TW201828573A - 軸向間隙型旋轉電機 - Google Patents

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山崎克之
倉井大輔
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Abstract

本發明係一種軸向間隙型旋轉電機，其具備：定子，其將複數個鐵芯單元以旋轉軸為中心沿著外殼內周面環狀排列而成，該鐵芯單元具有：由大致柱體所成之鐵芯、捲繞於該鐵芯之線圈及配設於鐵芯以及線圈之間之繞線架；及至少一個轉子，其於旋轉軸方向隔開特定之空隙與鐵芯之端面面對向；繞線架具有：筒部，其供插入上述鐵芯；及突緣部，其於該筒部之兩開口端部之至少一者之附近朝與該筒部之外周垂直之方向延伸特定長度；線圈係以排列捲繞而捲繞於繞線架之筒部外周，且由以下之層連續而成：捲繞於較與突緣部接觸而捲繞之層更外側之層之每一層之匝數為較相鄰之內側之匝數至少逐層減少1匝之匝數，自第1鐵芯單元之最內周層配置連接線作為相鄰之第2鐵芯單元之第一層之線圈。

Description

軸向間隙型旋轉電機
本發明係關於軸向間隙型旋轉電機，尤其是關於相鄰配置之線圈為同相，且捲繞成線圈之電線相連者。
於電動機之間隙(定子與轉子之空隙)中，形成有1對N/S，或其n倍數之磁極。該磁極並非一定與定子繞線數(槽口數)一致者，而係設計成12槽口10極、或48槽口8極之各種值者。根據該極數、及於繞線流通之電流之頻率決定電動機之同步速度，且轉子以該同步速度旋轉。為了實現該等磁極需要對定子繞線之捲繞方式下功夫。 例如，於將定子繞線捲繞於繞線架而形成線圈之電動機中，使用於1個繞線架捲繞1條定子繞線者、於2個繞線架捲繞1條定子繞線者(以下稱為連繞)、於1個繞線架捲繞2條定子繞線者等之各種捲繞方法而實現任意之磁極數。 一般而言，電動機有於與輸出軸同一方向具備間隙之徑向間隙型電動機、及於與輸出軸垂直之方向具備間隙之軸向間隙型電動機。於該徑向間隙型電動機中，作為作成連繞之繞線架之機構有例如專利文獻1。於專利文獻1，揭示有如下構造：具備將複數個鐵芯單元配置於圓盤上之定子、及於定子兩側面隔開間隙對向之1對轉子，且各轉子同軸固定於輸出旋轉驅動力之輸出軸。於構成該定子之鐵芯單元設置有連結機構，藉由於一直線上連結鐵芯單元而將一條繞線一次性捲繞於兩個繞線架而製造連繞之線圈。 [先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：日本專利特開2006-230179號公報
[發明所欲解決之問題] 於如專利文獻1般連繞線圈時，當自最外周之層跨設自始繞點之鐵芯單元向相鄰之鐵芯單元跨設之連接線時，於捲繞作業結束而進行排列時有產生鬆弛之虞。因鬆弛之連接線而產生捲繞鬆開之鐵芯單元有線圈空間係數(coil space factor)下降，性能掉落之問題。又，於如於外殼模塑定子之構造之電動機之情形時，有使各鐵芯單元排列好而於外殼內並排時連接線成為障礙，或墊在鐵芯單元下而使連接線受到損傷，或因外殼與連接線過於接近而無法確保絕緣性能之問題。 期望一種確保電動機之生產性，且性能或可靠性提高之技術。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述問題，應用申請專利範圍所記載之構成。若列舉一例，則係一種軸向間隙型旋轉電機，其具備：定子，其將複數個鐵芯單元以旋轉軸為中心沿著外殼內周面環狀排列而成，上述鐵芯單元具有：由大致柱體所成之鐵芯、捲繞於該鐵芯之線圈及配設於鐵芯以及線圈之間之繞線架；及至少之一個轉子，其於旋轉軸方向隔開特定之空隙與鐵芯之端面面對向；繞線架具有：筒部，其供插入上述鐵芯；及突緣部，其於該筒部之兩開口端部之至少一者之附近朝與該筒部之外周垂直之方向延伸特定長度；線圈係如下者：以排列捲繞而捲繞於繞線架之筒部外周，由以下之層連續而成：捲繞於較與突緣部接觸而捲繞之層更外側之層之每一層之匝數為較相鄰之內側之匝數至少逐層減少1匝之匝數，自第1鐵芯單元之最內周層配置連接線作為相鄰之第2鐵芯單元之第一層之線圈。 [發明之效果] 根據本發明之一態樣，減輕相鄰連繞之鐵芯單元間之連接線之鬆弛，提高旋轉電機之可靠性、生產性。
以下，使用圖式說明用以實施本發明之形態。於圖1顯示表示應用本發明之實施例1之雙轉子型軸向間隙型永久磁鐵同步馬達100(以下，有簡稱為「馬達100」之情形)之概要構成的軸向縱剖視圖。 馬達100係圓盤狀之2個轉子30於旋轉軸徑向隔開特定之空隙夾持沿著外殼50之內周面環形狀配置之定子10而分別面對向地配置。轉子30係圓盤中央與旋轉軸40固定。旋轉軸40貫通定子10之中央部分而配置，且兩端部經由軸承70與支架60可旋轉地固定。又，端支架60於由大致圓筒形所成之外殼50之兩開口端部附近被固定。另，本發明不限定於此，而可應用於單轉子式、包含複數個定子與複數個轉子之形式等各種形式。 轉子30於圓形之基座33隔著磁軛32具備永久磁鐵31。永久磁鐵包含具有以旋轉軸為中心之大致扇形形狀之內周的複數個平板狀之磁鐵，且於旋轉方向配置有不同極性之磁鐵。另，於本實施例中作為永久磁鐵31設為應用鐵氧體者，但並本發明並非限定於此者。例如，亦可設為省略磁軛32之構成。 定子10包含以旋轉軸心A為中心方向沿著外殼30之內周配置之12個鐵芯單元20。一個鐵芯單元20構成1個槽口。又，鐵芯單元20彼此及外殼50之內周面藉由樹脂模塑相互一體地成形，且固定於定子。 使用圖2說明鐵芯單元之構成。圖2之(a)係鐵芯單元之立體圖，(b)係剖視圖。鐵芯單元20具有鐵心(鐵芯)21、繞線架22及線圈23。鐵心21為由與轉子30面對向之端面具有大致梯形(包含扇形或以此為基準之形狀)形狀之柱體所成之積層鐵心。積層鐵心係藉由積層使含磁性體材料之板狀(或包含帶狀或長條狀)隨著自旋轉軸心A朝向外殼內周面寬度逐漸增大之板片而獲得。又，鐵心21並非限定於此者，可為壓粉鐵心亦可為經削出者或旋轉軸方向之剖面為T、H或I字型之形狀者。另，作為磁性體材料設為應用非晶質金屬者，但並非限定於此者。 繞線架22為包含樹脂等之絕緣構件，包含具有與鐵心21之外形大致一致之內徑之筒部、及自筒部之兩開口端部附近遍及垂直方向整周延伸特定長度之突緣部。特定長度無須於所有突緣部一致，而可根據規格而適當設定。於本實施例中，位於旋轉軸旋轉方向之左右之部分(與梯形之斜邊對向之部分)及位於外殼50之內周側之部分(與梯形之下底對向之部分)稍長於捲繞之線圈23之積層厚，而實現與相鄰之鐵芯單元之線圈23與外殼50之內周面之絕緣。又，朝旋轉軸心方向延伸之部分稍長於該等。另，亦可為將突緣部設為線圈積層厚度以下之構成。 於筒部之外周側面且兩突緣部之間捲繞有線圈23。線圈23係以提高繞線張力且高線圈空間係數之方式捲繞。另，於本實施例中對線圈23應用圓線，但於使方形線之對角線與鐵心21之延伸方向垂直而使用之情形時亦可應用本發明。 圖2(b)係顯示鐵芯單元之徑向剖視圖。線圈23以突緣部之筒部側之面之根部部分為始繞點，藉由排列捲繞而捲繞。又，線圈23為了於兩突緣部側形成第1區域231，越是捲繞於繞線架22外側之線圈，每個1層之匝數減少1匝而捲繞。 首先，第1層之線圈23係自(圖中上方之)突緣部之根部開始捲繞(23a)，其後捲繞至另一突緣部之根部部分。第2層係以儘可能地配置於第2層之線圈23之間之方式折返捲繞。 又，折返捲繞至(圖中上方之)突緣部側之第2層之線圈23以於第1層始繞點之線圈23a之下一匝捲繞之線圈23b與線圈23c之間之捲繞為最後而折返為第3層之捲繞。隨後，第4層、第5層、第6層各自自相鄰之層之匝數減少1匝而捲繞。該結果如圖2(b)所示，形成線圈23與突緣部之間呈角度θ之階式捲繞層。將捲繞至最終層之線圈23向相鄰之繞線架突緣部之根部直接捲繞。 於圖3顯示於兩個繞線架22連續捲繞(連繞)線圈23之立體圖。雖未圖示，但捲繞時將兩個繞線架22固定於治具。此時，以缺口部第1繞線架之缺口22a與第2繞線架之缺口22b靠近，使兩個繞線架以重心為中心，相互傾斜配置。於以治具固定繞線架後，使兩個繞線架向捲繞方向旋轉。同時，藉由使支持線圈之噴嘴向水平方向移動，而將線圈捲繞至筒部。 於本例中，於使噴嘴於第1繞線架之筒部狀往返複數次形成階式捲繞層後，使線圈23通過缺口22a通到對向之第2繞線架之缺口22b。對於第2繞線架亦使繞線架旋轉而形成階式捲繞層。於捲繞後，如圖4所示，自缺口部拆除繞線架間之線圈22，並以連接線231通過第2繞線架之繞線之第1區域之方式使兩繞線架旋轉。藉此，完成捲繞方向D不同之連續線圈。 如此，可藉由將連接線231自最內周側跨設至相鄰之鐵芯單元(第2繞線架)而降低連接線之鬆弛，可減少捲繞鬆開之虞或無法確保絕緣性能之虞。 捲繞繞線之方向於第1繞線架與第2繞線架中為相反方向。例如，於自繞線架之正上方觀察時，若逆時針地將線圈23捲繞於第1繞線架，則於連繞之第2繞線架係順時針地捲繞線圈23。當然，第1繞線架與第2繞線架之關係亦可為相反。 以上，對用以實施本發明之實施例進行說明，但本發明並非限定於此者。例如，於本實施例中以雙轉子型軸向間隙型馬達為例，但亦可為單轉子型。又，亦可為發電機而非馬達。
1‧‧‧電動機
10‧‧‧定子
20‧‧‧鐵芯單元
21‧‧‧鐵芯
22‧‧‧繞線架
22a‧‧‧缺口
22b‧‧‧缺口
23‧‧‧線圈
23a‧‧‧線圈
23b‧‧‧線圈
23c‧‧‧線圈
24‧‧‧樹脂
30‧‧‧轉子
31‧‧‧永久磁鐵
32‧‧‧磁軛
33‧‧‧基座
40‧‧‧旋轉軸
50‧‧‧外殼
60‧‧‧支架
70‧‧‧軸承
231‧‧‧第1區域
D‧‧‧捲繞方向
θ‧‧‧角度
圖1係一般軸向間隙型旋轉電機之剖視圖。 圖2(a)、(b)係應用本發明之實施例1之線圈之外觀圖。 圖3係捲繞實施例1之線圈之過程之立體圖。 圖4係實施例1之連續捲繞之鐵芯單元之立體圖。

Claims (2)

  1. 一種軸向間隙型旋轉電機，其具備：定子，其將複數個鐵芯單元以旋轉軸為中心沿著外殼內周面環狀排列而成，該鐵芯單元具有：由大致柱體所成之鐵芯、捲繞於該鐵芯之線圈及配設於上述鐵芯以及線圈之間之繞線架；及至少一個轉子，其於旋轉軸方向隔開特定之空隙與上述鐵芯之端面面對向；且 上述繞線架具有：筒部，其供插入上述鐵芯；及突緣部，其於該筒部之兩開口端部之至少一者之附近朝與該筒部之外周垂直之方向延伸特定長度； 上述線圈係如下者： 以排列捲繞而捲繞於上述繞線架之上述筒部外周，且 由以下之層連續而成：捲繞於較與上述突緣部接觸而捲繞之層更外側之層之每一層之匝數為較相鄰之內側之匝數至少逐層減少1匝之匝數， 自第1鐵芯單元之最內周層配置連接線作為相鄰之第2鐵芯單元之第一層之線圈。
  2. 如請求項1之軸向間隙型旋轉電機，其中 上述第1鐵芯單元之線圈之捲繞方向、與上述第2鐵芯單元之線圈之捲繞方向為不同者。
TW107101391A 2017-01-27 2018-01-15 軸向間隙型旋轉電機 TWI673937B (zh)

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