专利名称：轴向间隙型旋转电机以及其中所使用的转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及在旋转轴的轴向经由间隙相对地配置有定子和转子的轴向间隙型的 旋转电机及其转子。
背景技术：
关于轴向间隙型的电动机等的旋转电机，已知有各种各样的结构和相关技术。例如，在专利文献1中，在轴向间隙电动机中，以在由磁性体构成的转子芯的周方 向使极性交替地不同的方式配置作为转子磁极的多个永久磁铁，在这样的轴向间隙电动机 的转子结构中，由于转子侧的永久磁铁产生的磁通，集中于面向转子的气隙的一侧(与定 子相对的一侧)，所以从转子的间隙侧朝向其相反侧使永久磁铁的周方向的长度锥状地增 大。转子芯使用通过将带有孔(永久磁铁嵌入孔)的电磁钢板层叠而形成的结构，该孔通 过冲压加工而成形；或者使用开设有孔的压粉磁心(混合铁粉等的磁性粉末和树脂等的绝 缘物并固定而形成的铁心)。在专利文献2中，为了提高轴向间隙电动机的转子的刚性，在转子径向设置有梁 状加强部件和用于保持该梁状加强部件的筒状部件(箍状部件)。为了抑制在梁状加强部 件和筒状部件之间流动的涡流损耗，梁状加强部件经由非导电材料与筒状部件接合。转子 的透磁部，使用层叠的电磁钢板或压粉磁心等，并使用涡流难以流动的材料。在先技术文献专利文献专利文献1日本特开2006-166634专利文献2日本特开2007-89270
发明内容
在轴向间隙型的旋转电机中，伴随着转子的旋转，转子侧的磁铁(永久磁铁)与定 子芯的相对位置改变，由此通过转子的磁通量发生变化。由于磁通的变化在转子中将产生 涡流损耗。为了降低涡流损耗，最好使用涡流难以流动的材料。层叠的电磁钢板和压粉磁心 一般使用涡流难以流动的透磁材料。但是，在转子的径向层叠的电磁钢板，由于转子离心力 大，所以若作为转子磁轭而使用，则需要金属的保持部件、冲压加工、热处理。另外，冲压成形的电磁钢板的层叠体，由于残留应力大，所以需要粘结件以外的保 持机构。磁铁与转子磁轭的接合，也需要用于提高接合强度的措施。如专利文献1所示，在层叠的电磁钢板上加工孔、将阶梯扇形的永久磁铁插入孔 的情况下，转子磁轭和磁铁形状变得复杂，制造工序多、成本变高，并且磁铁的形状变更的 自由度较低。在专利文献2中，为了保持作为转子磁轭而使用的层叠电磁钢板的强度，在成对 的磁铁之间设置有多个梁状加强部件，转子芯的外周侧设置有箍状部件。在梁状部件与箍状部件之间夹装有非磁性材料，所以在加强部件回路中不流动涡流。但是，由于箍状部件为 圆筒状部件，所以在没有采取任何措施的情况下，因自身原因而向外周部分流动涡流的可 能性较高。另外，因加强部件而导致组装工序变得复杂，成本容易变高。本发明提供一种轴向间隙型旋转电机及其转子，该轴向间隙型旋转电机能够降低 在转子磁轭中产生的涡流损耗，并且能够保持转子的强度，而且结构不会变得复杂，能够实 现组装的简化、容易性、低成本。本发明基本上通过非晶态涡卷层叠体和磁铁构成轴向间隙型旋转电机的转子，所 述非晶态涡卷层叠体通过将非晶态磁性金属带卷绕成涡卷层叠状而形成；所述磁铁沿着转 子周方向配置在该非晶态涡卷层叠体的定子相对面上。发明的效果根据本发明的轴向间隙型旋转电机中的转子结构，能够降低产生于轴向间隙型旋 转电机的转子的涡流损耗，并能够提供制造工序简化、低成本的转子。
图1是表示本发明的第1实施例的轴向间隙电动机的整体结构的截面图。图2是表示用于上述实施例的轴向间隙电动机的转子磁轭(非晶态涡卷层叠体) 的缠绕工序时的图像的立体图。图3是表示上述非晶态涡卷层叠体的缠绕完成后的状态的立体图。图4是表示装入上述非晶态涡卷层叠体的转子轴用连结毂的一例的立体图。图5是作为一例而表示作为与上述非晶态涡卷层叠体接合的转子磁极的一个磁 铁的图。图6是表示上述实施例中的轴向间隙电动机的转子的组装过程的示例的立体图。图7是表示上述实施例中的轴向间隙电动机的转子的施加外装树脂后的正视图 及其A-A’截面图。图8是表示本发明的第2实施例的轴向间隙电动机的转子轴的一例的立体图。图9是表示用于上述第2实施例的轴向间隙电动机的转子轴与转子磁轭的组合的 示例的立体图。图10是表示上述第2实施例中的轴向间隙电动机的转子的组装过程的一例的立 体图。图11是表示上述第2实施例中的轴向间隙电动机的转子的施加外装树脂后的正 视图及其A-A’截面图。图12是表示本发明第3实施例的轴向间隙电动机的转子轴与转子磁轭的组合的 立体图。图13是表示上述第3实施例中的轴向间隙电动机的转子的组装过程的一例的立 体图。图14是表示上述第3实施例中的轴向间隙电动机的转子与定子的配置关系的概 略截面图。
具体实施例方式下面，作为本发明的轴向间隙型旋转电机的一例，对轴向间隙电动机进行说明，下 面所述的结构，能够代替电动机而作为发电机进行使用。一般地，轴向间隙电动机的特征在于，能够实现可经由气隙而将一对转子配置在 定子的轴向两侧的结构，所以能够实现单位体积的转矩密度。但是，已知在磁铁安装面的转 子磁轭中伴随着转子的旋转将流动因槽高次谐波而产生的涡流。虽然在所使用的转子转速 低的情况下没有问题，但是在以高转速的状态使用的情况下，根据用途，该涡流损耗将导致 效率低下。因此，在本实施例中，提出下述那样的轴向间隙电动机。<第1实施例>根据图1 图7对本发明的第1实施例进行说明。图1是表示本发明的轴向间隙电动机的一例的附图。在图1中，拆下电动机外壳 (省略图示)表示转子和定子。轴向间隙电动机10在与转子轴6的轴心平行的方向经由间隙G相对配置有转子 20和定子30，在本实施例中，为了进一步提高电动机效率，例示2转子/1定子型的轴向间 隙电动机。在图1中，构成定子30的各个电磁铁，由在各定子芯7上安装有电磁线圈8的带 线圈的定子芯构成。各线圈8，以其中心沿着转子轴6的轴心的方式进行卷绕。该带线圈的 定子芯(电磁铁)7沿该轴的周方向等间隔地在转子轴6的周围固定配置有多个。转子20可以是在与转子轴6的轴线平行的方向相对的至少一个转子，在本实施例 中，作为提高电动机效率的优选例，使用两个(一对)转子。即，一对转子20，以在与转子轴 6的轴线平行的方向经由气隙G夹入定子30的方式固定于转子轴6。这样，在本实施例中， 通过由带线圈的定子芯7的集合体构成的一个定子、配置在其两侧的两个(一对)盘状的 转子20例示2转子/1定子型的轴向间隙电动机。经由设置于转子轴6的中间位置的环状部6c和配置于转子20之间的套筒状的间 隔件9确保气隙G。转子轴6中的向转子安装部的外侧突出的部分6a，6b经由未图示的轴 承支承在电动机外壳上。转子20包括转子磁轭2、转子轴连结用毂3、在转子的周方向等间隔地配置有多个 的永久磁铁4。在实施例中，作为一例例示了在周方向配置有6个(6极)扇形的板状永久 磁铁的结构，但并不局限于此。多个磁铁4的N极，S极交替地配置在周方向。通过构成定 子30的电磁铁形成旋转磁场，由此定子30侧的多个电磁铁和转子20侧的永久磁铁以旋转 轴为中心反复进行基于磁力的吸引、排斥，从而转子20旋转。对于本实施例中的转子20，转子磁轭2由将具有磁性的非晶态磁性金属带层叠成 涡卷状的非晶态涡卷层叠体构成。下面，使用图2至图7，对转子20的制造过程和完成体进 行说明。图2表示用于形成作为转子磁轭的非晶态涡卷层叠体的过程中的非晶态磁性金 属带的缠绕工序。如图2所示，使用高速缠绕机将例如铁基非晶态或者钴基非晶态等的厚 度为0. 025mm的非晶态金属带1、以涡卷层叠状缠绕至所需要的转子磁轭直径。在缠绕后， 切断带1，将缠绕始端和缠绕终端(切口)在各自的位置接合在涡卷层叠体2上，由此形成 图3所示那样的转子磁轭2。本实施例的磁性金属带的特征在于，使用非晶态材质。一般情况下使用的电磁钢板都能够进行缠绕，但是在作为轴向间隙电动机的转子磁轭使用时， 存在如下的问题。S卩，电磁钢板的厚度为0.2mm 0.5mm，是非晶态的约10倍以上的厚度。 另外，电磁钢板与非晶态磁性金属带相比柔软度低，所以难以弯曲。因此，在缠绕电磁钢板 时，从圆形返回笔直的力比残留应力大，所以不能够仅通过粘结材料进行固定。另外，由于 需要热处理等的后处理工序，所以制造成本变高。在作为转子磁轭而使用电磁钢板层叠体 的情况下，电磁钢板层叠体与磁铁的接合变得复杂。在专利文献1中，在层叠的电磁钢板上 开设有孔，磁铁的背部设置有突起，插入到孔中。根据所公开的方法，磁铁的形状变得复杂， 制造成本有可能进一步提高。另外，若在层叠的电磁钢板的层叠面上开设有孔，则在层叠面 上将产生毛刺，层之间的绝缘有可能失效。因此，可以想到在开设有孔的面上将流动涡流， 所以可知需要除去毛刺等的工序。相对于此，非晶态磁性金属带由于容易卷绕，所以具有仅 通过粘结材料就能够形成的优点。另外，非晶态材质的电阻率比电磁钢板高，所以能够降低 涡流损耗所引起的损失。图4表示本实施例的转子轴用的连结毂3的一例。毂3如图6所示，嵌入非晶态 涡卷层叠体(转子磁轭)2的内径部，为了能够经由树脂5 (参照图1、图7)与非晶态涡卷层 叠体2结合，需要提高其结合强度，而为了提高其结合强度，形成从中心部分开始设置有肋 部31的结构。树脂5进入到毂外径与转子磁轭内径之间的肋部以外的部分，能够提高毂与 转子磁轭的结合强度。对于轴连结毂3，能够使用图示那样的通用的结构材料。图5表示本实施例中使用的转子磁铁(磁极)4中的一片的一例。在本实施例中， 作为一例为了例示6极的电动机，将1个磁铁的形状构成为50°角度的扇形板状，但是也能 够以环状一体构成。磁铁4在正反面(旋转轴方向)磁化成N极、S极。这样的磁铁4，在各非晶态涡卷层叠体(转子磁轭)2的定子相对侧的面上，在转子 磁轭周方向上交替地固定配置有6个极量的N极、S极。在本实施例中，转子磁铁4具有多 极分割磁铁结构，但是并不局限于此，例如也能够形成为圆盘状的磁铁、显示出磁化偏斜效 果。本实施例中的磁铁的形状、材质、厚度可以任意设定，没有特别的限制。如图6所示，在非晶态涡卷层叠体2的内侧(内径部)设置轴连结毂3、在非晶态 涡卷层叠体2的一面上配置磁铁4后，将这些部件如图7所示经由树脂5而一体地结合。图7表示转子完成体的正视图及其A-A’截面，该转子完成体是对由非晶态涡卷层 叠体2、毂3、磁铁4构成的转子组装体实施树脂浸渍、接合这些组装体元件而形成的。另外， 图7的转子20的A-A’截面图变形表示图1的转子20的各部件。在本实施例中，浸渍树脂5作为粘结材料而发挥作用。对于树脂5，只要是绝缘性、 流动性良好且能够确保强度的物质，则不限其种类。作为一例，例如若为热塑性树脂，则可 以适用PPS (聚苯硫醚)、PC (聚碳酸酯)、PET (聚对苯二甲酸乙二酯)等的工程塑料。另 外，若为热硬化性树脂，则可以考虑适用环氧树脂或不饱和聚酯。另外，作为其接合方法，可 以考虑如下那样的工序。(1)接合方法1 :i)对非晶态涡卷层叠体2真空浸渍树脂。ii)将 磁铁4配置在浸渍了树脂的非晶态涡卷层叠体3的一个面的规定位置、经由非晶态涡卷层 叠体的表面浸渍树脂而接合。iii)然后，将轴连结用毂3配置在非晶态涡卷层叠体3的内 侧，浸渍树脂。(2)接合方法2 :i)将磁铁4载置在非晶态涡卷层叠体2的一个面的规定位置，ii) 将轴连结毂3配置在非晶态涡卷层叠体2的内侧。iii)然后，对非晶态涡卷层叠体2、磁铁
64以及轴连结用毂3 —起进行树脂的真空浸渍。(3)接合方法3 :i)对非晶态涡卷层叠体2进行树脂的真空浸渍。ii)经由螺钉等 的固定件将轴连结用毂3固定在非晶态涡卷层叠体内侧。iii)将磁铁载置在非晶态涡卷层 叠体2的一个面上、浸渍树脂。在任一方法中，如图7所示，都是将浸渍树脂5的一部分以层状形成在非晶态涡卷 层叠体2的固定有磁铁4的一侧的面、非晶态涡卷层叠体2的周面以及磁铁相反侧的面(除 了磁铁表面)上，在该树脂层中，非晶态涡卷层叠体2的配置有磁铁4的一侧(即，定子相 对面侧以及气隙侧)的面的树脂层，为了抑制气隙上的空气阻力，而形成为与磁铁4的表面 大致同平面或者比磁铁面稍低。在任一种方法中都能够制造图7所示的转子。通过将转子 的3个部件(转子磁轭、磁铁、毂)经由树脂5—体结合，能够加强转子的强度，能够使转子 以高速旋转。另外，由于在非晶态层叠面上不需要进行加工，所以仅通过进行树脂的真空浸 渍，就能够进行非晶态涡卷层叠体2的层间绝缘。本实施例的转子部件的经由树脂的一体结合结构，也能够适用于其它的转子结构 的轴向间隙电动机。另外，也能够代替树脂而通过焊接一体结合非晶态层叠体和磁铁。根据本实施例，(1)转子磁轭2由非晶态涡卷层叠体构成，其层叠方向与磁铁的交链磁通垂直，所 以难以流动涡流。(2)非晶态磁性金属带1是市售的材料，其代表的厚度为0. 025mm,比电磁钢板薄 得多，所以能够使卷绕成涡卷层叠状后的应力较小，仅通过粘结材料就能够成形层叠体。另 外，由于非晶态的电阻率高达电磁钢板的3倍以上，所以难以流动涡流，因此通过降低损失 而有助于电动机的高效率。(3)通过利用树脂结合非晶态涡卷层叠体2、磁铁4、轴连结毂3，能够提高转子整 体的强度，能够使转子高速旋转。并且，能够简单地进行转子与金属轴的结合。构成转子磁 极的磁铁，由于能够简单地固定层叠了的非晶态的转子磁轭，所以磁铁形状的变更自由度高。(4)还能够通过树脂5填充磁铁之间，在这样的情况下，转子表面的凹凸消失，所 以能够降低气流损失。另外，若轴连结毂使用通用部件，则能够降低转子的成本。<第2实施例>图8 图11是用于说明本发明第2实施例的轴向间隙电动机用的转子结构的图。本实施例的转子，与第1实施例同样，作为转子磁轭2而使用非晶态涡卷层叠体。 与第1实施例的不同点在于，不使用轴连结用毂，而是如图9所示，通过在转子轴6’上直接 卷绕非晶态磁性金属带1而形成非晶态涡卷层叠体2。换言之，构成非晶态涡卷层叠体的转 子磁轭2直接安装在转子轴6’上。图8表示本实施例中使用的转子轴6’，轴部中的6a’、6b’、6c’分别是与图1的6a、 6b、6c相对应的部分。转子轴中的符号6c’所示的部分，是将非晶态金属带1直接缠绕在 轴6’上的部分，在通过粘结材料、焊接等的适当手段将带1的始端部固定在缠绕部6d’上 后缠绕带1，在以涡卷层叠状缠绕转子磁轭的所需要的直径量后，切断带缠绕终端位置，并 接合该部分。在本实施例中，例示1转子/1定子型的轴向间隙电动机。图10表示组合轴6’、非晶态涡卷层叠体(转子磁轭)2以及磁铁4而形成的转子20。如图10所示，在本实施例中，成为多个磁极的磁铁4，紧贴接合在非晶态涡卷层叠体2 的单面(定子相对面)上。在将上述磁铁4配置在非晶态涡卷层叠体2上后，残留磁铁4 的表面而浸渍树脂。图11表示浸渍树脂后的转子20的正视图及其A-A’截面图。在本实施例中，图11的A-A’截面图与图7同样地进行变形表示。在浸渍树脂5 中，形成于非晶态涡卷层叠体2的磁铁4的配置侧的面上的树脂层的表面，位于与磁铁4的 表面大致相同的平面上。定子30经由气隙G以与磁铁侧的转子磁轭2的表面相对的方式进行固定配置。另 外，对于确保气隙G、定子30的固定配置、转子的向心轴承支承结构，能够利用现有的各种 常用技术，所以省略图示及其说明。根据本实施例，与第1实施例同样，通过用非晶态涡卷层叠体构成转子磁轭，能够 抑制转子磁轭的涡流损耗，并能够省略轴连结用毂，所以能够实现简化电动机的组装工序。<第3实施例>图12 图14是用于说明本发明第3实施例的轴向间隙电动机用的转子结构的 图。在本实施例的轴向间隙电动机中，例示了通过组合一个转子和两个定子而形成的 轴向间隙电动机。在图12中，在转子轴6”的轴向的中央部6d” (参照图14)的转子磁轭位置、与图 9同样地将非晶态金属带直接缠绕在轴6上，以成为转子磁轭的方式形成非晶态涡卷层叠 体2。在转子轴6”中，6a”以及6b”是相当于第1实施例的6a，6b的部分，表示经由未图示 的向心轴承(轴承)支承于电动机外壳的部分。对非晶态涡卷层叠体2施加浸渍树脂5这 一点与上述的实施例相同。在本实施例中，在盘状的非晶态涡卷层叠体2的两面上接合与第1实施例以及第 2实施例同样的磁铁4，在与转子轴的轴线平行的方向上经由气隙G在转子20的两侧相对 地配置有各定子30。定子30的结构，与上述实施例相同。在本实施例中，也能够实现与上 述实施例同样的效果并能够提高电动机效率。符号的说明L···非晶态磁性金属带，2…非晶态涡卷层叠体(转子磁轭)，3…轴连结毂，4…磁 铁，5…树脂，6、6’、6”…转子轴，7…定子芯，8…线圈，20···转子，30···定子。
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权利要求
1.一种轴向间隙型旋转电机用转子，该轴向间隙型旋转电机在与转子轴的轴线平行的 方向经由气隙相对地配置有转子和定子，该轴向间隙型旋转电机用转子的特征在于，上述转子具有转子磁轭和磁铁，所述转子磁轭由将非晶态磁性金属带层叠成涡卷状的 非晶态涡卷层叠体构成；所述磁铁在转子周方向配置在上述非晶态涡卷层叠体中的与上述 定子相对的面上。
2.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，在上述非晶态涡卷 层叠体的内径部设置有转子轴连结用毂。
3.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，通过在上述转子轴 上直接卷绕上述非晶态磁性金属带而形成上述非晶态涡卷层叠体，该非晶态涡卷层叠体直 接安装于上述转子轴。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，上述 转子磁轭由进行了树脂浸渍的上述非晶态涡卷层叠体构成。
5.如权利要求2所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，上述非晶态涡卷层 叠体与上述轴连结用毂通过浸渍树脂而一体结合。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，上述 非晶态涡卷层叠体与上述磁铁通过浸渍树脂或焊接而一体结合。
7.如权利要求2所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，上述非晶态涡卷层 叠体、上述磁铁以及上述轴连结毂，经由在它们之间浸渍的浸渍树脂而一体结合。
8.如权利要求4至7中的任一项所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，上述 浸渍树脂的一部分以层状形成在上述非晶态涡卷层叠体的固定有上述磁铁的一侧的面上， 该树脂层的面与上述磁铁的面同平面或者比磁铁面低。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，上述 转子磁轭是铁基非晶态或者钴基非晶态的涡卷层叠体。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，上 述转子在与上述转子轴的轴线平行的方向，由经由气隙而夹入上述定子的一对转子构成。
11.如权利要求1至9中的任一项所述的轴向间隙型旋转电机用转子，其特征在于，上 述转子用于轴向间隙型旋转电机，该轴向间隙型旋转电机在转子的两面侧经由气隙配置有 一对定子，在上述非晶态涡卷层叠体的两面配置有上述磁铁。
12.—种轴向间隙型旋转电机，其特征在于，具有定子和一对盘状的转子，所述定子由 在转子轴的周方向固定配置在该转子轴的周围的多个带线圈的定子芯构成；所述转子以在 与上述转子轴的轴线平行的方向经由气隙夹入上述定子的方式固定于上述转子轴上，上述一对转子由权利要求10所述的转子构成。
13.一种轴向间隙型旋转电机，其特征在于，具有盘状的转子和一对定子，所述盘状的 转子固定在转子轴上；所述一对定子经由气隙配置在上述转子的两面侧，上述转子由权利 要求11所述的转子构成。
全文摘要
本发明提供一种轴向间隙型旋转电机用转子，该转子能够降低在轴向间隙型旋转电机的转子上产生的涡流损耗，并且能够实现制造工序的简化以及低成本。在轴向间隙型旋转电机中，转子(20)具有转子磁轭(2)，该转子磁轭(2)由将非晶态磁性金属带层叠成涡卷状的非晶态涡卷层叠体构成。在非晶态涡卷层叠体(20)的与定子相对的面上沿着转子周方向配置有多个极的磁铁(4)。
文档编号H02K21/24GK102111028SQ201010621608
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者吉川富夫, 板桥弘光, 榎本裕治, 正木良三, 王卓男 申请人:日立空调·家用电器株式会社, 日立金属株式会社, 株式会社日立产机系统