TWI601361B - Axial gap type rotary motor - Google Patents

Description

軸流間隙型旋轉電機

本發明有關軸流間隙型旋轉電機。

軸流間隙型旋轉電機係圓盤狀轉子與固定件平行配置在軸方向而構成。輸出力矩係根據轉子與固定件的對向面積而決定。對向面積越大，輸出力矩越大。軸流間隙型旋轉電機可以具有二個轉子或是二個定子。為此，軸流間隙型旋轉電機可以設有2個輸出力矩的有效對向面積。從而，軸流式間隙馬達可以薄型而輸出大力矩。在空氣壓縮機、電梯或飛輪蓄電等方面期待著實用化。

軸流間隙型旋轉電機的轉子係表面磁體型者為多，因為因離心力所致之應力，磁體容易飛散、破壞。為此，磁體之耐離心力對策是有必要。在日本特開2011-055577號專利公報(專利文獻1)，記載著「各個場磁磁體122之呈露在固定件20側的磁極面A中，其之外緣部Ao，比固定件20的外緣20o更位置在徑方向R的外側。接著，外緣部Ao係露出在圓周方向C中的第1位置中，在與第1位置相異的第2位置藉由非磁性保持器14而被 卡止。」。而且，在日本特開2011-130598號專利公報(專利文獻2)，記載著「轉子20更具有：把磁性體14的定子對向面作為露出面而殘留，並模塑成形成覆蓋永久磁體、磁性體的複合零件的周圍之圓板形的非磁性模塑成形體15。」。

〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2011-055577號專利公報

〔專利文獻2〕日本特開2011-130598號專利公報

馬達適用在例如空氣壓縮機或飛輪等的大型機器時，有必要對應其大型化‧高速化。離心力係與旋轉物的外徑與旋轉速度成關係，旋轉物的外徑與旋轉速度越大的話，離心力越大。為此，為了對應旋轉電機的大型化與高速化，追求著旋轉電機的強度提升。

在專利文獻1、2，揭示著用非磁性體保持轉子的磁體的周圍之構成。但是，全部的專利文獻1、2中，保持軛沒有保持磁體的緣故，與保持軛保持磁體的情況相比，強度上是不利的。另一方面遺憾的是，用保持軛覆蓋磁體全部而保持一整周的話，保持軛為磁性體的緣故漏磁通增加，所以效率下降。

在此，本發明係有鑒於上述情事而創作者的緣故，提供可以確保強度且抑制漏磁通之軸流間隙型旋轉電機。

本發明係作為其中一例，在軸流間隙型旋轉電機中，具備：定子；軸，係貫通前述定子；以及轉子，係在軸方向介隔著空隙與前述定子對向；前述轉子，具備：轉子鐵心；磁體，係與前述轉子鐵心重疊而被固定；保持軛，乃是保持前述轉子鐵心之磁性體；以及非磁性部，係補強前述磁體的外周圍；前述保持軛，具有：壁部，係在軸方向上比前述磁體的厚度小，補強前述磁體的外周圍。

根據該發明，提供可以確保強度且抑制漏磁通之軸流間隙型旋轉電機。

上述以外的課題、構成及效果，經由以下實施方式的說明而明瞭。

100‧‧‧定子

200‧‧‧轉子

300‧‧‧外殼

〔圖1〕有關實施例1的旋轉電機之總圖。

〔圖2〕有關實施例1的定子構造。

〔圖3〕有關實施例1的轉子構造。

〔圖4〕有關實施例1的轉子磁體的感磁方向。

〔圖5〕有關實施例1的轉子鐵心的構造。

〔圖6〕有關實施例1的轉子之分解圖。

〔圖7(a)〕有關實施例1的轉子之剖視圖。

〔圖7(b)〕有關實施例1的轉子之剖視圖。

〔圖7(c)〕有關實施例1的轉子之剖視圖。

〔圖8(a)〕有關實施例1的轉子離心力圖。

〔圖8(b)〕有關實施例1之因非磁性環所致之應力圖。

〔圖9〕有關實施例2的旋轉電機之總圖。

〔圖10〕有關實施例2的轉子構造。

〔圖11〕有關實施例2的轉子之分解圖。

〔圖12〕有關實施例3的螺旋流體機械之剖視圖。

以下，使用圖面等，說明有關本發明的實施方式。以下的說明為表示本發明的內容之具體例子，本發明不被這限定在這些的說明，在於本說明書所揭示的技術的思想的範圍內，所屬技術領域中具有通常知識者可以各式各樣的變更及修正。而且，用以說明本發明的全部圖面中具有相同的功能者，是有賦予相同的元件符號、省略反覆其說明的情況。

〔實施例1〕

於圖1表示有關本發明之一實施方式的軸流間隙型旋轉電機的總圖。軸流間隙型旋轉電機1係利用定子100、以及配置成從軸方向夾入定子100之2片的圓盤狀的轉子200所構成。轉子200與定子100係沿著平行的軸方向而對向，2片轉子200係成為介隔著空隙包挾定子100之構造。於外殼300收納定子100與轉子200。

於圖2表示構成定子100之定子單元115。定子100，係把具有用軟磁性體所構成的定子鐵心110、包圍定子鐵心110的線圈架(未圖示)、以及捲繞線圈架的繞線線圈120之定子單元115予以複數個配置在圓周方向。

圖3係表示轉子200的構造。轉子200係利用磁體210、配置在磁體210的下側之轉子鐵心240(在圖6表示)、圓板形的保持軛220與非磁性補強構件230所構成。

轉子磁體210為環狀的圓板，如圖4所表示，N極與S極交叉且與軸方向平行而被感磁。轉子鐵心240為磁性材料的圓板，例如，利用鐵的塊狀物或粉末磁心等所構成。為了減低轉子200的鐵損，轉子鐵心240係由磁性材料之薄的帶或板予以捲繞而構成者為佳。

在此，轉子磁體210與定子鐵心110，係成為與旋轉軸方向對向之構造，包挾氣隙而平行地對向。尚且，本實施例乃是一個轉子200與一個定子100之組合， 也可以適用在一個轉子與二個定子之組合。

定子100係利用具有扇型剖面的鐵心與繞線線圈120及各個的保持構件所構成，但軸流式間隙旋轉電機的輸出力矩係轉子磁體與定子鐵心的對向面積的大小成比例的緣故，盡可能去加大該面積。而且，轉子磁體與定子鐵心的對向距離越短的話，輸出力矩越大。為此，在轉子200與定子對向著的面，不使用如文獻2等般的樹脂等使磁體與鐵心完全地露出者為佳。

於圖5表示轉子鐵心240之其中一例(渦卷狀轉子鐵心)。環狀的磁體210固定在環狀的轉子鐵心240。為了減少磁體的漏磁通，轉子鐵心240的外徑比磁體210的外徑小，轉子鐵心240的內徑比磁體210的內徑大者為佳。磁體210與轉子鐵心240為同樣的形狀的緣故，與設有間隔而構成複數磁體的情況相比，二個零件間的接著面積為大。磁體與轉子鐵心間之可以固定的面積為大的緣故，磁體係可以防止從鐵心剝離或因磁體的滑動所致之極間的偏離。

而且，以使用環狀的磁體210的方式，磁體之耐離心力變強。保持軛220為鑄造物等的磁性體。保持軛220係為了確保強度，為與設在馬達旋轉軸之未圖示的軸為相同的原材料者為佳。軸為鐵的情況較多的緣故，保持軛220也是鐵等的磁性體。

於圖6表示轉子200之構成。尚且，在本圖中，為了容易理解構造，表示各部分離的狀態。磁體210 係與轉子鐵心240重疊而被固定，是利用保持軛220來固定。固定方法有接著而且壓入。例如，壓入用以補強磁體210、轉子鐵心240與保持軛220的外周圍之非磁性補強部230。經此更提升強度。

於圖7表示轉子200的剖視圖。圖7(a)係表示轉子200的剖視圖的立體圖及其之一部分放大圖。保持軛220保持轉子鐵心240。於非磁性補強部230設有段部231，成為保持軛220的壁部221嵌到非磁性補強部230的形狀。

使用圖7(b)，進行更詳細說明。圖7(b)係表示轉子200的剖視圖及其之一部分放大圖。保持軛220具有從補強轉子鐵心240的側面之側面部延伸在轉子旋轉軸方向的壁部221。亦即，保持軛220的側面部的高度比轉子鐵心240長。利用該壁部221，可以提升磁體的離心力的強度。

在此，該壁部221在旋轉軸方向比磁體210的厚度小。例如，把壁部221的高度設計成磁體210的厚度的1/3程度以下。以如此構成的方式，因為磁體的漏磁通可以抑制渦流損失的發生，提升效率。

更進一步，非磁性補強部230係於壁部221的外側具有用以補強耐離心力之段部231。以構成比保持軛220的磁體210的厚度更小的壁部221嵌到非磁性補強部230的方式，可以確保與耐離心力相對之強度，同時可以抑制漏磁通的影響。

尚且，磁體210的面係從確保輸出的觀點來看，完全地露出到氣隙者為佳。

而且，如圖7(c)所表示，亦可以是構成保持軛220與非磁性補強部230的外周圍側的側面部為在直線上者。經此，於轉子200的旋轉之際，可以圖求與周圍的配線等之干涉或空氣阻抗的抑制。

於圖8(a)表示旋轉轉子200時動作的離心力。非磁性補強部230之非磁性環係以在外周圍做壓入的方式，產生如圖8(b)所表示般的應力。因為非磁性環與保持軛220的壁部221等的應力，可以抵銷旋轉離心力。非磁性環的材料為纖維強化塑膠(FRP)或碳纖維強化塑膠(CFRP)等的高強度材料者為佳。而且，經由壓入外周圍的非磁性環的方式，可以確實固定磁體210、轉子鐵心240與保持軛220。

尚且，因為馬達的使用環境與所驅動的負載，因軸的振動、轉子的不平衡或高溫出現接著力弱化的問題。根據本實施例，經由非磁性補強部230與保持軛220的壁部221的組合可以提高轉子200的強度緣故，在上述的使用環境下，可以防止轉子的破壞、磁體的飛散或磁體的滑動。而且，在環境溫度或負載側的不平衡力的影響下，是有發生離心力以外的應力的情況，但這類的情況下也是可以確保強度。

〔實施例2〕

說明實施例2。於圖9表示有關本實施例的軸流間隙型旋轉電機之其中一例。與實施例1相異的點為在非磁性補強部230設有碳纖維的絲這一點。省略說明有關與實施例1相同的構成。

於定子100的繞線線圈120設有接線500。而且，作為非磁性部230，設有具有高的張力的碳纖維的絲231。

於圖10表示有關本實施例的轉子。於圖11表示分解的轉子零件。本實施例其特徵為在保持軛220與磁體210的外周圍捲繞碳纖維的絲231。碳纖維的絲231具有高的張力緣故，提升了強度，經由碳纖維的絲231捲繞在轉子200的外周圍的方式，可以緩和磁體的離心力。而且，絲為薄的緣故，即便置於轉子200的外周圍，也不會與定子100的接線500干涉。可以有效利用外殼300的內部的空間。而且，經由在用碳纖維的絲231捲繞磁體210後用樹脂進行模塑的方式，更可以確保強度。而且，碳纖維的絲231也可以揉合到樹脂裡來做使用。

〔實施例3〕

於圖12表示把上述實施例1或2的軸流間隙型旋轉電機適用到螺旋流體機械的情況之其中一例。圖12為螺旋流體機械的剖視圖。

說明有關螺旋流體機械的構造。圖12中，螺旋流體機械，係利用成為負載部的壓縮部10與驅動部20 所構成。壓縮部10，係在主殼體3內，以殼體膛孔4、公轉子5、母轉子(未圖示)來構成作動室，公轉子5利用驅動部20而被旋轉驅動的話，與母轉子嚙合進行壓縮動作。吸入到螺旋流體機械的氣體，係通過吸入口6或吸入口擴張部6a朝作動室被吸入、壓縮後，經由吐出口7吐出。於壓縮部1的吐出口側，配置D殼體8。於D殼體8內，突出雄母轉子的旋轉軸，配設把該旋轉軸支撐成自由旋轉的吐出側軸承部。在圖12表示公轉子5的吐出側旋轉軸9a突出到D殼體8內，在吐出側軸承部19卡合成自由旋轉的狀態。

驅動部20，係在利用馬達殼體11與殼體蓋12所構成的空間內，配設：具有於軸方向構成間隙的軸流式間隙旋轉件之馬達13、公轉子5的馬達側旋轉軸9b、以及把馬達側旋轉軸9b支撐成自由旋轉的馬達側軸承17。具有軸流式間隙旋轉件的馬達13，係利用軸流式間隙旋轉件15a、15b與定子14所構成；軸流式間隙旋轉件15a、15b係配設磁體16a、16b，而且，朝馬達側旋轉軸9b卡合成包挾定子14。尚且，軸流式間隙旋轉件15a、15b也可以僅在單側構成。馬達側軸承17被配設在殼體蓋12，把馬達側旋轉軸9b卡合成自由旋轉。在本實施例，係介隔著馬達側旋轉軸9b把軸封裝置18設在主殼體3與馬達殼體11之間，為壓縮部10側的油不會朝驅動部20側洩漏的構造。

以上根據本實施例，經由把上述實施例的軸 流間隙型旋轉電機適用到螺旋流體機械的方式，可以實現可靠性高的螺旋流體機械。

尚且，上述實施例的軸流間隙型旋轉電機，也可以適用在可以收納渦卷式壓縮機等的空氣壓縮機或其他的旋轉電機之機械。

210‧‧‧磁體

220‧‧‧保持軛

230‧‧‧非磁性補強部

240‧‧‧轉子鐵心

Claims (6)

1. 一種軸流間隙型旋轉電機，具備：定子；軸，係貫通前述定子；以及轉子，係在軸方向介隔著空隙與前述定子對向；前述轉子，具備：轉子鐵心；磁體，係與前述轉子鐵心重疊而被固定；以及保持軛，乃是保持前述轉子鐵心之磁性體；前述保持軛，具有：壁部，係在軸方向上比前述磁體的厚度小，補強前述磁體的外周圍；前述轉子鐵心的外徑比前述磁體的外徑小，前述轉子鐵心的內徑比前述磁體的內徑大。
2. 如請求項1之軸流間隙型旋轉電機，其中，具備補強前述磁體的外周圍之非磁性補強部；前述非磁性補強部，具有補強前述壁部的外周圍之段部。
3. 如請求項1之軸流間隙型旋轉電機，其中，前述磁體為環狀的磁體。
4. 如請求項1之軸流間隙型旋轉電機，其中，前述磁體被壓入到前述保持軛。
5. 如請求項1之軸流間隙型旋轉電機，其中，前述非磁性部用碳纖維的絲所構成。
6. 一種空氣壓縮機，係搭載如請求項1所記載的軸 流間隙型旋轉電機。