CN111566915B - 轴向间隙型旋转电机 - Google Patents

轴向间隙型旋转电机 Download PDF

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Abstract

本发明的轴向间隙型旋转电机包括：具有齿和磁轭的定子，其中所述齿构成用于卷绕绕组的铁芯，所述磁轭构成与所述齿分开的铁芯；在旋转轴方向上与所述定子隔着间隙配置的转子；用树脂将所述齿、所述绕组和设置在所述定子的周围的壳体固定的第一固定部；和将所述磁轭和所述壳体固定的第二固定部。

Description

轴向间隙型旋转电机
技术领域
本发明涉及轴向间隙型旋转电机，特别涉及在定子上具有特征的轴向间隙型旋转电机。
背景技术
已知在旋转轴方向上定子与转子隔着规定的间隙面相对的轴向间隙型旋转电机。轴向间隙型旋转电机能够在薄型(扁平)的结构中较大地确保单位体积的定子与转子的相对面积，所以适于高输出密度化和高效率化。另外，该旋转电机中存在定子与转子的多种组合，但在用2个圆盘状的转子从轴向夹着定子的结构中(以下称为双转子-单定子型)，能够使定子铁芯采用柱状的简单结构。
作为轴向间隙型旋转电机的现有技术，已知专利文献1。专利文献1公开了磁轭和绕组用磁芯(齿)的分割结构。因为分割而需要针对磁吸引力和转矩反作用力的保持，因此在分割面上设置卡合槽，使磁轭与齿机械地连结。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-29017号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1的技术中，需要在磁轭上设置卡合槽，所以需要加工作业，耗费成本。然而，只要能够使双转子-单定子型轴向间隙型旋转电机、以及1个转子与定子相对地配置的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的部件共用，就能够削减成本。例如，可以考虑对于高输出设计应用双转子结构，对于低输出设计应用单转子结构。进而，旋转电机中，永磁铁占有的成本比率较大，所以能够通过单转子化降低成本。
但是，双转子-单定子型轴向间隙型旋转电机中，是柱状的铁芯的结构，单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机中，是由齿与磁轭构成的铁芯的结构，因为结构不同，所以在轴向间隙型旋转电机的不同类型之间没有进行部件的共用。
本发明的目的在于提供一种不需要使磁轭与齿分离的加工作业，通过能够在不同类型的轴向间隙型旋转电机之间共用铁芯，来削减成本的轴向间隙型旋转电机。
用于解决课题的技术方案
本发明的优选的一例，是一种轴向间隙型旋转电机，其包括：具有齿和磁轭的定子，其中所述齿构成用于卷绕绕组的铁芯，所述磁轭构成与所述齿分开的铁芯；在旋转轴方向上与所述定子隔着间隙配置的转子；用树脂将所述齿、所述绕组和设置在所述定子的周围的壳体固定的第一固定部；和将所述磁轭和所述壳体固定的第二固定部。
发明效果
根据本发明，能够不需要使磁轭与齿分离的加工作业，通过能够在不同类型的轴向间隙型旋转电机之间共用铁芯来削减成本。
附图说明
图1是表示实施例1的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图2是表示实施例2的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图3是表示实施例3的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图4是表示实施例4的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图5是表示实施例5的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图6是表示实施例6的控制装置一体型单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图7是表示实施例7的机械装置一体型单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图8是表示比较例的双转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图9是表示比较例的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的内部结构图。
图10是应用于单转子-双定子型轴向间隙型旋转电机的情况下的内部结构图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施例，用附图进行说明。
实施例1
图1的(a)和图1的(b)是实施例1的单转子-单定子型的轴向间隙型旋转电机2000的内部结构图。图1的(b)是使图1的(a)的部件在轴向上错开的分解图。
实施例1的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000中，如图1的(a)和图1的(b)所示，在具有大致圆筒形状的内径的壳体300的内周，固定了具有环状的环形定子100。转子200具有由永磁铁210和磁轭220构成的圆盘形状。永磁铁210在旋转轴方向101上被磁化，以相邻的永磁铁的磁极方向相反的方式在周向上配置有多个。永磁铁210与磁轭220结合。转子200的磁化面在旋转轴方向101上隔着规定间隙与定子相对。另外，转子200与轴500以共同旋转的方式连接。轴的旋转轴方向外侧经由轴承600与端架400连结。端架400被固定在壳体300的两端部，可旋转地支持转子200。定子100中，将铁芯110和覆盖铁芯的外周的线轴130和在线轴130上卷绕的绕组120排列成环状，与壳体300一体地用成型树脂140固定。
进而，定子100的铁芯110被分割为齿111与磁轭112，齿111和线轴130、绕组120一起与壳体300一体地用成型树脂140固定。齿111与磁轭112被垂直于旋转轴的平面分割，齿111是截面为梯形的柱状，磁轭112是环状。在磁轭112外周，在定子100一侧设置凸出的高低差部113，固定在设置于壳体300内周的高低差部301上。具有用高低差部301决定旋转轴方向101上的磁轭112的位置的作用。通过调整高低差部113的尺寸，能够在齿111与磁轭112之间、在旋转轴方向101上设置要求的空隙。
对于这样构成的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的动作，以电动机为例在以下叙述。首先，经由逆变器等而在绕组中流动的交流电流产生旋转磁场。用永磁铁形成的转子的直流磁场与线圈的旋转磁场吸引、排斥，由此产生转矩。
接着，对于作为比较例的双转子-单定子型轴向间隙型旋转电机1000，基于图8的(a)和图8的(b)进行说明。以与图1的不同点为中心进行说明。转子200的磁化面与定子的旋转轴方向的两个端面隔着规定的间隙相对。定子100中，使铁芯110、覆盖铁芯的外周的线轴130和在线轴上卷绕的绕组120排列成环状，壳体300与定子100一体地被成型树脂140固定。另外，也可以对环状排列的铁芯一体地进行树脂成型之后，用螺栓等固定在壳体300上。
该旋转电机中，能够使铁芯110构成为简单柱状，所以能够应用难以冲孔的非晶质金属或纳米晶体等低损耗材料。另外，理想情况下铁芯被两方的转子200以相等的力吸引，所以对定子100不施加轴方向的负重。
用图9的(a)和图9的(b)对作为比较例的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000进行说明。单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000是通过使用由齿111与磁轭112构成的铁芯110作为定子100，并用1个转子200构成的。铁芯通过将磁轭112与端架400连结而被保持。能够将包括永磁铁210的转子200的使用量削减为二分之一，但另一方面，因为铁芯形状复杂化，所以难以应用难加工性的低损耗材料。另外，铁芯被单方向地向转子200一侧吸引，所以需要牢固地保持。专利文献1的结构中，也是磁轭与齿被卡合，与图9的结构同样地，被单方向地向转子200一侧吸引，所以需要牢固地保持。进而，因为电感大幅增加，所以与作为比较例的双转子-单定子型轴向间隙型旋转电机1000绕组规格相同时电压增加。
如图8和图9所示，作为比较例的双转子-单定子型轴向间隙型旋转电机1000、与单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000的铁芯等的结构不同，不能直接共用。
接着，对实施例1的效果进行说明。首先，实施例1的结构中，铁芯由简单柱状的齿111与环状的磁轭112构成，所以能够用简易的加工制作。另外，对独立的齿111与线轴130和绕组120一体地进行成型，所以组装也较容易。进而，实施例1的单转子-单定子型的轴向间隙型旋转电机2000的齿111能够与双转子-单定子型轴向间隙型电动机共用。
对于作为分割导致的劣势的吸引力，在实施例1中，用与通过树脂层将齿111和绕组120和壳体300固定的第一固定部、和使高低差部接触而将磁轭112与壳体300固定的第二固定部不同的方案进行固定。因此，对于齿111，向转子200方向的吸引力和向磁轭112方向的吸引力作用。由此，在整体上向转子200方向施加的力减小，所以对支承齿111的树脂部、特别是与壳体300的界面作用的剪切力减小。结果，能够实现树脂部的长寿命化。
另外，通过变更齿111与磁轭112之间的空隙，能够调整有效磁通和电感。作为单转子-单定子型轴向间隙型电动机，对绕组进行专用设计的情况下，通过尽可能缩小空隙，能够使有效磁通最大化。另一方面，使绕组与双转子-单定子型轴向间隙型电动机共用的情况下，通过扩大空隙而降低电感能够抑制电压的增加。
另外，本实施例的齿111和磁轭112只要是绝缘性高的磁性体即可，可以是使电磁钢板或非晶质金属、纳米晶体材料等在径向上叠层而成的产物、或者压粉磁芯等。特别是，难加工性的非晶质金属和纳米晶体材料难以确保较高的大量生产性地制作复杂的形状，所以应用本实施例的效果较好。
实施例1的齿111、线轴130、绕组120与壳体300一体地用成型树脂固定，但也可以与壳体300分体地用成型树脂固定之后用螺栓等与壳体300连结。磁轭112固定在壳体300的高低差部301上，但只要在旋转轴方向101上固定即可，也可以用螺栓或螺钉等固定。
实施例1中，示出了双转子-单定子和单转子-单定子的轴向间隙型电动机中的齿共用的例子，但也能够应用于其他结构。例如，也可以对于用2个定子从轴向夹着1片圆盘转子的单转子-双定子的定子，应用本实施例的定子100。
实施例2
以下说明实施例2。省略与实施例1重复的记载。
图2的(a)和图2的(b)是实施例2的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000的内部结构图。图2的(b)是使图2的(a)的部件在轴向上错开的分解图。本实施例中，将磁轭112分割为与齿111相对的周边部和除此以外的部分，齿111周边作为磁轭112由绝缘性高的磁性体、即将电磁钢板或非晶质金属、纳米晶体材料等在径向上叠层而成的产物、或压粉磁芯等构成。另一方面，除此以外的部分作为保持磁轭112的保持部件150，由铁或SUS、铝、树脂等构成。在保持部件150的外周，在旋转轴方向101上设置凸出的高低差部151，在此处固定在壳体300的高低差部301上。
通过该结构，不需要在磁轭112上设置高低差部，能够成为简单且固定厚度的环形。由此，磁轭112的制造变得容易。另外，在使磁轭112成为卷铁芯这样的叠层结构的情况下，机械保持也变得容易。由此，易于使用难加工的非晶质金属或纳米晶体材料作为磁轭112，能够实现高效率化。
与实施例1同样，实施例2中，示出了双转子-单定子和单转子-单定子的轴向间隙型电动机中的齿共用的例子，但也能够应用于其他结构。例如，如图10的(a)、(b)所示，也可以将本实施例的定子应用于用2个定子从轴向夹着1片圆盘转子的单转子-双定子3000的定子。此处，图10的(b)是使图10的(a)的部件在轴向上错开的分解图。该电动机结构中，需要在与各定子相对的面上形成转子的磁极。该图中，通过用保持部件支承在旋转轴方向上磁化的磁铁的侧面，而在转子的两面形成了磁极。另外，本实施例中，只要是具有至少包括齿与磁轭的定子铁芯的电动机即可，转子与定子的组合是任意的。关于此后的实施例也是同样的。
实施例3
以下说明实施例3。省略与实施例1重复的记载。图3的(a)和图3的(b)是实施例3的单转子-单定子型的轴向间隙型旋转电机2000的内部结构图。图3的(b)是使图3的(a)的部件在轴向上错开的分解图。实施例3中，使保持部件150与端架400共用化，将保持部件150作为端架400配置在上述壳体的端部。
通过该结构，部件个数被削减，所以可以实现成本降低。因为不需要壳体300内的作业，所以可组装性也提高。另外，也能够使电动机薄型化。
实施例4
以下说明实施例4。省略与实施例1重复的记载。图4表示实施例4的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机的概略结构。
逆变器驱动的电动机中，共模电压从绕组对转子200静电耦合，由此在轴承的内外环之间产生电压(以下称为轴电压)。该轴电压增大时，引起放电导致的油膜的绝缘破坏，导致轴承表面的损伤、轴承寿命的减少。
以往，从绕组120引出的电线作为连接线121在转子200与壳体300之间的空间中沿着周向延伸。可知该情况下，连接线121的电压也与转子200侧面静电耦合，成为轴电压的增加原因。
于是，实施例4中，在与转子200一侧相反的方向，在位于离开转子200的位置的保持部件150与壳体300之间，设置用于配置连接线121的槽，来配置连接线121。通过该结构，轴电压降低，能够实现轴承的长寿命化。
实施例5
以下说明实施例5。省略与实施例1重复的记载。图5的(a)是实施例5的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000的内部结构图。图5的(b)是将图5的(a)的导热体160周边放大的图。
本实施例中，在齿111与磁轭112之间的空隙配置了导热体160。
通过该结构，从齿111向磁轭112的热阻减小。由此，从作为主热源的绕组的散热性提高。结果，可以实现单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000的输出提高和高效率化、小型化。
在空隙中，磁通交链，所以导热体优选由非导电性的部件形成。例如，可以使用薄板的电磁SUS或硅酮或陶瓷等的导热片、硅酮粘合剂等。另外，为了降低电感而积极地设置空隙的情况下，优选非磁性的导热体，所以可以使用硅酮或陶瓷等的导热片、硅酮粘合剂等。
实施例6
以下说明实施例6。省略与实施例1重复的记载。图6是实施例6的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000的内部结构图。本实施例中，对于保持部件150，在与定子100相反的一侧，配置了用于驱动单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000的控制装置700。
通过该结构，能够使施加斜线表示的控制装置700、单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000更紧凑地构成。另外，在被壳体300、端架400覆盖的旋转电机内放置控制装置，所以不需要控制装置单独的防尘防水措施。因为控制装置与旋转电机之间的配线缩小，所以有助于削减辐射噪声和降低成本。
实施例7
以下说明实施例7。省略与实施例1重复的记载。图7是实施例7的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000的内部结构图。本实施例中，将机械装置配置在转子200的前端，使发挥电动机功能的单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机2000、与作为机械装置的一例的施加斜线表示的涡旋空气压缩机的压缩机构800一体化。
通过该结构，能够使机械装置和电动机更紧凑地构成。另外，本实施方式中使涡旋空气压缩机的压缩机构一体化，但也可以使风扇或泵等其他机械装置一体化。
附图标记说明
2000单转子-单定子型轴向间隙型旋转电机，100定子，110铁芯，111齿，112磁轭，113高低差部，120绕组，121连接线，140成型树脂，150保持部件，151高低差部，160导热体，200转子，220磁轭，300壳体，301高低差部，400端架，500轴。

Claims (10)

1.一种轴向间隙型旋转电机，其特征在于，包括：
具有齿和磁轭的定子，其中所述齿构成用于卷绕绕组的铁芯，所述磁轭构成与所述齿分开的铁芯；
在旋转轴方向上与所述定子隔着间隙配置的转子；
用树脂将所述齿、所述绕组和设置在所述定子的周围的壳体固定的第一固定部；和
将所述磁轭和所述壳体固定的第二固定部，
其中，设置有用于保持所述磁轭的保持部件，
所述第二固定部是使设置于所述壳体的高低差部与设置于所述保持部件外周的向所述定子一侧凸出的高低差部接触来进行固定的。
2.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
所述保持部件作为端架配置在所述壳体的端部。
3.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
来自所述绕组的引出线在所述壳体的周向上延伸而构成的连接线配置在与所述转子相反的方向上。
4.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
在所述齿与所述磁轭之间配置有导热体。
5.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
在所述保持部件的与所述定子相反的一侧配置有用于驱动的控制装置。
6.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
在所述转子的前端连结有机械装置。
7.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
所述齿或所述磁轭由选自包括非晶质金属和纳米晶体的低损耗材料的材料形成。
8.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
所述齿能够在包括双转子-单定子型和单转子-单定子型的不同类型的电机中共用。
9.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
所述绕组能够在包括双转子-单定子型和单转子-单定子型的不同类型的电机中共用。
10.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
用所述第二固定部改变形成在所述齿与所述磁轭之间的空隙，来在不同类型的电机中共用。
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