CN106233578B - 轴向间隙电机 - Google Patents

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Abstract

减少轴向间隙电机的转子的支撑构件中的涡流损耗，提高电机的效率。本发明的轴向间隙电机包括转子(10)和定子(20、22)，所述转子具有安装有多个永磁铁段(11)的圆盘状的支撑构件(12)，所述定子与该转子(10)相向设置，并且配置有用于产生旋转磁场的多个励磁线圈槽，其中，在所述支撑构件(12)的嵌入有多个所述永磁铁段(11)的各永磁铁段的安装孔(16)与所述支撑体(12)的外周边缘部(17)之间设置有在径向上延伸的切口部分(18)。

Description

轴向间隙电机
技术领域
本发明涉及电机，更具体地说，涉及一种能够设置在车辆的轮子内的轴向尺寸小的轴向间隙电机(axial gap motor，轴向间隙马达)。
背景技术
随着化石燃料的价格高涨，混合动力汽车以及电动汽车受到关注。尤其，将轮毂型轴向间隙电机组装在车轮内的EV车(electric vehicle：电动汽车)，由于不需要复杂且重量大的变速器，因而能够有效利用空间，降低成本，以及实现轻量化。作为能够使用这种轮毂型轴向间隙电机的车辆，以近距离移动为目的的一人乘坐或两人乘坐的被称为所谓城市通勤车(city commuter)的小型车辆受到关注。目前，包括城市通勤车在内的EV车所使用的轮毂型驱动电机，由于要求高性能，因而采用了使用高价稀土的稀土类磁铁。
发明内容
发明要解决的问题
然而，由于最近稀土价格高涨，难以获得，因而正在研究使用采用廉价且容易获得的铁氧体磁铁来代替稀土类磁铁的EV用轮毂电机。铁氧体磁铁的残留磁通密度比稀土类磁铁低30％左右，因而存在转矩降低的问题。因此，试作了如下的5kW大小的电机结构，并对其工作特性进行了专门的实验研究，该5kW大小的电机结构，(1)采用能够期望转矩增大以及轴向薄型化的轴向间隙电机型结构，(2)形成在转子内部安装了永磁铁的SPM型的电机，使转矩最大并降低定子芯内的铁损，(3)为了有效利用电机内部的空间，在定子内部组装有减速齿轮。为进一步增大输出，试作了10kW大小的电机(16极18槽)，经测定工作特性，判断出会产生在5kW大小的电机中没有显现的转子内部的涡流损耗变大的问题。
因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种涡流损耗小的电机、尤其是轴向间隙电机。
用于解决问题的手段
上述问题通过一种轴向间隙电机解决，该轴向间隙电机包括转子和定子，所述转子具有圆盘状的支撑构件以及多个永磁铁段(permanent magnet segment)，多个该永磁铁段以在该支撑构件的毂部与外周部之间以规定的等间隔角在周向上分隔设置的状态安装于所述支撑构件，并且所述转子以能够与输出轴一起旋转的方式固定于该输出轴，所述定子在所述转子的至少一侧，以相对于所述转子留有规定间隙的方式与所述转子相向设置，在所述定子的外周部，在周向上以等间距分隔设置有用于产生旋转磁场的多个励磁线圈槽，其中，在所述支撑构件的嵌入有多个所述永磁铁段的各永磁铁段的安装孔与所述支撑体的外周边缘部之间设置有在径向上延伸的切口部分。
能够使各所述切口部分为使所述支撑构件的至少一侧在厚度方向上变薄的凹部。
能够使各个所述切口部分为在所述支撑构件的厚度方向以及径向上贯穿的通孔。
能够使各个所述切口部分的宽度，越向径向外侧越小。
能够在所述支撑构件的外周部卷绕有由绝缘性高强度材料制成的外缘构件。
能够使所述绝缘性高强度材料为由玻璃纤维、碳纤维或高强度高分子纤维加强的塑料。
能够在各所述切口部分填充非导电性材料。
能够使所述非导电性材料为从包含酚醛树脂、环氧树脂及密胺树脂的组选择的热塑性树脂。
发明效果
根据本发明，能够减少因配置于定子之间的转子的支撑构件而产生的涡流损耗，并且能够提高轴向间隙电机的电效率。
附图说明
图1为示出本发明的轴向间隙电机的一个实施方式的分解立体简图。
图2为示出设置有用于安装多个永磁铁段的安装孔的支撑构件的立体简图。
图3为示出设置于支撑构件的切口部分的配置形式的支撑构件的局部放大俯视图。
图4为示出表示本发明的轴向间隙电机的实施例与在支撑构件上未设有切口部分的现有的轴向间隙电机(比较例)的性能差异的实验结果的图。
图5为示出使转速以及转矩为同一条件时的各比较例(无切口部分)和实施例(有切口部分)的效率的图表。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明，但该实施例仅用于对发明进行说明，本发明不限于该实施例。
首先参照图1。在此示出了本发明的轴向间隙电机。该轴向间隙电机主要包括转子10和定子20、22，转子10以与未图示的输出轴一起旋转的方式被固定，定子20、22以留有规定的间隙的方式与转子10相向地配置在该转子10的两侧。
在图1中，连接有未图示的输出轴的减速器30配置在定子20的内侧空间，在另一个定子22的内侧空间配置有旋转变压器40，能够检测转子10的旋转位置。定子20、22通过适当的方式安装于本轴向间隙电机的壳体(未图示)。通过这样的配置，轴向的尺寸变小，更容易将轴向间隙电机作为轮毂电机设置在EV用车轮内。
接着参照图2。图2所示的轴向间隙电机的转子10与现有轴向间隙电机的转子有如下区别。转子10包括以与输出轴(未图示)一起旋转的方式被固定的圆盘状的支撑构件12，该支撑构件12形成由中心的毂部13以及安装有多个磁铁段11的外周部14构成的所谓无芯转子形状，由非磁体，例如不锈钢制成。
如图1所示，多个永磁铁段11在周向上以相等的旋转角分隔设置于转子10的支撑构件12的外周部14。该永磁铁段11由不含高价稀土类的铁氧体磁铁构成。这些磁铁段11嵌合并固定在安装孔16中，安装孔16以与磁铁段11呈相同形状的方式形成于支撑构件12。作为固定方法，可以采用热装、使用粘接剂的粘接方法以及电点焊等。
为了减少转矩波动(torque ripple)和齿槽转矩(cogging torque)，磁铁段11的侧面带有规定的斜角(磁铁段11的侧面相对于从中心轴延伸的放射状轴的角度)，平面形状呈大致梯形。这些磁铁段11之间形成有辐条状部分15，这些辐条状部分15在径向上从毂部分13延伸到支撑构件12的外周边缘部17。
如图1至图3所示，切口部分18在径向上从磁铁段安装孔18的外侧中心延伸到支撑构件12的外周边缘部17。该切口18可以是在支撑构件12的厚度方向上完全贯穿的孔，也可以是在支撑构件12上不产生涡流的情况下去除材料而成的非通孔。因此，与磁铁段11的数量相同的安装孔18等间隔地位于支撑构件12的外周边缘部17。为了防止因设置这些切口部分18而导致支撑构件12的强度降低以及在支撑构件12周围产生紊流，优选在这些切口部分18中填充具有非导电性和耐热性的树脂，例如酚醛树脂、环氧树脂、密胺树脂，并使填充面与支撑构件12的表面共面。
如图3中以放大的状态所示，切口部分18可以形成为，从安装孔16到支撑构件11的外周边缘部17，越向径向外侧，该切口部分18的宽度越小。通过形成这样的形状，能够抑制支撑构件11即转子10高速旋转时产生的离心力所导致的填充材料的飞出。
进一步地，可以在支撑构件11的外周边缘部17的周围卷绕由绝缘性高强度材料构成的外缘(rim)构件19。该绝缘性高强度材料可以为由玻璃纤维或碳纤维加强的塑料。通过设置这样的外缘构件19，可以对支撑构件11的强度降低的情况进行补偿，并且可以抑制填充材料飞出。由此可知，通过这样设置外缘构件19，实际上可以承受高转速(10000rpm)爆裂试验(burst test)(安全率为2倍)。
图4示出了对未设置切口部分18的作为比较例的电机以及设置有切口部分18的作为实施例的轴向间隙电机(10kW)实施的特性比较试验的结果。由该表可知，比较例的电机以1600rpm旋转时的涡流损耗为169.98W，而设置有切口部分的实施例的电机同样以1600rpm旋转时的涡流损耗为9.90W，比较例的电机以2800rpm旋转时的涡流损耗为47.75W，而设置有切口部分的实施例的电机同样以2800rpm旋转时的涡流损耗为6.06W，进一步地，比较例的电机以5000rpm旋转时的涡流损耗为778.96W，而设置有切口部分的实施例的电机同样以5000rpm旋转时的涡流损耗为62.52W。
如上所述，根据本发明，通过设置构成转子10的支撑构件11的外周边缘部17上的切口部分18，切断或减少了未设置切口部分18的情况下所流动的涡流，降低了电机产生的涡流损耗。
而且，如图5所示，在图表上的A点、B点、C点各个点上，在设置有切口部分的实施例的电机与未设置有切口部分的比较例的电机的转速和转矩相同的状态下，对各个电机的效率进行了测定。由图表可知，都是设置有切口部分的作为实施例的电机的效率高。
在以留有规定间隙的方式配置在转子10的两侧的各定子20、22上，以与磁铁段11相向的方式设置多个槽，并且这些槽在周向上以等间隔角分隔设置，由于轴向间隙电机的定子结构被本领域技术人员公知，因而省略对其的说明。
附图标记说明
10 转子
11 磁铁段
12 支撑构件
13 毂部
14 外周部
15 辐条状部分
16 安装孔
17 外周边缘部
18 切口部分(通孔)
19 外缘部分
20、22 定子

Claims (9)

1.一种轴向间隙电机，
具有转子和定子，所述转子具有圆盘状的支撑构件以及多个永磁铁段，所述多个永磁铁段以在该支撑构件的毂部与外周部之间以等间隔角在周向上分隔设置的状态安装于所述支撑构件，并且所述转子以能够与输出轴一起旋转的方式固定于该输出轴，所述定子在所述转子的至少一侧，以相对于所述转子留有规定间隙的方式与所述转子相向设置，
在所述定子的外周部，在周向上以等间隔角分隔设置有用于产生旋转磁场的多个励磁线圈槽，
其特征在于，在所述支撑构件的安装有所述多个永磁铁段的各永磁铁段的安装孔与所述支撑构件的外周边缘部之间设置有在径向上延伸的切口部分，
在各所述切口部分填充有非导电性材料。
2.根据权利要求1所述的轴向间隙电机，其特征在于，各所述切口部分为使所述支撑构件的至少一侧在厚度方向上变薄的凹部。
3.根据权利要求1所述的轴向间隙电机，其特征在于，各所述切口部分为在所述支撑构件的厚度方向以及径向上贯穿的通孔。
4.根据权利要求1或2所述的轴向间隙电机，其特征在于，各所述切口部分的宽度，越向径向外侧越小。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的轴向间隙电机，其特征在于，在所述支撑构件的外周部卷绕有由绝缘性高强度材料制成的外缘构件。
6.根据权利要求4所述的轴向间隙电机，其特征在于，在所述支撑构件的外周部卷绕有由绝缘性高强度材料制成的外缘构件。
7.根据权利要求5所述的轴向间隙电机，其特征在于，所述绝缘性高强度材料是由玻璃纤维、碳纤维或高强度高分子纤维加强的塑料。
8.根据权利要求6所述的轴向间隙电机，其特征在于，所述绝缘性高强度材料是由玻璃纤维、碳纤维或高强度高分子纤维加强的塑料。
9.根据权利要求1所述的轴向间隙电机，其特征在于，所述非导电性材料是从包含酚醛树脂、环氧树脂及密胺树脂的组中选择出的热塑性树脂。
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