專利名稱：軸向間隙型電機(jī)的制作方法
軸向間隙型電枳』
4支術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種防止軸向間隙型電機(jī)因表面振動(dòng)而共振的技術(shù)，該軸 向間隙型電機(jī)將定子和盤形轉(zhuǎn)子沿著輸出軸的軸線方向彼此相對(duì)布置。
背景技術(shù)：
眾所周知的是當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到電機(jī)的固有頻率時(shí)，轉(zhuǎn)子振 動(dòng)，這導(dǎo)致電機(jī)共振。
在這方面，日本專利申請(qǐng)公開說明書第(Hei)8-107650號(hào)(專利文件) 公開了 一種防止電機(jī)共振的技術(shù)。
改變安裝剛性，該螺拴將散熱器安裝在電機(jī)的框架內(nèi)。這就改變了整個(gè)電 機(jī)的固有頻率。在所述參考文獻(xiàn)中公開的技術(shù)旨在通過避免共振來實(shí)現(xiàn)電 機(jī)的安靜工作，即使電機(jī)的安裝剛性不同于從工廠運(yùn)輸時(shí)的評(píng)估值。
但是，在傳統(tǒng)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子自身的固有頻率不能改變。尤其是，在具 有盤形轉(zhuǎn)子的軸線間隙型電機(jī)中，轉(zhuǎn)子的厚度與其半徑相比較薄。從而， 轉(zhuǎn)子的剛性較低并趨于發(fā)生表面振動(dòng)，該表面振動(dòng)是轉(zhuǎn)子的端部相對(duì)于與 輸出軸的軸線垂直的虛擬平面彎曲或扭曲并且該端部AU亥虛擬平面的一側(cè) 向另一側(cè)快速擺動(dòng)。
當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子自身的固有頻率一致時(shí)，轉(zhuǎn)子的共振相當(dāng)大地增 加，由此干擾了電機(jī)的安靜工作。
此外，在轉(zhuǎn)子中可以安裝諸如肋的加強(qiáng)件。但是，加強(qiáng)件對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子 的磁力的磁路的功能性造成阻礙。肋增加了轉(zhuǎn)子自身的體積，沿著轉(zhuǎn)子的 磁通量的強(qiáng)度變?nèi)酰纱藴p小轉(zhuǎn)子的輸出扭矩。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了 一種不必在轉(zhuǎn)子中安裝單獨(dú)的加強(qiáng)件 來有效防止轉(zhuǎn)子共振的技術(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明的軸向間隙型電機(jī)包括與定子相對(duì)布置
的盤形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子和定子沿著與轉(zhuǎn)子接合的輸出軸的軸向間隔開；以及接 觸區(qū)域變化裝置，該接觸區(qū)域變化裝置用于根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速改變轉(zhuǎn)子和輸 出軸之間的接觸區(qū)域。所述輸出軸包括徑向突起，且所述接觸區(qū)域變化裝 置改變所述轉(zhuǎn)子和所述輸出軸的徑向突起之間的接觸區(qū)域；所述接觸區(qū)域 隨著所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度增大而減?。徊⑶?，所述接觸區(qū)域變化裝置通過 改變接觸區(qū)域來改變固有頻率，在該固有頻率下，所述轉(zhuǎn)子因?qū)?yīng)于轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)速度的表面振動(dòng)而共振
由此，可以通過改變轉(zhuǎn)子和與轉(zhuǎn)子接合的輸出軸之間的接合狀態(tài)來使 得固有頻率(即，轉(zhuǎn)子因表面振動(dòng)而共振)偏離轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。如此，在電 機(jī)工作過程中，通過防止轉(zhuǎn)子自身的共振來進(jìn)行安靜工作。


本發(fā)明的上述和其它特征從下面結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的描述中 變得更清楚。
圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的在第一工作狀態(tài)下工作的 軸向間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖2是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的處于第二工作狀態(tài)的軸向 間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖3是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的處于第三工作狀態(tài)的軸向 間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖4(a)是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，轉(zhuǎn)子的表面振動(dòng)的振幅和轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系的曲線；
圖4(b)是示出接觸區(qū)域的變化與共振轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間的關(guān)系的曲線；
圖5是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的處于第一工作狀態(tài)的軸向 間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖6是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的處于第二工作狀態(tài)的軸向 間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖7是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的處于第三工作狀態(tài)的軸向 間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例、轉(zhuǎn)子的表面轉(zhuǎn)動(dòng)的振幅與轉(zhuǎn)子的
旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系的曲線；
圖9是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的處于第一工作狀態(tài)的軸向 間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖10是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的處于第二工作狀態(tài)的軸 向間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖11是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的 橫截面圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第一到第四實(shí)施例、軸向間隙型電機(jī)的相位 電流和吸引力之間的關(guān)系的曲線；
圖13是定子鐵芯和轉(zhuǎn)子永磁鐵在圓周方向上的相對(duì)位置關(guān)系的示意
圖14是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的處于第二工作狀態(tài)的軸 向間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖15是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的處于第一工作狀態(tài)的軸 向間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)的橫截面圖16是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例、轉(zhuǎn)子的表面振動(dòng)的振幅與轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系的曲線；
圖17是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu)
的橫截面圖；以及
圖18是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)的結(jié)構(gòu) 的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
將基于所提供的附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明的各實(shí)施例。 [第一實(shí)施例]
圖1到3是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)的橫截面圖。
軸向間隙型電機(jī)11的定子1包括定子芯2、定子鐵芯5和電樞繞組7。
由電磁材料形成的定子芯2具有環(huán)圈形狀，并且定子芯2的外周由電 機(jī)殼體8支撐并由之固定。此外，在定子芯2的中心部分內(nèi)形成中心孔
3，以接納輸出軸4。輸出軸4可旋轉(zhuǎn)地被支撐在中心孔3中安裝的軸承 處。定子芯2包括若干定子鐵芯5，該定子鐵芯5彼此等距設(shè)置并且對(duì)應(yīng) 于定子芯2的圓周布置。每個(gè)定子鐵芯5是通過堆疊鋼片形成，并且在輸 出軸4的軸線0的軸向上從定子芯2突出。每個(gè)定子鐵芯還包括面對(duì)轉(zhuǎn)子 6的前端5s,電樞繞組7圍繞每個(gè)定子鐵芯5在定子芯2和前端5s之間纏 繞，該前端的高度大于定子芯2的高度，使得電樞繞組保持在該前端5s和 定子芯2之間。
轉(zhuǎn)子6具有盤形形狀并且在轉(zhuǎn)子6面對(duì)定子芯2的表面上包括若干永 磁鐵10。每個(gè)永磁鐵10在對(duì)應(yīng)于每個(gè)定子鐵芯5的位置處設(shè)置成彼此等 距，并且進(jìn)一步對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子6的圓周設(shè)置。轉(zhuǎn)子6和定子鐵芯的前端5s由 空氣間隙9間隔開。后軛鐵12嵌入到轉(zhuǎn)子6的內(nèi)部，并且耦合到永磁鐵 10上。永磁鐵10沿著軸線0的方向被磁化，并且后軛鐵12形成磁場(chǎng)流動(dòng) 的磁路。交變電流流過電樞繞組7，這在定子1和轉(zhuǎn)子6之間產(chǎn)生電磁 力，導(dǎo)致永磁鐵10轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子6，使得軸向間隙型電機(jī)11作用為同步電 機(jī)。
輸出軸4穿過轉(zhuǎn)子6的中心并且通過花鍵接合而與轉(zhuǎn)子6接合，使得 輸出軸4與轉(zhuǎn)子6的轉(zhuǎn)動(dòng)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在沿著輸出軸4對(duì)應(yīng)于定子鐵芯5的 位置處，環(huán)形的徑向突起4d從輸出軸4的外周表面伸出。該徑向突起4d 具有端面4t，該端面4t垂直于軸線0并面對(duì)轉(zhuǎn)子6。該端面4t包括凹陷， 且在該凹陷中安裝有環(huán)形止擋13。
如圖1所示，所述止擋13包括接觸表面，在該接觸表面處，轉(zhuǎn)子6 的前表面與該止擋13接觸。該接觸表面包括垂直于所述軸線0延伸的直 表面和從端面4t朝輸出軸4向下延伸到與該直表面相交并且沿軸線0的方 向朝轉(zhuǎn)子6向外延伸的線性錐面。由于止擋13由金屬中具有悠揚(yáng)氏模量 的輕金屬或橡膠和樹脂中具有i揚(yáng)氏模量的硬橡膠或樹脂形成，該止擋13 在沿著軸線0的方向存在推力時(shí)稍微變形，這就改變了接觸轉(zhuǎn)子6的接觸 表面的表面區(qū)域。
在輸出軸周圍、在轉(zhuǎn)子6的與止擋13相反的一側(cè)上，環(huán)形卡環(huán)14、 冠狀墊圏15和閉鎖螺母16按照所描述的順序沿著軸線0的方向排列，它 們與輸出軸4螺紋連接，以便借助于冠狀墊圈來防松?？ōh(huán)14防止轉(zhuǎn)子6 遠(yuǎn)離徑向突起而從輸出軸4上拆下。
輸出軸4、止擋13、轉(zhuǎn)子6、定子1、卡環(huán)14、墊圈15和閉鎖螺母 16相互作用，以構(gòu)成一個(gè)用于改變接觸區(qū)域的接觸區(qū)域變化裝置。
接著，將解釋軸向間隙型電機(jī)11的功能。在定子1和轉(zhuǎn)子6之間由于 磁路而產(chǎn)生電磁力導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在定子l和轉(zhuǎn)子6之間產(chǎn)生吸引力。 由于定子1和徑向突起4d面對(duì)轉(zhuǎn)子6的相同表面，該吸引力在徑向突起 4d和轉(zhuǎn)子6之間的止擋13上施加一個(gè)推力，其中該吸引力成為在軸線0 的方向上電磁力的大小。
當(dāng)吸引力較低，由此用來壓止擋13的軸線0方向上的推力較小時(shí)， 由于止擋13幾乎不變形，止擋13與轉(zhuǎn)子6的接觸表面的半徑成為Rl，如 圖1所示。
當(dāng)吸引力大于圖1所示的值時(shí)，圖2中細(xì)箭頭所示的電磁力的分量拉 動(dòng)轉(zhuǎn)子6使之比圖1更靠近。由此，由于止擋13被推力變形，線性錐面 的長(zhǎng)度減小，并且止擋13的接觸表面的接觸區(qū)域的半徑增加。此時(shí)接觸 區(qū)域的半徑成為R2，如圖2所示，RKR2。
當(dāng)吸引力大于圖2所示的值時(shí)，由圖3中粗箭頭所示的電磁力的分量 拉動(dòng)轉(zhuǎn)子6使之比圖2更靠近。由此，由于止擋13被推力進(jìn)一步變形， 線性錐面消失，并且止擋13和轉(zhuǎn)子6的接觸表面的接觸區(qū)域的半徑成為 R3,如圖3所示，其中R1<R2<R3。在這種情況下，徑向突起4d的端面 4t接觸轉(zhuǎn)子6,由此延續(xù)止擋13的接觸表面。由于端面4t和轉(zhuǎn)子6由揚(yáng) 氏模量i于止擋13的鋼制成，由徑向突起4d提供的轉(zhuǎn)子6的支撐剛性最 大。
輸出軸4和轉(zhuǎn)子6的接觸表面的半徑因軸線0方向上電^茲力的大小而 連續(xù)變化到Rl、 R2和R3。這就改變了轉(zhuǎn)子6由于表面振動(dòng)而共振的固有 頻率。如果吸引力從圖3所示的狀態(tài)減小，那么接觸表面的半徑從R3減 小并返回到Rl或R2,如圖1和2所示。
圖4(a)是示出轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)的振幅與隨著轉(zhuǎn)子6、輸出軸4的旋 轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系。當(dāng)接觸表面的半徑是Rl時(shí)，其中表面共振的振幅最 大的固有頻率是fR1。即，當(dāng)轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速度是fR1時(shí)，轉(zhuǎn)子6的表面振 動(dòng)最大。而且，由于固有頻率和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度在單位時(shí)間內(nèi)變化，因 此，二者在圖4(a)的水平軸上表示。
當(dāng)接觸表面的半徑是大于Rl的R3時(shí)，其中轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)的振幅最大的固有頻率是fR3。隨著接觸表面的半徑增加，接觸區(qū)域也增加。于 是，由于徑向突起4d所提供的轉(zhuǎn)子6的支撐剛性增加，固有頻率也增 加。
由于接觸表面的半徑對(duì)應(yīng)于吸引力的大小而在R1和R3之間變化，如 圖4(a)中箭頭所示，固有頻率和轉(zhuǎn)子的表面振動(dòng)也變化，由此偏離轉(zhuǎn)子6 的旋轉(zhuǎn)速度。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速度是fR3時(shí)，吸引力較小(如圖2 中的細(xì)箭頭所示)，導(dǎo)致接觸表面的半徑為Rl，由此將轉(zhuǎn)子6的固有頻率 與fc偏離。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速度是fR,時(shí)，吸引力較大(如圖3中 的粗箭頭所示)，導(dǎo)致接觸表面的半徑為R3，由此將轉(zhuǎn)子的固有頻率偏離 fR1。結(jié)果，由于可以防止轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)的共振，因此可以實(shí)現(xiàn)軸向間 隙型電機(jī)的安靜工作。
圖4(a)所示的轉(zhuǎn)子6的固有頻率在圖4b中提供的圖形中進(jìn)一步圖示。 圖4(b)的水平軸是接合部分的直徑，即，接觸部分的半徑的二倍。此外， 縱軸是轉(zhuǎn)子6的共振旋轉(zhuǎn)速度，在該旋轉(zhuǎn)速度下因表面振動(dòng)而共振，并且 等于圖4(a)所示的固有頻率。如圖4(b)所示，當(dāng)接合部分的直徑增加時(shí)， 共振旋轉(zhuǎn)速度增大。在第一實(shí)施例中，通過改變接合部分的直徑，使得轉(zhuǎn) 子6的共振旋轉(zhuǎn)速度與實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度偏離。由此，由于可以防止轉(zhuǎn)子6的 表面振動(dòng)的共振，安靜工作成為可能。
圖5到7是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)21 的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖5示出當(dāng)接觸表面的半徑較小(Rl)時(shí)的狀態(tài)，圖 6示出接觸表面的半徑大于圖5所示(R2)時(shí)的狀態(tài)，圖7示出接觸表面 的半徑大于圖6所示(R4)時(shí)的狀態(tài)。由于第二實(shí)施例的基本構(gòu)成與第一 實(shí)施例的相同，相同的元件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)，并且在此省略對(duì)它們 的描述。
根據(jù)第二實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)21具有環(huán)形止擋23，輸出軸4穿 過該環(huán)形止擋23。雖然止擋23的材料與第一實(shí)施例的止擋13的相同，止 擋23的接觸表面不是線性錐面并且不包括直表面，而是由凸拱形錐面， 該凸拱形錐面是止擋23的向轉(zhuǎn)子6突出為拱形表面的一個(gè)表面，如球形 表面或拋物線表面，且該拱形錐面從端面4t向下朝輸出軸4突出到與輸出 軸4的外周面相交且向外朝轉(zhuǎn)子突出，以便止擋23在止擋23與輸出軸4
相交的點(diǎn)處接觸轉(zhuǎn)子6的前表面。由此，轉(zhuǎn)子6沿著軸線0的移動(dòng)可以變 化，而不會(huì)格格作響。
此外，靠近徑向突起4d的凹陷的壁4k的止擋23的外周部分相對(duì)于 轉(zhuǎn)子6位于端面4t的內(nèi)側(cè)，如圖5所示。
當(dāng)用于將止擋23朝向定子鐵芯5吸引的沿著軸線0的方向的吸引力 較小時(shí)，止擋23幾乎不變形，止擋23和轉(zhuǎn)子6的接觸表面的半徑成為 Rl，如圖5所示。
當(dāng)吸引力(電石茲力)大于圖5所示的值時(shí)，如圖6中細(xì)箭頭所示，在 軸線0的方向上的電磁力的大小更靠近地拉動(dòng)轉(zhuǎn)子6。由此，由于止擋23 被推力變形，該拱形表面由此減小，且止擋23和轉(zhuǎn)子6的接觸表面的半 徑增大，半徑變成R2，如圖6所示，RKR2。
當(dāng)吸引力(電磁力)大于圖6所示的值時(shí)，如圖7中粗箭頭所示，沿 軸線0的方向上的電磁力的大小比圖6中更靠近地拉動(dòng)轉(zhuǎn)子6，由此，由 于止擋23被推力進(jìn)一步變形，拱形表面幾乎消失，止擋23和轉(zhuǎn)子6的接 觸表面的半徑增加，半徑成為R4減去靠近凹陷的壁4k的一小部分拱形表 面，如圖7所示，其中，R1<R2<R4。在這種情況下，與止擋23相比，徑 向突起4d的端面4t在外周側(cè)接觸轉(zhuǎn)子6。由于端面4t和轉(zhuǎn)子6與止擋23 相比具有較i的揚(yáng)氏模量且剛性較大。轉(zhuǎn)子的支撐剛性最大。
圖8是示出根據(jù)第二實(shí)施例、轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)的振幅與轉(zhuǎn)子6的旋 轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系的曲線。當(dāng)接觸表面的半徑是R1時(shí)，轉(zhuǎn)子6的表面振 動(dòng)的振幅成為最大時(shí)的固有頻率是fR1。即，當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是fR1時(shí)， 轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)最大。
當(dāng)接觸表面的半徑是大于Rl的R4時(shí)，轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)的振幅成為 最大時(shí)的固有頻率是fR4，大于fR1。由于接觸表面的直徑增加，轉(zhuǎn)子6的 支撐剛性增加，從而固有頻率增大。
由于如圖8中箭頭所示，接觸表面的半徑在R1和R4之間變化，由轉(zhuǎn) 子6的表面振動(dòng)導(dǎo)致的固有頻率也變化，由此偏離轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速度。例 如，當(dāng)轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速度是fju時(shí)，接觸表面的半徑是Rl,由此使得轉(zhuǎn)子 固有頻率偏離fR4。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度是fR1時(shí)，接觸表面的半徑為 R4,由此使得轉(zhuǎn)子的固有頻率偏離fR1。由此，由于可以防止轉(zhuǎn)子6的表 面振動(dòng)共振，軸向間隙型電機(jī)21的安靜工作成為可能。
尤其是，在第二實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子6和輸出軸4的接觸表面是止擋23 和轉(zhuǎn)子6的前表面的組合，其中，止擋23具有朝向軸線0的方向突出的 拱形表面，而轉(zhuǎn)子6的前表面用于支撐該拱形表面。由此，轉(zhuǎn)子6的固有 頻率相對(duì)于吸引力的變化不同于第一實(shí)施例中具有線性錐面和直表面的止 擋13的。此外，由于靠近凹陷的壁4k的一小部分拱形表面被設(shè)置成即使 在半徑為R4時(shí)也不接觸轉(zhuǎn)子6,轉(zhuǎn)子的固有頻率可以不連續(xù)變化。
圖9和10是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)31的結(jié)構(gòu)的橫 截面圖。圖9示出當(dāng)接觸表面的半徑較小(Rl)時(shí)的狀態(tài)；圖10示出當(dāng) 接觸表面的半徑大于圖9(R3)時(shí)的狀態(tài)。由于第三實(shí)施例的基本構(gòu)成與 第 一實(shí)施例相同，相同的元件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)，并且在此省略對(duì)它 們的描述。
根據(jù)第三實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)31包括止擋33，輸出軸4穿過該 止擋33。雖然止擋33的材料與第一實(shí)施例的止擋13的材料相同，但是止 擋33的接觸表面不是線性錐面或拱形表面，而是垂直于軸線0且接觸轉(zhuǎn) 子6的前表面的平表面。由此，轉(zhuǎn)子6沿著軸線0的方向的運(yùn)動(dòng)可以變 化，而不會(huì)格格作響。
當(dāng)定子1和轉(zhuǎn)子6之間的吸引力(電磁力)較低，并且在軸線0的方 向上的電磁力大小較低時(shí)，如圖9中的細(xì)箭頭所示，由于止擋33幾乎不 變形，止擋33和轉(zhuǎn)子6的接觸表面的半徑為R1，如圖9所示。
當(dāng)吸引力(電磁力)大于圖9所示的值時(shí)，在軸線0的方向上的電磁 力大小較大，如圖10中粗箭頭所示，該電磁力更靠近地拉動(dòng)轉(zhuǎn)子6。在這 種情況下，徑向突起4d的端面4t額外接觸轉(zhuǎn)子6。由于端面4t和轉(zhuǎn)子6 與止擋33相比具有較i的揚(yáng)氏模量和較高的剛性，轉(zhuǎn)子6的支撐剛性最 大。
由于接觸表面的半徑在Rl和R3之間變化，由轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)導(dǎo)致 的固有頻率也變化，由此使之偏離轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速度。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子6的 旋轉(zhuǎn)速度是&3時(shí)，接觸表面的半徑是Rl，由此將轉(zhuǎn)子6的固有頻率偏離
fR3。
此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速度是fR1時(shí)，接觸表面的半徑是R3，由此將 轉(zhuǎn)子6的固有頻率與fR,偏離。由此，由于可以防止轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)的
共振，軸向間隙型電機(jī)31的安靜工作成為可能。
尤其是，由于轉(zhuǎn)子6和輸出軸4的接觸表面是止擋33和轉(zhuǎn)子6的前 表面的組合，其中止擋33是垂直于軸線0的方向的平的表面，而轉(zhuǎn)子6 的前表面用于支撐這個(gè)平表面，轉(zhuǎn)子6的固有頻率相對(duì)于吸引力的變化與 第一實(shí)施例的止擋13 (線性錐面)和第二實(shí)施例中的止擋(拱形錐面)不同。
圖11是示意性示出根據(jù)第四實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)41的結(jié)構(gòu)的橫 截面圖，圖11示出接觸表面的半徑較小(Rl)時(shí)的狀態(tài)。由于第四實(shí)施 例的基本構(gòu)成與第 一 實(shí)施例的相同，相同的元件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)， 且省略對(duì)它們的描述。
在根據(jù)第四實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)41中，輸出軸的徑向突起4d的 垂直于軸線0的端面4t直接接觸轉(zhuǎn)子6的前表面。如此，轉(zhuǎn)子6的沿著軸 線0的方向的移動(dòng)可以變化，而不會(huì)格格作響。轉(zhuǎn)子6的前表面形成向內(nèi) 朝向徑向突起4d且向下朝向輸出軸4延伸的錐面，如圖ll所示。
當(dāng)吸引力(電磁力)大于圖11所示的值時(shí)，電子力在軸向0的方向上 大小靠近地拉動(dòng)轉(zhuǎn)子6。在這種情況下，轉(zhuǎn)子6的前表面被推力變形，錐 度減小。此外，徑向突起4d和轉(zhuǎn)子6之間的接觸區(qū)域的半徑增大。
如此，輸出軸4和轉(zhuǎn)子6的接觸表面的半徑隨著在軸線0的方向上的 電磁力的大小而變化。轉(zhuǎn)子6由于表面振動(dòng)而共振的固有頻率也變化。如 此，由于可以防止轉(zhuǎn)子6的表面振動(dòng)的共振，軸向間隙型電機(jī)41的安靜 工作成為可能。
在如上所述的第一到第四實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)11、 21、 31和41 中，輸出軸4和轉(zhuǎn)子6的接觸表面的半徑隨著成為吸引力的沿著軸向0的 方向上的電磁力的大小而變化。電磁力基于交變電流和吸引力之間的關(guān)系 而得以控制，如圖12所示。
在圖12中，水平軸是流過電樞繞組的相位電流的有效值(或最大 值)，而縱軸是吸引力，該吸引力成為在定子1和轉(zhuǎn)子6之間產(chǎn)生的沿著 軸線0的方向的電^f茲力的大小。此外，在圖12中，虛線表示電流相位角卩 是-90度(強(qiáng)場(chǎng)系統(tǒng))時(shí)，而實(shí)線表示電流相位角(3為0 (零)度時(shí)。此 外，點(diǎn)劃線表示電流相位角(3為+90度(弱場(chǎng)系統(tǒng))時(shí)。
通常，軸向間隙型電才凡11、 21、 31和41由等于或小于Ia的電流驅(qū)
動(dòng)。此外，進(jìn)行弱場(chǎng)系統(tǒng)控制，其中，電流相位角p的極性在正側(cè)。如
此，吸引力減小。從而，如圖12所示，在通常工作中驅(qū)動(dòng)時(shí)使用的區(qū)域 通過被P是0 (零)度時(shí)的線、電流相位角p是+ 90度時(shí)的線和相位電流是 Ia時(shí)的線圍繞來表示。
對(duì)于在通常工作中驅(qū)動(dòng)時(shí)所用的區(qū)域，當(dāng)轉(zhuǎn)子6的固有頻率如圖4和 8所示變化而偏離轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，軸向間隙型電機(jī)11、 21、 31和 41由等于或大于Ia的相位電流驅(qū)動(dòng)。此外，進(jìn)行強(qiáng)場(chǎng)系統(tǒng)控制，其中， 電流相位角卩的極性在負(fù)側(cè)。如此，吸引力增加。如實(shí)線橢圓所表示的， 圖12示出在將固有頻率與旋轉(zhuǎn)速度分隔開的操作中的特征值變量控制區(qū) 域。
將參照?qǐng)D13解釋弱場(chǎng)控制和強(qiáng)場(chǎng)控制。圖13是示出定子鐵芯5和磁 鐵10在圓周方向上的相對(duì)位置關(guān)系的示意圖，說明電流相位角p為0 (零)度時(shí)的情形。在圖13中，當(dāng)電流相位角(3的極性在負(fù)側(cè)時(shí)，由于具 有南極前表面的永磁鐵10b變得靠近具有北極前端5s的定子鐵芯，可以理 解到吸引力增大。
圖14和15是示意性示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)51 的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖14示出接觸表面的半徑較大(R3)時(shí)的狀態(tài)。圖 15示出接觸表面的半徑小于圖14所示的值時(shí)(Rl)的狀態(tài)。由于第五實(shí) 施例的基本構(gòu)成與第 一 實(shí)施例的相同，相同的元件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo) 識(shí)，并且省略對(duì)它們的描述。
根據(jù)第五實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)51包括改變轉(zhuǎn)子6和輸出軸4的 接觸區(qū)域的致動(dòng)器。這種致動(dòng)器是活塞機(jī)構(gòu)，用于朝軸線方向移動(dòng)轉(zhuǎn)子 6。
輸出軸4經(jīng)其所穿過的環(huán)形碟簧52鄰近轉(zhuǎn)子6的后表面布置?？ōh(huán) 14防止碟簧52在軸線0的方向上遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子6移動(dòng)。碟簧52將轉(zhuǎn)子沿著軸 線0的方向壓向定子2,并且推動(dòng)轉(zhuǎn)子6與輸出軸4的徑向突起4d接觸， 如圖14所示。
在徑向突起4d中，安裝有沿著軸線0的方向可滑動(dòng)移動(dòng)的活塞53和 容納活塞53的缸54。缸54連接到液壓管路55上，該液壓管路55安裝到
輸出軸4的內(nèi)部。雖然轉(zhuǎn)子6與徑向突起4d接觸，且接觸區(qū)域具有大半 徑(R3)，活塞53完全容納在缸54內(nèi)，如圖14所示。
如果液壓從液壓管路55提供到缸54，由此使得活塞53從徑向突起 4d的端面4t突出并朝向碟簧52移動(dòng)轉(zhuǎn)子6，然后，轉(zhuǎn)子6和輸出軸徑向 突起4d之間的接觸表面的半徑變小(Rl)。
此外，如果缸54的液壓減小，活塞53借助于碟簧52的偏壓力向端 面4t縮回，所述偏壓力將轉(zhuǎn)子6推向徑向突起4d。如此，通過改變缸54 的液壓，接觸表面的半徑可以可選地變化到Rl或R3。
在第五實(shí)施例中，輸出軸4、卡環(huán)14、墊圈15、碟簧52、閉鎖螺母 16和活塞53相互作用地工作。它們構(gòu)成改變接觸區(qū)域的接觸區(qū)域變化裝 置。
如上所述，當(dāng)接觸表面的半徑是R3時(shí)，其中表面振動(dòng)(旋轉(zhuǎn)速度) 所共振的固有頻率是fR3,如圖16所示。當(dāng)接觸表面的半徑是R1時(shí)，其 中表面振動(dòng)(旋轉(zhuǎn)速度)所共振的固有頻率是fR1。如果轉(zhuǎn)子6和輸出軸4 的接觸表面具有大半徑(R3)，由于轉(zhuǎn)子6的支撐剛性較大，固有頻率fR3 變得大于固有頻率fR,,如圖16所示。如圖16的箭頭所示為了使得固有頻 率較小，通過向缸54提供液壓，接觸表面的半徑從R3減小到Rl。
此外，由于在根據(jù)第五實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)51中，通過利用活 塞機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)子6沿著軸線0的方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)子6沿著軸線0的方向的位移 量比根據(jù)第一到第四實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)11、 21、 31和41的增大得 多。這使得空氣間隙9可以增大。從而，當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度大于預(yù)定值 時(shí)，通過增大空氣間隙9,對(duì)于電機(jī)來說可以減小對(duì)高速旋轉(zhuǎn)不利的感應(yīng) 電壓。
如上所述，根據(jù)第一到第五實(shí)施例的軸線間隙型電機(jī)11、 21、 31、" 和51僅包括一個(gè)轉(zhuǎn)子。但是，即使在如下所述構(gòu)造成具有兩個(gè)轉(zhuǎn)子6和 一個(gè)定子2的軸向間隙型電機(jī)中，也可以通過改變轉(zhuǎn)子6和輸出軸4的接 觸區(qū)域，使得轉(zhuǎn)子6被表面振動(dòng)所共振的固有頻率偏離轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)速 度。
圖17是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)61的結(jié)構(gòu)的橫 截面圖，示出在接觸表面的半徑較小(Rl)時(shí)的情形。第六實(shí)施例的基本
構(gòu)成與第一實(shí)施例的相同，并且當(dāng)從定子l看時(shí)，轉(zhuǎn)子6對(duì)稱布置。 [第七實(shí)施例]
圖18是示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的軸向間隙型電機(jī)71的結(jié)構(gòu)的橫 截面圖，示出在接觸表面的半徑較大(R3)時(shí)的情形。第七實(shí)施例的基本 構(gòu)成與第五實(shí)施例的相同，且當(dāng)從定子l看時(shí)，轉(zhuǎn)子6對(duì)稱布置。
雖然上面描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是在不背離本發(fā)明的主題或 范圍的前提下，本發(fā)明可以包括其他實(shí)施例和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1. 一種軸向間隙型電機(jī)，包括定子；與所述定子相對(duì)設(shè)置的盤形轉(zhuǎn)子；與所述轉(zhuǎn)子接合的輸出軸；以及接觸區(qū)域變化裝置，該接觸區(qū)域變化裝置對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度改變所述轉(zhuǎn)子和所述輸出軸之間的接觸區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述輸出軸包括徑向 突起，且所述接觸區(qū)域變化裝置改變所述轉(zhuǎn)子和所述輸出軸的徑向突起之 間的4妻觸區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求2所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述接觸區(qū)域隨著所 述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度增大而減小。
4. 如權(quán)利要求2所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述接觸區(qū)域變化裝 置通過改變接觸區(qū)域來改變固有頻率，在該固有頻率下，所述轉(zhuǎn)子因?qū)?yīng)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度的表面振動(dòng)而共振。
5. 如權(quán)利要求4所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述接觸區(qū)域變化裝 置包括接觸表面，該接觸表面包括朝向所述轉(zhuǎn)子或所述徑向突起突出的線 性錐面、拱形錐面、平表面中的任一種或其組合。
6. 如權(quán)利要求4所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述接觸區(qū)域變化裝 置包括止擋，其中響應(yīng)于電磁力的大小的變化，所述止擋在由所述轉(zhuǎn)子接 觸的同時(shí)改變所述接觸區(qū)域。
7. 如權(quán)利要求6所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述徑向突起包括面 對(duì)所述轉(zhuǎn)子的端面以及在所述端面和輸出軸之間的凹陷，其中所述止擋設(shè) 置在所述凹陷中；所述端面由剛性大于所述止擋的材料形成；所述止擋在其一側(cè)朝向所述轉(zhuǎn)子突出，且在其另一側(cè)接觸所述徑向突 起；以及所述徑向突起的所述端面在所述止擋變形時(shí)接觸所述轉(zhuǎn)子。
8. 如權(quán)利要求7所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述止擋在其面對(duì)所 述轉(zhuǎn)子的一側(cè)具有接觸表面，該接觸表面包括朝向所述轉(zhuǎn)子突出的線性錐面、拱形錐面、平表面中的任一種或其組合。
9. 如權(quán)利要求1所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述輸出軸包括徑向 突起，所述轉(zhuǎn)子被朝向所述輸出軸偏壓以接觸所述徑向突起；所述接觸區(qū)域變化裝置包括用于改變所述轉(zhuǎn)子和所述徑向突起之間的 壓力的致動(dòng)器；以及所述致動(dòng)器改變所述轉(zhuǎn)子和所述徑向突起之間的接觸半徑，由此改變 所述接觸區(qū)域。
10. 如權(quán)利要求9所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述致動(dòng)器是用于 沿著所述輸出軸移動(dòng)所述轉(zhuǎn)子的活塞機(jī)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求10所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，當(dāng)所述輸出軸的旋 轉(zhuǎn)速度大于預(yù)定值時(shí)，所述活塞機(jī)構(gòu)使得在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間的空 氣間隙形成得大于預(yù)定尺寸。
12. 如權(quán)利要求1所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，在所述定子中安裝 有電樞繞組，在所述轉(zhuǎn)子中安裝有永磁鐵，且所述轉(zhuǎn)子通過所述電樞繞組 以對(duì)應(yīng)于電磁場(chǎng)系統(tǒng)的同步速度被驅(qū)動(dòng)，其中提供了用于通過電樞繞組的 電流值和電流相位角來控制電磁場(chǎng)的大小的裝置。
13. 如權(quán)利要求12所述的軸向間隙型電機(jī)，其中，所述電磁力的大小 在所述定子和所述轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生吸引力；且所述用于控制電磁場(chǎng)的大小的裝置使得電流相位角的極性能夠?qū)崿F(xiàn)輸 出軸的目標(biāo)輸出扭矩，來增強(qiáng)所述吸引力。
全文摘要
本發(fā)明旨在防止轉(zhuǎn)子在軸向間隙型電機(jī)工作過程中由于表面振動(dòng)而共振。本發(fā)明公開了一種軸向間隙型電機(jī)，該電機(jī)通過將定子(1)和盤形轉(zhuǎn)子(6)沿著軸線(0)的方向彼此面對(duì)地布置而借助于定子(1)和轉(zhuǎn)子(6)之間產(chǎn)生的電磁力來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(6)。在轉(zhuǎn)子(6)和與轉(zhuǎn)子(6)接合的輸出軸(4)的接觸狀態(tài)下接觸部分的半徑從R1變化到R3。結(jié)果，轉(zhuǎn)子(6)由于表面振動(dòng)而共振的固有頻率與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度偏離，其中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為f_R1，而固有頻率偏離為f_R3。
文檔編號(hào)H02K21/24GK101388588SQ20081021538
公開日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者田中大記 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社