專利名稱：軸向間隙電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種軸向間隙電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
作為具有轉(zhuǎn)子、在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸方向上隔著間隙與轉(zhuǎn)子相對(duì)的定子的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，公知例如以下專利文獻(xiàn)廣4中記載的軸向間隙電動(dòng)機(jī)。以下專利文獻(xiàn)f4所記載的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子具有沿旋轉(zhuǎn)軸的周向彼此離
開(kāi)地設(shè)置的永磁鐵、設(shè)置于上述永磁鐵間軟磁性體部(永磁鐵間軟磁性體部)。并且記載有因如上設(shè)置的軟磁性體部而增大磁阻轉(zhuǎn)矩、増大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。專利文獻(xiàn)I :(日本)特開(kāi)2006 — 50706號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :(日本)特開(kāi)2008 — 278649號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :(日本)特開(kāi)2008 — 199895號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :(日本)特開(kāi)2005 — 94955號(hào)公報(bào)作為用于上述軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的永磁鐵，通常使用剩余磁通密度大的稀土類磁鉄。但是，作為稀土類磁鐵的原材料的釹(Nd) Jg(Dy)等稀土類元素的出產(chǎn)地不均勻地分布在特定的地域，而且近年來(lái)使用量也正在急劇增加。因此，稀土類元素在穩(wěn)定供給及價(jià)格方面存在困難。因此，作為用于軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的永磁鐵，考慮使用鐵素體磁鐵等非稀土類磁鐵代替稀土類磁鉄。但是，如果在現(xiàn)有的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中將稀土類磁鐵替換成非稀土類磁鐵，則存在以下問(wèn)題。S卩，因?yàn)榉窍⊥令惔盆F的剩余磁通密度比稀土類磁鐵的剩余磁通密度小，所以與此對(duì)應(yīng)地磁轉(zhuǎn)矩減少。因此，優(yōu)選采用具有能夠抑制磁轉(zhuǎn)矩減少且能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩這種結(jié)構(gòu)的軸向間隙電動(dòng)機(jī)。但是，如果在現(xiàn)有的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中將稀土類磁鐵替換成非稀土類磁鐵，則抑制磁轉(zhuǎn)矩減少且增加磁阻轉(zhuǎn)矩難以兼顧。例如，在上述專利文獻(xiàn)I所記載的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中，在永磁鐵的靠定子側(cè)的面設(shè)置有由軟磁性材料構(gòu)成的轉(zhuǎn)子背部磁芯(ロータバックコァ)。另外，在上述專利文獻(xiàn)2所記載的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中，永磁鐵被由軟磁性材料構(gòu)成的ー對(duì)磁性體從旋轉(zhuǎn)軸方向夾持。即，在永磁鐵的靠ー對(duì)定子側(cè)的兩個(gè)面設(shè)置有由軟磁性材料構(gòu)成的ー對(duì)磁性體。因此，在上述專利文獻(xiàn)I及2所記載的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，因?yàn)樵O(shè)置于永磁鐵的靠定子側(cè)的面的部件，導(dǎo)致非稀土類磁鐵變薄，從而不能夠增大非稀土類磁鐵的體積占轉(zhuǎn)子整體體積的比例。其結(jié)果是，因?yàn)楹茈y増大非稀土類磁鐵的體積占轉(zhuǎn)子整體體積的比例，所以很難抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少。而且，因?yàn)樵谟来盆F的靠定子側(cè)的面設(shè)置有由軟磁性材料構(gòu)成的部件，所以從定子產(chǎn)生的磁通被拉至位于永磁鐵的靠定子側(cè)的面的磁性體。因此，從ー個(gè)定子到另ー個(gè)定子的磁通不僅通過(guò)永磁鐵間軟磁性體部?jī)?nèi)，也在一定程度通過(guò)永磁鐵內(nèi)。其結(jié)果是，存在如下問(wèn)題因通過(guò)永磁鐵間軟磁性體部?jī)?nèi)的磁通減少而導(dǎo)致磁阻轉(zhuǎn)矩減少，并且因通過(guò)永磁鐵內(nèi)的磁通，特別是弱的勵(lì)磁磁通導(dǎo)致在非稀土類磁鐵產(chǎn)生不可逆去磁，從而導(dǎo)致磁轉(zhuǎn)矩減少。另外，圖I是表示上述專利文獻(xiàn)3所記載的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子附近的、沿旋轉(zhuǎn)軸的周向的示意剖面圖。在上述專利文獻(xiàn)3所記載的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，如圖I所示，轉(zhuǎn)子3的永磁鐵8沿與轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向(圖I的左右方向)磁化。即，永磁鐵8的磁極面8mS垂直于定子4與轉(zhuǎn)子3相對(duì)的相對(duì)面4S。因此,從永磁鐵8產(chǎn)生的磁通8m從永磁鐵8朝向永磁鐵間軟磁性體部9，而且從永磁鐵間軟磁性體部9朝向一對(duì)定子4的方向。因此，導(dǎo)致被永磁鐵8磁化的永磁鐵間軟磁性體部9的靠ー對(duì)定子4側(cè)的ー對(duì)面變?yōu)橥瑨Q。其結(jié)果是，導(dǎo)致從一對(duì)定子4產(chǎn)生的磁通4m的大部分不能從ー個(gè)定子4經(jīng)過(guò)永磁鐵間軟磁性體部9朝向另ー個(gè)定子4，從定子4產(chǎn)生的磁通再次返回同一定子4。因此，因?yàn)閺亩ㄗ?4產(chǎn)生并且通過(guò)永磁鐵間軟磁性體部9內(nèi)的磁通減少，所以存在導(dǎo)致磁阻轉(zhuǎn)矩減少的問(wèn)題。另外，在上述專利文獻(xiàn)4所記載的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，如上述專利文獻(xiàn)4的圖4所記載，永磁鐵與永磁鐵間軟磁性體部直接接觸。因此，在使用非稀土類磁鐵作為永磁鐵時(shí)，導(dǎo)致該非稀土類磁鐵與永磁鐵間軟磁性體部磁耦合。因?yàn)榉窍⊥令惔盆F的剩余磁通密度小于稀土類磁鐵的剩余磁通密度，所以當(dāng)來(lái)自定子的磁通，特別是弱的勵(lì)磁磁通通過(guò)永磁鐵間軟磁性體部而使永磁鐵間軟磁性體部的磁化方向變化時(shí)，由于該變化的影響導(dǎo)致非稀土類磁鐵的磁化也一定程度地變化。其結(jié)果是，存在導(dǎo)致在非稀土類磁鐵產(chǎn)生不可逆去磁，并且導(dǎo)致磁轉(zhuǎn)矩減少的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題而做出的，目的在于提供ー種使用非稀土類磁鐵作為永磁鐵的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其能夠抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少，并且能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的軸向間隙電動(dòng)機(jī)具備轉(zhuǎn)子；定子，其為ー對(duì)并且與轉(zhuǎn)子相對(duì)地設(shè)置，以便在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的方向上隔著間隙地夾著所述轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有沿旋轉(zhuǎn)軸的周向彼此分離地設(shè)置的多個(gè)非稀土類磁鉄；隔著非磁性體部或空間間隙設(shè)置在多個(gè)非稀土類磁鐵之間的多個(gè)磁性體部，多個(gè)非稀土類磁鐵的磁化方向分別沿所述旋轉(zhuǎn)軸的方向，多個(gè)磁性體部的磁導(dǎo)率比多個(gè)非稀土類磁鐵的磁導(dǎo)率大，多個(gè)非稀土類磁鐵及多個(gè)磁性體部規(guī)定轉(zhuǎn)子與一對(duì)定子相対的相對(duì)面。在本發(fā)明的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，因?yàn)槎鄠€(gè)非稀土類磁鐵及多個(gè)磁性體部規(guī)定轉(zhuǎn)子與一對(duì)定子相対的相對(duì)面，所以在多個(gè)非稀土類磁鐵的靠ー對(duì)定子側(cè)的面并不存在轉(zhuǎn)子背部磁芯等部件。因此，不會(huì)因上述部件而導(dǎo)致非稀土類磁鐵變薄，所以能夠增大非稀土類磁鐵的體積占轉(zhuǎn)子整體體積的比例。其結(jié)果是，能夠抑制因非稀土類磁鐵的體積占轉(zhuǎn)子整體體積的比例小而引起的磁轉(zhuǎn)矩減少。另外，多個(gè)磁性體部的磁導(dǎo)率大于多個(gè)非稀土類磁鐵的磁導(dǎo)率，并且在多個(gè)非稀土類磁鐵的靠ー對(duì)定子側(cè)的面不存在由軟磁性材料構(gòu)成的部件，因此，從定子產(chǎn)生的磁通被拉向非稀土類磁鐵的靠定子側(cè)的面的方向這種情況被抑制。因此，從ー個(gè)定子產(chǎn)生并且朝向另ー個(gè)定子的磁通的大部分不經(jīng)過(guò)非稀土類磁鐵，而經(jīng)過(guò)設(shè)置于多個(gè)非稀土類磁鐵之間的磁性體部?jī)?nèi)。其結(jié)果是，因?yàn)閺亩ㄗ赢a(chǎn)生的磁通的大部分導(dǎo)入磁性體部?jī)?nèi)，所以能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。另外，能夠抑制因通過(guò)非稀土類磁鐵內(nèi)的磁通而產(chǎn)生的非稀土類磁鐵的不可逆去磁。其結(jié)果是，能夠抑制因通過(guò)非稀土類磁鐵內(nèi)的磁通產(chǎn)生的非稀土類磁鐵的不可逆去磁而引起的磁轉(zhuǎn)矩減少。另外，因?yàn)榉窍⊥令惔盆F的磁化方向沿旋轉(zhuǎn)軸的方向，所以不會(huì)產(chǎn)生由于非稀土類磁鐵產(chǎn)生的磁通而將磁性體部的靠ー對(duì)定子側(cè)的面同極地磁化的不良情況。因此，不妨礙從ー個(gè)定子朝向另ー個(gè)定子的磁通經(jīng)過(guò)磁性體部?jī)?nèi)，所以不會(huì)出現(xiàn)磁性體部的靠ー對(duì)定子側(cè)的面同極地磁化的情況下產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩減少之類的問(wèn)題。另外，因?yàn)槎鄠€(gè)磁性體部隔著非磁性體部或空間間隙設(shè)置于多個(gè)非稀土類磁鐵之間，所以能夠抑制非稀土類磁鐵與磁性體部的磁耦合。因此，即使來(lái)自定子的磁通，特別是弱的勵(lì)磁磁通通過(guò)磁性體部使磁性體部的磁化方向改變，也能夠抑制由于該變化的影響而導(dǎo)致非稀土類磁鐵的磁化變化。其結(jié)果是，因?yàn)橐种品窍⊥令惔盆F的不可逆去磁，所以能夠抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，能夠抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少，并且能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。而且，在本發(fā)明的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，多個(gè)非稀土類磁鐵的剩余磁通密度優(yōu)選在200mT以上、600mT以下。而且，在本發(fā)明的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，多個(gè)非稀土類磁鐵的回復(fù)磁導(dǎo)率優(yōu)選在I. 0以上、2. 0以下。而且，在本發(fā)明的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，多個(gè)非稀土類磁鐵的磁化方向優(yōu)選為沿旋轉(zhuǎn)軸的周向交替地反轉(zhuǎn)。由此，通過(guò)從ー對(duì)定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁通，能夠使轉(zhuǎn)子效率良好地旋轉(zhuǎn)。而且，在本發(fā)明的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，多個(gè)非稀土類磁鐵各自的體積大于多個(gè)磁性體部各自的體積。由此，能夠充分地抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少。而且，在本發(fā)明的軸向間隙電動(dòng)機(jī)中，非稀土類磁鐵可以是鐵素體磁鐵。根據(jù)本發(fā)明，提供ー種使用非稀土類磁鐵作為永磁鐵的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其能夠抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少，并且能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。


圖I是表示現(xiàn)有軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子附近的、沿旋轉(zhuǎn)軸的周向的示意剖面圖。圖2是示意地表示實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示使轉(zhuǎn)子及一對(duì)定子沿旋轉(zhuǎn)軸方向彼此離開(kāi)的狀態(tài)的立體圖。圖4是表示轉(zhuǎn)子的立體圖。圖5是表示非稀土類磁鐵的元件、框部件及轉(zhuǎn)子軸的結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示轉(zhuǎn)子的立體圖。圖7是表示實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子附近的、沿旋轉(zhuǎn)軸的周向的示意剖面圖。圖8是表示解析所使用的實(shí)施例的各條件的圖。圖9是表示平均轉(zhuǎn)矩的推移的解析結(jié)果的圖。圖10是表示轉(zhuǎn)子的鐵素體磁鐵的去磁體積比與電流密度的依存性的解析結(jié)果的、圖。圖11是表示槽數(shù)與U相磁鏈的減少率的關(guān)系的圖。圖12是表示匝 數(shù)、平均轉(zhuǎn)矩及U相磁鏈的減少率之間的關(guān)系的圖。圖13是表示非稀土類磁鐵的寬度、平均轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)之間的關(guān)系的圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明10軸向間隙電動(dòng)機(jī)、11轉(zhuǎn)子、IlS轉(zhuǎn)子與定子相対的相對(duì)面、13非稀土類磁鐵、15磁性體部、17c非磁性體部(分離部件)、17g空間間隙、21定子、G間隙。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在各附圖中，在可能的情況下，使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。另外，為了使附圖容易理解，分別任意地表示附圖中的結(jié)構(gòu)元件內(nèi)及結(jié)構(gòu)元件之間的尺寸比。圖2是示意地表示本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的剖面結(jié)構(gòu)的圖。如圖2所示，本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)10具備轉(zhuǎn)子11、一對(duì)定子21、轉(zhuǎn)子軸19、殼體29。轉(zhuǎn)子11是圓筒狀的部件，并且是繞沿該圓筒形狀的中心線的旋轉(zhuǎn)軸Ila旋轉(zhuǎn)的部件。轉(zhuǎn)子軸19貫穿轉(zhuǎn)子11，轉(zhuǎn)子11在其內(nèi)周面與轉(zhuǎn)子軸19固定。轉(zhuǎn)子軸19是向沿旋轉(zhuǎn)軸Ua的方向即轉(zhuǎn)子11的高度(厚度)方向延伸的部件，從而規(guī)定旋轉(zhuǎn)軸11a。一對(duì)定子21分別是圓筒狀的部件。一對(duì)定子21與轉(zhuǎn)子11相對(duì)地設(shè)置，以便在轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向上隔著間隙G (空間間隙)地夾著轉(zhuǎn)子11。即，一對(duì)定子21的相對(duì)面21S與轉(zhuǎn)子11的相對(duì)面IlS相対。轉(zhuǎn)子軸19貫穿ー對(duì)定子21，一對(duì)定子21的內(nèi)周面不與轉(zhuǎn)子軸19固定。殼體29是在內(nèi)部收納有轉(zhuǎn)子11及一對(duì)定子21的部件。殼體29經(jīng)由軸承等能夠旋轉(zhuǎn)地支承轉(zhuǎn)子軸19。一對(duì)定子21固定于殼體29。接著，對(duì)轉(zhuǎn)子11及定子21進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。圖3是表示使轉(zhuǎn)子及一對(duì)定子沿旋轉(zhuǎn)軸方向彼此分離的狀態(tài)的立體圖，圖4是表示轉(zhuǎn)子的立體圖。如圖3及圖4所示，轉(zhuǎn)子11具有沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的周向彼此離開(kāi)地設(shè)置的多個(gè)非稀土類磁鐵13 ;設(shè)置于多個(gè)非稀土類磁鐵13之間的多個(gè)磁性體部15 ;用于將非稀土類磁鐵13、磁性體部15及轉(zhuǎn)子軸19彼此固定的框部件17。多個(gè)非稀土類磁鐵13分別是例如鐵素體磁鐵、鋁鎳鈷合金磁鐵等稀土類磁鐵以外的永磁鐵。在本實(shí)施方式中，非稀土類磁鐵13的數(shù)量為八個(gè)，但是不特別限定。多個(gè)非稀土類磁鐵13的磁化方向分別沿旋轉(zhuǎn)軸11a。在本實(shí)施方式中，多個(gè)非稀土類磁鐵13的磁化方向沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的周向交替地反轉(zhuǎn)。另外，在本實(shí)施方式中，多個(gè)非稀土類磁鐵13分別形成將沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向設(shè)為厚度方向且向與旋轉(zhuǎn)軸Ila垂直的方向延伸并且在旋轉(zhuǎn)軸Ila中具有中心點(diǎn)的圓弧帶狀。多個(gè)磁性體部15與非稀土類磁鐵13同樣地也形成將沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向設(shè)為厚度方向且向與旋轉(zhuǎn)軸Ila垂直的方向延伸并且在旋轉(zhuǎn)軸Ila中具有中心點(diǎn)的圓弧帶狀。在本實(shí)施方式中，磁性體部15的數(shù)量為八個(gè)，但是不特別限定。磁性體部15的磁導(dǎo)率比非稀土類磁鐵13的磁導(dǎo)率大。磁性體部15由例如壓粉鐵芯、S45C等鐵或電氣器材用磁性材料等磁性材料構(gòu)成。另外，多個(gè)非稀土類磁鐵13及多個(gè)磁性體部15規(guī)定轉(zhuǎn)子11與一對(duì)定子21相對(duì)的相對(duì)面IlS (參照?qǐng)D2)。另外，如圖3所示，一對(duì)定子21具有分別由軟磁性材料構(gòu)成的定子磁芯23、線圈部25。定子磁芯23具有圓筒狀部件、從圓筒狀部件向轉(zhuǎn)子11的方向突出的多個(gè)齒部。齒部的沿與旋轉(zhuǎn)軸Ila垂直的面的截面是例如圓弧帶狀。繞多個(gè)齒部纏繞有線圈部25。線圈部25由于被通電而在一個(gè)定子21與另ー個(gè)定子21之間的區(qū)域，在沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通。通過(guò)因該旋轉(zhuǎn)磁通而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子11繞旋轉(zhuǎn)軸Ila旋轉(zhuǎn)。圖5是表示非稀土類磁鐵的元件、框部件及轉(zhuǎn)子軸的結(jié)構(gòu)的圖。圖5表示使框部件17及轉(zhuǎn)子軸19與其他部件在沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向上分離的狀態(tài)?？虿考?7由不銹鋼等非磁性材料構(gòu)成。如圖5所示，框部件17具有規(guī)定轉(zhuǎn)子 11的外形的環(huán)狀部件17a ;固定轉(zhuǎn)子軸19的轉(zhuǎn)子軸固定部件17b ;多個(gè)分離部件17c，其從環(huán)狀部件向轉(zhuǎn)子軸固定部件延伸，并且安裝在非稀土類磁鐵13與磁性體部15之間，以使兩者分離。另外，在本實(shí)施方式中，如圖5所示，多個(gè)非稀土類磁鐵13分別由分別設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸Ila的上方和旋轉(zhuǎn)軸Ila的下方的一對(duì)非稀土類磁鐵元件13a構(gòu)成。同樣地，多個(gè)磁性體部15分別由分別設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸Ila的上方和旋轉(zhuǎn)軸Ila的下方的ー對(duì)磁性體部元件15a構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)軸Ila上方的多個(gè)非稀土類磁鐵元件13a及磁性體部元件15a從框部件17的上方嵌入由環(huán)狀部件17a、轉(zhuǎn)子軸固定部件17b及分離部件17c規(guī)定的區(qū)域。同樣地，旋轉(zhuǎn)軸Ila下方的多個(gè)非稀土類磁鐵元件13a及磁性體部元件15a從框部件17的下方嵌入由環(huán)狀部件17a、轉(zhuǎn)子軸固定部件17b及分離部件17c規(guī)定的區(qū)域。需要說(shuō)明的是，非稀土類磁鐵13不一定需要由一對(duì)非稀土類磁鐵元件13a構(gòu)成，也可以由ー個(gè)部件構(gòu)成。磁性體部15也不一定需要由ー對(duì)磁性體部元件15a構(gòu)成，也可以由ー個(gè)部件構(gòu)成。圖6是表示轉(zhuǎn)子的立體圖。在圖6中，用附圖標(biāo)記(N及S)表示非稀土類磁鐵13的磁化方向，另外，圖6表示用與旋轉(zhuǎn)軸Ila平行的平面剖開(kāi)非稀土類磁鐵13、磁性體部15及框部件17的一部分的狀態(tài)。如圖6所示，非稀土類磁鐵13與磁性體部15彼此分離。更具體地說(shuō)，在多個(gè)非稀土類磁鐵13之間，隔著作為非磁性體部的分離部件17c及空間間隙17g設(shè)置有多個(gè)磁性體部15。即，在非稀土類磁鐵13與磁性體部15之間設(shè)置有分離部件17c及空間間隙17g。另外，在本實(shí)施方式中，在非稀土類磁鐵13與磁性體部15之間，在沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向的上部及下部存在空間間隙17g，在上述空間間隙17g之間存在分離部件17c，但是，也可以構(gòu)成為，例如在沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向的上部及下部存在分離部件17c，在上述分離部件17c之間存在空間間隙17g。另外，在本實(shí)施方式中，在非稀土類磁鐵13與磁性體部15之間存在分離部件17c及空間間隙17g這兩者，但是可以僅存在分離部件17c，也可以僅存在空間間隙17g。另外，優(yōu)選的是，非稀土類磁鐵13與磁性體部15的沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的周向的分離距離(g卩，分離部件17c及/或空間間隙17g的沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的周向的寬度)大于轉(zhuǎn)子11與定子21之間的間隙G (參照?qǐng)D2)的沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向上的寬度。這是因?yàn)?，在滿足該條件的情況下，使非稀土類磁鐵13的磁通沿旋轉(zhuǎn)軸Ila直線地朝向定子21的效果變得特別好。
另外，如圖6所示，優(yōu)選的是，多個(gè)非稀土類磁鐵13的磁化方向沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的周向交替地反轉(zhuǎn)。由此，通過(guò)從ー對(duì)定子21產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁通，能夠使轉(zhuǎn)子11效率良好地旋轉(zhuǎn)。根據(jù)如上所述本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)10，因如下所述理由，能夠抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少，并且能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。圖7是表示本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子附近的、沿旋轉(zhuǎn)軸的周向的示意剖面圖。如圖7所示，在本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)10中，因?yàn)槎鄠€(gè)非稀土類磁鐵13及多個(gè)磁性體部15規(guī)定轉(zhuǎn)子11與一對(duì)定子21相対的相對(duì)面11S，所以在多個(gè)非稀土類磁鐵13的靠ー對(duì)磁性體部15側(cè)的面(相對(duì)面IlS的一部分)并不存在轉(zhuǎn)子背部磁芯等部件。因此，不會(huì)因上述部件而導(dǎo)致非稀土類磁鐵13變薄，所以能夠增大磁性體部15的體積占轉(zhuǎn)子11整體體積的比例。其結(jié)果是，能夠抑制因非稀土類磁鐵13的體積占轉(zhuǎn)子11整體體積的比例小而引起的磁轉(zhuǎn)矩的減少。另外，因?yàn)榉窍⊥令惔盆F13的磁化方向沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的方向，所以不會(huì)產(chǎn)生由于非稀土類磁鐵13產(chǎn)生的磁通Ilm而將磁性體部15的靠ー對(duì)定子21側(cè)的面(相對(duì)面IlS的一部分)同極地磁化的不良情況。因此，不妨礙從ー個(gè)定子21朝向另ー個(gè)定子21的磁通21m經(jīng)過(guò)磁性體部15內(nèi)，所以不會(huì)出現(xiàn)磁性體部15的靠ー對(duì)定子21側(cè)的面同極地磁化的情況下產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩減少之類的問(wèn)題。另外，因?yàn)槎鄠€(gè)磁性體部15的磁導(dǎo)率大于多個(gè)非稀土類磁鐵13的磁導(dǎo)率，并且在多個(gè)非稀土類磁鐵13的靠ー對(duì)定子21側(cè)的面(相對(duì)面IlS的一部分)不存在由軟磁性材料構(gòu)成的部件，所以能夠抑制從定子21產(chǎn)生的磁通21m被拉向非稀土類磁鐵13的靠定子21側(cè)的面的方向。(假設(shè)，在多個(gè)非稀土類磁鐵13的靠ー對(duì)定子21側(cè)的面，如果在與d軸及q軸交叉的區(qū)域存在轉(zhuǎn)子背部磁芯等由軟磁性材料構(gòu)成的部件，則從定子21產(chǎn)生的磁通21m被拉向非稀土類磁鐵13的靠定子21側(cè)的面的方向，即，d軸的方向。)因此，從ー個(gè)定子21產(chǎn)生并且朝向另ー個(gè)定子21的磁通21m的大部分經(jīng)過(guò)設(shè)置于多個(gè)非稀土類磁鐵13之間的磁性體部15內(nèi)，而不經(jīng)過(guò)非稀土類磁鐵13。其結(jié)果是，因?yàn)閺亩ㄗ?1產(chǎn)生的磁通21m的大部分被導(dǎo)入磁性體部15內(nèi)，所以能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。另外，能夠抑制由于通過(guò)非稀土類磁鐵13內(nèi)的磁通而產(chǎn)生的非稀土類磁鐵13的不可逆去磁。其結(jié)果是，能夠抑制由于通過(guò)非稀土類磁鐵13內(nèi)的磁通產(chǎn)生的非稀土類磁鐵13的不可逆去磁而引起的磁轉(zhuǎn)矩減少的不良情況。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)10，能夠抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少，并且能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。另外，在本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)10中，多個(gè)非稀土類磁鐵13的剩余磁通密度優(yōu)選在200mT以上、600mT以下。但是，即使多個(gè)非稀土類磁鐵13的剩余磁通密度在上述范圍以外，軸向間隙電動(dòng)機(jī)10也能夠發(fā)揮上述效果。另外，在本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)10中，多個(gè)非稀土類磁鐵13的回復(fù)磁導(dǎo)率優(yōu)選在I. 0以上、2. 0以下。但是，即使多個(gè)非稀土類磁鐵13的回復(fù)磁導(dǎo)率在上述范圍以夕卜，軸向間隙電動(dòng)機(jī)10也能夠發(fā)揮上述效果。 而且，在本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)10中，多個(gè)非稀土類磁鐵13各自的體積優(yōu)選大于多個(gè)磁性體部15各自的體積(參照?qǐng)D3 圖7)。由此，能夠充分地抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少。另外，在上述實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子11作為用于產(chǎn)生磁轉(zhuǎn)矩的永磁鐵僅具有非稀土類磁鐵13那樣的非稀土類磁鐵(參照?qǐng)D3 圖6)，但是并不限定于上述方式。例如，轉(zhuǎn)子11作為用于產(chǎn)生磁轉(zhuǎn)矩的永磁鐵，除了非稀土類磁鐵以外，還可以具有稀土類磁鉄。本實(shí)施方式的軸向間隙電動(dòng)機(jī)10能夠用于例如混合動(dòng)カ車、電動(dòng)汽車等機(jī)動(dòng)車、空調(diào)、冷藏庫(kù)、洗衣機(jī)等家電產(chǎn)品。接著，針對(duì)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，對(duì)在將磁鐵溫度設(shè)定于75°C，將額定電流密度設(shè)定于22Arms/mm2的條件下,在使電流相位從0° (Odeg)變化至90° (90deg),并且進(jìn)行3D — FTA解析的情況下的平均轉(zhuǎn)矩的推移進(jìn)行了研究。圖8是表示本解析所使用的實(shí)施例的各條件的圖。圖9是表示基于上述解析，本實(shí)施例的平均轉(zhuǎn)矩及磁轉(zhuǎn)矩的電流相
位角之間的依存關(guān)系的圖。如圖9所示，平均轉(zhuǎn)矩的最大值為點(diǎn)A的值，S卩，電流相位角為50° (50deg)時(shí)的值355.0Nm。這時(shí)的轉(zhuǎn)矩密度為40. 3Nm/L，充分地滿足實(shí)用的程度。由此可知，例如，為了使輸出密度達(dá)到5. 68k W /L,即，使輸出達(dá)到50. 2k W，將規(guī)定速度下降至1350rpm左右。另外，圖9也表示以電流相位角度是0° (Odeg)的情況下的平均轉(zhuǎn)矩為基準(zhǔn)的磁轉(zhuǎn)矩的大致的推移情況。如圖9所示，在使平均轉(zhuǎn)矩為最大的電流相位角50°時(shí)，可知平均轉(zhuǎn)矩中的磁轉(zhuǎn)矩的比例為大約36%，平均轉(zhuǎn)矩中的磁阻轉(zhuǎn)矩的比例為大約64%。由此可知在實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩中，磁阻轉(zhuǎn)矩處于支配地位，從而能夠有效地利用磁阻轉(zhuǎn)矩。圖10是表示基于上述解析，轉(zhuǎn)子的鐵素體磁鐵的去磁體積比與電流密度的依存性的解析結(jié)果的圖。去磁體積比是表示產(chǎn)生不可逆去磁的部分占磁鐵整體的比例的值。在將旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定于0°并且將電流相位角設(shè)定于90°這樣的最容易產(chǎn)生不可逆去磁的條件下，在使電流密度變化的同時(shí)進(jìn)行上述解析。另外，因?yàn)槿绻F素體磁鐵處于低溫狀態(tài)就容易產(chǎn)生不可逆去磁，所以將鐵素體磁鐵的溫度設(shè)定于一 20°C。如圖10所示，當(dāng)電流密度低時(shí)，幾乎不產(chǎn)生不可逆去磁。當(dāng)額定電流密度為22Arms/mm2時(shí),去磁體積比為大約5.6%?？芍趯?shí)施例中，即使使用容易產(chǎn)生不可逆去磁的鐵素體磁鐵作為磁芯的永磁鐵，而且在低溫狀態(tài)下使22Arms/mm2這樣的大電流流過(guò)的情況下，也僅產(chǎn)生少量的不可逆去磁。接著，針對(duì)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，對(duì)槽數(shù)(定子21具有的線圈部25的數(shù)量)、由非稀土類磁鐵13的不可逆去磁而引起的U相磁鏈的減少率進(jìn)行了研究。具體地說(shuō)，準(zhǔn)備槽數(shù)為15、18、24這三個(gè)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)。確定定子21的定子磁芯23與線圈部25的形狀，以使上述實(shí)施例的線圈的繞線總量分別相同。其結(jié)果是，槽數(shù)為15、18、24的實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)的匝數(shù)(線圈的匝數(shù))分別依次為20、17、
13。在三個(gè)實(shí)施例中極數(shù)(轉(zhuǎn)子11具有的非稀土類磁鐵13的數(shù)量)都為10。針對(duì)上述實(shí)施例,在將旋轉(zhuǎn)角度設(shè)定于Odeg,將額定電流密度設(shè)定于22Arms/mm2,將磁鐵溫度設(shè)定于一 20°C或75°C，將電流相位角設(shè)定于90deg的條件下，對(duì)去磁進(jìn)行解析，并且求得U相磁鏈的減少率。圖11是表示槽數(shù)與U相磁鏈的減少率的關(guān)系的圖。如圖11所示，在槽數(shù)在15 24范圍內(nèi)的實(shí)施例中，越增加槽數(shù)，U相磁鏈的減少率越小。在磁鐵溫度為ー 20°C的情況下，槽數(shù)為18的實(shí)施例的U相磁鏈的減少率為大約4. 9%，槽數(shù)為25的實(shí)施例的U相磁鏈的減少率為大約I. 7%。由此可知在槽數(shù)在15 24范圍內(nèi)的實(shí)施例中，越增加槽數(shù)，相對(duì)于不可逆去磁的耐性越高。接著，針對(duì)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，研究了將槽數(shù)設(shè)定于24的情況下的匝數(shù)與平均轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。具體地說(shuō)，準(zhǔn)備匝數(shù)為13、14、15、16、17、18這六個(gè)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)。在六個(gè)實(shí)施例中槽數(shù)都為24。在六個(gè)實(shí)施例中極數(shù)都為10。針對(duì)上述實(shí)施例，在將磁鐵溫度設(shè)定于75°C，將額定電流密度設(shè)定于22Arms/mm2，將電流相位角設(shè)定于40deg的條件下，對(duì)平均轉(zhuǎn)矩進(jìn)行解析。圖12是表示針對(duì)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，匝數(shù)、平均轉(zhuǎn)矩及U相磁鏈的減少率的關(guān)系的圖。如圖12所示，在匝數(shù)為16的情況下，平均轉(zhuǎn)矩為最大值(330. 3Nm)。U相磁 鏈的減少率隨著匝數(shù)的増加而增加。在匝數(shù)為15的情況下，平均轉(zhuǎn)矩也足夠大，并且U相磁鏈的減少率為2. 7%這ー非常小的值。根據(jù)上述結(jié)果可知，在考慮到平均轉(zhuǎn)矩與U相磁鏈的減少率雙方的情況下，最適合的匝數(shù)為15。接著，針對(duì)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，對(duì)非稀土類磁鐵13的沿旋轉(zhuǎn)軸IIa的周向的方向上的寬度、轉(zhuǎn)矩的大小及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了研究。具體地說(shuō)，準(zhǔn)備使非稀土類磁鐵13的寬度(非稀土類磁鐵13的沿旋轉(zhuǎn)軸Ila的周向的方向上的寬度)以I. 2deg為單位從18deg變化至26. 4deg的八個(gè)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)。在八個(gè)實(shí)施例中槽數(shù)都為24。在八個(gè)實(shí)施例中匝數(shù)都為15。在八個(gè)實(shí)施例中極數(shù)都為10。針對(duì)上述實(shí)施例，在將磁鐵溫度設(shè)定于75°C，將額定電流密度設(shè)定于22Arms/mm2，將電流相位角設(shè)定于40deg的條件下，對(duì)平均轉(zhuǎn)矩進(jìn)行解析。圖13是表示針對(duì)實(shí)施例的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，非稀土類磁鐵的寬度、平均轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的關(guān)系的圖。如圖13所示，當(dāng)非稀土類磁鐵的寬度在從18deg到26. 4deg的范圍內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為不滿9%的非常小的值。另外，在非稀土類磁鐵的寬度為24deg的情況下，平均轉(zhuǎn)矩為最大值。根據(jù)上述結(jié)果可知，最適合的非稀土類磁鐵的寬度為24deg。
權(quán)利要求
1.ー種軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其特征在于，具備 轉(zhuǎn)子； 定子，其為ー對(duì)并且與所述轉(zhuǎn)子相對(duì)地設(shè)置，以便在所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的方向上隔著間隙地夾著所述轉(zhuǎn)子， 所述轉(zhuǎn)子具有 沿所述旋轉(zhuǎn)軸的周向彼此分離地設(shè)置的多個(gè)非稀土類磁鉄； 隔著非磁性體部或空間間隙設(shè)置在多個(gè)所述非稀土類磁鐵之間的多個(gè)磁性體部， 多個(gè)所述非稀土類磁鐵的磁化方向分別沿所述旋轉(zhuǎn)軸的方向， 多個(gè)所述磁性體部的磁導(dǎo)率比多個(gè)所述非稀土類磁鐵的磁導(dǎo)率大， 多個(gè)所述非稀土類磁鐵及多個(gè)所述磁性體部規(guī)定所述轉(zhuǎn)子與ー對(duì)所述定子相対的相對(duì)面。
2.如權(quán)利要求I所述的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其特征在于，多個(gè)所述非稀土類磁鐵的剰余磁通密度在200mT以上、600mT以下。
3.如權(quán)利要求I或2所述的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其特征在干，多個(gè)所述非稀土類磁鐵的回復(fù)磁導(dǎo)率在I. O以上、2. O以下。
4.如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其特征在于，多個(gè)所述非稀土類磁鐵的磁化方向沿所述旋轉(zhuǎn)軸的周向交替地反轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其特征在干，多個(gè)所述非稀土類磁鐵各自的體積大于多個(gè)所述磁性體部各自的體積。
6.如權(quán)利要求I至5中任ー項(xiàng)所述的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述非稀土類磁鐵為鐵素體磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用非稀土類磁鐵的軸向間隙電動(dòng)機(jī)，其能夠抑制磁轉(zhuǎn)矩的減少，并且能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。軸向間隙電動(dòng)機(jī)(10)具備轉(zhuǎn)子(11)、與轉(zhuǎn)子(11)相對(duì)地設(shè)置以便在轉(zhuǎn)子(11)的旋轉(zhuǎn)軸(11a)的方向上隔著間隙(G)地夾著轉(zhuǎn)子(11)的一對(duì)定子(21)，轉(zhuǎn)子(11)具有沿旋轉(zhuǎn)軸(11a)的周向彼此分離地設(shè)置的多個(gè)非稀土類磁鐵(13)、隔著非磁性體部(17c)等設(shè)置在多個(gè)非稀土類磁鐵(13)之間的多個(gè)磁性體部(15)，多個(gè)磁性體部(15)的磁導(dǎo)率大于多個(gè)非稀土類磁鐵(13)的磁導(dǎo)率，多個(gè)非稀土類磁鐵(13)及多個(gè)磁性體部(15)規(guī)定轉(zhuǎn)子(11)與一對(duì)定子(21)相對(duì)的相對(duì)面(11S)。
文檔編號(hào)H02K1/27GK102656774SQ20108005667
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者小笠原悟司, 竹本真紹 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人北海道大學(xué)