TW201535936A - 軸向間隙型馬達 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於減少軸向間隙型馬達的轉子的支撐構件上的渦流損耗、提高馬達之效率。 本發明之軸向間隙型馬達具備：轉子(10)，其具有安裝有複數個永磁體片(11)之圓盤狀的支撐構件(12)；及定子(20、22)，其位於與該轉子(10)對向之位置，且配置有用以產生旋轉磁場之複數個磁場繞組槽；上述轉子(10)之上述支撐構件(12)由非導電性且熱硬化性樹脂構成。

Description

軸向間隙型馬達
本發明係關於一種電動馬達，更詳細而言，關於一種可設置於車輛的車輪內、且軸方向之尺寸較小的軸向間隙型馬達。
隨著礦石燃料價格高漲，混合動力車及電動汽車受到關注。尤其是於車輪內裝入有輪內型軸向間隙型馬達之EV車輛，由於其無需複雜且重量大的變速機，故而能實現空間之有效利用、成本之減少及輕量化。作為可使用該輪內型軸向間隙型馬達之車輛，以近距離移動為目的、乘坐1人或乘坐2人之所謂城市通勤車(city commuter)的小型車輛受到關注。至今，就包含城市通勤車之EV車所使用之輪內型驅動馬達而言，由於要求較高性能，故而使用採用了高價的稀土元素之稀土類磁鐵。
然而，近來稀土元素的價格高漲，變得難以獲取，因此，探討了以下事項：使用採用了價格低廉、且容易獲取的鐵氧體磁鐵的EV用輪內馬達，來代替稀土類磁鐵。由於鐵氧體磁鐵的剩餘磁通密度較稀土類磁鐵低30%左右，故而轉矩降低成為問題。因此，試製5kW大小之馬達構造，關於其作動特性反復進行銳意實驗研究，該馬達構造中：(1)採用可期待轉矩增加與軸方向薄型化之軸向間隙型馬達型構造，並且，(2)藉由設為 於轉子內部安裝永久磁鐵之(SPM)型，使轉矩最大，且減少定子鐵心內之鐵損耗，(3)為了有效利用馬達內部的空間，於定子內部安裝有減速齒輪。為了進一步增大輸出，試製10kW大小之馬達(16極18槽)，測定作動特性，結果可發現會產生如下問題：5kW的馬達中不明顯的導電性金屬製轉子內部之渦流損耗變大。
因此，本發明係為了解決上述課題而完成者，其目的在於提供一種渦流損耗較少的電動馬達，尤其是一種軸向間隙型馬達。
上述課題可藉由軸向間隙型馬達來解決，該軸向間隙型馬達具備：轉子，其具有圓盤狀的支撐構件及複數個永磁體片，該永磁體片係於該支撐構件的輪轂部與外周部之間以既定的相等周節角於圓周方向分隔配置之狀態下、安裝於上述支撐構件，且該轉子以可與輸出軸一同旋轉之方式固定於該輸出軸；及定子，其於上述轉子的至少一側，相對於上述轉子隔有既定間隙而與上述轉子對向地配置；於上述定子的外周部，於圓周方向以相等間距分隔配置有用以產生旋轉磁場的複數個磁場繞組槽；該軸向間隙型馬達之特徵在於：上述轉子之上述支撐構件由非導電性且熱硬化性樹脂構成。
可將上述樹脂設為選自包含環氧樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂之群組之樹脂。
可將安裝於上述支撐構件之上述複數個永磁體片埋入上述支撐構件內。
可於上述轉子之上述支撐構件之輪轂部之兩側或單側，一體 形成有從上述轉子之平面垂直突出之中空套管，使上述輸出軸貫通此中空套管，且結合成與上述轉子一起旋轉。
可將上述支撐構件之上述中空套管與上述輸出軸花鍵結合，並藉由接著劑接合。
可於上述支撐構件的外周部捲繞由非導電性高強度材料構成之輪輞構件。
可將上述非導電性高強度材料設為利用玻璃纖維、醯胺纖維或碳纖維而補強的樹脂材料。
根據本發明，可減少配置於定子之間的轉子的支撐構件上所產生之渦流損耗，可提高軸向間隙型馬達之電效率，且提高轉子之機械強度，達成軸向間隙型馬達之輕量化。
10‧‧‧轉子
11‧‧‧磁體片
12‧‧‧支撐構件
13‧‧‧輪轂部
14‧‧‧外周部
15‧‧‧輪輻狀部分
16‧‧‧安裝孔
17‧‧‧外周緣部
18‧‧‧中空套管
19‧‧‧輪輞構件
20、22‧‧‧定子
圖1係表示本發明之軸向間隙型馬達之一實施形態的分解立體概略圖。
圖2係表示設有供複數個永磁體片安裝之安裝孔的支撐構件的立體概略圖。
圖3係表示將旋轉速度及轉矩設為相同條件時、比較例與實施例各自的效率的圖表。
以下，參照附圖，說明本發明一實施形態，但該實施例僅為了說明發明，本發明並不僅限於該實施例。
首先，參照圖1。此處表示本發明之軸向間隙型馬達。該軸向間隙型馬達主要由轉子10與定子20、22構成，該轉子10係以與未圖示之輸出軸一同旋轉之方式固定，該定子20、22係於該轉子10的兩側，隔有既定的間隙而與轉子10對向地配置。
於圖1中，連接有未圖示之輸出軸的減速機30配置於定子20的內側空間，旋轉變壓器40配置於另一個定子22的內側空間，從而可檢測轉子10的旋轉位置。定子20、22經由適當的手段而安裝於該軸向間隙型馬達的外殼(未圖示)。藉由此種配置，軸方向的尺寸變小，更容易將軸向間隙型馬達作為輪內馬達設置於EV用車輪內。
其次，參照圖2。圖2所示之軸向間隙型馬達之轉子10，包含以與輸出軸(未圖示)一同旋轉之方式固定的圓盤狀的支撐構件12，該支撐構件12成為由中心之輪轂部13與安裝有複數個磁體片11之外周部14構成的所謂無芯轉子形狀。此支撐構件12由具有非導電性之樹脂構成，進而，此非導電性樹脂，可為熱硬化性樹脂、例如環氧樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂。
於支撐構件12中心之輪轂部13，一體形成有用以強化輪轂部13與輸出軸之結合之中空套管18。此中空套管18係在支撐構件12之兩側或單側從輪轂部13之平面垂直突出。通過此中空套管18之中空部分，未圖示之輸出軸貫通支撐構件12，輸出軸與轉子10一起旋轉，以輸出轉子10之旋轉運動。為了保證轉子10與輸出軸之一體旋轉，於此轉子10之中空套管18之中空部分之內側表面與輸出軸之外側表面之間設置互補之花鍵槽，進而可將兩者以接著劑加以接著。在支撐構件12之厚度充分而能保證輸出 軸與支撐構件12之結合時，亦可省略如上述之中空套管18，而將平面狀之輪轂部13與輸出軸直接接合。
如圖1明確所示般，於轉子10的支撐構件12的外周部14，於圓周方向以相等的旋轉角分隔配置有複數個永磁體片11。該永磁體片11由不含高價的稀土類之鐵氧體磁鐵構成。該等永磁體片11嵌合且固定於安裝孔16(圖2中永磁體片11並未圖示)，該安裝孔16係以與磁體片11為相同形狀之方式形成於支撐構件12。作為固定方法，可使用使用接著劑之接著方法。除了此種藉嵌合與接著之固定方法以外，亦可使用如下固定方法，亦即在如上所述對安裝孔16嵌合永磁體片11後，將支撐構件12以相同尺寸及相同材料之圓盤狀構件夾持，並藉由加壓成形將永磁體片11埋入支撐構件12內。如上述，將永磁體片11埋入支撐構件12內，藉此能牢固地固定永磁體片11，能防止永磁體片11之脫離。進而，由於支撐構件12之表面為平坦，因此可減低在轉子10旋轉時於表面產生之亂流，改善轉子10之旋轉效率。亦能將已述之中空套管18與上述加壓成形同時成形。
為了減少轉矩漣波及齒槽效應轉矩，於磁體片11的側面，賦予既定的偏斜角(磁體片11的側面相對於自中心軸延伸之放射狀軸的角度)，永磁體片11平面形狀成為大致梯形。於該等磁體片11之間，形成有輪輻狀部分15，該等輪輻狀部分15係自輪轂部13沿徑向延伸至支撐構件12的外周緣部17為止。
進而，於支撐構件12的外周緣部17的周圍，可捲繞有由絕緣性高強度材料構成之輪輞構件19。可將該絕緣性高強度材料設為利用玻璃纖維、醯胺纖維或碳纖維而補強的塑膠。藉由設置此種輪輞構件19，可 防止因在轉子10旋轉時產生之從永磁體片11往支撐構件12之外周緣部17之離心力造成之外周緣部破損。在實施了如上述設有輪輞構件19時之強度試驗後，可知支撐構件12可承受高旋轉(10000rpm)脹裂實驗(安全率2倍)。
表1顯示針對由導電性金屬材料構成支撐構件12之比較例與由非導電性樹脂構成支撐構件12之實施例之軸向間隙型馬達(10kW)所實施的特性比較試驗的結果。根據此表可得知，使比較例之馬達以1600rpm旋轉時的渦流損耗為169.98W，與此相對，使實施例之馬達同樣以1600rpm旋轉時的渦流損耗為0W。使比較例之馬達以2800rpm旋轉時的渦流損耗為47.75W，與此相對，使實施例之馬達同樣以2800rpm旋轉時的渦流損耗為0W。進而，使比較例之馬達以5000rpm旋轉時的渦流損耗為778.96W，與此相對，使實施例之馬達同樣以5000rpm旋轉時的渦流損耗為0W。
如上述般，根據本發明，藉由將構成轉子10之支撐構件12由非導電性樹脂構成，在由導電性金屬材料構成之場合產生之渦流變得不流動，而在馬達產生之渦流損耗成為0W。
又，如圖3所示，於圖表中的A點、B點、℃點之各點，於使實施例之馬達與比較例之馬達的旋轉速度與轉矩相同之狀態下，測定各 自的馬達之效率。根據圖表可得知：任一點處均是實施例之馬達的效率更高。
於轉子10的兩側隔有既定的間隙而配置的各定子20、22，以與磁體片11對向的方式，於圓周方向以相等周節角分隔配置有複數個槽及其等之間的槽，由於對發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，軸向間隙型馬達的定子的構造為周知的，故而其說明省略。
12‧‧‧支撐構件
13‧‧‧輪轂部
14‧‧‧外周部
15‧‧‧輪輻狀部分
16‧‧‧安裝孔
17‧‧‧外周緣部
18‧‧‧中空套管
19‧‧‧輪輞構件

Claims (7)

  1. 一種軸向間隙型馬達，其具備：轉子，其具有圓盤狀的支撐構件及複數個永磁體片，該永磁體片係於該支撐構件的輪轂部與外周部之間以相等周節角於圓周方向分隔配置的狀態下、安裝於上述支撐構件，且該轉子以可與輸出軸一同旋轉之方式固定於該輸出軸；及定子，其於上述轉子的至少一側，相對於上述轉子隔有既定間隙而與上述轉子對向地配置；於上述定子的外周部，於圓周方向以相等周節角分隔配置有用以產生旋轉磁場的複數個磁場繞組槽；該軸向間隙型馬達之特徵在於：上述轉子之上述支撐構件由非導電性且熱硬化性樹脂構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之軸向間隙型馬達，其中，上述樹脂為選自包含環氧樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂之群組之樹脂。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之軸向間隙型馬達，其中，安裝於上述支撐構件之上述複數個永磁體片係埋入上述支撐構件內。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之軸向間隙型馬達，其中，於上述轉子之上述支撐構件之輪轂部之兩側或單側，一體形成有從上述轉子之平面垂直突出之中空套管，上述輸出軸貫通此中空套管，且結合成與上述轉子一起旋轉。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之軸向間隙型馬達，其中，上述支撐構件之上述中空套管與上述輸出軸係花鍵(splined)結合，並藉由接著劑接合。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之軸向間隙型馬達，其中，於上述支撐構件的外周部，捲繞有由非導電性高強度材料構成之輪輞構件。
  7. 如申請專利範圍第6項之軸向間隙型馬達，其中，上述非導電性高強 度材料為利用玻璃纖維、醯胺纖維或碳纖維而補強的樹脂材料。
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