轴向间隙型旋转电的制造方法
轴向间隙型旋转电的制造方法
【专利摘要】本实用新型的目的在于提供组装性得到改善、具有低成本和高可靠性的轴向间隙型旋转电机。该轴向间隙型旋转电机包括：两个转子；由所述两个转子夹着的定子；和收纳所述两个转子和所述定子的壳体，所述定子包括：定子铁芯；保持该定子铁芯且由非导电性和非磁性材料构成的保持部件；卷绕在该保持部件上的线圈；和固定在该保持部件的凸缘部的金属制的框架，所述壳体在内周部形成台阶差，所述保持部件在该保持部件的凸缘部夹着所述框架的状态下，以与所述台阶差相对的方式固定在所述壳体的内周部。
【专利说明】轴向间隙型旋转电机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及在轴向上具有间隙的轴向间隙型电动机的构造。
【背景技术】
[0002]近年来，在工业用机器、家电产品和汽车部件中，节能的必要性得到重视。当前，日本国内的火力、水力、核能、风力等发电站所产生的电力的大部分都是由作为电磁应用产品的旋转电机(发电机)所产生。此外，日本国内所使用的电力使用量的一半以上被旋转电机的驱动所消耗。这些旋转电机等电磁应用产品在铁芯部中使用软磁性材料，降低该铁芯部的损耗成为实现这些产品的高效率化的方法。此外，作为其它提高效率的方案，有通过使用磁力高的永磁铁来增加单位规定电流的电磁转矩、在较低电流下获得所需转矩、降低电流产生的导体焦耳热导致的损失(铜损)的方案。
[0003]作为永磁电动机的高效率化方法能够列举专利文献I。在专利文献I中提出了如下构造的电动机:在永磁电动机中使用的软磁性材料为了使用低损耗的非晶材料而采用轴向间隙型电动机，并且为了降低铜损而采用增加永磁铁体积的构造，以轴向的两面作为转子。然而，该构造中，由于转子相对于定子存在于轴向的两侧，因此成为定子被孤立地配置在轴向中央部的构造。因此，定子与卷绕在其周围的定子线圈由树脂等进行塑模而固定。该固定方法在容量较小的电动机中得到实用化，但存在树脂塑模时难以确保定子铁芯或定子线圈在塑模模具内的定位精度以及因树脂本身的价格高而使得电动机价格相对升高等问题。此外，由于定子线圈或铁芯的发热导致的膨胀收缩等对树脂产生的应力，定子固定的长期可靠性也存在问题。
[0004]作为解决上述问题的方法，提出了专利文献2。在此，使轴向间隙型电动机的转子仅为单侧一个，在定子主干部追加设置背轭，利用热套或压入等方法将该由铁芯构成的背轭与壳体紧固。但是，定子铁芯与背轭、定子铁芯主干部与卷绕在其周围的定子线圈的固定方法期望与专利文献I同样地采用基于树脂的塑模，在上述的线圈或铁芯的热膨胀、收缩导致的可靠性上存在问题。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2010-115069号公报
[0008]专利文献2:日本特开2010-051075号公报实用新型内容
[0009]实用新型想要解决的技术问题
[0010]在上述两个专利文献中公开的构造的电动机中，存在因定子铁芯与定子线圈用树脂进行一体化导致的组装工时的增加、树脂部件追加导致的价格相应地上升、热循环引起的膨胀、收缩等导致的可靠性降低等问题。
[0011]本实用新型的目的为提供组装性得到改善、低成本并具有高可靠性的轴向间隙型旋转电机。
[0012]用于解决技术问题的技术方案
[0013]为了解决上述问题，本实用新型提出了对非导电性且非磁性的铁芯/线圈保持部件在周向和轴向上都进行定位并且易于固定在壳体上的构造，其中，该铁芯/线圈保持部件具有保持轴向型电动机的定子铁芯的功能和使卷绕在该定子铁芯周围的定子线圈与铁芯部保持绝缘的功能。
[0014]作为具体的构造，在轴向两面具有转子的轴向间隙型旋转电机中，由非导电性且非磁性材质构成的、具备定子铁芯保持功能兼线圈卷绕功能的、保持铁芯与线圈的保持部件具有以定子槽数等分的角度在周向上配置多个，并且外周侧凸缘部的厚度在与从铁芯保持部分放入线圈一侧相反的方向上增厚来提高强度，并且将该变厚的凸缘部的轴向的一个侧面定位于与外周部相接触进行保持的电动机壳体的台阶部，通过用于进行轴向定位的、具有与壳体内径相接触的直径的圆筒环状保持部件对凸缘部的轴向的相反侧面在轴向上压紧来进行保持，在轴向上进行固定。
[0015]通过采用上述构造能够构成如下电动机:由于卷绕有线圈的定子铁芯、保持铁芯和线圈的保持部件和定子线圈能够不进行树脂塑模而固定在壳体上，即使在因线圈温度上升而存在热膨胀或收缩的情况下，也能够认为对与壳体的紧固部几乎没有影响。此外，由于不进行树脂塑模，能够减少其组装(塑模)工序、树脂的成本，能够解决上述问题，在外观上能够与通常的电动机同样地对待。
[0016]本发明的第一方面的轴向间隙型旋转电机，包括:两个转子；由所述两个转子夹着的定子；和收纳所述两个转子和所述定子的壳体，所述定子包括:定子铁芯；保持该定子铁芯且由非导电性和非磁性材料构成的保持部件；卷绕在该保持部件上的线圈；和固定在该保持部件的凸缘部的金属制的框架，所述壳体在内周部形成台阶差，所述保持部件在该保持部件的凸缘部夹着所述框架的状态下，以与所述台阶差相对的方式固定在所述壳体的内周部。
[0017]本发明的第二方面的轴向间隙型旋转电机，其在第一方面的轴向间隙型旋转电机中，所述凸缘部包括:与所述台阶差相对的第一凸缘部；和不与所述阶差相对的第二凸缘部，所述框架包括:与所述第一凸缘部相对的第一框架部；和与所述第二凸缘部相对的第二框架部。
[0018]本发明的第三方面的轴向间隙型旋转电机，其在第一方面或第二方面的的轴向间隙型旋转电机中，所述保持部件包括收纳所述定子铁芯的主干部，所述框架包括与所述主干部相对的第三框架部。
[0019]本发明的第四方面的轴向间隙型旋转电机，其在第二方面的轴向间隙型旋转电机中，利用绝缘带固定所述保持部件与定子铁芯和线圈而进行周向上的相间绝缘。
[0020]本发明的第五方面的轴向间隙型旋转电机，其在第二方面的轴向间隙型旋转电机中，利用热缩部件固定所述保持部件与定子铁芯和线圈而进行周向上的相间绝缘。
[0021]实用新型效果
[0022]根据本实用新型，由于能够将卷绕有线圈的定子铁芯、保持铁芯和线圈的保持部件和定子线圈不如上述公开文献的方式进行树脂塑模而固定在壳体上，即使在存在基于线圈的温度上升的热循环导致的膨胀或收缩的情况下，也几乎没有对与壳体的紧固部的影响，另外，由于不进行树脂塑模，能够减少其组装(塑模)工序、树脂的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型的具有轴向间隙型电动机的定子铁芯保持功能兼线圈保持功能的铁芯/线圈保持部件I的立体图。
[0024]图2是包含中央部的截面的、表示对在铁芯/线圈保持部件I上卷绕线圈并在保持铁芯的状态下组装到电动机壳体的状态的立体图。
[0025]图3是对本实用新型的铁芯/线圈保持部件I与铁芯的保持构造进行说明的图。
[0026]图4是表示用于提高本实用新型的铁芯/线圈保持部件I的保持强度的各种模式的图。
[0027]图5是表示用于提高本实用新型的铁芯/线圈保持部件I的保持强度的各种模式中的轴向固定的结构例的图。
[0028]图6是通过立体图表示本实用新型的第二实施例的铁芯/线圈保持部件I的图。
[0029]图7是通过立体图表示使用了使用本实用新型的铁芯/线圈保持部件I的定子的轴向间隙型电动机的结构的图。
[0030]图8是表示铁芯的构造的图。
【具体实施方式】
[0031 ] 以下，使用【专利附图】
【附图说明】本实用新型的实施例。
[0032]实施例1
[0033]以下，使用图1和图2对本实用新型的第一实施例进行说明。
[0034]图1表示本实用新型的具有轴向间隙型电动机的定子铁芯保持功能兼线圈保持功能的铁芯/线圈保持部件(保持铁芯和线圈的保持部件)I的立体图。该铁芯/线圈保持部件I由非导电性且非磁性的材料构成。该铁芯/线圈保持部件I的张角Θ构成为将360度除以定子100的槽数所得的角度(此时为40度)。此外，中央的扇型形状的孔4为贯通孔，在此配置有定子铁芯。在该定子铁芯的周向上以使铁芯与线圈电绝缘的方式将线圈卷绕在铁芯/线圈保持部件I的主干部3，在轴向(纸面上下方向)上具有用于进行保持使其不突出的凸缘部2、2'。在该凸缘部2的外周侧的一部分，为了提高强度，在周向上设置有一部分厚度形成得比线圈卷绕部分厚的部位6 (厚壁部)。设置于凸缘部2上的厚壁部6设置在直径比凸缘部2'的最外径更大的部分上，设置成相对于凸缘部2'的最外周仅向径向外侧突出尺寸屯。这是因为一般如果卷绕线圈的部分的凸缘部或主干部的壁厚越薄，则越能够增大配置在该区域的导电材料(线圈)的截面积，能够减少来自线圈的损耗。并且，由于在定子100的轴向两面隔着狭窄间隙配置有转子，因此不使结构部件从定子铁芯与卷绕在其周围的线圈的区域的轴向两端部突出。此外，采用在凸缘部2、2'的周向端部上设有切口8的构造。切口8设置在径向上大致设置有主干部3的整个范围上。其为用于在卷绕线圈后为了在相邻线圈之间保持用于进行相间绝缘的部件的进行定位的槽。并且，在图1中，在内径侧的凸缘部2形成轴向的台阶部5。目的在于利用该台阶部5进行配置在内周侧的部件的轴向定位。此外，需要在凸缘部2、2'的至少其中之一的一部分，在至少一个位置上设置用于引出线圈的末端线的切口 7。
[0035]图2表示具有9槽定子铁芯的轴向间隙型构造的电动机定子。为包含中央部的截面的、表示对在图1所示的铁芯/线圈保持部件I上卷绕线圈并在保持铁芯的状态下组装到电动机壳体的状态的立体图。铁芯/线圈保持部件I的中央部的贯通孔中配置有定子铁芯11。线圈12与定子铁芯11电绝缘，并被卷绕在铁芯/线圈保持部件I的周围。关于卷绕后的线圈12的末端线，三个线圈连续地卷绕并连接，三个线圈各自的最终端合并为一进行连接，三条末端线13u、13v、13w被输出至电动机定子100的外部。保持线圈12和定子铁芯11的铁芯/线圈保持部件I在周向上接触地配置，9个构成360度而在周向上被定位。在该状态下，压入到电动机定子壳体14中，通过热套固定被插入，成为通过在轴向上将凸缘部2的厚壁部6的端面与通过使壳体内径不同而构成的台阶构造部14a接触固定来进行定位的构造。并且，为通过具有能够压入壳体内径部的外径的圆筒环状轴环(collar) 15压紧该变厚的凸缘部2的厚壁部6的另一侧端面的构造，并为将铁芯/线圈保持部件I在轴向上固定的构造。
[0036]此外，内径部，在本例中为在通过将滑动轴承部16的台阶部与设置于铁芯/线圈保持部件I的内周侧的台阶部5组合来保证作为铁芯/线圈保持部件I的集合体的定子100与轴承部16的同轴度的构造。此外，对于轴向的相反侧也同样，为将能够与设置于铁芯/线圈保持部件I的内周侧的台阶部5组合的环状轴环17压入轴承部16的外周部并固定，在周向和轴向上对作为铁芯/线圈保持部件I的集合体的定子进行约束的构造。
[0037]接着，使用图3对铁芯/线圈保持部件I与铁芯的保持构造进行说明。图3 (a)到(d)分别以立体图表示基于各自其它方法的铁芯保持方法。首先，图3(a)表示将铁芯压入铁芯/线圈保持部件I中进行固定的方法。如图所示，作为将铁芯插入铁芯/线圈保持部件I中进行组装的方法，能够通过使铁芯的尺寸比铁芯/线圈保持部件I的贯通孔4稍大，进行插入，通过其压力(摩擦)来保持定子铁芯。此外，在不压入而以间隙配合公差进行插入组装的情况下，也能够通过涂敷粘合材料等进行固定。
[0038]图3(b)中表示将定子铁芯11插入到铁芯/线圈保持部件I的贯通孔4中后，利用绝缘部件进行包缚(tapping)的方法。这种情况下，能够认为卷绕绕组(线圈)后的固定是有效的。采用插入定子铁芯11、以包住卷绕后的线圈的方式利用与设置于凸缘部的切口 8相应的宽度的薄绝缘带进行固定的方法。这种情况下，由于在周向上作为定子100配置时，线圈与相邻线圈之间被绝缘，能够获得可靠性高的定子。绝缘带的材质能够考虑利用各种材料，期望选择PP、PPS、聚酰亚胺、诺梅克斯、芳纶纸等与绝缘等级相应的材料。
[0039]图3(c)是利用热缩材料达到与(b)图所示的绝缘带相同的效果的例子。上述卷带需要一次次地卷绕的操作，制造工时增加。因此，插入预先成形为易于插入的尺寸的热缩管等部件，通过干燥机干燥等使其收缩而构成，由此能够实现工序简化。
[0040]图3(d)是将定子铁芯11配置在模具内、通过在其表面上注塑成型来使铁芯/线圈保持部件I 一体化的方法。能够认为与(a)图至(C)图的方法相比，为了进行部件化，具有易于处理、强度较高等优点。在该情况下，线圈需要在定子铁芯11与铁芯/线圈保持部件I成为一体后进行卷绕，如上所述的与相邻线圈的相间绝缘需要另外设置。
[0041]图4表示用于提高铁芯/线圈保持部件I的保持强度的各种模式。(a)图表示之前说明的铁芯/线圈保持部件1，为仅在凸缘部外周方向的一个位置设置厚壁部6的例子。(b)图表示厚壁部6构成在轴向两侧的凸缘部2、2'的例子。(c)图表示在内周方向上也对轴向进行牢固固定的情况的例子，为在内周部也设置有一处厚壁部6的例子。(d)图表示在凸缘部2、2'的内周侧分别设置有厚壁部6的例子。
[0042]图5表不该轴向固定的结构例。(a)图表不如图2所不,利用基于壳体14的台阶构造部14a和轴环15的约束在轴向上固定较厚地构成的凸缘部6的构造。(b)图表示如图4(b)所示在轴向两侧的凸缘部2、2'构成有厚壁部6的例子，在该情况下，为使壳体14的台阶构造14a和纸面所示的上侧的厚壁部6夹着非磁性且非导电性的轴环18并进一步地从轴向端部下侧通过圆筒环形状的轴环15压紧的构造。此时，位于轴向中央部的轴环18能够考虑陶瓷等材质，除了保证强度之外，在以将线圈产生的焦耳热传递至壳体14的目的方面，采用导热率高的材质是有效的。此外，能够考虑插入导热胶等粘着剂类的部件16，并利用铁芯/线圈保持部件I的刚性保持轴向的固定的方法。
[0043]实施例2
[0044]接着，使用图6对本实用新型的第二实施例进行说明。
[0045]在第一实施例中，展示了通过使铁芯/线圈保持部件I的凸缘部2、2'较厚、即通过设置厚壁部6来保持轴向固定的强度的例子。在第二实施例中，说明通过其它方法提高铁芯/线圈保持部件I的凸缘部2、2'的刚性等的机械强度、进行轴向固定的方法。
[0046]图6通过立体图表示第二实施例的铁芯/线圈保持部件I。图6(a)中表示插入到铁芯/线圈保持部件I中的金属制的框架26的形状。框架26为具有构成外周部的凸缘部的部分26a和构成径向的线圈卷绕部分的凸缘部的部分26b的形状。该材质需要为非磁性金属，使得来自轴向间隙型电动机的转子磁铁的磁通不被屏蔽。此外，在为导电性金属的情况下，如果以包围定子铁芯的方式构成，则其周围产生涡流，因此在周向上使一部分断开是重要的。在本例中，以内周侧断开的方式构成。在由陶瓷等材料构成的情况下则不需要这种考虑。该厚度期望为铁芯/线圈保持部件I的凸缘部的厚度的一半左右。这是因为如果过厚则线圈的槽满率降低，导致损耗增加。图6 (c)表示对该框架26嵌入成形并与铁芯/线圈保持部件I一体化后的形状。由于即使不像图1所示的铁芯/线圈保持部件I那样增厚凸缘部也能够通过金属制的框架(骨架)提高强度，因此能够以原厚度进行固定。卷绕线圈的面由绝缘物(树脂)构成，除此之外的部分是为了提高强度而使金属骨架露出表面的构造。也可为被完全覆盖在树脂中的构造。
[0047]此外，框架部分26a、26b可设置在凸缘部2、2'的其中任一者上，也可设置在两者上。
[0048]图6(b)表示轴向上也提高了强度的金属骨架(框架27)的例子。与构成(a)图的凸缘部2、2^的一部分的部分26a、26b同样地，框架27具有构成凸缘部2、2^的一部分的部分27a、27b，在轴向上也构成框架部分27c，为使上下凸缘部2、2'高强度化的结构。图6(d)表示内置其的铁芯/线圈保持部件I。由此，能够通过其提高支承轴向两侧的凸缘部2、2'的强度，因此能够通过图5(b)所示的方法进行轴向固定。
[0049]图6(e)表示对树脂添加基于含有碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、纳米填料、或芯壳(核壳，core-shell)型微粒等的GF (玻璃纤维)的树脂的高强度化后的铁芯/线圈保持部件I。由此，通过基于凸缘部2、2'的厚度的强度提高和树脂本身的强度提高来实现保持强度的提闻。
[0050]除了上述之外，也可用非导电性部件包覆金属制的保持部件来构成铁芯/线圈保持部件I。
[0051]实施例3
[0052]接着，使用图7对本实用新型的第三实施例进行说明。
[0053]图7通过立体图表示使用定子100的轴向间隙型电动机的结构，其中，定子100使用了在此说明了的铁芯/线圈保持部件I。由转子磁轭31、贴附其上的永磁铁32和永磁铁间隔板33所构成的转子200a、200b设置在图2所示的定子100的轴向两侧。设置在定子100的轴向两侧的两个转子200a、200b通过轴34连结，构成为能够通过滑动轴承16相对于定子100旋转。转子200a、200b通过线圈电流产生转矩，作为电动机进行动作。定子100被施加基于该转矩的反作用力的旋转力，并因磁铁的吸引力而被施加轴向的力。如上所述，对于这些力，需要轴向的固定和旋转方向的固定，形成通过铁芯/线圈保持部件I的凸缘部2、2'进行充分的固定的结构。
[0054]实施例4
[0055]图8表示铁芯的构造不同的实施例。(a)图中表示在周向上层叠电磁钢板、或铁基非晶材料、Finemet型纳米晶软磁合金、纳米晶材料等箔带的构造的铁芯。在利用将这种铁芯构成为扇型形状的铁芯的情况下，本实用新型的铁芯/线圈保持部件I是有效的。此夕卜，(b)是利用压粉铁芯、对铁素体等粉末压缩成形而形成的铁芯的例子。(c)图表示在周向上层叠电磁钢板、或铁基非晶材料、Finemet型纳米晶软磁合金、纳米晶材料等箔带而形成的构造的铁芯，表示将这种铁芯构成为长方形截面的例子。(d)图表示对从(a)图到(C)图所示的软磁性材料的铁芯赋予方向性后的铁芯。本实用新型的轴向间隙型电动机中，由于仅在轴向上有磁通，因此成为在该方向上具有各向异性的构造。
[0056]工产业上的可利用性
[0057]本实用新型的轴向型构造的电动机能够应用于以小型、高效率、低噪声为目的的多种电动机。此外，使用本实用新型的电动机构造的系统能够小型化、高效率化，因此能够广泛应用于扇、泵系统、家电用电动机、汽车辅助设备的驱动用、小型风力发电等一般的旋转机械系统中。
[0058]附图标记说明
[0059]I铁芯/线圈保持部件；2凸缘部；3主干部；4定子铁芯保持用贯通孔；5内周侧台阶部；6外周侧厚壁构造凸缘部；7线圈末端引出用切口部；8相间绝缘物定位用切口部；11定子铁芯；12定子线圈；13u、13v、13w线圈末端线；14电动机定子壳体；15端子轴向保持用轴环；16轴承部；17轴承部固定用轴环；18轴向中央部轴环；21绝缘带；22热缩部件；23注塑成型用模具；24铁芯/线圈保持部件成形用腔体；25树脂注入用浇口 ；26板状框架；27轴向强度提高框架；31转子磁轭；32永磁铁；33磁铁间隔板；34轴。
【权利要求】
1.一种轴向间隙型旋转电机，其特征在于，包括: 两个转子； 由所述两个转子夹着的定子；和 收纳所述两个转子和所述定子的壳体， 所述定子包括:定子铁芯；保持该定子铁芯且由非导电性和非磁性材料构成的保持部件；卷绕在该保持部件上的线圈；和固定在该保持部件的凸缘部的金属制的框架， 所述壳体在内周部形成台阶差， 所述保持部件在该保持部件的凸缘部夹着所述框架的状态下，以与所述台阶差相对的方式固定在所述壳体的内周部。
2.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于: 所述凸缘部包括:与所述台阶差相对的第一凸缘部；和不与所述阶差相对的第二凸缘部， 所述框架包括:与所述第一凸缘部相对的第一框架部；和与所述第二凸缘部相对的第二框架部。
3.如权利要求1或2所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于: 所述保持部件包括收纳所述定子铁芯的主干部， 所述框架包括与所述主干部相对的第三框架部。
4.如权利要求2所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于: 利用绝缘带固定所述保持部件与定子铁芯和线圈而进行周向上的相间绝缘。
5.如权利要求2所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于: 利用热缩部件固定所述保持部件与定子铁芯和线圈而进行周向上的相间绝缘。
【文档编号】H02K3/46GK204205774SQ201290000752
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】榎本裕治, 正木良三 申请人:株式会社日立产机系统
【专利摘要】本实用新型的目的在于提供组装性得到改善、具有低成本和高可靠性的轴向间隙型旋转电机。该轴向间隙型旋转电机包括：两个转子；由所述两个转子夹着的定子；和收纳所述两个转子和所述定子的壳体，所述定子包括：定子铁芯；保持该定子铁芯且由非导电性和非磁性材料构成的保持部件；卷绕在该保持部件上的线圈；和固定在该保持部件的凸缘部的金属制的框架，所述壳体在内周部形成台阶差，所述保持部件在该保持部件的凸缘部夹着所述框架的状态下，以与所述台阶差相对的方式固定在所述壳体的内周部。
【专利说明】轴向间隙型旋转电机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及在轴向上具有间隙的轴向间隙型电动机的构造。
【背景技术】
[0002]近年来，在工业用机器、家电产品和汽车部件中，节能的必要性得到重视。当前，日本国内的火力、水力、核能、风力等发电站所产生的电力的大部分都是由作为电磁应用产品的旋转电机(发电机)所产生。此外，日本国内所使用的电力使用量的一半以上被旋转电机的驱动所消耗。这些旋转电机等电磁应用产品在铁芯部中使用软磁性材料，降低该铁芯部的损耗成为实现这些产品的高效率化的方法。此外，作为其它提高效率的方案，有通过使用磁力高的永磁铁来增加单位规定电流的电磁转矩、在较低电流下获得所需转矩、降低电流产生的导体焦耳热导致的损失(铜损)的方案。
[0003]作为永磁电动机的高效率化方法能够列举专利文献I。在专利文献I中提出了如下构造的电动机:在永磁电动机中使用的软磁性材料为了使用低损耗的非晶材料而采用轴向间隙型电动机，并且为了降低铜损而采用增加永磁铁体积的构造，以轴向的两面作为转子。然而，该构造中，由于转子相对于定子存在于轴向的两侧，因此成为定子被孤立地配置在轴向中央部的构造。因此，定子与卷绕在其周围的定子线圈由树脂等进行塑模而固定。该固定方法在容量较小的电动机中得到实用化，但存在树脂塑模时难以确保定子铁芯或定子线圈在塑模模具内的定位精度以及因树脂本身的价格高而使得电动机价格相对升高等问题。此外，由于定子线圈或铁芯的发热导致的膨胀收缩等对树脂产生的应力，定子固定的长期可靠性也存在问题。
[0004]作为解决上述问题的方法，提出了专利文献2。在此，使轴向间隙型电动机的转子仅为单侧一个，在定子主干部追加设置背轭，利用热套或压入等方法将该由铁芯构成的背轭与壳体紧固。但是，定子铁芯与背轭、定子铁芯主干部与卷绕在其周围的定子线圈的固定方法期望与专利文献I同样地采用基于树脂的塑模，在上述的线圈或铁芯的热膨胀、收缩导致的可靠性上存在问题。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2010-115069号公报
[0008]专利文献2:日本特开2010-051075号公报实用新型内容
[0009]实用新型想要解决的技术问题
[0010]在上述两个专利文献中公开的构造的电动机中，存在因定子铁芯与定子线圈用树脂进行一体化导致的组装工时的增加、树脂部件追加导致的价格相应地上升、热循环引起的膨胀、收缩等导致的可靠性降低等问题。
[0011]本实用新型的目的为提供组装性得到改善、低成本并具有高可靠性的轴向间隙型旋转电机。
[0012]用于解决技术问题的技术方案
[0013]为了解决上述问题，本实用新型提出了对非导电性且非磁性的铁芯/线圈保持部件在周向和轴向上都进行定位并且易于固定在壳体上的构造，其中，该铁芯/线圈保持部件具有保持轴向型电动机的定子铁芯的功能和使卷绕在该定子铁芯周围的定子线圈与铁芯部保持绝缘的功能。
[0014]作为具体的构造，在轴向两面具有转子的轴向间隙型旋转电机中，由非导电性且非磁性材质构成的、具备定子铁芯保持功能兼线圈卷绕功能的、保持铁芯与线圈的保持部件具有以定子槽数等分的角度在周向上配置多个，并且外周侧凸缘部的厚度在与从铁芯保持部分放入线圈一侧相反的方向上增厚来提高强度，并且将该变厚的凸缘部的轴向的一个侧面定位于与外周部相接触进行保持的电动机壳体的台阶部，通过用于进行轴向定位的、具有与壳体内径相接触的直径的圆筒环状保持部件对凸缘部的轴向的相反侧面在轴向上压紧来进行保持，在轴向上进行固定。
[0015]通过采用上述构造能够构成如下电动机:由于卷绕有线圈的定子铁芯、保持铁芯和线圈的保持部件和定子线圈能够不进行树脂塑模而固定在壳体上，即使在因线圈温度上升而存在热膨胀或收缩的情况下，也能够认为对与壳体的紧固部几乎没有影响。此外，由于不进行树脂塑模，能够减少其组装(塑模)工序、树脂的成本，能够解决上述问题，在外观上能够与通常的电动机同样地对待。
[0016]本发明的第一方面的轴向间隙型旋转电机，包括:两个转子；由所述两个转子夹着的定子；和收纳所述两个转子和所述定子的壳体，所述定子包括:定子铁芯；保持该定子铁芯且由非导电性和非磁性材料构成的保持部件；卷绕在该保持部件上的线圈；和固定在该保持部件的凸缘部的金属制的框架，所述壳体在内周部形成台阶差，所述保持部件在该保持部件的凸缘部夹着所述框架的状态下，以与所述台阶差相对的方式固定在所述壳体的内周部。
[0017]本发明的第二方面的轴向间隙型旋转电机，其在第一方面的轴向间隙型旋转电机中，所述凸缘部包括:与所述台阶差相对的第一凸缘部；和不与所述阶差相对的第二凸缘部，所述框架包括:与所述第一凸缘部相对的第一框架部；和与所述第二凸缘部相对的第二框架部。
[0018]本发明的第三方面的轴向间隙型旋转电机，其在第一方面或第二方面的的轴向间隙型旋转电机中，所述保持部件包括收纳所述定子铁芯的主干部，所述框架包括与所述主干部相对的第三框架部。
[0019]本发明的第四方面的轴向间隙型旋转电机，其在第二方面的轴向间隙型旋转电机中，利用绝缘带固定所述保持部件与定子铁芯和线圈而进行周向上的相间绝缘。
[0020]本发明的第五方面的轴向间隙型旋转电机，其在第二方面的轴向间隙型旋转电机中，利用热缩部件固定所述保持部件与定子铁芯和线圈而进行周向上的相间绝缘。
[0021]实用新型效果
[0022]根据本实用新型，由于能够将卷绕有线圈的定子铁芯、保持铁芯和线圈的保持部件和定子线圈不如上述公开文献的方式进行树脂塑模而固定在壳体上，即使在存在基于线圈的温度上升的热循环导致的膨胀或收缩的情况下，也几乎没有对与壳体的紧固部的影响，另外，由于不进行树脂塑模，能够减少其组装(塑模)工序、树脂的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型的具有轴向间隙型电动机的定子铁芯保持功能兼线圈保持功能的铁芯/线圈保持部件I的立体图。
[0024]图2是包含中央部的截面的、表示对在铁芯/线圈保持部件I上卷绕线圈并在保持铁芯的状态下组装到电动机壳体的状态的立体图。
[0025]图3是对本实用新型的铁芯/线圈保持部件I与铁芯的保持构造进行说明的图。
[0026]图4是表示用于提高本实用新型的铁芯/线圈保持部件I的保持强度的各种模式的图。
[0027]图5是表示用于提高本实用新型的铁芯/线圈保持部件I的保持强度的各种模式中的轴向固定的结构例的图。
[0028]图6是通过立体图表示本实用新型的第二实施例的铁芯/线圈保持部件I的图。
[0029]图7是通过立体图表示使用了使用本实用新型的铁芯/线圈保持部件I的定子的轴向间隙型电动机的结构的图。
[0030]图8是表示铁芯的构造的图。
【具体实施方式】
[0031 ] 以下，使用【专利附图】
【附图说明】本实用新型的实施例。
[0032]实施例1
[0033]以下，使用图1和图2对本实用新型的第一实施例进行说明。
[0034]图1表示本实用新型的具有轴向间隙型电动机的定子铁芯保持功能兼线圈保持功能的铁芯/线圈保持部件(保持铁芯和线圈的保持部件)I的立体图。该铁芯/线圈保持部件I由非导电性且非磁性的材料构成。该铁芯/线圈保持部件I的张角Θ构成为将360度除以定子100的槽数所得的角度(此时为40度)。此外，中央的扇型形状的孔4为贯通孔，在此配置有定子铁芯。在该定子铁芯的周向上以使铁芯与线圈电绝缘的方式将线圈卷绕在铁芯/线圈保持部件I的主干部3，在轴向(纸面上下方向)上具有用于进行保持使其不突出的凸缘部2、2'。在该凸缘部2的外周侧的一部分，为了提高强度，在周向上设置有一部分厚度形成得比线圈卷绕部分厚的部位6 (厚壁部)。设置于凸缘部2上的厚壁部6设置在直径比凸缘部2'的最外径更大的部分上，设置成相对于凸缘部2'的最外周仅向径向外侧突出尺寸屯。这是因为一般如果卷绕线圈的部分的凸缘部或主干部的壁厚越薄，则越能够增大配置在该区域的导电材料(线圈)的截面积，能够减少来自线圈的损耗。并且，由于在定子100的轴向两面隔着狭窄间隙配置有转子，因此不使结构部件从定子铁芯与卷绕在其周围的线圈的区域的轴向两端部突出。此外，采用在凸缘部2、2'的周向端部上设有切口8的构造。切口8设置在径向上大致设置有主干部3的整个范围上。其为用于在卷绕线圈后为了在相邻线圈之间保持用于进行相间绝缘的部件的进行定位的槽。并且，在图1中，在内径侧的凸缘部2形成轴向的台阶部5。目的在于利用该台阶部5进行配置在内周侧的部件的轴向定位。此外，需要在凸缘部2、2'的至少其中之一的一部分，在至少一个位置上设置用于引出线圈的末端线的切口 7。
[0035]图2表示具有9槽定子铁芯的轴向间隙型构造的电动机定子。为包含中央部的截面的、表示对在图1所示的铁芯/线圈保持部件I上卷绕线圈并在保持铁芯的状态下组装到电动机壳体的状态的立体图。铁芯/线圈保持部件I的中央部的贯通孔中配置有定子铁芯11。线圈12与定子铁芯11电绝缘，并被卷绕在铁芯/线圈保持部件I的周围。关于卷绕后的线圈12的末端线，三个线圈连续地卷绕并连接，三个线圈各自的最终端合并为一进行连接，三条末端线13u、13v、13w被输出至电动机定子100的外部。保持线圈12和定子铁芯11的铁芯/线圈保持部件I在周向上接触地配置，9个构成360度而在周向上被定位。在该状态下，压入到电动机定子壳体14中，通过热套固定被插入，成为通过在轴向上将凸缘部2的厚壁部6的端面与通过使壳体内径不同而构成的台阶构造部14a接触固定来进行定位的构造。并且，为通过具有能够压入壳体内径部的外径的圆筒环状轴环(collar) 15压紧该变厚的凸缘部2的厚壁部6的另一侧端面的构造，并为将铁芯/线圈保持部件I在轴向上固定的构造。
[0036]此外，内径部，在本例中为在通过将滑动轴承部16的台阶部与设置于铁芯/线圈保持部件I的内周侧的台阶部5组合来保证作为铁芯/线圈保持部件I的集合体的定子100与轴承部16的同轴度的构造。此外，对于轴向的相反侧也同样，为将能够与设置于铁芯/线圈保持部件I的内周侧的台阶部5组合的环状轴环17压入轴承部16的外周部并固定，在周向和轴向上对作为铁芯/线圈保持部件I的集合体的定子进行约束的构造。
[0037]接着，使用图3对铁芯/线圈保持部件I与铁芯的保持构造进行说明。图3 (a)到(d)分别以立体图表示基于各自其它方法的铁芯保持方法。首先，图3(a)表示将铁芯压入铁芯/线圈保持部件I中进行固定的方法。如图所示，作为将铁芯插入铁芯/线圈保持部件I中进行组装的方法，能够通过使铁芯的尺寸比铁芯/线圈保持部件I的贯通孔4稍大，进行插入，通过其压力(摩擦)来保持定子铁芯。此外，在不压入而以间隙配合公差进行插入组装的情况下，也能够通过涂敷粘合材料等进行固定。
[0038]图3(b)中表示将定子铁芯11插入到铁芯/线圈保持部件I的贯通孔4中后，利用绝缘部件进行包缚(tapping)的方法。这种情况下，能够认为卷绕绕组(线圈)后的固定是有效的。采用插入定子铁芯11、以包住卷绕后的线圈的方式利用与设置于凸缘部的切口 8相应的宽度的薄绝缘带进行固定的方法。这种情况下，由于在周向上作为定子100配置时，线圈与相邻线圈之间被绝缘，能够获得可靠性高的定子。绝缘带的材质能够考虑利用各种材料，期望选择PP、PPS、聚酰亚胺、诺梅克斯、芳纶纸等与绝缘等级相应的材料。
[0039]图3(c)是利用热缩材料达到与(b)图所示的绝缘带相同的效果的例子。上述卷带需要一次次地卷绕的操作，制造工时增加。因此，插入预先成形为易于插入的尺寸的热缩管等部件，通过干燥机干燥等使其收缩而构成，由此能够实现工序简化。
[0040]图3(d)是将定子铁芯11配置在模具内、通过在其表面上注塑成型来使铁芯/线圈保持部件I 一体化的方法。能够认为与(a)图至(C)图的方法相比，为了进行部件化，具有易于处理、强度较高等优点。在该情况下，线圈需要在定子铁芯11与铁芯/线圈保持部件I成为一体后进行卷绕，如上所述的与相邻线圈的相间绝缘需要另外设置。
[0041]图4表示用于提高铁芯/线圈保持部件I的保持强度的各种模式。(a)图表示之前说明的铁芯/线圈保持部件1，为仅在凸缘部外周方向的一个位置设置厚壁部6的例子。(b)图表示厚壁部6构成在轴向两侧的凸缘部2、2'的例子。(c)图表示在内周方向上也对轴向进行牢固固定的情况的例子，为在内周部也设置有一处厚壁部6的例子。(d)图表示在凸缘部2、2'的内周侧分别设置有厚壁部6的例子。
[0042]图5表不该轴向固定的结构例。(a)图表不如图2所不,利用基于壳体14的台阶构造部14a和轴环15的约束在轴向上固定较厚地构成的凸缘部6的构造。(b)图表示如图4(b)所示在轴向两侧的凸缘部2、2'构成有厚壁部6的例子，在该情况下，为使壳体14的台阶构造14a和纸面所示的上侧的厚壁部6夹着非磁性且非导电性的轴环18并进一步地从轴向端部下侧通过圆筒环形状的轴环15压紧的构造。此时，位于轴向中央部的轴环18能够考虑陶瓷等材质，除了保证强度之外，在以将线圈产生的焦耳热传递至壳体14的目的方面，采用导热率高的材质是有效的。此外，能够考虑插入导热胶等粘着剂类的部件16，并利用铁芯/线圈保持部件I的刚性保持轴向的固定的方法。
[0043]实施例2
[0044]接着，使用图6对本实用新型的第二实施例进行说明。
[0045]在第一实施例中，展示了通过使铁芯/线圈保持部件I的凸缘部2、2'较厚、即通过设置厚壁部6来保持轴向固定的强度的例子。在第二实施例中，说明通过其它方法提高铁芯/线圈保持部件I的凸缘部2、2'的刚性等的机械强度、进行轴向固定的方法。
[0046]图6通过立体图表示第二实施例的铁芯/线圈保持部件I。图6(a)中表示插入到铁芯/线圈保持部件I中的金属制的框架26的形状。框架26为具有构成外周部的凸缘部的部分26a和构成径向的线圈卷绕部分的凸缘部的部分26b的形状。该材质需要为非磁性金属，使得来自轴向间隙型电动机的转子磁铁的磁通不被屏蔽。此外，在为导电性金属的情况下，如果以包围定子铁芯的方式构成，则其周围产生涡流，因此在周向上使一部分断开是重要的。在本例中，以内周侧断开的方式构成。在由陶瓷等材料构成的情况下则不需要这种考虑。该厚度期望为铁芯/线圈保持部件I的凸缘部的厚度的一半左右。这是因为如果过厚则线圈的槽满率降低，导致损耗增加。图6 (c)表示对该框架26嵌入成形并与铁芯/线圈保持部件I一体化后的形状。由于即使不像图1所示的铁芯/线圈保持部件I那样增厚凸缘部也能够通过金属制的框架(骨架)提高强度，因此能够以原厚度进行固定。卷绕线圈的面由绝缘物(树脂)构成，除此之外的部分是为了提高强度而使金属骨架露出表面的构造。也可为被完全覆盖在树脂中的构造。
[0047]此外，框架部分26a、26b可设置在凸缘部2、2'的其中任一者上，也可设置在两者上。
[0048]图6(b)表示轴向上也提高了强度的金属骨架(框架27)的例子。与构成(a)图的凸缘部2、2^的一部分的部分26a、26b同样地，框架27具有构成凸缘部2、2^的一部分的部分27a、27b，在轴向上也构成框架部分27c，为使上下凸缘部2、2'高强度化的结构。图6(d)表示内置其的铁芯/线圈保持部件I。由此，能够通过其提高支承轴向两侧的凸缘部2、2'的强度，因此能够通过图5(b)所示的方法进行轴向固定。
[0049]图6(e)表示对树脂添加基于含有碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、纳米填料、或芯壳(核壳，core-shell)型微粒等的GF (玻璃纤维)的树脂的高强度化后的铁芯/线圈保持部件I。由此，通过基于凸缘部2、2'的厚度的强度提高和树脂本身的强度提高来实现保持强度的提闻。
[0050]除了上述之外，也可用非导电性部件包覆金属制的保持部件来构成铁芯/线圈保持部件I。
[0051]实施例3
[0052]接着，使用图7对本实用新型的第三实施例进行说明。
[0053]图7通过立体图表示使用定子100的轴向间隙型电动机的结构，其中，定子100使用了在此说明了的铁芯/线圈保持部件I。由转子磁轭31、贴附其上的永磁铁32和永磁铁间隔板33所构成的转子200a、200b设置在图2所示的定子100的轴向两侧。设置在定子100的轴向两侧的两个转子200a、200b通过轴34连结，构成为能够通过滑动轴承16相对于定子100旋转。转子200a、200b通过线圈电流产生转矩，作为电动机进行动作。定子100被施加基于该转矩的反作用力的旋转力，并因磁铁的吸引力而被施加轴向的力。如上所述，对于这些力，需要轴向的固定和旋转方向的固定，形成通过铁芯/线圈保持部件I的凸缘部2、2'进行充分的固定的结构。
[0054]实施例4
[0055]图8表示铁芯的构造不同的实施例。(a)图中表示在周向上层叠电磁钢板、或铁基非晶材料、Finemet型纳米晶软磁合金、纳米晶材料等箔带的构造的铁芯。在利用将这种铁芯构成为扇型形状的铁芯的情况下，本实用新型的铁芯/线圈保持部件I是有效的。此夕卜，(b)是利用压粉铁芯、对铁素体等粉末压缩成形而形成的铁芯的例子。(c)图表示在周向上层叠电磁钢板、或铁基非晶材料、Finemet型纳米晶软磁合金、纳米晶材料等箔带而形成的构造的铁芯，表示将这种铁芯构成为长方形截面的例子。(d)图表示对从(a)图到(C)图所示的软磁性材料的铁芯赋予方向性后的铁芯。本实用新型的轴向间隙型电动机中，由于仅在轴向上有磁通，因此成为在该方向上具有各向异性的构造。
[0056]工产业上的可利用性
[0057]本实用新型的轴向型构造的电动机能够应用于以小型、高效率、低噪声为目的的多种电动机。此外，使用本实用新型的电动机构造的系统能够小型化、高效率化，因此能够广泛应用于扇、泵系统、家电用电动机、汽车辅助设备的驱动用、小型风力发电等一般的旋转机械系统中。
[0058]附图标记说明
[0059]I铁芯/线圈保持部件；2凸缘部；3主干部；4定子铁芯保持用贯通孔；5内周侧台阶部；6外周侧厚壁构造凸缘部；7线圈末端引出用切口部；8相间绝缘物定位用切口部；11定子铁芯；12定子线圈；13u、13v、13w线圈末端线；14电动机定子壳体；15端子轴向保持用轴环；16轴承部；17轴承部固定用轴环；18轴向中央部轴环；21绝缘带；22热缩部件；23注塑成型用模具；24铁芯/线圈保持部件成形用腔体；25树脂注入用浇口 ；26板状框架；27轴向强度提高框架；31转子磁轭；32永磁铁；33磁铁间隔板；34轴。
【权利要求】
1.一种轴向间隙型旋转电机，其特征在于，包括: 两个转子； 由所述两个转子夹着的定子；和 收纳所述两个转子和所述定子的壳体， 所述定子包括:定子铁芯；保持该定子铁芯且由非导电性和非磁性材料构成的保持部件；卷绕在该保持部件上的线圈；和固定在该保持部件的凸缘部的金属制的框架， 所述壳体在内周部形成台阶差， 所述保持部件在该保持部件的凸缘部夹着所述框架的状态下，以与所述台阶差相对的方式固定在所述壳体的内周部。
2.如权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于: 所述凸缘部包括:与所述台阶差相对的第一凸缘部；和不与所述阶差相对的第二凸缘部， 所述框架包括:与所述第一凸缘部相对的第一框架部；和与所述第二凸缘部相对的第二框架部。
3.如权利要求1或2所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于: 所述保持部件包括收纳所述定子铁芯的主干部， 所述框架包括与所述主干部相对的第三框架部。
4.如权利要求2所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于: 利用绝缘带固定所述保持部件与定子铁芯和线圈而进行周向上的相间绝缘。
5.如权利要求2所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于: 利用热缩部件固定所述保持部件与定子铁芯和线圈而进行周向上的相间绝缘。
【文档编号】H02K3/46GK204205774SQ201290000752
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】榎本裕治, 正木良三 申请人:株式会社日立产机系统
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