CN101779366B - 轴向间隙型电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴向间隙型电动机，其具备：能够绕旋转轴旋转的转子；从与该转子的旋转轴平行的旋转轴方向的两侧隔着所述转子而对置配置的一对定子。所述转子具备：沿周向配置以使磁通的方向与所述旋转轴方向平行的多个主磁铁；配置在所述主磁铁的周向端部附近，并在与所述旋转轴方向及径向正交的方向上被磁化的副永久磁铁；配置在所述主磁铁的所述旋转轴方向的一侧及另一侧的至少任一侧的表面上的磁性部件。所述磁性部件在所述旋转轴方向上的长度比所述副永久磁铁在所述旋转轴方向上的长度长。

Description

轴向间隙型电动机

技术领域

本发明涉及轴向间隙型电动机。

本申请基于2007年8月29日申请的专利申请2007-223058号主张优先权，并在本申请中引用其内容。

背景技术

目前，已知有例如下述的永久磁铁同步机，即，具备从旋转轴方向的两侧隔着转子而对置配置的一对定子，相对于转子的永久磁铁所产生的励磁磁通，形成通过一对定子的磁通环(例如，参照专利文献1、专利文献2)。

专利文献1：日本特开平10-271784号公报；

专利文献2：日本特开2001-136721号公报。

在上述现有技术所涉及的永久磁铁同步机中，具备在周向交替配置有仅在旋转轴方向的同一方向被磁化的永久磁铁和磁性体的转子的永久磁铁同步机，与例如具备在周向交替配置有磁化方向反转的永久磁铁的转子的永久磁铁同步机相比，产生下述问题：磁转矩减半，并且，不能够有效地利用磁阻转矩。

另外，在具备在周向交替配置有仅磁化方向反转的永久磁铁并且在周向相邻的磁铁间配置有磁性体的转子的永久磁铁同步机中，由于磁转矩的相位与磁阻转矩的相位不同，因此，产生不能够有效利用磁转矩及磁阻转矩的问题。

进而，在这样的永久磁铁发电机中，在形成通过一对定子的所期望的磁通环之际，期望抑制形成不必要的磁通短路环的情况，从而适当地增大交链定子的定子绕组的交链磁通量，增大转矩电势。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种能够抑制形成不必要的磁通短路环的情况，同时有效利用转子所具备的永久磁铁及磁性体，从而有效地增大输出的轴向间隙型电动机。

为了解决上述课题而达成所述目的，本发明采用了以下的结构。

即，本发明的第一方式所涉及的轴向间隙型电动机具备：能够绕旋转轴旋转的转子；从与该转子的旋转轴平行的旋转轴方向的两侧隔着所述转子而对置配置的一对定子，所述转子具备：沿周向配置以使磁通的方向与所述旋转轴方向平行的多个主磁铁；配置在所述主磁铁的周向端部附近，并在与所述旋转轴方向及径向正交的方向上被磁化的副永久磁铁；配置在所述主磁铁的所述旋转轴方向的一侧及另一侧的至少任一侧的表面上的磁性部件，所述磁性部件在所述旋转轴方向上的长度比所述副永久磁铁在所述旋转轴方向上的长度长。

所述轴向间隙型电动机也可以在所述磁性部件的周向端部具备倒角形状的倒角部。

在所述轴向间隙型电动机中，所述倒角部从径向外方向径向内方以缩小倾向变化也可。

在所述轴向间隙型电动机中，也可以在所述磁性部件的周向端部设有径向截面呈大致圆弧状的曲面部。

在所述轴向间隙型电动机中，所述曲面部从径向外方向径向内方以缩小倾向变化也可。

发明效果

根据本发明的轴向间隙型电动机，在主磁铁的周向端部具备在与主磁铁的磁化方向正交的方向上被磁化的副永久磁铁。由此，在所谓的主磁铁及副永久磁铁的海尔贝克(ハルバツハ)配置而产生的磁通透镜效果的作用下，能够使主磁铁及副永久磁铁的磁通会聚，增大在定子的定子绕组上交链的磁通量。

而且，通过在主磁铁的表面上具备磁性部件，从而能够增大磁阻转矩，并且，防止主磁铁的磁导的降低，并抑制主磁铁的减磁。

此外，由于磁性部件在所述旋转轴方向上的长度比副永久磁铁在旋转轴方向上的长度长，比副永久磁铁还向定子突出，因此，能够更进一步增大磁阻转矩。由此，能够在不增大转子中的永久磁铁数量的情况下增大可输出的转矩。

进而，通过将磁性部件的周向端部形成倒角形状，由此能够相对于从定子向转子突出的齿的前端部、例如因弯曲成大致直角或大致锐角等而容易产生磁通的泄露的前端增大空隙，并且，能够将磁性部件的周向端部形成不易产生磁通的泄露的形状。因此，能够在齿的前端部与磁性部件的周向端部之间抑制产生磁铁磁通(特别是副永久磁铁的磁通)的短路环的情况，并防止磁阻转矩的降低。此外，通过具备倒角部来抑制转矩脉动的产生。

进而，相对于配置在定子的周向的多个齿，在形成于相邻的齿之间的槽安装定子绕组，由此，若槽的周向宽度在径向内方侧及径向外方侧形成为相等，则各齿的周向宽度以从径向外方向径向内方缩小的倾向变化。相对于此，若副永久磁铁的周向宽度在径向内方侧及径向外方侧形成为相等，则从周向的两侧隔着该副永久磁铁的磁性部件之间的间隔(即，相互对置的周向端部之间的间隔)也在径向内方侧及径向外方侧相等。由此，齿的前端部与磁性部件的周向端部之间的距离从径向外方向径向内方以增大倾向变化。因此，通过使磁性部件的周向端部的倒角部从径向外方向径向内方以缩小倾向变化，从而能够使齿的前端部与磁性部件的周向端部的倒角部之间的距离在径向内方侧及径向外方侧相等。因此，能够防止例如因该距离在径向不均等而产生磁通容易泄露的部位。

进而，通过在磁性部件的周向端部具备径向截面呈大致圆弧状的曲面部，由此，能够相对于从定子向转子突出的齿的前端部、例如因弯曲成大致直角或大致锐角等而容易产生磁通的泄露的前端增大空隙。另外，能够将磁性部件的周向端部形成不易产生磁通的泄露的形状。因此，能够在齿的前端部与磁性部件的周向端部之间抑制产生磁铁磁通(特别是副永久磁铁的磁通)的短路环的情况，并防止磁阻转矩的降低。此外，通过具备曲面部来抑制转矩脉动的发生。

进而，相对于配置在定子的周向的多个齿，在形成于相邻的齿之间的槽安装定子绕组，由此，若槽的周向宽度在径向内方侧及径向外方侧形成为相等，则各齿的周向宽度从径向外方向径向内方以缩小倾向变化。相对于此，若副永久磁铁的周向宽度在径向内方侧及径向外方侧形成为相等，则从周向的两侧隔着该副永久磁铁的磁性部件之间的间隔(即，相互对置的周向端部之间的间隔)也在径向内方侧及径向外方侧相等。由此，齿的前端部与磁性部件的周向端部之间的距离从径向外方向径向内方以增大倾向变化。因此，通过使磁性部件的周向端部的曲面部从径向外方向径向内方以缩小倾向变化，从而能够使齿的前端部与磁性部件的周向端部的曲面部之间的距离在径向内方侧及径向外方侧相等。因此，能够防止例如因该距离在径向不均等而产生磁通容易泄露的部位。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的轴向间隙型电动机的立体图。

图2是该实施方式的轴向间隙型电动机的转子的分解立体图。

图3是该实施方式的轴向间隙型电动机的转子的要部分解立体图。

图4是该实施方式的轴向间隙型电动机的转子的要部分解立体图。

图5是从径向外方向径向内方观察到的该实施方式的轴向间隙型电动机的定子及转子的要部的侧视图。此外，在该图5中，符号a1表示磁铁磁通，符号a2表示短路磁通。

图6是该实施方式的轴向间隙型电动机的转子的要部立体图。

图7是本发明的一实施方式的变形例的轴向间隙型电动机的转子的要部立体图。

图8是该变形例的轴向间隙型电动机的转子的要部分解立体图。

图9是从径向外方向径向内方观察到的该变形例的轴向间隙型电动机的定子及转子的要部的侧视图。此外，在该图9中，符号a1表示磁铁磁通，符号a2表示短路磁通。

符号说明

10轴向间隙型电动机

11转子

12定子

22齿

23槽

41主永久磁铁(主磁铁)

42磁性部件

42a倒角部

42b曲面部

43副永久磁铁片(副永久磁铁)

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的轴向间隙型电动机的一实施方式进行说明。

如图1及图2所示，本发明所涉及的轴向间隙型电动机10具备：设置成能够绕该轴向间隙型电动机10的旋转轴O旋转的大致圆环状的转子11；从旋转轴O方向的两侧隔着转子11对置配置，且具有产生使转子11旋转的旋转磁场的多相的各定子绕组(省略图示)的一对定子12。

该轴向间隙型电动机10作为驱动源搭载在例如混合动力车辆或电动车辆等车辆，输出轴与变速器(省略图示)的输入轴连接，由此，通过变速器将轴向间隙型电动机10的驱动力向车辆的驱动轮(省略图示)传递。

在车辆减速时从驱动轮侧向轴向间隙型电动机10传递驱动力的情况下，轴向间隙型电动机10作为发电机而发挥作用即产生所谓的再生制动力，将车身的动能回收为电能(再生能量)。进而，在例如混合动力车辆中，若轴向间隙型电动机10的旋转轴与内热机(省略图示)的曲轴连结，则即使将内热机的输出向轴向间隙型电动机10传递，轴向间隙型电动机10也能够作为发电机而发挥作用，从而产生电能。

各定子12具备：大致圆环板状的磁轭部21；在与转子11对置的磁轭部21的对置面上从周向隔开规定间隔的位置与旋转轴O方向平行地向转子11突出，并且沿径向延伸的多个齿22；安装在适当的齿22之间的定子绕组(省略图示)。

各定子12是例如主极为六个(例如，U⁺、V⁺、W⁺、U^-、V^-、W^-)而构成的6N型，另一侧的定子(第二定子)12的各U^-、V^-、W^-极相对于一侧的定子(第一定子)12的各U⁺、V⁺、W⁺极设定为在旋转轴O方向上对置。

例如对于在旋转轴O方向对置的一对定子12而言，对应于U⁺、V⁺、W⁺极的第一定子12的三个齿22与对应于U^-、V^-、W^-极的第二定子12的三个齿22设定成在旋转轴O方向上对置，与在旋转轴O方向上对置的第一定子12的齿22和第二定子12的齿22相对的通电状态设定成通过电角变为反转状态。

各齿22的周向宽度设定成从径向外方向径向内方以缩小倾向变化。周向相邻的齿22彼此之间的周向上的间隔、即形成在周向相邻的齿22之间而向径向延伸的槽23的槽宽度设定成在径向上为规定的一定值。

转子11具备多个主磁铁极部31、多个副磁铁部32、由非磁性材料构成的转子架33。主磁铁极部31和副磁铁部32以在周向上交替配置的状态收容于转子架33内。

转子架33具备：通过周向上隔开规定间隔配置的多个径向肋34连接的外周侧筒状部35及内周侧筒状部36；形成为从内周侧筒状部36的内周面上向内方突出的圆环板状，且与外部的驱动轴(例如，车辆的变速器的输入轴等)连接的连接部37。

在本实施方式中，由于转子架33的内周侧筒状部36与外部的驱动轴连接，因此径向肋34的径向的内侧成为轴部侧，径向肋34的径向的外侧成为缘部侧。

收容于转子架33内的多个主磁铁极部31配置成由内周侧筒状部36和外周侧筒状部36从径向的两侧夹入，并且隔着径向肋34在周向上相邻。

例如如图3及图4所示，主磁铁极部31具备：在厚度方向(即，旋转轴O方向)上被磁化的大致扇形板状的主永久磁铁片41；从厚度方向的两侧夹入该主永久磁铁片41的一对磁性部件42。周向相邻的主磁铁极部31的各主永久磁铁片41的磁化方向设定成相互不同的方向。即，具备将旋转轴O方向的一侧作为N极的主永久磁铁片41的主磁铁极部31与具备将旋转轴O方向的一侧作为S极的主永久磁铁片41的主磁铁极部31在周向上相邻。

收容于转子架33内的多个主磁铁极部31配置成由内周侧筒状部36和外周侧筒状部35从径向的两侧夹入，并且经由径向肋34在周向上相邻。

即，在转子架33内，由两个径向肋34从周向的两侧夹入各主磁铁极部31的主永久磁铁片41。

覆盖主永久磁铁片41的厚度方向的一个表面及另一个表面的一对磁性部件42中与厚度方向相对的截面形状被制成与主永久磁铁片41相等的大致扇形。

在磁性部件42的周向两端部形成有倒角形状的倒角部42a。

副磁铁部32具备例如在转子架33内从旋转轴O方向的两侧夹入径向肋34的一对副永久磁铁片43。例如如图4所示，在旋转轴O方向上对置的一对副永久磁铁片43沿着分别与旋转轴O方向及径向正交的方向(大致周向)被磁化，磁化方向相互为不同方向。

在转子架33内，周向相邻的副磁铁部32的副永久磁铁片43彼此从周向的两侧夹入主磁铁极部31的磁性部件42。

在分开表示转子11的转子架33和转子架33以外的结构要素(即，主磁铁极部31及副磁铁部32)的图2与表示转子11的转子架33以外的结构要素(即，主磁铁极部31及副磁铁部32)的图3中，在旋转轴O方向上对置的一对副永久磁铁片43之间及周向上相邻的主永久磁铁片41之间形成有配置转子架33的径向肋34的空间部34a。

例如如图4所示，隔着磁性部件42在周向上对置的一对副永久磁铁片43彼此的磁化方向相互为不同方向。

配置在旋转轴O方向的一侧的一对副永久磁铁片43彼此配置成使与在旋转轴O方向被磁化的主永久磁铁片41的一侧的磁极同级的磁极对置，配置在旋转轴O方向的另一侧的一对副永久磁铁片43彼此配置成使与在旋转轴O方向被磁化的主永久磁铁片41的另一侧的磁极同级的磁极对置。

即，对于例如旋转轴O方向的一侧为N极且另一侧为S极的主永久磁铁片41而言，在旋转轴O方向上从周向的两侧夹入磁性部件42的一对副永久磁铁片43配置成各自彼此的N极在周向上对置，且在旋转轴O方向的另一侧从周向的两侧夹入磁性部件42的一对副永久磁铁片43配置成各自的S极在周向上对置。

由此，在所谓的永久磁铁的海尔贝克配置所产生的磁通透镜效果的作用下，主永久磁铁片41及各副永久磁铁片43的各磁通会聚，交链在各齿12上的有效磁通相对增大。

例如如图5所示，磁性部件42在旋转轴O方向上的长度LY(＞LS)比副永久磁铁片43在旋转轴O方向上的长度LS长。此外，在图5中，符号a1表示磁铁磁通，符号a2表示短路磁通。

对于定子12的齿22的前端部的外周侧周向宽度B及内周侧周向宽度b、周向相邻的磁性部件42彼此的第一间隔h(即，相互的倒角部42a的沿周向的内端p彼此的间隔)及第二间隔H(即，相互的倒角部42a的沿周向的外端q彼此的间隔)，设定成第二间隔H在外周侧周向宽度B以上，第一间隔h在内周侧周向宽度b以上。

如上所述，根据本实施方式的轴向间隙型电动机10，在主永久磁铁片41的周向端部具备在与主永久磁铁片41的磁化方向正交的方向被磁化的副永久磁铁片43，由此，在所谓的永久磁铁片41及副永久磁铁片43的海尔贝克配置所产生的磁通透镜效果的作用下，能够使主永久磁铁片41及副永久磁铁片43的磁通会聚，增大交链在齿12的定子绕组上的磁通量。

而且，通过在主永久磁铁片41的表面上具备磁性部件42，从而能够增大磁阻转矩，并且，防止主永久磁铁片41的磁导的降低，并抑制主永久磁铁片41的减磁。

此外，磁性部件42在旋转轴O方向上的长度LY(＞LS)比副永久磁铁片43在旋转轴O方向上的长度LS长，而比副永久磁铁片43还向定子12突出。因此，能够更进一步增大磁阻转矩，能够在不增大转子11中的永久磁铁数量的情况下增大可输出的转矩。

进而，通过将磁性部件42的周向端部制成倒角形状，由此，能够相对于从定子12向转子11突出的齿22的前端部、例如因弯曲成大致直角等而容易产生磁通的泄露的前端(例如，图5所示的前端e)增大空隙，并且，能够将磁性部件42的周向端部制成不易产生磁通的泄露的形状。由此，能够在齿22的前端部与磁性部件42的周向端部之间产生磁铁磁通(特别是副永久磁铁片43的磁铁磁通)的短路环，能够防止转矩电势的降低。并且，通过具备倒角部42a，能够抑制转矩脉动的产生。

另外，通过将磁性部件42彼此的第二间隔H设定成在齿22的外周侧周向宽度B以上，将磁性部件42彼此的第一间隔h设定成齿22的内周侧周向宽度b以上，从而能够更进一步抑制产生磁铁磁通(特别是副永久磁铁片43的磁铁磁通)的短路环，能够防止转矩电势的降低。

此外，例如如图6所示，在上述实施方式中，在磁性部件42的周向两端部具有倒角形状的倒角部42a，该倒角部42a从径向外方向径向内方具有同等的宽度W，但并不限定于此，例如如图7及图8所示，也可以具备从径向外方向径向内方以缩小倾向变化的倒角部42c。

在这种情况下，配置在定子12的周向的各齿22的周向宽度从径向外方向径向内方以缩小倾向变化。相对于此，副永久磁铁片43的周向宽度形成为径向内方侧及径向外方侧相等。从周向的两侧夹入该副永久磁铁片43的磁性部件42之间的周向间隔也在径向内方侧及径向外方侧相等。因此，齿22的前端部与磁性部件42的周向端部之间的距离从径向外方向径向内方以增大倾向变化。因此，通过使磁性部件42的周向端部的倒角部42c从径向外方向径向内方以缩小倾向变化，从而能够使齿22的前端部与磁性部件42的倒角部42c之间的距离在径向内方侧及径向外方侧相等。由此，能够防止例如因该距离在径向不均等而产生磁通容易泄露的部位。

此外，在上述实施方式中，在磁性部件42的周向两端部形成有倒角形状的倒角部42a、42a，但并不限定于此，例如如图9所示，也可以在磁性部件42的周向端部具备径向截面呈大致圆弧状的曲面部42b来代替倒角部42a(在图9中，符号a1表示磁铁磁通，符号a2表示短路磁通)。进而，曲面部42b也可以从径向外方向径向内方以缩小倾向变化。

以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。只要在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行结构的附加、省略、置换及其他变更。本发明并不限定于上述说明，仅受所附权利要求书限定。

产业上的可利用性

根据本发明的轴向间隙型电动机，在主磁铁的周向端部具有在与主磁铁的磁化方向正交的方向被磁化的副永久磁铁，由此，在所谓的主磁铁及副永久磁铁的海尔贝克配置而产生的磁通透镜效果的作用下，能够使主磁铁及副永久磁铁的磁通会聚。从而增大在定子的定子绕组上交链的磁通量。

Claims (2)

1.一种轴向间隙型电动机，其特征在于，具备：

能够绕旋转轴旋转的转子；

从与该转子的旋转轴平行的旋转轴方向的两侧沿着所述旋转轴方向隔着所述转子而对置配置的一对定子，

所述转子具备：沿周向配置以使磁通的方向与所述旋转轴方向平行的多个主磁铁；配置在所述主磁铁的周向端部附近，并在与所述旋转轴方向及径向正交的方向上被磁化的副永久磁铁；配置在所述主磁铁的所述旋转轴方向的一侧及另一侧的至少任一侧的表面上的磁性部件，

所述磁性部件在所述旋转轴方向上的长度比所述副永久磁铁在所述旋转轴方向上的长度长，

在所述磁性部件的周向端部具备倒角形状的倒角部，

所述倒角部从径向外方向径向内方以缩小倾向变化。

2.一种轴向间隙型电动机，其特征在于，具备：

能够绕旋转轴旋转的转子；

从与该转子的旋转轴平行的旋转轴方向的两侧沿着所述旋转轴方向隔着所述转子而对置配置的一对定子，

所述转子具备：沿周向配置以使磁通的方向与所述旋转轴方向平行的多个主磁铁；配置在所述主磁铁的周向端部附近，并在与所述旋转轴方向及径向正交的方向上被磁化的副永久磁铁；配置在所述主磁铁的所述旋转轴方向的一侧及另一侧的至少任一侧的表面上的磁性部件，

所述磁性部件在所述旋转轴方向上的长度比所述副永久磁铁在所述旋转轴方向上的长度长，

在所述磁性部件的周向端部设有径向截面呈大致圆弧状的曲面部，

所述曲面部从径向外方向径向内方以缩小倾向变化。

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