TWI390823B - 軸向氣隙型電動機 - Google Patents

Description

軸向氣隙型電動機

本發明是關於定子和轉子為沿著轉子輸出軸軸線方向形成相向配置的軸向氣隙型電動機，更詳細地說，是關於可使轉子磁鐵確實固定在轉子底軛上的軸向氣隙型電動機。

軸向氣隙型電動機，例如專利文獻1(Japanese Patent Application Publication No.H03-212141)所示，其是一種於定子(stator)的一方或兩方的側面保持著指定空隙使轉子(rotor)與定子形成相向配置的電動機，相較於內齒輪型等徑向氣隙型電動機，其特徵為可使旋轉軸方向的厚度變薄，即能夠形成為扁平。

通常，轉子，是由：圓盤體形成的轉子底軛；及形成一體安裝在該轉子底軛與定子成相向的面上的轉子磁鐵所形成，轉子磁鐵是利用黏結劑等形成一體安裝在轉子底軛上。

此外，於包含有軸向氣隙型電動機的無刷電動機中，設有其旋轉位置(旋轉相位)檢測用的旋轉位置檢測手段。其一例，如專利文獻2(Japanese Patent Application Publication No.S63-92250)所示，於轉子的外周面設有位置檢測用磁鐵的同時，於轉子的周圍設有位置檢測感應器。

另外，於專利文獻2中也揭示著另外的方法，其是一種於轉子底軛的背面側安裝位置檢測感應器藉此執行位置檢測(sensing)的技術。再加上，又於專利文獻3(Japanese Patent Application Publication No.S62-189960)中揭示著另一方法，其是於定子的線圈的內部配置有位置檢測感應器。

然而，習知的軸向氣隙型電動機有下述問題。即，軸向氣隙型電動機在運轉時線圈的磁性吸引力會使轉子吸往定子側，如專利文獻1記載的轉子磁鐵只是以黏結來固定恐怕會產生剝落。該剝落現象的產生機率是隨著電動機的高扭矩化而變高。

此外，專利文獻2記載的方法，因需要有位置檢測專用的磁鐵或安裝構件，所以不但製造成本變高，檢測用磁鐵增加部份會造成轉子本身重量增加，導致無法避免電力消費增加。

另外，就於轉子背面側安裝有位置檢測感應器的狀況而言，需在轉子底軛的一部份設有獲得磁性空隙用的連通孔，該連通孔於開孔作業上除了位置容易產生不均以外，磁鐵和位置檢測感應器的距離愈長，愈難獲得高精準度的檢測。

再加上，如專利文獻3所示若是將位置檢測感應器安裝在定子側的狀況時，定子所造成的磁場容易影響到位置檢測感應器，因此也有無法正確進行位置檢測的問題。

於是，本發明是為解決上述課題而為的發明，其目的是以廉價提供一種能夠防止磁鐵脫落的同時，可更確實執行位置檢測的軸向氣隙型電動機。

為達成上述目的，本發明具備有以下所示的數特徵。首先，於定子的齒面和轉子的磁鐵面沿著上述轉子的輸出軸軸線方向保持著指定空隙形成相向配置的軸向氣隙型電動機中，其特徵為，上述轉子，具有：對上述定子成同軸配置的轉子底軛；及被安裝在上述轉子底軛上安裝成與上述定子的齒面相向的轉子磁鐵，上述轉子磁鐵具備有與該轉子磁鐵形成一體，被配置在上述轉子底軛背面側的錨固磁鐵。

如此一來，藉由在轉子磁鐵的背面側設有與轉子磁鐵一體形成的錨固磁鐵，能夠簡單並且確實防止轉子磁鐵脫落。

上述轉子磁鐵是由可鑄模成型的磁鐵材所形成，上述錨固磁鐵是通過上述轉子底軛上形成貫通的貫通孔一體形成於上述轉子磁鐵。或者，上述錨固磁鐵是通過上述轉子底軛的外周一體形成於上述轉子磁鐵。更好的是在上述轉子底軛的外周設有上述錨固磁鐵所要形成的缺口部。

如此一來，藉由在轉子底軛的一部份通過貫通孔(或外周)將轉子磁鐵和錨固磁鐵以鑄模成型形成為一體成型，能夠確實防止磁性吸引力造成轉子磁鐵脫落。

此外，最好是針對上述轉子磁鐵的每個磁極設置1個 上述貫通孔或上述缺口部。

如此一來，藉由在每個磁極設有的貫通孔或缺口部，能夠有效分散施加在轉子磁鐵上的力量，因此能夠更確實防止轉子磁鐵脫落。此外，就檢測而言也是最佳構成。

再加上，最好是針對上述轉子磁鐵的每個磁極至少設有2個上述貫通孔，上述錨固磁鐵是形成1個模式來覆蓋著上述各貫通孔。

如此一來，藉由設有2個貫通孔，將錨固磁鐵形成1個模式來覆蓋著貫通孔，除了能夠更確實防止轉子磁鐵脫落以外，還能夠執行高精準度的檢測。

除上述構成以外又具備有上述轉子位置檢測用的位置檢測感應器，上述位置檢測感應器是設置在上述錨固磁鐵的旋轉軌跡上形成相向的位置。

根據申請專利範圍第7項所記載的發明時，藉由在上述錨固磁鐵的旋轉軌跡上形成相向的位置設有位置檢測感應器，能夠利用成為轉子磁鐵一部份的錨固磁鐵來對旋轉位置進行確實並且高精準度的檢測。

上述轉子磁鐵最好是由被分割成各個磁極的複數個磁鐵構件所構成，各磁鐵構件最好是以上述旋轉軸線為中心配置成環狀。

如此一來，藉由將轉子磁鐵分割配置在每個磁極，能夠有效防止轉子底軛和轉子磁鐵因線膨脹係數不同造成的轉子磁鐵龜裂。

此外，上述定子最好是由被分割成各個齒的複數個鐵 心構件所構成，上述各鐵心構件最好是以上述旋轉軸線為中心配置成環狀。

如此一來，藉由將複數個鐵心構件以上述旋轉軸線為中心配置成環狀來形成定子鐵心，能夠使組裝作業變簡單，能夠以更廉價來製造。

又加上，上述轉子磁鐵最好是形成為朝著推力方向磁化。如此一來，磁鐵對於底軛面被磁化朝著垂直方向，所以能夠幾乎不受轉子底軛面的磁性影響來決定磁鐵的配向，其結果，能夠確實使磁鐵形成磁化。

另，上述轉子磁鐵的厚度，最好是針對每個磁極的旋轉方向兩端形成為薄，中心是形成比圓周方向的兩端還厚。如此一來，藉由增加中央的厚度，能夠使轉子磁鐵所形成的磁通密度波形更接近正弦波，能夠降低運轉時的噪音或振動。

〔發明之最佳實施形態〕

其次，參照圖面來說明本發明的實施形態。另，本發明並不限定於此。第1圖為本發明第1實施形態相關的軸向氣隙型電動機分解透視圖，第2圖為第1實施形態相關的中央縱剖面圖，第3圖為定子正面圖，第4A圖~第4C圖分別為第1實施形態的轉子正面圖、背面圖及A-A線剖面圖。

該軸向氣隙型電動機1，具備有：形成圓盤狀的定子 2；及於定子2的兩側面隔著指定空隙(間隙)形成相向配置的一對轉子3、3。各轉子3、3是同軸固定在可輸出旋轉驅動力的轉子輸出軸4上。

定子2及轉子3是收納在圓筒狀的機殼10內。於該例中，如第2圖所示，於機殼10的兩端設有圓盤狀的蓋構件10a、10b，於該內部容納各馬達機構部。

如第3圖所示，定子2是包括著以旋轉軸線為中心軸配置成環狀的複數個(於該例中為9個)極構件21a~21i。各極構件21a~21i為同一構成，因此該例中是以極構件21a為例子進行說明。

極構件21a是由具有左右一對凸緣狀齒面22、22的線圈架上捲繞著線圈24(參照第2圖)形成，上述線圈架是由形成H字形的電磁鋼板沿著半徑方向疊層所形成。

各極構件21a~21i其全體除了齒面22、22以外是由絕緣樹脂形成的絕緣體(未圖示)覆蓋著。於該絕緣體設有連結各極構件21a~21i彼此用的連結手段(未圖示)，透過該固定手段使各極構件21a~21i連結成環狀。

各極構件21a~21i由上述連結手段以軸線為中心連結成環狀後，用鑲嵌成型的樹脂固定成一體來組裝成定子2。於該例中，定子2的外周固定用的合成樹脂亦兼作為機殼10。

再度參照第2圖，於定子2的中心部配置有軸承部23。於該例中，軸承部23具有一對向心球軸承231、 232，其內圈壓入嵌有轉子輸出軸4，外圈側是由合成樹脂埋設著。本發明中，軸承部23的構成可為任一構成。

於該例中，各轉子3、3雖是共同擁有同一的轉子輸出軸4，但也可構成為各轉子3、3分別具有轉子輸出軸的2輸出軸型。再加上，也可構成為不具有轉子輸出軸4的無軸型，將轉子3、3透過向心球軸承直接支撐在定子2上。

其次，對轉子3、3進行說明。轉子3、3為同一構成，因此在該例中是以一方的轉子3為例進行說明。該例中，將與定子2的齒面22側成相向的面為轉子3的正面。

如第4A圖所示，轉子3，是由：同軸配置在定子2上的圓盤體形成的轉子底軛31；及形成一體安裝在該轉子底軛31上的轉子磁鐵32所形成。

於該例中，轉子磁鐵32是由可鑄模成型的磁鐵材(例如Sm-Fe-Ne類的結合磁鐵)分割成8個弓形體來形成。轉子磁鐵32是以朝推力方向磁化為佳，但也可以是極各向異性磁化。

轉子底軛31例如是由電鍍鋅鋼板等磁性材料形成，於中央設有轉子輸出軸4壓入固定用的軸固定孔33。在轉子底軛31以軸固定孔33為中心成環狀配置有可使轉子底軛31輕型化和提昇防震特性的複數沖孔34。

該例中，沖孔34是8個各分別形成為扇形，但也可以是這以外的形狀，沖孔的大小或數量等可根據規格任意 變更。

於轉子底軛31設有轉子磁鐵32一體固定用的貫通孔35。貫通孔35是朝軸方向(第4A圖中為紙面方向)貫通在轉子底軛31上的孔，以轉子輸出軸4的軸線為中心形成環狀配置。該例中，貫通孔35合計共設有16個以二個為一組設置在轉子磁鐵32的各弓形體上藉此防止各弓形體旋轉。

不過，這些軸固定孔33和沖孔34在轉子磁鐵32鑲嵌成型時可被利用成鑲嵌成型機的模具內的引導孔。即，首先，利用中央的軸固定孔33來固定中心位置，其次是將各沖孔34套入模具內所設置的引導軸，藉此進行圓周方向的位置設定能夠確實進行定位。再加上，只要將貫通孔35配置成吻合模具的閘門位置，就能夠使樹脂順利滲入模具內，能夠更容易進行成型作業。

轉子磁鐵32如上述雖是由8個弓形體的磁鐵構件32a~32h所構成，但各磁鐵構件32a~32h分別為同一構成，所以在此以1個磁鐵構件32a為例進行說明。

磁鐵構件32a是形成大致扇形狀其正面側具有沿著定子2的齒面22成平行的磁鐵面。該磁鐵構件32a在以樹脂流入指定的模具內來成型轉子底軛31時即是在轉子底軛31鑲嵌成型時一體形成於轉子底軛31。

如第4B圖所示，於轉子底軛31的背面側形成有通過貫通孔35與磁鐵構件32a成一體的錨固磁鐵36。錨固磁鐵36是形成為1個模式的橢圓形來覆蓋著各貫通孔35、 35。錨固磁鐵36是於各磁鐵構件32a~32h的弓形體分別形成有1個合計共有8個。

該錨固磁鐵36於運轉時具有防止磁鐵構件32a脫落的功能，同時還兼檢測用磁鐵可做為下述組裝在電路板5上的位置檢測感應器51的被檢測部。

該例中，錨固磁鐵36雖是形成為1個模式來覆蓋著2個貫通孔35，但例如第5A圖所示，也可針對1個貫通孔35a來形成1個錨固磁鐵36a。如此也可以確實防止磁鐵構件32a脫落。於該狀況時，防止各弓形體旋轉用的貫通孔35的形狀以橢圓形或多角形為佳。

此外，於該例中，貫通孔35a、35雖是沿著圓周方向形成設置，但除此之外，如第5B圖所示，貫通孔35b、35b也可設置成沿著半徑方向形成，於該貫通孔35b、35b設置錨固磁鐵36b、36b。再加上，錨固磁鐵36b也可如第4B圖所示形成為覆蓋著貫通孔35b、35b間。

該例中，貫通孔35b、35b是沿著圓周方向(第4圖及第5圖A)或半徑方向(第5圖B)設有2個但也可設置更多。即，如第5C圖所示，該轉子底軛31是針對1個弓形體設有3個貫通孔35c~35e，針對每個貫通孔35c~35e分別形成1個錨固磁鐵36c。

該例中，各貫通孔35c~35e是成正三角形的頂點配置，使其在每個弓形體上成環狀配置。另，於該例中錨固磁鐵36c雖是針對各貫通孔35c~35e來分別形成1個，但也可如第5D圖所示，1個貫通孔35c是獨立形成有錨 固磁鐵36d，由1個模式的錨固磁鐵36e來覆蓋著其他的貫通孔35d、35e，如此一來，不但能夠更牢固地固定，將外周側的錨固磁鐵36e做為位置檢測來利用時，針對零件精準度等所產生的不均還可使檢測誤差的影響(比率)變小，因此能夠穩定執行位置檢測。

如第5A圖或第5C圖所示，在錨固磁鐵36a、36c~36e獨立設置時，只要指定偶數順序或奇數順序的錨固磁鐵36a、36c~36e在位置檢測感應器51進行檢測即可。

即，相鄰的同極錨固磁鐵是進行同極檢測。因兩者之間沒有磁鐵的部份是被忽略，所以能夠針對各極進行位置檢測。但是，若使用強力的磁鐵時恐怕會將磁鐵間判斷為不同極，因此錨固磁鐵是以形成一體覆蓋為佳。

再度參照第1圖及第2圖，於一方的轉子3(第2圖為左側)的定子反側，配置有軸向氣隙型電動機1運轉控制用的電路板5。電路板5是由沿著機殼10內徑***的圓盤體所形成，於組裝面組裝有各種電子零件(未圖示)。

如第2圖所示，在電路板5與轉子3成相向的面組裝有轉子3旋轉位置檢測用的位置檢測感應器51。位置檢測感應器51例如是由霍爾感應器等檢測出磁性變化的感應器形成，在轉子3的錨固磁鐵36的旋轉軌跡上成相對配置。

如此一來，除了能夠簡單檢測出轉子3的旋轉以外，還能夠從安裝在轉子上的錨固磁鐵36直接檢測出轉子的旋轉位置，能夠執行更高精準度的位置檢測。

其次，針對本發明第2實施形態相關的軸向氣隙型電動機進行說明。另，該第2實施形態與第1實施形態相同的部份或視為相同的部份標以相同圖號省略其說明。

於第2實施形態中，軸向氣隙型電動機1a其定子因是與第1實施形態相同，所以僅圖示轉子部份。第6圖為本發明第2實施形態相關的軸向氣隙型電動機縱剖面圖，第7A圖~第7C圖分別為第2實施形態的轉子正面圖、背面圖及B-B線剖面圖。

如第7A圖所示，第2實施形態的轉子磁鐵32是以甜甜圈狀一體形成在轉子底軛31一方的面(第7圖中為紙面讀者跟前側)。另，轉子磁鐵也可如第1實施形態所示針對每個弓形體來形成。

第2實施形態的轉子3，具有：形成圓盤狀的轉子底軛31；及形成一體安裝在該轉子底軛31上的轉子磁鐵32，轉子磁鐵32是被固定成一部份露出在轉子底軛31外周側。

另，該第2實施形態中，於轉子底軛31，如第7B圖所示，同樣地在中央設有軸固定孔33，複數個沖孔34是成環狀配置在該軸固定孔33的外周，再加上於複數個沖孔34的外周隔著指定間隔配置有成環狀配置的複數個貫通孔35。

於轉子底軛31，又形成有以45°間隔形成8個在其外周緣上的凹槽37。如第7C圖所示，凹槽37是由從轉子底軛31外周緣朝中心形成凹槽。

該例中，轉子磁鐵32的一部份，具備有：通過缺口部37從轉子底軛31的側面側形成至背面側的錨固磁鐵36；及通過貫通孔35形成的第2錨固磁鐵38。

配合上述配置，電路板5的位置檢測感應器51如第6圖所示，配置在轉子的外周側即與錨固磁鐵36成相向的外周側。如此一來，錨固磁鐵36通過缺口部37來形成而能夠防止轉子磁鐵32朝半徑方向及圓周方向的移動，同時還能夠執行位置檢測。

該第2實施形態中，位置檢測感應器51雖是設置在轉子3的外周側，但也可如第8圖所示，如第1實施形態將位置檢測感應器51設置在與錨固磁鐵36的轉子3背面側(定子反側)成相向的位置上。

再加上另外的方法，例如也可將位置檢測感應器設置在第2錨固磁鐵38上，如此一來，就能夠複數備有電路板的電路圖案，能夠根據電動機的規格任意變更檢測位置。

上述實施形態中，轉子磁鐵32，如第9A圖所示，轉子磁鐵32和錨固磁鐵36是經由貫通孔35(或凹槽37)形成連結，彼此互相形成為一定厚度的扁平體，但除此之外如第9B圖所示，也可將錨固磁鐵36埋設在轉子底軛31側，如此一來，就能夠使轉子3全體形成為更加薄型。

再加上，更佳的實施形態是以轉子磁鐵所形成的磁通密度波形可更接近正弦波藉此降低運轉時的噪音或振動為目的，將轉子磁鐵32的厚度形成為圓周方向的外側較 薄，中心較厚為佳。

即，如第9C圖所示，可於轉子磁鐵32的兩端側形成斜面使中央側的厚度變厚，此外其他的方法，如第9D圖所示，也可將斜面形成為圓弧形。

再加上，其他的形態，如第9E圖所示，可於轉子底軛31形成凹部，形成為將轉子磁鐵32埋設在該凹部內。此時，於凹部的兩端形成斜面能夠使兩端變薄，中央變厚。

於上述實施形態中，輔助磁鐵構件36雖是形成圓形或橢圓形，但若如本發明將轉子磁鐵32的一部份利用貫通孔35來露出在背面側(或側面側)時，其形狀及大小、數量等可根據規格做任意變更。

此外，上述實施形態中，雖是採用由可降低齒槽效應扭矩等效率佳的定子的齒面為9槽、轉子極數為8極的構成所形成的軸向氣隙型電動機，但其構成也可以是除此之外的槽極構成，本發明是可應用在具備有軸向氣隙型基本構造的電動機。

1‧‧‧軸向氣隙型電動機

2‧‧‧定子

21a~21i‧‧‧極構件

22‧‧‧齒面

23‧‧‧軸承部

231、232‧‧‧向心球軸承

24‧‧‧線圈

3‧‧‧轉子

31‧‧‧轉子底軛

32‧‧‧轉子磁鐵

32a~32h‧‧‧磁鐵構件

33‧‧‧軸固定孔

34‧‧‧沖孔

35‧‧‧貫通孔

35a~35e‧‧‧貫通孔

36‧‧‧錨固磁鐵

36a~36e‧‧‧錨固磁鐵

37‧‧‧凹槽(缺口部)

38‧‧‧第2錨固磁鐵

4‧‧‧轉子輸出軸

5‧‧‧電路板

51‧‧‧位置檢測感應器

10‧‧‧機殼

10a、10b‧‧‧蓋構件

第1圖為本發明第1實施形態相關的軸向氣隙型電動機分解透視圖。

第2圖為上述第1實施形態相關的軸向氣隙型電動機縱剖面圖。

第3圖為上述第1實施形態相關的軸向氣隙型電動機 的定子正面圖。

第4A圖為上述第1實施形態的轉子正面圖。

第4B圖為第1實施形態的轉子背面圖。

第4C圖為第4B圖A-A線剖面圖。

第5A圖~第5D圖為表示轉子的各種變形例正面圖。

第6圖為本發明第2實施形態相關的軸向氣隙型電動機縱剖面圖。

第7A圖為第2實施形態的轉子正面圖。

第7B圖為第2實施形態的轉子背面圖。

第7C圖為第7A圖A-A線剖面圖。

第8圖為第2實施形態變形例縱剖面圖。

第9A圖~第9E圖為轉子磁鐵各種變形例說明用的說明圖。

1‧‧‧軸向氣隙型電動機

2‧‧‧定子

3‧‧‧轉子

4‧‧‧轉子輸出軸

5‧‧‧電路板

10‧‧‧機殼

10a‧‧‧蓋構件

10b‧‧‧蓋構件

22‧‧‧齒面

23‧‧‧軸承部

24‧‧‧線圈

32‧‧‧轉子磁鐵

36‧‧‧錨固磁鐵

51‧‧‧位置檢測感應器

231‧‧‧向心球軸承

232‧‧‧向心球軸承

Claims (8)

1. 一種軸向氣隙型電動機，其定子的齒面和轉子的磁鐵面是沿著上述轉子的輸出軸軸線方向保持著指定空隙形成相向配置的軸向氣隙型電動機，其特徵為：上述轉子，具有：對上述定子成同軸配置的轉子底軛，及被安裝在上述轉子底軛上與上述定子的齒面成相向的轉子磁鐵，上述轉子磁鐵具備有與該轉子磁鐵形成一體，被配置在上述轉子底軛背面側的錨固磁鐵，上述轉子磁鐵是由可鑄模成型的磁鐵材所形成，上述錨固磁鐵與上述轉子磁鐵是通過貫通上述轉子底軛軸向的貫通孔而一體形成，上述錨固磁鐵，在上述轉子底軛背面側形成為覆蓋著上述貫通孔。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的軸向氣隙型電動機，其中，針對上述轉子磁鐵的每個磁極設置1個上述貫通孔。
3. 如申請專利範圍第2項所記載的軸向氣隙型電動機，其中，針對上述轉子磁鐵的每個磁極至少設有2個上述貫通孔，上述錨固磁鐵是形成為1個模式來覆蓋著上述各貫通孔。
4. 如申請專利範圍第1、2或3項所記載的軸向氣隙型電動機，其中，又具備有上述轉子位置檢測用的位置檢 測感應器，上述位置檢測感應器是設置在上述錨固磁鐵的旋轉軌跡上形成相向的位置。
5. 如申請專利範圍第1項所記載的軸向氣隙型電動機，其中，上述轉子磁鐵是由被分割成各個磁極的複數個磁鐵構件所構成，各磁鐵構件是以上述旋轉軸線為中心配置成環狀。
6. 如申請專利範圍第1項所記載的軸向氣隙型電動機，其中，上述定子是由被分割成各個齒的複數個鐵心構件所構成，上述各鐵心構件是以上述旋轉軸線為中心配置成環狀。
7. 如申請專利範圍第1項所記載的軸向氣隙型電動機，其中，上述轉子磁鐵是形成為朝著推力方向磁化。
8. 如申請專利範圍第1項所記載的軸向氣隙型電動機，其中，上述轉子磁鐵的厚度，在每個磁極其旋轉方向的兩端是形成為薄，中心是形成比圓周方向的兩端還厚。