周方向端部間包括作為內側槽開口寬度Wi的開口的內側槽開 口 32a。即，內側槽32被相互鄰接的各個內側齒22和磁軛21包圍，是包括在內側開口的內 側槽開口 3 的開口部。另一方面，外側齒23從旋轉軸11的長度方向看，形成包括外側腳部23a和外側頭 部23b的形狀。外側腳部23a從磁軛21向外周側延伸。而且，外側頭部23b從外側腳部 23a延伸的頂端向周方向兩側擴大。另外，如上所述，在相互鄰接的外側齒23間形成有外側槽33。而且，外側槽33在 相互鄰接的外側頭部23b的周方向端部間包括作為外側槽開口寬度Wo的開口的外側槽開 口 33a。即，外側槽33被相互鄰接的各個外側齒23和磁軛21包圍，是包括在外側開口的外 側槽開口 33a的開口部。另外，圖2表示內側槽角度Φ 和外側Φ槽角度Φο。內側槽角度Φ i是連結旋 轉中心0和內側槽開口 32a的兩端的兩直線所形成的角度。外側槽角度Φο是連結旋轉中 心0和外側槽開口 33a的兩端的兩直線所形成的角度。而且，在本實施方式中，內側槽角度(H和外側槽角度Φο的比較時，將內側槽角 度Φi設定為比外側槽角度Φο大。gp，這樣，通過將內側槽角度(H設定為比外側槽角度Φο大，可以使內側槽開口 寬度Wi接近外側槽開口寬度Wo。另外，例如，以內側槽開口寬度Wi和外側槽開口寬度Wo 為相同寬度的方式設定各自的槽開口寬度，實際上也可以將內側槽開口寬度Wi和外側槽 開口寬度Wo設為相同寬度。這樣，通過使內側槽開口寬度Wi和外側槽開口寬度Wo近似或 相等，可以容易地整列卷繞繞組。即，通過內側槽開口 3 及外側槽開口 33a將繞組卷繞在 磁軛21上時，若內側和外側的槽開口寬度相等，則對于內側和外側可以以同一條件及制約 進行卷繞。因此，整列卷繞變得容易。另外，如圖2所示，內側槽開口 3 的周方向中心配 置為位于連結外側槽開口 33a的周方向中心和旋轉中心0的直線Lo上，由此，可以高效率 地整列卷繞。另外，如圖2所示，本實施方式的定子鐵芯M在內側頭部22b的周方向中央部分 配置有內側中央部22d，另外，在內側頭部22b的周方向兩端部分設置有內側切口部22c。另 外，在外側頭部23b的周方向中央部分配置有外側中央部23d，進而在外側頭部23b的周方 向兩端部設置外側切口部23c。
內側切口部22c被設定為隨著接近內側頭部22b的最兩端部，內側頭部22b和內 側轉子12的空隙的間隔傾斜狀地擴展而變大的形狀。圖2表示從內側中央部22d的兩端 到內側頭部22b的兩最端部，以規定的內側擴展角度θ i，使內側頭部22b和內側轉子12的 間隔增大的內側切口部22c的一例。在此，如圖2所示，內側擴展角度θ i表示內側切口部 22c的表面從內側中央部22d的周方向延長線傾斜的角度。同樣，外側切口部23c設定為隨著接近外側頭部2 的最兩端部，外側頭部2 和 外側轉子13的空隙的間隔傾斜狀擴展而變大的形狀。圖2表示從外側中央部23c的兩端 到外側頭部2 的兩最端部，以規定的外側擴展角度θ ο,使外側頭部2 和外側轉子13的 間隔增大的外側切口部23c的一例。在此，如圖2所示，外側擴展角度θ0表示外側切口部 23c的表面從外側中央部23d的周方向延長線傾斜的角度。在本實施方式中，通過在內側頭部22b的兩端設置這樣形狀的內側切口部22c、及 在外側頭部2 的兩端也設置外側切口部23c，由此，實現雙轉子電動機10的槽齒轉矩的抑 制。即，本發明者們發現，通過變更這種切口部的形狀，不僅齒槽轉矩的振幅變化，而且相位 也變化。圖3是表示使本發明的實施方式的雙轉子電動機的切口部的擴展角度變化時的 齒槽轉矩的變化的圖。圖3中將內側切口部22c的內側擴展角度θ i變更來表示各自的內 側齒槽轉矩的特性。另外，在圖3中橫軸表示轉子位置角，縱橫表示齒槽轉矩。另外，圖3 的各曲線表示變更內側切口部22c的內側擴展角度θ i時的相對于轉子位置角的齒槽轉矩 的強度。如圖3所示，通過變更內側擴展角度θ i，齒槽轉矩的峰值的振幅值發生變化，且 作為峰值的相位也變化，進而反轉。即，如從圖3可知，內側擴展角度θ i小時，齒槽轉矩在 轉子位置角為12[deg]時，振幅在正方向成為峰值。另外，增大內側擴展角度θ i時，振幅成 為峰值的轉子位置角移動。而且，進一步增大內側擴展角度θ i時，齒槽轉矩在轉子位置角 為15[deg]時，振幅在負方向成為峰值。另外，變更外側切口部22c的外側擴展角度θ0時 也同樣，齒槽轉矩的峰值的振幅值及相位發生變化。另外，不僅是變更內外的切口部的擴展 角度，而且通過變更切口部的傾斜長度，也同樣使齒槽轉矩的峰值振幅值及相位發生變化。在本實施方式中，以利用改變這種切口部的形狀時的齒槽轉矩的變化，使合成齒 槽轉矩減小的方式設定內側擴展角度θ i和外側擴展角度θ 0。另外，合成齒槽轉矩是將內 側轉子12的旋轉引起的內側齒槽轉矩和外側轉子13的旋轉引起的外側齒槽轉矩合成的齒 槽轉矩。圖4是表示本發明的實施方式的雙轉子電動機的各齒槽轉矩的圖。圖4中，橫軸 表示轉子位置角，縱軸表示齒槽轉矩。另外，圖4表示將內側擴展角度θ i設定為某角度時 的內側齒槽轉矩、將外側擴展角度θ ο設定為某角度時的外側齒槽轉矩、合成兩齒槽轉矩 的合成齒槽轉矩。如圖4所示，以內側齒槽轉矩的相位和外側齒槽轉矩的相位反轉的關系、 即兩齒槽轉矩為反相位的方式設定內側擴展角度θ i和外側擴展角度θ 0。通過這樣的設 定，各自的齒槽轉矩相互抵消。其結果可以抑制合成齒槽轉矩。另外，以內側齒槽轉矩的振 幅和外側齒槽轉矩的振幅在反轉的相位成為相同值或最近似值的方式適宜設定內側擴展 角度θ i和外側擴展角度θ 0。通過這樣的設定，可以適當地使兩齒槽轉矩相互抵消，可以 大幅度降低合成齒槽轉矩。
如上述說明，本發明的雙轉子電動機的內側齒包括內側腳部和內側頭部，且在鄰 接的內側齒間形成作為內側槽的開口部。內側槽在鄰接的內側頭部的周方向端部間包括作 為內側槽開口寬度的內側槽開口。另外，外側齒包括外側腳部和外側頭部，且在鄰接的外側 齒間形成作為外側槽的開口部。外側槽在鄰接的外側頭部周方向端部間包括作為外側槽開 口寬度的外側槽開口。而且，將與內側槽開口寬度對應的內側槽角度設定為比與外側槽開 口寬度對應的外側槽角度大。另外，在內側頭部的周方向的兩端部設置有內側切口部，并且 在外側頭部的周方向的兩端部也設置有外側切口部。因此，通過將內側槽角度設定為比外側槽角度大，例如可以將內側槽開口寬度和 外側槽開口寬度設定為大致相同寬度，可以容易地將繞組整列卷繞在磁軛上。另外，在這 樣設定內側和外側的槽開口寬度的結構中，通過適當地設定內側切口部和外側切口部的形 狀，能夠調節內側和外側的齒槽轉矩的相位及振幅，也可以抑制合成齒槽轉矩。因此，根據本發明的雙轉子電動機，可以提供容易整列地卷繞繞組而能夠提高繞 組的占空因數，并且能夠抑制齒槽轉矩的雙轉子電動機。產業上的可利用性本發明可以提供提高繞組的占空因數，并且也抑制了齒槽轉矩的雙轉子電動機。 因此，對家電產品及電裝品等的小型且高輸出并要求高效率、低噪音、低成本的雙轉子電動 機是有用的。
權利要求
1.一種雙轉子電動機，其具備在定子鐵芯上卷繞有繞組的定子、配置在所述定子的 內周側的內側轉子、配置在所述定子的外周側的外側轉子，所述內側轉子和所述外側轉子 以與所述定子相對面而在周方向旋轉的方式，以旋轉軸為旋轉中心旋轉自如地被保持，其 特征在于，所述定子鐵芯包括圓環狀的磁軛、從所述磁軛向內周側突出的多個內側齒、從所述磁 軛向外周側突出的多個外側齒，所述內側齒包括從所述磁軛向內周側延伸的內側腳部、從所述內側腳部的頂端向周方 向兩側擴大的內側頭部，并且，在鄰接的所述內側齒間形成作為內側槽的開口部，所述內側槽包括內側槽開口，其在鄰接的所述內側齒的所述內側頭部的周方向端部間 作為內側槽開口寬度的開口，所述外側齒包括從所述磁軛向外周側延伸的外側腳部、從所述外側腳部的頂端向周方 向兩側擴大的外側頭部，并且，在鄰接的所述外側齒間形成作為外側槽的開口部，所述外側槽包括外側槽開口，其在鄰接的所述外側齒的所述外側頭部的周方向端部間 作為外側槽開口寬度的開口，將連結旋轉中心和所述內側槽開口兩端的兩直線形成的角度設為內側槽角度，將連結 旋轉中心和所述外側槽開口兩端的兩直線形成的角度設為外側槽角度時，使所述內側槽角 度比所述外側槽角度大，而且，在所述內側頭部的周方向的兩端部設有隨著接近其最兩端部而所述內側頭部和 所述內側轉子的間隔增大的內側切口部，而且，在所述外側頭部的周方向的兩端部設有隨 著接近其最兩端部而所述外側頭部和所述外側轉子的間隔增大的外側切口部。
2.如權利要求1所述的雙轉子電動機，其特征在于，將所述內側槽開口的周方向中心 配置為位于連結所述外側槽開口的周方向中心和旋轉中心的直線上。
3.如權利要求1所述的雙轉子電動機，其特征在于，將所述內側槽開口寬度和所述外 側槽開口寬度實質上設定為相同寬度。
4.如權利要求1所述的雙轉子電動機，其特征在于，所述內側齒的所述內側頭部具有周方向的內側中央部、和從所述內側中央部的兩端 以規定的內側擴展角度與所述內側轉子的間隔增大的所述內側切口部，所述外側齒的所述外側頭部具有周方向的外側中央部、和從所述外側中央部的兩端 以規定的外側擴展角度與所述外側轉子的間隔增大的所述外側切口部。
5.如權利要求4所述的雙轉子電動機，其特征在于，以使所述內側轉子的旋轉引起的 內側齒槽轉矩和所述外側轉子旋轉引起的外側齒槽轉矩合成的合成齒槽轉矩減少的方式 設定所述內側擴展角度和所述外側擴展角度。
6.如權利要求5所述的雙轉子電動機，其特征在于，以所述內側齒槽轉矩和所述外側 齒槽轉矩在反轉的相位相抵消的方式設定所述內側擴展角度和所述外側擴展角度。
7.如權利要求6所述的雙轉子電動機，其特征在于，以所述內側齒槽轉矩的振幅和所 述外側齒槽轉矩的振幅在反轉的相位成為相同值或最近似值的方式設定所述內側擴展角 度和所述外側擴展角度。
全文摘要
一種雙轉子電動機，將內側槽角度φi設置為比外側槽角度φo大，且在內側頭部的周方向的兩端部設有隨著接近其最兩端部而內側頭部和內側轉子的間隔增大的內側切口部，而且，在外側頭部的周方向的兩端部設有隨著接近其最端部而外側頭部和外側轉子的間隔增大的外側切口部。
文檔編號H02K1/14GK102099984SQ20098010083
公開日2011年6月15日 申請日期2009年10月9日 優先權日2008年10月15日
發明者吉川佑一, 李虎, 村上浩 申請人:松下電器產業株式會社