CN109643922A - 轴向间隙型旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴向间隙型旋转电机，其具有定子和转子，所述定子是由多个铁芯单元以旋转轴为中心沿壳体内周面呈环状配置而成的，其中所述铁芯单元由铁芯、线圈和绕线架形成，所述转子在旋转轴的径向上隔着规定的间隙与铁芯的端面相面对，所述转子具有圆板状的永磁体和保持永磁体的转子座，其中所述转子座具有在所述永磁体的外周抓持永磁体的端部，转子座的端部的厚度随着向定子侧去而变薄。特别是转子座的端部形成厚度随着向定子侧去而变薄的锥形。此外，转子座的端部形成为在周向上周期性地出现高的部分和低的部分的形状。由此，能够使来自定子的磁通量高效地绕回转子，确保高输出。

Description

轴向间隙型旋转电机

技术领域

本发明涉及轴向间隙型旋转电机。

背景技术

轴向间隙型旋转电机将圆筒状的定子与圆盘状的转子在旋转轴径向上隔着规定的气隙相面对地配置。定子包括沿壳体部内周方向配置的多个铁芯和卷绕于该铁芯的线圈。轴向间隙型旋转电机，由于其产生转矩的间隙面大致与直径的平方成比例地增加，因此，与在径向上具有间隙的机构的径向间隙型相比，被认为是高效率而适合于薄型形状的旋转电机。

特别是以2个转子夹着一个定子的双转子型的轴向间隙型旋转电机能够确保2倍的间隙面积，因此作为能够获得更优异的性能的结构而受到瞩目。

轴向间隙型旋转电机的转子通常由如甜甜圈形状的永磁体和保持该永磁体的部件(转子座)构成。

例如，在专利文献1中显示有利用转子座来保持永磁体31的截面图(图2(a)、图4(a))。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/159332号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

在上述专利文献1中，保持永磁体31的转子座的端部(在外周抓持磁体的部分)具有一定的厚度，按压旋转时的永磁体31。

但是，存在感应电动机的IE3能效限制的影响，而且，还存在提高旋转电机的效率的需求。

因此，期望高效高且损失少的轴向间隙型旋转电机。

用于解决问题的方式

本发明的轴向间隙型旋转电机优选具有定子和转子，定子是由多个铁芯单元以旋转轴为中心沿壳体内周面呈环状配置而构成的，其中铁芯单元由铁芯、线圈和绕线架形成，转子在旋转轴径向上隔着规定的间隙与铁芯的端面相面对，转子具有圆板状的永磁体和保持所述永磁体的转子座，其中转子座通过具有在永磁体的外周抓持永磁体的端部来保持永磁体，转子座的端部的厚度随着向定子侧去而变薄。

发明的效果

根据本发明，能够提供可使来自定子的磁通量高效地绕回到转子从而确保高输出的轴向间隙型旋转电机。

附图说明

图1A是实施方式1的轴向间隙型旋转电机的概略结构图(其一)。

图1B是实施方式1的轴向间隙型旋转电机的概略结构图(其二)。

图2是一般的轴向间隙型旋转电机的转子的立体图。

图3是表示转子中的永磁体的配置例的立体图。

图4A是现有技术的轴向间隙型旋转电机的转子的截面的主要部分放大图(其一)。

图4B是现有技术的轴向间隙型旋转电机的转子的截面的主要部分放大图(其二)。

图5是表示来自转子的永磁体的磁通量的情形的截面图。

图6A是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(锥形，其一)。

图6B是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(锥形，其二)。

图7A是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(锥形，其三)。

图7B是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(锥形，其四)。

图8A是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(阶梯状，其一)。

图8B是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(阶梯状，其二)。

图9A是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(阶梯状，其三)。

图9B是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(阶梯状，其四)。

图10A是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(梳齿形，其一)。

图10B是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(梳齿形，其二)。

图11A是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(R面形，其一)。

图11B是表示实施方式1的转子座的端部的形状的截面图(R面形，其二)。

图12A是表示实施方式2的转子座的端部的形状的转子的侧面图(其一)。

图12B是表示实施方式2的转子座的端部的形状的转子的侧面图(其二)。

图12C是表示实施方式2的转子座的端部的形状的转子的侧面图(其三)。

具体实施方式

以下，使用图1A至图12C说明应用本发明的各实施方式。

实施方式1

以下，使用图1A至图11B说明应用本发明的实施方式1。

首先，使用图1A和图1B对实施方式1的轴向间隙型旋转电机的整体结构进行说明。

图1A的截面图表示实施方式1的双转子型轴向间隙型永磁体同步电动机1(以下，有时简称为“电动机1”。)的概略结构。

电动机1如图1A所示，圆盘状的2个转子30以在旋转轴径向上隔着规定的气隙夹着沿壳体50的内周面配置的甜甜圈形状的定子19的方式，彼此相面对地配置。

转子30的圆盘中央与旋转轴40相固定。而且，旋转轴40贯通定子19的中央部分地配置，两个端部经由轴承70可旋转地固定于端部支架60。此外，端部支架60固定在大致圆筒形的壳体50的两个开口端部附近。

进一步，转子30为在圆形的转子座33设置有永磁体31，且转子座33保持永磁体31的结构。永磁体31包括由以旋转轴40方向为中心的大致扇形的形状构成的多个平板状的磁体，在旋转方向上配置不同极性的磁体。另外，永磁体31使用铁素体，但并不限定于此。

电动机1的电枢结构如图1B的立体图所示。定子19由以旋转轴心A为中心方向沿壳体50的内周配置的12个铁芯单元20构成。一个铁芯单元20构成1个槽。此外，铁芯单元20彼此之间和壳体50的内周面利用树脂模塑而相互地一体成形，固定于定子。

接着，使用图2对转子的结构进行说明。

如图2所示，转子30由永磁体31、保持该永磁体31的筒型形状的转子座33构成。转子座33通常为以铁为主成分的磁性体。永磁体31为环状的圆板，如图3所示，N极与S极相交叉地与轴向平行地被磁化。此处，永磁体31与定子19的铁芯单元20的铁芯21在旋转轴方向上相对，夹着气隙平行地相对。这就是之所以称为“轴向间隙型”的原因。另外，本实施方式以具有一个定子19和二个转子30的轴向间隙型旋转电机的结构为例进行说明，但也能够应用于一个定子19与一个转子30的组合、一个转子30与二个定子19的组合。定子19的铁芯单元20具有扇型截面，由铁芯21、线圈23以及保持它们的绕线架22构成，由于轴向间隙旋转电机的输出转矩和转子磁体与定子铁芯的相对面积的大小存在关系，所以期望使该面积尽量大。此外，输出转矩和转子磁体与定子铁芯的相对距离(间隙长度)也存在关系，所以期望该间隙长度越短越好。

接着，使用图4A至图5对现有技术中的轴向间隙型旋转电机进行说明。

现有技术中的轴向间隙型旋转电机的转子30的转子座33的外周的端部34的形状如图4A、图4B所示，具有一定的宽度的端部34保持着永磁体31。另外，图4A表示端部上端35未达到永磁体31的上端面的例子，图4B表示端部上端35达到永磁体31的上端面的例子。

来自转子30的永磁体31的磁通量Φ如图5所示，形成转子30的永磁体31的N极达到S极那样的磁通量Φ的循环路径。接着，通过将卷绕于定子19的铁芯单元20的铁芯21的线圈23通电，并将铁芯21的磁极切换N极、S极，使得与转子30侧的永磁体31之间产生吸力和斥力，从而使转子30旋转，这是轴向间隙型旋转电机的原理。

此处，关于来自永磁体31的磁通量Φ，由于作为磁性体的转子座33的外周的端部34具有一定的厚度，所以存在产生磁通量的短路，旋转电机的效率下降的问题。此外，在转子座33的外周的端部34产生涡电流i，存在由于涡电流损失而使旋转电机的效率下降的问题。

接着，使用图6A至图11B对实施方式1的转子座的端部的形状进行说明。

在本实施方式中，为了解决现有技术中的旋转电机的效率的下降的问题，如图6A、图6B所示，将转子座33的外周的端部34设置成使其定子19侧变细的锥形。图6A表示端部上端35未达到永磁体31的上端面的例子，图6B是端部上端35达到永磁体31的上端面的例子。此外，也可以如图7A、图7B所示那样为没有端部上端35的形状。

此外，如图8A、图8B所示，端部34为在定子19侧形成低的台阶且有两级的阶梯状，或者，如图9A、图9B所示，端部34也可以为定子19侧形成低的台阶且有两级以上的级数的阶梯状。

此外，也可以如图10A、图10B所示那样，端部34为梳齿形。

进一步，还可以如图11A、图11B所示那样，端部34为R(弧形)面。图11A表示在朝下形成凸的R面的情况下，图11B表示朝上形成凸的R面的情况。

如上所述，根据本实施方式，通过形成为转子座33的外周的端部34的径向厚度随着向定子去而变薄的形状，能够缓和在转子座33牢固地抓持永磁体31时来自永磁体31的磁通量Φ的磁流由于端部34而短路或产生涡电流的现象，避免旋转电机的效率的下降。

实施方式2

以下，使用图12A至图12C说明应用本发明的实施方式2。

在本实施方式中，令转子座33的端部34如图12A、图12B所示，特征之一在于交替设置有高的部分36和低的部分37的结构。由此，与令端部34全部为一样的高度时相比较，能够缓和在转子座33牢固地抓持永磁体31时来自永磁体31的磁通量Φ的磁流由于端部34而短路或产生涡电流的现象，避免旋转电机的效率的下降。此处，图12A、图12B表示了高的部分36与低的部分37的宽度和间隔不同的例子。

此外，也可以如图12C所示那样，将转子座33的端部34的低的部分37以描绘圆滑的曲线的方式形成。

附图标记的说明

1……电动机，19……定子，20……铁芯单元，21……铁芯，22……绕线架，23……线圈，30……转子，31……永磁体，33……转子座，34……端部，35……端部上端，36……高的部分，37……低的部分，40……旋转轴，50……壳体，60……端部支架，70……轴承。

Claims (9)

1.一种轴向间隙型旋转电机，其具有定子和转子，所述定子是由多个铁芯单元以旋转轴为中心沿壳体内周面呈环状配置而构成的，其中所述铁芯单元由铁芯、线圈和绕线架形成，所述转子在旋转轴径向上隔着规定的间隙与所述铁芯的端面相面对，该轴向间隙型旋转电机的特征在于：

所述转子具有圆板状的永磁体和保持所述永磁体的转子座，其中所述转子座通过具有在所述永磁体的外周抓持所述永磁体的端部来保持所述永磁体，

所述转子座的端部的厚度随着向所述定子侧去而变薄。

2.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述转子座的端部上端达到所述永磁体的上端面。

3.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述转子座的端部上端没有达到所述永磁体的上端面。

4.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述转子座的端部为厚度随着向所述定子侧去而变薄的锥形。

5.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述转子座的端部形成为在所述定子侧具有低的台阶的阶梯状。

6.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述转子座的端部形成为厚度周期性地变小的形状。

7.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述转子座的端部形成为厚度随着向定子侧去而变薄的弧形。

8.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述转子座的端部形成为在周向上周期性地出现高的部分和低的部分的形状。

9.如权利要求8所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：

所述转子座的端部的低的部分形成为曲线状。