CN1641978A - 轴向间隙型电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轴向间隙型电动机，该轴向间隙型电动机可以降低齿槽转矩，减少振动和噪音。该轴向间隙型电动机具有环状配置多个定子铁芯(24)而成的磁力生成部(21)，在各定子铁芯(24)的齿(25)上设置相对转子(31、32)的半径方向以规定角度倾斜的扭斜(26)。

Description

轴向间隙型电动机
技术领域
本发明涉及定子与转子沿输出轴的轴线方向相向配置的轴向间隙型电动机，进一步详细地说，涉及可降低齿槽转矩的定子铁芯构造。
背景技术
轴向间隙型电动机如例如专利文献1(日本专利公报No.2000-253635号)所示，转子和定子沿转子输出轴的轴线方向以规定空隙(间隙)相互相向配置。轴向间隙型电动机可以设计成与通常的电动机相比为薄型。因此，作为电动自行车的轮毂电动机或FD驱动器等驱动用电动机而被优选地使用。
但是，对于由用磁性材料形成的定子铁芯和磁体转子构成的无刷马达，在转子和定子之间的磁阻随转子的旋转而变化的情况下，会由于向旋转方向的吸引反作用力而产生齿槽转矩。该齿槽转矩大时产生振动和噪音。
尤其对于轴向间隙型电动机，转子和定子之间的间隙面被设计得非常狭窄。因此，由于振动，有转子接触定子的危险，有可能成为破损等的原因之一。
因此，作为降低该齿槽转矩的方法之一，有在定子铁芯上设置扭斜(倾斜)的定子铁芯构造。扭斜可达到如下效果，即，通过使定子铁芯的一部分沿转子的旋转方向倾斜规定角度能降低齿槽转矩。但另一方面，具有导致转换成旋转能量的效率降低的缺点。
关于轴向间隙型电动机，从线圈在定子铁芯的接线和组装性等观点出发，在定子铁芯上设置扭斜的定子铁芯构造并未得到确立。因此如图6的齿槽转矩和电角度的图表所示，在切换各定子铁芯的通电时，在转子上产生较大的齿槽转矩，解决该问题迫在眉睫。
发明内容
因此，本发明为解决上述课题而提出，其目的在于提供一种轴向间隙型电动机，该轴向间隙型电动机可降低齿槽转矩、降低振动和噪音。
为了达到上述目的，本发明具有如下所述几个特征。首先，本发明的第1技术方案是定子和转子沿上述转子的旋转轴线方向以规定的空隙(间隙)相向配置的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述定子具有磁力生成部，该磁力生成部在以上述转子的旋转轴线为中心轴的同心圆上环状配置有由磁性体构成的多个定子铁芯，上述定子铁芯，另外，在上述定子铁芯的各齿上设置扭斜。这样，通过在定子铁芯的齿上设置扭斜，能降低齿槽转矩的产生、并降低转子的振动和噪音。
本发明的第2技术方案的特征在于，上述扭斜是相对上述转子的旋转方向正方向或反方向倾斜。这样，扭斜采用相对转子的旋转方向正方向或反方向的任意一种方式都可以得到该作用效果。
本发明的技术方案3或4的特征在于，上述定子铁芯的各齿彼此相向的间隙面呈圆弧形状或圆弧形状和直线的组合。这样，通过使各齿的相向面之间为圆弧形状的面或圆弧和直线的组合面，能使由嵌齿转距产生的振动变小。
本发明的技术方案5的特征在于，上述定子铁芯由铸模成型件构成。这样，通过以浇铸方式成型定子铁芯，能较便宜地制造。
本发明的技术方案6的特征在于，上述各齿的间隙面的端缘形成在上述定子铁芯的外径线上。这样，由于齿的外径沿外径线一致，所以能不使定子铁芯的一部分突出的情况下防止嵌齿转距的增加。
本发明的技术方案7、8和9的特征在于，上述定子由环状配置有9个上述齿的部件构成，上述转子的极数为8极，上述齿的扭斜角为2°以上且/或7°以下。这样，通过使9槽8极型轴向间隙型电动机的扭斜角为2°以上，齿槽转矩降低。另外，通过使扭斜角为7°以下，能量转换效率较好。
本发明的技术方案10、11和12的特征在于，上述定子由环状配置有12个上述齿的部件构成而成，上述转子的极数为8极，上述齿的扭斜角为4°以上且/或9°以下。这样，通过使12槽8极型轴向间隙型电动机的扭斜角为4°以上，齿槽转矩降低。另外，通过使扭斜角为9°以下，能量转换效率较好。
附图说明
图1是概略地表示本发明的一个实施方式中的轴向间隙型电动机的构造的要部剖视图。
图2是上述轴向间隙型电动机的定子铁芯的立体图。
图3A是从正面侧看定子铁芯的局部主视图。
图3B是定子铁芯的放大主视图。
图3C是定子铁芯的电磁钢板的主视图。
图4是说明定子铁芯的变形例的主视图。
图5是说明定子铁芯的变形例的主视图。
图6是表示第1实施例(12槽8极)的没有扭斜角时的齿槽转矩和电角度的关系的图表。
图7是表示第1实施例(12槽8极)的扭斜角θ＝7.7°时的齿槽转矩和电角度的关系的图表。
图8是表示第1实施例(12槽8极)的齿槽转矩和扭斜角的关系的图表。
图9表示第2实施例(9槽8极)的没有扭斜角时的齿槽转矩和电角度的关系的图表。
图10是表示第3实施例(9槽8极)的扭斜角θ＝4.8°时的齿槽转矩和电角度的关系的图表。
图11是表示第4实施例(9槽8极)的齿槽转矩和扭斜角的关系的图表。
图12是表示12槽8极的扭斜和能量效率的关系的图表。
图13是表示9槽8极的扭斜和能量效率的关系的图表。
具体实施方式
接下来参照附图说明本发明的实施方式。图1是本发明的一实施方式的轴向间隙型电动机的要部剖视图。
该轴向间隙型电动机1具有定子2和一对转子31、32，该定子2形成为圆盘状，该一对转子31、32以规定的空隙(间隙)相向配置在在该定子2的两侧面上。各转子31、32同轴固定于输出旋转驱动力的转子输出轴4上。在该实施方式中，轴向间隙型电动机1是在转子31、32上分别具有永久磁体33的永久磁体电动机。
在该实施方式中，转子31、32配置在定子2的两侧，但也可以配置在某一侧。在本发明中，转子31、32的构成可以任意，省略其说明。
包含定子2和转子31、32的各种机构被收纳在实际上未图示的支架内，定子2的周缘固定在支架上。
如图2所示，定子2具有磁力生成部21和轴承部22，该磁力生成部21形成为环状(所谓的炸面圈状)，轴承部22作为转子输出轴4的轴承机构配置在磁力生成部21的中心。磁力生成部21和轴承部22由合成树脂23一体模制成型。
磁力生成部21由多个定子铁芯24沿以输出轴O为中心轴的同心圆环状配置而成。在该实施方式中，磁力生成部21以与转子31、32的磁体部33相向的方式形成。
轴承部22具有例如一对的径向球轴承221、222，上述径向球轴承221、222以转子输出轴4为中心轴并以规定间隔同轴配置。在该实施方式中，输出轴4由两个径向球轴承221、222轴支承，但也可只由一个径向球轴承支承。
在该实施方式中，各转子31、32通过转子输出轴4以同步旋转的方式连结，除此之外，不具有转子输出轴4、各转子31、32经由径向球轴承直接支承在定子2上的类型(所谓无轴型)也适用于本发明。
接下来，对定子铁芯24的具体的形状进行说明。在图2中表示只取出磁力生成部21的定子铁芯24的状态的立体图，在图3A～图3C中表示定子铁芯24的构造。
在本实施方式中，定子铁芯24的齿25的数量为12，极数为8，相互间以规定的间距配置。定子铁芯24的数量和极数可按如下方式定义，即，定子铁芯数为3n，与此相对，极数为2n(n为正整数)，如果满足此条件，对其数量没有特别的限制。
如图3C所示，各定子铁芯24由沿中心轴O的半径方向多层叠加电磁钢板241的叠层体构成，该电磁钢板241的一片截面为H字形。
在电磁钢板241的轴方向的两端形成与转子31、32的磁体33相向的齿25。在电磁钢板241的中央部形成凹部243，凹部243用于形成用于卷绕线圈242的绕线管(未图示)。
在本实施方式中，定子铁芯24由电磁钢板的叠层体构成，此外还可由铸模一体浇铸形成。这种形式也包含在本发明中。
各定子铁芯24相互为同一形状，通过将各定子铁芯24环状配置构成1个磁力生成部21。因此，在以下的说明中仅对一个定子铁芯24进行说明，由于对其他定子铁芯的说明相同，所以省略。
如图3B所示，在定子铁芯24的各齿25彼此相向的间隙面242、243上设置扭斜26。扭斜26相对转子31、32的旋转方向(图中箭头方向)向正方向倾斜。另外，扭斜26也可以以转子31、32的旋转轴线为中心轴，并相对其半径方向倾斜规定角度。
以定子铁芯24的各齿25之间的中心线为L1，以中心线L1和定子铁芯24的内径线的交点261、与中心轴O两点间连接的假想线为L2，以中心线L1和定子铁芯24的外径线的交点262、与中心轴O两点间连接的假想线为L3，在这种情况下，扭斜26成假想线L3相对于假想线L2的相对角度(扭斜角：θ)。在该实施方式中，扭斜角设定为θ＝5°。
另外，上述扭斜26设置成相对转子31、32的旋转方向为正方向，但也可设置成反方向。扭斜26设置成反方向也可收到同样的效果。这种形式也包含在本发明中。
间隙面242沿扭斜26形成为圆弧形状。与间隙面242相向的间隙面243也形成为圆弧状。这样，能更有效地抑制齿槽转矩的产生。
在本实施方式中，间隙面242、243形成为圆弧形状，但也可如图4所示，各间隙面242a、243a为直线形状。另外，也可如图5所示，间隙面242b、243b由圆弧面和直线面的组合面构成。这种形式也包含在本发明中。
接下来，结合比较例比较说明本发明的具体实施例。实施例首先以样式不同的两种轴向间隙型电动机进行说明。分别准备有第1轴向间隙型电动机和第2轴向间隙型电动机，其中，第1轴向间隙型电动机是定子铁芯为9槽8极型的电动机，第2轴向间隙型电动机是12槽8极型的电动机。
实施顺序是，首先，在控制输入电流值使得各电动机的输出条件为一定的状态下，分别改变定子铁芯的扭斜角并测定磁特性等的电动机参数。磁场分析由使用日本总合研究所制的分析软件JMAG-Studio(Ver.7.2)而进行。
各电动机的扭斜角θ如下所示。
[12槽8极]2.5°，4.5°，6.1°，7.7°，8.9°，13°
[9槽8极]1.83°，3.31°，4.82°，6.35°，9.55°，13.3°
接下来，除上述各扭斜角的情况之外，还对作为比较例的没有倾斜(扭斜角0°)的情况进行测定。其测定结果如下所示。
<12槽8极>
图7是表示在12槽8极的情况下扭斜角7.7°时的齿槽转矩[Nm]和电角度[deg]的相对关系的图。如图7所示，当在定子铁芯上设置扭斜角时，与图6的无扭斜角(θ＝0°)的情况相比，齿槽转矩被抑制到大致1/5左右。
图8表示各扭斜角时的最大齿槽转矩。由此可知，扭斜角θ越增加，齿槽转矩越下降，在扭斜角θ为大约4°以上的情况下，其效果最为显著。
如图12所示，当赋予过大的扭斜角时，相反能量转换效率降低。因此，在考虑能量转换效率的情况下，最好设定扭斜角为9°以下。
<9槽8极>
图10表示在9槽8极的情况下扭斜角θ＝4.8°时的齿槽转矩[Nm]和电角度[deg]的相对关系的图。如图10所示，在该场合下，通过设定扭斜角θ，与图9所示的没有扭斜角的情况相比，齿槽转矩被极小地限制为大致1/10。
图11表示各扭斜角时的最大齿槽转矩。根据该图，扭斜角θ越增加，齿槽转矩相反越减少，扭斜角θ为2°以上时，与没有扭斜角时相比，齿槽转矩大致减轻1/2。
如图13所示，当赋予过大的扭斜角时，相反能量转换效率降低。因此，在考虑能量转换效率的情况下，最好设定扭斜角为7°以下。
从上述结果可知，在各实施方式中，将定子铁芯的扭斜角θ设定得越大，齿槽转矩越减少。另外，在12槽8极的情况下，通过将扭斜角θ设定在4°-9°，齿槽转矩显著降低。在9槽8极的情况下，通过将扭斜角θ设定在2°-7°，齿槽转矩至少减半。
以上参照附图对本发明的恰当的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于该实施方式。对于从事于该轴向间隙型电动机的技术领域的具有通常技术知识的技术人员，在权利要求记载的技术思想的范围内可想起的各种的变形例或修改例都包含在本发明的技术范围内。

Claims (12)

1.一种轴向间隙型电动机，定子和转子沿上述转子的旋转轴线方向以规定的空隙(间隙)相向配置，其特征在于，上述定子具有磁力生成部，该磁力生成部在以上述转子的旋转轴线为中心轴的同心圆上环状配置有由磁性体构成的多个定子铁芯，在上述定子铁芯的各齿上设置扭斜。
2.如权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述扭斜是相对上述转子的旋转方向正方向或反方向倾斜。
3.如权利要求1或2所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述定子铁芯的各齿彼此相向的间隙面呈圆弧形状。
4.如权利要求1、2或3所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述定子铁芯的各齿彼此相向的间隙面由直线形状和圆弧形状的组合构成。
5.如权利要求1-4的任意一项所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述定子铁芯由铸模成型件构成。
6.如权利要求1-5的任意一项所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述各齿的间隙面的端缘形成在上述定子铁芯的外径线上。
7.如权利要求1-6的任意一项所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述定子由环状配置有9个上述定子铁芯的部件构成，上述转子的极数为8极。
8.如权利要求7所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述齿的扭斜角为2°以上。
9.如权利要求7或8所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述齿的扭斜角为7°以下。
10.如权利要求1-6的任意一项所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述定子由环状配置有12个上述定子铁芯的部件构成，上述转子的极数为8极。
11.如权利要求10所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述齿的扭斜角为4°以上。
12.如权利要求10或11所述的轴向间隙型电动机，其特征在于，上述齿的扭斜角为9°以下。
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