CN101809846B - 轴向间隙型电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轴向间隙型电动机。在由与外部的驱动轴连接而传递转矩的轴部和经由多个肋与该轴部连接的轮缘部构成的转子框中，肋的径向内侧端部安装并固定在轴部侧肋安装孔内，肋的径向外侧端部安装并固定在轮缘部侧肋安装孔内。由此，能够防止转子框的结构的复杂化。而且，能够通过组装多个非磁性部件来制作转子框，从而能够防止制作所需费用的高涨。通过利用非磁性材料构成转子框，能够减少通电时产生的涡电流损失，提高运转效率。通过所谓永久磁铁的哈尔巴赫配置所产生的磁通透镜效果，能够增大与定子交链的有效磁通。

Description

轴向间隙型电动机
技术领域
本发明涉及轴向间隙型电动机。
本申请以日本特愿2007-261168号为基础，并包含其内容。
背景技术
以往，例如，已知有具备从旋转轴方向的两侧夹着转子而相对配置的一对定子，相对于转子的永久磁铁所产生的磁场磁通，形成经由一对定子的磁通环的轴向间隙型永久磁铁同步机(例如，参照专利文献1及专利文献2)。
专利文献1：日本特开平10-271784号公报；
专利文献2：日本特开2001-136721号公报。
还有，在上述现有技术的永久磁铁同步机中，由转子的永久磁铁产生的磁场磁通在一对定子间扫描，而使磁场磁通直线性地贯通转子内。由此，减少转子内的磁通泄漏量，增大与定子的定子绕组交链的交链磁通量。
在这样的永久磁铁同步机中，期望防止永久磁铁同步机的结构的复杂化，防止制作所需费用的高涨，同时，减少对定子通电时产生的电枢磁通所引起的涡电流损失，提高永久磁铁发电机的运转效率，进一步增大与定子的定子绕组交链的交链磁通量，增大转矩潜能。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种如下的轴向间隙型电动机：能够防止结构的复杂化，防止制作所需费用的高涨，同时，减少通电时产生的涡电流损失，提高运转效率，增大与定子的定子绕组交链的交链磁通量。
为了实现上述课题，本发明采用以下的方案。
即，本发明的轴向间隙型电动机具备能够绕旋转轴旋转的转子和从旋转轴方向的至少一侧与所述转子相对配置的定子，其中，所述转子具备：转子框，其具有沿径向延伸的多个肋、通过所述肋一体连接的内周侧圆环状的轴部、外周侧圆环状的轮缘部；具有主磁铁片的多个主磁铁部，所述主磁铁片的磁化方向为所述旋转轴方向，且配置在周向相邻的两个所述肋之间；具有副磁铁片的多个副磁铁部，所述副磁铁片的磁化方向为与所述旋转轴方向及所述径向正交的方向，且配置在所述肋的所述旋转轴方向的至少一侧，其中，所述轴部具备安装所述肋的轴部侧肋安装孔，所述轮缘部具备安装所述肋的轮缘部侧肋安装孔，所述肋的径向内侧端部安装并固定在所述轴部侧肋安装孔内，所述肋的径向外侧端部安装并固定在所述轮缘部侧肋安装孔内，所述转子框将在所述周向上交替配置的所述主磁铁部及所述副磁铁部收容在所述轴部及所述轮缘部之间。
根据本发明的轴向间隙型电动机，在由与外部的驱动轴连接而传递转矩的轴部和经由多个肋与该轴部连接的轮缘部构成的转子框中，肋的径向内侧端部安装并固定在轴部侧肋安装孔内。由此，由于径向外侧端部安装并固定在轮缘部侧肋安装孔内，因此能够防止转子框的结构的复杂化。因此，与例如通过机械加工来制作转子框整体的情况相比，能够通过多个非磁性部件的组装来制作转子框，由此能够防止制作所需费用的高涨。而且，通过利用非磁性材料构成转子框，能够减少通电时产生的涡电流损失，提高运转效率。进一步，通过所谓永久磁铁的哈尔巴赫(ハルバツハ)配置所产生的磁通透镜效果，能够使主磁铁片及副磁铁片的各磁通收敛，增大与定子交链的有效磁通量。
也可以是，所述肋的所述径向内侧端部及所述径向外侧端部相对于各所述轴部及所述轮缘部能够进行铆接固定，至少所述肋的所述径向内侧端部及所述径向外侧端部的任一方通过铆接一体固定在至少所述轴部及所述轮缘部的任一方。
这种情况下，肋通过铆接能够固定在轴部及轮缘部。由此，能够防止转子框的结构的复杂化，同时，通过肋容易一体固定轴部和轮缘部。
也可以是，所述肋从所述径向内侧端部直到所述径向外侧端部为中空状。
这种情况下，通过将肋形成为中空状的形状，能够提高磁绝缘性。由此，能够有效利用各磁铁片的磁通量，并且能够减少对定子通电时产生的电枢磁通所引起的涡电流损失，能够增大转矩潜能。从而，能够防止由焦耳热引起的过度的温度上升，因此能够提高轴向间隙型电动机的运转效率。
也可以是，至少所述轴部及所述轮缘部的任一方为中空状。
这种情况下，通过将至少轴部及轮缘部的任一方形成为中空状，能够提高磁绝缘性。由此，能够有效利用各磁铁片的磁通，并且能够减少对定子通电时产生的电枢磁通所引起的涡电流损失，能够增大转矩潜能。从而，能够防止由焦耳热引起的过度的温度上升，能够提高轴向间隙型电动机的运转效率。
也可以是，所述定子具备一对第一定子及第二定子，所述一对第一定子及第二定子在所述旋转轴方向上相对配置并从所述旋转轴方向的两侧夹着所述转子，所述副磁铁片具备一对第一副永久磁铁片及第二副永久磁铁片，所述一对第一副永久磁铁片及第二副永久磁铁片收容在所述轴部与所述轮缘部之间并配置在所述肋的所述旋转轴方向的两侧。
这种情况下，通过主永久磁铁片与第一副永久磁铁片及第二副永久磁铁片产生的所谓永久磁铁的哈尔巴赫配置所产生的磁通透镜效果，能够使磁通适宜地收敛。
根据本发明的轴向间隙型电动机，在由与外部的驱动轴连接而传递转矩的轴部和经由多个肋与该轴部连接的轮缘部构成的转子框中，肋的径向内侧端部安装并固定在轴部侧肋安装孔内。由此，由于径向外侧端部安装并固定在轮缘部侧肋安装孔内，因此能够防止转子框的结构的复杂化。因此，与例如通过机械加工来制作转子框整体的情况相比，能够通过多个非磁性部件的组装来制作转子框，由此能够防止制作所需费用的高涨。而且，通过利用非磁性材料构成转子框，能够减少通电时产生的涡电流损失，提高运转效率。进一步，通过所谓永久磁铁的哈尔巴赫配置所产生的磁通透镜效果，能够使主磁铁片及副磁铁片的各磁通收敛，增大与定子交链的有效磁通量。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的轴向间隙型电动机的立体图。
图2是该轴向间隙型电动机的转子的分解立体图。
图3是该轴向间隙型电动机的转子的剖面图。
图4是该轴向间隙型电动机的转子的主要部分剖面图。
图5是该轴向间隙型电动机的转子框的分解立体图。
图6是该轴向间隙型电动机的转子框的径向肋的主要部分立体图。
图7是该轴向间隙型电动机的转子框的立体图。
图8是示出该轴向间隙型电动机的第一变形例的转子框的径向肋的主要部分立体图。
图9是示出该轴向间隙型电动机的第二变形例的转子框的径向肋的主要部分立体图。
图10是示出该轴向间隙型电动机的第三变形例的转子框的立体图。
符号说明：
10-轴向间隙型电动机
11-转子
12-定子(定子、第一定子、第二定子)
31-主磁铁极部(主磁铁部)
32-副磁铁部
33-转子框
35-径向肋(肋)
35a-径向内侧端部
35b-径向外侧端部
36-轴部
36a-轴部侧肋安装孔
37-轮缘部
37a-轮缘部侧肋安装孔
41-主永久磁铁片(主磁铁片)
43-副永久磁铁片(副磁铁片、第一副永久磁铁片、第二副永久磁铁片)
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的轴向间隙型电动机的一实施方式。
例如图1及图2所示，本实施方式的轴向间隙型电动机10具备：大致圆环状的转子11；一对定子12、12。转子11设置为能够绕轴向间隙型电动机10的旋转轴O旋转。另外，一对定子12、12具有产生使转子11旋转的旋转磁场的多相的各定子绕组。
该轴向间隙型电动机10例如作为驱动源搭载于混合动力车辆或电动车辆等车辆，通过将输出轴与传动装置(未图示)的输入轴连接，而使轴向间隙型电动机10的驱动力经由传动装置向车辆的驱动轮(未图示)传递。
若在车辆减速时从驱动轮侧向轴向间隙型电动机10传递驱动力，则轴向间隙型电动机10产生作为发电机发挥功能的所谓的再生制动力，而将车身的运动能量作为电能(再生能量)回收。进而，例如在混合动力车辆中，若轴向间隙型电动机10的旋转轴与内燃机(未图示)的曲轴连结，则即使在内燃机的输出向轴向间隙型电动机10传递的情况下，轴向间隙型电动机10也作为发电机发挥功能，产生发电能量。
各定子12具备：大致圆环板状的轭部21；多个齿22、…、22；在适当的齿22、22之间安装的定子绕组(未图示)。多个齿22、…、22在与转子11对置的轭部21的对置面上，从在周向上隔开规定间隔的位置沿旋转轴O方向朝向转子11突出并沿径向延伸。
各定子12设定为，例如主极为6个(例如，U+、V+、W+、U-、V-、W-)的6N型，相对于一侧的定子12的各U+、V+、W+极，另一侧的定子12的各U-、V-、W-极在旋转轴O方向上对置。
例如，相对于在旋转轴O方向上对置的一对定子12、12，与U+、V+、W+极及U-、V-、W-极的一侧对应的一侧的定子12的三个齿22、22、22和与U+、V+、W+极及U-、V-、W-极的另一侧对应的另一侧的定子12的三个齿22、22、22设定为在旋转轴O方向上对置。进而，对在旋转轴O方向上对置的一侧的定子12的齿22和另一侧的定子12的齿22的通电状态设定为电角为反转状态。
例如图2所示，转子11具备：多个主磁铁极部31、…、31；多个副磁铁部32、…、32；由非磁性材料构成的转子框33；由磁性材料构成的输出轴34。主磁铁极部31和副磁铁部32以在周向上交替地配置的状态收容在转子框33内。
转子框33具备通过在周向上隔开规定间隔配置的多个径向肋35、…、35连接的内周侧圆环状的轴部36和外周侧圆环状的轮缘部37。在轴部36的内周部上连接有与外部的驱动轴(例如，车辆的传动装置的输入轴等)连接的输出轴34。
主磁铁极部31具备在厚度方向(即旋转轴O方向)上被磁化了的大致扇形板状的主永久磁铁片41和从厚度方向的两侧夹着该主永久磁铁片41的一对大致扇形板状的磁性体部件42、42。在周向上相邻的主磁铁极部31、31的各主永久磁铁片41、41的磁化方向设定为相互不同。
转子框33内收容的多个主磁铁极部31、…、31配置为，被轴部36和轮缘部37从径向的两侧夹持，并且隔着径向肋35而在周向上相邻。
在转子框33内，各主磁铁极部31的主永久磁铁片41被两个径向肋35从周向的两侧夹持。主永久磁铁片41的旋转轴O方向上的厚度与径向肋35的旋转轴O方向上的厚度相等。
副磁铁部32在转子框33内具备从旋转轴O方向的两侧夹着径向肋35的一对副永久磁铁片43、43。在旋转轴O方向上对置的一对副永久磁铁片43、43分别在与旋转轴O方向及径向正交的方向(大致周向)上被磁化，且磁化方向相互不同。
副永久磁铁片43的旋转轴O方向上的厚度与磁性体部件42的旋转轴O方向上的厚度相等，副永久磁铁片43的周向宽度与径向肋35的周向宽度相等。
在转子框33内，在周向上相邻的副磁铁部32、32的副永久磁铁片43、43彼此从周向的两侧夹着主磁铁极部31的磁性体部件42。
在分离而表示转子11的转子框33和转子框33以外的构成要素(即，主磁铁极部31及副磁铁部32)的图2中，在旋转轴O方向上对置的一对副永久磁铁片43、43之间及在周向上相邻的主永久磁铁片41、41之间形成有空间部43a，在该空间部43a内配置转子框33的径向肋35。
隔着磁性体部件42而在周向上对置的一对副永久磁铁片43、43彼此的磁化方向相互不同。
配置在旋转轴O方向的一侧的一对副永久磁铁片43、43彼此配置为，在旋转轴O方向上使与被磁化了的主永久磁铁片41的一侧的磁极同极的磁极相对。而且，配置在旋转轴O方向的另一侧的一对副永久磁铁片43、43彼此配置为，在旋转轴O方向上使与被磁化了的主永久磁铁片41的另一侧的磁极同极的磁极相对。
即，例如，相对于旋转轴O方向的一侧为N极且另一侧为S极的主永久磁铁片41，在旋转轴O方向的一侧，从周向的两侧夹着磁性体部件42的一对副永久磁铁片43、43配置为N极相互在周向上对置。另外，在旋转轴O方向的另一侧，从周向的两侧夹着磁性体部件42的一对副永久磁铁片43、43配置为S极相互在周向上对置。
由此，通过所谓的永久磁铁的哈尔巴赫配置所产生的磁通透镜效果，主永久磁铁片41及各副永久磁铁片43、43的各磁通收敛。其结果，与各定子12、12交链的有效磁通相对增大。
例如，从图3至图7所示，在转子框33中，轴部36具备安装径向肋35的贯通孔即轴部侧肋安装孔36a，轮缘部37具备安装径向肋35的贯通孔即轮缘部侧肋安装孔37a。
例如图6所示，径向肋35形成为中空圆筒状，能够铆接的径向内侧端部35a安装在轴部侧肋安装孔36a内，能够铆接的径向外侧端部35b安装在轮缘部侧肋安装孔37a内。
并且，例如图4所示，对安装在轴部侧肋安装孔36a内的径向肋35的径向内侧端部35a进行铆接处理，以使该径向内侧端部35a的内径从径向外侧向径向内侧逐渐扩径。由此，将径向肋35固定于轴部36，进而，通过例如焊接处理等，将径向肋35与轴部36连接。
同样地，对安装在轮缘部侧肋安装孔37a内的径向肋35的径向外侧端部35b进行铆接处理，以使该径向外侧端部35b的内径从径向内侧向径向外侧逐渐扩径。由此，将径向肋35固定于轮缘部37。进而，通过例如焊接处理等，将径向肋35与轮缘部37连接。
轴部36的内周面36A的旋转轴O方向的中央部朝向径向内侧形成为弯曲的凹曲面状。而且，轮缘部37的外周面37A的旋转轴O方向的中央部朝向径向外侧形成为弯曲的凹曲面状。
在轴部36的内周面36A上，轴部侧肋安装孔36a的开口端部36b具有从径向外侧朝向径向内侧逐渐扩径的锥面。在轮缘部37的外周面37A上，轮缘部侧肋安装孔37a的开口端部37b具有从径向内侧朝向径向外侧逐渐扩径的锥面。而且，进行了铆接处理的径向肋35的各端部35a、35b与各开口端部36b、37b抵接。
例如图4所示，轴部36的旋转轴O方向的轴向端部36B的外周侧端部36c及轮缘部37的旋转轴O方向的轴向端部37B的内周侧端部37c形成为能够铆接。进行了铆接处理的各端部36c、37c与主磁铁极部31的磁性体部件42的旋转轴O方向外侧的径向两端上设置的倒角部(未图示)或副磁铁部32的副永久磁铁片43的旋转轴O方向外侧的径向两端上设置的倒角部43b抵接。
即，收容在转子框33内的多个主磁铁极部31、…、31及副磁铁部32、…、32通过对轴部36及轮缘部37的各端部36c、37c进行铆接处理而被固定。
例如图3～图5所示，输出轴34形成为随着从径向外侧朝向径向内侧而向旋转轴O方向外侧突出的大致圆板状。该输出轴34的外周部34a和轴部36的内周侧的旋转轴O方向的端部即内周侧轴向端部36d具有能够相互嵌合的形状，通过例如焊接等连接在一起。
如上所述，根据本实施方式的轴向间隙型电动机10，由于从径向两侧进行夹持的轴部36和轮缘部37通过安装在各肋安装孔36a、37a内的径向肋35进行固定，因此能够防止收容在转子框33内的多个主磁铁极部31、…、31及多个副磁铁部32、…、32的结构复杂化。与例如通过机械加工来制作将轴部36、轮缘部37、径向肋35预先形成为一体化的转子框33整体的情况相比，能够通过组装多个非磁性部件来制作转子框33。由此，能够防止制作所需费用的高涨。
另外，由于径向肋35通过铆接能够固定在轴部36及轮缘部37上，因此能够防止转子框33的结构的复杂化，并且，通过径向肋35容易一体固定轴部36和轮缘部37。
另外，通过将径向肋35形成为中空状，能够提高磁绝缘性，能够有效利用各磁铁片41、43的磁通，并且能够减少对定子12通电时产生的电枢磁通所引起的涡电流损失。而且，能够增大轴向间隙型电动机10的转矩潜能，从而能够防止由焦耳热引起的过度的温度上升。其结果，能够提高轴向间隙型电动机10的运转效率。
而且，由于主磁铁极部31及副磁铁部32通过轴部36及轮缘部37的进行了铆接处理的各端部36c、37c而固定在转子框33上，因此能够防止例如通过焊接固定时产生的磁路的热恶化。
而且，仅将位于主磁铁极部31及副磁铁部32的周边的部件(即，径向肋35、轴部36、轮缘部37)形成为非磁性材料，而通过非磁性材料以外的结构材料(例如磁性材料)来构成对磁路没有贡献的输出轴34等。由此，能够确保所希望的磁路，并且，防止轴向间隙型电动机10的结构所需费用的增加。
在上述实施方式中，将径向肋35形成为了中空圆筒状，但是并不局限于此，可以是例如图8所示的实心圆柱状，也可以是例如图9所示的中空圆筒状且具备梁状部件35c，该梁状部件35c以架设在内周面上的多个不同位置之间的方式配置。
另外，也可以例如图10所示，径向肋35的径向截面形状为大致长方形状等的棱柱状或方形。
在上述实施方式中，也可以是至少轴部36及轮缘部37的任一方具有中空状的形状。
这种情况下，能够提高磁绝缘性，能够有效利用各磁铁片41、43的磁通，并且能够减少对定子12通电时产生的电枢磁通所引起的涡电流损失。而且，能够增大轴向间隙型电动机10的转矩潜能，从而能够防止由焦耳热引起的过度的温度上升。其结果，能够提高轴向间隙型电动机10的运转效率。
在上述的实施方式中，可以仅在旋转轴O方向的任一侧具备定子12，副磁铁部32也可以仅在旋转轴O方向的任一侧具备副永久磁铁片43。

Claims (5)

1.一种轴向间隙型电动机，具备能够绕旋转轴旋转的转子和从旋转轴方向的至少一侧与所述转子相对配置的定子，其特征在于，
所述转子具备：
转子框，其具有沿径向延伸的多个肋、通过所述肋一体连接的内周侧圆环状的轴部、外周侧圆环状的轮缘部；
具有主磁铁片的多个主磁铁部，所述主磁铁片的磁化方向为所述旋转轴方向，且配置在周向相邻的两个所述肋之间；
具有副磁铁片的多个副磁铁部，所述副磁铁片的磁化方向为与所述旋转轴方向及所述径向正交的方向，且配置在所述肋的所述旋转轴方向的至少一侧，
所述轴部具备安装所述肋的轴部侧肋安装孔，
所述轮缘部具备安装所述肋的轮缘部侧肋安装孔，
所述肋的径向内侧端部安装并固定在所述轴部侧肋安装孔内，所述肋的径向外侧端部安装并固定在所述轮缘部侧肋安装孔内，
所述转子框将在所述周向上交替配置的所述主磁铁部及所述副磁铁部收容在所述轴部及所述轮缘部之间。
2.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其中，
所述肋的所述径向内侧端部及所述径向外侧端部相对于各所述轴部及所述轮缘部能够进行铆接固定，
至少将所述肋的所述径向内侧端部通过铆接一体固定在所述轴部、或将所述肋的所述径向外侧端部通过铆接一体固定在所述轮缘部。
3.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其中，
所述肋从所述径向内侧端部直到所述径向外侧端部为中空状。
4.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其中，
至少所述轴部及所述轮缘部的任一方为中空状。
5.根据权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其中，
所述定子具备一对第一定子及第二定子，所述一对第一定子及第二定子在所述旋转轴方向上相对配置并从所述旋转轴方向的两侧夹着所述转子，
所述副磁铁片具备一对第一副永久磁铁片及第二副永久磁铁片，所述一对第一副永久磁铁片及第二副永久磁铁片收容在所述轴部与所述轮缘部之间并配置在所述肋的所述旋转轴方向的两侧。
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