轴向间隙电机

摘要

为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，所述转子(10)的所述支撑构件(12)由非导电性且热固性树脂所构成。

权利要求

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，以相对于所述转子而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，所述轴向间隙电机的特征在于，

所述转子的所述支撑构件由非导电性且热固性树脂构成。

2.根据权利要求1所述的轴向间隙电机，其特征在于，所述树脂是从包括环氧树脂、酚醛树脂以及三聚氰胺树脂的组中选择出的树脂。

3.根据权利要求1或2所述的轴向间隙电机，其特征在于，安装于所述支撑构件的所述多个永磁铁段被嵌入所述支撑构件内。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的轴向间隙电机，其特征在于，在所述转子的所述支撑构件的毂部的两侧或者一侧，一体地形成从所述转子的平面垂直突出的中空套筒，所述输出轴贯穿该中空套筒，并且以与所述转子一起旋转的方式与所述中空套筒结合。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的轴向间隙电机，其特征在于，所述支撑构件的所述中空套筒与所述输出轴通过花键结合，并通过粘接剂接合。

6.根据权利要求1～5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，卷绕有由非导电性高强度材料构成的外缘构件。

7.根据权利要求6所述的轴向间隙电机，其特征在于，所述非导电性高强度材料为用玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维或者碳纤维加强后的树脂材料。

说明书

轴向间隙电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电机，更详细地说，涉及一种能够设置于车辆的轮子内且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

[0002] 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于车轮内的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

[0003] 发明要解决的问题

[0004] 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。铁氧体磁铁的剩余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。在该5kW大小的电机结构中，(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)设置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)为了有效利用电机的内部空间，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导电性金属制转子内部的涡流损耗变大的问题。

[0005] 因此，本发明是为解决上述课题而提出的，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。

[0006] 用于解决问题的手段

[0007] 上述课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)，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(pitch-angle)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的方式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，所述转子的所述支撑构件由非导电性树脂所构成。

[0008] 能够使所述树脂为从包括环氧树脂、酚醛树脂以及三聚氰胺树脂的组中选择出的热固性树脂。

[0009] 能够将安装于所述支撑构件的所述多个永磁铁段嵌入所述支撑构件内。

[0010] 能够在所述转子的所述支撑构件的毂部的两侧或者一侧，一体地形成从所述毂部的平面垂直突出的中空套筒，使所述输出轴贯穿该中空套筒，并且与所述转子一起旋转。

[0011] 能够通过花键将所述支撑构件的所述中空套筒与所述输出轴结合，并通过粘接剂进行接合。

[0012] 能够在所述支撑构件的外周部卷绕由非导电性高强度材料所构成的外缘构件。

[0013] 能够使所述非导电性高强度材料为用玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维或者碳纤维加强后的树脂材料。

[0014] 发明效果

[0015] 根据本发明，通过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，从而能够提高轴向间隙电机的电效率，并提高转子的机械强度，实现轴向间隙电机的轻量化。

附图说明

[0016] 图1是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。

[0017] 图2是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。

[0018] 图3是示出使转速以及转矩为同一条件时的各比较例和实施例的效率的图表。

具体实施方式

[0019] 以下，参照附图，对本发明的一个实施方式进行说明，但是，该实施例仅用于对发明进行说明，本发明并不限于该实施例。

[0020] 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以与转子
10之间留有规定间隙的方式，与转子10相向地配置在该转子10的两侧。

[0021] 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。

[0022] 接下来，参照图2。图2所示的轴向间隙电机的转子10，形成为如下的所谓的无芯(coreless)转子形状，包括以与输出轴(未图示)一起旋转的方式固定于输出轴的圆盘状的支撑构件12，该支撑构件12包括中心的毂部13和安装有多个永磁铁段11的外周部14。该支撑构件12由具有非导电性的树脂所构成，进一步而言，该非导电性树脂可以为热固性树脂，例如环氧树脂、酚醛树脂以及三聚氰胺甲醛树脂(melamine resin)。

[0023] 在位于支撑构件12的中心的毂部13，一体地形成有中空套筒18，以强化毂部13与输出轴的结合。该中空套筒18在支撑构件12的两侧或者一侧从毂部13的平面垂直突出。未图示的输出轴通过该中空套筒18的中空部分而贯穿支撑构件12，输出轴与转子10一起旋转，并输出转子10的旋转运动。为保证转子10与输出轴的一体旋转，能够在该转子10的中空套筒18的中空部分的内侧表面和输出轴的外侧表面之间设置相互互补的花键槽，进而用粘接剂将两者粘接。在支撑构件12的厚度能够充分保证输出轴与支撑构件12结合的情况下，可以省略如上所述的中空套筒构件18，直接将平面状的毂部13和输出轴接合。

[0024] 如图1所明确示出那样，在转子10的支撑构件12的外周部14，在周向上以相等的旋转角分隔设置有多个永磁铁段11。该永磁铁段11由不含高价稀土类的铁氧体磁铁所构成。这些永磁铁段11嵌合并固定在安装孔16(在图2中未图示永磁铁段11)中，安装孔16以与永磁铁段11呈相同形状的方式形成于支撑构件12。作为固定方法，可以采用使用粘接剂的粘接方法。除了这样的通过嵌合和粘接来固定的固定方法之外，也可以使用如下的固定方法，即，像上述那样将永磁铁段11嵌合到安装孔16之后，以与支撑构件12相同尺寸以及相同材料的圆盘状构件夹住支撑构件12，通过加压成形，将永磁铁段11嵌入支撑构件12内。通过这样将永磁铁段11嵌入支撑构件12内，能够牢固固定永磁铁段11，并防止永磁铁段11的偏离。
进一步而言，由于支撑构件12的表面是平坦的，所以能够减少转子10在旋转时表面所产生的紊流，改善转子10的旋转效率。也能够在进行这种加压成形的同时使将如前所述的中空套筒18成形。

[0025] 为了减少转矩波动(torque ripple)以及齿槽转矩(cogging torque)，永磁铁段11的侧面带有规定的斜角(永磁铁段11的侧面相对于从中心轴延伸的放射状轴的角度)，使得永磁铁段11的平面形状呈大致梯形。这些永磁铁段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13延伸到支撑构件12的外周边缘部17。

[0026] 进一步地，在支撑构件12的外周边缘部17的周围卷绕有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用玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维(aramid fiber)或者碳纤维加强后的塑料。通过设置这样的外缘构件19，能够防止在转子10旋转时所产生的从永磁铁段11向支撑构件12的外周边缘部17的离心力导致外周边缘部破损。在这样设置有外缘构件19的情况下进行强度试验，可知支撑构件12能够承受高旋转(10000rpm)爆裂试验(burst test)(2倍安全系数)。

[0027] 表1示出了对由导电性金属材料构成支撑构件12的比较例和由非导电性树脂构成支撑构件12的实施例即轴向间隙电机(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，而实施例的电机以相同的1600rpm旋转时的涡流损耗为0W。比较例的电机以2800rpm旋转时的涡流损耗为47.75W，而实施例的电机以相同的2800rpm旋转时的涡流损耗为0W。另外，比较例的电机以5000rpm旋转时的涡流损耗为778.96W，而实施例的电机以相同的5000rpm旋转时的涡流损耗为0W。

[0028] 表1

[0029]

[0030] 如上所述，根据本发明，通过使构成转子10的支撑构件12由非导电性树脂构成，因而不会流动有由导电性金属材料构成支撑构件12时所产生的涡流，电机产生的涡流损耗为0W。

[0031] 此外，如图3所示，在图表上的A点、B点、C点各个点上，在实施例的电机和比较例的电机的转速以及转矩相同的状态下，对各电机的效率进行了测定。由图表可知，都是作为实施例的电机的效率高。

[0032] 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，以与永磁铁段11相向的方式设置多个槽，并且它们之间的槽在周向上以等间隔角分隔设置，但是，由于轴向间隙电机的定子结构被本领域技术人员公知，因而省略其说明。

[0033] 附图标记说明

[0034] 10     转子

[0035] 11    永磁铁段

[0036] 12    支撑构件

[0037] 13    毂部

[0038] 14    外周部

[0039] 15    辐条状部分

[0040] 16    安装孔

[0041] 17    外周边缘部

[0042] 18    中空套筒

[0043] 19    外缘构件

[0044] 20、22   定子