CN112703661A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

轴向间隙型电机设置有：定子；以及转子，其布置成在轴向上与定子相对。转子设置有环形的转子轭和多个磁体，该多个磁体沿周向以预定间隔布置成使得磁极交替不同，并且该多个磁体与转子轭的一个表面接触。前述一个表面包括多个面对区域和非面对区域，该多个面对区域面对并且接触多个磁体，非面对区域不面对多个磁体。非面对区域包括局部区域，每个局部区域位于多个面对区域中沿周向彼此相邻的一对面对区域之间，并且局部区域形成为相对于面对区域沿轴向凹陷的凹部。

Description

旋转电机

技术领域

本公开涉及一种旋转电机。

本申请要求于2018年9月18日提交的日本专利申请No.2018-173510的优先权，该日本专利申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

近年来，具有薄尺寸并且提供高转矩(扭矩)的轴向间隙型电机受到关注。

在轴向间隙型电机中，在转子与定子之间沿轴向设置有间隙(例如，参见非专利文献1)。

引文列表

[非专利文献]

非专利文献1：Asako Watanabe等人，“Thin and High-Torque Axial Gap MotorUsing Soft Magnetic Powder Cores”，January 2018,SEI technical review,No.192,pp.119-125。

发明内容

根据实施例的旋转电机包括：定子；以及转子，该转子设置成在轴向上与定子相对。转子包括：环形的转子轭；以及多个磁体，该多个磁体设置成与转子轭的一个表面接触，从而沿周向以预定间隔布置，并且多个磁体的磁极交替不同。一个表面包括多个面对区域和非面对区域，该多个面对区域面对并且接触多个磁体，该非面对区域不面对多个磁体。非面对区域包括局部区域，每个局部区域位于多个面对区域中沿周向彼此相邻的一对面对区域之间。局部区域形成为相对于面对区域沿轴向凹陷的凹部。

附图说明

[图1]图1是示出根据实施例的轴向间隙型电机的结构的透视图。

[图2]图2是根据第一实施例的主体部的外部视图。

[图3]图3是根据第一实施例的转子轭的外部视图。

[图4]图4是从轴向正视的转子轭的一个表面的视图。

[图5]图5是轴向间隙型电机的局部截面图。

[图6]图6是图5中特定部分的放大图。

[图7]图7是根据第二实施例的轴向间隙型电机的局部截面图。

[图8]图8是常规轴向间隙型电机中使用的转子的透视图。

[图9]图9是示出了常规轴向间隙型电机的一部分的截面图。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

轴向间隙型电机的结构包括双定子结构和单定子结构，该双定子结构中的定子设置在转子沿轴向的两侧，该单定子结构中的定子仅设置在转子沿轴向的一侧。

图8是常规轴向间隙型电机中使用的转子的透视图。

在图8中，用于单定子结构的转子100包括具有多个磁体102的环形主体部101，以及同心固定至主体部101的环形转子轭103。

多个磁体102通过由非磁性材料制成的保持构件104保持，因此形成环形主体部101。多个磁体102沿周向以预定间隔布置，并且多个磁体102的磁极交替不同。

转子轭103在其一个表面103a与主体部101接触的情况下被固定。

图9是示出常规轴向间隙型电机的一部分的截面图。在图9中，箭头指示流动通过各个部分的磁通量。

如图9所示，转子100设置成与作为铁芯的齿部105在轴向上相对，这些齿部105设置成在定子上突出并且缠绕有线圈。

沿周向以预定间隔布置的多个磁体102a、102b和插在多个磁体102a、102b之间的保持构件104与转子轭103的一个表面103a接触。

因此，转子轭103的一个表面103a具有面对并且接触磁体102a、102b的面对区域106a、106b，以及面对并且接触保持构件104而不面对磁体102a、102b的非面对区域107。

在图9中，来自磁体102a的磁通量从作为N极的磁体102a的磁极表面102a1通过转子轭103流向作为S极的磁体102b的磁极表面102b1。

从磁体102a到磁体102b的磁通量的流动变成作为穿透缠绕齿部105的线圈的磁通量的磁通链。

磁通链影响轴向间隙型电机的输出转矩。即，磁通链越大，轴向间隙型电机的输出转矩越大。

然而，存在这样的情况：在磁体102a的侧表面102a2与非面对区域107之间以及磁体102a的侧表面102b2与非面对区域107之间发生磁短路，因此，如图9所示，从磁极表面102a1向转子轭103给予的磁通量在到达磁体102b侧之前从非面对区域107流向侧表面102a2，或者从磁体102b朝向齿部105流动的磁通量从侧表面102b2流向非面对区域107。

当发生这种磁短路时，磁通链减少，因此导致电机的输出转矩降低。

本公开是鉴于上述情况而完成的，并且本公开的目的在于提供一种能够提高输出的旋转电机。

[本公开的效果]

本公开使得可以提高输出。

首先，列出并且描述各实施例的内容。

[实施例的概要]

(1)根据实施例的旋转电机包括：定子；以及转子，该转子设置成在轴向上与定子相对。转子包括环形的转子轭，以及多个磁体，该多个磁体设置成与转子轭的一个表面接触，从而沿周向以预定间隔布置，并且多个磁体的磁极交替不同。一个表面包括多个面对区域和非面对区域，该多个面对区域面对并且接触多个磁体，该非面对区域不面对多个磁体。非面对区域包括局部区域，每个局部位于多个面对区域中沿周向彼此相邻的一对面对区域之间。局部区域形成为相对于面对区域沿轴向凹陷的凹部。

在具有上述构造的旋转电机中，在转子轭的一个表面上，非面对区域的在沿周向彼此相邻的一对面对区域之间的局部区域形成为凹部。因此，与常规示例中不存在凹部的情况相比，可以使非面对区域中的转子轭表面与接触一对面对区域的一对磁体更加间隔开。因此，可以增加非面对区域的转子轭表面与一对磁体之间的磁阻。

因此，可以抑制在非面对区域中的转子轭表面与一对磁体发生磁短路，并且可以抑制由于短路而导致的磁通链的减少。结果，可以产生更大量的磁通链，因而可以增加旋转电机的输出。

(2)在上述旋转电机中，凹部的在一对面对区域之间的范围内的截面形状为这样的形状：该凹部的开口边缘和底部通过曲面连接。

在这种情况下，在凹部中，抑制了从开口边缘到底部的侧壁部与底部之间的距离缩短，并且因此可以抑制凹部内发生磁短路。

(3)在上述旋转电机中，凹部的由一对面对区域的边缘形成的开口边缘可以位于多个磁体中的与一对面对区域接触的一对磁体的磁极表面上。

在这种情况下，可以使凹部的开口宽度大于沿周向彼此相邻的一对磁体之间的预定间隔，并且因此可以设置凹部以确保在周向上包括非面对区域。

(4)在上述旋转电机中，凹部可以在一个表面上从内周向边缘延伸至外周向边缘。

在这种情况下，当设置凹部时，至少不必对凹部沿径向的位置进行调节等，使得变得易于设置凹部。

在上述旋转电机中，定子可以具有由表面涂覆有绝缘膜的软磁粉末的加压成型体形成的定子芯。

[各实施例的细节]

以下，将参照附图描述优选实施例。

下文描述的实施例的至少一些部分可以根据期望组合在一起。

[轴向间隙型电机的结构]

图1是示出根据本实施例的轴向间隙型电机的结构的透视图。在图1中，该结构的一部分未示出，以用来示出内部结构。

在图1中，轴向间隙型电机1是这样的电机：在转子和定子之间沿轴向设置有间隙，并且包括圆盘形的转子2、定子4以及容纳转子2和定子4的壳体6，因此具有单定子结构。

在图1中，未示出插入壳体6的孔部6a中并且相对于壳体6设置为可旋转的旋转轴。应注意的是，轴向是平行于旋转轴的轴心S的方向。

转子2具有环形形状并且固定至旋转轴(未示出)以便与旋转轴一体旋转。

转子2包括具有多个磁体8的环形主体部7，以及同心固定至主体部7的环形转子轭9。

将在后面详细描述转子2。

定子4设置成与转子2的一个表面2a相对，并且在定子4和一个表面2a之间沿轴向设置有间隙。定子4为环形形状并且与转子2同心设置。定子4固定于壳体6的盖10。因此，转子2和定子4构造成可相对于彼此旋转。

定子4包括定子芯20和多个线圈24，该多个线圈24缠绕在定子芯20所具有的多个齿部22上。

定子芯20由软磁粉芯形成。软磁粉芯是表面涂覆有绝缘膜的软磁粉末的加压成型体。

缠绕有线圈24的多个齿部22的端面22a与转子2的一个表面2a相对。在多个齿部22的端面22a与转子2的一个表面2a之间形成有间隙。

[根据第一实施例的转子]

如上所述，转子2包括主体部7和转子轭9。

图2是主体部7的外部视图。

如图2所示，主体部7形成为具有供旋转轴插入的孔部7c的环形板状。例如，多个磁体8由诸如奥氏体不锈钢等非磁性材料制成的保持构件11保持。

使用钕粘结磁体、钕烧结磁体等作为多个磁体8。用作磁体8的材料优选满足磁体8的剩余磁化强度(Br)为0.7T(特斯拉)以上的条件。

多个磁体8均形成为板状。多个磁体8中的每一个的一个表面8a和另一表面8b分别露出在主体部的一个表面7a和另一表面7b上。多个磁体8中的每一个的外形是具有小直径圆弧和大直径圆弧的扇形。

多个磁体8沿周向布置成环形。

多个磁体8中的每一个的一个表面8a和另一表面8b是磁极表面。在多个磁体8中，彼此相邻的磁体8布置成使得磁体8的一个表面8a(另一表面8b)的磁极彼此不同。即，多个磁体8的一个表面8a(另一表面8b)的磁极沿周向交替不同。

保持构件11包括：环形部11a；多个柱部11b，其从环形部11a沿径向向外放射状地延伸；以及外周保持部11c，其设置在多个柱部11b的端部处。

环形部11a与多个磁体8的内周表面接触。柱部11b插在沿周向相邻的磁体8之间，并且柱部11b与多个磁体8的径向侧表面接触。外周保持部11c与多个磁体8的外周表面接触。

这样，保持构件11与多个磁体8的周边接触，因而将多个磁体8保持为环形。

如上所述，转子轭9固定至主体部7的另一表面7b。

图3是转子轭9的外部视图。

例如，转子轭9使用用于机械结构的钢板形成为环形板状。用作转子轭9的材料优选满足这样的条件：该材料为具有相对磁导率为100以上的磁性材料。

转子轭9的内径和外径几乎等于主体部7的内径和外径。

因此，当转子轭9固定至主体部7时，转子轭9的内周表面和外周表面与主体部7的内周表面和外周表面几乎齐平。

转子轭9在其一个表面9a与主体部7的另一表面7b接触的情况下被固定。

如图3所示，转子轭9的一个表面9a包括：多个凹部30，其在一个表面9a上从内周向边缘9a1延伸至外周向边缘9a2；以及多个平面部32，其连接相邻凹部30。

多个凹部30是这样的凹槽：该凹槽相对于平面部32沿轴向凹陷，并且从内周向边缘9a1向外周向边缘9a2放射状地延伸，以便对应于保持构件11的柱部11b。

凹部30的凹槽宽度尺寸与柱部11b的宽度尺寸相同。另外，凹部30沿周向的角度间隔与柱部11b沿周向的角度间隔相同。

转子轭9以多个凹部30与多个柱部11b沿径向的整个范围内彼此匹配的状态固定至主体部7的另一表面7b。

图4是从轴向正视的转子轭9的一个表面9a的视图。

多个凹部30和多个柱部11b设定为沿径向的整个范围内彼此匹配。因此，主体部7的磁体8的另一表面8b与各个平面部32面对并且接触。

磁体8的另一表面8b与平面部32上由虚线阴影表示的多个区域40匹配。因此，区域40形成与多个磁体8的另一表面8b面对并且接触的多个面对区域40。

另一方面，在一个表面9a上的面对区域40以外的区域是不面对多个磁体8的另一表面8b的非面对区域41。

如图4所示，非面对区域41存在于凹部30的整个区域中以及平面部32的内周向边缘和外周向边缘附近。

即，非面对区域41包括位于多个面对区域40中沿周向彼此相邻的成对的面对区域40之间的局部区域。

凹部30设置在非面对区域41的位于沿周向彼此相邻的成对的面对区域40之间的局部区域中。

图5是轴向间隙型电机1的局部截面图，并且示出了垂直于一个柱部11b的截面。图5示出的截面是垂直于图5中的中央处的柱部11b的截面。

如图5所示，在将转子轭9固定于主体部7的状态下，设置在转子轭9的一个表面9a上的多个凹部30与多个柱部11b匹配。

如上所述，转子2设置成与定子4相对，并且在转子2与定子4之间沿轴向设置有间隙。

更具体地，主体部7的一个表面7a(转子2的一个表面2a)和多个齿部22的端面22a彼此相对。

因此，来自磁体8的磁通量穿过缠绕在齿部22上的线圈24，并且成为磁通链。

图6是图5中的特定部分的放大图。图6中的箭头指示流动通过各个部分的磁通量。在图6中，将图纸左侧处的磁体8称作磁体81，并且将图纸右侧处的磁体8称作磁体82。

如上所述，凹部30的凹槽宽度尺寸与柱部11b的宽度尺寸相同。因此，凹部30的一个开口边缘30a与柱部11b和磁体81之间的边界匹配，并且另一开口边缘30a与柱部11b和磁体82之间的边界匹配。

优选地，凹部30的深度尺寸设定为不大于转子轭9的厚度尺寸的50％。

转子轭9的平面部32a与作为磁体81的磁极表面(N极)的另一表面81b接触。平面部32b与作为磁体82的磁极表面(S极)的另一表面82b接触。

在图6中，来自磁体81的磁通量从磁体81的另一表面81b通过转子轭9流动至磁体82的另一表面82b。

从磁体81到磁体82的磁通量的流动变成作为穿透缠绕在齿部22的线圈24的磁通量的磁通链。

在本实施例中，在转子轭9的一个表面9a上，非面对区域41的在沿周向彼此相邻的一对面对区域40(平面部32a、32b)之间的局部区域形成为凹部30。因此，与常规示例中不存在凹部的情况相比，可以使转子轭9的位于非面对区域41的表面(凹部30的内表面)与磁体81的侧表面81c和磁体82的侧表面82c更加间隔开。因此，可以增加转子轭9的位于非面对区域41的表面(凹部30的内表面)与磁体81的侧表面81c(磁体82的侧表面82c)之间的磁阻。

因此，可以抑制转子轭9的位于非面对区域41的表面(凹部30的内表面)、磁体81的侧表面81c(磁体82的侧表面82c)和磁体发生磁短路，并且可以抑制由于短路而导致的磁通链的减少。结果，可以产生更大量的磁通链，由此可以提高轴向间隙型电机1的输出转矩。

如图6所示，凹部30在一对面对区域40(平面部32a、32b)之间的范围内的截面形状为这样的形状：该凹部30的开口边缘30a和底部30b通过曲面连接。

在这种情况下，在凹部30中，抑制了从开口边缘30a到底部30b的侧壁部与底部30b之间的距离缩短，并且因此可以抑制凹部30的内侧发生磁短路。

在本实施例中，凹部30形成为在转子轭9的一个表面9a上从内周向边缘9a1向外周向边缘9a2延伸的凹槽形状。因此，当设置凹部30时，至少不必对凹部30沿径向的位置进行调节等，使得变得易于设置凹部30。

[根据第二实施例的转子]

图7是根据第二实施例的轴向间隙型电机1的局部截面图。

本实施例与第一实施例的不同之处在于，凹部30的一个开口边缘30a位于作为磁体81的磁极表面的另一表面81b上，并且另一个开口边缘30a位于作为磁体82的磁极表面的另一表面82b上。

同样在本实施例中，可以使凹部30的内表面与磁体81(磁体82)更加间隔开，由此可以增加凹部30的内表面与磁体81(磁体82)之间的磁阻。

另外，在这种情况下，可以使凹部30的开口宽度大于沿周向彼此相邻的一对磁体8之间的预定间隔，并且因此可以设置凹部30以确保在周向上包括非面对区域41。

例如，在将凹部30的开口宽度设定为与沿周向彼此相邻的一对磁体8之间的预定间隔几乎相同的尺寸的情况下，由于部件误差、装配误差等，凹部30的开口边缘30a可能会位于柱部11b上，并且这可能成为磁短路的发生的原因。

相反，在本实施例中，设置凹部30以确保在周向上包括非面对区域41。因此，可以抑制如上所述的磁短路的发生，并且可以增加凹部30的内表面与磁体81(磁体82)之间的磁阻。

[评价试验]

下面，将对根据本实施例的轴向间隙型电机1的输出转矩进行的评价试验的结果进行描述。

评价试验如下进行。使用第一实施例的轴向间隙型电机1作为示例产品，并且使用与示例产品的不同之处仅在于转子轭未设置有凹槽部的轴向间隙型电机作为比较例产品。通过CAE模拟来计算示例产品和比较例产品的输出转矩，并且将示例产品和比较例产品的输出转矩彼此进行比较。

从示例产品获得的输出转矩为4.96Nm，并且从比较例产品获得的输出转矩为4.80Nm。

根据上述结果，可以发现的是，本实施例的轴向间隙型电机使得能够增大输出转矩。

[其他]

这里所公开的实施例在所有方面仅仅是说明性的，并且不应认为是限制性的。

例如，在上述实施例中，已示出了作为旋转电机的轴向间隙型电机1的转子轭9上设置凹部30的情况。然而，可以在轴向间隙型发电机的转子轭上设置相同的凹部。在这种情况下，可以提高发电机的输出。

在上述实施例中，已示出了在非面对区域41的位于沿周向彼此相邻的一对面对区域40之间的局部区域中的以凹槽形状设置的凹部30的情况。然而，可以在非面对区域41的在沿周向彼此相邻的一对面对区域40之间的局部区域中并排形成多个凹部。

在上述实施例中，已示出了在转子轭9的一个表面9a上的凹部30设置成从内周向边缘9a1延伸至外周向边缘9a2的情况。然而，凹部30不必延伸至在非面对区域41上的除沿周向彼此相邻的一对面对区域40之间的局部区域以外的区域。因此，凹槽30不必延伸至这样的区域：该区域是除一对面对区域40之间的区域以外的区域，并且该区域存在于转子轭9的一个表面9a上的内周向边缘9a1和外周向边缘9a2的附近。

在上述实施例中，已示出了凹部30的在一对面对区域之间的范围内的截面形状为这样的形状的情况：凹部30的开口边缘30a与底部30b通过曲面连接。然而，凹部30的截面形状可以是诸如矩形形状或多边形形状等其它形状，只要截面形状沿轴向凹陷即可。

本公开的范围通过权利要求的范围限定而不是通过上述描述限定，并且旨在包括与权利要求的范围等同的含义以及该范围内的所有变型。

附图标记列表

1 轴向间隙型电机

2 转子

2a 一个表面

4 定子

6 壳体

6a 孔部

7 主体部

7a 一个表面

7b 另一表面

7c 孔部

8 磁体

8a 一个表面

8b 另一表面

9 转子轭

9a 一个表面

9a1 内周向边缘

9a2 外周向边缘

10 盖

11 保持构件

11a 环形部

11b 柱部

11c 外周保持部

20 定子芯

22 齿部

22a 端面

24 线圈

30 凹部

30a 开口边缘

30b 底部

32、32a、32b 平面部

40 面对区域

41 非面对区域

81 磁体

81b 另一表面

81c 侧表面

82 磁体

82b 另一表面

82c 侧表面

S 轴心。

Claims (5)

1.一种旋转电机，包括：

定子；以及

转子，其设置成在轴向上与所述定子相对，其中，

所述转子包括：

环形的转子轭，以及

多个磁体，其设置成与所述转子轭的一个表面接触，从而沿周向以预定间隔布置，并且所述多个磁体的磁极交替不同，所述一个表面包括多个面对区域和非面对区域，所述多个面对区域面对并且接触所述多个磁体，所述非面对区域不面对所述多个磁体，所述非面对区域包括局部区域，每个局部区域位于所述多个面对区域中沿所述周向彼此相邻的一对面对区域之间，并且

所述局部区域形成为相对于所述面对区域沿所述轴向凹陷的凹部。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述凹部的在所述一对面对区域之间的范围内的截面形状为这样的形状：所述凹部的开口边缘和底部通过曲面连接。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，

所述凹部的由所述一对面对区域的边缘形成的开口边缘位于所述多个磁体中的与所述一对面对区域接触的一对所述磁体的磁极表面上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其中，

所述凹部在所述一个表面上从内周向边缘延伸至外周向边缘。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转电机，其中，

所述定子具有由表面涂覆有绝缘膜的软磁粉末的加压成型体形成的定子芯。

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