軸向間隙型無刷電動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠通過大致扁平螺旋結構的線圈等效地實現(xiàn)分布卷繞的軸向間隙型無刷電動機。在本發(fā)明的軸向間隙型無刷電動機(Ma)中，配置在定子(10)上的多個線圈(12)各自具備以從內(nèi)周側開始卷繞而在外周側卷繞結束的方式將帶狀的導體構件卷繞成螺旋狀而成的單扁平螺旋結構的多個子線圈(121)，多個子線圈(121)以旋轉軸為中心沿周向配置，相鄰的子線圈(121)彼此以一方的卷繞結束端成為另一方的卷繞開始端的方式串聯(lián)連結，所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分在線圈軸向上重疊，多個線圈(12)通過沿周向偏移規(guī)定的角度而使多個相的各子線圈(121)在線圈軸向上重疊，由此多個線圈(12)沿軸向重疊。
【專利說明】軸向間隙型無刷電動機
【技術領域】[0001]本發(fā)明涉及一種軸向間隙型無刷電動機，特別是涉及一種通過大致扁平螺旋結構的線圈等效地實現(xiàn)分布卷繞的軸向間隙型無刷電動機。
【背景技術】
[0002]從結構的觀點來看，無刷電動機大致分為徑向間隙型無刷電動機和軸向間隙型無刷電動機。徑向間隙型無刷電動機為在徑向上空開間隔地配置定子和轉子的結構，軸向間隙型無刷電動機為在軸向上空開間隔地配置定子和轉子的結構。與徑向間隙型無刷電動機相比，軸向間隙型無刷電動機具有能夠以小徑獲得更大的轉矩的優(yōu)點，例如在汽車用途等中備受期待。
[0003]這樣的軸向間隙型無刷電動機例如在專利文獻I及專利文獻2中公開。在專利文獻I中公開的軸向間隙型無刷電動機具備:具備線圈的定子、具備永磁體且在軸向上從所述定子空開間隔地配置的轉子，所述線圈為帶狀的線材，以使所述帶狀的線材的寬度方向與由所述轉子的永磁體形成的磁通的方向大致一致的方式卷繞成旋渦狀而成。此外，在專利文獻2中公開的超導電動機具備:轉子、夾著所述轉子而在軸向上空開間隔地配置的一對定子，所述定子具備帶狀的線材卷繞成旋渦狀而成的超導線圈來作為磁場繞組。這樣的將帶狀的線材卷繞成旋渦狀的所謂的扁平螺旋結構的線圈能夠增大導體相對于空間的占有率(即，能夠增大線圈的電流密度)，并且，能夠抑制因從定子泄漏的磁通而產(chǎn)生的渦流從而減少鐵損，進而能夠確保向帶的寬度方向的散熱性。
[0004]【先行技術文獻】
[0005]【專利文獻】
[0006]【專利文獻I】日本特開2012-050312號公報
[0007]【專利文獻2】日本特開2011-250503號公報
[0008]【發(fā)明的概要】
[0009]【發(fā)明要解決的課題】
[0010]然而，在這樣的軸向間隙型無刷電動機中，為了減少相對于旋轉相位的轉矩變動(齒槽轉矩、脈動轉矩等)，期望采用遍及多個槽地卷繞繞組的分布卷繞。然而，為了利用所述優(yōu)點，若線圈采用所述專利文獻I或專利文獻2中公開的所述扁平螺旋結構，則線圈所使用的線材為長條的帶狀的導體構件，因此從幾何學的角度來說，難以通過以往的卷繞方法來進行分布卷繞。
[0011]特別是，在帶狀的線材使用實用化的氧化物系的超導線材的情況下，在欲進行分布卷繞時，在帶狀的線材的長邊方向上產(chǎn)生扭轉，在超導線材內(nèi)產(chǎn)生的殘余應力會導致超導特性(不發(fā)生猝熄地流動的最大電流值)劣化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的發(fā)明，其目的在于提供一種能夠通過大致扁平螺旋結構的線圈等效地實現(xiàn)分布卷繞的軸向間隙型無刷電動機。
[0013]【用于解決課題的手段】
[0014]本發(fā)明人進行了各種研究，結果發(fā)現(xiàn)上述目的可通過以下的本發(fā)明來實現(xiàn)。即，本發(fā)明的一方案所涉及的軸向間隙型無刷電動機具備:定子，其具備分別與多個相對應的多個線圈；轉子，其具備磁體或感應線圈，在旋轉軸方向上從所述定子空開間隔地配置，所述多個線圈各自具備單扁平螺旋結構的多個子線圈，所述子線圈具備:長條的帶狀的導體構件，其以從內(nèi)周側開始卷繞而在針周側卷繞結束的方式卷繞成螺旋狀，且線圈軸向的寬度比線圈徑向的厚度長；絕緣構件，其配置在卷繞成所述螺旋狀的所述帶狀的導體構件的各匝之間，所述多個子線圈以旋轉軸為中心沿周向配置，相鄰的子線圈彼此以一方的卷繞結束端成為另一方的卷繞開始端的方式串聯(lián)連結，所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分在線圈軸向上重疊，所述多個線圈通過在周向上偏移規(guī)定的角度而使所述多個相的各子線圈在線圈軸向上重疊，從而所述多個線圈在軸向上重疊。
[0015]并且，優(yōu)選，所述規(guī)定的角度為一個子線圈相對于旋轉軸的中心所成的角度除以相數(shù)所得的角度。換言之，優(yōu)選，所述規(guī)定的角度是將下述角的角度除以相數(shù)所得的角度，所述角是在一個子線圈中由第一線段和第二線段所成的角，所述第一線段是連結一方的重疊部分處的周向的第一中央位置和旋轉軸的中心位置的線段，所述第二線段是連結另一方的重疊部分處的周向的第二中央位置和旋轉軸的中心位置的線段，所述一方的重疊部分是該子線圈與在周向一方側相鄰的一方的子線圈沿線圈軸向重疊的部分，所述另一方的重疊部分是該子線圈與在周向另一方側相鄰的另一方的子線圈沿線圈軸向重疊的部分。
[0016]在這樣的軸向間隙型無刷電動機中，所述相鄰的子線圈彼此以一方的卷繞結束端成為另一方的卷繞開始端的方式串聯(lián)連結，并且所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分在線圈軸向上重疊，所述多個線圈通過沿周向偏移規(guī)定的角度而使所述多個相的各子線圈在線圈軸向上重疊，從而所述多個線圈在軸向上重疊。因此，這樣的軸向間隙型無刷電動機能夠通過扁平螺旋結構的線圈等效地實現(xiàn)分布卷繞。由此，這樣的軸向間隙型無刷電動機具有分布卷繞的效果和扁平螺旋結構的效果這兩方。即，在這樣的軸向間隙型無刷電動機中，線圈與分布卷繞等效，因此能夠減少相對于旋轉相位的轉矩變動(齒槽轉矩、脈動轉矩等)，并且，由于子線圈為扁平螺旋結構，因此能夠增大導體相對于空間的占有率(即，能夠增大線圈的電流密度)，并且，能夠抑制從定子泄漏的磁通所產(chǎn)生的渦流從而減少鐵損，進而能夠確保向帶的寬度方向的散熱性。
[0017]在此，上述結構的軸向間隙型無刷電動機在轉子具備磁體及感應線圈中的所述磁體的情況下為磁體勵磁(基于永磁體的永磁體勵磁)的無刷電動機，在轉子具備磁體及感應線圈中的所述感應線圈的情況下為感應電動機方式的無刷電動機。
[0018]此外，在上述的軸向間隙型無刷電動機的基礎上，另一方案的特征在于，所述導體構件是由超導材料形成的線材。
[0019]根據(jù)該結構，提供一種具備卷繞有由超導材料形成的線材的子線圈的線圈的軸向間隙型無刷電動機。并且，根據(jù)該結構，由于所述相鄰的子線圈彼此以一方的卷繞結束端成為另一方的卷繞開始端的方式串聯(lián)連結，因此，這樣的軸向間隙型無刷電動機能夠由I條帶狀的長條的導體構件形成線圈12。并且，根據(jù)該結構，由于所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分在線圈軸向上重疊，因此這樣的軸向間隙型無刷電動機基本能夠消除長邊方向的扭轉。因此，這樣的軸向間隙型無刷電動機能夠確保超導特性。
[0020]此外，在上述的軸向間隙型無刷電動機的基礎上，另一方案的特征在于，所述轉子還具備設置在面向所述定子的一面的相反面上且由磁性體形成的磁軛。
[0021]在這樣的軸向間隙型無刷電動機中，由于轉子具備磁軛，因此能夠減少磁通的泄漏，通過使磁通與線圈的電流方向大致正交，從而能夠更有效地引出磁體或者感應線圈的性能。因此，與不具備所述磁軛的情況相比，這樣的軸向間隙型無刷電動機能夠產(chǎn)生更大的旋轉轉矩，能夠提高旋轉轉矩。
[0022]此外，在上述的軸向間隙型無刷電動機的基礎上，另一方案的特征在于，所述磁軛是通過對具有絕緣被膜的軟磁性粉末進行壓縮形成而形成的構件。并且，優(yōu)選，所述軟磁性粉末為鐵基軟磁性粉末，更優(yōu)選，所述軟磁性粉末為純鐵粉。
[0023]在這樣的軸向間隙型無刷電動機中，由于所述磁軛是所述軟磁性粉末的壓縮形成構件，因此能夠減少所述磁軛中的渦流損失。
[0024]此外，在上述的軸向間隙型無刷電動機的基礎上，另一方案的特征在于，所述磁軛是單扁平螺旋結構的構件，其具備:長條的帶狀的純鐵，其卷繞成螺旋狀且線圈軸向的寬度比線圈徑向的厚度長；配置在卷繞成所述螺旋狀的所述帶狀的純鐵的各匝之間的絕緣構件。
[0025]在這樣的軸向間隙型無刷電動機中，由于所述磁軛是所述單扁平螺旋結構的構件，因此能夠減少所述磁軛中的渦流損失。
[0026]此外，在這些上述的軸向間隙型無刷電動機的基礎上，另一方案的特征在于，所述感應線圈是沿周向配置的多個單匝線圈。
[0027]根據(jù)該結構，能夠提供具有由多個單匝線圈形成的感應線圈的感應電動機方式的軸向間隙型無刷電動機。
[0028]此外，在這些上述的軸向間隙型無刷電動機的基礎上，另一方案的特征在于，所述感應線圈為籠形線圈，其具備:環(huán)狀的第一導體；環(huán)狀的第二導體，其直徑比所述第一導體的直徑大；直線狀的多個第三導體，其一方端與所述第一導體連接且另一方端與所述第二導體連接，且沿徑向配置。
[0029]根據(jù)該結構，能夠提供具有由所謂的籠形形成的感應線圈的感應電動機方式的軸向間隙型無刷電動機。
[0030]此外，在這些上述的軸向間隙型無刷電動機的基礎上，另一方案的特征在于，所述定子是在轉子的旋轉軸方向兩側空開間隔配置的I對第一及第二子定子。
[0031]根據(jù)該結構，能夠提供雙間隙型的軸向間隙型無刷電動機。因此，與單間隙型的情況相比，這樣的軸向間隙型無刷電動機能夠產(chǎn)生更大的旋轉轉矩，能夠提高旋轉轉矩。
[0032]【發(fā)明效果】
[0033]本發(fā)明所涉及的軸向間隙型無刷電動機能夠通過大致扁平螺旋結構的線圈等效地實現(xiàn)分布卷繞。
【專利附圖】

【附圖說明】[0034]圖1是表示第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機的結構的圖。
[0035]圖2是用于說明圖1所示的軸向間隙型無刷電動機的線圈的圖。
[0036]圖3是用于說明圖1所示的軸向間隙型無刷電動機的線圈的立體圖。
[0037]圖4是表示第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機的結構的圖。
[0038]圖5是表示第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機的結構的圖。
[0039]圖6是表示第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機中的定子的結構的主視圖。
[0040]圖7是表示第五實施方式的軸向間隙型無刷電動機的結構的側視圖。
[0041]【符號說明】
[0042]Ma> Mb、Me、Md、Me軸向間隙型無刷電動機
[0043]10 定子
[0044]12 線圈
[0045]20 轉子
[0046]22 磁體
[0047]25單匝線圈
[0048]26籠形線圈
【具體實施方式】`
[0049]以下，根據(jù)【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明所涉及的一實施方式。需要說明的是，在各圖中標注相同符號的結構表示相同的結構，適當?shù)厥÷云湔f明。此針，在本說明書中，在總稱的情況下，以省略了后綴的參照符號進行表示，在指個別的結構的情況下，以標注了后綴的參照符號進行表示。
[0050](第一實施方式)
[0051]圖1是表示第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機的結構的圖。圖1(A)為側視圖，圖1(B)為軸向間隙型無刷電動機的線圈的主視圖。圖2是用于說明圖1所示的軸向間隙型無刷電動機的線圈的圖。各相的線圈具有同樣的結構，因此在圖2中圖示出I相所對應的線圈。圖3是用于說明圖1所示的軸向間隙型無刷電動機的線圈的立體圖。在圖3中，圖示出I相所對應的線圈的一部分(對應于3個子線圈)。在圖1至圖3中，在〇內(nèi)設有X的符號表示在線圈(子線圈)中流動的電流從紙面跟前側向紙面內(nèi)側流動，在〇內(nèi)設有?的符號表示在線圈(子線圈)中流動的電流從紙面內(nèi)側向紙面跟前側流動。此外，標注在線圈(子線圈)上的帶箭頭的細線表示在線圈(子線圈)中流動的電流的流動方向，標注在線圈(子線圈)上的帶箭頭的粗線表示將帶狀的導體構件卷繞成螺旋狀的情況下的卷繞方向。
[0052]在圖1中，第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma具備作為非旋轉部分的定子10和作為旋轉部分的轉子20a，所述定子10和轉子20a在軸向上空開規(guī)定的間隔而配置。在定子10上沿周向配置多個產(chǎn)生旋轉磁場的線圈12，在轉子20a上沿所述周向配置有與所述多個線圈12個數(shù)(極數(shù))不同的磁體。并且，在這樣的軸向間隙型無刷電動機Ma中，通過在規(guī)定的時刻對所述多個線圈12供給各相的交流電力，從而轉子20a旋轉。
[0053]以下，更具體地進行說明。轉子20a具備轉子主體21a、多個磁體22、輸出軸23，在圖1所示的示例中，還具備磁軛24。[0054]轉子主體21a是支承多個磁體22并在該支承的多個磁體22與定子10的多個線圈12之間的磁性的相互作用下進行旋轉的圓板狀的構件。轉子主體21a例如可以由非磁性材料的樹脂或不銹鋼材料形成，但優(yōu)選由具有磁性的純鐵系合金形成，如此能夠兼作為磁軛而增強磁場。在轉子主體21a的中心形成有用于供輸出軸23穿過的貫通開口，并且，以該貫通開口為中心地在周向上形成有與磁體22的個數(shù)對應的個數(shù)的凹部。
[0055]多個磁體22是用于產(chǎn)生磁場并通過與線圈12的磁場相互作用而產(chǎn)生力的磁體，例如為永磁體。多個磁體22分別嵌入并固定在形成于轉子主體21a的周向上的多個所述凹部中。由此，在磁體22產(chǎn)生的力向轉子主體21a傳遞，轉子主體21a以輸出軸23為旋轉軸進行旋轉。多個磁體22分別在軸向(厚度方向)上磁化，相鄰的磁體22以彼此的各磁極相互反向的方式配置。
[0056]輸出軸23是用于將定子主體21a的旋轉力(旋轉轉矩)取出至外部的構件，例如，為圓柱狀的棒狀的桿構件。輸出軸23穿過并固定于轉子主體21a的所述貫通開口中，伴隨著轉子主體21a的旋轉而旋轉。
[0057]磁軛24設置在轉子20a(轉子主體21a)面向定子10的一面的相反面上，是由磁性體形成的構件。磁軛24是直徑與轉子主體21a的直徑相同的圓板狀的構件，在其中心形成有用于供輸出軸23穿過的貫通開口。
[0058]這樣的磁軛24例如可以是通過壓縮形成具有絕緣被膜的軟磁性粉末而形成的構件。這樣的磁軛24在磁性上具有各向同性。例如,導磁率為各向同性。所述軟磁性粉末為強磁性的金屬粉末，更具體地說，例如可以舉出純鐵粉、鐵基合金粉末(Fe-Al合金、Fe-Si合金、鋁硅鐵粉、坡莫合金等)及非晶體粉末等。所述軟磁性粉末例如能夠通過利用粉化(atomize)法等進行微粒子化的方法、或將氧化鐵等微粉碎后將其還原的方法等制造。此針，通常，由于在導磁率相同的情況下飽和磁通密度較大，因此軟磁性粉末特別優(yōu)選例如上述純鐵粉、鐵基合金粉末及非晶體粉末等金屬系材料。壓縮形成這樣的具有絕緣被膜的軟磁性粉末而成的磁軛24例如可以通過制造所謂的壓粉鐵心的情況下的壓粉形成等公知的常規(guī)方法形成。
[0059]此外，例如，這樣的磁軛24可以是如下的單扁平螺旋結構的構件，其具備:卷繞成螺旋狀且線圈軸向的寬度比線圈徑向的厚度長的長條的帶狀的純鐵和配置在所述卷繞成螺旋狀的所述帶狀的純鐵的各匝間的絕緣構件。這樣的磁軛24例如可以通過如下方式形成:將在單面或者雙面上具有絕緣性樹脂等的絕緣覆蓋且線圈軸向的寬度比線圈徑向的厚度長的長條的帶狀的純鐵以寬度方向與所述線圈軸向平行的方式卷繞，由此形成磁軛24。此外，例如，這樣的磁軛24也可以通過如下方式形成:將在I層純鐵層上層疊有I層絕緣層的長條的帶狀的構件以寬度方向與所述線圈軸向平行的方式卷繞，由此形成磁軛24。此夕卜，例如，也可以通過如下方式形成:將所述長條的帶狀的純鐵以夾住長條的帶狀的絕緣構件(例如樹脂材料制的帶等)并使寬度方向與所述線圈軸向平行的方式卷繞，由此形成磁軛24。所述樹脂材料制的帶例如為PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等的帶。
[0060]定子10具備定子主體11和與多個相分別對應的多個線圈12。
[0061]定子主體11是支承多個線圈12的圓板狀的構件。為了避免驅動線圈的電流產(chǎn)生的交流磁場所引起的渦流，定子主體11優(yōu)選例如形成為將純鐵粉的成形體或者純鐵系或硅鋼系的帶狀薄板與絕緣膜卷繞成扁平螺旋狀的卷鐵芯。在定子主體11的中心形成有用于供輸出軸23穿過的貫通開口。輸出軸23穿過該貫通開口，并在該貫通開口被例如軸承等文承為能夠旋轉。需要說明的是，在定子主體11的中心，也可以代替形成所述貫通開口而形成有底的筒狀的凹部，并使輸出軸23的端部在該凹部被支承為能夠旋轉。
[0062]多個線圈12用于通過在規(guī)定的時刻供給各相的交流電力而產(chǎn)生旋轉磁場。在圖1所示的示例中，多個相為U相、V相及W相這三相，與之對應的多個線圈12為U相的U相線圈12u、V相的V相線圈12v及W相的W相線圈12w這三個。在驅動的情況下，向所述U相線圈12u、V相線圈12v及W相線圈12w供給三相交流。
[0063]如圖1 (B)、圖2及圖3所示，所述三個線圈12u、12v、12w分別具備單扁平螺旋結構的多個子線圈121，所述子線圈121具備:以從內(nèi)周側開始卷繞并在外周側卷繞結束的方式卷繞成螺旋狀且線圈軸向的寬度比線圈徑向的厚度長的長條的帶狀的導體構件、配置在卷繞成所述螺旋狀的所述帶狀的導體構件的各匝間的絕緣構件。如圖3所示，這樣的單扁平螺旋結構的子線圈121通過如下方式形成:將線圈軸向的寬度比線圈徑向的厚度長的長條的帶狀的導體構件以寬度方向與所述線圈軸向平行且從內(nèi)周側開始卷繞并在外周側卷繞結束的方式、在利用絕緣構件進行絕緣的同時卷繞到線圈繞線管BB上，由此形成子線圈121。線圈繞線管BB是高度比較低的圓柱構件。更具體地說，這樣的子線圈121例如可以通過將在單面或者雙面上具有絕緣性樹脂等的絕緣覆蓋的所述長條的帶狀的導體構件以寬度方向與所述線圈軸向平行的方式卷繞而形成。此外，例如，這樣的子線圈121可以通過將在I層導體層上層疊有I層絕緣層而成的長條的帶狀的構件以寬度方向與所述線圈軸向平行的方式卷繞而形成。此外，例如，也可以將所述長條的帶狀的導體構件以夾住長條的帶狀的絕緣構件(例如樹脂材料制的帶等)并使寬度方向與所述線圈軸向平行的方式卷繞而形成。所述樹脂材料制的帶例如為PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)等的帶。
[0064]并且，該多個子線圈121以旋轉軸為中心沿周向配置，在周向上相鄰的子線圈121彼此以一方的卷繞結束端成為另一方的卷繞開始端的方式串聯(lián)連結，且所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分在線圈軸向上重疊。在圖1 (B)及圖2所示的示例中，線圈12具備6個子線圈121-1?121-6，它們以旋轉軸為中心在周向上均等地配置成同心圓狀。如此，由于所述相鄰的子線圈121彼此以一方的卷繞結束端成為另一方的卷繞開始端的方式串聯(lián)連結，因此這樣的線圈12能夠以I條帶狀的長條的導體構件形成。并且，在這樣的線圈12中，由于在所述相鄰的子線圈121彼此中所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分在線圈軸向上重疊，因此這樣的線圈12基本可以消除長邊方向的扭轉。因此，這樣的線圈12能夠將例如由實用化的氧化物系的超導材料形成的線材適當?shù)刈鳛樗鯥條帶狀的長條的導體構件使用，能夠確保其超導特性。
[0065]此外，在對線圈12通電的情況下，由于多個子線圈121如上述那樣構成，因此在所述線圈軸向上重疊的、一方的子線圈121的所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與另一方的子線圈121的所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分能夠流動相同方向的電流。因此，在周向上相鄰的子線圈121彼此的在線圈軸向上重疊的該各線圈部分，由各子線圈121產(chǎn)生的磁場不會抵消，能夠將由各子線圈121產(chǎn)生的磁場有效地利用于旋轉轉矩。
[0066]進而，所述三個線圈12u、12v、12w通過在周向上偏移規(guī)定的角度而使所述各相的線圈12u、12v、12w中的各子線圈121在線圈軸向上重疊，由此所述三個線圈12u、12v、12w在軸向上重疊。
[0067]在這樣的本實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma中，周向上相鄰的子線圈121彼此以一方的卷繞結束端成為另一方的卷繞開始端的方式串聯(lián)連結，且所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分在線圈軸向上重疊，與三相對應的三個線圈12u、12v、12w通過在周向上偏移規(guī)定的角度而使所述各相的各子線圈121在線圈軸向上重疊，從而線圈12u、12v、12w在軸向上重疊。因此，這樣的軸向間隙型無刷電動機Ma能夠通過扁平螺旋結構的線圈12u、12v、12w等效地實現(xiàn)分布卷繞。由此,這樣的軸向間隙型無刷電動機Ma具有分布卷繞的效果和扁平螺旋結構的效果這兩方。即，對于這樣的軸向間隙型無刷電動機Ma,由于線圈12u、12v、12w與分布卷繞等效，因此能夠減少相對于旋轉相位的轉矩變動(齒槽轉矩、脈動轉矩等)，并且，由于子線圈121為扁平螺旋結構，因此能夠增大導體相對于空間的占有率(即，能夠增大線圈的電流密度)，并且，能夠抑制因從定子泄漏的磁通所導致的渦流而減少鐵損，進而能夠確保向帶的寬度方向的散熱性。
[0068]從適當?shù)販p少這樣的相對于旋轉相位的轉矩變動的觀點出發(fā)，如圖1(B)及圖2(B)所示，所述規(guī)定的角度優(yōu)選為一個子線圈121相對于旋轉軸的中心所成的角度0 I除以相數(shù)所得的角度。換言之，優(yōu)選，所述規(guī)定的角度是下述角度0 1除以相數(shù)所得的角度，所述角度9 I是在一個子線圈121中由第一線段CPl-RP和第二線段CP2-RP所成的角的角度，所述第一線段CPl-RP是連結一方的重疊部分處的周向的第一中央位置CPl和旋轉軸的中心位置RP所成的線段，所述第二線段CP2-RP是連結另一方的重疊部分處的周向的第二中央位置CP2和旋轉軸的中心位置RP所成的線段，所述一方的重疊部分是該子線圈121與在周向一方側相鄰的一方的子線圈121在線圈軸向上重疊的部分，所述另一方的重疊部分是該子線圈121與在周向另一方側相鄰的另一方的子線圈121在線圈軸向上重疊的部分。在圖1(B)及圖2(B)所示的示例中，0 I = 360度/(線圈12中的子線圈121的個數(shù)(在本例中為6個))=60度，所述規(guī)定的角度02、03為0 2 = 0 3 = 0 1/相數(shù)=60度/3=20度。因此，在以U相線圈12u的配置位置為基準時，V相線圈12v(V相線圈的各子線圈121v)配置在相對于U相線圈12u(U相線圈的各子線圈121u)的配置位置在周向上偏移了 20度(=0 2)的位置，W相線圈12w(W相線圈的各子線圈121w)配置在相對于U相線圈12u(U相線圈的各子線圈121u)的配置位置在周向上偏移了 40度(=0 2+ 0 3)的位置。即，W相線圈12w(W相線圈的各子線圈121w)配置在相對于V相線圈12v(V相線圈的各子線圈121v)的配置位置在周向上偏移了 20度(=0 3)的位置。
[0069]此外，在本實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma中，由于轉子20a具備磁軛24，因此能夠減少磁通的泄漏，通過使磁通與線圈12(子線圈)的電流方向大致正交，從而能夠更有效地引出磁體22的性能。因此，這樣的軸向間隙型無刷電動機Ma與不具備磁軛24的情況相比，能夠產(chǎn)生更大的旋轉轉矩，能夠提高旋轉轉矩。并且，在磁軛24為上述的軟磁性粉末的壓縮形成構件的情況下，能夠減少磁軛24中的渦流損失。此外，在磁軛24為上述的單扁平螺旋結構的構件的情況下，能夠減少磁軛24中的渦流損失。
[0070]接下來，對其它的實施方式進行說明。
[0071](第二實施方式)
[0072]圖4是表示第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機的結構的圖。圖4(A)為側視圖，圖4(B)為軸向間隙型無刷電動機的線圈的主視圖。[0073]第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma是具有一個間隙的單間隙型，但第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mb是具有2個間隙的雙間隙型。
[0074]如圖4所示，這樣的第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mb具備作為非旋轉部分的第一及第二定子10-1、10-2和作為旋轉部分的轉子20b，第一定子10-1在轉子20b的一方側在軸向上從轉子20b空出規(guī)定的間隔(第一個的第一間隙)配置，第二定子10-2在轉子20b的另一方側在軸向上從轉子20b空開規(guī)定的間隔(第二個的第二間隙)配置。即，在使配置有線圈12的面相互對置且在軸向上分離配置的I對第一及第二定子10-1、10-2之間，從第一及第二定子10-1、10-2分別分離地配置有轉子20b。
[0075]該轉子20b具備轉子主體21a、多個磁體22和輸出軸23。所述第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mb的轉子20b的轉子主體21a)多個磁體22及輸出軸23分別與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma的轉子20a的轉子主體21a)多個磁體22及輸出軸23同樣，因此省略其說明。即，第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mb的轉子20b與相對于第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma的轉子20a而言不具備磁軛24的結構為同樣的結構。
[0076]此外，第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mb的第一及第二定子10-1、10-2分別與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma的定子10同樣，因此省略其說明。需要說明的是，第一及第二定子10-1、10-2為相同的結構，因此在圖4(B)中圖示出一方的線圈的正面，另一方的線圈省略圖不。
[0077]這樣的第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mb與單間隙型的情況(即，第一實施方式的情況)相比能夠產(chǎn)生更大的旋轉轉矩，能夠提高旋轉轉矩。
[0078]接下來，對其它的實施方式進行說明。
[0079](第三實施方式)
[0080]圖5是表示第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機的結構的圖。圖5(A)是側視圖，圖5(B)是表示軸向間隙型無刷電動機的定子的結構的主視圖。
[0081]第一及第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma、Mb是在轉子20a、20b中具備磁體的磁體勵磁(基于永磁體的永磁體勵磁)的無刷電動機，但第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mc是在轉子20c中具備感應線圈的感應電動機方式的無刷電動機。
[0082]如圖5所示，該第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mc具備作為非旋轉部分的定子10和作為旋轉部分的轉子20c，所述定子10和轉子20c在軸向上空開規(guī)定的間隔配置。在定子10上沿周向配置有多個產(chǎn)生旋轉磁場的線圈12，在轉子20c上沿所述周向配置有多個感應線圈25。多個感應線圈25可以與所述多個線圈12數(shù)目相同，但優(yōu)選為與所述多個線圈12不同的個數(shù)(極數(shù))。并且，在這樣的軸向間隙型無刷電動機Mc中，通過以規(guī)定的時刻對所述多個線圈12供給各相的交流電力，從而通過磁場的變化和在感應線圈25中感應的電流所產(chǎn)生的磁場的相互作用使轉子20c旋轉。
[0083]更具體地說，轉子20c具備轉子主體21b、多個感應線圈25和輸出軸23，在圖5所示的示例中還具備磁軛24。
[0084]轉子主體21b為支承多個感應線圈25且通過在該支承的多個感應線圈25與定子10的多個線圈12之間的磁性的相互作用而旋轉的圓板狀的構件。在轉子主體21b的中心形成有用于供輸出軸23穿過的貫通開口，并且，在一方主面上以該貫通開口為中心沿周向形成有與感應線圈25的個數(shù)對應的個數(shù)的、與感應線圈25的形狀對應的形狀的凹部。
[0085]感應線圈25是用于通過在定子10的線圈12被供給交流電力時產(chǎn)生的磁場的變化而產(chǎn)生感應電流并在與線圈12的磁場的相互作用下產(chǎn)生力的線圈。在圖5所示的示例中，感應線圈25為6個感應線圈25-1?25-6。多個感應線圈25也可以分別卷繞多次導體線材，但在本實施方式中，多個感應線圈25是將導體線材卷繞I次而成的單匝線圈(one-turn線圈、一次卷繞線圈、導體的圓環(huán))。該單匝線圈也可以是空芯線圈，但為了通過進一步集中磁通而獲得更大的旋轉轉矩，在本實施方式中采用有芯線圈。更具體地說，多個感應線圈25分別具備單匝線圈251和由磁性材料形成且配置在單匝線圈的芯部的圓板狀的磁性體磁芯252。多個感應線圈25分別嵌入并固定于沿轉子主體21b的周向形成的多個所述凹部中。由此，在感應線圈25產(chǎn)生的力向轉子主體21b傳遞，轉子主體21b以輸出軸23為旋轉軸旋轉。所述凹部在本實施方式中是與有芯的單匝線圈25的形狀對應的俯視下圓形狀的凹部。為了避免感應線圈的電流產(chǎn)生的交流磁場所引起的渦流，本磁性體優(yōu)選例如形成為將純鐵粉的成形體或者純鐵系或硅鋼系的帶狀薄板與絕緣膜卷繞成扁平螺旋狀的卷鐵芯。
[0086]并且，第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mc的轉子20c的輸出軸23及磁軛24與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma的轉子20a的輸出軸23及磁軛24同樣，因此省略其說明。
[0087]此外，第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mc的定子10與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma的定子10同樣，因此省略其說明。
[0088]如此，根據(jù)第三實施方式，提供一種作為感應線圈使用多個有芯的單匝線圈25的感應電動機方式的軸向間隙型無刷電動機Me。并且，該第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mc與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma具備同樣的定子10，因此具有分布卷繞的效果和扁平螺旋結構的效果這兩方。
[0089]接下來，對其它的實施方式進行說明。
[0090](第四實施方式)
[0091]圖6是表示第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機的定子的結構的主視圖。
[0092]第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機Md與第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mc同樣，是在轉子20d中具備感應線圈的感應電動機方式的無刷電動機。
[0093]如圖6所示，該第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機Md具備作為非旋轉部分的定子10和作為旋轉部分的轉子20d，所述定子10和轉子20d在軸向上空開規(guī)定的間隔配置。在定子10上沿周向配置有多個產(chǎn)生旋轉磁場的線圈12，在轉子20d上配置有籠形線圈26作為所述感應線圈。并且，在這樣的軸向間隙型無刷電動機Md中，通過以規(guī)定的時刻對所述多個線圈12供給各相的交流電力，從而通過磁場的變化和在籠形線圈26中感應的電流所產(chǎn)生的磁場的相互作用而使轉子20d旋轉。
[0094]更具體地說，轉子20d具備轉子主體21c、作為所述感應線圈的籠形線圈26、以及輸出軸23，在本實施方式中還具備磁軛24。
[0095]轉子主體21c是支承籠形線圈26并在該支承的籠形線圈26與定子10的多個線圈12之間的磁性的相互作用下進行旋轉的圓板狀的構件。在轉子主體21c的中心形成有用于供輸出軸23穿過的貫通開口，并且，在一方主面上以該貫通開口為中心地在其周圍形成有與籠形線圈26的形狀對應的形狀的凹部。[0096]籠形線圈26是用于通過對定子10的線圈12供給交流電力時產(chǎn)生的磁場的變化產(chǎn)生感應電流并在與線圈12的磁場的相互作用下產(chǎn)生力的線圈。在圖6所示的示例中，籠形線圈26具備:配置在徑向內(nèi)側且在周向整周上延伸設置的環(huán)狀的第一導體26-1 ;配置在徑向外側且在周向整周上延伸設置的、直徑比第一導體26-1的直徑大的環(huán)狀的第二導體26-2 ;一方端與第一導體26-1連接且另一方端與第二導體26-2連接的、沿徑向延伸設置的直線狀的多個第三導體26-3。多個第三導體26-3沿周向等間隔地配置，在圖6所示的示例中具有6個第三導體26-3。并且，在本實施方式中，為了通過進一步集中磁通而獲得更大的旋轉轉矩，籠形線圈26還具備板狀的磁性體磁芯26-4，該磁性體磁芯26-4配置在由第一導體26-1、第二導體26-2、以及在周向上相鄰的I組第三導體26-3圍成的區(qū)域內(nèi)，在俯視下為該區(qū)域的形狀的相似形且為更小的形狀。該磁性體磁芯26-4由磁性材料形成。由于所述第三導體26-3為6個，因此由第二導體26-2和在周向上相鄰的I組第三導體26_3圍成的所述區(qū)域為6個，與此相對應地，磁性體磁芯26-4也為6個。
[0097]為了將這種形狀的籠形線圈26配置在轉子20d上，形成于轉子主體21c上的所述凹部具備:在徑向內(nèi)側遍及周向整周上而形成為環(huán)狀的第一凹部；在徑向針側遍及周向整周上而形成為環(huán)狀的、直徑大于第一凹部的直徑的第二凹部；一方端與所述第一凹部連結且另一方端與所述第二凹部連結的、沿徑向形成為直線狀的多個第三凹部。多個所述第三凹部為與籠形線圈26的第三導體26-3的個數(shù)對應的個數(shù)，在周向上等間隔地形成。并且，在本實施方式中還具備與磁性體磁芯26-4的形狀對應的形狀的多個第四凹部。多個所述第四凹部為與籠形線圈26的磁性體磁芯26-4的個數(shù)對應的個數(shù)。更具體地說，所述第四凹部是在俯視下以中心彼此一致的方式從第一扇形中除去中心角與該第一扇形相同且半徑比第一扇形的半徑小的第二扇形所得的形狀。在這樣的形狀的形成于轉子主體21c上的所述凹部中，在所述第一凹部中嵌入并固定籠形線圈26的第一導體26-1，在所述第二凹部中嵌入并固定籠形線圈26的第二導體26-2，在多個所述第三凹部中分別嵌入并固定籠形線圈26的多個第三導體26-3，并且，在多個所述第四凹部中分別嵌入并固定籠形線圈26的多個磁性體磁芯26-4。由此，在籠形線圈26中產(chǎn)生的力向轉子主體21c傳遞，轉子主體21c以輸出軸23為旋轉軸而進行旋轉。
[0098]并且，由于第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機Md的轉子20d的輸出軸23及磁軛24與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma的轉子20a的輸出軸23及磁軛24同樣，因此省略其說明。
[0099]此外，由于第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機Md的定子10與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma的定子10同樣，因此省略其說明。
[0100]如此，根據(jù)第四實施方式，能夠提供使用籠形線圈26作為感應線圈的感應電動機方式的軸向間隙型無刷電動機Md。并且，由于該第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機Md與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma具備同樣的定子10，因此具有分布卷繞的效果和扁平螺旋結構的效果這兩方。
[0101]接下來，對其它的實施方式進行說明。
[0102](第五實施方式)
[0103]圖7是表示第五實施方式的軸向間隙型無刷電動機的結構的側視圖。
[0104]第三及第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機Me、Md為感應電動機方式且為單間隙型，但也可以與第二實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mb同樣地為雙間隙型。第五實施方式的軸向間隙型無刷電動機Me為感應電動機方式且為雙間隙型。
[0105]如圖7所示，這樣的第五實施方式的軸向間隙型無刷電動機Me具備作為非旋轉部分的第一及第二定子10-1、10-2和作為旋轉部分的轉子20e，第一定子10-1在轉子20b的一方側在軸向上從轉子20e空開規(guī)定的間隔(第一個的第一間隙)地配置，第二定子10-2在轉子20e的另一方側在軸向上從轉子20e空開規(guī)定的間隔(第二個的第二間隙)地配置。即，在使配置有線圈12的面相互對置而在軸向上分離配置的I對第一及第二定子10-1、10-2之間，從第一及第二定子10-1、10-2分別分離地配置有轉子20e。
[0106]該轉子20e具備轉子主體21b、作為有芯的單匝線圈的感應線圈25、以及輸出軸23。所述第五實施方式的軸向間隙型無刷電動機Me的轉子20e的轉子主體21b、多個感應線圈25及輸出軸23分別與第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mc的轉子20c的轉子主體21b、多個感應線圈25及輸出軸23同樣，因此省略其說明。即，第五實施方式的軸向間隙型無刷電動機Me的轉子20e與相對于第三實施方式的軸向間隙型無刷電動機Mc的轉子20c而言不具備磁軛24的結構為同樣的結構。
[0107]此外，由于第五實施方式的軸向間隙型無刷電動機Me的第一及第二定子10-1、10-2分別與第一實施方式的軸向間隙型無刷電動機Ma的定子10同樣，因此省略其說明。
[0108]需要說明的是，在上述說明中，使用了具備感應線圈25的轉子20e，但也可以代替轉子20e而使用具備籠形線圈26來作為感應線圈的省略圖示的轉子20f。這樣的轉子20f具備轉子主體21c、作為所述感應線圈的籠形線圈26、以及輸出軸23。由于所述轉子20f的轉子主體21c、籠形線圈26及輸出軸23分別與第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機Md的轉子20d的轉子主體21c、籠形線圈26及輸出軸23同樣，因此省略其說明。即，該轉子20f與相對于第四實施方式的軸向間隙型無刷電動機Md的轉子20d而言不具備磁軛24的結構為同樣的結構。
[0109]這樣的第五實施方式的軸向間隙型無刷電動機Me與單間隙型的情況(即，第三及第四實施方式的情況)相比，能夠產(chǎn)生更大的旋轉轉矩，能夠提高旋轉轉矩。
[0110]為了表達本發(fā)明，在上述中參照附圖并通過實施方式適當且充分地說明了本發(fā)明，但對于本領域技術人員而言，應當認識到對上述的實施方式進行變更及/或改進是容易想到的。因此，本領域技術人員所實施的變更方式或改進方式只要不是脫離記載于權利要求中的權利要求的權利范圍的級別的方式，則該變更方式或該改進方式應解釋為包含在該權利要求的權利范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種軸向間隙型無刷電動機，其特征在于，具備: 定子，其具備分別與多個相對應的多個線圈； 轉子，其具備磁體或感應線圈，在旋轉軸方向上從所述定子空開間隔地配置， 所述多個線圈各自具備單扁平螺旋結構的多個子線圈，所述子線圈具備:長條的帶狀的導體構件，其以從內(nèi)周側開始卷繞而在外周側卷繞結束的方式卷繞成螺旋狀，且線圈軸向的寬度比線圈徑向的厚度長；絕緣構件，其配置在卷繞成所述螺旋狀的所述帶狀的導體構件的各匝之間， 所述多個子線圈以旋轉軸為中心沿周向配置，相鄰的子線圈彼此以一方的卷繞結束端成為另一方的卷繞開始端的方式串聯(lián)連結，所述一方的卷繞結束位置的線圈部分與所述另一方的卷繞開始位置的線圈部分在線圈軸向上重疊， 所述多個線圈通過在周向上偏移規(guī)定的角度而使所述多個相的各子線圈在線圈軸向上重疊，從而所述多個線圈在軸向上重疊。
2.根據(jù)權利要求1所述的軸向間隙型無刷電動機，其特征在于， 所述導體構件是由超導材料形成的線材。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的軸向間隙型無刷電動機，其特征在于， 所述轉子還具備設置在面向所述定子的一面的相反面上且由磁性體形成的磁軛。
4.根據(jù)權利要求3所述的軸向間隙型無刷電動機，其特征在于， 所述磁軛是通過對具有絕緣被膜的軟磁性粉末進行壓縮形成而形成的構件。
5.根據(jù)權利要求3所述的軸向間隙型無刷電動機，其特征在于， 所述磁軛是單扁平螺旋結構的構件，其具備:長條的帶狀的純鐵，其卷繞成螺旋狀且線圈軸向的寬度比線圈徑向的厚度長；配置在卷繞成所述螺旋狀的所述帶狀的純鐵的各匝之間的絕緣構件。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的軸向間隙型無刷電動機，其特征在于， 所述感應線圈是沿周向配置的多個單匝線圈。
7.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的軸向間隙型無刷電動機，其特征在于， 所述感應線圈為籠形線圈，其具備:環(huán)狀的第一導體；環(huán)狀的第二導體，其直徑比所述第一導體的直徑大；直線狀的多個第三導體，其一方端與所述第一導體連接且另一方端與所述第二導體連接，且沿徑向配置。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的軸向間隙型無刷電動機，其特征在于， 所述定子是在轉子的旋轉軸方向兩側空開間隔配置的一對第一及第二子定子。
【文檔編號】H02K3/04GK103683608SQ201310403207
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權日:2012年9月7日
【發(fā)明者】井上憲一, 井上浩司, 前田恭志, 財津享司 申請人:株式會社神戶制鋼所