TWI568142B - Axial air gap type rotary motor - Google Patents

Description

軸向氣隙型旋轉電機

本發明係關於一種軸向氣隙型旋轉電機，且係關於將定子固定於殼之軸向氣隙型旋轉電機。

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方向介隔特定之氣隙而面對向地配置者。定子包含沿著殼部內周方向配置之複數個鐵心及捲繞於其之線圈。軸向氣隙型旋轉電機由於產生轉矩之間隙面大致與直徑之平方成比例地增加，故而考慮適合於薄型形狀之旋轉電機。

尤其，利用2片轉子夾持1個定子之雙轉子型軸向間隙型旋轉電機由於可確保2倍之間隙面積，故而作為存在獲得更優異之特性之可能性之構造而備受關注。雙轉子型軸向間隙型旋轉電機中，由於鐵心及線圈係獨立地配置，故而多利用塑模樹脂將該等支持固定於殼。於定子，作為鐵心所受之電磁力，而作用有直徑方向之轉矩反作用力及軸向之吸引力。雙轉子型軸向間隙型旋轉電機中，由於轉子與定子間之軸向吸引力平衡，故而理想的是定子不會產生軸向之荷重。然而，若實際上由於間隙之不平衡或零件之尺寸不均等而軸向吸引力產生不平衡，則產生軸向之荷重。因此，於塑模樹脂與殼之界面，為了支持該等圓周方向、軸向之荷重而要求充分之強度。

專利文獻1揭示如下方法：於殼之內周面設置槽，形成將塑模樹脂與殼利用凹凸形狀咬合之構造並加以支持之方法及將槽與嵌入構件 組合並支持之方法。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2007-60788號公報

此處，塑模樹脂與殼之接著力根據殼之表面狀態或樹脂注入時之溫度或壓力之條件等而大幅度變化。旋轉電機之實際使用環境中，亦存在施加熱負荷或振動等之情況。進而，亦存在跨及數年至數十年之長期間而使用之情形。因此，存在僅利用塑模樹脂與殼之接著力而支持芯元件於可靠性之方面並不充分之虞。

另一方面，如專利文獻1般設置有殼內周面之槽或嵌入構件之構造由於成為塑模樹脂與殼咬合之構造，故而即便於塑模樹脂自殼剝離之情形時亦可將鐵心等(芯元件)支持於殼，亦可謂之支持強度較大且可靠性優異之構造。

然而，對殼內周面之槽加工因使用車床或拉床、NC(Numerical Control，數值控制)加工機等而成為加工時間或加工成本增加之主要原因。亦存在於殼成型階段預先設置槽之方法，但無法根據芯之形狀或施加於界面之荷重而變更槽形狀，故而相同殼存在多個品種而成為成本增加之主要原因。又，為了利用本方法將塑模樹脂與殼確實地支持，而必須於塑模樹脂剝離、因剝離面之重量減少而樹脂收縮之情形時設置對塑模樹脂與殼之槽咬合充分深度之槽。為此，需要相應之殼厚度。

又，利用塑模樹脂而保持之旋轉電機中，自強度或量產性之方面考慮，存在進行一面將經加熱之樹脂一面進行填充之轉移成型之情況。於該情形時，於成型時對殼施加較高之壓力。於實施槽加工之情 形時，亦存在成為薄壁之殼面不耐受來自塑模樹脂之壓力而破損之虞。

為了解決上述問題，例如，應用申請專利範圍所記載之構成。即，一種軸向氣隙型旋轉電機，其具有：定子，其係至少具有鐵心及線圈之複數個芯元件以旋轉軸為中心而沿著殼內周面環狀地配置；及轉子，其於旋轉軸徑方向介隔特定之氣隙而與上述鐵心之端面呈面對向；且上述殼係於與上述定子對向之面具有與外部連通之孔部，上述定子具有將樹脂填充至上述複數個芯元件之與至少殼內周面之對向側面及上述孔部而一體地塑模之樹脂塑模部。

根據本發明之一態樣，由於固定定子及殼之樹脂塑模部為孔，故而加工容易。進而，由於為與殼連通之孔部，故而伴隨作用於旋轉軸向及旋轉軸徑方向之力，可使作用於填充於該孔部之樹脂之前端部之拉伸力逸散，從而可防止殼之損傷。

上述以外之課題、構成及效果可根據以下之實施形態之說明而明確。

1‧‧‧雙轉子型軸向氣隙型永久磁鐵同步馬達(馬達)

9‧‧‧突出部

10a‧‧‧固定區域

11‧‧‧塑模部

19‧‧‧定子

20‧‧‧芯元件

21‧‧‧鐵心

22‧‧‧繞線管

22b‧‧‧凸緣部

23‧‧‧線圈

23a‧‧‧跨接線

24‧‧‧芯元件

40‧‧‧旋轉軸

40a‧‧‧固定部分

40b‧‧‧錐部分

42‧‧‧龜裂

49‧‧‧端托架

50‧‧‧殼

50a‧‧‧嵌合部

60‧‧‧按壓模具

60a‧‧‧凸部

60b‧‧‧底面

60c‧‧‧側面

60d‧‧‧凸緣部

61‧‧‧中模具

62‧‧‧下模具

63‧‧‧按壓模具

70‧‧‧軸承

90‧‧‧台座

110a‧‧‧突出部

141a‧‧‧固定區域

141b‧‧‧薄壁部

A‧‧‧旋轉軸

F1、F2、F3‧‧‧力

圖1(a)係表示應用本發明之第1實施形態之雙轉子型軸向氣隙型馬達之構成之剖視圖。(b)係表示第1實施形態之馬達之電樞構成之概要之局部立體圖。

圖2係表示第1實施形態之馬達之1槽位之芯元件之立體圖。

圖3係表示第1實施形態之定子之樹脂塑模之情況之模式圖。

圖4係表示第1實施形態之固定區域(孔部)之一例之局部放大圖。

圖5(a)係表示第1實施形態之按壓模具之一例之局部放大圖。(b)係表示第1實施形態之按壓模具之另一例之局部放大圖。

圖6(a)係表示比較例之固定區域之例之局部放大圖。(b)係表示樹脂塑模部之突出部對殼帶來之影響例之模式圖。

圖7(a)係表示第2實施形態之按壓模具之例之局部放大圖。(b)係表示第2實施形態之按壓模具之另一例之局部放大圖。

圖8係表示第3實施形態之固定區域之構成之局部放大圖。

〔第1實施形態〕

以下，使用圖式對用以實施本發明之形態進行說明。圖1(a)表示顯示應用本發明之第1實施形態之雙轉子型軸向間隙型永久磁鐵同步馬達1(以下，存在僅稱為「馬達1」之情形)之概要構成之剖視圖。

馬達1係圓盤狀之2個轉子30於旋轉軸徑方向介隔特定之氣隙而夾持沿著殼50之內周面而配置之甜甜圈形狀之定子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。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而與托架60可旋轉地固定。端托架60於包括概略圓筒形之殼50之兩開口端部附近固定。

轉子30於圓形之磁軛33介隔後磁軛32而具備永久磁鐵31。永久磁鐵包括以旋轉軸70方向為中心之包括概略扇形之形狀之複數個平板狀之磁鐵，且配置有於旋轉方向極性不同之磁鐵。再者，永久磁鐵31應用鐵氧體，但並不限定於此。

圖1(b)表示模式性地顯示馬達1之電樞構成之立體圖。定子19包括以旋轉軸心A為中心方向沿著殼30之內周而配置之12個芯元件20。1個芯元件20構成1個槽。又，芯元件20彼此及殼50之內周面藉由下述樹脂塑模而相互一體地成形，且固定於定子。

圖2表示顯示芯元件20之構成之立體圖。芯元件20具有鐵心21、繞線管22及線圈23。鐵心21係包括與轉子30面對向之端面具有概略梯形之形狀之柱體之積層鐵心。積層鐵心係藉由將含有磁性體材料之板 狀(包含帶狀)隨著自旋轉軸心A朝向殼內周面而寬度逐漸變大之板片積層而獲得。又，鐵心21並不限定於此，亦可為鐵粉鐵心或切削鐵心，又旋轉軸向之剖面亦可為T、H或I字型之形狀。再者，作為磁性體材料，應用非晶，但並不限定於此。

繞線管22包括具有與鐵心21之外徑概略相同之內徑之筒形狀。於繞線管22之兩開口部附近，設置自外筒部之外周全周向鉛垂方向延伸特定寬度之凸緣部22b。於外筒部，將線圈23捲繞於兩凸緣部22b之間。

具有此種構成之馬達1藉由反相器(未圖示)而將交流電流施加至線圈23，產生於定子19之旋轉磁場與轉子30之直流磁場吸引、排斥，藉此產生轉矩。此時，與旋轉方向逆向地圓周方向之轉矩反作用力作用於轉子19。又，於伴隨零件尺寸之不均或組裝精度而上下轉子30間之磁吸引力不平衡之情形時，旋轉軸向之力亦起作用。如此，會對塑模樹脂與殼50之界面施加圓周方向及軸向之荷重。第1實施形態中，以對該荷重利用樹脂塑模之方面為特徵之一。

圖3模式性地表示將芯元件20彼此及殼50內周一體地成形之樹脂塑模步驟之情況。將殼50插入至其內徑大致一致之下模具62，自殼50之相反側開口，用以形成之後用以供旋轉軸貫通之軸芯空間之筒狀之中模具61配置於下模具62之中央。芯元件20以中模具61為中心而環狀地排列。此時，繞線管之凸緣部22b進行直徑方向之定位或與鄰接之芯元件20之旋轉軸旋轉方向之定位。

然後，將具有與殼50之內徑概略一致之外徑並且為了貫通中模具61而於中央具有圓筒空間之上模具自與下模具62相反側之殼開口插入，夾持芯元件20並加以支持。然後，自上模具及下模具62之對向面封入樹脂。樹脂係大致無間隙地填充至芯元件20間、殼50內周面、中模具61方向及繞線管之凸緣部22b之與轉子30之對向面上，隨即進入 至設置於殼50之固定區域10a(孔部)。再者，例如，於將芯元件20彼此利用金屬等環構件而連結，維持環狀之構成之情形時，亦可將樹脂填充至芯元件20之至少與殼50之內周面對向之面(梯形之下底側之側面)與殼50之間。

固定區域10a係將殼50之內外連通之孔，為了將定子19固定於殼50之所期望之位置，而設置於特定位置。第1實施形態中，設置於旋轉軸向之定子19寬度之外略中間附近。再者，固定區域10a亦可為設置複數個之構成。又，本實施形態中，固定區域10為圓形之孔，但亦可為半圓或多邊形等。

圖4表示固定區域10a附近之放大圖。固定區域10a包括樹脂進入而形成突出部9之固定部分40a及樹脂不進入之錐部分40b。樹脂亦填充至固定區域10a，隨即硬化，藉此形成突出部9。即，填充於定子19之周圍之樹脂與形成於固定部分40a之突出部9形成一體之形狀之塑模部11。

此處，將固定區域10a係貫通殼50之構成之優點使用比較例進行說明。圖6(a)表示比較例之固定區域。於圖6(a)中，110a為比較例之固定區域。比較例中，並非貫通殼50之孔，而是不貫通地作為凹部形成於內周側。其結果，於殼50，於固定區域110a之延長線上形成薄壁部141b。

圖6(b)表示固定區域110a附近之放大圖。藉由旋轉軸向及旋轉軸徑方向之力作用於定子19，而於突出部9，於與殼50之間產生F1~F3之力。此處，若著眼於突出部9之前端緣(角)部分(虛線部分)，則相對於F1~F3之旋轉軸向之力，而於一部分或全部之邊緣產生拉伸力，於殼50產生負荷。存在因該負荷而對殼50帶來龜裂42之虞。

相對於此，本實施形態中，由於為固定區域10a貫通殼50之構成，故而可使伴隨自旋轉軸徑方向及旋轉軸向起作用之力而作用於突 出部9之前端側之邊緣(角)之力逸散。具體而言，若相對於定子19自旋轉軸徑方向或旋轉軸向施加力，則伴隨其而旋轉軸徑方向或旋轉軸向之力亦作用於突出部9。於經硬化之突出部9中，該等力主要最易向突出部9之前端側之邊緣(角)傳播，由於固定區域10a為貫通孔，故而邊緣成為力向錐部分40b或殼50之外側逸散之空間。

又，固定區域10a中，殘留錐部分40b而形成突出部9。此情況有更有效地防止樹脂自固定區域10a漏出之優點。

圖5(a)表示應用用以防止樹脂自固定區域10a漏出之按壓模具60之情況。按壓模具60包括具有與固定區域10a之內徑概略一致之外徑之凸部60a，且自殼50之外周側將凸部60a嵌入至固定區域10a。如圖所示，於凸部60a與固定區域10a之間，形成成為樹脂之洩漏流路之L字形狀之間隙，該彎曲流路適合於提高樹脂之阻力、防止洩漏。若洩漏阻力大，則相應地亦可提高樹脂之填充壓力。

再者，本發明並不限定於設置錐部分40b之構成，如圖5(b)所示，亦可為固定區域10a之全部由樹脂填埋之情況。於該情形時，按壓模具63可為自外周側將固定區域10a壓入之平面構件。可期待樹脂填充後容易卸除之效果。

又，固定區域10a之內側面亦可形成為螺絲孔狀。於該情形時，藉由使按壓模具60之與固定區域10a對向之面為螺絲形狀，可將按壓構件60確實地固定於殼，又可抑制由於塑模時之填充壓力而按壓模具60之位置偏移或樹脂洩漏。

根據第1實施形態之馬達1，相對於定子19與殼50之旋轉軸徑方向及旋轉軸向之力之應力提高，可確實地進行兩者間之固定，大大有助於馬達1之性能。

又，由於固定區域10a為貫通孔，故而亦無起因於在旋轉軸徑方向及旋轉軸向作用於定子19之力而突出部9損傷殼50之虞，從而可確 保充分之支持強度。

又，於芯元件20彼此與殼50之塑模步驟中，兼具成形突出部9之步驟，故而作業效率顯著提高。又，可利用於殼50設置孔之簡易之步驟獲得固定區域10a。

〔第2實施形態〕

第2實施形態之馬達1之特徵之一在於自殼50之內周側設置按壓模具60之方面。圖7(a)、(b)表示各固定區域10a附近之放大圖。再者，關於與第1實施形態相同之部位使用相同符號，並省略說明。

首先，圖7(a)之按壓模具60具有包括底面60b與側面60c之概略字形狀之剖面，且具有遍及開口部側之全周而設置有凸緣部60d之形狀(鍋型)。殼50設置有與包括底面60b與側面60c之筒部分之外徑概略一致之內徑之孔，孔之殼50內周側之邊緣附近設置有與凸緣部60d之直徑概略一致之圓形之槽。藉由將按壓模具60嵌入至固定區域10a，而底面60b成為與殼50之外周面一致之位置，凸緣部60d成為與殼50內周面一致之位置。樹脂之填充係於將按壓模具60自殼50之內周面設置於固定區域10a之後進行。

凸緣部60d進行直徑方向之防脫。即，由於為較固定區域10a之殼側開口部之內徑更大之外徑，故而若由於樹脂之壓力而受到直徑方向之力，則凸緣部60d卡止於殼50，作為相對於樹脂之蓋而發揮功能。又，藉由將凸緣部60d壓抵於殼，而與殼50之間隙縮小，樹脂洩漏得到抑制。又，凸緣部60d具有設置於殼50之階差而配置，藉此於與殼50之間隙狹小之期間可抑制塑模樹脂介入，並且可防止按壓模具60自身移動至芯元件20側。

本變化例中，於樹脂塑模步驟之前階段，僅將按壓模具60設置於殼50即可，可省略於殼50之外周側配置或卸除防漏模具之功夫。

又，由於按壓模具60之形狀為於其外周與設置於殼50之貫通孔 及階差密接，故而可發揮對作用於定子19之旋轉軸徑方向及旋轉軸向之力充分之支持力。

又，按壓模具60利用樹脂之填充壓力而與殼50密接，藉此可防止樹脂洩漏。

又，由產生於突出部9之前端緣(角)之拉伸力而受到負荷的係按壓模具60，故而即便萬一產生龜裂，亦可僅更換按壓模具60即可，可維護殼50。進而，相對於此種龜裂，若由強度更高之構件(鋁等金屬)構成按壓模具60則可消除，若由樹脂、橡膠等構成，則亦可利用彈性應力使邊緣部分之力逸散。

再者，於圖7(a)所示之按壓模具60之情形時，只要具有覆蓋突出部9之面及與殼之內周面對向之面即可，並不限定於本圖之形狀。

繼而，圖7(b)表示另一按壓模具60之構成。固定區域10a具有自殼50之內周側朝向外周側而剖面逐漸減小之錐狀之(圓)錐台形狀之內徑。按壓模具60具有(圓)錐台形狀，該(圓)錐台形狀具有與圓錐台之頭頂部(殼外周側)側概略一致之外周形狀，利用樹脂之填充壓力，於固定區域10a之頭頂部側蓋住。即，按壓模具60由於錐台，而具有較固定區域10a之殼外周側開口之內徑大之外徑部分且下底側之面位於較殼內周面更靠外周側。

與上述之圖7(a)之構成相比，圖7(b)則可實現更簡單之構成之按壓部60。

又，於錐台形狀之固定區域10a中，隨著朝向底面側(芯元件20側)而固定部分40a之旋轉軸向之寬度變大，藉此可充分確保定子19之支持強度。

本構造中，可利用更單純之按壓構件有效地抑制樹脂洩漏。

〔第3實施形態〕

第3實施形態之馬達1之特徵之一在於：將固定區域10a兼做用以 將各芯元件20之跨接線引出至殼50之外部之引出口之構成。

圖8表示第3實施形態之固定區域10a。再者，關於與第1實施形態相同之部位使用相同符號，並省略說明。

固定區域10a於殼50上，設置於芯元件20之輸出側至偏向反輸出側。較佳為，偏向自芯元件20引出跨接線23a之側(輸出至反輸出側)而配置。

自各芯元件20引出之跨接線23a沿著殼50內周面朝向固定區域10a配置，且藉由樹脂塑模而與定子19一體地成形。跨接線23a通過固定區域40a而引出至殼外。

固定區域10a之殼50外周側例如設置有用以設置接線盒(未圖示)之台座90之於直徑方向厚壁之部分。

根據第3實施形態，可共有跨接線23a之引出口與固定區域10a，從而可降低加工成本。

又，如台座90般，固定區域10a之周圍為厚壁且向外周側突出，故而可確保固定區域10a附近之強度。

再者，第3實施形態中，設為將固定區域10a偏向芯元件20之輸出軸或反輸出軸側而設置之構成，但並不限定於此，亦可為芯元件20之軸向中心附近。可根據跨接線23a之引出位置等而適當變更。

又，作為引出口之固定區域10a亦可為複數個。

以上，對用以實施本發明之形態進行了說明，但本發明可於不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。例如，如上所述對雙轉子型軸向間隙型永久磁鐵同步馬達之例進行了說明，但亦可為單轉子型，亦可為其他形態之軸向間隙型永久磁鐵同步馬達。又，亦可為不具備永久磁鐵之同步磁阻馬達、開關磁阻馬達或感應馬達等。進而，亦可並非馬達而為發電機。

又，亦可以覆蓋塑模樹脂之突出部9之方式，於固定區域10a之外 周面設置蓋。藉此，可防止突出部10a之劣化。

又，固定區域10a只要於芯元件20之直徑方向設置於一部分或全部對向之區域即可，且位置、數量及形狀為任意。例如，亦可設置1個或複數個。亦可於旋轉軸向設置1個或複數個。固定區域之剖面形狀亦可為圓、橢圓或多邊形。於設置複數個固定區域10a之情形時，無須使其等全部為相同形狀，亦可以不同形狀形成。如上所述，藉由增加設置於1個定子之固定區域之數量或形狀，可提高相對於殼之塑模樹脂之支持強度。

9‧‧‧突出部

10a‧‧‧固定區域

11‧‧‧塑模部

20‧‧‧芯元件

21‧‧‧鐵心

22‧‧‧繞線管

23‧‧‧線圈

40a‧‧‧固定部分

40b‧‧‧錐部分

50‧‧‧殼

A‧‧‧旋轉軸

Claims (9)

1. 一種軸向氣隙型旋轉電機，其具有：定子，其係至少具有鐵心及線圈之複數個芯元件以旋轉軸為中心而沿著殼內周面環狀地配置；及轉子，其於旋轉軸徑方向介隔特定之氣隙而與上述鐵心之端面呈面對向；且上述殼係於與上述定子對向之面具有與外部連通之孔部，上述定子具有將樹脂填充至上述複數個芯元件之與至少殼內周面之對向側面及上述孔部而一體地塑模之樹脂塑模部。
2. 如請求項1之軸向氣隙型旋轉電機，其中填充至上述孔部之樹脂為上述殼之厚度以下。
3. 如請求項1之軸向氣隙型旋轉電機，其具有自上述殼之外周側遮蔽上述孔部之按壓構件，上述樹脂塑模部將樹脂填充至該按壓構件為止。
4. 如請求項3之軸向氣隙型旋轉電機，其中上述按壓構件具有與上述孔部之內徑概略一致之外徑之凸部，上述樹脂塑模部將樹脂填充至該凸部之端面為止。
5. 如請求項4之軸向氣隙型旋轉電機，其中上述孔部至少於偏向殼外周具有螺紋，上述按壓構件具有螺合於該螺紋之凸部。
6. 如請求項1之軸向氣隙型旋轉電機，其具備蓋構件，該蓋構件具有較上述孔部之殼外周側開口部之外徑大之外徑部分，且與上述芯元件之對向面位於上述殼之偏向外周面， 上述樹脂塑模部填充至該蓋構件之與芯元件之對向面為止。
7. 如請求項1之軸向氣隙型旋轉電機，其中上述孔部為將自上述芯元件引出之跨接線引出至上述殼外部之引出口。
8. 如請求項1之軸向氣隙型旋轉電機，其中上述孔部為複數個。
9. 如請求項1至7中任一項之軸向氣隙型旋轉電機，其中上述塑模部填充至上述芯元件之除了端面以外之全部周圍。