CN106415994B - 轴向气隙型电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轴向气隙型电动机，其高效率地应对层叠铁芯的板厚偏差。该轴向气隙型电动机包括：定子铁心(6)以旋转轴(4)为中心环状排列而成的定子，其中，所述定子铁心(6)包括：在旋转轴的径向上层叠金属板状部件而成的柱体即层叠铁芯(8)、具有能够插入层叠铁芯的内径的筒形的绕线架(7)、和在层叠铁芯的外径延长上卷绕的线圈(9)；和与定子的旋转轴方向端部截面隔开规定的气隙面相对的至少1个转子(3)，层叠铁芯包括：随着从旋转轴心向径向去，在旋转轴的旋转方向上宽度变大的金属板状部件连续层叠而成的部分(芯部件10b)，和宽度大致相同的金属板状部件连续层叠而成的部分(芯部件10a)。

Description

轴向气隙型电动机
技术领域
本发明涉及轴向气隙型电动机，涉及定子中使用层叠型铁芯的轴向气隙型电动机。
背景技术
近年来，随着电动机的高效率化的进展，PM(Permanent Magnet：永磁铁)电动机正在普及。作为磁体，钕磁体效率更高，但其为稀有金属(稀土)，所以存在成本等问题。
作为不使用稀有金属的磁体，一般使用铁氧体磁体，而在与旋转轴相同的方向上具有气隙的径向气隙型电动机中，必须沿着输出轴的旋转方向配置铁氧体磁体，所以为了获得与钕磁体相同的性能需要增大电动机而增大铁氧体磁体的体积。即，存在输出与设备的尺寸成权衡关系的问题。
关于解决输出与设备尺寸的关系的电动机，已知有轴向气隙型电动机。轴向气隙型电动机例如具有与内转子型等径向气隙型电动机相比能够使旋转轴方向的厚度变薄、即变得扁平的特征。
专利文献1公开了定子与转子在旋转轴的径向上隔着规定的气隙面相对的轴向气隙型电动机。具体而言，包括使多个定子铁心以旋转轴为中心环状排列而成的定子；和与该定子的旋转轴方向的两端部平面相对的2个转子。定子铁心构件包括铁芯、绝缘子(绕线架)和线圈。铁芯是使金属板状部件在旋转轴径向上层叠的具有截面为大致梯形的形状的层叠铁芯。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-282989号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，制造轴向气隙型电动机的定子中使用的层叠铁芯的情况下，在以电磁钢板和非晶薄带(amorphous tape)为代表的板状的磁性体的芯部件中厚度尺寸存在误差(板厚偏差)，存在即使层叠固定的片数，其层叠尺寸也不固定的可能性。
制造的定子铁心是将成为柱体的层叠铁芯插入筒状的绕线架，之后，在绕线架的外周卷绕线圈的结构等情况下，铁芯的层叠尺寸增大时，存在层叠的芯部件发生压曲而不能够正确地插入的问题。另一方面，如果铁芯的层叠尺寸减小，也存在铁芯从绕线架脱落等课题，可能成为损害轴向气隙型电动机的生产效率的原因。
关于这一点，轴向气隙型电动机中使用的层叠铁芯，具有层叠的金属板状部件的宽度随着从旋转轴向旋转轴径向去发生变化(例如，通过层叠而成为大致梯形截面)的特性。所以与板厚偏差相应地增减层叠片数时，层叠铁芯的形状变得不同。因为需要总是按计算得到的切断宽度调整变化的板厚尺寸和铁芯形状，所以总是在测定使用的部件的板厚的同时控制切断尺寸和层叠片数时，存在生产效率变得非常低的课题。
要求高效地应对层叠铁芯中的板厚偏差。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题，应用权利要求书中记载的发明。即，一种轴向气隙型电动机，其包括：定子铁心以旋转轴为中心环状排列而成的定子，其中，上述定子铁心包括：作为在旋转轴的径向上层叠金属板状部件而成的柱体的层叠铁芯、具有能够插入该层叠铁芯的内径的筒形的绕线架、和在上述层叠铁芯的外径延长上卷绕的线圈；和与上述定子的旋转轴方向端部截面隔开规定的气隙面相对的至少1个转子，其中上述层叠铁芯包括：随着从旋转轴心向径向去而在上述旋转轴的旋转方向上宽度变大的金属板状部件连续层叠而成的部分；和在上述旋转轴的旋转方向上宽度大致相同的金属板状部件连续层叠而成的部分。
发明的效果
根据本发明的一个方面，实现了可以与构成层叠铁芯的金属板状部件具有的板厚尺寸的误差相应地容易地得到固定的层叠尺寸的效果。进而，实现了也能够确保维持层叠铁芯的外径形状的效果。
本发明的其他课题和效果将通过以下记载进一步说明。
附图说明
图1(a)是示意性地表示应用了本发明的第1实施方式的轴向气隙型电动机的整体结构的侧面图。图1(b)是示意性地表示了第1实施方式的轴向气隙型电动机的主要部分的纵截面立体图。
图2(a)是示意性地表示第1实施方式的轴向气隙型电动机的定子铁心的立体图。图2(b)是示意性地表示构成该定子铁心的绕线架的立体图。图2(c)是示意性地表示由该定子铁心构成的定子的正面图。
图3是示意性地表示第1实施方式的层叠铁芯的立体图及其一部分的部分放大图。
图4是第1实施方式的层叠铁芯的端部截面图。
图5是第2实施方式的轴向气隙型电动机的层叠铁芯的端部截面图。
图6是第3实施方式的轴向气隙型电动机的层叠铁芯的端部截面图。
图7(a)～(d)是示意性地表示将第1～第3实施方式的层叠铁芯的主要部分组合而成的应用例的端部截面图。
具体实施方式
以下，用附图详细说明本发明的实施方式。
〔第1实施方式〕
在图1(a)中示出了应用了本发明的第1实施方式的轴向气隙型电动机1的整体结构，在图1(b)中示出了主要部分的截面图。轴向气隙型电动机1在大致筒形的壳体5内部设置有：定子2；固定于旋转轴4并一同旋转的转子3；通过轴承与旋转轴4连接的输出侧和输出的相反侧的端部支架；与贯通输出轴相反侧的端部支架的旋转轴4的端部连接并一同旋转的冷却风扇；和将冷却风扇生成的冷却风引导至壳体5的外周侧的风扇罩。
如图1(b)所示，轴向气隙型电动机1是具有旋转轴方向的磁通的圆环形状的定子2与在输出轴侧和输出轴相反侧设置的2个转子3隔开规定的气隙平面相对的双转子式的电枢结构。另外，本发明不限定于此，能够应用于单转子式、由多个定子和多个转子构成的形式等各种形式。
定子2中，多个(本例中为12个)定子铁心6以旋转轴方向为中心环状排列，它们的外周通过树脂模塑成形(未图示)直接固定于壳体5。另外，也可以对定子2另外通过树脂模塑成形等而制造为固形化为强度部件的状态，用螺栓等固定于电动机壳体5。
图2(a)、(b)中示出了定子铁心6和构成其的绕线架7。定子铁心6包括：层叠铁芯8、绕线架(bobbin)7和线圈9。绕线架7包括：具有大致梯形的内径和外径的筒部7a；从筒部7a的两端部附近外周向铅垂方向延伸规定宽度的凸缘部7b；和在凸缘部7b的壳体5一侧部分设置了一个或多个的线圈引出口7c。即，将层叠铁芯8插入到绕线架7的筒部7a的内径，在绕线架7的筒部7a的外径上卷绕多层线圈。
层叠铁芯8使板状的金属磁性体(芯部件)在旋转轴4的径向(旋转轴4一侧向壳体5一侧)上层叠而成，具有截面为大致梯形的柱体形状。用含有非晶体的薄板(薄带)作为板状的金属磁性体，但不限于此。
如图2(c)所示，通过使这样构成的定子铁心6环状排列而得到定子2。
接着，对于本实施方式的特征之一即层叠铁芯8进行详细说明。
在图3中示出了层叠铁芯8的结构。在层叠芯8的壳体5一侧，使旋转轴4的旋转方向的宽度大致相同的芯部件10a连续层叠至少2片以上，在旋转轴一侧，使旋转轴4的旋转方向上的宽度随着从旋转轴接近壳体5方向(旋转轴径向)而逐渐变大的芯部件10b连续层叠至少2片以上。如图4所示，层叠铁芯8的截面是包括由芯部件10b形成的梯形部分、和由芯部件10a形成的长方形部分的大致本垒(home base)形状。
层叠铁芯8需要高精度地插入、配置在绕线架7中，所以层叠铁芯的外径需要与绕线架7的内径大致一致(或者绕线架7的内径大一些)。但是，层叠铁芯8的层叠厚度不一定一致。例如，也考虑将板(包括薄带)切断而成的芯部件的板厚尺寸不一定一致的情况，另外，例如也存在难以完全消除切断面的微弱的弯曲等的情况。即，也存在即使将规定片数的芯部件层叠，层叠厚度也不固定的情况，所以需要进行层叠厚度的调整。
本实施方式中，与大致成梯形的层叠芯形状的主要在斜边部层叠的芯部件10b具有的板厚尺寸的偏差相应地，如图3和图4所示，相对于旋转轴4在外周侧、即层叠芯的切断宽度较宽的一侧形成了用于增减规定的层叠片数的直线部(芯部件10a)。
根据本实施方式，能够通过增减芯部件10a的层叠片数而容易地进行层叠铁芯8的层叠厚度的调整，在轴向气隙型电动机中，能够得到精度高的定子，另外能够确保性能。
[第2实施方式]
接着，说明第2实施方式。图5示出了第2实施方式的层叠铁芯8的端部截面。本实施方式中，使与板状的芯部件10a的切断、层叠方向相应地直线状地层叠而成的芯部件10a相对于轴向气隙型电动机1的旋转轴4在内周即层叠铁芯8的切断宽度较窄的一侧(旋转轴一侧)形成用于增减规定的层叠片数的直线部(芯部件10a)。
该结构也能够通过增减芯部件10a的层叠片数而容易地进行层叠铁芯8的层叠厚度的调整，在轴向气隙型电动机中，能够得到精度高的定子，另外能够确保性能。
接着，说明第3实施方式。图6示出了第3实施方式的层叠铁芯8的端部截面。本实施方式中，使芯部件10a相对于轴向气隙型电动机1的旋转轴4在铅垂方向的中央附近即层叠铁芯8的层叠方向中央附近形成了用于增减规定的层叠片数的直线部(芯部件10a)。
该结构也能够通过增减芯部件10a的层叠片数而容易地进行层叠铁芯8的层叠厚度的调整，在轴向气隙型电动机中，能够得到精度高的定子，另外能够确保性能。
[应用例]
最后，说明将第1～第3实施方式组合而成的应用例。图7(a)～(d)中示出了层叠铁芯8的应用例中的端部截面。图中，用圆形虚线示出的部分表示调整层叠厚度用的直线部(芯部件10a)。
图7(a)是在相对于轴向气隙型电动机1的旋转轴4的外周侧即芯部件的切断宽度较宽的一侧、和相对于旋转轴4的内周侧即芯部件的切断宽度较窄的一侧这两方端部设置直线状地层叠的芯部件10a的结构。
同样，图7(b)是在相对于轴向气隙型电动机1的旋转轴4的外周侧即芯部件的切断宽度较宽的一侧、和相对于旋转轴4的铅垂方向的中央附近即层叠铁芯8的斜边部的中央附近双方设置直线状地层叠的芯部件10a的结构。
同样，图7(c)是在相对于轴向气隙型电动机1的旋转轴4的铅垂方向的中央附近即层叠铁芯8的斜边部的中央附近、和相对于旋转轴4的内周侧即芯部件的切断宽度较窄的一侧双方设置直线状地层叠的芯部件10a的结构。
进而，图7(d)是同时设置第1～第3实施方式的结构。其中，图7(a)～(d)中，各直线部(芯部件10a)的层叠方向的厚度不一定一致。例如，设直线部所需的层叠厚度为N的情况下，如果直线部存在2处，则也可以分别是1/2N的层叠厚度，也可以以各自不等的比例变更层叠厚度。
根据应用例，因为直线状地层叠的芯部件10a的配置分散至多个场所，所以能够减少在各个调整场所增减的芯部件10a的片数，进而，也能够使调整得到的层叠铁芯8的整体形状均匀化。即，通过缩短直线部的长度，维持更近似于梯形的层叠芯形状，能够使对绕线架7插入、配置时的位置变得稳定。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于上述各种例子，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，层叠的芯部件10a、10b不一定需要是直线(水平)的，也可以在旋转轴旋转方向上是圆弧形状(层叠铁芯8的端部截面是扇形形状等)。
附图标记的说明
1…轴向气隙型电动机
2…定子
3…转子
4…旋转轴
5…壳体
6…定子铁心
7…绕线架
7a…筒部
7b…凸缘部
7c…引出口
8…层叠铁芯
9…线圈
10a、10b……芯部件。

Claims (5)

1.一种轴向气隙型电动机，其特征在于，包括：
定子铁心以旋转轴为中心环状排列而成的定子，其中，所述定子铁心包括：作为在旋转轴的径向上层叠金属板状部件而成的柱体的层叠铁芯、具有能够插入该层叠铁芯的内径的筒形的绕线架、和在所述层叠铁芯的外径延长上卷绕的线圈；和
与所述定子的旋转轴方向端部截面隔开规定的气隙面相对的至少1个转子，其中
所述层叠铁芯包括：
随着从旋转轴心向径向去而在所述旋转轴的旋转方向上宽度变大的金属板状部件连续层叠而成的部分；和
在所述旋转轴的旋转方向上宽度大致相同的金属板状部件连续层叠而成的部分。
2.如权利要求1所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：
所述在旋转轴的旋转方向上宽度大致相同的金属板状部件连续层叠而成的部分，是旋转轴径向上的最外侧。
3.如权利要求1所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：
所述在旋转轴的旋转方向上宽度大致相同的金属板状部件连续层叠而成的部分，是旋转轴径向上最靠近旋转轴的一侧。
4.如权利要求1所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：
所述在旋转轴的旋转方向上宽度大致相同的金属板状部件连续层叠而成的部分，位于旋转轴径向的最外侧和最靠近旋转轴一侧以外的位置。
5.如权利要求1所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：
所述在旋转轴的旋转方向上宽度大致相同的金属板状部件连续层叠而成的部分，与所述随着从旋转轴心向径向去而在所述旋转轴的旋转方向上宽度变大的金属板状部件连续层叠而成的部分彼此相邻并且存在2处以上。
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