轴向气隙型旋转电机

摘要

在轴向气隙型旋转电机中可实现小型化、高输出化，并且实现模塑树脂与壳体的支承强度的提高以及壳体的加工成本的降低。一种具有以旋转轴为中心在壳体(50)内周面弯曲而配置成环状的至少具有铁芯(21)和线圈(23)的多个磁芯组件(20)的定子(19)和在旋转轴径向隔着规定的气隙与上述铁芯的端面面相对的转子(30)的轴向气隙型旋转电机(1)，上述壳体在与上述定子相对的面上具有与外部连通的孔部(10a)，上述定子具有在上述多个磁芯组件的至少与壳体内周面相对侧的面和上述孔部填充树脂而模塑成一体的树脂模塑部(11)。

权利要求

1.一种轴向气隙型旋转电机，其特征在于，包括：定子，其将至少具有铁芯和线圈的多个磁芯组件以旋转轴为中心沿着壳体内周面配置成环状；和转子，其在旋转轴方向上隔着规定的气隙与所述铁芯的端面面相对，所述壳体在与所述定子相对的面上，在所述旋转轴方向上的所述磁芯组件的位置具有与外部连通的孔部，所述定子具有在所述多个磁芯组件的至少与壳体内周面相对侧的面和所述孔部填充树脂而模塑成一体的树脂模塑部。

2.如权利要求1所述的轴向气隙型旋转电机，其特征在于：填充在所述孔部中的树脂在所述壳体的厚度以下。

3.如权利要求1所述的轴向气隙型旋转电机，其特征在于：具有从所述壳体的外周侧封闭所述孔部的按压部件，所述树脂模塑部将树脂填充到所述按压部件。

4.如权利要求3所述的轴向气隙型旋转电机，其特征在于：所述按压部件具有与所述孔部的内径大致一致的外径的凸部，所述树脂模塑部将树脂填充到该凸部的端面。

5.如权利要求4所述的轴向气隙型旋转电机，其特征在于：所述孔部至少在靠壳体外周具有螺纹，所述按压部件具有与该螺纹螺合的凸部。

6.如权利要求1所述的轴向气隙型旋转电机，其特征在于：具有盖部件，其具有比所述孔部的壳体外周侧开口部的外径大的外径部分，并且与所述磁芯组件的相对面位于靠所述壳体的外周面，所述树脂模塑部填充到该盖部件与磁芯组件的相对面。

7.如权利要求1所述的轴向气隙型旋转电机，其特征在于：所述孔部为将从所述磁芯组件引出的跨接线引出到所述壳体的外部的引出口。

8.如权利要求1所述的轴向气隙型旋转电机，其特征在于：所述孔部有多个。

9.如权利要求1～7中任一项所述的轴向气隙型旋转电机，其特征在于：所述模塑部填充在所述磁芯组件的除端面之外的整个周围。

说明书

轴向气隙型旋转电机

技术领域

[0001] 本发明涉及轴向气隙型旋转电机，涉及在壳体上固定定子的轴向气隙型旋转电机。

背景技术

[0002] 轴向气隙型旋转电机将圆筒状定子与圆盘状转子在旋转轴径向上隔着规定的气隙面相对地配置。定子包含在壳体内周方向上弯曲配置的多个铁芯和在其上缠绕的线圈。轴向气隙型旋转电机由于产生转矩的气隙面大致与直径的平方成比例地增加，因此被认为是适合于薄型形状的旋转电机。

[0003] 特别是两个转子夹着一个定子的双转子型的轴向气隙型旋转电机，由于能够确保两倍的气隙面积，作为具有可获得更优良特性的可能性的结构受到关注。双转子型的轴向气隙型旋转电机中，由于铁芯和线圈独立地配置，经常通过模塑树脂将它们支承固定在壳体上。作为铁芯受到的电磁力，径向的转矩反作用力和轴向的吸引力作用于定子上。双转子型的轴向气隙型旋转电机中，由于转子与定子之间的轴向吸引力平衡，理想中定子中不产生轴向负载。但实际中由于气隙的不均匀和部件尺寸的偏差等，如果轴向吸引力产生不平衡，则产生轴向负载。因此，对于模塑树脂与壳体的界面要求足以支承它们的圆周方向、轴向的负载的强度。

[0004] 专利文献1中公开了在壳体的内周面设置槽、作为模塑树脂与壳体通过凹凸形状啮合的结构进行支承的方法和组合槽与插入部件进行支承的方法。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开2007-60788号公报

发明内容

[0008] 发明要解决的课题

[0009] 在此，模塑树脂与壳体的粘合力因壳体的表面状态和树脂注入时的温度和压力的条件等而大幅度变化。在旋转电机的实际使用环境中，还存在施加热负载或振动等情况。进一步地，还有在从数年到数十年的长期间中使用的情况。因此，仅靠模塑树脂与壳体的粘着力来支承磁芯组件存在在可靠性的方面不足的隐患。

[0010] 另一方面，如专利文献1设置壳体内周面的槽和插入部件的结构由于为模塑树脂与壳体啮合的结构，即使假如在模塑树脂从壳体剥离的情况下也能够将铁芯等(磁芯组件)支承在壳体上，可以说是支承强度大、可靠性良好的结构。

[0011] 然而，对壳体内周面的槽加工是使车床、拉床或数控加工机等的加工时间和加工成本增加的因素。虽然有在成型壳体的阶段预先设置槽的方法，但由于无法根据铁芯形状和施加到界面上的负载而改变槽形状，同一壳体做成多个品种成为成本增加的因素。此外，根据本方法，为了可靠地支承模塑树脂和壳体，需要设置足够深的槽，以使得即使在模塑树脂剥离、树脂因剥离面的重量减少而收缩的情况下模塑树脂与壳体的槽仍咬合。因此，需要的相应的壳体厚度。

[0012] 此外，由于强度和量产性的原因，由模塑树脂支承的旋转电机有时进行在对加热后的树脂加压的同时填充的传递成型。这种情况下，成型时壳体被施加高压。在进行了槽加工的情况下，存在变薄的壳体面无法承受来自模塑树脂的压力而破损的隐患。

[0013] 用于解决课题的技术方案

[0014] 为了解决上述问题，例如采用权利要求书的范围内记载的结构。即为一种轴向气隙型旋转电机，其特征在于，包括：定子，其将至少具有铁芯和线圈的多个磁芯组件以旋转轴为中心在壳体内周面弯曲而配置成环状；和转子，其在旋转轴径向上隔着规定的气隙与所述铁芯的端面面相对，所述壳体在与所述定子相对的面上具有与外部连通的孔部，所述定子具有在所述多个磁芯组件的至少与壳体内周面相对侧的面和所述孔部填充树脂而模塑成一体的树脂模塑部。

[0015] 发明效果

[0016] 通过本发明的一个方案，由于固定定子和壳体的树脂模塑部为孔，因此加工容易。进一步地，由于有连通壳体的孔部，能够将作用于旋转轴方向和旋转轴径向的力带来的作用于填充在该孔部的树脂的前端部的拉力释放，能够防止壳体的损伤。

[0017] 上述之外的问题、结构和效果通过以下实施方式可得以明了。

附图说明

[0018] 图1(a)是表示采用本发明的第一实施方式的双转子型轴向气隙型电机的结构的截面图。(b)是表示第一实施方式的电机的电枢结构的概要的局部立体图。

[0019] 图2是表示第一实施方式的电机的单槽的磁芯组件的立体图。

[0020] 图3是表示第一实施方式的定子的树脂模塑的样子的示意图。

[0021] 图4是表示第一实施方式的固定区域(孔部)的一个例子的局部放大图。

[0022] 图5(a)是表示第一实施方式的按压模具的一个例子的局部放大图。(b)是表示第一实施方式的按压模具的其它例子的局部放大图。

[0023] 图6(a)是表示比较例的固定区域的例子的局部放大图。(b)是表示树脂模塑部的突出部对壳体的影响的例子的示意图。

[0024] 图7(a)是表示第二实施方式的按压模具的例子的局部放大图。(b)是表示第二实施方式的按压模具的其它例子的局部放大图。

[0025] 图8是表示第三实施方式的固定区域的结构的局部放大图。

具体实施方式

[0026] 【第一实施方式】

[0027] 以下利用附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1(a)表示采用本发明的第一实施方式的双转子型轴向气隙型永磁体同步电机1(以下有时简称为“电机1”)的概要结构的截面图。

[0028] 电机1中，沿壳体50的内周面配置的圆环形状的定子19以被圆盘状的两个转子30在旋转轴径向上隔着规定的气隙面夹着的方式与其分别相对地配置。转子30中，圆盘中央与旋转轴40固定。旋转轴40贯通定子19的中央部分而配置，两端部通过轴承70以可旋转的方式与端架60固定。端架60固定在由大致圆筒形构成的壳体50的两开口端部附近。

[0029] 转子30在圆形磁轭33上隔着后磁轭32配置永磁体31。永磁体由形成为以旋转轴70方向为中心的大致扇形形状的多个平板状磁铁构成，在旋转方向上配置不同极性的磁铁。此外，永磁体31采用铁氧体，但并不限定于此。

[0030] 图1(b)中表示示意性地展示电机1的电枢结构的立体图。定子19由以旋转轴心A为中心方向沿壳体30的内周配置的12个磁芯组件20构成。一个磁芯组件20构成一个槽(slot)。此外，磁芯组件20彼此之间以及壳体50的内周面通过后述的树脂模塑相互地一体成型，并且固定在定子上。

[0031] 图2表示展示磁芯组件20的结构的立体图。磁芯组件20具有铁芯21、绕线架22和线圈23。铁芯21是具有与转子30面相对的端面为具有大致梯形的形状的柱体所构成的层叠铁芯。层叠铁芯通过层叠含有磁性体材料的板状(包括带状)的、宽度随着从旋转轴心A向着壳体内周面去逐渐增大的板片而得到。此外，铁芯21并不限定于此，压粉铁芯和切削得到的铁芯亦可，并且旋转轴方向的截面也可为T、H或I字型的形状。此外，作为磁性体材料采用非晶材料，但并不限定于此。

[0032] 绕线架22由具有与铁芯21的外径大致相同的内径的筒形状构成。绕线架22的两开口部附近设有从外筒部的外周的整个周边向铅直方向延伸规定宽度的凸缘部22b。在外筒部上，线圈23缠绕在两凸缘部22b之间。

[0033] 具有这种结构的电机1由逆变器(未图示)向线圈23施加交流电流，通过定子19产生的旋转磁场与转子30的直流磁场吸引排斥来产生转矩。此时，圆周方向的转矩反作用力与旋转方向相反地作用于转子19上。此外，在部件尺寸的偏差或组装精度带来上下转子30之间的磁吸引力不平衡的情况下，还产生旋转轴方向的力。这样，模塑树脂与壳体50的界面上被施加了圆周方向和轴方向的负载。在第一实施方式中，将针对所施加的负载利用树脂模塑的点作为特征之一。

[0034] 图3中示意性地表示磁芯组件20彼此之间以及与壳体50内周一体地成型的树脂模塑工序的样子。壳体50插入到其内径大致一致的下模具62中，从壳体50的相反侧开口将之后形成供旋转轴贯通的轴芯空间的筒状中模具61配置在下模具62的中央。磁芯组件20以中模具61为中心环形排列。此时，绕线架的凸缘部22b进行径向的定位以及与相邻的磁芯组件20的旋转轴旋转方向的定位。

[0035] 然后，具有与壳体50的内径大致一致的外径且为了贯通中模具61而在中央具有圆筒空间的上模具从下模具62的相反侧的壳体开口插入，夹着磁芯组件20加以支承。之后，从上模具和下模具62的相对面注入树脂。树脂在磁芯组件20之间、壳体50的内周面、中模具61方向以及绕线架的凸缘部22b与转子30的相对面上无间隙地填充，最后还绕到设于壳体50上的固定区域10a(孔部)中。此外，例如在磁芯组件20彼此之间通过金属等环部件连结、维持为环状的结构的情况下，磁芯20的至少与壳体50的内周面相对的面(梯形的下底侧的侧面)和壳体50之间能够填充树脂。

[0036] 固定区域10a为连通壳体50的内外的孔，为了将定子19固定在壳体50的期望位置而设置在规定位置。在第一实施方式中，设置在旋转轴方向上定子19的宽度的大致中间附近。此外，固定区域10a也可为设置多个的结构。此外，在本实施方式中固定区域10为圆形的孔，但也可为半圆或多边形等。

[0037] 图4中表示固定区域10a附近的放大图。固定区域10a由树脂进入并形成突出部9的固定部分40a和树脂没有进入的锥体部分40b构成。通过在固定区域10a填充树脂并最后硬化来形成突出部9。即形成定子19周围填充的树脂与形成在固定部分40a的突出部9成为一体的形状的模塑部11。

[0038] 在此，利用比较例对固定区域10a贯通壳体50的结构的优点进行说明。图6(a)中表示比较例的固定区域。在图6(a)中，110a为比较例的固定区域。在比较例中，并非形成为贯通壳体50的孔，而是不贯通，在内周侧形成为凹部。其结果是，固定区域110a的延长上形成薄壁部141b。

[0039] 图6(b)中表示固定区域110a附近的放大图。由于旋转轴方向和旋转轴径向的力作用于定子19上，突出部9上与壳体50之间产生F1～F3的力。在此，观察突出部9的前端边缘(角)部分，相对于F1～F3等旋转轴方向的力，一部分或全部的边缘上产生拉力，对壳体50产生负载。存在因所施加的负载导致壳体50上产生裂痕42的隐患。

[0040] 对此，在本实施方式中，由于为固定区域10a贯通壳体50的结构，因此能够将随着在旋转轴径向和旋转轴方向作用的力而作用于突出部9的前端侧的边缘(角)的力释放。具体地，当在旋转轴径向和旋转轴方向对定子19施力时，旋转轴径向和旋转轴方向的力也随之作用于突出部9。在硬化的突出部9上虽然这些力主要传递至突出部9的前端侧的边缘(角)，但由于固定区域10a为贯通孔，边缘成为释放到锥体部分40b或壳体50的外侧的空间。

[0041] 此外，在固定区域10a上留出锥体部分40b而形成突出部9。这具有更有效地防止树脂从固定区域10a漏出的优点。

[0042] 图5(a)表示采用用于防止树脂从固定区域10a漏出的按压模具60的样子。按压模具60具有与固定区域10a的内径大致一致的外径的凸部60a，从壳体50的外周侧将凸部60a嵌入固定区域10a中。如图所示，虽然凸部60a与固定区域10a之间形成构成树脂的漏出流路的L字形状的间隙，但上述弯曲的流路提高了树脂的阻力，适于防止漏出。如果漏出阻力大，则也能够相应地提高树脂的填充压力。

[0043] 此外，本发明并不限定于设置锥体部分40b的结构，也可如图5(b)所示，也可利用树脂填满固定区域10a的全部。这种情况下，按压模具63可为从外周侧封闭的固定区域10a的平面部件。可期待有树脂填充后易于取下的效果。

[0044] 此外，固定区域10a的内侧面可形成为螺孔状。这种情况下，通过使按压模具60与固定区域10a相对的面为螺纹形状，能够可靠地将按压模具60固定在壳体上，能够抑制按压模具60的位置因模塑时的填充压力而移位或者树脂漏出。

[0045] 通过第一实施方式的电机1能够提高定子19与壳体50相对于旋转轴径向和旋转轴方向的力的应力，可靠地进行两者之间的固定，对电机1的性能有较大贡献。

[0046] 此外，由于固定区域10a为贯通孔，没有旋转轴径向和旋转轴方向作用于定子19的力导致突出部9损失壳体50的隐患，能够确保足够的支承强度。

[0047] 此外，在磁芯组件20彼此之间以及壳体50的模塑工序中兼有形成突出部9的工序，显著地提高了作业效率。此外，能够通过壳体50上设置孔这样简单的工序来获得固定区域10a。

[0048] 【第二实施方式】

[0049] 第二实施方式的电机1将从壳体50的内周侧设置按压模具60的点作为特征之一。图7(a)(b)中表示各固定区域10a附近的放大图。此外，与第一实施方式相同的地方使用相同的记号并省略说明。

[0050] 首先，图7(a)的按压模具60具有由底面60b和侧面c构成的大致コ字形状的截面，具有在开口部侧的整个周边设有凸缘部60d的形状(锅型)。壳体50上设有与底面60b和侧面60c构成的筒部分的外径大致一致的内径的孔，孔在壳体50的内周侧的边缘附近设有与凸缘部60d的直径大致一致的圆形的槽。通过将按压模具60嵌入固定区域10a中，底面60b在与壳体50的外周面一致的位置，凸缘部60d在与壳体50的内周面一致的位置。树脂的填充在从壳体50的内周面将按压模具60设置在固定区域10a后进行。

[0051] 凸缘部60d进行径向的防松脱。即，由于为比固定区域10a的壳体侧开口部的内径更大的外径，因此在因树脂的压力而受到径向的力时，凸缘部60d卡止在壳体50上，对树脂起到盖的功能。此外，通过将凸缘部60d按压在壳体上，缩小与壳体50的间隙，抑制了树脂漏出。此外，通过使凸缘部60d配合设于壳体50上的阶差而配置，能够抑制与壳体50的间隙在变狭小时模塑树脂进入，并且防止按压模具60自身向磁芯组件20侧移动。

[0052] 在本变形例中，只需在树脂模塑工序之前的阶段将按压模具60设置在壳体50上即可，能够省略在壳体50的外周侧配置和移除防漏模具的工序。

[0053] 此外，由于按压模具60的形状在其外周与设于壳体50上的贯通孔和阶差紧密接触，对于作用于定子19的旋转轴径向和旋转轴方向的力发挥了足够的支承力。

[0054] 并且，按压模具60通过利用树脂的填充压力与壳体50紧密接触，能够防止树脂漏出。

[0055] 并且，由于在突出部9的前端边缘(角)产生的拉力而承受负荷的是按压模具60，因此即使万一发生裂痕也只需更换按压模具60即可，可实现壳体50的维护。进一步地，对于这种裂痕，只要利用更高强度的部件(铝等金属)构成按压模具60即可解决，而如果利用树脂、橡胶等构成，也可通过弹性应力释放边缘部分的力。

[0056] 此外，在图7(a)所示的按压模具60的情况下，只要具有覆盖突出部9的面和与壳体内周面相对的面即可，并不限定于本图的形状。

[0057] 接着，在图7(b)中表示其它按压模具60的结构。固定区域10a具有从壳体50的内周侧向着外周侧去截面渐减的锥体状的(圆)锥台形状的内径。按压模具60具有在圆锥台的顶部侧(壳体外周侧)具有大致一致的外周形状的(圆)锥台形状，利用树脂的填充压力在固定区域10a的顶部侧做盖。即按压模具60在锥台的基础上，具有比固定区域10a的壳体外周侧开口的内径更大的外径部分，且下底侧的面位于比壳体内周面更靠外周侧。

[0058] 与上述图7(a)的结构相比，图7(b)可实现更简单的结构的按压模具60。

[0059] 此外，在锥台形状的固定区域10a中，通过使固定部分40a的旋转轴方向的宽度随着向底面侧(磁芯组件20侧)去而变大，能够充分地确保定子19的支承强度。

[0060] 在本结构中，能够以更简单的按压部件更有效地抑制树脂漏出。

[0061] 【第三实施方式】

[0062] 第三实施方式的电机1将使固定区域10a兼作为用于把各磁芯组件20的跨接线引出壳体50外部的引出口的结构作为特征之一。

[0063] 图8中表示第三实施方式的固定区域10a。此外，与第一实施方式相同的地方使用相同的记号并省略说明。

[0064] 固定区域10a设置在壳体50上靠磁芯组件20的输出侧至反输出侧。优选靠近跨接线23a从磁芯组件20引出的一侧(输出至反输出侧)而配置。

[0065] 从各磁芯组件20引出的跨接线23a沿壳体50的内周面朝向固定区域10a而配置，通过树脂模塑与定子19一体地成型。跨接线23a通过固定区域40a引出到壳体外。

[0066] 固定区域10a的壳体50外周侧例如设有径向厚壁的部分，作为用于设置端子盒(未图示)的基座90。

[0067] 通过第三实施方式，能够将跨接线23a的引出口与固定区域10a共用，能够降低加工成本。

[0068] 并且，由于固定区域10a的周围像基座90那样厚厚地向外周侧突出，因此能够确保固定区域10a附近的强度。

[0069] 此外，在第三实施方式中，采用固定区域10a靠近磁芯组件20的输出轴或反输出轴侧而设置的结构，但并不限定于此，只要在磁芯组件20的轴方向中心附近即可。可根据跨接线23a的引出位置等适当地变更。

[0070] 此外，作为引出口的固定区域10a可为多个。

[0071] 以上针对用于实施本发明的方式进行了说明，本发明可在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，以上对双转子型轴向气隙型永磁体同步电机的例子进行了说明，但也可为单转子型，或可为其它方式的轴向气隙型永磁体同步电机。或者，也可为不配备永磁体的同步磁阻电机、开关磁阻电机、或感应电机等。进一步地，也可不为电动机，为发电机亦可。

[0072] 此外，可在固定区域10a的外周面以覆盖模塑树脂的突出部9的方式设置盖。由此能够防止突出部10a的劣化。

[0073] 此外，固定区域10a只需设置在磁芯组件20的径向上与其一部分或全部相对的区域上，位置、个数和形状为任意。例如，可设置一个或多个。也可在旋转轴方向上设置一个或多个。固定区域的截面形状可为圆形、椭圆形或多边形。在设置多个固定区域10a的情况下，不必令它们为同一形状，可形成为不同形状。如上所述，通过增加一个定子上设置的固定区域的个数和形状，能够提高模塑树脂对壳体的支承强度。

[0074] 附图记号说明

[0075] 1…双转子型轴向气隙型永磁体同步电机(电机)；9…突出部；10a…固定区域；11…模塑部；19…定子；20…磁芯组件；21…铁芯；22…绕线架；22b…凸缘部；23…线圈；
23a…跨接线；24…磁芯组件；40…旋转轴；40a…固定部分；40b…锥体部分；42…裂痕；49…端架；50…壳体；50a…嵌合部；60…按压模具；60a…凸部；60b…底面；60c…侧面；60d…凸缘部；61…中模具；62…下模具；63…按压模具；70…轴承；90…基座；110a…突出部；141a…固定区域；141b…薄壁部；A…旋转轴；F1、F2、F3…力。