CN106464058A - 轴向气隙型电动机和电动机用线轴 - Google Patents

Abstract

本发明在具有使多个定子芯环状配置、通过树脂模塑成形一体地构成的定子的轴向气隙电动机中，使树脂高效率地分布。该轴向气隙型电动机包括：多个定子芯(6)，其包括具有大致梯形筒状的形状的齿铁芯(8)、至少覆盖齿铁芯的外周两端部附近的线轴(7)、设置在线轴的覆盖齿铁芯外周的两端部附近的部分附近且在与齿铁芯的外周垂直的方向上延伸规定长度的凸缘部(7B)、从凸缘部的延伸方向前端进一步延伸的至少1个凸起(10a)；通过沿着输出轴的旋转方向使各个凸起的延伸方向前端与另一个定子芯的上述凸缘部的延伸方向端部接触并且以输出轴的轴心方向为中心地环状配置的上述多个定子芯利用树脂一体模塑成形而得的定子(2)；和与齿铁芯的端部侧面隔着规定的气隙地平面相对的1个以上的转子(3)。

Description

轴向气隙型电动机和电动机用线轴

技术领域

本发明涉及轴向气隙型电动机和电动机用线轴，特别涉及具有构成定子的线轴的轴向气隙型电动机和电动机用线轴。

背景技术

随着电动机的高效率化的发展，已知采用钕磁铁等稀有金属(稀土)作为磁性体的PM(Permanent Magnet，永磁)电机。使用稀有金属时，存在价格等源于稀有性的各种问题。

关于这一点，已知通过有效地使用不采用稀有金属的铁氧体磁铁，能够获得充分的特性的各种电动机。

当前作为主流的电动机的结构是在与输出轴相同的方向上具有气隙的径向气隙型电动机，但该结构必须沿着输出轴的旋转方向配置铁氧体磁铁，为了获得与钕磁铁相同的性能，需要增大铁氧体磁铁的体积，结果导致电动机大型化。

作为能够确保性能并且防止电动机的大型化的电动机，例如已知如专利文献1所公开的轴向气隙型电动机。轴向气隙型电动机是在与输出轴方向垂直的径向上配置较大的磁铁的结构，因此能够实现输出轴方向的长度缩短即所谓的扁平化，能够防止电动机大型化。

此处，专利文献1公开的轴向间隙型电动机的定子是如下的结构。首先在大致梯形筒状的齿铁芯的周围通过树脂成形一体地设置绝缘体(线轴)，在绝缘体的周围卷绕线圈而得到多个磁极构件。之后，使筒状的齿朝向旋转轴方向地将多个磁极构件环状地(doughnutshape)无间隙地排列，最后使环状排列的所有磁极构件整体通过树脂的插入成形而模制成形，得到一体化为环状的定子。

另外，专利文献2公开了一种与专利文献1大致相同结构的轴向气隙型电动机的定子，其采用在使多个磁极构件环状地排列时，在绝缘体内径侧端部的一个角设置用于与相邻的磁极构件的绝缘体连结的钩部，在另一个角设置用于与在反向相邻的磁极构件设置的钩卡止的钩槽部，使绝缘体彼此无间隙地紧密连结的结构，之后，使整体树脂成形而得到该定子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-282989号公报

专利文献2：日本特开2008-118833号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

使环状排列的定子芯和磁极构件树脂模制成形，是因为如下的理由。即，因为需要能够可靠地进行层叠后的芯与绕组部之间的绝缘、并且能够以使卷绕的线圈不变形的方式固定绕组部的绝缘结构。

关于这一点，专利文献1和2中公开的定子中，邻接的各磁极构件之间紧密连结，在各线圈部之间等的狭小部分和流路形状复杂的部分，树脂进入的入口受限，存在不能充分遍布的风险。

对于这样的问题，虽然能够通过提高压入的树脂的压力而解决，但是也存在各定子芯因高压力而移动、排列变得混乱的风险，也存在即使高压力封入也不能充分遍布的情况。排列混乱会导致线圈彼此接触和磁通的不均衡，存在显著影响性能和可靠性的风险。一般而言随着电动机大型化，树脂的封入压力和量增大，会成为更大的问题。

为了应对高压力的压入引起的环状排列的混乱，也可以考虑增加引用文献1和2的绝缘体和钩的强度。然而，如果确保与其相应的厚度和结构，会导致成本提高和线轴的相对的大型化，进而导致电动机轴长的延长。

在树脂封入时，要求高效率地进行树脂模制成形。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，例如应用权利要求中记载的结构。即，一种轴向气隙型电动机，其至少包括：多个定子芯，其包括：具有大致梯形筒状的形状的齿铁芯；至少覆盖该齿铁芯的外周两端部附近的线轴；凸缘部，其设置在上述线轴的覆盖上述齿铁芯外周的两端部附近的部分附近，在与上述齿铁芯的外周垂直的方向上延伸规定长度；和从上述凸缘部的延伸方向前端进一步延伸的至少1个凸起；

定子，其通过将上述多个定子芯利用树脂一体模制成形而形成，该多个定子芯以下述方式配置：沿着输出轴的旋转方向、使各个上述凸起的延伸方向前端与另一个定子芯的上述凸缘部的延伸方向端部接触，并且以上述输出轴的轴心方向为中心地配置成环状；和

1个以上的转子，其与上述齿铁芯的端部侧面隔着规定的气隙地平面相对。

发明效果

本发明的其他课题和效果通过以下的记载而明确。

附图说明

图1是表示应用了本发明的一个实施方式的轴向气隙型电动机的概要结构的部分侧截面图。

图2是示意性地表示本实施方式的轴向气隙型电动机的部分结构的立体图。

图3(a)是示意性地表示本实施方式的定子芯的概要结构的立体图。图3(b)是示意性地表示本实施方式的线轴的概要结构的立体图。

图4(a)是表示第一实施方式的线轴的凸缘部的正面示意图，图4(b)是其立体图。图4(c)是表示第一实施方式的线轴的凸缘部的背面示意图，图4(d)是其立体图。

图5(a)是表示使第一实施方式的线轴邻接配置的状态的正面示意图，图5(b)是其立体图。

图6是表示在第一实施方式中使线轴环状配置的状态的示意图。

图7(a)是示意性地表示本发明的第二实施方式的线轴的凸缘部的正面图，图7(b)是其立体图。图7(c)是表示第二实施方式的线轴的凸缘部的背面示意图，图7(d)是其立体图。

图8(a)是表示使第一实施方式的线轴邻接配置的状态的正面示意图，图8(b)是其立体图。

图9(a)～(e)是示意性地表示本实施方式的凸起的变形例的正面图。

图10(a)～(c)是示意性地表示本实施方式的凸起的其它变形例的正面图。

具体实施方式

以下，使用附图详细说明应用本发明的一个实施方式的轴向气隙型电动机1。

[第一实施方式]

图1表示第一实施方式的轴向气隙型电动机1的部分侧截面图。另外，图2表示仅部分示出轴向气隙型电动机1的定子2和在与其相对的2面分别配置的转子3A、3B的结构的示意图。

轴向气隙型电动机1在壳体5内，包括以电机的输出轴4的轴线为中心环状地配置的定子2，和在定子3的输出轴方向的两面、隔开规定空隙(气隙)地相对配置的一对转子3A和3B。

定子2如图2所示，具有大致梯形筒状的多个定子芯6(本实施方式中为12个/12槽)。由于确保环状配置的定子芯6各自的强度、以及与邻接的线圈绝缘等原因，通过以覆盖所有这些定子芯6的方式进行树脂模制成形，一体地构成定子2。另外，在定子2的树脂模制成形时，在具有大致筒状的内径的壳体5内插入一个成形用模具(未图示)，使定子芯6环状地配置在模具的规定位置。之后，从壳体5的相反的开口插入另一模具而封入树脂。使定子2模制成形的同时，定子2的外周面通过树脂成形直接被支承固定在电机壳体5的内周面。

另外，模制成形的方法不限于此，也可以仅使定子2在壳体5外部另外一体模制成形。该情况下，可以考虑从壳体5的内部或外部用螺栓等将定子2固定等。

图3(a)中示意性地表示了定子芯6的结构。定子芯6至少包括线轴7、层叠铁芯8和线圈9。

层叠铁芯8是使以宽度逐渐增大的方式成形的金属板在径向上依次层叠而成的具有大致梯形或三棱柱状的形状的铁芯。另外，铁芯的截面形状在大致梯形和三角形以外，也包括具有在延长方向上存在交点的2个斜边的截面。

金属板可以使用铁等，但本实施方式中使含有非晶态的金属锥状地薄板化，通过使旋转方向宽度依次增大地层叠而得到层叠铁芯8。

另外，本发明不限于层叠式的铁芯，也可以是铸造式或压粉制造的铁芯。

图3(b)中示意性地表示了线轴7的结构。线轴7包括：具有内径与梯形柱状的层叠铁芯外周的形状大致一致的内筒部的梯形筒状的主体部7A；和在主体部7的两端部设置的、在与主体部7A的外筒部垂直的整周方向上延伸规定长度的凸缘部7B。主体部7A具有与层叠铁芯8的外径大致相同或稍大一些的内径，具有在插入层叠铁芯时，能够覆盖层叠铁芯8的外周两端部(即外周上输出轴4的延伸方向的两端部)附近的长度。线轴7只要能够确保线圈与铁芯的绝缘就能够应用各种素材，一般而言可以由树脂成形制造。本实施方式中也包括树脂。

另外，切口7C用于引出线圈的引线9a。

定子芯6是在线轴7的主体部7A的内径侧插入层叠铁芯8，在主体部7的外周的两端的凸缘部7B之间卷绕线圈9而构成的。另外，本实施方式中，线圈9卷绕至与凸缘部7B的旋转方向上的规定长度大致相同的程度，但本发明不限定于此。

线轴7的凸缘部7B在旋转方向的两端部，各包括1个作为本实施方式的特征之一的凸起10a。

图4、5和6在线轴7中仅主要表示凸缘部7B的结构。如图4(a)正面图、(b)正面立体图、(c)背面图、(d)背面立体图所示，凸起10a在凸缘部7B的旋转方向侧端部上，在旋转方向上延伸规定长度并且设置在从输出轴4起在径向上分别离开不同距离的位置。具体而言，如图4(c)所示，按照下述关系配置：一个凸起10a的轴心方向侧面到轴心X的距离与另一个凸起10a的与轴心方向相反的方向的侧面到轴心的距离大致都是(L1)。由此使定子6环状排列时，定子芯6的一侧凸起10a侧面与邻接的定子芯6的另一侧凸起10a侧面在径向上卡止。另外，本实施方式中，凸起10a的径向宽度都相同，因此构成为，在凸缘部7B的旋转方向侧端部上，将一个凸起10a设置于在径向上错开了另一个凸起10a的径向宽度的位置。

通过采用该结构，如图5(a)、(b)所示，在使定子芯6环状排列时，凸起10a与邻接的线轴7的凸缘部7B侧端部接触，由此在定子芯6彼此之间形成间隙11。另外，凸起10a彼此在径向上卡止，由此抑制定子芯6彼此间的径向上的错位。即如图6所示，使所有定子芯6环状排列时，卡止的各个凸起10a彼此产生对于所有定子芯6的凸起10a的径向错位的应力。

利用这样形成的间隙11，能够确保邻接的定子芯6之间的绝缘距离，且能够确保使从在模制成形模具内排列的定子芯6的上方(和/或下方)封入的树脂充分遍布至各个定子芯6之间(特别是线圈9之间)的流路。另外，通过凸起10a之间的卡止，能够防止由于树脂封入时的压力的定子芯6彼此的错位。

如上所述，根据第一实施方式，在环状排列的线轴7配置的凸起10a对定子芯6的径向移动位置进行补充，由此定位变得可靠，能够防止树脂模制成形时的定子芯6的排列混乱，进而线轴7的凸缘间形成的间隙有效地起到树脂的流路的作用，具有即使是大容量也能够可靠且高效率地进行树脂模制成形的效果。

[第二实施方式]

第二实施方式是特征之一在于在线轴凸缘部7B的旋转方向两端部上分别设置有多个凸起10b的例子。

图7(a)～(d)仅示出了第二实施方式的凸缘部7B部分。如(a)正面图、(b)正面立体图、(c)背面图、(d)背面立体图所示，凸起10b在凸缘部7B的旋转方向两端部上设置有2个。各个凸起10b在凸缘部7B的旋转方向侧端部上，在旋转方向上延伸规定长度并且设置在从输出轴4起在径向上分别离开不同距离的位置。具体而言，如图7(c)所示，以图中左侧的径向外侧的凸起10b的轴心方向侧面到轴心X的距离L1与图中左侧的径向外侧的凸起10b的与轴心方向相反的方向的侧面到轴心的距离L1大致相同的关系配设。轴心侧的左右凸起10b也是同样的(L2)。

由此使定子6环状排列时，定子芯6的一侧凸起10a侧面与邻接的定子芯6的另一侧凸起10b侧面在径向上卡止。另外，本实施方式中，凸起10b的径向宽度都相同，因此是在凸缘部7B的旋转方向侧端部上，使一个凸起10b设置于在径向上错开了另一个凸起10b的径向宽度的位置的结构。

例如，在为以输出轴的轴线为中心的定子外径较大的电机时，考虑到凸缘部7B的凸起左右各有1处时强度不充分。进而，存在模制成形时封入的树脂的封入压力更大时，考虑到凸缘部7B的凸起左右各有1处时不足以防止定子芯6的错位。于是，通过在多处设置凸起能够更可靠地实现强度的确保和模制成形时错位的防止。

另外，凸起10b也可以是左右不同数量(例如一侧为2个，另一侧为1个或3个)等。另外，第二实施方式中，左右2个凸起10b分别构成为在径向上错开另一侧凸起10b的径向长度，但也可以使轴心侧和外周侧的左右两个凸起10b的关系颠倒。即，环状地配置定子芯6时，使凸缘部7B的一侧端部的2个凸起10b配置在邻接的定子芯6的凸缘部7B的另一侧端部所具有的2个凸起10b之间(或者相反)。此时，能够期待各个凸起10b发挥对于轴心侧和外周侧这双侧的错位的应力。

[凸起的变形例]

第一和第二实施方式中主要说明了凸起的数量和位置，以下对于凸起彼此不在径向上卡止的方式和其他卡止的方式说明变形例。

图9(a)～(e)表示变形例中的凸起的结构。各图是从输出轴方向部分地示出邻接的定子芯6的相对的凸缘部7B及其旋转方向端部所设置的凸起的示意图。

图9(a)表示在凸缘部7B的旋转方向端部上在从输出轴起在径向上等距离的位置设置有邻接的定子芯6各自的凸起10c的例子。定子芯6之间的径向错位不会成为问题的情况下，能够比较容易地实现确保用于封入树脂的间隙11的结构。进而，因为使凸起10c的顶部彼此接触，所以如果间隙11的宽度相同，则与第一、第二实施方式的凸起10a、10b相比能够使旋转方向长度缩短(成为一半等)，因此能够期待凸起自身的强度也相应提高。

另外，如图9(b)所示，也可以是使凸起10c自身的径向长度比第一、第二实施方式的凸起10a和10b更长的方式。此时，在接触的凸起10c各自的顶部之间产生的径向摩擦力也增加，能够期待模制成形后的定子2的强度增加以及进一步防止树脂封入时的定子芯6彼此间的径向错位等。

图9(c)～(e)的特征之一在于，在一个定子芯6的凸缘部7B设置有凸起10c、在与其相对的另一个定子芯6的凸缘部7B设置有与凸起10c在径向上卡止的凹部13。通过使凸起10c以嵌入凹部13的方式与其接合，使1个凸起10c产生对于定子芯6的轴心方向和外周方向这两个方向的错位的应力。由此，能够获得进一步防止定子芯的错位的效果和确保强度的效果。

特别是，图9(d)和(e)的例子中，在凹部13的径向两侧还包括向旋转方向的延伸部14。利用延伸部14能够期待进一步支承凸起10c与凹部13的接合和卡止的效果。

进而，图9(e)的例子中，设置有使凸起10c的根部侧与前端相比在径向上较长的凸起支承部15。需要使间隙11的间隔更长的情况下，能够期待进一步确保凸起10c的强度。

图10(a)～(c)表示凸起10c和凹凸13自身的形状的其他例子。凸起10c等也可以为大致圆弧形状。能够获得与图9所示的各例子相同的效果，而且因为不存在边缘，所以能够期待使用部件的安全性等提高的效果。

最后，说明制造本实施方式的线轴7的方法。上述实施方式中，通过对模具进行树脂的注塑成形而得到线轴7，但也能够用3D打印机将线轴7自身或者为了用树脂将线轴7注塑成形的模具自身层叠造型，或者用切削RP装置进行切削加工而获得。

关于层叠造型，能够应用光造型方式、粉末烧结层叠造型方式、喷墨方式、树脂熔解层叠方式、石膏粉方式、片成形方式、膜转印像层叠方式和金属光造型复合加工方式等。

上述层叠造型和切削加工用的数据，通过对用CAD或CG软件或者3D扫描仪生成的3D数据用CAM加工为NC数据而生成。通过将该数据输入3D打印机或切削RP装置而进行三维造型。另外，也可以用CAD/CAM软件根据3D数据直接生成NC数据。

另外，作为获得线轴7及其树脂注塑成形用模具的方法，也能够由制作3D数据或NC数据的数据提供者或者服务商经由互联网等的通信线路用规定的文件格式发送，用户将该数据下载至3D打印机或控制它的计算机等或者用云服务进行访问，用3D打印机成形输出而制造线轴7。另外，也能够使用数据提供者在非易失性的记录介质中记录3D数据或NC数据并对用户提供的方法。

这样的制造方法制造本实施方式的线轴7的一个方式，有制造使具有大致梯形形状的侧截面的齿铁芯(teeth iron core)的2个斜边彼此相对并且使上底侧朝向中心地环状配置而得的电动机定子用的线轴的方法，该方法基于包括具有与上述齿铁芯齿铁芯外周形状大致一致的内径且用于将上述齿铁芯插入其内部的内筒部、沿着上述齿铁芯外周卷绕线圈的外筒部、以及从该外筒部的周面起在上述2个斜边的相对方向上延伸规定长度且至少一部分比上述线圈的积厚长的凸状部的三维数据，用3D打印机制造。

进而，作为另一个方式，有用于制造使具有大致梯形形状的侧截面的齿铁芯的2个斜边彼此相对并且使上底侧朝向中心地环状配置而得的电动机定子用的线轴的方法，该方法经由通信线路传输、发送包括具有与上述齿铁芯齿铁芯外周形状大致一致的内径且用于将上述齿铁芯插入在其内部的内筒部、沿着上述齿铁芯外周卷绕线圈的外筒部、以及从该外筒部的周面起在上述2个斜边的相对方向上延伸规定长度且至少一部分比上述线圈的积厚(叠加厚度)更长的凸状部的三维数据。

如上所述，对于用于实施本发明的方式进行了说明，但本发明并不限定于上述各种结构。例如，本实施方式中，说明了线轴7主要由主体部7A和凸缘部7B构成的例子，但也可以是将主体部7A在轴向的中央附近分割的结构，也可以是主体部7A在轴向上非常短，例如图4的凸缘部7B的部分示意图所示，几乎仅由凸缘部7B构成的方式。此时，优选构成为在层叠铁芯8的外周，涂敷绝缘用的胶带或涂料，进行与线圈9的绝缘。或者如果在线圈外表面涂布的绝缘剂具有更高的绝缘性，则也并非必须设置绝缘胶带等。

另外，本实施方式中，采用了在线轴7的输出轴方向两端部设置凸起的结构，但也能够仅在输出轴方向一端部的凸缘部设置凸起，形成空隙11。

另外，本实施方式中，为了确保空隙11而采用了使用凸起10a、10b、10c的结构，但构成为使凸缘部7B的一部分的旋转方向长度变长的凸状部时也可以视为凸起10a、10b、10c的同等物。

附图标记说明

1……轴向气隙型电动机，2……定子，3……转子，4……输出轴，5……壳体，6……定子芯，7……线轴，7A……主体部，7B……凸缘部，7C……切口，8……层叠铁芯，9……线圈，9a……引线，10a、10b、10c……凸起，11……间隙，13……凹部，14……延伸部，15……凸起支承部。

Claims (8)

1.一种轴向气隙型电动机，其特征在于，至少包括：

多个定子芯，其包括：具有大致梯形筒状的形状的齿铁芯；至少覆盖该齿铁芯的外周两端部附近的线轴；凸缘部，其设置在所述线轴的覆盖所述齿铁芯外周的两端部附近的部分附近，在与所述齿铁芯的外周垂直的方向上延伸规定长度；和从所述凸缘部的延伸方向前端进一步延伸的至少1个凸起；

定子，其通过将所述多个定子芯利用树脂一体模制成形而形成，该多个定子芯以下述方式配置：沿着输出轴的旋转方向、使各个所述凸起的延伸方向前端与另一个定子芯的所述凸缘部的延伸方向端部接触，并且以所述输出轴的轴心方向为中心地配置成环状；和

1个以上的转子，其与所述齿铁芯的端部侧面隔着规定的气隙地平面相对。

2.如权利要求1所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：

所述线轴中，在所述输出轴的旋转方向上延伸的两个凸缘部各设置有至少1个所述凸起，

一侧凸起的输出轴的轴心方向侧面到轴心的距离与另一侧凸起的与输出轴的轴心方向相反的方向的侧面到轴心的距离大致相同。

3.如权利要求2所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：

所述线轴中，在所述输出轴的旋转方向上延伸的凸缘部各设置有至少2个所述凸起，

一侧凸缘部的至少2个凸起各自的输出轴轴心方向侧面到轴心的距离与另一侧凸缘部的至少2个凸起各自的与输出轴的轴心方向相反的方向的侧面到轴心的距离大致相同。

4.如权利要求1或3所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：

所述线轴中，在所述输出轴的旋转方向上延伸的两个凸缘部各设置有至少2个所述凸起，

该两端部各自的至少2个凸起中的1个位于该两端部的轴心侧端部附近，另1个位于该两端部的径向外侧的端部附近。

5.如权利要求1～4中任一项所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：

所述线轴中，在所述输出轴的旋转方向上相对的凸缘部设置有凹部，该凹部具有与所述凸起的轴心方向宽度大致相同的宽度，并且具有比所述凸起的延伸方向长度短的深度，

所述凸起到输出轴的轴心的距离与所述凹部到输出轴的轴心的距离大致相同。

6.如权利要求1所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：

所述线轴中，在所述输出轴的旋转方向上相对的凸缘部各设置有至少1个所述凸起，

一侧凸缘部凸起到输出轴轴心的距离与另一侧凸缘部凸起到输出轴轴心的距离大致相同，

所述定子中，沿着输出轴的旋转方向，使各个所述凸起的延伸方向前端与另一个定子芯的所述凸起的延伸方向端部接触。

7.如权利要求6所述的轴向气隙型电动机，其特征在于：

所述线轴在所述一侧凸缘部凸起的前端设置有在旋转方向上延伸的凸部，并且在所述另一侧凸缘部凸起的前端设置有凹部，该凹部具有与所述凸部的径向宽度大致相同的径向宽度，并且具有与所述凸部的旋转方向长度大致相同或更长的深度。

8.一种使具有大致梯形形状的侧截面的齿铁芯的2个斜边彼此相对并且使上底侧朝向中心地配置为环状而成的电动机定子用的线轴，其特征在于，包括：

具有与所述齿铁芯外周形状大致一致的内径的、用于将所述齿铁芯插入其内部的内筒部；

沿着所述齿铁芯外周卷绕线圈的外筒部；和

从该外筒部的周面起在所述2个斜边的相对方向上延伸规定长度的凸缘部，

所述凸缘部的至少一部分设置有比所述线圈的积厚长的凸状部。