CN101233672B

CN101233672B - 轴向马达

Info

Publication number: CN101233672B
Application number: CN2006800276566A
Authority: CN
Inventors: 冈崎徹; 大桥绅悟; 杉本英彦
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-04-17
Also published as: KR20080035584A; TW200711264A; US7791246B2; WO2007013206A1; EP1909374A1; US20100141060A1; JP2007037342A; HK1117948A1; JP4680708B2; CN101233672A

Abstract

一种轴向马达，包括电枢侧定子(13)、一对转子以及一对定子，该定子和转子被布置成在其间沿着驱动轴(34)的轴向方向留有间隙。电枢侧定子(13)包括电枢线圈(24)。该对转子为布置在定子(13)的两侧上并且包括感应器(20、21、27、28)的第一转子(12)和第二转子(14)。该对定子为分别布置在第一转子和第二转子的相对间隔侧上的第一场侧定子(11)和第二场侧定子(16)。第一和第二转子(12、14)安装到驱动轴(34)。第一和第二场侧定子(11、15)分别包括围绕驱动轴(34)的轴线布置成环面形式的第一和第二场线圈(18、31)。第一和第二场线圈(18、31)被沿着相反的方向供给电流使得在第一和第二场线圈(18、31)中沿着相反方向产生磁通量。

Description

轴向马达

技术领域

本发明涉及一种轴向马达，并且更具体地涉及一种设有感应器的马达，每一个感应器由磁性材料制成并且将场磁体侧上的磁通量诱导至各个希望位置，该马达具有与电枢的极性改变同步地旋转的驱动轴。

背景技术

在日本未审查专利申请公开No.54-116610和No.6-86517中披露的已知发电机中，如图8所示，转子整体如下构造：将驱动轴1穿过用作外壳的托架2，轴承3被置于其间；围绕磁轭4的外周边布置场绕组5，磁轭在外部装配到驱动轴上并且固定于驱动轴1；并且布置从场绕组5的左侧和右侧交替地突出的爪极6和7。在另一方面，定子绕组8与爪极6和7相对地连接到托架2。而且，以滑动方式通过集电环9执行向场绕组5的电力供应，即电力馈送。

在上述构造中，在这里认为，通过利用集电环9向场绕组5供应直流电流，在场绕组5的右侧上产生N极，如图所示，并且在场绕组5的左侧上产生S极，如图所示。在这种情形中，在从右侧突出的爪极6中诱发N极，并且在从左侧突出的爪极7中诱发S极。换言之，通过提供缠绕驱动轴1的仅仅一个场绕组5，能够围绕转子的外周边沿着周向交替地产生多个N极和S极。

也已知一种类似于上述发电机构造的设有感应器的马达。

然而，因为场绕组5形成为转子的一部分并且必须通过集电环9(即滑动接触)执行向旋转的场绕组5的电力馈送，因此该结构是复杂的。而且，由于集电环9的接触磨损，有用寿命缩短。再一个问题在于，如果在集电环9处的滑动接触不稳定，则电力馈送也变得不稳定。

专利文献1：日本未审查专利申请公开No.54-116610

专利文献2：日本未审查专利申请公开No.6-86517

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个目的在于简化用于向马达中的线圈等馈送电力的结构并且减少漏磁通，由此减少能量损失。

为了解决上述问题，本发明提供一种轴向马达，该轴向马达包括电枢侧定子；布置在电枢侧定子的两侧上并且包括感应器的一对第一转子和第二转子；以及分别布置在第一转子和第二转子的相对间隔侧上的一对第一场侧定子和第二场侧定子，该定子和转子被布置成在其间沿着驱动轴的轴向方向留有间隙，第一和第二转子被安装到驱动轴，

其中电枢侧定子包括沿着周向间隔布置的多个电枢线圈，

其中第一和第二场侧定子分别包括围绕驱动轴的轴线布置成环面形式的第一和第二场线圈，第一和第二场线圈被沿着相反的方向供给电流，

其中第一转子包括：第一感应器，它由磁性材料制成并且具有定位成面向电枢线圈的一个端表面和定位成面向第一场线圈的外周边侧的另一端表面；以及第二感应器，它由磁性材料制成并且具有定位成面向电枢线圈的一个端表面和定位成面向第一场线圈的内周边侧的另一端表面，第一感应器和第二感应器沿着周向被交替地布置，

其中第二转子包括：第三感应器，它由磁性材料制成并且具有定位成面向电枢线圈的另一个端表面的一个端表面和定位成面向第二场线圈的内周边侧的另一端表面；以及第四感应器，它由磁性材料制成并且具有定位成面向电枢线圈的另一个端表面的一个端表面和定位成面向第二场线圈的外周边侧的另一端表面，第三感应器和第四感应器沿着周向被交替地布置，并且

其中包括在第一和第二场侧定子中的第一和第二场线圈产生沿着相反方向的磁通量。

利用上述构造，因为场线圈和电枢线圈均被连接到定子，不再需要例如集电环的滑动部件以用于向线圈馈送电力。因此，电力馈送结构可被简化。也能够避免由于在集电环处的接触磨损等引起的马达寿命缩短以及电力馈送不稳定的问题。

而且，因为在相反的方向中向第一场线圈和第二场线圈供应电流，因此通过第一场线圈和第二场线圈的通电也在相反的方向中产生磁通量。因此，即便两个第一和第二场线圈通电，也能够防止所产生的磁通量在该两个场线圈周围泄漏。因此，可以降低漏磁通并且也可以降低能量损失。

优选地，场线圈或/和电枢线圈由超导材料制成。

利用该构造，因为场线圈或/和电枢线圈由超导材料制成，因此能够向线圈供给更大的电流，而不用担心发热。因此，所产生的磁通量的强度可被大大地增加并且产生更高的输出。

而且，由于作为使用超导材料的结果而获得大电流强度，因此场部件和电枢线圈的尺寸可被减小，由此导致尺寸更小和重量更轻的马达。

例如，铋和钇基高温超导导线可优选地用作超导材料。

优选地，每一个感应器在垂直于轴向的方向中具有相同的截面面积。

利用该构造，磁通量更不易于在感应器中饱和。因此，由场线圈产生的磁通量能够被高效地引导至电枢线圈侧并且转子能够以更高的效率旋转。

另外，优选地，第一到第四感应器具有基本相同的截面面积。

利用该构造，因为感应器的截面面积是均匀的，相对于电枢线圈产生的吸引力/排斥力变得均匀并且转子旋转平衡能够被稳定。

优点

如从以上描述可见，根据本发明，因为场线圈和电枢线圈均连接到定子，因此不再需要例如集电环的滑动部件以用于向线圈馈送电力。因此，电力馈送结构可被简化。也能够避免由于在集电环处的接触磨损等引起的马达寿命缩短以及电力馈送不稳定的问题。

而且，因为在相反的方向中向第一场线圈和第二场线圈供应电流，因此通过第一场线圈和第二场线圈的通电也在相反的方向中产生磁通量。因此，即便该两个第一和第二场线圈通电，也能够防止所产生的磁通量在该两个场线圈周围泄漏。因此，可以降低漏磁通并且也可以降低能量损失。

附图说明

图1(A)是根据本发明的一个实施例的轴向马达的截面视图，并且图1(B)是示出处于从图1(A)旋转90°的位置中的马达的截面视图。

图2示出第一场侧定子；特别地，图2(A)是前视图并且图2(B)是沿着线A-A截取的截面视图。

图3示出第二场侧定子；特别地，图3(A)是前视图并且图3(B)是沿着线B-B截取的截面视图。

图4示出第一转子；特别地，图4(A)是前视图，图4(B)是沿着线C-C截取的截面视图，图4(C)是后视图，并且图4(D)是沿着线D-D截取的截面视图。

图5示出第二转子；特别地，图5(A)是前视图，图5(B)是沿着线E-E截取的截面视图，图5(C)是后视图，并且图5(D)是沿着线F-F截取的截面视图。

图6是电枢侧定子的前视图。

图7(A)是示意图，示出由场线圈的通电产生的一部分磁通量，并且图7(B)示出对照实例。

图8示出有关技术。

附图标记

10轴向马达

11第一场侧定子

12第一马达

13电枢侧定子

14第二转子

15第二场侧定子

18第一场线圈

20第一感应器

21第二感应器

24电枢线圈

27第三感应器

28第四感应器

31第二场线圈

34驱动轴

具体实施方式

将参考附图描述本发明的一个实施例。

图1到6示出本发明的实施例。在设有感应器的轴向马达10中，驱动轴34以指定顺序相继地穿过第一场侧定子11、第一转子12、电枢侧定子13、第二转子14和第二场侧定子15。第一和第二场侧定子11、15和电枢侧定子13的每一个均被固定到安装表面G，并且相对于驱动轴34留有间隙。第一和第二转子12、14在外部装配到驱动轴34上并且固定到驱动轴34。

如图2和3所示，第一场侧定子11和第二场侧定子15是双侧对称的。

第一和第二场侧定子11、15分别包括：磁轭16、29，该磁轭固定到安装表面G并且每一个均由磁性材料制成；隔热冷却剂容器17、30，它们具有真空隔热结构并且嵌入磁轭16、29中；以及第一和第二场线圈18、31，它们是由超导导线制成并且被保持在隔热冷却剂容器17、30中的绕组。

如图2(A)和3(A)所示，在从布置第一和第二场线圈18、31的前侧观察第一和第二场侧定子11、15的状态中，沿着顺时针方向向第一和第二场线圈18、31的每一个供应电流。因为第一场侧定子11和第二场侧定子15被布置成使得场线圈定位成彼此面对，如图1所示，电流沿着相反的方向被供给到第一场线圈18和第二场线圈31。

第一和第二场侧定子11、15的磁轭16、29分别具有以比驱动轴34的外直径更大的尺寸在磁轭中心钻出的松配合孔16b、29b，以及围绕松配合孔16b、29b以环面形式凹进的凹槽16a、29a。第一和第二场线圈18、31被分别保持在液态氮在其中循环的隔热冷却剂容器17、30中。隔热冷却剂容器17、30被分别置于凹槽16a、29a中。

磁轭16和29的每一个均由例如波明德合金、硅钢板、铁或者透磁合金的磁性材料制成。用于形成第一场线圈18和第二场线圈31的超导导线是例如铋或者钇基高温超导导线。

置于第一场侧定子11和电枢侧定子13之间的第一转子12包括：盘形支撑部件19，它由非磁性材料制成并且具有用于安装到驱动轴的孔19a；一对第一感应器20，围绕安装孔19a在点对称的位置处嵌入支撑部件19中；以及一对第二感应器21，在从第一感应器20的位置旋转90°的位置处嵌入支撑部件19中。

第一和第二感应器20、21分别具有扇形的一个端表面20a、21a，这些端表面在各个同心圆上以相等间隔布置成面对电枢侧定子13并且具有相同面积。

第一感应器20的另一个端表面20b被布置成面对第一场线圈18的外周边侧上的N极产生位置，使得如图4(C)所示，它们具有定位成面对第一场线圈18的外周边侧的弧形形状。

第二感应器21的另一个端表面21b被布置成面对第一场线圈18的内周边侧上的S极产生位置，使得如图4(C)所示，它们具有定位成面对第一场线圈18的内周边侧的弧形形状。

在另一方面，置于第二场侧定子15和电枢侧定子13之间的第二转子14包括：盘形支撑部件26，由非磁性材料制成并且具有用于安装到驱动轴的孔26a；一对第三感应器27，围绕安装孔26a在点对称位置处嵌入支撑部件26中；以及一对第四感应器28，在从第三感应器27的位置旋转90°的位置处嵌入支撑部件26中。

第三感应器27和第四感应器28分别具有扇形的一个端表面27a和28a，这些端表面在各个同心圆上以相等间隔布置成面对电枢侧定子13并且具有相同面积。

第三感应器27的另一个端表面27b被布置成面对第二场线圈31的内周边侧上的S极产生位置，使得如图5(C)所示，它们具有定位成面对第二场线圈31的内周边侧的弧形形状。

第四感应器28的另一个端表面28b被布置成面对第二场线圈31的外周边侧上的N极产生位置，使得如图5(C)所示，它们具有定位成面对第二场线圈31的外周边侧的弧形形状。

因此，第一到第四感应器20、21、27和28具有如此三维形状，使得它们的截面形状沿着轴向从弧形的另一端表面20b、21b、27b和28b连续地变化，并且该一个端表面20a、21a、27a和28a的每一个均具有扇形形状。而且，从另一端表面20b、21b、27b和28b到该一个端表面20a、21a、27a和28a，第一到第四感应器20、21、27和28的每一个的截面面积是恒定的。而且，第一和第四感应器20、28的另一端表面20b、28b具有与第二和第三感应器21、27的另一端表面21b、27b相同的面积。

第一转子12的第一感应器20和第二转子14的第三感应器27沿着周向被布置在相同位置中使得第一和第三感应器20、27彼此相对，并且电枢线圈24被置于其间。类似地，第一转子12的第二感应器21和第二转子14的第四感应器28沿着周向被布置在相同位置中使得第二和第四感应器21、28彼此相对，并且电枢线圈24被置于其间。

支撑部件19、26由非磁性材料制成，例如玻璃纤维加强塑料(FRP)或者不锈钢。感应器的每一个均由例如波明德合金、硅钢板、铁或者透磁合金的磁性材料制成。

如图1和6所示，电枢侧定子13包括：支撑部件22，固定到安装表面G并且由非磁性材料制成的；隔热冷却剂容器23，具有真空隔热结构并且嵌入支撑部件22中；以及电枢线圈24，它是由超导导线制成并且被保持在隔热冷却剂容器23中的绕组。

支撑部件22具有以比驱动轴34的外直径更大的尺寸在其中心钻出的松配合孔22b，以及围绕松配合孔22b沿着周向以相等间隔钻出的四个安装孔22a。电枢线圈24被分别保持在液态氮在其中循环的隔热冷却剂容器23中，并且由磁性材料制成的磁通收集器25被布置在每一个电枢线圈24的中空部分中。在其中保持电枢线圈24的四个隔热冷却剂容器23被分别置于线圈安装孔22a中。

磁通收集器25由例如波明德合金、硅钢板、铁或者透磁合金的磁性材料制成。用于形成电枢线圈24的超导导线是例如铋或者钇基高温超导导线。而且，支撑部件22由例如FRP或者不锈钢的非磁性材料制成。

电力馈送设备32通过配线被连接到第一和第二场线圈18、31和电枢线圈24使得直流电流被供给到第一和第二场线圈18、31并且三相交流电流被供给到电枢线圈24。

液态氮罐33通过隔热管道连接到隔热冷却剂容器17、23和30，用于作为制冷剂的液态氮的循环。

将在下面描述轴向马达10的工作原理。

当直流电流被供给到第一场线圈18时，在第一场线圈18的外周边侧上产生N极并且在其内周边侧上产生S极。因此，如图1(A)所示，在N极侧上的磁通量通过另一端表面20b被引入第一感应器20中，并且被引入的N极磁通量在该一个端表面20a处出现。同样，如图1(B)所示，在S极侧上的磁通量通过另一端表面21b被引入第二感应器21中，并且被引入的S极磁通量在该一个端表面21a处出现。因为该另一端表面20b和21b被布置在沿着第一场线圈18的外和内周边延伸的各个同心圆上，因此总是保证在第一感应器20的一个端表面20a处出现N极并且在第二感应器21的一个端表面21a处出现S极，即使转子12旋转。

基于相同的原理，当直流电流被供给到第二场线圈31时，在转子14中，总是保证在第三感应器27的一个端表面27a处出现S极并且在第四感应器28的一个端表面28a处出现N极。

当在以上状态中向电枢线圈24供给三相交流电流时，由于在供给的交流电流的三相中的相移而围绕电枢侧定子13的轴线产生旋转磁场。该旋转磁场引起转子12和14的第一到第四感应器20、21、27和28的每一个的关于该轴线的转矩，由此转子12和14旋转并且驱动轴34被驱动以旋转。

利用上述构造，如图7(A)所示，因为电流沿着相反的方向被供给到第一场线圈18和第二场线圈31，除了穿过转子中的感应器的磁通量之外，也沿着相反的方向产生磁通量B1和B2，如箭头所示。

在另一方面，如图7(B)的对照实例所示，当沿着相同方向向第一场线圈18’和第二场线圈31’供给电流时，由于第一场线圈18’通电产生的磁通量与由第二场线圈31’通电产生的磁通量沿相同方向起作用，由此产生漏磁通B3。

因此，在根据该实施例的轴向马达10中，因为电流沿着相反的方向被供给到第一场线圈18和第二场线圈31，能够防止图7(B)所示的漏磁通的产生，并且能够降低能量损失。

而且，因为包括连接到其上的第一和第二场线圈18、31的第一和第二场侧定子11、15和包括连接到其上的电枢线圈24的电枢侧定子不旋转并且仅仅包括固定到其上的第一到第四感应器20、21、27和28的第一和第二转子12、14与驱动轴34一起旋转，因此不再需要例如集电环的滑动部件来向线圈18、31和24馈送电力。因此，用于电力馈送的结构可被简化并且电力馈送可被稳定下来。此外，马达寿命可被延长。

顺便提及，第一和第二场线圈18、31或/和电枢线圈24的每一个可以由例如铜丝的普通传导材料制成。在该情形中，该普通传导导线无需冷却结构。

Claims

1.一种轴向马达，包括：电枢侧定子；一对第一转子和第二转子，布置在所述电枢侧定子的两侧上并且包括感应器；以及一对第一场侧定子和第二场侧定子，分别布置在所述第一转子和所述第二转子的相对间隔侧上，所述定子和转子被布置成在其间沿着驱动轴的轴向方向留有间隙，所述第一和第二转子被安装到所述驱动轴，

其中所述电枢侧定子包括沿着周向方向间隔地布置的多个电枢线圈，

其中所述第一和第二场侧定子分别包括围绕所述驱动轴的轴线以环面的形式布置的第一和第二场线圈，所述第一和第二场线圈被沿着相反的方向供给电流，

其中所述第一转子包括：第一感应器，它由磁性材料制成并且具有定位成面向所述电枢线圈的一个端表面和定位成面向所述第一场线圈的外周边侧的另一端表面；以及第二感应器，它由磁性材料制成并且具有定位成面向所述电枢线圈的一个端表面和定位成面向所述第一场线圈的内周边侧的另一端表面，所述第一感应器和所述第二感应器沿着所述周向方向被交替地布置，

其中所述第二转子包括：第三感应器，它由磁性材料制成并且具有定位成面向所述电枢线圈的另一个端表面的一个端表面和定位成面向所述第二场线圈的所述内周边侧的另一端表面；以及第四感应器，它由磁性材料制成并且具有定位成面向所述电枢线圈的另一个端表面的一个端表面和定位成面向所述第二场线圈的所述外周边侧的另一端表面，所述第三感应器和所述第四感应器沿着所述周向方向被交替地布置，并且

其中包括在所述第一和第二场侧定子中的所述第一和第二场线圈产生沿着相反方向的磁通量。

2.根据权利要求1所述的轴向马达，其中所述场线圈或/和所述电枢线圈由超导材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的轴向马达，其中所述感应器的每一个在垂直于所述轴向方向的方向上具有相同的截面面积。