CN1630170A - 轴隙马达 - Google Patents

Abstract

一种轴隙马达，其包括可绕它在机箱中的轴转动的转子轴。一个转子固定在该转子轴上以便随其转动。该转子包括多个磁铁。围绕该转子轴在同轴面对该转子的位置上设置一个定子，该定子包括多个线圈。这些转子的磁铁各具有沿着不同于垂直该转子轴的轴的方向延伸的相对极面。

Description

轴隙马达

技术领域

本发明一般地涉及电动机并且尤其涉及轴隙型马达，这种马达包括一个可绕它的轴转动的转子轴，至少一个固定在该转子轴上以随其转动的转子，以及至少一个围绕该转子轴设置并且轴向上和该转子轴隔开的定子。

背景技术

迄今，已经在要求高功率密度和低热生成的动力机领域中提出各种轴隙马达并且进入实际应用。在日本公开专利申请(Tokkaihei)11-187635中示出其中的一种。

为了阐明本发明的任务，在附图10和11的辅助下简单说明一种常规轴隙马达。

如从图10中看出那样，轴隙马达51包括：机箱55，可转动地设置在机箱55内的转子轴52，固定在转子轴52上从而与其转动的环状转子53，以及围绕转子轴52在面对转子53的位置处设置的定子54。使用二个轴向隔开的轴承56以便相对于机箱55可转动地支持转子轴52。转子53包括装配构成一个单元的转子后芯57、12个平板磁铁58和转子芯59。

如从图11理解那样，这十二个平板磁铁58是平板型的并且由转子芯59按使这些平板磁铁58的主平表面构成一个和转子轴52的轴X垂直的虚平面的方式保持。如从图10看出那样，定子54包括装配构成一个单元的定子后芯60、定子芯61以及定子线圈62。如图所示，在定子54和转子53之间存在一个特定间隙63，在转子轴52的一个轴向端部附近，设置一个检测转子轴52的转速(或角位置)的编码器64。机箱55带有水套65，冷却水流过该水套从而冷却马达51。转子后芯57的作用是围绕转子轴52的轴X迂回环形磁通。即，为了操作马达51，通过一组平板磁铁58的环形磁通需要沿着转到圆周方向回转以便通过另一组平板磁铁58并且接着通过定子54。

图11是从定子54和转子53之间的间隙63(见图10)取得的部分转子53的放大图。如图所示，在存在十二个平板磁铁58的情况下，转子53具有十二极，即交替排列的六个北极和六个南极。这些平板磁铁58在它们的主表面上向在定子54和转子53之间限定的间隙63暴露。

发明内容

在上面提到的轴隙马达51中，其输出或功率主要取决于转子53具有的磁性。从而，当需要较高的输出时，必须增加平板磁铁58的数量。但是，由于上面已经解释的平板磁铁58的平布局的特性，增加磁铁58的数量直接造成转子53的尺寸的增大。当然，在这种情况下，轴隙马达51变为庞大。另外，由于它的固有结构，马达51趋于具有均匀的磁阻，从而磁阻转矩的实际使用差。此外，转子后芯57的使用增加了马达51的成本。

因此，本发明的一个目的是提供一种没有上述缺点的轴隙马达。

即，依据本发明，提供一种有效利用磁阻转距并因此在不增大马达尺寸的情况下产生较大的功率的轴隙马达。

依据本发明的第一方面，提供一种轴隙马达，其包括；一个可绕它的轴转动的转子轴；一个固定在该转子轴上以便随其转动的转子，该转子包括多个磁铁；以及一个围绕该转子轴设置在同轴地面对该转子的位置上的定子，该定子包括多个线圈，其中转子的磁铁各具有相反的极面，这些极面沿着不同于垂直于该转子轴的轴的方向延伸。

依据本发明的第二方面，提供一种轴隙马达，其包括：一个机箱；一个可转动地安装在该机箱内的转子轴，该转子轴具有一个它可绕其转动的轴；一个固定在该转子轴上以便随其转动的环状转子，该环状转子包括多个围绕该转子轴的轴等间距排列的磁铁；以及一个围绕该转子轴设置在同轴地面对该环状转子的位置上的环状定子，该环状定子包括多个绕该转子轴的轴按均匀间隔排列的线圈，其中该环状转子的各磁铁为平板型并且每个磁铁的相反极面沿着不同于垂直于该转子轴的轴的方向延伸。

依据本发明的第三方面，提供一种轴隙马达，其包括：一个机箱；一个可转动地安装在该相箱内的转子轴，该转子轴具有一个它可绕其转动的轴；一个固定在该转子轴上以便随其转动的环状转子，该环状转子包括多个绕该转子轴的轴按等间距排列的磁铁；以及围绕该转子轴设置于把该环状转子置于它们中的位置上的第一和第二环状定子，第一和第二环状转子各包括多个围绕该转子轴的轴按均匀间隔排列的线圈，其中该环状转子的各磁铁为平板型，并且每个磁铁的相反极面沿着不同于垂直于该转子轴的轴的方向延伸。

附图说明

图1是单转子单定子型轴隙马达的剖视图，该马达是本发明的第一实施例；

图2是单转子双定子型轴隙马达的剖视图，该马达是本发明的第二实施例；

图3A和3B示出可在本发明中采用的转子的一个例子，图3A是该转子的正视图而图3B是该转子的透视图；

图4A和4B分别示出常规转子和图3B的转子；

图5A和5B类似于图4A和4B，但它们各示出转子的磁铁和定子芯之间的位置关系；

图6是可在本发明中采用的转子的第一改型的正视图；

图7是可在本发明中采用的转子的第二改型的透视图；

图8是对其实际施加图7的转子第二改型的单转子单定子型轴隙马达的展开纵剖图；

图9是对其实际施加转子第三改型的单转子双定子型轴隙马达的展开纵剖图；

图10是常规轴隙马达的剖视图；以及

图11是常规轴隙马达中采用的转子的放大的部分平面图。

具体实施方式

下面，参照各附图说明本发明的各实施例。

为了解便于理解，在下面的解释中使用各种方向术语、例如，左、右、上、下、向右等等。但是，这些术语被理解成是相对于其上示出相应部分或部件的附图的。

参照图1，其中以剖视形式示出本发明的第一实施例的单转子单定子型轴隙马达100。

该第一实施例的轴隙马达100包括：机箱5，可转动地安装在机箱5内的转子轴2，同心地设置在转子轴2上以便随其转动的环状转子3，以及同心地排列在转子轴52周围位于同轴地面对转子3的位置上的定子4。

如图所示，二个轴承6保持在机箱5的轴向隔开的位置上以便相对于机箱5可转动地支持转子轴2。

环状转子3包括装配组成一个单元的转子环7、十二个磁铁8和转子芯9。转子芯9由压制铁粉制成，磁性可以穿透它。后面会说明环状转子3的细节。

定子4包括装配构成一个单元的定子后芯10、定子芯11和定子线圈12。

定子后芯10排列成把定子芯11固定在机箱5上并且用于绕转子轴2的轴X迂回定子芯11的环形磁通。

在定子芯11周缘上的等间距部分排列各个定子线圈12。

如图所示，在定子4和转子3之间存在着特定的间隙13。

在转子轴2的右侧轴端附近，设置一个检测转子轴2的转速(或角位置)的编码器14。

机箱5带有水套15，冷却水流过该水套以便冷却整个马达100结构。

在该第一实施例子轴隙马达100中，环状转子3具有如在下面说明的独特结构。

如从图3A和3B，尤其从图3B，看出那样，在环状转子3中，每个由转子环7以及转子芯9保持的磁铁8为平长方板形状。

如从图3B最佳理解那样，围绕转子轴2的轴X按均匀间距排列十二个平板磁铁8，从而把环状转子3的整个结构构形成象一个水轮。即，在装配好的状态下，每个磁铁8的二个相对的主平表面8a和8b(或极面)垂直于一个虚平面(未示出)，该虚平面垂直于转子轴2的轴X。换言之，磁铁8的主平表面8a和8b垂直于基本由间隙13限定的一个虚平面。

此外，在该示出的例子中，二个相邻的磁铁8全部按N-S(北南)位置相反的方式排列。即，如图所示，相邻的二个磁铁8全部排列成主表面相互面对(或极面相互面对)的方式，从而具有相同的极性，例如分别为N极或者分别为S极。

如从图3B中看出，在运行中，产生各自通过相应磁铁8从北极流到南极的磁通。

请注意在图3B的环状转子3中，每个平板磁铁8具有二个相反的主表面8a和8b。

从下面结合图4A和4B以及图5A和5B的说明，该第一实施例100中采用的环状转子3的优点将变得清楚。

现在就它们的尺寸研究图4A的转子53以及图4B的转子3。

图4A示出前面提到的图11的相关技术的结构而图4B示出第一

实施例100的结构。

假定图4A的转子53的尺寸是转子芯59的外径r1和内径r2分别为100mm和25mm，并且每一平板磁铁58具有约为1472mm²的面积A1。同时，如果需要图4B的转子3具有和图4A的转子53相同的磁性，从下面公式算出转子3的每个平板磁铁8的轴向长度L1约为9.8mm：

L1＝A1/2(r1-r2)                 (1)

即，通过最多按9.8mm增加轴隙马达100的整个结构的轴向长度，第一实施例的马达100可显示出和图10的轴隙马达51同样的磁量。

现在，参照图5A和5B研究具有转子53的常规马达51以及具有转子3的马达100所产生的转矩。

图5A示出转子53的每块磁铁58和定子54的定子芯61(见图11)之间的位置关系，而图5B示出定子3的每块磁铁8和定子4的定子芯11(见图1)之间的位置关系。

在图5A中示出的常规位置关系中，磁通(见图10)从定子54穿过垂直面对的平板磁铁58向着转子53轴向地流动并且构成环形磁通。在这种常规关系下，定子芯61的各元件之间限定的空间面对着平板磁铁58的极面，从而间隙63不具有任何Q轴磁通穿过其中的部分，这样，常规轴隙马达51难以产生磁阻转矩。而在图5B中示出的独特位置关系中，定子4的定子芯11具有二组(即第一和第二组)定子芯11的成对元件，其中第一组成对元件和一块磁铁8结合在一起，而第二组成对元件和转子芯9的置于二个相邻磁铁8之间的部分结合在一起。如周知那样，该第一组可产生磁转矩而该第二组可产生磁阻转矩。

图6示出第一实施例的轴隙马达100中采用的环状转子3的第一改型3A。如从该图看出那样，在该改型下，每个磁铁8A包括二个其径向内端汇合在一起的互相成角度的长方板部分。这样，每个磁铁8A具有大致成V形的横截面。

如图所示，当装配时，在使每个磁铁8A的二个长方板部分的接合成一体的底部朝向转子轴2的轴X的情况下，这十二个磁铁8A按均匀间距围绕转子轴2的轴X设置。此外，每个磁铁8A的二个互相成角度的长方板部分具有相同极性N(或S)的相互面对的主表面并且具有相同极性S(或N)的相互相背的主表面。而且，如图所示，二个相邻的磁铁8A排列成这二个磁铁8A的互相靠近的长方板部分具有不同极性S和N(或者N和S)的互相面对的主表面。

在这种改型下，环状转子3A产生的磁性被有效得多地使用，尤其在后面将说明的单转子双定子型轴隙马达中。

应注意到，由于前面已经提到的原因，在环状定子3以及3A两者中都可以在不加大马达100的直径的情况下提高磁性。此外，间隙13(见图1)面对着由压制铁粉构成的转子3的转子芯9(和3A)，马达100有效地产生磁阻转矩，这促进马达100的功率的提高。

图7示出第一实施例的轴隙马达100中采用的环状转子的第二改型3B。在该改型中每个平板磁铁8B相对于一个垂直于转子轴2的轴X延伸的虚平面(未示出)成一角度。更具体地说，如从该图了解那样，二个相邻的平板磁铁8B彼此成角度并相对于一个平行于转子轴2的轴X延伸的虚平面成一角度，而且一对极面N-N(或S-S)面对而另一对极面S-S(或N-N)背对背。

在环状转子的第二改型3B中，由于转子3B中各磁铁8B的三维布局，磁性大大增加。当然，在此改型中，每个磁铁8B的主表面可被大大增加。另外，在该改型中，从每个磁铁8B的主表面到定子4的距离被减小，从而减小磁阻以增加磁通量。此外，由于转子3B的厚度减小，马达100的体积减小，并且因此增加马达100的功率密度。

从图8将容易得多地理解采用图7的转子的第二改型3B的马达100所示具有的优点，该图是实际应用了图7的改型转子3B的单转子单定子型轴隙马达100的展开纵剖图。

如从该图看出那样，定子4具有定子齿，每个定子齿具有在其周围安装的V相线圈、W相线圈或U相线圈。一个包括三种V、W和U类型线圈的单元与按角度对该单元打开的一对磁铁8B结合在一起。在该图中，大致由一对磁铁8B以及线圈V、W和U的单元包围的转子芯9的各部分用数字21(9)表示。如从该图了解那样，彼此成角度的成对磁铁8B具有极性相同(N或S)的互相面对的表面并且具有另一对带有相同极性(S或N)的表面。

参照图2，图中以剖视图形式示出作为本发明的第二实施例的单转子双定子型轴隙马达200。

由于该第二实施例的轴隙马达200和上面说明的第一实施例马达100类似，下面只详细说明和马达100不同的部分或部件。

即，在该第二实施例200中，还使用另一个定子4’，其相对于转子3设置在和定子4轴向相对的位置上。为了易于解释，在下面的说明中把这二个定子4和4’称为第一和第二定子。

第一和第二定子4和4’在结构上基本相同。即，类似于定子4，定子4’包括装配构成一个单元的定子后芯10’、定子芯11’和定子线圈12’。定子后芯10’安排成把定子芯11’固定在机箱5上并且用于绕转子轴2的轴X迂回定子芯11’的环形磁通。各定子线圈12’排列在定子芯11’周缘的等间距部分上。

如图所示，第一和第二定子4和4’围绕转子轴2同轴地设置并且使转子3置于它们之间。类似于定子4和转子3之间的间隙13，在定子4’和转子3之间限定义特定间隙13’。

至于转子3，可以使用分别在图3B、6和7中示出的上述转子3、3A和3B。

图9是对其具体应用环状转子的第三改型3C的单转子双定子型轴隙马达200的展开纵剖图。

如从该图了解那样，转子的该第三改型3C除了上面提到的成对磁铁8B的组外，还具有另一组和另一个定子4’结合在一起的成对磁铁8B’。如图所示，相对于垂直于转子轴2的轴X的虚平面Y，这二组成对磁铁8B和8B’对称排列，并且这二组成对磁铁8B和8B’的互相面对的主表面具有不同的极性，即N极和S极或者S极和N极，如图所示。

由于采用二个定子4和4’，和马达100相比该实施例的马达200产生的磁性增加，从而马达200可以产生比马达100更高的功率。尤其是，由于除二个定子4和4’之外采用二组成对磁铁8B和8B’，采用转子的第三改型3C的马达可产生高得多的功率。

于2003年12月15日申请的日本专利申请2003-416591的整个内容收录在此作为参考。

尽管上面参照本发明的各实施例说明了本发明，但本发明不受上面所说明的实施例的限制，本领域技术人员根据上面的说明可对这样的实施例做出各种修改和改变。

Claims (20)

1.一种轴隙马达，包括；

一个可绕它的轴转动的转子轴；

一个固定在该转子轴上以便随其转动的转子，该转子包括多个磁铁；以及

一个围绕该转子轴设置在同轴地面对该转子的位置上的定子，该定子包括多个线圈，

其中，转子的磁铁各具有相反的极面，这些极面沿着不同于垂直于该转子轴的轴的方向延伸。

2.如权利要求1所述的轴隙马达，其中，该转子的磁铁为平板型，并且其中每个磁铁具有二个平行于该转子轴的轴延伸的主平表面。

3.如权利要求2所述的轴隙马达，其中，所述磁铁围绕转子轴的轴按均匀间隔排列。

4.如权利要求3所述的轴隙马达，其中，相邻的两个磁铁排列成使它们相互面对的主表面具有相同的极性。

5.如权利要求4所述的轴隙马达，其中，所述磁铁安放在包括一个转子芯以及一个转子环的支架结构中，从而该转子形状象一个水轮。

6.如权利要求1所述的轴隙马达，其中，每个磁铁包括二个其径向内端接合在一起的互相成角度的长方板部分，从而所述磁铁具有大致成V形的横截面，并且其中，这些磁铁围绕该转子轴的轴按均匀间隔排列，其中，使每个磁铁的二个板部分的相接合的内端朝向该转子轴的轴。

7.如权利要求6所述的轴隙马达，其中，每个磁铁的二个互相成角度的长方板部分具有极性相同的相互面对的主表面，并且具有为另一种相同极性的相互背对的主表面。

8.如权利要求7所述的轴隙马达，其中，二个相邻的磁铁排列成使这二个磁铁的互相靠近的长方板部分是极性不同的互相面对的主表面。

9.如权利要求1所述的轴隙马达，其中，转子的磁铁为平板型，并且其中相邻的二个平板磁体彼此成角度并且相对于一个平行于转子轴的轴延伸的虚平面成角度，其中，一对互相面对的极面在第一方向上相对而另一对互相背对的极面在第二方向上面对。

10.如权利要求1所述的轴隙马达，还包括另一个定子，该另一个定子围绕该转子轴在相对于该转子与所述定子相对的位置上设置。

11.如权利要求11所述的轴隙马达，其中，该转子的磁铁为平板型，并且其中每个磁铁具有二个沿平行于该转子轴的轴延伸的主平表面。

12.如权利要求11所述的轴隙马达，其中，所述平板型磁铁围绕该转子轴的轴按均匀间隔排列。

13.如权利要求12所述的轴隙马达，其中，相邻的二个平板型磁铁排列成使它们相互面对的主表面具有相同的极性。

14.如权利要求10所述的轴隙马达，其中，每个磁铁包括二个其径向内端接合在一起的互相成角度的长方板部分，从而磁铁具有大致成V形的横截面，并且其中，在这些磁铁围绕该转子轴的轴按均匀间隔排列，其中，使每个磁铁的二个长方板部分的相接合的内端朝向该转子轴的轴。

15.如权利要求10所述的轴隙马达，其中，该转子的磁铁为平板型，并且包括相对于该转子轴的轴位于轴向不同位置处的第一和第二组磁铁。

16.如权利要求15所述的轴隙马达，其中，第一组中的相邻的二个平板磁铁彼此成角度并且相对于一个沿平行于转子轴的轴延伸的虚平面成角度，并且一对互相面对的极面在第一方向上相对而另一对互相背对的极面在第二方向上面对，以及其中，第二组中的相邻的二个平板磁铁彼此成角度并且相对于该虚平面成角度，而且一对互相面对的极面在该第二方向上相对而另一对互相背对的极面在该第一方向上面对。

17.如权利要求1所述的轴隙马达，其中，该定子包括装配构成一个单元的定子后芯、定子芯和定子线圈，其中，这些定子线圈排列在该定子芯周缘的等间隔部分上，并且其中，这些定子线圈包括U相线圈、V相线线圈和W相线圈。

18.如权利要求10所述的轴隙马达，其中，该定子和所述另一个定子各包括装配构成一个单元的定子后芯、定子芯和定子线圈，其中，这些定子线圈排列在该定子芯周缘的等间隔部分上，并且其中，这些定子线圈包括U相线圈、V相线圈和W相线圈。

19.一种轴隙马达，包括：

一个机箱；

一个可转动地安装在该机箱内的转子轴，该转子轴具有一个它可绕其转动的轴；

一个固定在该转子轴上以便随其转动的环状转子，该环状转子包括多个围绕该转子轴的轴按等间距排列的磁铁；以及

一个围绕该转子轴设置在同轴地面对该环状转子的位置上的环状定子，该环状定子包括多个绕该转子轴的轴按均匀间隔排列的线圈，

其中，该环状转子的磁铁为平板型，并且每个磁铁的相反极面沿着不同于垂直于该转子轴的轴的方向延伸。

20.一种轴隙马达，包括：

一个机箱；

一个可转动地安装在该机箱内的转子轴，该转子轴具有一个它可绕其转动的轴；

一个固定在该转子轴上以便随其转动的环状转子，该环状转子包括多个围绕该转子轴的轴按等间距排列的磁铁；以及

第一和第二环状定子，它们围绕该转子轴设置在把该环状转子置于其中的位置上，该第一和第二环状转子各包括多个围绕该转子轴的轴按均匀间隔排列的线圈，

其中，该环状转子的磁铁为平板型，并且每个磁铁的相反极面沿着不同于垂直于该转子轴的轴的方向延伸。

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