TWI625920B - Axial gap motor - Google Patents

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TWI625920B TW103133707A TW103133707A TWI625920B TW I625920 B TWI625920 B TW I625920B TW 103133707 A TW103133707 A TW 103133707A TW 103133707 A TW103133707 A TW 103133707A TW I625920 B TWI625920 B TW I625920B
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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；該軸向間隙型馬達之特徵在於：設置有缺口部分18，其於上述支撐構件12的安裝孔16與上述支撐體12的外周緣部17之間沿徑向延伸，且上述複數個永磁體片11各自嵌入於上述支撐構件12的安裝孔16。

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在以特定的相等周節角沿圓周方向隔置之狀態下、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特定間隙而與上述轉子對向地配置；於上述定子的外周部，沿圓周方向以相等間距隔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：設置有缺口部分，其於上述支撐構件的安裝孔與上述支撐體的外周緣部之間沿徑向延伸，且上述複數個永磁體片各自嵌入至上述支撐構件的安裝孔。
可將上述缺口部分各自設為使上述支撐構件的至少一側於厚度方向上變薄而成的凹部。
可將上述缺口部分各自設為貫通於上述支撐構件的厚度方向與徑向的貫通孔。
可使上述缺口部分各自之寬度向徑向外側逐漸變窄。
於上述支撐構件的外周部，可圍繞有由絕緣性高強度材料構成之輪輞構件。
可將上述絕緣性高強度材料設為利用玻璃纖維或碳纖維或高強度高分子纖維得到增強的塑膠。
上述缺口部分各自可填充有非導電性材料。
可將上述非導電性材料設為選自包含酚醛樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂之群組的熱塑性樹脂。
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。
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‧‧‧缺口部分(貫通孔)
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係表示設置於支撐構件之缺口部分的配置的支撐構件的局部放大俯視圖。
圖4係表示體現本發明之軸向間隙型馬達之實施例、與於支撐構件未設置缺口部分之習知的軸向間隙型馬達(比較例)的性能之差的實驗結果的圖。
圖5係表示將旋轉速度及轉矩設為相同條件時、比較例(無缺口部分) 與實施例(有缺口部分)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，隔有特定的間隙而與轉子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中，如下述般轉子10與習知之軸向間隙型馬達的轉子不同。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，且由非磁性體、例如不銹鋼構成。
如圖1明確所示般，於轉子10的支撐構件12的外周部14，沿圓周方向以相等的旋轉角隔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。該等磁體片11嵌合且固定於安裝孔16，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，可使用燒嵌、使用接著劑之接著方法、電性點焊等。
為了減少轉矩漣波及齒槽效應轉矩，於磁體片11的側面， 賦予特定的偏斜角(磁體片11的側面相對於自中心軸延伸之放射狀軸的角度)，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係自輪轂部分13沿徑向延伸至支撐構件12的外周緣部17為止。
自圖1至3所示般，缺口部分18自磁體片安裝孔16的外側 的中心沿徑向延伸至支撐構件12的外周緣部17為止。該缺口18可為完全貫通於支撐構件12的厚度方向的孔，亦可為以於支撐構件12不會產生渦流之程度而去除材料的非貫通孔。因此，與磁體片11相同數量之安裝孔16等間隔地位於支撐構件12的外周緣部17。為了防止因設置該等缺口部分18而引起支撐構件12的強度降低以及支撐構件12周邊渦流的產生，較佳為：於該等缺口部分18填充具有非導電性及耐熱性之樹脂，例如為酚醛樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂，並使填充面與支撐構件12的表面處於同一平面。
亦可如圖3中誇張之狀態所示般，以自安裝孔16至支撐構 件12的外周緣部17為止寬度向徑向外側逐漸變窄之方式，形成缺口部分18。藉由設為此種形狀，可抑制因支撐構件12、亦即轉子10高速旋轉時產生之離心力引起的填充材料之飛出。
進而，於支撐構件12的外周緣部17的周圍，可圍繞有由絕 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或碳纖維得到增強的塑膠。藉由設置此種輪輞構件19，可彌補支撐構件12之強度降低，並且可抑制填充材料之飛出。已知，藉由如此設置輪 輞構件19，實際上可抗高旋轉(10000rpm)脹裂實驗(安全率2倍)。
將關於未設置缺口部分18之比較例的馬達、與設置有缺口 部分18之實施例的軸向間隙型馬達(10kW)所實施的特性比較試驗的結果示於圖4。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，使設置有缺口部分之實施例之馬達同樣以1600rpm旋轉時的渦流損耗為9.90W，使比較例之馬達以2800rpm旋轉時的渦流損耗為47.75W，與此相對，使設置有缺口部分之實施例之馬達同樣以2800rpm旋轉時的渦流損耗為6.06W，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，使設置有缺口部分之實施例之馬達同樣以5000rpm旋轉時的渦流損耗成為62.52W。
如上述般，根據本發明，藉由設置構成轉子10之支撐構件 12的外周緣部17的缺口部分18，從而，於未設置缺口部分18之情形時流動之渦流被截斷或減少，馬達上產生之渦流損耗降低。
另外，如圖5所示般，於圖表中的A點、B點、C點之各點， 於使設置有缺口部分之實施例之馬達、與未設置缺口部分之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：任一點處均是設置有缺口部分之實施例之馬達的效率更高。
於轉子10的兩側隔有特定的間隙而配置的各定子20、22， 以與磁體片11對向的方式，沿圓周方向以相等周節角隔置有複數個槽及其等之間的槽，由於對業者而言，軸向間隙型馬達的定子的構造為公知的，故而其說明省略。

Claims (9)

  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在以相等周節角沿圓周方向隔置的狀態下、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特定間隙而與上述轉子對向地配置；於上述定子的外周部，沿圓周方向以相等周節角隔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：設置有缺口部分，其於上述支撐構件的安裝孔與上述支撐體的外周緣部之間沿徑向延伸，且上述複數個永磁體片各自安裝於上述支撐構件的安裝孔。
  2. 如申請專利範圍第1項之軸向間隙型馬達，其中，上述缺口部分各自為使上述支撐構件的至少一側於厚度方向上變薄而成的凹部。
  3. 如申請專利範圍第1項之軸向間隙型馬達，其中，上述缺口部分各自為貫通於上述支撐構件的厚度方向與徑向的貫通孔。
  4. 如申請專利範圍第1項之軸向間隙型馬達，其中，上述缺口部分各自的寬度向徑向外側逐漸變窄。
  5. 如申請專利範圍第2項之軸向間隙型馬達，其中，上述缺口部分各自的寬度向徑向外側逐漸變窄。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之軸向間隙型馬達，其中，於上述支撐構件的外周部，圍繞有由絕緣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，上述絕緣性高強度材料為利用玻璃纖維或碳纖維或高強度高分子纖維得到增強的塑膠。
  8. 如申請專利範圍第1項之軸向間隙型馬達，其中，上述缺口部分各自填充有非導電性材料。
  9. 如申請專利範圍第8項之軸向間隙型馬達，其中，上述非導電性材料為選自包含酚醛樹脂、環氧樹脂、三聚氰胺樹脂之群組的熱塑性樹脂。
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