TW201830833A - 軸向間隙型旋轉電機 - Google Patents

Abstract

本發明係一種軸向間隙型旋轉電機，其具有：定子，其將由鐵芯、線圈、及繞線架形成之複數個鐵芯單元以旋轉軸為中心沿著外殼內周面環狀配置；及轉子，其於旋轉軸徑向隔開特定之間隙與鐵芯之端面面對向；且轉子包含圓板形狀之永久磁鐵與具備於永久磁鐵之外周上予以固持之端部而保持永久磁鐵之轉子基座，且轉子基座之端部之厚度朝定子側變薄。尤其成為轉子基座之端部之厚度朝定子側變薄之錐形形狀。又，成為於轉子基座之端部遍及周方向週期性地顯現高部分與低部分之形狀。 藉此，可使來自定子之磁通效率良好地回流至轉子，而將輸出保持為較高。

Description

軸向間隙型旋轉電機

本發明係關於一種軸向間隙型旋轉電機。

軸向間隙型旋轉電機係將圓筒狀之定子與圓盤狀之轉子於旋轉軸徑向隔開特定之空隙面對向地配置者。定子包含：沿著外殼部內周方向彎曲配置之複數個鐵心、與捲繞於此之線圈。軸向間隙型旋轉電機由於發生轉矩之間隙面大致與直徑之平方成比例地增加，故與於徑向具有間隙之機構之徑向間隙型相比，被認為是高效率且薄型形狀之較佳旋轉電機。 尤其，以2片轉子夾持一個定子之雙轉子型之軸向間隙型旋轉電機由於可確保2倍之間隙面積，故作為有可能獲得更優異特性之構造而受到關注。 軸向間隙型旋轉電機之轉子通常包含環形狀之永久磁鐵與保持其之構件(轉子基座)。 例如，於專利文獻1顯示藉由轉子基座保持永久磁鐵31之剖視圖(圖2(a)、圖4(a))。 [先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：國際公開第2015/159332號公報

[發明所欲解決之問題] 於上述專利文獻1中，保持永久磁鐵31之轉子基座之端部(於外周上固持磁鐵之部分)具有一定之厚度，且按壓旋轉時之永久磁鐵31。 然而，亦受感應馬達之IE(International Energy Efficiency：國際能效)3效率限制之影響，故有欲進一步提高旋轉電機之效率之需求。 因此，期望一種效率良好、損失較少之軸向間隙型旋轉電機。 [解決問題之技術手段] 本發明之軸向間隙型旋轉電機較佳為如下者：其具有：定子，其係將由鐵芯、線圈、及繞線架形成之複數個鐵芯單元以旋轉軸為中心沿著外殼內周面環狀配置；及轉子，其於旋轉軸徑向隔開特定之間隙與鐵芯之端面面對向；且轉子包含圓板形狀之永久磁鐵與具備於永久磁鐵之外周上予以固持之端部而保持永久磁鐵之轉子基座，且轉子基座之端部之厚度朝定子側變薄。 [發明之效果] 根據本發明，可提供一種能使來自定子之磁通效率良好地回流至轉子，且將輸出保持為較高之軸向間隙型旋轉電機。

以下，使用圖1A至圖12C說明應用本發明之各實施形態。 實施形態1 以下，使用圖1A至圖11B說明應用本發明之實施形態1。 首先，使用圖1A及圖1B對實施形態1之軸向間隙型旋轉電機之整體構成進行說明。 圖1A之剖視圖係表示實施形態1之雙轉子型軸向間隙型永久磁鐵同步馬達1(以下有簡單稱為「馬達1」之情形)之概要構成。 馬達1係如圖1A所示，圓盤狀之2個轉子30於旋轉軸徑向隔開特定之空隙地夾著沿著外殼50之內周面配置之環形狀之定子19而分別面對向地配置。 轉子30係圓盤中央與旋轉軸40固定。且，旋轉軸40貫通定子19之中央部分而配置，且兩端部經由軸承70與端支架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。 再者，轉子30係於圓形之轉子基座33具備永久磁鐵31，且轉子基座33保持永久磁鐵31之構造。永久磁鐵31包含複數個平板狀之磁鐵，該等磁鐵具有以旋轉軸40方向為中心之大致扇形形狀，且於旋轉方向配置有不同極性之磁鐵。另，永久磁鐵31設為應用鐵氧體者，但並非限定於此者。 馬達1之電樞構成如圖1B之立體圖所示。定子19包含以旋轉軸心A為中心方向而沿著外殼50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而相互一體地成形，且固定於定子。 接著，使用圖2對轉子之構成進行說明。 轉子30如圖2所示由永久磁鐵31、及保持該永久磁鐵31之筒型形狀之轉子基座33構成。轉子基座33通常為以鐵為主成分之磁性體。永久磁鐵31為環狀之圓板，如圖3所示，N極與S極交叉而與軸向平行地磁化。此處，為永久磁鐵31與定子19之鐵芯單元20之鐵芯21於旋轉軸方向對向之構造，且隔開空隙地平行對向。此係被稱為「軸向間隙型」之原因所在。另，本實施形態顯示以具有一個定子19與兩個轉子30之軸向間隙型旋轉電機之構成為例，但亦可應用一個定子19與一個轉子30之組合、一個轉子30與兩個定子19之組合。定子19之鐵芯單元20具有扇型剖面且由鐵芯21、線圈23及保持該等之繞線架22構成，但由於軸向間隙型旋轉電機之輸出轉矩與轉子磁鐵及定子鐵心之對向面積之大小有關係，故期望儘可能地擴大該面積。又，由於輸出轉矩亦與轉子磁鐵及定子鐵心之對向距離(間隙長度)有關係，故期望間隙長度越短越佳。 接著，使用圖4A至圖5對先前技術之軸向間隙型旋轉電機進行說明。 先前技術之軸向間隙型旋轉電機之轉子30於轉子基座33之外周端部34處之形狀如圖4A、圖4B所示，具有一定寬度之端部34保持永久磁鐵31。另，圖4A係顯示端部上端35未到達至永久磁鐵31之上端面之例，圖4B係顯示端部上端35到達至永久磁鐵31之上端面之例。 軸向間隙型旋轉電機之原理在於：來自轉子30之永久磁鐵31之磁通Φ如圖5所示，形成如轉子30之永久磁鐵31之N極到達S極之磁通Φ之回流路徑。且，經由將於定子19之鐵芯單元20之鐵芯21捲繞之線圈23通電，而將鐵芯21之磁極切換N極、S極，藉而與轉子30側之永久磁鐵31之間產生吸引力與排斥力而使轉子30旋轉。 此處，來自永久磁鐵31之磁通Φ由於作為磁性體之轉子基座33之外周端部34具有一定之厚度，故有產生磁通短路，以致旋轉電機之效率降低之問題點。又，有於轉子基座33之外周端部34中產生渦電流i，而因渦電流損耗而引起旋轉電機之效率降低之問題點。 接著，使用圖6A至圖11B對實施形態1之轉子基座之端部形狀進行說明。 於本實施形態中，為了解決先前技術之旋轉電機之效率降低之問題點，如圖6A、圖6B所示，將轉子基座33之外周端部34設為定子19側較細之錐形形狀。圖6A係顯示端部上端35未到達至永久磁鐵31之上端面之例，圖6B係顯示端部上端35到達至永久磁鐵31之上端面之例。又，亦可如圖7A、圖7B所示，為無端部上端35之形狀。 又，如圖8A、圖8B所示，端部34可為在定子19側形成較小之階而呈二階之階梯形狀，或，如圖9A、圖9B所示，端部34可為在定子19側形成較小之階，而呈二階以上之階數之階梯形狀。 又，圖於10A、圖10B所示，端部34可為梳型形狀。 再者，如圖11A、圖11B所示，端部34可為圓(圓角)面。圖11A顯示於下方形成凸圓面之情形，圖11B顯示於上方形成凸圓面之情形。 根據以上所述之本實施形態，藉由將轉子基座33之外周端部34之徑向厚度形成為朝定子變薄之形狀，即使由轉子基座33牢牢地固持永久磁鐵31，亦可緩和來自永久磁鐵31之磁通Φ之流動因端部34而發生短路，或發生渦電流之現象，從而避免旋轉電機之效率降低。 [實施形態2] 以下，使用圖12A至圖12C說明應用本發明之實施形態2。 於本實施形態中，其特徵之一在於：如圖12A、圖12B所示，將轉子基座33之端部34設為交替設置高部分36與低部分37之構成。藉此，與將端部34全部設為相同高度時相比，即使由轉子基座33牢牢地固持永久磁鐵31，亦可緩和來自永久磁鐵31之磁通Φ之流動因端部34而發生短路，或發生渦電流之現象，從而避免旋轉電機之效率降低。此處，圖12A、圖12B顯示高部分36與低部分37之寬度與間隔不同之例。 又，如圖12C所示，亦可以描繪和緩曲線之方式形成轉子基座33之端部34之低部分37。

1‧‧‧馬達

19‧‧‧定子

20‧‧‧鐵芯單元

21‧‧‧鐵芯

22‧‧‧繞線架

23‧‧‧線圈

30‧‧‧轉子

31‧‧‧永久磁鐵

33‧‧‧轉子基座

34‧‧‧端部

35‧‧‧端部上端

36‧‧‧高部分

37‧‧‧低部分

40‧‧‧旋轉軸

50‧‧‧外殼

60‧‧‧端支架

70‧‧‧軸承

A‧‧‧旋轉軸心

i‧‧‧渦電流

N‧‧‧磁極

S‧‧‧磁極

Φ‧‧‧磁通

圖1A係實施形態1之軸向間隙型旋轉電機之概要構成圖(其一)。 圖1B係實施形態1之軸向間隙型旋轉電機之概要構成圖(其二)。 圖2係一般軸向間隙型旋轉電機之轉子之立體圖。 圖3係顯示轉子之永久磁鐵之配置例之立體圖。 圖4A係先前技術之軸向間隙型旋轉電機之轉子之剖面要部放大圖(其一)。 圖4B係先前技術之軸向間隙型旋轉電機之轉子之剖面要部放大圖(其一)。 圖5係顯示來自轉子之永久磁鐵之磁通之狀態之剖視圖。 圖6A係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(錐形形狀，其一)。 圖6B係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(錐形形狀，其二)。 圖7A係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(錐形形狀，其三)。 圖7B係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(錐形形狀，其四)。 圖8A係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(階梯形狀，其一)。 圖8B係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(階梯形狀，其二)。 圖9A係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(階梯形狀，其三)。 圖9B係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(階梯形狀，其四)。 圖10A係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(梳型形狀，其一)。 圖10B係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(梳型形狀，其二)。 圖11A係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(倒角形狀，其一)。 圖11B係顯示實施形態1之轉子基座之端部形狀之剖視圖(倒角形狀，其二)。 圖12A係顯示實施形態2之轉子基座之端部形狀之轉子之側視圖(其一)。 圖12B係顯示實施形態2之轉子基座之端部形狀之轉子之側視圖(其二)。 圖12C係顯示實施形態2之轉子基座之端部形狀之轉子之側視圖(其三)。

Claims (9)

1. 一種軸向間隙型旋轉電機，其特徵在於具有：定子，其係將由鐵芯、線圈、及繞線架形成之複數個鐵芯單元以旋轉軸為中心沿著外殼內周面環狀配置；及轉子，其於旋轉軸徑向隔開特定之間隙與上述鐵芯之端面面對向；且 上述轉子具有：圓板形狀之永久磁鐵與具備於上述永久磁鐵之外周上予以固持之端部而保持上述永久磁鐵的轉子基座， 將上述轉子基座之端部之厚度設為朝定子側變薄。
2. 如請求項1之軸向間隙型旋轉電機，其中上述轉子基座之端部上端到達至上述永久磁鐵之上端面。
3. 如請求項1之軸向間隙型旋轉電機，其中上述轉子基座之端部上端未到達至上述永久磁鐵之上端面。
4. 如請求項1之軸向間隙型旋轉電機，其中形成為使上述轉子基座之端部之厚度朝定子側變薄之錐形形狀。
5. 如請求項1之軸向間隙型旋轉電機，其中上述轉子基座之端部形成為具有定子側較小之階之階梯形狀。
6. 如請求項1之軸向間隙型旋轉電機，其中上述轉子基座之端部形成為厚度週期性減小之形狀。
7. 如請求項1之軸向間隙型旋轉電機，其中形成為使上述轉子基座之端部之厚度朝定子側變薄之圓角形狀。
8. 如請求項1之軸向間隙型旋轉電機，其中形成為於上述轉子基座之端部，遍及周方向週期性地顯現高部分與低部分之形狀。
9. 如請求項8之軸向間隙型旋轉電機，其中將上述轉子基座之端部之低部分設為曲線形狀。