CN102460905B

CN102460905B - 轴向电动机

Info

Publication number: CN102460905B
Application number: CN201080027483.4A
Authority: CN
Inventors: 竹本真绍; 三谷宏幸; 北条启文; 井上浩司; 尾崎修
Original assignee: Hokkaido University NUC; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Hokkaido University NUC; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2030-06-17
Also published as: JP2011010375A; CN102460905A; TWI420783B; US20120104880A1; US9071118B2; KR20120023825A; TW201105004A; KR101355257B1; EP2448089A1; EP2448089A4; WO2010150492A1

Abstract

本发明提供一种轴向电动机，包括转子(2)，该转子(2)设置于具有线圈的一对定子之间，并且沿旋转方向交替地设置有多个夹在一对第1磁性体(21)之间的永磁铁(23)和第2磁性体(22)，且永磁铁(23)和第2磁性体(22)之间设置有间隔(24、26、27)。具有如上所述的结构的轴向电动机，因为永磁铁(23)被第1磁性体(21)夹持，所以能够进行弱励磁控制，因为设有第2磁性体(22)，所以能够产生磁阻转矩，而且，因为设有间隔(24、26、27)，所以能够使从永磁铁(23)产生的磁通量向线圈侧大量地流出。因此，具有如上所述的结构的轴向电动机能够实现高输出化(高转矩化)、高效率化(小型化)。

Description

轴向电动机

技术领域

本发明涉及在与旋转轴平行的方向上相向地配置定子的磁极和设置于转子的永磁铁的轴向电动机(axial motor)。

背景技术

已知一种轴向电动机，其具有在与旋转轴平行的方向上相向地设置定子的磁极和转子的永磁铁的结构。如上所述的轴向电动机具有能够小型化且也能够高输出化的优点。因此，轴向电动机用于各种用途。

轴向电动机例如具有如专利文献1、专利文献2等所示的结构。更具体而言，轴向电动机包括：在由软铁等构成的铁芯的表面呈圆环状地设置有多个扇形的永磁铁的转子；以及具有形成在与旋转轴平行的方向上与这些永磁铁相向的磁极的线圈的定子。各永磁铁的磁极的方向(连结N极和S极的方向)被设置成与旋转轴平行，且相邻的永磁铁的磁极的方向彼此相反。而且，在此种结构的轴向电动机中，通过利用定子的线圈产生旋转磁场，从而使各永磁铁产生磁吸引力和磁推斥力，其结果，产生转矩从而转子旋转。

此种轴向电动机存在容易产生转矩的脉动(齿槽转矩(cogging torque))的问题，针对于此，例如由专利文献3等提出了防止该问题的方法。在专利文献3中记载有被设定成如下结构的轴向电动机，即，线圈的轮廓线和永磁铁的轮廓线中分别与转子旋转方向交叉的方向的轮廓线为大致直线状，并且，在转子旋转时，线圈的轮廓线与永磁铁的轮廓线以彼此非平行的状态在转子旋转方向上接近和远离。在该轴向电动机中，在转子旋转的情况下，由永磁铁产生的磁场通过定子的线圈产生的磁场时的磁通量的变动随着转子的旋转逐渐变化。其结果，剧烈的转矩变动得到抑制，齿槽转矩得到缓和。

此外，轴向电动机是只利用由永磁铁产生的磁铁转矩的作用获得电动机转矩的结构，因此，为了增加转矩，需要增加永磁铁的数量。因此，在所要求的转矩大的情况下，轴向电动机的容积增大，存在大型化的问题。此外，伴随大型化，成本也增加。因此，提出了各种防止如上所述的问题的方法，即，用于减少在轴向电动机中为了增大转矩而所需的永磁铁的数量的方法。例如，在专利文献4中记载有在转子的各永磁铁之间设置磁性体的结构的轴向电动机。这样，通过在各永磁铁之间设置磁性体，能够与磁性体的设置量相对应地减少永磁铁的数量。与减少永磁铁相对应，磁铁转矩也减少，但是通过设置磁性体，能够利用磁阻转矩(reluctance torque)，因此能够维持总的电动机转矩。据此，能够在整体上不减少转矩的情况下减少永磁铁的数量。

另外，在专利文献4中也提出了具有在各永磁铁的至少在表面上具有磁性体的结构的轴向电动机。通过采用此种结构，能够进一步增大磁阻转矩。据此，能够减少永磁铁的数量，并且整体上能够进一步抑制转矩的减少。

另外，利用上述专利文献4中记载的技术，实现了减少永磁铁的数量的轴向电动机，但是受到最近对于环境问题的意识提高等的影响，从节省资源以及节省能量的观点出发，也要求轴向电动机更进一步高输出化、高效率化。

专利文献1：日本专利公开公报特开平6-38418号

专利文献2：日本专利公开公报特开2001-57753号

专利文献3：日本专利公开公报特开2005-130692号

专利文献4：日本专利公开公报特开2005-94955号

发明内容

本发明鉴于上述的情况而作，其目的在于提供一种能够实现高输出化(高转矩化)、高效率化(小型化)的轴向电动机。

本发明所涉及的轴向电动机，包括转子，该转子设置于具有线圈的一对定子之间，并且沿旋转方向交替地设置有多个夹在一对第1磁性体之间的永磁铁和第2磁性体，且永磁铁和第2磁性体之间设置有间隔。具有如上所述的结构的轴向电动机，因为永磁铁被第1磁性体夹持，所以能够进行弱励磁控制，因为设有第2磁性体，所以能够产生磁阻转矩，而且，因为设有间隔，所以能够使从永磁铁产生的磁通量向线圈侧大量地流出。因此，具有如上所述的结构的轴向电动机能够实现高输出化(高转矩化)、高效率化(小型化)。

本发明的上述以及其他目的、特征和优点根据以下的详细记载和附图而明确。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的轴向电动机的结构的概略剖视图。

图2是图1所示的轴向电动机的局部剖面立体图。

图3是用于表示图1所示的轴向电动机的定子的结构的图，其中，图3(A)是表示定子芯体的结构的立体图，图3(B)是表示定子的结构的俯视图。

图4是用于说明图1所示的轴向电动机的转子的结构的图，其中，图4(A)是表示转子的表面的结构的俯视图，图4(B)是表示图1的箭头IVB-IVB的剖视图。

图5是图1所示的轴向电动机的转子的组装图。

图6是用于说明图1所示的轴向电动机中的第1磁性体和第2磁性体的轮廓线与线圈的轮廓线之间的关系的图。

图7是表示用于实施例的轴向电动机的各尺寸的图。

图8是表示图7所示的实施例中的轴向电动机以及以往的电动机的电位相位与平均转矩之间的关系的曲线图。

图9是表示图7所示的实施例中的轴向电动机以及以往的电动机的旋转角度与转矩之间的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明所涉及的实施方式。另外，在各图中标注相同的符号的结构表示相同的结构，并省略其说明。

图1是表示本实施方式所涉及的轴向电动机的结构的概略剖视图，图2是本实施方式所涉及的轴向电动机的局部剖面立体图。另外，由于图2表示壳体的内部，所以所述壳体未图示。此外，图2是用包括旋转轴且彼此正交的平面剖切的轴向电动机的剖视图。如图1和图2所示，轴向电动机100包括：被固定在能够转动地支撑于壳体4的旋转轴3上的圆板状的转子(rotor)2；和以从转子2的正面侧和背面侧夹住该转子2的方式设置的一对定子(stator)1。另外，所谓转子2的正面侧和背面侧是转子2中的定子1侧。更具体而言，所谓转子2的正面侧(应为正面)和背面侧(应为背面)是转子2中的与旋转轴3大致垂直的面，一对定子1分别相对于转子2位于与旋转轴3平行的方向上。此外，在转子2和定子1之间形成有作为间隙的间隔13(第3间隔)。间隔13例如为0.5mm左右即可。

在转子2的正面和背面均设置有第1磁性体21和第2磁性体22。而且，以被第1磁性体21夹住的方式设置有多个永磁铁23。定子1被固定设置在壳体4的内侧，且呈大致环状。定子1具有线圈12，该线圈12形成在与旋转轴3平行的方向上与永磁铁23相向的磁极。

图3是用于表示本实施方式所涉及的定子的结构的图，其中，图3(A)是表示定子芯体的结构的立体图，图3(B)是表示定子的结构的俯视图。定子1具有图3(A)所示的定子芯体1a。作为磁性体的定子芯体1a呈大致环状，且具有向与转子2相向的面突出地设置的多个齿11。这些多个齿11以沿大致环状的定子1的形状，在周向上彼此隔着指定的间隔而描绘大致圆形的方式设置。如图3(B)所示，在定子1中，以各齿11为中心卷绕导线而形成线圈12。通过使电流流过该导线，而在线圈12上形成磁极。而且，以该磁极和永磁铁23在与旋转轴3平行的方向上相向的方式设置定子1和永磁铁23。因此，通过使电流依次流过这些多个线圈12，多个齿11被依次磁化，产生旋转磁场。

图4是用于说明本实施方式所涉及的转子的结构的图，其中，图4(A)是表示转子的表面的结构的俯视图，图4(B)是表示图1的IVB-IVB处的剖视图。如图4(A)所示，在转子2的表面设置有第1磁性体21和第2磁性体22。这些第1磁性体21和第2磁性体22在俯视图中呈大致扇形状，且在旋转轴3的周围沿其旋转方向交替地设置。第1磁性体21以将永磁铁23从其定子1侧覆盖的方式设置。换句话说，第1磁性体21分别设置在转子2的正面和背面，永磁铁23被第1磁性体21从正面和背面这两个方向夹住，且永磁铁23和第1磁性体接触。此外，第2磁性体22从转子2的正面向背面连续，以贯穿转子2的方式被设置。

在这些第1磁性体21和第2磁性体22之间形成有间隔24(第2间隔)。在此，间隔24称为磁间隔。换句话说，作为间隔24，既可以在第1磁性体21和第2磁性体22之间仅形成作为物理空间的间隙，也可以在第1磁性体21和第2磁性体22之间设置非磁性体。另外，第1磁性体21和第2磁性体22被保持并固定在作为转子2的主体的保持部件25上。

此外，如图4(B)所示，在转子2的内部，多个永磁铁23在旋转轴3的周围沿其旋转方向被设置。这些永磁铁23俯视时为大致扇形状的平板，且以其磁极的方向为与旋转轴3大致平行的方向的方式被设置。另外，磁极的方向是连结N极和S极的方向，其体而言，是成为永磁铁23的N极的面和成为S极的面的法线方向。而且，相邻的永磁铁23的磁极的方向被设置为彼此相反。换句话说，相邻的永磁铁23以磁极不同的方式被设置。具体而言，如图4(B)所示，永磁铁23被设置成：在相邻的永磁铁23中，永磁铁23的一侧面上的磁极为S极和N极交替。另外，如上所述的从转子2的表面向背面贯穿的第2磁性体22位于相邻的永磁铁23之间。在相邻的永磁铁23和第2磁性体22之间形成有间隔26(第1间隔)。另外，在相邻的永磁铁23之间还形成有间隔27。另外，间隔26、27也与间隔24同样地称为磁间隔，既可以仅是作为物理空间的间隙，也可以在该间隙中填充非磁性体。

如上所述，各永磁铁23的定子1侧被第1磁性体21覆盖，且在彼此相邻的永磁铁23之间和彼此相邻的第1磁性体21之间分别设置有第2磁性体22。而且，在第2磁性体22和相邻于第2磁性体22的永磁铁23之间形成有间隔26，在第2磁性体22和相邻于第2磁性体22的第1磁性体21之间形成有间隔24。

如上所述，转子2具有作为其主体的保持部件25，第1磁性体21和第2磁性体22由保持部件25保持。例如，也可以在保持部件25上形成框架，通过在该框架中嵌入第1磁性体21和第2磁性体22而保持该第1磁性体21和第2磁性体22。在此，说明在本实施方式所涉及的轴向电动机中，在保持部件25上设置第1磁性体21、第2磁性体22和永磁铁23的方法。图5是本实施方式所涉及的轴向电动机的转子的组装图。如图5所示，在保持部件25上以供第1磁性体21和第2磁性体22嵌入的方式形成有框架(开口部)21a和22a。具体而言，第1磁性体21从转子2的正面和背面嵌入框架21a中，以便更好地从永磁铁23的正面和背面夹住该永磁铁23。在永磁铁23和第1磁性体21上形成有螺纹贯通孔，通过使形成于永磁铁23和第1磁性体21的贯通孔对准并在该对准的贯通孔中螺合螺栓，永磁铁23被固定于第1磁性体21。此外，通过利用螺栓紧固第1磁性体21，从两面夹持保持部件25，因此，第1磁性体21被固定于保持部件25。

此外，第2磁性体22通过嵌入框架22a而被固定于保持部件25。第2磁性体22被分割成两部分，这两部分从转子2的正面和背面嵌入框架22a。在这些被分割了的第2磁性体22上形成有螺纹贯通孔，通过使这些贯通孔对准并在该对准的贯通孔中螺合螺栓，被分割了的第2磁性体22成一体。此外，通过利用螺栓紧固第2磁性体22，从两面夹持保持部件25，因此，第2磁性体22被固定于保持部件25。

如上所述，因为第1磁性体21、第2磁性体22和永磁铁23被固定于保持部件25，所以第1磁性体21、第2磁性体22和永磁铁23的位置不会变动。特别是在轴向电动机25(应为“100”)工作的情况下，基于由永磁铁23和线圈12产生的磁场，在转子2上作用有推斥力、吸引力。此外，通过转子2旋转，离心力等也作用于转子2。据此，即使在第1磁性体21、第2磁性体22和永磁铁23上作用有上述各力的情况下，基于保持部件25，它们的位置受到限制，位置不会发生变动。据此，能够容易地限制第1磁性体21、第2磁性体22和永磁铁23的位置。此外，作为间隔24，与在第1磁性体21和第2磁性体22之间形成空间的情况相比，例如通过采用在该空间中填充非磁性体的结构，间隔24的固定更为强化。

此外，保持部件25需要具有能够承受由上述磁场产生的推斥力、吸引力、离心力等的强度。另外，为避免影响由永磁铁23和线圈12产生的磁通量，保持部件25优选非磁性体。因此，作为保持部件25的材料，例如优选奥氏体系不锈钢。此外，如图5所示，例如保持部件25是形成有将第1磁性体21和第2磁性体22呈放射线状固定的框架21a和22a的形状，设定为圆形即可。具体而言，保持部件25可以是将圆环状部件和从旋转轴3向外周方向呈放射线状延伸的多个部件一体化而成的形状，即例如自行车的车轮或水车那样的形状。

如上所述，在本实施方式所涉及的轴向电动机100中形成有间隔24、26、27，通过如上所述地形成间隔24、26、27，能够抑制来自永磁铁23的磁通量从永磁铁23的法线方向扩展地流出。因而，能够使来自永磁铁23的磁通量沿着永磁铁23的法线方向、即与旋转轴3平行的方向大量地流出。据此，与未形成间隔24、26、27的情况相比，能够增大线圈12和永磁铁23之间产生的磁吸引力和磁推斥力，因此，能够增大轴向电动机100的磁铁转矩。假设不存在间隔24、26、27，则来自永磁铁23的磁通量中流向相邻(接近)的永磁铁23或第2磁性体22等的成分增加，流向永磁铁23的法线方向的成分减少，因此，轴向电动机100的磁铁转矩降低。

在此，优选间隔24和间隔26的间隔长度比形成于转子2和定子1之间的间隔13的间隔长度长。据此，对从永磁铁23流出的磁通量发挥以下的效果，即，使流向相邻的永磁铁23或第2磁性体22等的磁通量减少，使永磁铁23的法线方向(与旋转轴3平行的方向)的磁通量增加。据此，能够增加轴向电动机100的磁铁转矩。

另外，如上所述，只要使间隔24和间隔26的间隔长度比间隔13的间隔长度长，就能够获得使永磁铁23的法线方向的磁通量增加的效果。可是，在相同大小的轴向电动机100中，若增加间隔24和间隔26的间隔长度，则永磁铁23、第1磁性体21和第2磁性体22的容量减少。因此，若过于增大间隔24和间隔26的间隔长度，则磁铁转矩反而会减少。例如，若使间隔24和间隔26的间隔长度长于间隔13的间隔长度的10倍，则有可能难以获得高转矩。因此，优选间隔24和间隔26的间隔长度长于间隔13的间隔长度且在间隔13的间隔长度的10倍以下。

接着，说明第1磁性体和第2磁性体的轮廓线与线圈12的轮廓线之间的关系。图6是用于说明第1磁性体和第2磁性体的轮廓线与线圈的轮廓线之间的关系的图。更具体而言，图6是表示设置于转子2的第1磁性体21和第2磁性体22与通过在齿11上卷绕导线而形成的线圈12之间的位置关系的图。另外，图6是从与旋转轴3平行的方向观察的图。因转子2旋转，所以上述位置关系随时变化。在图6中特别表示在转子2旋转的情况下，线圈12的轮廓线中与转子2的旋转方向交叉的轮廓线12a与第1磁性体21和第2磁性体22的轮廓线中与转子2的旋转方向交叉的轮廓线21b和22b之间的位置关系。如图6所示，在本实施方式所涉及的轴向电动机100中，即使由于转子2旋转，定子1相对于转子2的相对的位置关系变化，轮廓线12a与轮廓线21b和22b也不会平行。此外，由于间隔24在旋转方向上的间隔大致均匀，所以间隔24大致呈直线状，该间隔24与轮廓线12a也不平行。如上所述，在转子2旋转的情况下，由于线圈12的轮廓线12a与间隔24不平行而交叉，所以由产生于线圈12和永磁铁23之间的磁吸引力和磁推斥力引起的转矩的增减逐渐地进行。据此，发挥能够使转子2顺利地旋转的效果。换句话说，能够减少齿槽(应为齿槽转矩)。

另外，在图6中，以间隔24在旋转方向上的间隔大致均匀，即间隔24呈大致直线状的情况为例进行了说明，但是就减少齿槽的效果而言，并不需要将间隔24设为大致直线状，只要是间隔24的中心线和与转子2的旋转方向交叉的线圈12的轮廓线12a保持非平行状态地接近和远离的结构，就能够获得同样的效果。可是，从制造的容易性等观点来讲，优选如图6那样使间隔24在旋转方向上的间隔大致均匀，从而将间隔24设置为大致直线状的结构。

接着，说明本实施方式所涉及的轴向电动机的动作。在本实施方式所涉及的轴向电动机中，通过使电流流过形成线圈12的导线，从而在线圈12上形成在与旋转轴3平行的方向上与永磁铁23相向的磁极。而且，通过使电流依次流过卷绕于相邻的齿11的导线，从而多个齿11依次被磁化，产生旋转磁场。通过产生旋转磁场，转子2的永磁铁23与旋转磁场相互作用，产生吸引和推斥作用，因此，转子2旋转，能够获得磁铁转矩。此外，因为在相邻的永磁铁23之间设置有第2磁性体22，所以这些第2磁性体22也被旋转磁场吸引，从而除了能够获得由于永磁铁23的存在而产生的磁铁转矩之外，还能够获得磁阻转矩。另外，为了获得更强的磁阻转矩，第2磁性体22优选强磁性体。此外，第2磁性体22的设置位置只要是被依次形成于定子1的磁极吸引而促使转子2旋转的位置即可。即，至少在相邻的永磁铁23之间存在第2磁性体22即可。

如上所述，在本实施方式所涉及的轴向电动机100中，不仅产生磁场转矩，而且通过设置第2磁性体22，还产生磁阻转矩。因此，即使在减少了永磁铁23的数量的情况下，也能够利用磁阻转矩来补充由此减少了的磁铁转矩的量，在整体上能够获得同等的转矩。换句话说，即使在减少永磁铁23的数量，来减少轴向电动机100的容积，以此谋求小型化的情况下，也发挥能够实现与减少前相同的转矩的效果。此外，即使不增加永磁铁23的数量，也能增加转矩，因此，发挥能够使轴向电动机100高输出化(高转矩化)的效果。

此外，如上所述，在本实施方式所涉及的轴向电动机100中，通过以覆盖各永磁铁23的表面和背面的方式设置第1磁性体21，能够进行所谓的弱励磁控制。在使轴向电动机100的转子2旋转的情况下，基于永磁铁23横穿线圈12而产生的磁通量的变化，在线圈12中产生反电动势。因此，在想要使转子2高速旋转的情况下，由于该反电动势增大，所以发生即使提高驱动电流，转速也不会上升的现象。为了抑制如上所述的在高速旋转时的低输出，优选减弱由线圈产生的磁场(励磁)，进行所谓的弱励磁控制。据此，因为能够抑制反电动势，所以能够抑制低输出。为了进行弱励磁控制，只要减弱永磁铁23的磁力即可，例如只要增大线圈12与永磁铁23之间的距离即可。但是，若如上所述地增大线圈12与永磁铁23之间的距离，则轴向电动机100的转矩会降低。因此，如本实施方式所涉及的轴向电动机100那样，通过利用第1磁性体21覆盖各永磁铁23的正面和背面，能够使线圈12与永磁铁23之间的距离增大与第1磁性体21的厚度相对应的距离，能够进行弱励磁控制。另外，因为在永磁铁23与线圈12之间存在第1磁性体21，所以不会减弱相互影响的永磁铁23和线圈12的磁通量。因此，转矩的降低也较少。如上所述，通过以覆盖永磁铁23的正面和背面的方式设置第1磁性体21，弱励磁控制有效地发挥作用，能够使高速旋转时的输出提高。

此外，从原理上讲，电动机的转矩利用永磁铁23的磁场和由线圈12产生的磁场的吸引力和推斥力而产生。即，永磁铁23的表面置于由线圈12产生的磁场中。因为由线圈12产生的磁场是交流磁场，所以如果永磁铁23的表面是导体，就会产生涡电流，发生涡电流损失。此时优选能够抑制该涡电流的产生，例如只要增大覆盖永磁铁23的正面和背面的第1磁性体21的电阻即可。因此，本实施方式所涉及的轴向电动机100采用电阻高的材料、即压粉磁芯材料作为第1磁性体21。据此，发挥能够抑制涡电流，抑制损失增大且能够获得高转矩的效果。此外，第2磁性体22也同样地进入由线圈12产生的磁场中。因此，优选第2磁性体22也由抑制涡电流损失的材料构成。因此，本实施方式所涉及的轴向电动机100采用电阻高的材料、即压粉磁芯材料作为第2磁性体22。据此，发挥能够抑制涡电流，抑制损失增大且能够获得高转矩的效果。

以上，说明了本实施方式所涉及的轴向电动机100，基于此实际制造本实施方式所涉及的轴向电动机100并进行了其性能评价，而且将其结果作为实施例示于下文。用于实施例的本实施方式所涉及的轴向电动机100的条件为，旋转速度为2400r/min(规定速度)，旋转角度为90deg/5deg，电流密度为6A/mm²，电流相位为0、20、30、40、60、70、80deg，13并联，23圈(槽满率：45.5％)。此外，图7是表示实施例所用的轴向电动机的各尺寸的图。图7作为与图2对应的图，各尺寸的单位为mm。图8是表示实施例中的轴向电动机以及以往的电动机的电位相位与平均转矩之间的关系的曲线图。在图8中，以实线表示的对象为实施例中的轴向电动机的测量结果。此外，在图8中，以虚线表示的对象为比较例即以往的电动机的测量结果。另外，作为比较例的以往的电动机，使用与实施例中的轴向电动机相同大小的径向电动机。如从图8可知，电流相位为30deg时，两电动机的平均转矩都为最大值。实施例的电动机的平均转矩为24.28Nm，比较例的电动机的平均转矩为14.02Nm。因而，实施例的电动机实现了高输出。

此外，图9是表示实施例中的轴向电动机以及以往的电动机的旋转角度与转矩之间的关系的曲线图。在图9中，以实线表示的对象为实施例中的轴向电动机的测量结果。此外，在图9中，以虚线表示的对象为比较例、即以往的轴向电动机的测量结果。此外，以细线所表示的一定值是这些电动机的平均转矩。另外，比较例是在转子2旋转时线圈12的轮廓线12a与间隔24平行的结构。如从图9可知，在比较例中，每个旋转角度的转矩存在偏差。因而可知，与实施例相比，比较例产生了大的齿槽。如上所述，实施例的电动机不易产生齿槽。

如上所述，本发明的实施方式所涉及的轴向电动机100基于此前提出的轴向结构，能够实现更进一步的高输出化(高转矩化)。此外，因为本发明的实施方式所涉及的轴向电动机100能够产生高转矩，所以即使与以往相比小型化，也能够产生与以往相同程度或比以往高的转矩。即，能够实现高效率化(小型化)。

本说明书如上所述公开了各种方式的技术，将其中主要的技术总结如下。

一实施方式所涉及的轴向电动机，转子，具备多个永磁铁，所述多个永磁铁在旋转轴的周围沿旋转方向设置，并且所述多个永磁铁在与所述旋转轴平行的方向上具有磁极的方向；以及一对定子，具有线圈，所述线圈形成在与所述旋转轴平行的方向上与设置于所述转子的所述永磁铁相向的磁极，其中，彼此相邻的所述永磁铁的磁极的方向相反，各所述永磁铁的各所述定子侧被第1磁性体覆盖，且在彼此相邻的所述永磁铁之间以及彼此相邻的所述第1磁性体之间设置有第2磁性体，在所述第2磁性体和相邻于所述第2磁性体的所述永磁铁之间形成有第1间隔，在所述第2磁性体和相邻于所述第2磁性体的所述第1磁性体之间形成有第2间隔。另外，所谓间隔是磁间隔，并不意味着在第2磁性体和永磁铁之间以及第2磁性体和第1磁性体之间一定存在物理空间。换句话说，间隔只要是能够阻断磁路的结构即可，不仅可以是形成空间的结构，也可以采用不是设置空间而是设置非磁性体的结构。

如上所述，因为永磁铁的定子侧被由第1磁性体覆盖，所以能够使线圈和永磁铁之间相距与第1磁性体的厚度相对应的距离，能够进行弱励磁控制。据此，能够抑制反电动势，能够防止在高速旋转的情况下产生的低输出。换句话说，能够高速旋转。此外，因为在永磁铁和线圈之间设置有第1磁性体，所以不会减弱相互影响的永磁铁和线圈的磁通量，因此，转矩的降低也较少。

此外，因为设有第2磁性体，所以轴向电动机产生磁阻转矩。据此，能够补充因减少永磁铁而减少的磁铁转矩。因此，即使在通过减少永磁铁而谋求轴向电动机的小型化的情况下，也能够补充转矩的降低，实现高输出。换句话说，能够实现小型且高输出的轴向电动机。

此外，因为形成有第1间隔和第2间隔，所以能够使从永磁铁产生的磁通量向与旋转轴平行的方向(永磁铁的法线方向)、即线圈侧大量流出。据此，与未形成所述第1间隔和第2间隔的情况相比，能够增大线圈和永磁铁之间产生的磁吸引力和磁推斥力。因此，能够增大轴向电动机的磁铁转矩。换句话说，能够使轴向电动机高输出化。在此，在未形成第1间隔和第2间隔的情况下，来自永磁铁的磁通量中流向相邻(接近)的永磁铁或第2磁性体等的成分增加，而来自永磁铁的磁通量中与旋转轴平行的方向的成分减少，因此，轴向电动机的磁铁转矩低。

作为另一实施方式，优选：在所述的轴向电动机中，所述第1磁性体采用压粉磁芯材料而形成。

如上所述，通过采用压粉磁芯材料来形成第1磁性体，第1磁性体的电阻高。据此，能够抑制在由线圈产生的交流磁场中在第1磁性体产主的涡电流，也能够抑制涡电流损失。因此，能够防止损失增大。

作为另一实施方式，优选：在所述的轴向电动机中，所述第2磁性体采用压粉磁芯材料而形成。

如上所述，通过采用压粉磁芯材料来形成第2磁性体，第2磁性体的电阻高。据此，能够抑制在由线圈产生的交流磁场中在第2磁性体产生的涡电流，也能够抑制涡电流损失。因此，能够防止损失增大。

作为另一实施方式，优选：在所述的轴向电动机中，所述第1间隔和所述第2间隔的间隔长度比形成于所述定子和所述转子之间的第3间隔的间隔长度长。

如上所述，因为第1间隔和第2间隔的间隔长度比第3间隔的间隔长度长，所以流向第3间隔的形成位置的磁通量比流向第1间隔和第2间隔的形成位置的磁通量多。因此，能够使从永磁铁产生的磁通量向与旋转轴平行的方向大量地流出。据此，能够增大在线圈和永磁铁之间产生的磁吸引力和磁推斥力。因此，能够增大轴向电动机的磁铁转矩。

作为另一实施方式，优选：在所述的轴向电动机中，所述转子具有保持所述第1磁性体和所述第2磁性体的非磁性的保持部件。

据此，第1磁性体和第2磁性体被固定于保持部件，第1磁性体和第2磁性体的位置不会因由磁场产生的推斥力、吸引力以及由转子的旋转产生的离心力而变动。此外，因为保持部件是非磁性部件，所以不会对由永磁铁和线圈产生的磁通量产生影响。

作为另一实施方式，优选：在所述的轴向电动机中，在所述转子旋转时，与所述转子的旋转方向交叉的所述线圈的轮廓线和所述第2间隔的中心线保持非平行状态地接近和远离。

如上所述，在转子旋转时，若线圈的轮廓线与第2间隔的中心线非平行地交叉，则转矩逐渐地增减，转子顺利地旋转。因此，能够减少齿槽(应为齿槽转矩)。

为了使与旋转方向交叉的所述线圈的轮廓线和所述第2间隔的中心线保持非平行状态地接近和远离，具体而言，优选：所述第2间隔在所述转子的旋转方向上的间隔大致均匀，所述第2间隔大致呈直线状，从而使线圈的轮廓线与所述大致直线状的第2间隔成为非平行状态。

在此，所谓均匀并不是指绝对均匀的状态，对于从事该轴向电动机的技术设计的本领域技术人员来说，解释为包括大致均匀的含义，在这种意义上记载为大致均匀，并且，所谓直线并不是指绝对的直线的状态，对于从事该轴向电动机的技术设计的本领域技术人员来说，解释为包括大致直线的含义，在这种意义上记载为大致直线。

本申请以2009年6月23日提出申请的日本专利申请特愿2009-148257为基础，其内容包含于本申请中。

为了体现本发明，上述内容中参照附图并通过实施方式适当且充分地说明了本发明，但是应该认识到只要是本领域技术人员就能容易地变更和/或改良上述的实施方式。因此，本领域技术人员所实施的变更方式或改良方式只要不是脱离记载于权利要求书的权利要求的保护范围的程度，该变更方式或该改良方式被解释为包括在该权利要求的保护范围中。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供轴向电动机。

Claims

1.一种轴向电动机，其特征在于包括：

转子，具备多个永磁铁，所述多个永磁铁在旋转轴的周围沿旋转方向设置，并且所述多个永磁铁在与所述旋转轴平行的方向上具有磁极的方向；以及

一对定子，具有线圈，所述线圈形成在与所述旋转轴平行的方向上与设置于所述转子的所述永磁铁相向的磁极，其中，

彼此相邻的所述永磁铁的磁极的方向相反，

各所述永磁铁的各所述定子侧被第1磁性体覆盖，且在彼此相邻的所述永磁铁之间以及彼此相邻的所述第1磁性体之间设置有第2磁性体，

在所述第2磁性体和相邻于所述第2磁性体的所述永磁铁之间形成有第1间隔，

在所述第2磁性体和相邻于所述第2磁性体的所述第1磁性体之间形成有第2间隔，

在相邻的所述永磁铁之间形成有另外间隔(27)，

所述转子具有用于保持所述第1磁性体、所述第2磁性体和所述永磁铁的保持部件，

所述保持部件形成有将所述第1磁性体呈放射线状固定的框架(21a)，并且形成有将所述第2磁性体呈放射线状固定的另外框架(22a)，

所述第1磁性体从所述保持部件的正面和背面嵌入所述框架(21a)中，

所述第2磁性体从所述保持部件的正面和背面嵌入所述另外框架(22a)中。

2.根据权利要求1所述的轴向电动机，其特征在于：

所述第1磁性体采用压粉磁芯材料而形成。

3.根据权利要求1所述的轴向电动机，其特征在于：

所述第2磁性体采用压粉磁芯材料而形成。

4.根据权利要求2所述的轴向电动机，其特征在于：

所述第2磁性体采用压粉磁芯材料而形成。

5.根据权利要求1所述的轴向电动机，其特征在于：

所述第1间隔和所述第2间隔的间隔长度比形成于所述定子和所述转子之间的第3间隔的间隔长度长。

6.根据权利要求2所述的轴向电动机，其特征在于：

7.根据权利要求3所述的轴向电动机，其特征在于：

8.根据权利要求4所述的轴向电动机，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的轴向电动机，其特征在于：

所述保持部件为非磁性体。

10.根据权利要求2所述的轴向电动机，其特征在于：

所述保持部件为非磁性体。

11.根据权利要求3所述的轴向电动机，其特征在于：

所述保持部件为非磁性体。

12.根据权利要求4所述的轴向电动机，其特征在于：

所述保持部件为非磁性体。

13.根据权利要求5所述的轴向电动机，其特征在于：

所述保持部件为非磁性体。

14.根据权利要求6所述的轴向电动机，其特征在于：

所述保持部件为非磁性体。

15.根据权利要求7所述的轴向电动机，其特征在于：

所述保持部件为非磁性体。

16.根据权利要求8所述的轴向电动机，其特征在于：

所述保持部件为非磁性体。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的轴向电动机，其特征在于：

在所述转子旋转时，与所述转子的旋转方向交叉的所述线圈的轮廓线和所述第2间隔的中心线保持非平行状态地接近和远离。

18.根据权利要求17所述的轴向电动机，其特征在于：

所述第2间隔在所述转子的旋转方向上的间隔大致均匀，所述第2间隔大致呈直线状。