专利名称：轴向间隙电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴向间隙电机。
背景技术：
传统地，轴向间隙式永磁同步电机被公知(参见例如日本未审查专利 申请，第一次公布No.H10-271784)，它设有例如一对定子，所述定子相互 面对设置以从其旋转轴向的两侧夹住转子，并且通过所述一对定子形成磁 通量回路。然而，在根据上述传统技术所述的永磁同步电机中，定子刚度的提高， 以及在永磁同步电机运行时摆动和噪声的抑制是需要的。本发明考虑了上述情况后被提出，并且具有提供能够提高定子刚度的 轴向间隙电机的目的。发明内容为了解决上述问题并实现所需目的，本发明采用了下述手段。即，本 发明的轴向间隙电机包括能够绕旋转轴旋转的转子；在旋转轴方向上至少 一侧面对转子的定子，其中转子设有多个主磁体部分，多个副磁体部分， 和转子机架；转子机架设有在转子机架径向上延伸的多个肋，和通过肋相 互一体连接的轴部分和缘部分，并且转子机架容纳主磁体部分、副磁体部 分，所述主磁体部分、副磁体部分在圆周方向上在轴部分和缘部分之间交 替放置；主磁体部分设有主永磁体件，主永磁体件在旋转轴方向上被磁化， 并且被设置在圆周方向上相邻的两个肋之间；副磁体部分设有副永磁体件，副永磁体件在与旋转轴方向和径向正交的方向上被磁化，并且在旋转轴方向上在所述肋的至少一侧上设置；并且肋的每个与径向垂直的横截面 区域在径向上从缘部分朝向轴部分侧增加。根据上述轴向间隙电机，对于轴被连接至外驱动轴、并且扭矩被传输 至其上的轴部分，以及对于通过多个肋连接至轴部分的缘部分，垂直于径 向的肋的横截面区域在径向上从缘部分侧朝向轴部分侧逐渐增加。结果， 与例如肋的垂直径向的横截面不改变的情况相比，转子机架的刚度可以被 提高。可以设置使得旋转轴方向上的肋的厚度在径向上从缘部分侧朝向轴 部分侧增加；主永磁体件在旋转轴方向上的厚度在径向上从缘部分侧朝向 轴部分侧增加。在这种情况下，沿着圆周方向放置在两个相邻肋之间的肋和主永磁体 件的旋转方向上的各厚度在径向上从缘部分侧朝向轴部分侧逐渐增加。结 果，与例如肋和主永磁体件的厚度在旋转轴方向上不改变的情况相比，转 子机架的刚度被提高。可以设置使得肋在圆周方向上的宽度在径向上从缘部分侧朝向轴部 分侧增加。在这种情况下，肋在圆周方向上的宽度在径向上从缘部分侧朝向轴部 分侧逐渐增加。结果，与肋在圆周方向上的宽度不改变的情况相比，转子 机架的刚度被提高。可以设置使得副永磁体件在旋转轴方向上的两个端部表面相互平行。在这种情况下，副永磁体件在旋转轴方向上的两个端部表面，即面对 定子的端部表面和面对肋的端部表面相互平行。结果，当例如肋和主永磁 体件的横截面构造在圆周方向上相同时，利用，磁通量可通过磁通量透镜 效应适当地会聚，所述磁通量透镜效应通过使用主永磁体件和副永磁体件 的、称为永磁体的Halbach布置产生。可以设置使得定子设有一对第一定子和第二定子，所述第一定子和第 二定子在旋转轴方向上相互面对，并且在旋转轴方向上从两侧夹住转子； 并且副永磁体件设有一对第一副永磁体件和第二副永磁体件，所述第一副 永磁体件和第二副永磁体件被定位在肋的旋转轴方向的两侧。在这种情况下，利用主永磁体件、第一副永磁体件和第二副永磁体件，磁通量可通过称为永磁体的Halbach布置产生的磁通量透镜效应更适当地 会聚。
图1是本发明一个实施例的轴向间隙电机的透视图。图2是根据所述实施例的所述轴向间隙电机的转子的分解透视图。图3是在径向方向上显示根据所述实施例的所述轴向间隙电机的主要部分的截面图，并显示了从旋转轴O方向观察的定子的齿。图4是显示根据所述实施例的轴向间隙电机的转子机架的主要部分的透视图。图5是从旋转轴0方向看、显示根据所述实施例的轴向间隙电机的转 子机架的主要部分的视图。图6是显示根据所述实施例的所述轴向间隙电机的主磁体部分和副磁 体部分的主要部分的透视图。图7A是显示根据所述实施例的轴向间隙电机的转子的主要部分的分 解透视图，而图7B是从径向看、显示根据所述实施例的轴向间隙电机的 转子的主要部分的分解透视图。图8是显示所述实施例第一种变化例的所述轴向间隙电机的转子的分 解透视图。图9是从径向看、显示所述实施例第一种变化例的所述轴向间隙电机 的转子的主要部分的截面图。图10是显示根据所述实施例的第一种变化例的轴向间隙电机的转子 机架的主要部分的透视图。图11是从旋转轴0方向看、显示根据所述实施例的第一种变化例的 轴向间隙电机的转子机架主要部分的视图。图12是显示根据所述实施例的第一种变化例的轴向间隙电机的主磁 体部分和副磁体部分的主要部分的透视图。图13A是显示根据所述实施例的第一种变化例的轴向间隙电机转子 主要部分的分解透视图，而图13B是从径向看、显示根据所述实施例的第一种变化例所述轴向间隙电机的转子的主要部分的分解透视图。图14是显示根据所述实施例的第二种变化例的轴向间隙电机的转子 的分解透视图。图15是从径向看、显示根据所述实施例第二种变化例的轴向间隙电 机的主要部分的截面图。图16是显示根据所述实施例的第二种变化例的轴向间隙电机的转子 机架的主荽部分的透视图。图17是从旋转轴0方向看、显示根据所述实施例的第二种变化例的 轴向间隙电机的转子机架的主要部分的视图。图18是显示根据所述实施例的第二种变化例的所述轴向间隙电机的 主磁体部分和副磁体部分的主要部分的透视图。图19A是显示根据所述实施例的第二种变化例所述轴向间隙电机的 转子的主要部分的分解透视图，而图19B是从径向看、显示根据所述实施 例的第二种变化例的所述轴向间隙电机的转子的主要部分的分解透视图。
具体实施方式
本发明的轴向间隙电机的实施例将参考附图描述。例如，如图1和图2所示，本实施例的轴向间隙电机10包括大致环 形的转子ll，以及一对定子12、 12。这里，大致环形的转子ll被设置， 使得它能绕此轴向间隙电机10的旋转轴O旋转。所述一对定子12、 12被 相互面对设置，使得从其旋转轴O方向两侧夹住转子11，并且所述一对 定子12、 12具有用于产生旋转磁场的多个相的定子缠绕线圈，所述旋转 磁场旋转所述转子ll。此轴向间隙电机10在例如混合动力车或者电动车的车辆中被安装作 为驱动源。如果此轴向电机10的输出轴被连接至传动装置(未显示)的 输入轴，那么来自轴向间隙电机10的驱动力通过传动装置传递以驱动汽 车的轮子(未显示)。此外，当汽车减速时，如果驱动力从汽车轮子侧传递至轴向间隙电机 10，那么轴向间隙电机10用作发电机并且产生公知的再生制动力。结果， 汽车主体的运动能量可采用电能(即，再生能量)的形式被回收。此外，在混合动力车中，例如，如果轴向间隙电机10的旋转轴被连接至内燃机 (未显示)的曲柄轴时，那么在内燃机的输出被传递至轴向间隙电机10时，轴向间隙电机io还能用作发电机，这也导致产生电能。每个定子12包括大致环形的板形轭部分21、多个齿22、…，及22， 和被安装在适当齿22、 22之间的定子缠绕线圈(未显示)。这里，各个齿 22在径向上延伸，并在旋转轴O方向上从面对转子11的轭部分21的表 面上在周向方向上以预定距离分开的位置处朝向转子11突出。每个定子12是例如具有6个主磁极(例如lT、 V+、 W"、 IT、 V、 W)的6N型，并且一个定子12的各l/、 V+、 #磁极被设置以在旋转轴 O方向上与另一定子12的各LT、 V、 W磁极相对。例如，在旋转轴0方向上相互面对的一对定子12中，对应lf、 V\ ^磁极的一个定子12的三个齿22、 22和22被设置，使得在旋转轴O方 向上，它们面对对应17、 V、 W磁极的另一定子12的三个齿22、 22和 22。 g卩，其中在旋转轴0方向上一个定子12的齿22和另一个定子22的 齿22相互面对的励磁状态被基于电角度设为相反状态(inverted state)。如图3所示，例如，在每个定子12的轭部分21的旋转轴O方向上转 子ll侧的端部表面，即转子面对表面21A具有锥形表面，所述锥形表面 相对径向方向倾斜预定角度e。此外，旋转轴0方向上轭部分21的厚度 沿着径向方向从内侧朝向外侧逐渐增加，例如，从内部周向侧厚度La增 加至外部周向侧厚度Lb OLa)。在每个定子12的齿22的旋转轴O方向上的厚度沿着径向方向从内侧 朝向外侧是相同的(g口，内圆周侧厚度Ha等于外圆周侧厚度Hb)。另外， 齿22的旋转轴0方向上的转子11侧的端部表面，即，转子面对表面22A相对径向方向倾斜预定角度e。此外，齿22圆周方向上的宽度沿着径向方向从内侧朝向外侧逐渐增 加，例如从内圆周侧宽度Ta增加至外圆周侧宽度Tb (>Ta)。注意到轭部分21的内圆周侧厚度La和外圆周侧厚度Lb之间的比例 可以等于齿22的内圆周侧厚度Ta和外圆周侧厚度Tb之间的比例(即， La: Lb=Ta: Tb)。通过采用这种结构，轭部分21上的磁通量密度被均衡， 并且磁通量被防止在径向上通过。例如图2所示，转子11设有多个主磁体部分31、…和31，多个副磁 体部分32、…和32，以及由非磁材料形成的转子机架33。主磁体部分31 和副磁体部分32被交替地设在圆周方向上，并且在此状态下，容纳在转 子机架33中。例如图2、图4和图5所示，转子机架33包括内圆柱形部分36、外 圆柱形部分35和连接部分37。这里，内圆柱形部分36通过在圆周方向上 以预定间隔彼此分开的多个径向肋34、…和34连接。连接部分37被形成 为环形板形状，所述环形板形状从内圆柱形部分36的内圆周表面朝内侧 突出，并被连接至外部驱动轴(例如，车辆传动装置的输入轴等)。在此实施例中，由于转子机架33的内圆柱形部分36被连接至外驱动 轴，在径向肋34的径向上的内侧成为轴部分侧，而径向肋34的径向上的 外侧成为缘部分侧。径向肋34的径向上的截面区域在径向上从外侧朝内侧逐渐变大。径 向肋34圆周方向上的宽度在径向方向上从外侧至内侧都是相同的(即， 内圆周侧宽度Xa-外圆周侧宽度Xb)。此外，在旋转轴O的方向上径向肋 34的厚度在径向上从外侧朝内侧逐渐增加，从外圆周侧厚度Wb增加至内 圆周侧厚度Wa OWb)。另外，在旋转轴0方向上径向肋34的两个端部 表面，即，定子面对表面34A和34A相对径向倾斜预定角度e。如图6和图7A、图7B所示，主磁体部分31包括在厚度方向上(即， 在旋转轴O的方向上)被磁化的大致扁平扇形主永磁体件41以及沿着其 厚度方向从两侧夹住永磁体块41的一对大致扁平扇形的磁性物质件42和 42。在圆周方向上的相邻主磁体部分31和31的各主永磁体件41和41被 设置成它们的极性彼此相互相对。另外，容纳在转子机架33中的多个主磁体部分31、…和31在径向上 通过内圆柱形部分36和外圆柱形部分35从两端被夹住，并且被放置以通 过径向肋34在径向上彼此相邻。在转子机架33内，每个主磁体部分31的主永磁体件41从两侧通过 两个径向肋34在圆周方向上被夹住。采用与径向肋34相同方式，主永磁 体件41的旋转轴O的方向上的厚度在径向上从外侧朝向内侧逐渐变大， 例如，从外圆周侧厚度Wb逐渐增加至内圆周侧厚度Wa OWb)。结果，在主永磁体件41的旋转轴0方向上的端部表面相对径向方向倾斜预定角度e。此外，磁性物质件42在旋转轴0方向上的厚度沿着径向方向从内侧 朝向外侧是相同的(即，内圆周侧厚度M『外圆周侧厚度Mb)。磁性物质 件42在旋转轴0方向上两个端部表面42A和42A被形成大致扇形形状， 与主永磁体件41的定子面对表面41A的形状相同，并相对径向方向倾斜预定角度e。副磁体部分32包括一对副永磁体件43和43，所述副永磁体件在转子 机架33内沿着旋转轴0的方向从径向肋34的两侧夹住径向肋34。在旋 转轴0方向上相对面对的该对副永磁体件43和43在与旋转轴0方向和 径向垂直的方向上被磁化(即，在大致圆周方向上)，且这些极性相互彼 此相反。副永磁体件43在旋转轴0方向上的厚度沿着径向方向从外侧朝向内 侧都是相同的(即，内圆周侧厚度M『外圆周侧厚度Mb)。另外，副永磁 体件43的圆周方向的宽度沿着径向方向从内侧朝向外侧都是相同的(即， 内圆周侧宽度X『外圆周侧宽度Xb)。此外，副永磁体件43旋转轴0方 向上的两个端部表面43A和43A被形成与径向肋34的定子相对表面34A 的形状大致相同的矩形形状，并相对径向方向倾斜预定角度e。另外，在圆周方向上相邻的副磁体部分32和32的副永磁体件43和 43沿着周向方向从两侧夹持在周向上从两侧夹住主磁体部分31的磁性物 质件42。在圆周方向上通过磁性物质件42相互面对的该对副永磁体件43和43 在彼此相反的方向上被磁化。此外，沿着旋转轴O方向被放置在一侧上的所述一对副永磁体件43 和43的每个面对与在旋转轴0方向上被磁化的主永磁体件41的一侧上的 磁极相同的磁极。在旋转轴O方向上、被放置在另一侧上的所述一对副永 磁体件43和43被每个定位成面对与在旋转轴O方向上被磁化的主永磁体 件41的另一侧上的磁极相同的磁极。艮口，在沿着旋转轴O的方向具有N极的一侧以及具有S极的另一侧 的主永磁体件41中，在圆周方向上从两侧夹住沿着旋转轴O的方向的一侧上的磁性物质件42的一对副永磁体件43和43被设置成它们的N极在 圆周方向上相互面对。此外，沿着圆周方向从两侧夹持在旋转轴O的方向 上的另一侧上的磁性物质件42的一对副永磁体件43和43被设置成它们 的S极在圆周方向上相互面对。结果，主永磁体件41和各副永磁体件43和43的各磁通量通过磁通 量透镜效应会聚，所述效应通过已知为永磁体的Halbach布置产生，并且 与各定子12和12互连(interlink)的有效磁通量相对地增长。在本实施例中，结合转子机架33的径向肋34和各主磁体部分31的 主永磁体件41两者在旋转轴0方向上的厚度沿着径向方向从外侧向内侧 逐渐增加的事实，例如从外圆周侧厚度Wb增加至内圆周侧厚度Wa (>Wb)，转子机架33的内圆柱形部分36的旋转轴0方向上的宽度Za 比外圆柱形部分35的旋转轴O方向上的宽度Zb更大。如上所述，根据本发明的轴向间隙电机IO，对于被连接至外驱动轴以 及扭矩被传递到其上的转子机架33的内圆柱形部分36，以及通过径向肋 34、…和34连接至内部圆柱形部分36的外圆柱形部分35，径向肋34的 旋转轴O方向上的厚度沿着径向方向从外侧(即，缘部分侧)向内侧(即 轴部分侧)逐渐增加，从外圆周侧厚度Wb增加至内圆周侧厚度Wa(>Wb)。 由于上述原因，与例如径向肋34的旋转轴O方向上的厚度在径向上不改 变的情况相比，转子机架33的刚度被提高，这导致转子机架33固有频率 的提高。由此，即使当转子机架以高速旋转时，也没有共振，可以获得稳 定的旋转。此外，每个定子12的齿22的转子面对表面22A、主永磁体41的定 子面对表面41A，和副永磁体件43的端部表面43A相对径向方向倾斜预 定角度6。由此，与例如转子面对表面22A、定子面对表面41A和端部表 面43A平行于径向方向且在径向方向上具有相同的尺寸的情况相比，推力 产生表面(即，转子面对表面22A、定子面对表面41A和端部表面43A) 的表面区域增加。结果，就可以增加可以被输出的扭矩。还注意到上述实施例中，转子11的磁性物质件42的旋转轴O方向上 的厚度和副永磁体件43的旋转轴O方向上的厚度沿着径向方向从内侧至 外侧制成相同的(即，内圆周侧厚度Ma-外圆周侧厚度Mb)，然而本发明并不限于此。例如，如同在图8至图13B中显示的第一变化例的情况中那 样，转子11的磁性物质件42在旋转轴0方向上的厚度和副永磁体件43 在旋转轴0方向上的厚度沿着径向方向可以制成从外侧超向内侧逐渐减 小也是可能的，例如，从外圆周侧厚度Mb减小至内圆周厚度Ma(〈Mb)。 此外，面对定子12的磁性物质件42的端部表面42A和面对定子12的副 永磁体件43的端部表面43A平行于径向方向、面对主永磁体件41的定子 面对表面41A的磁性物质件42的端部表面42A和面对转子机架33的径 向肋34的定子面对表面34A的副永磁体件43的端部表面43A相对径向倾斜预定角度e也是可能的。在此第一种变化例中，每个定子12的轭部分21的转子面对表面21A 与径向方向平行。轭部分21的旋转轴0方向上的厚度沿着径向方向从内 侧向外侧是相同的(即，内圆周侧厚度La-外圆周侧厚度Lb)。齿22的转 子面对表面22A以与轭部分21相同的方式平行于径向方向。在此第一种变化例中，与转子11的磁性物质件42在旋转轴0方向上 的厚度和副永磁体件43在旋转轴O方向上的厚度沿着径向方向从外侧朝 向内侧逐渐减小、例如从外圆周侧厚度Mb减小至内圆周侧厚度Ma(<Mb) 的事实结合，转子机架33的内圆柱形部分36的旋转轴O方向上的宽度 Za与外圆柱形部分35的旋转轴O方向上的宽度Zb相同。注意到在上述实施例和第一种变化例中，转子机架33的径向肋34在 圆周方向上的宽度沿着径向方向从内侧至外侧被制成相同的(即，内圆周 侧宽度Xa-外圆周侧宽度Xb)，然而本发明并不限于此。例如，在图14 至图19B中显示的第二种变化例的情况下，径向肋34在圆周方向上的宽 度制成沿着径向方向从外侧朝向内侧逐渐增加、例如从外圆周侧宽度Xb 增加至内圆周侧宽度Xa (>Xb)也是可能的。在此第二种变化例中，副永磁体件43在圆周方向上的宽度沿着径向 方向从外侧朝向内侧逐渐增加，例如，从外圆周侧宽度Xb增加至内圆周 侧宽度Xa (>Xb)。根据此第二种变化例的轴向间隙电机10，与例如旋转轴O方向上的 厚度和径向肋34在圆周方向上的宽度在径向上不改变的情况相比，除了 径向肋34在旋转轴O方向上的宽度外，通过沿着径向方向从外侧朝向内侧逐渐增加在圆周方向上的宽度，可以甚至进一步提高转子机架33的刚 度。虽然本发明的优选实施例在上文中已被描述和说明，但是可以理解这 是本发明的典型实施例而不能考虑为对本发明的限制。在不背离本发明的 精神或者范围的情况下，可以进行增加、省略、替换和其他修改。因此， 本发明不应被理解为由前述的说明书所限制，而是由所附的权利要求的范 围限定。
权利要求
1.一种轴向间隙电机，包括绕旋转轴可旋转的转子；在旋转轴的方向上的至少一个侧面面对转子的定子，其中转子设有多个主磁体部分，多个副磁体部分，和转子机架；转子机架设有在转子机架的径向方向上延伸的多个肋，和通过所述肋彼此一体连接的轴部分和缘部分，并且转子机架容纳在周向方向上交替地放置在轴部分和缘部分之间的主磁体部分、副磁体部分；主磁体部分设有主永磁体件，所述主永磁体件在旋转轴方向上被磁化，并且被设置在沿圆周方向相邻的两个肋之间；所述副磁体部分设有副永磁体件，所述副永磁体件在与旋转轴方向和径向方向正交的方向上被磁化，并且设置在沿着旋转轴的方向的肋的至少一侧上；以及垂直于径向方向的肋的每个横截面区域在径向方向上从缘部分侧朝向轴部分侧增加。
2. 根据权利要求1所述的轴向间隙电机，其特征在于旋转轴方向 上肋的厚度在径向上从缘部分侧朝向轴部分侧增加；以及在旋转轴方向上的主永磁体件的厚度在径向上从缘部分侧朝向轴部 分侧增加。
3. 根据权利要求1所述的轴向间隙电机，其特征在于肋在圆周方 向上的宽度在径向上从缘部分侧朝向轴部分侧增加。
4. 根据权利要求1所述的轴向间隙电机，其特征在于副永磁体件 在旋转轴方向上的两个端部表面相互平行。
5. 根据权利要求l所述的轴向间隙电机，其特征在于-所述定子设有一对第一定子和第二定子，所述第一定子和第二定子在旋转轴方向上相互面对，并且在旋转轴方向上从两侧夹住所述转子；以及 副永磁体件设有一对第一副永磁体件和第二副永磁体件，所述第一副 永磁体件和第二副永磁体件被定位在肋的旋转轴方向的两侧上。
全文摘要
本发明公开了一种轴向间隙电机，包括转子和定子，其中转子设有多个主磁体部分，多个副磁体部分，和转子机架；转子机架设有在转子机架径向上延伸的多个肋，和通过肋相互一体连接的轴部分和缘部分，并且转子机架容纳主磁体部分和副磁体部分；主磁体部分设有主永磁体件；副磁体部分设有副永磁体件；并且肋的每个与径向垂直的横截面区域在径向上从缘部分侧朝向轴部分侧增加。
文档编号H02K16/04GK101237173SQ200710199488
公开日2008年8月6日 申请日期2007年12月13日 优先权日2006年12月26日
发明者山本惠一, 新博文, 田岛茂, 阿部升荣 申请人:本田技研工业株式会社