轴向间隙型旋转电机的制作方法
【专利摘要】提供具有高生产率低成本和高性能的轴向间隙型旋转电机。具体地，轴向间隙型旋转电机(10)在外壳(19)中包括：旋转轴(11)；至少两个转子(12a、12b)，其包括能与作为中心轴的旋转轴(11)一起转动且布置为垂直于旋转轴(11)并且沿着旋转轴(11)具有间隔的至少两个转子芯(13a、13b)、以及以预定的配置排列的至少两个永磁体(14)和至少两个软磁构件(15)；以及至少一个定子(18)，其包括软磁或非磁性定子芯(17)和缠绕在定子芯(17)上的线圈(16)，其中至少一个定子(18)固定到外壳(19)并且布置在至少两个转子(12a、12b)之间的间隙中。
【专利说明】
轴向间隙型旋转电机
技术领域
[0001]本发明涉及可用作电动机、发电机等的同步型永磁旋转电机，尤其涉及转子和定子在沿着旋转轴的方向上彼此相对的轴向间隙型旋转电机。
【背景技术】
[0002]永磁旋转电机按照它们的结构分类分为径向间隙型和轴向间隙型。在径向间隙型中，具有径向磁化方向的多个永磁体沿着圆筒形转子的圆周方向排列，并且定子沿着转子的外周侧或内周侧布置，与永磁体相对。一般来说，定子具有如下结构:铁芯上缠绕有线圈，铁芯在与转子相对的表面具有多个齿。通过利用铁芯，来自转子磁极的磁通与线圈有效相交，从而在电动机情况下产生大转矩，并且在发电机情况下产生大电压。
[0003]另一方面，在轴向间隙型中，盘状转子安装在旋转轴上，定子布置为在沿着旋转轴的方向上与转子相对，并且像径向间隙型那样，多个永磁体装配到转子，多个线圈装配到定子与永磁体相对(JP2009-33946 AJP 2010-200518 A)。与径向间隙型不同，轴向间隙型配置为定子夹在两个转子之间，因此，永磁体在整个旋转电机中占用的面积比可以很大，从而例如可以提高旋转电机的转矩密度等特性。考虑到该优点，轴向间隙型旋转电机被应用于例如需要高输出性能的混合动力车辆或电动汽车的驱动电动机，或者被应用于空调、电冰箱、冷冻箱、陈列橱等的压缩机。
[0004]然而，在当前情况下，径向间隙型更普遍。其原因之一是轴向间隙型结构复杂并且难以组装。
[0005]如图14所示，通用轴向间隙型旋转电机100在外壳109中，电机100包括通过轴承110可转动地支撑于外壳109的旋转轴101、每个具有永磁体104和转子芯103的两个转子102a和102b以及具有线圈106和定子芯107的定子108，并且在有些情况下，具有如下结构:在旋转轴101上安装有两个转子102a和102b，在这两个转子之间插入有间隔物111，并且定子108布置在两个转子102a和102b之间的间隙中。
[0006]在电动机情况下，通过向固定在定子芯中的线圈提供三相正弦电流，除了由线圈和永磁体之间的吸引力和排斥力引起的磁转矩以外，磁阻转矩也使转子转动。在发电机情况下，通过从外部迫使转子转动，以使永磁体产生的磁通与线圈相交，从而产生感生电压。
[0007]如图15所示，该通用轴向间隙型旋转电机100中使用的转子102a和102b每个配置为:永磁体104在转子芯103上沿着圆周方向以规则的间隔排列，并且相邻的永磁体104在沿着旋转轴的方向上具有相反的极性。具有这种配置的两个转子102a和102b布置为:一个转子102a的永磁体104和另一个转子102b的永磁体104以具有相反极性的方式彼此相对，从而产生磁力112。排列在每个转子芯103上的永磁体104之间的相互距离(间隔)应当是窄的，并且具有相反极性的磁体应当彼此相邻。为了简化组装过程，尝试后磁化，其中首先将未磁化的磁体结合到转子芯103，然后将其磁化。
【发明内容】
[0008]然而，由于排列在转子芯上的永磁体之间的相互距离很窄，存在磁化困难的问题。为了解决该问题，可以考虑增加磁体之间的距离。然而，这又引起单位体积的输出效率下降的另外问题。因此，在当前情况下的制造中，尽管组装过程的生产效率低，也应当采用将磁化后的磁体结合到转子芯的前磁化。
[0009]此外，由于用作永磁体的稀土磁体非常昂贵，其成本很高。因此，急需减小其使用量而又不降低旋转电机的性能。
[0010]本发明的目的是提供一种能够以高生产率后磁化的低成本高性能的轴向间隙型旋转电机。
[0011]作为用以解决上述问题的开创性研究成果，本发明人发现一种即使显著减少永磁体的量，也确保高生产率并且具有高性能的轴向间隙型旋转电机。
[0012]也就是说，根据本发明，可以提供一种轴向间隙型旋转电机，
[0013]包括外壳，
[0014]在所述外壳中包括:
[0015]旋转轴；
[0016]至少两个转子，其包括:
[0017]至少两个转子芯，其能与作为中心轴的旋转轴一起转动，并且布置为垂直于所述旋转轴，沿着所述旋转轴具有间隔；以及
[0018]以第一配置或第二配置排列的至少两个永磁体和至少两个软磁构件，在所述第一配置中，所述至少两个永磁体和所述至少两个软磁构件在所述至少两个转子芯的相对的两个表面中的至少一个表面上沿着圆周方向交替排列，并且排列在所述至少一个表面上的所述至少两个永磁体在沿着所述旋转轴的方向上具有相同的极性;在所述第二配置中，所述至少两个永磁体在所述至少两个转子芯的相对的两个表面中的一个表面上沿着圆周方向排列，所述至少两个软磁构件排列在所述相对的两个表面中的另一个表面上与所述至少两个永磁体相对的位置，并且所述至少两个永磁体以沿着所述圆周方向交替的方式在沿着所述旋转轴的方向上具有相反的极性；以及
[0019]至少一个定子，其包括:
[0020]软磁或非磁性定子芯；以及[0021 ]缠绕在所述定子芯上的线圈，
[0022]其中所述至少一个定子固定到所述外壳并且布置在所述至少两个转子之间的间隙中。
[0023]根据本发明，可以获得一种即使显著减少永磁体的量，也确保高生产率并且具有高性能的轴向间隙型旋转电机。这种轴向间隙型旋转电机具有非常高的工业应用价值。
【附图说明】
[0024]图1是示出本发明的轴向间隙型旋转电机的整体的实施例的剖视图；
[0025]图2是示出本发明的轴向间隙型旋转电机的整体的另一个实施例的剖视图；
[0026]图3是可以使用图1或图2的旋转电机中的转子的立体图；
[0027]图4是示出布置在图1的旋转电机中的两个转子的实施例的立体图，其中显示出两个转子之间垂直于旋转轴的平面；
[0028]图5是示出布置在图2的旋转电机中的两个转子的实施例的立体图，其中显示出两个转子之间垂直于旋转轴的平面；
[0029]图6是示出布置在图2的旋转电机中的两个转子的另一个实施例的立体图，其中显示出两个转子之间垂直于旋转轴的平面；
[0030]图7是示出本发明的轴向间隙型旋转电机的整体的另一个实施例的剖视图；
[0031]图8示出当图4的两个转子的结构和软磁定子用于图1的旋转电机时的感生电压的评价结果；
[0032]图9示出当图4的两个转子的结构和非磁性定子用于图1的旋转电机时的感生电压的评价结果；
[0033]图10示出当图5的两个转子的结构和软磁定子用于图2的旋转电机时的感生电压的评价结果；
[0034]图11示出当图5的两个转子的结构和非磁性定子用于图2的旋转电机时的感生电压的评价结果；
[0035]图12示出当图6的两个转子的结构和软磁定子用于图2的旋转电机时的感生电压的评价结果；
[0036]图13示出当图6的两个转子的结构和非磁性定子用于图2的旋转电机时的感生电压的评价结果；
[0037]图14是示出传统的轴向间隙型旋转电机的整体的实施例的剖视图；
[0038]图15是示出布置在图14的旋转电机中的两个转子的立体图，示出两个转子之间垂直于旋转轴的平面；以及
[0039]图16是示出当比较例I的旋转电机的组装时间为1.0时，实施例1的旋转电机的组装时间的图。
【具体实施方式】
[0040]下面详细描述本发明的实施例，但是本发明的范围不局限于此。
[0041]根据本发明，一种轴向间隙型旋转电机包括外壳，并且在外壳中还包括:旋转轴；至少两个转子，其包括至少两个转子芯和在所述至少两个转子芯的相对的两个表面中的至少一个表面上以预定的配置排列的至少两个永磁体和至少两个软磁构件；以及至少一个定子，其固定到外壳并且布置在至少两个转子之间形成的间隙中。
[0042]外壳没有特别限制，只要它的形状能够在其中包括旋转轴、至少两个转子和至少一个定子即可。旋转轴通过轴承由外壳可转动地支撑。利用该结构，即使在定子中不使用铁芯，通过加大磁极表面，也可以获得高输出。
[0043]转子芯的材料优选为磁性材料，并且例如包括低碳钢如S15C或S45C、冷乳钢板(SPCC)或者电磁钢板等。通过制造磁性材料的转子芯，可以加强转子之间的磁场。
[0044]转子包括转子芯和排列在转子芯上的至少两个永磁体和/或至少两个软磁构件。永磁体和/或软磁构件可以排列在转子芯的一个或两个表面上，并且排列在至少其中一个表面上。永磁体和/或软磁构件可以例如使用粘合剂装配到转子芯。作为该粘合剂，例如可以使用环氧树脂粘合剂或者丙烯酸粘合剂。作为选择，可以使用弹性耐热粘合剂，以经受热周期。将粘合剂施加到永磁体或软磁构件上与转子芯接触的整个表面，然后将永磁体或软磁构件装配到转子芯。当永磁体或软磁构件排列在转子芯的两个表面上时，可以使用粘合剂将其装配到每个表面。作为选择，可以预先在旋转轴的方向上将要排列永磁体或软磁构件的转子芯的部分贯穿，然后可以将永磁体或软磁构件安装在该贯穿部分中。排列在转子芯上的永磁体或软磁构件的上表面优选平行于转子芯的上表面。此外，尽管永磁体或软磁构件的上表面的位置可以比转子芯的上表面更高或更低，但是永磁体或软磁构件的上表面优选相对于转子芯的上表面的水平具有相同的高度或深度差。
[0045]尽管永磁体的材料没有特别限制，并且可以是传统上已知的材料，但是优选使用包含稀土元素的高性能稀土磁体。当外磁场施加到软磁构件时，软磁构件被磁化，而当外磁场被去除时，磁化消失。软磁构件的材料没有特别限制。软磁构件优选包括硅钢板、块体材料如铁(例如SS400)、压粉芯等。永磁体和软磁构件的形状没有特别限制，可以是矩形、扇形等。永磁体和软磁构件优选具有相同的形状和尺寸。
[0046]永磁体和软磁构件的数量没有特别限制。为了使转子表面上具有一个极性的磁极的数量等于具有相反极性的磁极的数量，永磁体的数量和软磁构件的数量优选相同，并且优选分别是至少两个。此外，在两个转子的相对的两个表面上形成的磁极的数量配置为在转子的相对的两个表面中的一个表面上形成的磁极的数量等于转子的相对的两个表面中的另一个表面的磁极的数量。例如，在稍后描述的第一实施例中，当转子芯的相对的两个表面中的一个表面上交替排列有八个永磁体和八个软磁构件时，在转子芯的相对的两个表面中的另一个表面上交替排列有八个永磁体和八个软磁构件。相邻的永磁体和软磁构件之间的距离(间隔)优选彼此都相同。在第一实施例中，转子的相对的两个表面中的每个表面上的永磁体的数量和软磁构件的数量优选分别为2至16个，更优选为2至12个，尤其优选为2至8个。例如，在稍后描述的第二实施例中，当在转子芯的相对的两个表面中的一个表面上以磁极的极性彼此交替的方式排列有16个永磁体时，在转子芯的相对的两个表面中的另一个表面上排列有16个软磁构件。相邻的永磁体之间和相邻的软磁构件之间的距离(间隔)优选彼此都相同。在第二实施例中，转子芯的相对的两个表面中的一个表面上的永磁体的数量和相对的两个表面中的另一个表面上的软磁构件的数量优选相同，并且优选分别为2至32个，更优选为2至24个，尤其优选为2至16个。
[0047]永磁体和软磁构件在转子芯上的排列顺序没有特别限制。例如，当在转子芯上使用永磁体和软磁构件时，软磁构件和具有相同极性的磁化后的永磁体可以同时交替排列在转子芯上。作为选择，可以将未磁化的永磁体彼此之间有间隔地排列在转子芯上并磁化，然后可以将软磁构件排列在永磁体之间。作为进一步选择，可以将软磁构件和未磁化的永磁体交替排列在转子芯上，然后磁化。另一方面，例如，当在转子芯上只使用永磁体时，可以将磁化后的永磁体按磁极的极性彼此交替的方式排列在转子芯上。作为选择，可以将未磁化的永磁体彼此之间间隔地排列在转子芯上并磁化，然后可以在磁化后的永磁体之间排列将被磁化为相反极性的未磁化的永磁体或者具有相反极性的磁化后的永磁体。当排列未磁化的永磁体时，可以在将其磁化时覆盖已经排列在转子芯上的磁化后的永磁体，以防止极性改变。将永磁体磁化的手段不影响软磁构件，但是当面对或者邻近磁化后的永磁体以形成准磁极(准极)时影响软磁构件。
[0048]根据本发明的旋转电机包括至少两个转子，这些转子能与作为中心轴的旋转轴一起转动，并且被布置为垂直于旋转轴，彼此沿着旋转轴间隔相对。在有些情况下，在安装于旋转轴上的至少两个转子之间可以插入间隔物。转子的数量没有特别限制，优选为至少两个，以产生磁力。转子的数量更优选为2至4个，进一步优选为2至3个。
[0049]布置在旋转电机中的至少两个转子中，在至少两个转子芯的相对的两个表面中的一个或二者上以预定的配置排列至少两个永磁体和至少两个软磁构件。该预定的配置包括第一配置和第二配置。在第一配置中，至少两个永磁体和至少两个软磁构件在至少两个转子芯的相对的两个表面中的至少一个表面上沿着圆周方向交替排列，并且排列在这个表面上的永磁体在沿着旋转轴的方向上具有相同的极性。在第二配置中，至少两个永磁体在至少两个转子芯的相对的两个表面中的一个表面上沿着圆周方向排列，至少两个软磁构件排列在相对的两个表面中的另一个表面上与至少两个永磁体相对的位置，并且永磁体以沿着圆周方向交替的方式在沿着旋转轴的方向上具有相反的极性。
[0050]在第一配置中，在至少两个转子芯的相对的两个表面中的每个表面上可以排列至少两个永磁体和至少两个软磁构件，并且可以沿着每个表面的圆周方向交替排列永磁体和软磁构件，从而形成交替极(consequent pole)型结构。对于交替极型结构的转子，相反极性的永磁体彼此不相邻，并且排列在一个转子芯上的所有永磁体都可以以相同的极性磁化，因此能够后磁化，从而与传统配置相比，组装工作容易，导致生产效率提高。布置在两个永磁体之间的软磁构件形成与永磁体的极性相反的极性的准磁极(准极)。因此，与传统配置相比，交替极型结构可以将永磁体的量减少一半。
[0051]在使用分别具有交替极型结构的两个转子并且它们设置有永磁体的表面彼此相对地布置的一个实施例中，一个转子芯上的永磁体可以与另一个转子芯上的永磁体相对，一个转子芯上的软磁构件可以与另一个转子芯上的软磁构件相对，并且一个转子芯上的永磁体的极性可以不同于另一个转子芯上的永磁体的极性。在另一个实施例中，一个转子芯上的永磁体可以与另一个转子芯上的软磁构件相对，一个转子芯上的软磁构件可以与另一个转子芯上的永磁体相对，并且一个转子芯上的永磁体的极性可以与另一个转子芯上的永磁体的极性相同。利用该配置，可以在相对的两个转子芯中的一个转子芯的永磁体或软磁构件与相对的两个转子芯中的另一个转子芯的永磁体或软磁构件之间产生磁力。
[0052]在根据本发明的旋转电机中，在至少两个转子彼此相对地布置而形成的间隙中布置有至少一个定子。当至少两个转子中的每个转子在转子芯的两个表面上都包括至少两个永磁体时，还可以在每个转子和外壳之间的间隙中布置定子。定子与旋转轴的转动隔离，并且例如固定到作为收纳箱的外壳。定子的数量没有特别限制，但是优选与以设置有永磁体的表面彼此相对的方式布置的转子之间形成的间隙的数量匹配。至少设置一个定子。
[0053]定子包括定子芯和缠绕在定子芯上的线圈。定子芯可以例如配置为，沿着转子的圆周方向设置有多个齿(极齿)，这些齿分别缠绕有线圈。该线圈可以例如包括圆形线或矩形线。定子芯的材料可以是硅钢板、块体材料如SS400、软磁材料如压粉芯或者非磁性材料。非磁性材料没有特别限制，例如包括:铝；奥氏体不锈钢，如SUS301、SUS302、SUS303、SUS304或者SUS316;或者树脂，如电木(Bakelite)、MC尼龙或者聚缩醛。
[0054]下面参照附图更详细地描述本发明。在以下描述中，有后缀的符号可以统称为相同的没有后缀的符号，例如，12a和12b统称为12。
[0055]如图1中所示，本发明的一实施例中的轴向间隙型旋转电机1a包括外壳19，并且在外壳19中还包括旋转轴11、两个转子12a和12b以及定子18。旋转轴11通过轴承20可转动地支撑于外壳19。两个转子12a和12b包括两个转子芯13a和13b以及在两个转子芯13a和13b的相对的两个表面中的每个表面上以预定的配置排列的至少两个永磁体14和至少两个软磁构件15。在一个转子12b的转子芯13b上与排列在另一个转子12a的转子芯13a上的永磁体14a相对的位置设置有永磁体14b。同样地，在一个转子12b的转子芯13b上与排列在另一个转子12a的转子芯13a上的软磁构件15a相对的位置设置有软磁构件15b。定子18包括软磁或非磁性定子芯17以及缠绕在定子芯17上的线圈17，并且固定到外壳19并且布置在两个转子12a和12b之间形成的间隙中。
[0056]如图2中所示，与图1类似，本发明的另一个实施例中的轴向间隙型旋转电机IOb包括外壳19，并且在外壳19中还包括旋转轴11、两个转子12a和12b以及定子18。在图2中，与图1不同，两个转子12a和12b配置为:软磁构件15b设置在一个转子12b的转子芯13b上与排列在另一个转子12a的转子芯13a上的永磁体14a相对的位置。同样地，永磁体14b设置在一个转子12b的转子芯13b上与排列在另一个转子12a的转子芯13b上的软磁构件15a相对的位置。
[0057]如图3中所示，作为转子12的一个实施例，八个永磁体14和八个软磁构件15在转子芯13的一个表面上沿着圆周方向交替排列，从而形成交替极型结构。转子芯13上的所有永磁体14都在同一方向上被磁化，从而将软磁构件15形成为准极。
[0058]旋转电机10包括两个转子12a和12b。转子12a和12b可以与作为中心轴的旋转轴11一起转动，并且布置为垂直于旋转轴11，从而彼此沿着旋转轴11隔着一间隔相对并且它们之间插入有可选的间隔物21。
[0059]在图1的旋转电机中布置有两个转子12a和12b的结构的实施例中，例如，当转子包括与图3中相同结构的永磁体和软磁构件时，如图4中所不，两个转子12a和12b的转子芯13a和13b上的永磁体14布置为彼此相对。在该结构中，当布置在一个转子12a的转子芯13a上的所有永磁体14a的极都是S极并且布置在另一个转子12b的转子芯13b上的所有永磁体14b的极都是N极时，转子12a的所有软磁构件15a的准极都成为N极，并且转子12b的所有软磁构件15b的准极都成为S极。由于转子12a和12b具有交替极型结构，所以当转子12a的永磁体14a和转子12b的永磁体14b布置为彼此相对时，转子12a的软磁构件15a和转子12b的软磁构件15b彼此面对。利用该配置，可以在转子12a的永磁体14a和转子12b的永磁体14b之间以及转子12a的软磁构件15a和转子12b的软磁构件15b之间产生磁力22。
[0060]在图2的旋转电机中布置有两个转子12a和12b的结构的实施例中，例如，当转子包括与图3中相同结构的永磁体和软磁构件时，如图5中所示，如果布置在一个转子12a的转子芯13a上的所有永磁体14a的极和布置在另一个转子12b的转子芯13b上的所有永磁体14b都是N极，则转子12a的所有软磁构件15a的准极和转子12b的所有软磁构件15b的准极都成为S极。由于转子12a和12b具有交替极型结构，所以当转子12a的永磁体14a和转子12b的软磁构件15b被布置为彼此相对时，转子12a的软磁构件15a和转子12b的永磁体14b彼此相对。利用该配置，可以在转子12a的永磁体14a和转子12b的软磁构件15b之间以及转子12a的软磁构件15a和转子12b的永磁体14b之间产生磁力22。
[0061 ]在图2的旋转电机中布置有两个转子12a和12b的结构的另一个实施例中，具有第二配置。例如，如图6所不，在一个转子12a的转子芯13a上排列有永磁体14a，使得极的极性沿着圆周方向彼此交替，在另一个转子12b的转子芯13b上排列有与永磁体14a数量相同的软磁构件15b，并且转子12a的设置有永磁体14a的表面与转子12b的设置有软磁构件15b的表面彼此相对的情况下，转子12b的软磁构件15b每个都被磁化为形成与相对的永磁体14a的极性相反准极。利用该配置，可以在一个转子12a的永磁体14a和另一个转子12b的软磁构件15b之间产生磁力22。
[0062 ]图7示出在本发明的轴向间隙型旋转电机中转子数量增加的实施例。图7中所示的旋转电机50包括外壳59，并且在外壳59中还包括旋转轴51、三个转子52a、52b和52c以及两个定子58a和58b。转子52a、52b和52c每个包括转子芯53和排列在转子芯53上的永磁体54和软磁构件55。转子之间可以插入有可选的间隔物61。定子58a和58b每个包括软磁或非磁性定子芯57和缠绕在定子芯57上的线圈56，并且固定到外壳59。
[0063]旋转电机50与图2中的旋转电机的不同之处在于具有如下结构:两个定子58a和58b布置在转子52a和转子52b上设置有永磁体54和软磁构件55的表面之间形成的间隙中，并且两个表面上都具有永磁体54和软磁构件55的转子52c布置在定子58a和58b之间。
[0064]图7的旋转电机配置为:每个在其一个表面上具有永磁体和软磁构件的两个转子和在其两个表面上都具有永磁体和软磁构件的一个转子以设置有永磁体和软磁构件的表面彼此间隔相对的方式布置，由此形成的两个间隙中分别布置有定子。作为选择，具有夹层结构的旋转电机可以配置为:使用每个在其两个表面上都具有永磁体和软磁构件的两个或更多个转子，以设置有永磁体和软磁构件的表面彼此间隔相对的方式布置这些转子，在由此形成的间隙中分别布置定子。在具有夹层结构的这种旋转电机被用作发电机的情况下，当转动力从动力源传递到旋转轴时，所有转子与旋转轴同步转动，使得在旋转轴的方向上位于相同位置的线圈在分别在布置于转子之间间隙中的定子中同步产生电压，因此，通过将这些线圈串联连接，连接后的线圈的电动势与定子的级数成正比。这样，通过根据需要增加定子的级数可以容易地获得高发电电压。
[0065]实施例
[0066]〈实施例1>
[0067][转子的配置]
[0068]如图3中所示，转子配置为八个永磁体和八个软磁构件交替排列在转子芯上并且利用弹性粘合剂(Cemedine公司生产的EP001)结合到转子芯。每个转子芯是由S15C制成的并且具有200mm的外直径和5mm厚度的圆盘。将宽度为20mm，长度为35mm并且磁化方向上的厚度为3mm的稀土磁体用作每个永磁体。每个软磁构件由SS400制成，并且宽度为20mm，长度为35mm并且磁化方向上的厚度为3mm。
[0069][旋转电机的配置]
[0070]使用分别由上述方法生产的两个转子制备出图1中所示的轴向间隙型旋转电机。在该旋转电机中，如图4中所不，两个转子彼此相对，并且布置为一个转子的永磁体与另一个转子的永磁体相对，同时一个转子的软磁构件与另一个转子的软磁构件相对。进行磁化，使得一个转子的永磁体的极的极性不同于另一个转子的永磁体的极的极性。在两个转子之间形成的间隙的宽度被设定为8mm，并且将定子布置在该间隙中。定子配置为:12个线圈位于由SS400制成的并且具有5mm厚度的基于线圈的定子芯上，每个线圈具有30匝。
[0071][旋转电机的评价]
[0072]通过FEM(有限元方法)分析，计算出按上述配置的旋转电机在100rpm条件下的感生电压。
[0073]〈比较例1>
[0074][转子的配置]
[0075]转子配置为16个永磁体被磁化并且利用弹性粘合剂(Cemedine公司生产的EP001)结合到转子芯，其中永磁体的S极表面和N极表面交替排列。每个转子芯是由S15C制成的并且具有200mm的外直径和5mm厚度的圆盘。将宽度为20mm，长度为35mm并且磁化方向上的厚度为3mm的稀土磁体用作每个永磁体。
[0076][旋转电机的配置]
[0077]使用分别由上述方法生产的两个转子制备出图14中所示的轴向间隙型旋转电机。在该旋转电机中，如图15中所示，彼此相对的两个转子布置为一个转子的永磁体与另一个转子的永磁体以具有相反极性的方式彼此相对。在两个转子之间形成的间隙的宽度被设定为8mm，并且将定子布置在该间隙中。定子配置为:12个线圈位于由SS400制成的并且具有5mm厚度的基于线圈的定子芯上，每个线圈具有30匝。
[0078][旋转电机的评价]
[0079]通过FEM(有限元方法)分析，计算出按上述配置的旋转电机在100rpm条件下的感生电压。
[0080]作为实施例1的评价结果，图8示出当比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压为1.0时，实施例1中使用的永磁体的单位体积的感生电压相对于比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压的比。感生电压是表明旋转电机的特性优劣的指标之一，并且可以通过FEM分析来计算。在根据本发明的实施例1的旋转电机中，尽管用软磁构件替换了比较例I中的永磁体的量的一半，但是永磁体的单位体积的感生电压惊奇地增加到1.2倍。[0081 ]图16示出当比较例I的旋转电机的组装时间为1.0时，实施例1的旋转电机的组装时间的比较结果。从该结果明显看出，实施例1比比较例I的组装时间更短。组装时间是例如将磁体结合到转子芯的结合时间与磁化时间的总和。由于在传统方法的比较例I中使用前磁化，所以磁体被分别磁化，然后以滑动方式布置在转子芯上并结合到转子芯。另一方面，在本发明中，由于可以后磁化，所以可以在将未磁化的磁体结合到转子芯之后，每个转子芯进行一次磁化。例如将磁体结合到转子芯的结合时间与磁化时间相比，磁化时间趋向于较长。这可归因于以下事实:由于一般通过从大容量电源对磁化线圈施加脉冲电流来进行磁化，所以需要时间将电源中使用的电容器充电。因此，根据本发明，与传统方法相比，结合时间和磁化时间二者都较短，所以可以高效地进行组装，从而导致生产率提高。
[0082]〈实施例2>
[0083]除了定子芯由电木制成以外，以与实施例1相同的方式进行实施例2。
[0084]作为实施例2的评价结果，图9示出当比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压是1.0时，实施例2中使用的永磁体的每单位体积的感生电压相对于比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压的比。在根据本发明的实施例2的旋转电机中，尽管用软磁构件代替了比较例I中永磁体的量的一半，但是永磁体的单位体积的感生电压惊奇地增加到1.2倍。
[0085]〈实施例3>
[0086]以与实施例1相同的方式进行旋转电机的制造和评价，但以下区别除外:以如下方式制造图2中所示的轴向间隙型旋转电机，在该旋转电机中，如图5中所示，彼此相对的两个转子布置为一个转子的永磁体与另一个转子的软磁构件相对，同时一个转子的软磁构件与另一方转子的永磁体相对，此外，进行磁化使得一个转子的永磁体的极的极性与另一个转子的永磁体的极的极性相同。
[0087]作为实施例3的评价结果，图10示出当比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压为1.0时，实施例3中使用的永磁体的每单位体积的感生电压相对于比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压的比。在根据本发明的实施例3的旋转电机中，尽管用软磁构件代替了比较例I中永磁体的量的一半，但是永磁体的单位体积的感生电压惊奇地增加到1.3倍。
[0088]〈实施例4>
[0089]除了定子芯由电木制成以外，以与实施例3相同的方式进行实施例4。
[0090]作为实施例4的评价结果，图11示出当比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压是1.0时，实施例4中使用的永磁体的每单位体积的感生电压相对于比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压的比。在根据本发明的实施例4的旋转电机中，尽管用软磁构件代替了比较例I中永磁体的量的一半，但是永磁体的单位体积的感生电压惊奇地增加到
1.2倍。
[0091]〈实施例5>
[0092][转子的配置]
[0093]转子配置为16个永磁体排列在一个转子芯的一个表面上，同时16个软磁构件排列在另一个转子芯的一个表面上，并且利用弹性粘合剂(Cemedine公司生产的EP001)将永磁体和软磁构件结合到转子芯。每个转子芯是由S15C制成的并且具有200mm的外直径和5mm的厚度的圆盘。将宽度为20mm，长度为35mm并且磁化方向上的厚度为3mm的稀土磁体用作每个永磁体。每个软磁构件由SS400制成并且具有20mm的宽度、35mm的长度和3mm的磁化方向上的厚度。在永磁体磁化之后，将永磁体的S极表面和N极表面交替排列在转子芯上。
[0094][旋转电机的配置]
[0095]使用由上述方法生产的两个转子制备出图2中所示的轴向间隙型旋转电机。在该旋转电机中，如图6所示，彼此相对的两个转子布置为一个转子的永磁体与另一个转子的软磁构件相对。在两个转子之间形成的间隙的宽度被设定为8mm，并且将定子布置在该间隙中。定子配置为:12个线圈位于由SS400制成的并且具有5mm厚度的基于线圈的定子芯内，每个线圈具有30匝。
[0096][旋转电机的评价]
[0097 ]通过FEM (有限元方法)分析，计算出按上述配置的旋转电机在I OOOrpm条件下的感生电压。
[0098]作为实施例5的评价结果，图12示出当比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压为1.0时，实施例5中使用的永磁体的单位体积的感生电压相对于比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压的比。在根据本发明的实施例5的旋转电机中，永磁体的单位体积的感生电压增加到1.3倍。
[0099]〈实施例6>
[0100]除了定子芯由电木制成以外，以与实施例5相同的方式进行实施例6。
[0101]作为实施例6的评价结果，图13示出当比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压是1.0时，实施例6中使用的永磁体的单位体积的感生电压相对于比较例I中使用的永磁体的单位体积的感生电压的比。在根据本发明的实施例6的旋转电机中，永磁体的单位体积的感生电压增加到1.2倍。
[0102]根据本发明的轴向间隙型旋转电机，可以实现生产率的提高和作为永磁体的稀土磁体的量减少，因此可以提供一种旋转电机，适合应用于如混合动力车辆或电动汽车的驱动电动机、空调、电冰箱、冷冻箱以及陈列橱的压缩机。
[0103]尽管已经参照附图描述了本发明的实施例，但是本发明不局限于此，并且可以进一步包括不偏离权利要求范围的设计变化等。
【主权项】
1.一种轴向间隙型旋转电机，其特征在于， 包括外壳， 在所述外壳中包括: 旋转轴； 至少两个转子，其包括: 至少两个转子芯，其能与作为中心轴的旋转轴一起转动，并且布置为垂直于所述旋转轴，沿着所述旋转轴具有间隔；以及 以第一配置或第二配置排列的至少两个永磁体和至少两个软磁构件，在所述第一配置中，所述至少两个永磁体和所述至少两个软磁构件在所述至少两个转子芯的相对的两个表面中的至少一个表面上沿着圆周方向交替排列，并且排列在所述至少一个表面上的所述至少两个永磁体在沿着所述旋转轴的方向上具有相同的极性;在所述第二配置中，所述至少两个永磁体在所述至少两个转子芯的相对的两个表面中的一个表面上沿着圆周方向排列，所述至少两个软磁构件排列在所述相对的两个表面中的另一个表面上与所述至少两个永磁体相对的位置，并且所述至少两个永磁体以沿着所述圆周方向交替的方式在沿着所述旋转轴的方向上具有相反的极性；以及至少一个定子，其包括: 软磁或非磁性定子芯；以及 缠绕在所述定子芯上的线圈， 其中所述至少一个定子固定到所述外壳并且布置在所述至少两个转子之间的间隙中。2.根据权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其中: 所述至少两个永磁体和所述至少两个软磁构件以所述第一配置排列，所述至少两个转子芯的相对的两个表面中的一个表面上的永磁体与所述相对的两个表面中的另一个表面上的永磁体相对，并且所述相对的两个表面中的一个表面上的软磁构件与所述相对的两个表面中的另一个表面上的软磁构件相对;并且 所述相对的两个表面中的一个表面上的永磁体的极性不同于所述相对的两个表面中的另一个表面上的永磁体的极性。3.根据权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其中: 所述至少两个永磁体和所述至少两个软磁构件以所述第一配置排列，所述至少两个转子芯的相对的两个表面中的一个表面上的永磁体与所述相对的两个表面中的另一个表面上的软磁构件相对，并且所述相对的两个表面中的一个表面上的软磁构件与所述相对的两个表面中的另一个表面上的永磁体相对;并且 所述相对的两个表面中的一个表面上的永磁体的极性与所述相对的两个表面中的另一个表面上的永磁体的极性相同。4.根据权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其中所述至少两个永磁体和所述至少两个软磁构件以所述第二配置排列。
【文档编号】H02K21/24GK106059236SQ201610232344
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月14日 公开号201610232344.4, CN 106059236 A, CN 106059236A, CN 201610232344, CN-A-106059236, CN106059236 A, CN106059236A, CN201610232344, CN201610232344.4
【发明人】渡边直树, 土井祐仁
【申请人】信越化学工业株式会社