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CN1783648A - 轴向气隙型电动机 - Google Patents

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CN1783648A
CN1783648A CNA2005101285343A CN200510128534A CN1783648A CN 1783648 A CN1783648 A CN 1783648A CN A2005101285343 A CNA2005101285343 A CN A2005101285343A CN 200510128534 A CN200510128534 A CN 200510128534A CN 1783648 A CN1783648 A CN 1783648A
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axial air
grappling
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丹野俊昭
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Fujitsu General Ltd
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Abstract

本发明的目的在于廉价地提供一种可防止磁铁的脱落并且可进行可靠的位置检测的轴向气隙型电动机。一种轴向气隙型电动机，定子的齿面与转子的磁铁面沿着上述转子的输出轴的轴线方向以规定的空隙对置配置，其中，上述转子备有：相对于上述定子同轴地配置的转子后磁轭、以与上述定子的齿面对置的方式安装在上述转子后磁轭上的转子磁铁，上述转子磁铁备有与该转子磁铁一体、且配置在上述转子后磁轭的背面侧的锚定磁铁。在转子(3、3)的转子后磁轭(31)的背面侧，设置有经由贯通孔(35)而与转子磁铁(32)一体的锚定磁铁(36)来固定转子磁铁(32)，进而用锚定磁铁(36)进行位置检测。

Description

轴向气隙型电动机
技术领域
本发明涉及一种将转子和定子沿转子输出轴的轴线方向对置配置的轴向气隙型电动机，更详细地说，涉及一种可将转子磁铁可靠地固定到转子后磁轭上的轴向气隙型电动机。
背景技术
轴向气隙型电动机例如如专利文献1(日本专利申请公报No.H03-212141)所示，为以具有规定的空隙的方式将转子对置地配置到定子的一个或两个侧面上的电动机，其特征在于，与内转子型等的径向气隙型电动机相比，可使旋转轴方向的厚度变薄，即可作成扁平。
一般来说，转子包括：由圆盘体形成的转子后磁轭、和一体地安装到该转子后磁轭的与定子对置的面上的转子磁铁，转子磁铁通过粘接剂等一体地安装到转子后磁轭上。
又，在包含轴向气隙型电动机的无刷电动机上，为了检测其旋转位置(旋转相位)而设置有旋转位置检测机构。作为其一例，专利文献2(日本专利申请公报No.S63-92250)中，在转子的外周面上设置位置检测用磁铁，并且在转子的周围设置位置检测传感器。
又，在专利文献2中作为另一种方法，也公开有下述技术，即在转子后磁轭的背面侧安装位置检测传感器来进行位置检测(感测)。进一步作为其他方法，在专利文献3(日本专利申请公报No.S62-189960)中也提出了下述方案，即，在定子的线圈的内部配置位置检测传感器。
但是，在以往的轴向气隙型电动机中，存在下述问题。即，轴向气隙型电动机在运转时利用线圈的磁吸引力将转子吸引到定子一侧，所以若如专利文献1中记载的那样仅通过粘接将转子磁铁固定，则可能产生剥离。这种剥离现象伴随着电动机的高转矩化，其发生率增高。
又，在专利文献2中记载的方法中，由于需要位置检测专用的磁铁和安装部件，所以相对地制造成本提高，并且由于增加了检测用磁铁，相应地使转子自身的重量增加，而且会导致消耗功率增加。
又，在将位置检测传感器安装到转子的背面侧的情况下，在转子后磁轭的一部分上设置用于得到磁空隙的连通孔，但该连通孔在开孔工序中不仅容易产生位置的偏差，而且磁铁与位置检测传感器之间的距离变长，相应地高精度的感测也难以进行。
进一步，在专利文献3所示的将位置检测传感器安装到定子一侧的情况下，也会出现位置检测传感器容易受到由定子产生的磁场的影响，而不能进行准确的位置检测的问题。
发明内容
由此，本发明是为解决上述问题而作出的，其目的在于廉价地提供一种可防止磁铁的脱落，并且可进行可靠的位置检测的轴向气隙型电动机。
为了达到上述目的，本发明备有如下所示的几个特征。首先，一种轴向气隙型电动机，定子的齿面与转子的磁铁面沿着上述转子的输出轴的轴线方向以规定的空隙对置配置，其特征在于，上述转子备有：相对于上述定子同轴地配置的转子后磁轭、以与上述定子的齿面对置的方式安装在上述转子后磁轭上的转子磁铁，上述转子磁铁备有与该转子磁铁一体、且配置在上述转子后磁轭的背面侧的锚定磁铁。
由此，通过在转子磁铁的背面侧设置与转子磁铁一体地形成的锚定磁铁，可简单且可靠地防止转子磁铁的脱落。
上述转子磁铁由可模制成型的磁铁材料形成，上述锚定磁铁经由沿上述转子后磁轭的轴方向贯通的贯通孔一体地形成在上述转子磁铁上。或者，上述锚定磁铁经由上述转子后磁轭的外周一体地形成在上述转子磁铁上。更优选地，在上述转子后磁轭的外周上设置有缺口部，上述锚定磁铁形成在所述缺口部中。
由此，通过在转子后磁轭的一部分上经由贯通孔(或外周)、利用模制成型将转子磁铁与锚定磁铁一体成型，能可靠地防止因磁吸引力而导致的转子磁铁脱落。
又，优选地，上述贯通孔或上述缺口部设置在上述转子磁铁的每个磁极上。
由此，通过在每个磁极上设置贯通孔或缺口部，可将作用在转子磁铁上的力有效地分散，可更可靠地防止脱落。又，在感测中也适用。
进而，优选地，上述贯通孔在上述转子磁铁的每个磁极上设置于至少两个部位，上述锚定磁铁以覆盖上述各贯通孔的方式以一个图案形成。
由此，通过设置两个贯通孔，并以覆盖贯通孔的方式将锚定磁铁以一个图案形成，不仅可以可靠地防止转子磁铁的脱落，还可进行高精度的感测。
进而，还备有用于检测上述转子的位置的位置检测传感器，上述位置检测传感器设置在与上述锚定磁铁的旋转轨迹对置的位置上。
根据技术方案7所述的发明，通过在与锚定磁铁的旋转轨迹对置的位置上设置位置检测传感器，可利用转子磁铁的一部分、即锚定磁铁对旋转位置进行可靠且高精度的感测。
优选地，上述转子磁铁由分割成每个磁极的多个磁铁构件构成，各磁铁构件以上述旋转轴线为中心配置成环状。
由此，通过将转子磁铁分割成每个磁极地配置，可有效地防止由于转子后磁轭与转子磁铁的线膨胀系数的不同产生的转子磁铁的裂纹。
又，优选地上述定子由分割成每个齿的多个芯构件构成，上述各芯构件以上述旋转轴线为中心配置成环状。
由此，通过将多个芯构件以旋转轴线为中心配置成环状来形成定子芯，可使组装作业简单化，并可更廉价地进行制造。
进而，优选地上述转子磁铁是沿推力方向磁化的。由此，由于磁铁在垂直于后磁轭面的方向上被磁化，所以可几乎不受到转子后磁轭面的磁影响地决定磁铁的取向，结果，能可靠地磁化磁铁。
另外，优选地上述转子磁铁的厚度形成为在每个磁极上旋转方向的两端较薄，中心比圆周方向的两端厚。由此，通过增加中央的厚度，可使由转子磁铁生成的磁通密度波形更接近于正弦波，并可降低运转时的噪音和振动。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的轴向气隙型电动机的分解立体图。
图2是上述第1实施方式的轴向气隙型电动机的纵剖视图。
图3是上述第1实施方式的轴向气隙型电动机的定子的主视图。
图4A是上述第1实施方式的转于的主视图。
图4B是第1实施方式的转子的后视图。
图4C是图4B的A-A线剖视图。
图5A～图5D是表示转子的各种变形例的主视图。
图6是本发明的第2实施方式的轴向气隙型电动机的纵剖视图。
图7A是第2实施方式的转子的主视图。
图7B是第2实施方式的转子的后视图。
图7C是图7B的A-A线剖视图。
图8是表示第2实施方式的变形例的纵剖视图。
图9A～图9E是说明转子磁铁的各种变形例的说明图。
具体实施方式
接着，就本发明的实施方式，参照附图进行说明。另外，本发明并不限于此。图1是本发明的第1实施方式的轴向气隙型电动机的分解立体图，图2是第1实施方式的中央纵剖视图，图3是定子的主视图，图4A～4C是第1实施方式的转子的主视图、后视图及A-A线剖视图。
该轴向气隙型电动机1备有：定子2，形成为圆盘形；一对转子3、3，以具有规定的空隙(间隙)的方式对置地配置在该定子2的两侧面。各转子3、3同轴地固定到输出旋转驱动力的转子输出轴4上。
定子2及转子3收纳在圆筒状的壳体10内。在该例中，在壳体10的两端，如图2所示，设置有圆盘状的盖部件10a、10b，在其内部容纳有各电动机机构部。
如图3所示，定子2包含以旋转轴线为中心轴配置成环状的多个(在本例中为9个)磁极构件21a～21i。由于各磁极构件21a～21i为同一结构，在本例中以磁极构件21a为例进行说明。
磁极构件21a是将线圈24(参照图2)卷绕到具有左右一对凸缘状的齿面22、22的绕线管上形成的，上述绕线管是通过将形成为H字状的电磁钢板沿半径方向层叠形成的。
各磁极构件21a～21i整体除齿面22、22外由绝缘树脂形成的绝缘体(未图示)覆盖。在该绝缘体上设置有用于连结各磁极构件21a～21i彼此的未图示的连结机构，经由该连结机构将各磁极构件21a～21i连结成环状。
在各磁极构件21a～21i经由上述连结机构连结成以轴线为中心的环状后，利用镶嵌成型用的树脂凝固成一体，由此来组装定子2。在该例中，固定定子2的外周的合成树脂兼作壳体10。
再次参照图2，在定子2的中心部上配置有轴承部23。在该例中，轴承部23具有一对径向滚珠轴承231、232，其内圈压入并嵌合到转子输出轴4上，外圈侧被合成树脂埋住。在本发明中，轴承部23的结构可任意。
在该例中，各转子3、3共有同一转子输出轴4，但是也可为在每个转子3、3上都有转子输出轴的2输出轴型。进而，也可为无轴型，即，不具有转子输出轴4，将转子3、3经由径向滚珠轴承直接支承到定子2上。
接着，就转子3、3进行说明。由于转子3、3为同一结构，所以在该例中以一个转子3为例进行说明。在该例中，与定子2的齿面22对置的一侧的面为转子3的正面。
如图4A所示，转子3包括：后磁轭31，由与定子2同轴地配置的圆盘体形成；转子磁铁32，一体地安装在该转子后磁轭31上。
在该例中，转子磁铁32是由可模制成型的磁铁材料(例如Sm-Fe-Ne系的连接(ボンド)磁铁)以分割成8个扇形体的方式形成的。转子磁铁32优选地沿推力(スラスト)方向磁化，但也可各向异性磁化。
转子后磁轭31由例如电镀锌钢板等磁性材料形成，在中央设置有压入固定到转子输出轴4上的轴固定孔33。在转子后磁轭31上，进一步以轴固定孔33为中心环状地配置有用于提高转子后磁轭31的轻量化和防振特性的多个冲孔34。
在该例中，冲孔34分别呈扇形状地形成有8个，但也可为这以外的形状，其大小和数目等可根据规格而任意地进行变更。
在转子后磁轭31上设置有用于一体地固定转子磁铁32的贯通孔35。贯通孔35为沿轴方向(在图4A中纸面方向)贯通转子后磁轭31的孔，并以转子输出轴4的轴线为中心形成为环状。在该例中，为了防止各扇形体的旋转，贯通孔35以两个为一组设置在转子磁铁32的每个扇形体上，共计16个部位。
这些轴固定孔33和冲孔34在镶嵌成型出转子磁铁32时还可作为镶嵌成型机的金属模内的导向孔而利用。即，首先利用中央的轴固定孔33将中心位置固定，接着将各冲孔34嵌入到设置于金属模内的导向肋上，由此可进行圆周方向的找位，可靠地进行定位。进而，若预先使贯通孔35与金属模的浇口位置配合地配置，则树脂在金属模内的浸透变得平滑，所以更易进行成型作业。
转子磁铁32如上述那样由8个扇形体的磁铁构件32a～32h构成，由于各磁铁构件32a～32h分别为同一结构，所以以一个磁铁构件32a为例进行说明。
磁铁构件32a形成为正面侧沿着定子2的齿面22具有平行的磁铁面的大致扇形状。该磁铁构件32a利用将转子后磁轭31装入规定的金属模内后流入树脂的、所谓镶嵌成型而一体地形成在转子后磁轭31上。
如图4B所示，在转子后磁轭31的背面侧，形成有经由贯通孔35而与磁铁构件32a一体的锚定磁铁36。锚定磁铁36以覆盖各贯通孔35、35的方式作为一个图案形成为椭圆状。锚定磁铁36形成在各磁铁构件32a～32h这每个扇形体上，合计8个部位。
该锚定磁铁36同时起到在运转时防止磁铁构件32a的脱落的作用、和作为安装在后述的电路基板5上的位置检测传感器51的被检测部的检测用磁铁的作用。
在该例中，锚定磁铁36以覆盖2个贯通孔35的方式作为一个图案形成，但也可例如如图5A所示，相对于一个贯通孔35a形成一个锚定磁铁36。由此，也能可靠地防止磁铁构件32a的脱落。在这种情况下，为了防止各扇形体的旋转，优选地将贯通孔35的形状设为椭圆状或多边形状。
又，在该例中，贯通孔35a、35a是沿圆周方向设置的，除此之外也可如图5B所示，将贯通孔35b、35b沿半径方向形成，在其中设置锚定磁铁36b。进而，也可将锚定磁铁36如图4B所示，以堵塞贯通孔35b、35b之间的方式形成。
在本例中，贯通孔35b、35b是沿着圆周方向(图4及图5A)或半径方向(图5B)设置在两个部位上，进而也可设置多个。即，如图5C所示，在该转子后磁轭31上，相对于1个扇形体设置3个部位的贯通孔35c～35e，对应每个贯通孔35c～35e形成锚定磁铁36c。
在该例中，各贯通孔35c～35e以连结等边三角形的顶点的方式配置，其在每个扇形体上配置成环状。另外，在该例中，锚定磁铁36c对应每个贯通孔35c～35e形成，但也可如图5D所示，将一个贯通孔35c独立出来形成锚定磁铁36d，并以覆盖剩余的贯通孔35d、35e的方式形成1个图案的锚定磁铁36e，由此，不仅可更牢固地固定，并且若将外周侧的锚定磁铁36e用于位置检测，则相对于部件精度等产生的偏差来说可减小检测误差的影响(比例)，所以可进行稳定的位置检测。
如图5A或图5C所示，在将锚定磁铁36a、36c～36e独立开来设置的情况下，可指定偶数号或奇数号的锚定磁铁36a、36c～36e，用位置检测传感器51检测。
即，相邻的同极的锚定磁铁检测同极。由于忽视其间的无磁铁的部位，所以可进行每个极的位置检测。但是，在使用强的磁铁的情况下，由于也可能将磁铁间判断成异极，所以优选地以一体地堵塞的方式形成。
再参照图1及图2，在一个转子3(图2中左侧)的与定子相反的一侧，配置有用于控制轴向气隙型电动机1的运转的电路基板5。电路基板5由沿着壳体10的内径插入的圆盘体形成，在安装面上安装有各种电子部件(未图示)。
如图2所示，在电路基板5的与转子3对置的面上，安装有转子3的旋转位置检测用的位置检测传感器51。该位置检测传感器51由例如霍尔式传感器等、检测磁变化的传感器构成，并与转子3的锚定磁铁36的旋转轨迹相对地配置。
由此，不仅可简单地检测转子3的旋转，还可从安装于转子3上的锚定磁铁36直接检测出转子3的旋转位置，可进行更高精度的位置检测。
接着，就本发明的第2实施方式的轴向气隙型电动机进行说明。另外，与第1实施方式相同或视为相同的部位标注同样的附图标记，其说明省略。
在第2实施方式中，轴向气隙型电动机1a的定子与上述第1实施方式相同，所以只图示转子。图6是本发明的第2实施方式的轴向气隙型电动机的剖视图，图7A～C是第2实施方式的转子的主视图、后视图及B-B线剖视图。
如图7A所示，第2实施方式的转子磁铁32一体地环状地形成在转子后磁轭31的一侧的面(图7A中纸面近前侧)上。另外，也可如第1实施方式那样形成为各扇形体。
第2实施方式的转子3具有：形成为圆盘状的转子后磁轭31、和一体地安装在该转子后磁轭31上的转子磁铁32，以转子磁铁32的一部分露出到转子后磁轭31的外周侧的方式固定。
另外，在该第2实施方式中，也是在转子后磁轭31上如图7B所示，在中央设置轴固定孔33，在其外周环状配置多个冲孔34，进而在其外周，以规定间隔环状配置多个贯通孔35。
在转子后磁轭31上，还在其外周缘上以45°间隔形成有8个部位的缺口槽37。如图7C所示，缺口槽37由从转子后磁轭31的外周缘向中心形成的凹槽形成。
在该例中，转子磁铁32的一部分备有：锚定磁铁36，经由转子后磁轭31的缺口部37形成在转子后磁轭31的侧面侧到背面侧(图7B中纸面近前侧)；及第2锚定磁铁38，穿过贯通孔35形成。
与此相配合，电路基板5的位置检测传感器51如图6所示，配置在转子3的外周侧、即与锚定磁铁36对置的外周侧。由此，可防止转子磁铁32经由缺口部37沿半径方向及圆周方向移动，并进行位置检测。
在第2实施方式中，位置检测传感器51设置在转子3的外周侧，但如图8所示，也可如第1实施方式那样，设置在与锚定磁铁36的转子3背面侧(与定子相反的一侧)对置的位置上。
进而，作为其他方法，也可对应第2锚定磁铁38设置位置检测传感器，由此，可准备多个电路基板的电路图案，可根据电动机的规格任意变化检测位置。
在上述的实施方式中，转子磁铁32如图9A所示，经由贯通孔35(或缺口槽37)连结转子磁铁32与锚定磁铁36，它们相互成为一定厚度的扁平体，但是除此之外，也可如图9B所示将锚定磁铁36埋设在转子后磁轭31侧，由此，可以将转子3整体形成得较薄。
进而，作为更优选的方式，为了使由转子磁铁生成的磁通密度波形更接近于正弦波，降低运转时的噪音和振动，希望将转子磁铁32的厚度形成为圆周方向的外侧较薄、中心较厚。
即，如图9C所示，可在转子磁铁32的两端侧形成锥面，将中央侧的厚度做得较厚，又，作为其他的方法，也可如图9D所示将锥面形成为圆弧状。
进而，作为其他的方式，如图9E所示，也可形成为在转子后磁轭31上形成凹部，在其凹部内埋设转子磁铁32。此时，可通过在凹部的两端上形成锥面，使两端较薄，中央部较厚。
在上述的实施方式中，辅助磁构件36形成为圆状或椭圆状，但是只要如本发明那样，利用贯通孔35使转子磁铁32的一部分露出于背面侧(或侧面侧)，则其形状及大小、数目等可根据规格任意地进行变更。
又，在上述的实施方式中，使用如下述构成的轴向气隙型电动机，其齿槽转矩的降低等效率较高，定子的齿面有9个槽，转子极数为8极，但也可为这以外的槽极结构，可应用于备有基本的轴向气隙型构造的电动机中。

Claims (11)

1.一种轴向气隙型电动机，定子的齿面与转子的磁铁面沿着上述转子的输出轴的轴线方向以规定的空隙对置配置，
其特征在于，上述转子备有：相对于上述定子同轴地配置的转子后磁轭、以与上述定子的齿面对置的方式安装在上述转子后磁轭上的转子磁铁，上述转子磁铁备有与该转子磁铁一体、且配置在上述转子后磁轭的背面侧的锚定磁铁。
2.如权利要求1所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，上述转子磁铁由可模制成型的磁铁材料形成，上述锚定磁铁经由沿上述转子后磁轭的轴方向贯通的贯通孔一体地形成在上述转子磁铁上。
3.如权利要求1所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，上述转子磁铁由可模制成型的磁铁材料形成，上述锚定磁铁经由上述转子后磁轭的外周一体地形成在上述转子磁铁上。
4.如权利要求3所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，在上述转子后磁轭的外周上设置有缺口部，上述锚定磁铁形成在所述缺口部中。
5.如权利要求2、3或4所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，上述贯通孔或上述缺口部设置在上述转子磁铁的每个磁极上。
6.如权利要求2或5所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，上述贯通孔在上述转子磁铁的每个磁极上设置于至少两个部位，上述锚定磁铁以覆盖上述各贯通孔的方式以一个图案形成。
7.如权利要求1～6任意一项所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，还备有用于检测上述转子的位置的位置检测传感器，上述位置检测传感器设置在与上述锚定磁铁的旋转轨迹对置的位置上。
8.如权利要求1～7任意一项所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，上述转子磁铁由分割成每个磁极的多个磁铁构件构成，各磁铁构件以上述旋转轴线为中心配置成环状。
9.如权利要求1～8任意一项所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，上述定子由分割成每个齿的多个芯构件构成，上述各芯构件以上述旋转轴线为中心配置成环状。
10.如权利要求1～9任意一项所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，上述转子磁铁是沿推力方向磁化的。
11.如权利要求1～10任意一项所述的轴向气隙型电动机，其特征在于，上述转子磁铁的厚度形成为在每个磁极上旋转方向的两端较薄，中心比圆周方向的两端厚。
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