CN107408859A - 轴向间隙型旋转电机和定子 - Google Patents

Abstract

一轴向间隙型旋转电机改善定子的模塑性。本发明的具有由模塑材料模塑多个磁芯构件而构成的定子和转子的轴向间隙型旋转电机，其中，所述多个磁芯构件的每一个具有卷绕了外周侧的线圈匝数比内周侧少的线圈的芯体，并以旋转轴为中心与相邻的磁芯构件隔着规定的空隙配置成环状，所述转子与所述芯体的轴向端面隔着规定的间隙相对，所述磁芯构件包括：轴向一侧的线圈卷绕层数多于另一侧的卷绕层数的第一磁芯构件；和轴向一侧的线圈卷绕层数少于另一侧的卷绕层数的第二磁芯构件，在所述定子中，第一磁芯构件的卷绕层数多的一侧的线圈与第二磁芯构件的卷绕层数少的一侧的线圈相对，所述第一磁芯构件与第二磁芯构件交替地配置。

Description

轴向间隙型旋转电机和定子

技术领域

本发明涉及轴向间隙型旋转电机和定子，涉及对卷绕有线圈的多个定子磁芯构件用模塑材料模塑的轴向间隙型旋转电机和定子。

背景技术

随着电动机和发电机等旋转电机的高效率化的进展，近年来，已知使用钕磁体等稀有金属(稀土)作为磁性体的PM(Permanent Magnet：永磁铁)型旋转电机。使用稀有金属，存在价格等因稀有性而产生的各种课题。关于这一点，也已知通过有效地使用不用稀有金属的铁氧体磁体，而能够获得充分的特性的各种旋转电机。

例如，当前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间隙型电动机，该结构必须沿输出轴的旋转方向配置铁氧体磁体，为了获得与钕磁体相同的特性需要增大铁氧体磁体的体积。结果，电动机大型化。

作为确保性能并且防止电动机的大型化的方案，例如，专利文献1公开了在径向间隙型电动机中，提高定子(stator)上卷绕的线圈的槽满率，结果实现定子的小直径化的电动机。具体而言，采用对于卷绕的线圈的形状将标准的矩形线圈、和成梯形的线圈交替地组合而紧凑化，在相邻的矩形线圈与梯形线圈之间确保要求的距离的结构。所以，能够提高矩形线圈和梯形线圈的组合的槽满率，在确保电动机的性能的同时防止电动机的大型化。

轴向间隙型旋转电机的定子(stator)中，有采用使在电磁钢板的层叠铁芯(芯体)上配置由树脂等构成的绝缘部件(线轴/绝缘体等)、在其外周卷绕线圈得到的多个磁芯构件相对于旋转电机的输出轴配置成环状的结构的定子。配置成环状的多个磁芯构件通过树脂模塑一体地形成而得到定子。

此时，卷绕的线圈相对于旋转电机的输出轴的旋转方向在水平方向上卷绕多层，在配置成环状的相邻的线圈之间设置规定的空隙。该空隙起到确保与相邻的线圈的绝缘距离的作用，并且在用于确保作为定子的强度的树脂成形工序中，也起到树脂的流路的作用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-180056号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，关于上述线圈之间的空隙，因为外周部的形状因卷绕的线圈的数量而不同，所以形成的空隙的形状因轴向间隙型电动机的输出功率而不同。因此，存在因为空隙的大小、形状，为了形成定子而进行的树脂模塑时的树脂的填充不能满足，装置的可靠性降低这样的课题。

为了确保这样的树脂填充时的流路，能够通过在旋转轴向上使芯体和线轴延伸，减少卷绕的线圈的重叠而确保空隙的大小，但是存在大型化和随之而来的成本增加等损害生产效率的课题。

要求确保小型化和生产效率，并且提高电动机的可靠性的技术。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，应用要求的权利范围中记载的结构。举其一例，一种具有由模塑材料模塑多个磁芯构件而构成的定子和转子的轴向间隙型旋转电机，其中，所述多个磁芯构件的每一个具有卷绕了外周侧的线圈匝数比内周侧少的线圈的芯体，并以旋转轴为中心与相邻的磁芯构件隔着规定的空隙配置成环状，所述转子与所述芯体的轴向端面隔着规定的间隙相对，所述磁芯构件包括：轴向上的一侧的线圈卷绕层数多于另一侧的卷绕层数的第一磁芯构件；和轴向上的一侧的线圈卷绕层数少于另一侧的卷绕层数的第二磁芯构件，在所述定子中，以第一磁芯构件的卷绕层数多的一侧的线圈与第二磁芯构件的卷绕层数少的一侧的线圈相对的方式，所述第一磁芯构件与第二磁芯构件交替地配置。

发明效果

根据本发明的一个方面，能够确保相邻的磁芯构件的线圈之间的空隙，树脂能够充分填充至内部，小型化、和旋转电机的可靠性、生产效率改善。

本发明的其他课题、结构和效果，将通过以下记载说明。

附图说明

图1(a)是表示应用本发明的实施例1的轴向间隙型电动机的整体结构的局部截面图。(b)是表示电枢的概要结构的纵截面图。

图2(a)是环状地配置实施例1的定子磁芯构件的情况下的顶面图。(b)是表示对定子磁芯构件进行了树脂成形的情况下的纵截面的示意图。

图3(a)是表示实施例1的芯体和线轴的结构的立体图。(b)是表示进一步卷绕了线圈时的磁芯构件的结构的立体图。

图4(a)是表示使比较例的磁芯构件相邻配置的状态的截面图。(b)是表示比较例的线圈的整齐卷绕的示意图。(c)是表示实施例1的线圈卷绕的状态的示意图。

图5是表示使实施例1的第一磁芯构件与第二磁芯构件相邻配置的情况下的各线圈之间等的关系的截面图。

图6(a)是说明实施例1的第一磁芯构件的线圈卷绕流程的示意图。(b)是说明第二磁芯构件的线圈卷绕流程的示意图。

图7是表示使实施例2的第一磁芯构件和第二磁芯构件相邻配置的情况下的线圈的结构的截面图。

图8是说明实施例2的第一磁芯构件的线圈卷绕的流程的示意图。

图9是表示实施例2的第一磁芯构件的外观的示意图。

图10是说明实施例2的第二磁芯构件的线圈卷绕的流程的示意图。

图11是表示实施例2的第二磁芯构件的外观的示意图。

图12是表示实施例2的第一和第二磁芯构件之间的空隙的关系的截面图。

图13是表示使实施例2的第一和第二磁芯构件相邻配置的情况下的外观的示意图。

具体实施方式

以下，用附图说明本发明的实施方式。

实施例1

图1(a)中用局部截面示出了应用本发明的实施例1的轴向间隙型电动机1的整体结构，图1(b)中示意性地示出了电枢的主要部分的纵截面图。轴向间隙型电动机1在大致筒形状的壳体5内部具备定子2、固定在输出轴4上并一同旋转的转子3、经由轴承与输出轴4连接的输出侧和输出相反侧的端部支架、设置为与贯通输出轴相反侧的端部支架的旋转轴4的端部一同旋转的冷却风扇和将冷却风扇生成的冷却风导向壳体5的外周侧的风扇罩。

如图1(a)、(b)所示，轴向间隙型电动机1是具有输出轴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平面相对的2个转子3隔开规定的气隙而平面相对的双转子式的电枢结构。另外，本发明并不限定于本结构，能够应用于单转子式、由多个定子和多个转子组成的结构等各种形式。

图2(a)中示出了从轴向观察的定子2的结构。定子2使多个(本例中为12个)磁芯构件6在壳体5内以旋转轴心为中心按圆环形状排列。此时在旋转方向上相邻的线轴7各自的凸缘端部部分抵接，由此对磁芯构件6定位。之后，对该环状体用模塑材料(本例中使用树脂)模塑。

图2(b)中示出了对定子2进行树脂模塑后的纵截面。各磁芯构件6除了芯体8的芯体端部8a(虚线部)以外，各磁芯构件之间、磁芯构件与壳体之间等全部被模塑树脂20覆盖。另外，定子2通过模塑被固定在壳体5的内周。另外，也可以制造为个别地通过模塑成形等而固化为强度部件的状态，用螺栓等将定子2固定在壳体5中。

图3(a)和(b)中示出了定子磁芯构件6的结构，定子磁芯构件6具备芯体8、线轴7和线圈9。芯体8是使由磁性体构成的箔带(带状)的非晶金属以宽度逐渐改变的方式层叠，从轴心起在直径方向上层叠而成的层叠芯体。芯体8的形状是直径方向截面为大致梯形的大致柱体形状，以旋转轴向的端面作为磁通面与转子面相对。另外，芯体8的形状不限于此，也可以是在旋转轴向上直径变化的大致锥台形状，直径方向截面也可以是圆或椭圆等各种形状。另外，芯体8也可以使箔带或薄钢板在旋转方向上层叠，也可以用粉体成形而成。

线轴7由树脂等绝缘材料构成的、具有与芯体8的外周形状大致一致的内周形状的筒状体构成。在由筒状体构成的线轴7的轴向两端部附近，具有在旋转方向和直径方向上延伸规定宽度的凸缘部7a。突起7b在树脂模塑时使磁芯构件6环状配置时，与相邻的磁芯构件6的突起7在旋转方向和/或轴向上抵接，进行磁芯构件6的定位。另外，因为相邻的突起7b之间抵接，由此确保了在相邻的磁芯构件6的线圈之间的空隙10中填充的模塑树脂的流路。另外，也可以不设置突起7b，而是使用按规定间隔对磁芯构件6定位的其他单元。将芯体8插入线轴7，在轴向的两个凸缘7a之间卷绕由铝或铜构成的线圈9，由此构成磁芯构件6。

此处，在线轴7上卷绕的线圈9的层数，在两个凸缘部7a之间并不一定数量相同。这是在其他磁芯构件6中，卷绕起点线圈末端9s、和卷绕终点线圈末端9e的引出线在轴向上成为同一侧(输出轴侧或输出轴相反侧)的要求。例如，能够全面考虑线轴7的线圈卷绕区域的长度、线圈9的线径和卷绕层数及次数、以及卷绕起点和卷绕结束端的引出方向，决定线轴尺寸、线圈直径和级数，但是在输出方面、制造上的尺寸变化成本的方面和电枢的小型化等方面，难以使线圈直径和卷绕级数等总是一致。

因此，为了防止线圈9在最外层的途中达到预定卷绕的线圈量，卷绕终点线圈末端9e到引出线口残留有距离，在途中折回向回卷绕，以使最外层的卷绕终点线圈末端9e与引出线口的位置一致。

图4(a)中示意性地示出了使磁芯构件6环状排列时的纵截面。

如该图所示，线圈的外周侧的两级偏向一方的凸缘部7a一侧地卷绕。图4(b)示出了使线圈单纯地顺序卷绕时的比较例。其示出了因为与线圈的卷绕量的关系而在最外周的卷绕终点位置和输出轴侧的凸缘部7a残留有距离的状态。即，从输出轴侧的凸缘部7a起卷绕卷绕起点线圈末端9s，当第一级卷绕至输出轴相反侧的凸缘部7a时，再次向输出轴侧的凸缘部7a向回卷绕，对此反复进行直至卷绕终点线圈末端9e。该情况下，线圈末端9e在第6层的途中成为预定卷绕量，不能到达在输出轴侧的凸缘部7a设置的引出线口。

与此相对，本实施例中，如图4(c)所示地在第五层的途中折回，在与卷绕起点线圈末端9s相同一侧的凸缘部7a卷绕线圈卷绕结束端9e。即，将第五层的一部分作为第六层卷绕。

结果，层数越少，与相邻的线圈9的空隙10更大，相反更小。在树脂模塑工序中，(主要)从旋转轴向(图中的上下方向)对该空隙10填充树脂时，存在树脂不能充分遍及空隙10小的部分的可能性，在强度和绝缘性上残留有课题。特别是，线圈之间的空隙10小的部分，与大的部分相比对于绝缘性和强度的影响也较大，可以认为将树脂充分填充至该部分的必要性较高。

另外，作为确保相邻的线圈9之间的树脂流路的方法，也能够通过使线轴7在轴向上延长以使卷绕级数减少、或者减少线圈9的卷绕量而实现，但是残留有确保小型化(包括扁平性)和输出功率降低等课题。

于是，本实施例的特征之一在于，在轴向一侧和轴向另一侧使线圈的卷绕级数不同的磁芯构件，以卷绕级数多的线圈与卷绕级数少的线圈相对的方式，交替地配置这一点。

图5中示出了本实施例的相邻的磁芯构件6的部分纵截面图。第一磁芯构件6a的线圈9的卷绕层数在输出轴侧较多，第二磁芯构件6b的线圈9的卷绕层数在输出轴相反侧较多。这样，在相邻的磁芯构件，使卷绕层数多的线圈、与卷绕层数少的线圈相对地配置，由此能够确保相邻的线圈之间形成的空隙10的宽度充分并且大致均匀。

另外，从该图可知，第一磁芯构件6a和第二磁芯构件6b中，卷绕起点线圈末端9s和卷绕终点线圈末端9e的引出方向都是输出轴一侧，这一点也是特征之一。例如，通过使第一磁芯构件6a的方向在轴向上颠倒，使卷绕层数多的线圈与少的线圈相对，能够确保充分并且均匀的宽度的空隙10，但是该情况下，一方的线圈卷绕起点和卷绕结束端的引出方向也变得相反(输出轴相反侧)。线圈引出方向相同时，在电动机1的组装性的方面是优选的。

图6(a)中示出了第一磁芯构件6a的线圈卷绕流程。首先，从输出轴侧线轴凸缘部7a的根部附近起，开始卷绕线圈卷绕起始端9s。直到第四层，都在两个凸缘部7a的根部附近折回向回卷绕，从第五层的途中折回，在设置了引出线口的输出轴侧的凸缘部7a上卷绕。即在奇数层(第五层)开始折回。

图6(b)中示出了第二磁芯构件6a的线圈卷绕流程。首先，与第一磁芯构件6a同样，从输出轴侧的线轴凸缘部7a的根部附近起开始卷绕线圈卷绕起始端9s。直到第三层都同样地卷绕线圈，但是第二磁芯构件6b中，在第四层的途中向输出轴相反侧的凸缘部7a折回，之后，反复途中折回的卷绕直至第六层。之后，将第六层的线圈卷绕至第五层卷绕的线圈附近时，作为第五层卷绕一圈，然后，作为第四层卷绕前进至输出轴侧的凸缘部7a。即，第二磁芯构件6b在偶数层(第四层)开始折回。由此，第二磁芯构件6b的线圈卷绕结束端Se的引出线方向也成为输出轴侧。

如上所述，根据实施例1的磁芯构件6，卷绕层数多的线圈在旋转方向上宽度大，相应地卷绕层数少的线圈在旋转方向上宽度小，确保了相邻的线圈组件之间的空隙10的宽度充分并且大致均匀，树脂的流动性提高，填充变得可靠。

另外，根据实施例1的磁芯构件6，相邻的第一磁芯构件6a与第二磁芯构件6b的线圈末端9s和9e的引出方向相同，电动机1的组装性也有所改善。

实施例2

接着说明实施例2。实施例1的磁芯构件6的特征之一在于，与第一磁芯构件6a相邻的第二磁芯构件6b上卷绕的线圈的层数，与第一磁芯构件6a相反这一点。即，第一磁芯构件6a和第二磁芯构件6b都具有大致相同的级数(2级)的阶梯状的外观，具有其成点对称的外观。

与此相对，实施例2的磁芯构件6的特征之一在于，与实施例1同样，相邻的磁芯构件6彼此的轴向的线圈卷绕层数不同，在此之外，第一磁芯构件6c在凸缘部7a的途中折回，之后，以折回线圈部分为起点反复顺序卷绕，与此相对，第二磁芯构件6d在凸缘部7a之间的途中折回后，进而在比该折回部分更接近一方的凸缘部7a一侧折回进行顺序卷绕这一点。结果，例如，第一磁芯构件成大致2级的阶梯状的外观，与此相对，第二磁芯构件成大致3级的阶梯状的外观形状，相邻的磁芯构件成非对称的外观。

图7示出了实施例2的第一磁芯构件6c、和第二磁芯构件6d的纵截面形状。其中，实施例2中同样地，卷绕的线圈直径和次数也与实施例1相同，线圈9的引出方向也是相同的方向(输出轴侧或输出轴相反侧)。

本实施例中，相对于相邻的凸缘部7a之间的宽度Wa，从第一磁芯构件6c的最外层(第六层)线圈的外周直到第二磁芯构件6d的中间级(第四层)的宽度Wc更大。即空隙10中，相邻线圈之间的宽度最狭小的部分，比主要的树脂流入口的Wa更宽，充分确保了树脂的流入通路。

图8中示出了第一磁芯构件6c的线圈卷绕顺序。第一磁芯构件6c从输出轴侧的凸缘部7a附近起开始卷绕线圈卷绕起始端9s形成第一层，在输出相反侧端部的凸缘部7a附近折回并顺序卷绕构成第二层。之后，在第三层的途中折回，然后，以第三层的折回线圈为基准，反复顺序卷绕直至第六层。第六层最后在第二～五层的输出轴侧顺次卷绕，引出线圈卷绕结束端。图9中示出了第一磁芯构件6c的外观立体图。其成为由6层部和2层部构成的大致2级结构的外观。

另外，第二层的线圈卷绕至输出轴侧的凸缘部7a(直至卷绕起点线圈末端9s与第一层第二圈之间)时，第三层的线圈从输出轴侧的凸缘部7a起卷绕至第二层的第二和第三线圈之间，这之后的层也在每次折回时从输出轴侧的凸缘部7a起向输出轴相反侧卷绕一圈。

由此，不会发生凸缘部7a因卷绕线圈而在轴向上被推压的情况，能够防止凸缘部7a向轴向的弯曲或破损。另外，因为在凸缘部7a上的芯体8附近形成引出卷绕终点线圈末端9e的引出线口，所以能够将卷绕终点线圈末端导向比较难以对引出线和引出线口施加线圈张力的负荷的位置。

图10中示出了第二磁芯构件6d的线圈卷绕顺序。第二磁芯构件6d从输出轴侧的凸缘部7a起卷绕线圈卷绕起始端，形成第一层。在第二层的途中，折回并顺序卷绕形成第三层。在第四层，在比第二层的折回点更接近输出轴相反侧的凸缘部7a的位置折回并顺序卷绕从而形成第五层。之后，第六层最后以形成各层的最外周的方式卷绕，从第二层的输出轴侧凸缘部7a引出卷绕终点线圈末端。图11中示出了第二磁芯构件6d的外观立体图。其成为由6层部、4层部和2层部构成的大致3级结构的外观。

图12中示意性地示出了相邻的第一和第二磁芯构件之间的空隙10的截面。因为第二磁芯构件6d的线圈部分以3级阶梯状逐渐变宽，所以能够期待更加有助于更顺畅地引导在轴向上流入的树脂的流，在空隙10中无缝隙地填充树脂。图13中示意性地示出了使第一磁芯构件6c、与第二磁芯构件6d相邻配置的情况下的配置方式。

另外，可以认为实施例2是使相邻的磁芯构件的线圈如实施例1所示地成点对称时，在空隙10的轴向中央附近，芯体相互部分接触或者空隙10明显狭小的卷绕量时也有效的结构。另一方面，能够抑制线圈组件的轴向中央附近的线圈卷绕宽度，不会发生线圈之间接触等情况，能够确保充分的宽度的树脂流路。

以上说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于上述结构，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种设计变更。例如，为了磁芯构件的定位等而在线轴7上设置了凸缘部7a，但只要能够使用对于树脂模塑的填充压力能够保持磁芯构件的其他单元，就不是必须的结构。

另外，上述实施例中，按照线圈的引出线在输出轴侧进行了说明，但也可以是输出轴相反侧。

附图标记说明

1…轴向间隙型电动机，2…定子，3…转子，4…轴，5…壳体，6…磁芯构件，6a、6c…第一磁芯构件，6b、6d…第二磁芯构件，7…线轴，7a…凸缘部，7b…突起，8…芯体，9…线圈，9s…卷绕起点线圈末端，9e…卷绕终点线圈末端，10…空隙，20…模塑树脂。

Claims (8)

1.一种具有由模塑材料模塑多个磁芯构件而构成的定子和转子的轴向间隙型旋转电机，其中，所述多个磁芯构件的每一个具有卷绕了外周侧的线圈匝数比内周侧少的线圈的芯体，并以旋转轴为中心与相邻的磁芯构件隔着规定的空隙配置成环状，所述转子与所述芯体的轴向端面隔着规定的间隙相对，所述轴向间隙型旋转电机的特征在于：

所述磁芯构件包括：

轴向上的一侧的线圈卷绕层数多于另一侧的卷绕层数的第一磁芯构件；和

轴向上的一侧的线圈卷绕层数少于另一侧的卷绕层数的第二磁芯构件，

在所述定子中，以第一磁芯构件的卷绕层数多的一侧的线圈与第二磁芯构件的卷绕层数少的一侧的线圈相对的方式，所述第一磁芯构件与第二磁芯构件交替地配置。

2.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述第二磁芯构件的线圈的卷绕层数在轴向上逐渐增加。

3.如权利要求2所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述线圈的卷绕层数是以连续的至少2以上的层数增加的层数。

4.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

卷绕于所述磁芯构件的线圈的卷绕起始端和卷绕结束端的引出线都在所述旋转轴的输出侧或输出相反侧。

5.如权利要求4所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

在第二磁芯构件中，卷绕于最外层且为偶数层的线圈卷绕在之前卷绕的所有层的最外周。

6.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述模塑材料是树脂。

7.一种由多个磁芯构件以旋转轴为中心配置成环状而构成的定子，所述磁芯构件包括在旋转轴向上具有磁通面的芯体和以在该芯体的外周侧的匝数比内周侧少的方式卷绕的线圈，所述定子的特征在于：

所述多个磁芯构件包括：

轴向上的一侧的线圈卷绕层数多于另一侧的卷绕层数的第一磁芯构件；和

轴向上的一侧的线圈卷绕层数少于另一侧的卷绕层数的第二磁芯构件，

以第一磁芯构件的卷绕层数多的一侧的线圈与第二磁芯构件的卷绕层数少的一侧的线圈隔着规定的空隙相对的方式，该第一磁芯构件与第二磁芯构件交替地配置，

所述多个磁芯构件由模塑材料模塑成一体。

8.如权利要求7所述的定子，其特征在于：

所述模塑材料是树脂。