專利名稱：軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在不增大繞線直徑的情況下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩提升的軸向 氣隙型電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成。
背景技術(shù)：
以往，作為電動(dòng)機(jī)的一種，存在軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)(軸向空隙型 電動(dòng)機(jī))。軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)是在圓盤(pán)形定子上在軸向上隔開(kāi)既定空隙 對(duì)置配置轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)，與徑向氣隙型電動(dòng)機(jī)相比，具有能夠縮短軸 向長(zhǎng)度而能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)自身的薄型化的優(yōu)點(diǎn)。例如，關(guān)于這種軸向 氣隙型電動(dòng)機(jī)，本申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)了專利文獻(xiàn)1，該專利文獻(xiàn)l的目
的在于在軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)中，能夠高效地進(jìn)行包括架線處理等在 內(nèi)的定子組裝作業(yè)。
另外，如專利文獻(xiàn)2那樣，已經(jīng)提出了各種電動(dòng)自行車的方案， 該電動(dòng)自行車能夠通過(guò)給人力的驅(qū)動(dòng)力施加電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力而進(jìn)行輔 助，來(lái)在坡道等路況下進(jìn)行愜意的行駛。作為電動(dòng)自行車，希望其驅(qū) 動(dòng)機(jī)構(gòu)被緊湊地收納起來(lái)，而且希望其重量較輕，出于這樣的考慮， 軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)由于能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)本身的薄型化而適合于電動(dòng)自 行車，已經(jīng)在專利文獻(xiàn)3中提出了這樣的方案。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2004 - 282989號(hào)公才艮
專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2003 - 219603號(hào)公才艮
專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)平09- 150777號(hào)公報(bào) 在電動(dòng)自行車中采用軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的情況下，不是在電動(dòng)自
行車的踏板軸上直接設(shè)置電動(dòng)機(jī)，而是如專利文獻(xiàn)2中記栽的那樣，
利用設(shè)置在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子輸出軸上的輸出齒輪使設(shè)置在踏板軸上的齒 輪旋轉(zhuǎn)，由此來(lái)用作輔助動(dòng)力。即，在垂直于軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 子輸出軸的方向上作用來(lái)自負(fù)荷的力。
卑中，專利文獻(xiàn)1記載的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)是假定下述情況而提
出的方案如使風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)等那樣在與轉(zhuǎn)子輸出軸相同的方向上作用來(lái) 自負(fù)荷的力，或者即使在垂直于轉(zhuǎn)子輸出軸的方向上作用有力，該力 也比較小，例如，該電動(dòng)機(jī)用于空調(diào)室外機(jī)的風(fēng)扇馬達(dá)。
但是，在電動(dòng)自行車中采用軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的情況下，必須要 假定在相對(duì)于轉(zhuǎn)子輸出軸垂直的方向上作用有某種程度的較大力。如 果從這一觀點(diǎn)考慮，則專利文獻(xiàn)1記載的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)由于是在 定子的內(nèi)周空間中相接近地設(shè)置兩個(gè)軸承部，所以相對(duì)于從垂直于軸 的方向作用的力來(lái)說(shuō)較弱，如果這樣的軸向傾斜方向作用力，則軸承 部分的滾珠軸承上將作用較大的力，從而會(huì)導(dǎo)致破損，而且有軸承部 松動(dòng)的可能。進(jìn)而，如果軸承部松動(dòng)了，則在有些情況下，轉(zhuǎn)子上的 磁體和定子還會(huì)解除而很有可能發(fā)生故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而做出的，其目的在于提供一種即便在垂 直于轉(zhuǎn)子輸出軸的方向上作用某種程度較大的力、軸承部分也不會(huì)破 損從而能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案l是一種軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，包括定子和兩片 轉(zhuǎn)子，所述定子和兩片轉(zhuǎn)子分別形成為大致圓盤(pán)形，在同一旋轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn) 子輸出軸)上隔開(kāi)既定空隙對(duì)置配置，其特征在于，用于固定轉(zhuǎn)子輸 出軸的一個(gè)軸承部設(shè)置在定子從垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸的方向投影的投影 面內(nèi)，而另一個(gè)軸承部設(shè)置成，至少一部分配置在所述定子的投影面 外。
本發(fā)明的技術(shù)方案2是一種軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，包括定子和兩片 轉(zhuǎn)子，所述定子和兩片轉(zhuǎn)子分別形成為大致圓盤(pán)形，在同一旋轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn) 子輸出軸)上隔開(kāi)既定空隙對(duì)置配置，其特征在于，所迷定子具備由連結(jié)成環(huán)狀的多個(gè)極部件構(gòu)成的定子芯，用于固定轉(zhuǎn)子輸出軸的一個(gè) 軸承部設(shè)置在形成為環(huán)狀的前述定子的內(nèi)側(cè)，另一個(gè)軸承部在所述轉(zhuǎn) 子的外側(cè)設(shè)置在與所連接的負(fù)荷之間的轉(zhuǎn)子輸出軸上。
本發(fā)明的技術(shù)方案3的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，除了技術(shù)方案2的特 征外，其特征在于，構(gòu)成所述定子芯的多個(gè)極部件分別在中心部分具 有由磁性體構(gòu)成的齒，所述兩片轉(zhuǎn)子分別在與所述定子對(duì)置時(shí)和環(huán)狀 定子芯的所述齒相對(duì)的位置上環(huán)狀形成有多個(gè)磁體，將兩片轉(zhuǎn)子固定 在轉(zhuǎn)子輸出軸上，使得一個(gè)轉(zhuǎn)子的磁體與齒之間的距離和另 一個(gè)轉(zhuǎn)子 的磁體與齒之間的距離存在差異，利用磁體的磁力之差來(lái)在軸向上對(duì)
轉(zhuǎn)子輸出軸施力。
本發(fā)明的技術(shù)方案4的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，除了技術(shù)方案3的特 征外，其特征在于，對(duì)所述轉(zhuǎn)子輸出軸施力的方向，與從連接所述轉(zhuǎn) 子輸出軸的負(fù)荷承受的軸向反作用力的方向相同。
本發(fā)明的技術(shù)方案5的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，除了技術(shù)方案2至4 中任一項(xiàng)的特征外，其特征在于，所述一個(gè)軸承部經(jīng)由金屬制的軸承
殼固定在定子上，所述軸承殼呈圓筒形并且一端為大直徑的開(kāi)口而另 一端為小直徑的開(kāi)口。
本發(fā)明的技術(shù)方案6的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，除了技術(shù)方案5的特 征外，其特征在于，所述軸承殼在大直徑開(kāi)口部分的外側(cè)具有向外周 方向突出的凸緣部分，以該凸緣部分向樹(shù)脂內(nèi)部突出的方式，利用合 成樹(shù)脂來(lái)模制成型前述定子芯與所述軸承殼，從而形成所述定子。
本發(fā)明的技術(shù)方案7的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，除了技術(shù)方案3或4 的特征外，其特征在于，所述另一個(gè)軸承部由滾珠軸承構(gòu)成，將該滾 珠軸承的內(nèi)周側(cè)固定在轉(zhuǎn)子輸出軸上，并且，設(shè)置有對(duì)外周側(cè)向與對(duì) 輸出軸施力的方向相同的方向施力的施力機(jī)構(gòu)。
根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)明，由于一個(gè)軸承部設(shè)置在定子的內(nèi)周 空間中，所以有即使從外部施加沖擊也不會(huì)破損的效果，而且，由于 另 一個(gè)軸承部設(shè)置在負(fù)荷的附近，所以即使在轉(zhuǎn)子輸出軸上作用徑向 的力，與以往相比也能減小所施加的力。進(jìn)而，由于與以往相比能夠增大一個(gè)軸承部與另一個(gè)軸承部之間的間隔，所以能夠減小施加在兩 個(gè)軸承部上的力。由于這些效果，能夠防止軸承部的破損而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽 命化。
根據(jù)技術(shù)方案2的發(fā)明，由于一個(gè)軸承部設(shè)置在定子的內(nèi)周空間 中，所以有即使從外部施加沖擊也不會(huì)破損的效果，而且，由于另一 個(gè)軸承部設(shè)置在負(fù)荷的附近，所以即使在轉(zhuǎn)子輸出軸上作用徑向的力， 與以往相比也能減小所施加的力。進(jìn)而，由于與以往相比能夠增大一 個(gè)軸承部與另 一個(gè)軸承部之間的間隔，所以能夠減小施加在兩個(gè)軸承 部上的力。由于這些效果，能夠防止軸承部的破損而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。
根據(jù)技術(shù)方案3所述的發(fā)明，通過(guò)在軸向上對(duì)轉(zhuǎn)子輸出軸施力， 能夠在一個(gè)軸承部上作用預(yù)壓，將滾珠軸承內(nèi)部的滾珠接觸面保持一 定，所以不會(huì)有滾珠在軸承內(nèi)部亂動(dòng)的問(wèn)題，結(jié)果能實(shí)現(xiàn)軸承部的長(zhǎng) 壽命化。
根據(jù)技術(shù)方案4的發(fā)明，對(duì)所述轉(zhuǎn)子輸出軸施力的方向與從連接 所迷轉(zhuǎn)子輸出軸的負(fù)荷承受的軸向反作用力的方向相同，所以能夠可 靠地對(duì)軸承部施加預(yù)壓，結(jié)果能實(shí)現(xiàn)軸承部的長(zhǎng)壽命化。
根據(jù)技術(shù)方案5的發(fā)明，通過(guò)采用金屬制的軸承殼，即便施加大 的軸推進(jìn)力，也能保持軸承部，能夠牢固地進(jìn)行保護(hù)而免受沖擊破壞。
根據(jù)技術(shù)方案6的發(fā)明，通過(guò)使凸緣部分突出到合成樹(shù)脂內(nèi)，能 夠分散壓力，所以即便作用大的軸推進(jìn)力也能保持軸承部，能夠牢固 地保護(hù)軸承部不受沖擊破壞。
根據(jù)技術(shù)方案7的發(fā)明，利用施力機(jī)構(gòu)對(duì)另一個(gè)軸承部施加預(yù)壓， 并且使該施力方向與對(duì)轉(zhuǎn)子輸出軸施力的方向相同，所以能夠更加可 靠地實(shí)現(xiàn)將滾珠軸承內(nèi)部的滾珠接觸面保持一定的效果。


圖1是概略表示本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2 (a)是表示三相電動(dòng)機(jī)中的以往的串聯(lián)接線方法的電路圖，(b)是表示本發(fā)明中釆用的并聯(lián)接線方法的電路圖。
圖3(a) ~ (c)是依次表示極部件的結(jié)構(gòu)的立體圖，(d)是表
示連結(jié)極部件而構(gòu)成的定子芯的立體圖。
圖4 (a)及(b)是表示模制內(nèi)嵌成型定子芯的情況的立體圖。
圖5 (a) ~ (c)是依次表示轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖6表示本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，(a)是主視
圖，(b )是A - A，線剖視圖，(c )是后視圖，(d )是B - B，線剖視圖， (e)是表示B-B，線上的磁通分布的示意圖。 圖7是表示定子和轉(zhuǎn)子的組裝工序的立體圖。 圖8 (a)是表示槽數(shù)為3n的情況下的極數(shù)與繞線系數(shù)之間的關(guān)
系的表圖，(b) ~ (d)分別是對(duì)3n: 2n的情況與3n: 4n的情況下
的馬達(dá)的效率進(jìn)行比較的曲線圖。
圖9是表示作為施力機(jī)構(gòu)的彈簧部件44的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖IO是表示以往的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的圖，(a)是
主視圖，(b )是A - A，線剖視圖，(c )是后視圖，(d )是B - B，線剖
視圖，(e)是表示B-B，線上的磁通分布的示意圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明
IO...軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)、ll...定子、12...轉(zhuǎn)子、13...轉(zhuǎn)子、14... 轉(zhuǎn)子輸出軸、15...軸承部、16...定子芯、17a 17i…極部件、18...合成 樹(shù)脂、19...齒、20…絕緣件、21…凸緣、22…凸緣、23…線圏、24... 突起、25…卡合槽、26…卡合凸部、27…卡合凹部、28…跨接線支承 部件、29…端子、30…軸承殼、31…凸緣、32...螺紋承納部、33...后 蓋、34."后》茲輒、35."圓形孑L、 36...Mg形成孑L、 37."磁體、38...滾珠 軸承、39...轉(zhuǎn)子卡止部件、40...空隙保持部件、41...滾珠軸承、42... 軸承部、43…軸承殼、44…施力機(jī)構(gòu)、45…峰部、46谷部。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)包括定子和兩片轉(zhuǎn)子，所述定子和兩 片轉(zhuǎn)子分別形成為大致圓盤(pán)形，在同一旋轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)子輸出軸)上隔開(kāi)
既定空隙對(duì)置配置，其中，所述定子具備由連結(jié)成環(huán)狀的多個(gè)極部件 構(gòu)成的定子芯，用于固定轉(zhuǎn)子輸出軸的一個(gè)軸承部設(shè)置在形成為環(huán)狀 的前述定子的內(nèi)側(cè)，另一個(gè)軸承部在所述轉(zhuǎn)子的外側(cè)設(shè)置在轉(zhuǎn)子與所 連接的負(fù)荷之間的轉(zhuǎn)子輸出軸上。 下面根據(jù)附圖進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例1
根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖l所示的是概略表示本 發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。如該圖l所示，軸向
氣隙型電動(dòng)機(jī)10具備呈大致圓盤(pán)狀的定子11、和在定子11的兩側(cè)隔 開(kāi)既定空隙對(duì)置配置的一對(duì)轉(zhuǎn)子12、 13，轉(zhuǎn)子12、 13共有同一轉(zhuǎn)子 輸出軸14，定子11在其內(nèi)周側(cè)具備支承轉(zhuǎn)子輸出軸14的軸承部15。 定子11具備形成為環(huán)狀(所謂的環(huán)管狀)的定子芯16、和同軸 地插入到定子芯16的內(nèi)周側(cè)的軸承部15，它們通過(guò)合成樹(shù)脂18 —體 地模制而成。
另外，在本說(shuō)明中，用軸承部表示的時(shí)候，指的是包括滾珠軸承、 軸承殼以及模制軸承殼的附近的合成樹(shù)脂在內(nèi)的、固定軸的整個(gè)結(jié)構(gòu)。
如圖3(d)所示，定子芯16通過(guò)將多個(gè)(本實(shí)施例中是九個(gè)) 極部件17a 17i連成環(huán)狀而構(gòu)成。各極部件17a~ 17i全部是相同形 狀，圖3(a) ~圖3 (c)表示其中一個(gè)極部件17a的構(gòu)成。
極部件17a如圖3(a)所示，具備將多張大致H字狀的金屬板層 疊而成的齒(定子鐵芯)19，如圖3 (b)所示，在齒19的周圍，除 了其(圖中的)上下表面外一體地形成有由合成樹(shù)脂構(gòu)成的絕緣件20。 絕緣件20可以通過(guò)內(nèi)嵌成型形成，即，將齒19放入未圖示的成型模 具的型腔內(nèi)，再向該型腔內(nèi)注入熔融樹(shù)脂。
另外，齒19除了層疊構(gòu)成外，還可以通過(guò)粉體成型等來(lái)一體地成 型。另外，在本實(shí)施例中，各極部件17a 17i在中央配置齒19，但也 可以將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)應(yīng)用在沒(méi)有該齒19的結(jié)構(gòu)、即采用所謂空芯線圏 的極部件17a~17i中。
這樣形成的絕緣件20形成為包括沿著齒19的上下表面以上下一
對(duì)的形式配置的大致扇型凸緣21、 22在內(nèi)的整體呈截面為H字形的 繞線筒狀。在本實(shí)施例中，凸緣21、 22的扇形展開(kāi)角為40。 (360° /9)。由于該絕緣件20的存在，能夠在齒19上整齊巻繞線圏23，而且， 能夠保持齒19和線圏23之間的電絕緣。通過(guò)在這樣形成的絕緣件20 上巻繞線圏23，完成圖3 (c)所示那樣的極部件17a。對(duì)于其他的極 部件17b~17i也是同樣。
另外，如圖3(a) ~ (c)所示那樣，在上述極部件17a 17i的 每一個(gè)的凸緣21、 22上，作為用于將相鄰極部件彼此相互連結(jié)的連結(jié) 機(jī)構(gòu)，具備形成在凸緣21、 22的一個(gè)端緣的外周側(cè)的突起24、和形 成在另一個(gè)端緣的外周側(cè)的卡合槽25。而且，具備形成在凸緣21、 22 的一個(gè)端緣的內(nèi)周側(cè)的卡合凸部26、以及形成在另一個(gè)端緣的內(nèi)周側(cè) 的卡合凹部27。這些連結(jié)機(jī)構(gòu)中，前述突起24處于與相鄰的極部件 側(cè)的卡合槽25卡合的關(guān)系中，前述卡合凸部26處于與相鄰的極部件 側(cè)的卡合凹部27卡合的關(guān)系中。
通過(guò)利用該連結(jié)機(jī)構(gòu)連結(jié)九個(gè)前述極部件17a 17i，形成環(huán)狀定 子芯16的形狀。連結(jié)之后，對(duì)從各極部件17導(dǎo)出的線圏23的跨接線 進(jìn)行接線。另外，在凸緣21上，設(shè)置有用于對(duì)線圏23的跨接線進(jìn)行 處理的跨接線支承部件28。
這里，對(duì)極部件17a 17i的接線方法進(jìn)行說(shuō)明。圖2(a)所示的 是應(yīng)用了三相電動(dòng)機(jī)中的以往的接線方法的情況下的電路圖，圖中各 電阻元件的標(biāo)記相當(dāng)于極部件(繞線組)。如該圖2 (a)所示，在由 U相、V相、W相這三相構(gòu)成的情況下，以往是在各相將繞線組串聯(lián) 接線。
與之相對(duì)，在本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)中，如圖2(b)所示那 樣，采用了下述接線方法將極部件17a 17i并聯(lián)連接而構(gòu)成U相、 V相、W相這三個(gè)相。通過(guò)采用這種并聯(lián)的接線方法，在由九個(gè)極部 件構(gòu)成的情況下，與以往的串聯(lián)接線方法相比，能夠得到l/9的電阻 值，所以能夠在不增大繞線直徑的情況下增大流過(guò)繞線的電流值，其 結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩的提升。另外，對(duì)于極部件17a 17i,以U相、v相、w相、u相、v相、w相、…的方式依次連結(jié)接線。將極部件
17a 17i接線后，如圖3(d)所示，通過(guò)將端子29連接到3個(gè)部位， 完成定子芯16。
在形成定子芯16后，如圖4所示，通過(guò)向定子芯16整體中注入 合成樹(shù)脂18來(lái)進(jìn)行模制內(nèi)嵌成型，而完成定子ll。此時(shí)，如圖4(a) 所示，在環(huán)狀定子芯16的中央部分還一并配置作為軸承部15的軸承 殼30，來(lái)進(jìn)行模制。該軸承殼30是一端除了穿過(guò)轉(zhuǎn)子輸出軸14的部 分以外被封住的圓筒形狀，在另一端具有向外側(cè)突出的凸緣31。該凸 緣31將從轉(zhuǎn)子輸出軸14施加的力(在本實(shí)施例中，主要是指由負(fù)荷 產(chǎn)生的軸向反力以及轉(zhuǎn)子和定子之間的磁力所產(chǎn)生的吸引力(圖l)) 分散到合成樹(shù)脂18上，從而具有所謂的防脫底的效果，即，能夠防止 通過(guò)模制內(nèi)嵌成型而與定子11 一體形成的軸承殼30從定子ll脫落。
另外，如圖4 (a)所示，配置在三個(gè)部位的螺紋承納部32也與 定子芯16—起被模制內(nèi)嵌成型。該螺紋承納部32在固定圖l所示的 后蓋33時(shí)使用，而且在固定未圖示的輸出側(cè)蓋時(shí)也加以使用。這樣， 通過(guò)進(jìn)行模制內(nèi)嵌成型，完成圖4 (b)所示那樣的定子ll。
下面，利用圖5對(duì)轉(zhuǎn)子12、 13的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。該轉(zhuǎn)子12、 13 是相同結(jié)構(gòu)，所以對(duì)它們不加區(qū)分地進(jìn)行說(shuō)明。如圖5(a)所示，圓 盤(pán)狀的后磁軛34在中心位置設(shè)置有供轉(zhuǎn)子輸出軸14穿過(guò)的圓形孔 35,另外，在大致靠近外周的位置上進(jìn)行了組裝時(shí)與定子芯16的齒 19部分相對(duì)的位置上，在多處(本實(shí)施例中是十二個(gè)部位)設(shè)置有用 于形成磁體37的Mg形成孔36。該Mg形成孔36是非圓形的形狀， 在各自的位置上以在后磁軛34的半徑方向上將圓壓扁似的細(xì)長(zhǎng)形狀 貫通形成。
在該后磁軛34的設(shè)置的多個(gè)Mg形成孔36的部分，分別^^一個(gè) 地形成有磁體37。如圖5(b)所示，對(duì)于磁體37的形成，例如通過(guò) 利用混合了磁性材料與熱塑性樹(shù)脂的材料(磁鐵材料)進(jìn)行的塑料磁 體成型來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里，圖6(a) ~ (c)所示的分別是表示本發(fā)明的 轉(zhuǎn)子12、 13的結(jié)構(gòu)的主視圖、(a)中的A-A，線剖視圖以及后視圖，
如這些圖所示，各磁體37的與定子11相向的正面?zhèn)鹊拿娣e較大，而 背面?zhèn)鹊拿娣e則形成得較小。
在塑料磁體成型后，如圖5(c)所示，進(jìn)行勵(lì)磁以使得相鄰磁體 的磁通方向相反，這樣就完成了轉(zhuǎn)子12、 13。
最后，將形成好的定子11和轉(zhuǎn)子12、 13組裝起來(lái)。如圖7巧示， 轉(zhuǎn)子輸出軸14為了防止各部件的脫落而形成為各部分直徑不同的結(jié) 構(gòu)。首先，在作為定子11的軸承部15的軸承殼30中嵌入并固定滾珠 軸承38，從其上插入轉(zhuǎn)子輸出軸14,從定子11的背面經(jīng)由轉(zhuǎn)子卡止 部件39而嵌入轉(zhuǎn)子13。其次，從轉(zhuǎn)子輸出軸14的上側(cè)嵌入轉(zhuǎn)子12， 從其上經(jīng)由空隙保持部件40嵌入作為另一個(gè)軸承部42的滾珠軸承 41,由此轉(zhuǎn)子12被固定下來(lái)。最后，如圖1所示，通過(guò)在轉(zhuǎn)子13的 外側(cè)安裝后蓋33，完成本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)。
另外，設(shè)在轉(zhuǎn)子12外側(cè)的作為軸承部42的滾珠軸承41在圖1 以及圖7的狀態(tài)下并未固定，這樣的話，軸就處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，但 本發(fā)明是以在該滾珠軸承41固定的狀態(tài)下使用為前提的。例如，雖然 未圖示，但也可以設(shè)計(jì)成與后蓋同樣地在輸出側(cè)也設(shè)置蓋，利用該蓋 固定滾珠軸承41,另外，也可在應(yīng)用本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的電 動(dòng)汽車中利用所連接的對(duì)象側(cè)的部件來(lái)進(jìn)行固定。此時(shí)，無(wú)論是蓋還 是對(duì)象側(cè)的部件，在這些部件上都設(shè)置有模制了嵌入圖l所示那樣的 滾珠軸承41用的軸承殼43的軸承部42。另外，在嵌入滾珠軸承41 時(shí)，與滾珠軸承41的外周側(cè)抵接而對(duì)該部分向轉(zhuǎn)子12側(cè)施力的彈簧 部件44也一起嵌入到軸承殼43中。
如圖9所示，該彈簧部件44形成為環(huán)狀，而且，呈峰部45和谷 部46交替形成的波浪形狀，例如由金屬材料形成。由于呈波浪形狀， 相對(duì)于軸向的力具有彈性力，由此能夠?qū)L珠軸承41的外周側(cè)施加預(yù)壓。
下面，對(duì)上述那樣構(gòu)成的本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的特征進(jìn)行 說(shuō)明。首先，作為本發(fā)明的特征之一，可舉出下面一點(diǎn)在將構(gòu)成定 子芯16的極部件17a 17i接線時(shí)，如圖2(b)所示，按并聯(lián)連接的
方式進(jìn)行接線。由此，與串聯(lián)的情況相比，能夠?qū)⒗@線部分的電阻值
降低到1/9,能夠增大流過(guò)繞線的電流值，其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩提升。 但是，在通過(guò)按并聯(lián)連接方式接線成三相結(jié)構(gòu)的情況下，如果不 使極部件的數(shù)量(以下稱為槽數(shù))與轉(zhuǎn)子12、 13上的磁體個(gè)數(shù)(以下 稱為極數(shù))之間具備對(duì)稱性，則會(huì)產(chǎn)生循環(huán)電流，這將對(duì)磁體37造成 不良影響，結(jié)果，也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩造成不良影響。由此，還要為了避免循 環(huán)電流的產(chǎn)生，需要使槽數(shù)和極數(shù)具有對(duì)稱性。本發(fā)明是假定的三相 結(jié)構(gòu)且并聯(lián)接線的情況，所以槽數(shù)被確定為3n (n為2以上的整數(shù))。 由此，需要針對(duì)槽數(shù)3n對(duì)極數(shù)進(jìn)行探討。
圖8 (a)所示的是表示槽數(shù)為3n的情況下的極數(shù)與繞線系數(shù)之 間的關(guān)系的表圖。該圖8 (a)假定的是接線成按每一個(gè)槽變相一次的 情況。這里，繞線系數(shù)表示電動(dòng)機(jī)的性能(輸出)，數(shù)值越大就能得到 越大的轉(zhuǎn)矩。在該圖8(a)中，用框包圍的部分表示的是槽數(shù)與極數(shù) 之間具有對(duì)稱性而不會(huì)產(chǎn)生循環(huán)電流的組合，進(jìn)而，有陰影線的部分 表示的是具有對(duì)稱性的組合中繞線系數(shù)為最大也就是0.866的組合。 可知該有陰影線的部分表示的是槽數(shù)極數(shù)為3n: 2n的情況或者3n: 4n的情況。
接著，就槽數(shù)極數(shù)為3n: 2n的情況與3n: 4n的情況中哪一種 情況下能夠得到更大的輸出這一問(wèn)題，如圖8(b) ~ (d)所示，對(duì) 馬達(dá)的效率進(jìn)行比較驗(yàn)證。這里，馬達(dá)效率-輸出/輸入，輸入-輸出 +損失，得到恒定的輸出所需的輸入由損失的大小決定，因此，作為 效率低下的原因，可以舉出馬達(dá)的損失，也就是(繞線造成的)銅損、 (定子鐵芯造成的)鐵損、以及(變換器電路造成的)電路損失等。 其中，如果極數(shù)增加，則鐵損增加，銅損和電路損失則為極數(shù)越多損 失越小的關(guān)系。
圖8 (b)是對(duì)六槽的情況下的四極的馬達(dá)效率與八極的馬達(dá)效率 進(jìn)行比較的圖表，將四極的情況下的馬達(dá)效率設(shè)為1進(jìn)行表示。從該 圖8(b)可知，六槽的情況下，八極的馬達(dá)效率為四極的馬達(dá)效率的 大約1.2倍，效率較高。同樣，在圖8 (c)所示的九槽的情況下，十
二極的馬達(dá)效率較高，而在圖8 (d)所示的十二槽的情況下，十六極 的馬達(dá)效率較高。由此，可以說(shuō)槽數(shù)極數(shù)為3n: 4n的情況下能夠 得到更大的輸出。鑒于此，在本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)中，釆用了 槽數(shù)極數(shù)=311: 4n (n為2以上的整數(shù))。
另外，轉(zhuǎn)子12、 13中的磁體37的結(jié)構(gòu)也是本發(fā)明的特征之一。
在以往的具有鐵芯的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)中，槽數(shù)極數(shù)=9: 8， 極數(shù)比槽數(shù)少，所以由于磁體與鐵芯之間的磁力而產(chǎn)生的、作用在一 個(gè)磁體上的力較大。而且，由于具有鐵芯，所以與無(wú)芯的情況相比， 轉(zhuǎn)矩變大，所以需要牢固地保持磁體。因此，如圖10 (a)至(c)所 示，在以往的轉(zhuǎn)子中，相對(duì)于兩個(gè)孔設(shè)置一個(gè)磁體。但是，在相對(duì)于 兩個(gè)孔設(shè)置一個(gè)磁體的以往的轉(zhuǎn)子中，如圖10 (d)以及(e)所示， 磁通分布為在波形兩端最大而在中央部分則較為平坦的形式，這會(huì)造 成齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原因，而且還可能會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩造成不良影響。
但是，在本發(fā)明中，槽數(shù)極數(shù)-3n: 4n ( n為2以上的整數(shù))， 極數(shù)比槽數(shù)多。因此，作用在一個(gè)磁體上的力變小，保持磁體的孔只 要針對(duì)一個(gè)極有一個(gè)孔即可。如圖6(d)以及(e)所示，相對(duì)于一 個(gè)細(xì)長(zhǎng)的Mg形成孔36形成一個(gè)磁體37，所以磁體在中央部分最厚， 由此，形成磁通分布在波形的中央部分最大的波形。該圖6(e)的波 形為比以往更接近于正弦波的波形，所以能夠防止齒槽轉(zhuǎn)矩，有能夠 有利于轉(zhuǎn)矩提升的效果。
另外，通過(guò)將Mg形成孔36形成為沿后磁軛34的半徑方向?qū)A 壓扁似的細(xì)長(zhǎng)形狀，即〗更對(duì)磁體37作用大的力，由于Mg形成孔36 不是正圓，所以也不會(huì)有磁體37旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題。另外，該Mg形成孔 36并不限于圖6 (a)所示的形狀，只要不是正圓形即可，例如可以采 用橢圓、三角形、方形、菱形等各種形狀。
進(jìn)而，本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)還假定了用于對(duì)電動(dòng)自行車提 供輔助動(dòng)力的情況。這種情況下，出于對(duì)自行車的踏板軸進(jìn)行輔助這 一結(jié)構(gòu)上的原因，如現(xiàn)有技術(shù)的專利文獻(xiàn)2(特別是圖4)中也已公開(kāi) 的那樣，與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子輸出軸14鄰接地配置負(fù)荷，所以有可能由于
來(lái)自負(fù)荷的反作用力而在軸承部上作用力從而導(dǎo)致破損。為了解決這
一問(wèn)題，在本發(fā)明中，作為軸承部的兩個(gè)滾珠軸承38、 41中， 一個(gè)滾 珠軸承38配置在定子從與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向投影的投影面內(nèi)、也就是 配置于在定子11中央的空間與定子芯16 —起模制的軸承殼30的部 分，而另一個(gè)滾珠軸承41配置在定子從與旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向投影的投 影面之外、也就是配置在轉(zhuǎn)子12的外側(cè)(轉(zhuǎn)子12與連接在轉(zhuǎn)子輸出 軸14上的負(fù)荷之間)。
通過(guò)這樣配置，由于一個(gè)軸承部15設(shè)置在定子11的內(nèi)部空間中， 所以具有即便從外部作用沖擊、滾珠軸承38也不會(huì)破損的效果。而且， 由于另一個(gè)軸承部42配置在負(fù)荷的附近，所以即便在轉(zhuǎn)子輸出軸14 上作用來(lái)自負(fù)荷的反作用力(轉(zhuǎn)子徑向反作用力與軸向反作用力(參 照?qǐng)Dl))，與以往相比也能減小作用在滾珠軸承41上的力。進(jìn)而，由 于一個(gè)軸承部15與另一個(gè)軸承部42之間的間隔與以往相比變大，所 以能夠減小作用在兩個(gè)軸承部上的力。由此，能夠防止作為軸承部的 滾珠軸承的破損而增長(zhǎng)壽命。
另外，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子輸出軸14向軸向施力，能夠保持滾珠軸承38 內(nèi)部的滾珠接觸面恒定，從而實(shí)現(xiàn)作為軸承部15的滾珠軸承38的長(zhǎng) 壽命化。對(duì)轉(zhuǎn)子輸出軸14向軸向施加的力存在有在對(duì)連接于轉(zhuǎn)子輸 出軸14上的負(fù)荷傳遞驅(qū)動(dòng)力時(shí)從負(fù)荷承受的軸向反作用力、以及由于 產(chǎn)生在設(shè)置于轉(zhuǎn)子12的磁體37與定子芯16之間的磁力所造成的吸引 力。在本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)中，上述兩個(gè)力作用在同一方向上 (圖l)。因此，在滾珠軸承38上可靠地作用預(yù)壓，能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。 上述磁力產(chǎn)生的吸引力的具體作用方式為通過(guò)在設(shè)置于轉(zhuǎn)子12的磁 體37與定子芯16中的齒19的距離、和設(shè)置于轉(zhuǎn)子13的磁體37與定 子芯16中的齒19的距離之間設(shè)置差值，從而在一個(gè)轉(zhuǎn)子側(cè)增強(qiáng)磁體 37與齒19之間產(chǎn)生的磁力所形成的吸引力，來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)子輸出軸14施力。 例如，在圖1中，通過(guò)構(gòu)成為轉(zhuǎn)子12中的磁體37與齒19之間的距離 比轉(zhuǎn)子13中的磁體37與齒19之間的距離短，由此，固定有轉(zhuǎn)子12、 13的轉(zhuǎn)子輸出軸14整體被向圖1的右方向施力。這樣，在滾珠軸承
38上作用有預(yù)壓，軸承內(nèi)部的滾珠接觸面始終處于同一部位，所以滾 珠不會(huì)在軸承內(nèi)部亂動(dòng)，結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)作為軸承部15的滾珠軸承38 的長(zhǎng)壽命化。而且，通過(guò)使對(duì)該轉(zhuǎn)子輸出軸14施力的方向與從所連接 的負(fù)荷承受的軸向反作用力的方向一致(圖1)，能進(jìn)一步獲得增加壽 命的效果。
當(dāng)對(duì)轉(zhuǎn)子輸出軸14施力、并且還作用有從所連接的負(fù)荷承受的軸 向反作用力時(shí)，在軸承部15上作用較大的力，進(jìn)而還可能在相同方向 上從負(fù)荷側(cè)作用沖擊，所以，對(duì)于軸承部15有耐沖擊性的要求。因此， 在直接用合成樹(shù)脂18模制滾珠軸承38的狀態(tài)下，合成樹(shù)脂18有可能 無(wú)法耐受沖擊而脫底。因此，在本發(fā)明中采用了下述方案利用合成 樹(shù)脂18模制軸承殼30,將滾珠軸承38固定在該軸承殼30中。該軸 承殼30由金屬制成，從而提高了耐沖擊性。另外，在該軸承殼30上 設(shè)置有凸緣31，該凸緣31部分突出到合成樹(shù)脂18內(nèi)而被模制，所以， 能夠分散從轉(zhuǎn)子輸出軸14作用的壓力，有助于提高耐沖擊性。而且， 通過(guò)用金屬制作軸承殼30，能夠使其熱膨脹程度與同樣用金屬構(gòu)成的 滾珠軸承38大致相同，從而能夠防止軸承部15松動(dòng)《
另外，對(duì)于滾珠軸承41，采用作為施力機(jī)構(gòu)的彈簧部件44，向與 對(duì)前述轉(zhuǎn)子輸出軸14施力的方向相同的方向?qū)S承的外周側(cè)施力。在 圖1的例子中，利用磁體37的磁力對(duì)轉(zhuǎn)子輸出軸14朝右方向施力， 利用彈簧部件44對(duì)滾珠軸承41的外周側(cè)施力的方向也為右方向。
之所以這樣對(duì)滾珠軸承施力，是為了使得滾珠軸承41內(nèi)部的滾珠 接觸面始終處于同一部位而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化，而作為該施力機(jī)構(gòu)的彈簧 部件44之所以必要的具體理由，與本發(fā)明的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)的組裝 工序相關(guān)。
如圖1以及圖7所示，在定子11的軸承殼30中嵌入滾珠軸承38， 然后從其上方插入轉(zhuǎn)子輸出軸14，從定子11的背面經(jīng)由轉(zhuǎn)子卡止部 件39嵌入轉(zhuǎn)子13，進(jìn)而，從轉(zhuǎn)子輸出軸14的上側(cè)嵌入轉(zhuǎn)子12，從其 上方經(jīng)由空隙保持部件40嵌入滾珠軸承41,由此固定轉(zhuǎn)子12。從這 樣安裝了轉(zhuǎn)子12的階段開(kāi)始，利用轉(zhuǎn)子12與轉(zhuǎn)子13相對(duì)于齒19的
距離的不同，來(lái)從圖1的右方向?qū)D(zhuǎn)子輸出軸14施加預(yù)壓。在此時(shí)刻， 滾珠軸承38的外周側(cè)被固定在軸承殼30上，內(nèi)周側(cè)被固定在轉(zhuǎn)子輸 出軸14上，所以在預(yù)壓的影響下，內(nèi)周側(cè)被向右牽拉，如圖l所示產(chǎn) 生錯(cuò)位。相對(duì)于此，滾珠軸承41盡管內(nèi)周側(cè)被固定在轉(zhuǎn)子輸出軸14 上，但外周側(cè)沒(méi)有固定，所以即便施加預(yù)壓，外周也會(huì)與內(nèi)周聯(lián)動(dòng)而 受到影響從而不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位。也就是說(shuō)，不能在磁體37的磁力產(chǎn)生的 預(yù)壓作用下，將滾珠軸承41內(nèi)部的滾珠接觸面設(shè)定在同一部位。
鑒于此，在滾珠軸承41和軸承殼43之間另外利用了彈簧部件44， 來(lái)對(duì)滾珠軸承41的外周側(cè)向右施力，通過(guò)采用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)L 珠軸承41內(nèi)部的滾珠接觸面設(shè)定在同一部位而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。
另外，作為彈簧部件44采用了圖9所示那樣的波浪形部件，但只 要能夠?qū)L珠軸承41的外周側(cè)向右施力即可，并不限于這樣的形狀。
權(quán)利要求
1.一種軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，其包括定子和兩片轉(zhuǎn)子，所述定子和所述兩片轉(zhuǎn)子分別形成為大致圓盤(pán)形，在同一旋轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)子輸出軸)上隔開(kāi)既定空隙地對(duì)置配置，其特征在于，用于固定轉(zhuǎn)子輸出軸的一個(gè)軸承部設(shè)置在定子從垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸的方向投影的投影面內(nèi)，而另一個(gè)軸承部設(shè)置成至少一部分配置在所述定子的投影面外。
2. —種軸向氣隙型電動(dòng)機(jī),其包括定子和兩片轉(zhuǎn)子，所述定子和 所,片轉(zhuǎn)子分別形成為大致圓盤(pán)形，在同一旋轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)子輸出軸) 上隔開(kāi)既定空隙地對(duì)置配置，其特征在于，所述定子具備由連結(jié)成環(huán) 狀的多個(gè)極部件構(gòu)成的定子芯，用于固定轉(zhuǎn)子輸出軸的一個(gè)軸承部設(shè) 置在形成為環(huán)狀的前述定子的內(nèi)側(cè)，另一個(gè)軸承部設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的 外側(cè)且處在與所連接的負(fù)荷之間的轉(zhuǎn)子輸出軸上。
3. 如權(quán)利要求2所述的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，其特征在于，構(gòu)成所 迷定子芯的多個(gè)極部件分別在中心部分具有由磁性體構(gòu)成的齒，所述 兩片轉(zhuǎn)子分別在當(dāng)與所述定子對(duì)置時(shí)與環(huán)狀定子芯的所述齒相對(duì)的位 置上、呈環(huán)狀地形成有多個(gè)磁體，將兩片轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)子輸出軸上， 使得一個(gè)轉(zhuǎn)子的磁體與齒之間的距離和另一個(gè)轉(zhuǎn)子的磁體與齒之間的 距離存在差異，利用磁體的磁力之差來(lái)在軸向上對(duì)轉(zhuǎn)子輸出軸施力。
4. 如權(quán)利要求3所述的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，其特征在于，對(duì)所述 轉(zhuǎn)子輸出軸施力的方向與從連接所述轉(zhuǎn)子輸出軸的負(fù)荷承受的軸向反 作用力的方向相同。
5. 如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，其特征 在于，所述一個(gè)軸承部經(jīng)由金屬制的軸承殼固定在定子上，所述軸承 殼呈圓筒形，并且一端為大直徑的開(kāi)口而另一端為小直徑的開(kāi)口。
6. 如權(quán)利要求5所述的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述軸 承殼在大直徑的開(kāi)口部分的外側(cè)具有向外周方向突出的凸緣部分，以 該凸緣部分向樹(shù)脂內(nèi)部突出的方式利用合成樹(shù)脂來(lái)模制成型所述定子 芯與所述軸承殼，從而形成所述定子。
7.如權(quán)利要求3或4所述的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所 述另一個(gè)軸承部由滾珠軸承構(gòu)成，將該滾珠軸承的內(nèi)周側(cè)固定在轉(zhuǎn)子 輸出軸上，并且，設(shè)置有對(duì)外周側(cè)朝與對(duì)輸出軸施力的方向相同的方 向施力的施力機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即便在垂直于轉(zhuǎn)子輸出軸的方向上作用某種程度較大的力、軸承部分也不會(huì)破損從而能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化的軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)。軸向氣隙型電動(dòng)機(jī)包括定子和兩片轉(zhuǎn)子，所述定子和所述兩片轉(zhuǎn)子分別形成為大致圓盤(pán)形，在同一旋轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)子輸出軸)上隔開(kāi)既定空隙地對(duì)置配置，所述定子具備由連結(jié)成環(huán)狀的多個(gè)極部件構(gòu)成的定子芯，用于固定轉(zhuǎn)子輸出軸的一個(gè)軸承部設(shè)置在形成為環(huán)狀的前述定子的內(nèi)側(cè)，另一個(gè)軸承部設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的外側(cè)且處在與所連接的負(fù)荷之間的轉(zhuǎn)子輸出軸上。
文檔編號(hào)H02K21/12GK101183821SQ20071016947
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者丹野俊昭, 前山研, 小島智則, 松崎博和 申請(qǐng)人:富士通將軍股份有限公司