專利名稱：軸向間隙型無芯旋轉(zhuǎn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步型永磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)，例如電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)，更具體地涉及一種軸向間隙型無芯旋轉(zhuǎn)機(jī)，其具有沿轉(zhuǎn)軸方向相互面對的轉(zhuǎn)子和定子。
背景技術(shù)：
永磁體旋轉(zhuǎn)機(jī)在結(jié)構(gòu)上分為徑向間隙型和軸向間隙型。在徑向間隙型中，多個永 磁體沿轉(zhuǎn)子的周向布置，永磁體的磁極沿徑向?qū)R，并且定子以面向永磁體的方式布置。通 常在徑向間隙型中，各個定子線圈圍繞具有多個齒的鐵芯纏繞，使得來自轉(zhuǎn)子磁極的磁通 可與線圈有效地交鏈，并為電動機(jī)產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩，為發(fā)電機(jī)產(chǎn)生大電壓。相反地，由于使用了 鐵芯，所以會由于鐵芯的齒槽轉(zhuǎn)矩或者磁滯損失而引起轉(zhuǎn)矩?fù)p失，因而，增加了起動轉(zhuǎn)矩。 如果將這種結(jié)構(gòu)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)中且起動轉(zhuǎn)矩太大，則發(fā)電機(jī)不能利用弱風(fēng)力旋轉(zhuǎn)并且不 能發(fā)電。如果移除鐵芯，則不會引起這種問題。但是，這會引起磁效率惡化，并且在徑向間 隙型中不可能獲得大輸出。有鑒于此，提出了如圖8所示的軸向間隙型。在圖8中，在表面上包括多個永磁體26a的多層盤狀磁體(轉(zhuǎn)子磁軛)25通過墊 片固定在一起，以便裝配到轉(zhuǎn)軸22上并且與轉(zhuǎn)軸22 —體形成，從而形成了轉(zhuǎn)子27。在各 個轉(zhuǎn)子磁軛之間所形成的空氣間隙中，包括線圈3的定子1設(shè)置且固定到外殼21上。旋轉(zhuǎn) 軸22通過軸承28由外殼21可旋轉(zhuǎn)地支撐。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以通過擴(kuò)大永磁體26a的磁 極表面來增加輸出，而不使用用于線圈3的鐵芯。由于軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)具有不使用用于 線圈的鐵芯(稱為“無芯”)的結(jié)構(gòu)，因此可以獲得一種高輸出的旋轉(zhuǎn)機(jī)，因為其沒有起動轉(zhuǎn) 矩(例如，參考日本專利臨時公報(JP-A)No. 2002-320364和JP-ANo. 2003-348805這樣的 公報)。根據(jù)無芯旋轉(zhuǎn)機(jī)，由于線圈的電感較小，使得其阻抗較低，因此即使在高轉(zhuǎn)速的情況 下，無芯旋轉(zhuǎn)機(jī)也具有較小的內(nèi)部損耗并且提供高輸出和高效率的性能。例如，當(dāng)使用無芯 旋轉(zhuǎn)機(jī)作為無芯發(fā)電機(jī)時，由于內(nèi)部損耗是阻抗和電流產(chǎn)生的結(jié)果，所以可以在無芯旋轉(zhuǎn) 機(jī)阻抗較小時從其供應(yīng)較大的電流。無芯旋轉(zhuǎn)機(jī)對于供應(yīng)較大電流的應(yīng)用具有有利之處。 但是，需要注意的是，所允許流過的電流的幅值由繞線的橫截面積確定，并且假設(shè)限制為每 Imm2繞線橫截面積5到15A，因為線圈中所產(chǎn)生的熱應(yīng)該被限制。專利文獻(xiàn)1 :2002-320364A專利文獻(xiàn)2 :2003-348805A

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題為了增加占空因子并且實現(xiàn)較高輸出，優(yōu)選纏繞具有矩形橫截面的繞線而不是 具有圓形橫截面的繞線。有鑒于此，發(fā)明人制造了一種線圈，該線圈使用矩形橫截面為 1. 6mmXl. 25mm、橫截面積為2mm2的導(dǎo)線纏繞，以獲得30A的電流，并且將該線圈用于軸向 間隙型無芯發(fā)電機(jī)中。當(dāng)軸向間隙型無芯發(fā)電機(jī)以3600rpm旋轉(zhuǎn)時，盡管沒有連接負(fù)載，沒有電流流過線圈，但是線圈會產(chǎn)生熱。熱的產(chǎn)生導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)的內(nèi)部損耗并且引起發(fā)電效 率降低。發(fā)明人調(diào)查熱產(chǎn)生的原因，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁場與線圈的繞線交鏈時渦電流在繞線內(nèi)部環(huán) 形流動并且產(chǎn)生熱。作為降低渦電流的方法，可以設(shè)想將繞線變得更細(xì)。但是，這種方法阻 止了大電流的流動。解決問題的技術(shù)方案根據(jù)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種高輸出且高效的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，該 軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)能夠降低繞線內(nèi)部引起的渦電流并且提供較大電流。發(fā)明人致力于解決上述問題，實現(xiàn)高輸出和高效率的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，該軸向 間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)可以降低在繞線內(nèi)產(chǎn)生的渦電流并且提供較大電流。本發(fā)明的軸向間隙型旋 轉(zhuǎn)機(jī)可包括外殼；轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述外殼內(nèi)；兩個轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子能夠與 所述轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子包括旋轉(zhuǎn)板和永磁體，所述旋轉(zhuǎn)板相互面對設(shè)置，所述旋轉(zhuǎn)板 之間具有沿所述轉(zhuǎn)軸的軸向方向的間距，所述永磁體圍繞所述轉(zhuǎn)軸呈環(huán)形地設(shè)置在彼此相 對設(shè)置的所述旋轉(zhuǎn)板的相對面中的至少一個上，以使所述永磁體的磁極表面垂直于所述轉(zhuǎn) 軸定位；以及定子，該定子固定至所述外殼，所述定子設(shè)置在由相互面對的所述旋轉(zhuǎn)板形成 的氣隙中，所述定子包括固定板和線圈，所述線圈呈環(huán)形地設(shè)置在所述固定板上而面向所 述永磁體的環(huán)，其中每個所述線圈包括由一束至少兩個具有矩形橫截面的線圈導(dǎo)線通過對 齊所述線圈導(dǎo)線的橫截面的長邊和短邊中的至少一個而形成的繞線，所述繞線具有覆有絕 緣涂層的外周并且纏繞成使得所述線圈導(dǎo)線的橫截面的長邊垂直于所述永磁體的磁極表 面定位。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)可包括外殼；轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸可 旋轉(zhuǎn)地支撐在所述外殼內(nèi)；第一端轉(zhuǎn)子和第二端轉(zhuǎn)子，所述第一端轉(zhuǎn)子和第二端轉(zhuǎn)子能夠 與所述轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)，相互面對地設(shè)置，包括相應(yīng)的端旋轉(zhuǎn)板，并在所述第一端轉(zhuǎn)子和第二 端轉(zhuǎn)子之間具有沿所述轉(zhuǎn)軸的軸向方向的間距；至少一個雙側(cè)磁體轉(zhuǎn)子，所述雙側(cè)磁體轉(zhuǎn) 子能夠與所述轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)，每個雙側(cè)磁體轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述第一端轉(zhuǎn)子和所述第二端轉(zhuǎn)子 之間所形成的氣隙中，包括旋轉(zhuǎn)板和永磁體，所述永磁體圍繞所述轉(zhuǎn)軸同心地設(shè)置在所述 旋轉(zhuǎn)板的兩側(cè)上，使得所述磁極表面垂直于所述轉(zhuǎn)軸定位；以及至少兩個定子，所述定子固 定在所述外殼上，每個定子設(shè)置在所述第一端轉(zhuǎn)子、所述雙側(cè)磁體轉(zhuǎn)子、以及所述第二端轉(zhuǎn) 子之間所形成的氣隙中，每個定子包括固定板和線圈，所述線圈周向設(shè)置在每個所述固定 板上而面向永磁體的環(huán)，其中每個所述線圈包括由一束至少兩個具有矩形橫截面的線圈導(dǎo) 線通過對齊所述線圈導(dǎo)線的橫截面的長邊和短邊中的至少一個而形成的繞線，所述繞線具 有覆有絕緣涂層的外周，并且纏繞成使得每個所述線圈導(dǎo)線的橫截面的長邊垂直于所述永 磁體的磁極表面定位。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)可構(gòu)造成使得所述永磁體進(jìn)一步 設(shè)置在所述第一端轉(zhuǎn)子和所述第二端轉(zhuǎn)子的所述端旋轉(zhuǎn)板的相對面上，從而使得所述永磁 體的所述磁極表面垂直于所述轉(zhuǎn)軸定位。根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，優(yōu)選的是所述線圈導(dǎo)線的橫截面具有這樣的形 狀所述長邊的長度與所述短邊的長度的比值至少為五。根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，優(yōu)選的是在所述線圈導(dǎo)線的橫截面中，所述短 邊的長度不超過0. 5mm。
根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，每個所述線圈導(dǎo)線的外周可覆有絕緣涂層。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，即使繞線的橫截面積可以流過大電流，也可獲得高輸出和高效率的 軸向間隙型無芯旋轉(zhuǎn)機(jī)。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)的轉(zhuǎn)子的截面示意圖。圖2在(a)中示出了如圖1所示的轉(zhuǎn)子中容納的根據(jù)一個方面的線圈；在(b)中， 示出了沿圖1所示的線A-A剖取的截面圖；并且在(c)中，示出了其放大視圖。圖3是沿轉(zhuǎn)軸的方向看去的前視圖，示出了轉(zhuǎn)子的磁體如何經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明的旋 轉(zhuǎn)機(jī)的定子上方。圖4描述了沿圖3的線A-A和線B-B剖取的視圖，示出了轉(zhuǎn)子的磁體如何經(jīng)過根 據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)的定子上方。圖5示出了容納在定子內(nèi)的根據(jù)另一個方面的線圈沿圖1中的線A-A的截面視 圖，并示出了單個繞線的導(dǎo)線的排列的示意圖。圖6示出了容納在定子內(nèi)的根據(jù)另一個方面的線圈沿圖1中的線A-A剖取的截面 視圖，并示出了單個繞線的導(dǎo)線的排列的示意圖。圖7是示出了用于生產(chǎn)圖1所示的定子中所容納的線圈的方法和裝置的實施例的 示意圖。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)的一個方面的示意性截面圖。圖9 是示出了可以使用在相據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)中的轉(zhuǎn)子的示意性立體圖。圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)的另一個方面的示意性截面視 圖。圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)的另一個方面的示意性截面視 圖。圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)的另一個方面的示意性截面視 圖。附圖標(biāo)記說明1 定子2線圈底座3 線圈4線圈繞線5線圈導(dǎo)線6絕緣涂層7永磁體8 磁通9渦電流10線圈制造機(jī)11導(dǎo)線供給部分
12導(dǎo)線組裝部分13線圈纏繞部分14線圈導(dǎo)線源15旋轉(zhuǎn)體16中空線圈架20、30、40、50軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)
具體實施例方式在下文中，參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)的定子。在圖1中，定子1具有12個 線圈3，線圈3設(shè)置成環(huán)形且關(guān)于線圈底座(固定板)2的轉(zhuǎn)軸相互等距地隔開。線圈的數(shù) 量根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的數(shù)量或者線圈是否以單相方式或者三相方式連接來確定。通常，對于單 相而言，將磁極數(shù)量和線圈數(shù)量的比值設(shè)為1 1，對于三相而言，設(shè)為4 3，也可以將比 值沒為16 9,20 12等等。在圖1所示的實施例中，12個線圈以三相方式連接，從而用 具有16個磁極的轉(zhuǎn)子獲得三相輸出。注意，定子不限于圖1所示的具有圍繞線圈底座2的轉(zhuǎn)軸呈單個環(huán)形設(shè)置的線圈 的定子，也可以采用所謂的多圓周結(jié)構(gòu)，即，通過圍繞線圈底座2的轉(zhuǎn)軸以至少兩個直徑不 同的同心環(huán)設(shè)置線圈。在這種情況下，永磁體以直徑不同的各環(huán)形同心地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板上， 使得旋轉(zhuǎn)板的每個同心環(huán)對應(yīng)于設(shè)置有線圈的固定板的同心環(huán)。參考圖2進(jìn)一步詳細(xì)描述用于上述定子的繞線的結(jié)構(gòu)。如圖2的(a)到(c)所示， 通過纏繞具有板狀形狀并外表面上施加有絕緣涂層6的線圈繞線4來形成線圈3。而且，如 圖2(d)所示，板狀的線圈繞線4由總共18個具有矩形截面的線圈導(dǎo)線5組成，矩形截面的 長邊和短邊相互對齊。優(yōu)選地，從降低渦電流的角度看，線圈繞線4的絕緣涂層6的厚度在0到50 μ m的 范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在20 μ m到30 μ m的范圍內(nèi)。此外，可以采用瓷漆涂層作為繞線的絕緣涂層。參考圖3和4，對當(dāng)驅(qū)動軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)時在板狀線圈繞線4內(nèi)流過的渦電流進(jìn) 行描述。圖3(a)示出了一種狀態(tài)，其中轉(zhuǎn)子的永磁體7隨著轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)到達(dá)圍繞轉(zhuǎn)軸同心 設(shè)置的特定線圈3的線圈繞線4的上方。在該狀態(tài)下沿線A-A的截面視圖對應(yīng)圖4(a)。在圖3(b)中，轉(zhuǎn)子進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，永磁體7將要從特定線圈3的繞線4的上方離開。 在該狀態(tài)下，沿線B-B的截面視圖對應(yīng)圖4(b)。在從圖3(a)部分所示的狀態(tài)到圖3(b)所 示的狀態(tài)的轉(zhuǎn)變期間，如圖4(a)和(b)所示穿透至繞線4內(nèi)部的磁通8不斷減少。然后，渦 電流9(感應(yīng)電流)在繞線4內(nèi)流動而防止磁通減少。由于渦電流9大量流過磁通所穿透的 表面，因此流過與磁極表面平行的表面的渦電流比流過與磁通平行的表面的渦電流多。這 意味著更多的電流流過圖4(b)所示的上表面和下表面。因此，發(fā)明人想到，如果在軸向間 隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)的的線圈中，將與磁極表面平行的表面分為較小的部分，則通過將渦電流路徑 分成片段會有效地降低渦電流，并且發(fā)明人設(shè)想通過如上所述使導(dǎo)線截面的長邊和/或短 邊一起對齊的方式將至少兩個截面形狀相同的線圈導(dǎo)線捆在一起來制造繞線。優(yōu)選地，形成繞線的線圈導(dǎo)線5的截面為矩形。而且優(yōu)選地，為了降低渦電流，每個導(dǎo)線5覆有圖2(e)所示的絕緣涂層6。但是，由于較厚的絕緣涂層6減小了繞線的占空 系數(shù)(space factor)并且引起輸出功率的減小，所以較薄的絕緣涂層是較好的，例如，優(yōu)選 采用涂有瓷漆的導(dǎo)線。由于即使沒有絕緣涂層也仍然可以提供降低渦電流的效果，所以線 圈導(dǎo)線5的絕緣涂層不是必須的要求。在將絕緣涂層6應(yīng)用到線圈導(dǎo)線5時，從降低渦電 流的角度看，涂層的厚度優(yōu)選在O到50 μ m的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的是在20到30 μ m的范圍內(nèi)。 此外，對于繞線的絕緣涂層，也可以采用與線圈導(dǎo)線5的絕緣涂層類似的材料。至于導(dǎo)線的尺寸，選擇使渦電流難以流動的尺寸。使渦電流難以流動的尺寸會根 據(jù)磁極的數(shù)量、轉(zhuǎn)速、磁場強度等等而變化，可以使用有限元方法等基于磁場仿真計算該尺 寸。優(yōu)選地，導(dǎo)線截面的短邊的長度是0.5mm或者更小。盡管減小導(dǎo)線截面的長邊的 尺寸會導(dǎo)致渦電流降低，但是太薄的導(dǎo)線會使纏繞操作困難并且降低繞線的占空因子。導(dǎo) 線截面的長邊，即當(dāng)線圈設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)上時垂直于永磁體的磁極表面而定位的邊，不需要 具有像導(dǎo)線截面的短邊(即平行于永磁體的磁極表面定位的邊)那樣小的數(shù)值。優(yōu)選地， 線圈導(dǎo)線的截面的形狀具有這樣的關(guān)系，即截面的長邊的長度和截面的短邊的長度的比值 至少為五(比值彡5)。圖5和6示出了用于根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)的線圈的其他方面。在圖5中，形成繞 線的線圈導(dǎo)線關(guān)于矩形截面與圖2所示的情況一樣，但是與圖2所示的情況不同之處在于， 線圈通過纏繞具有正方形截面的繞線而形成。在圖6中，關(guān)于線圈通過纏繞具有矩形截面的繞線而形成的方面與圖2所示的相 同。但是線圈導(dǎo)線的截面的短邊比圖2長。但是，在這些線圈的每一個中，形成繞線的導(dǎo)線的截面的短邊的長度設(shè)為0.5mm
或者更小。圖7示出了生產(chǎn)上述線圈繞線和線圈的方法的一個實施例。如圖7所示的線圈制 造機(jī)10包括導(dǎo)線供給部分11，其具有七個用于通過旋轉(zhuǎn)將線圈導(dǎo)線5供出的線圈導(dǎo)線源 14 ；導(dǎo)線組裝部分12，其用于通過使用以彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)的兩個旋轉(zhuǎn)體15將從導(dǎo)線供 給部分提供的導(dǎo)線5滾入并且捆在一起來制造具有矩形橫截面的單股繞線4 ；以及線圈纏 繞部分13，其用于圍繞中空線圈架16纏繞在導(dǎo)線組裝部分中得到的線圈繞線4。例如，使 用上述這種生產(chǎn)裝置可以獲得線圈。也可以在導(dǎo)線組裝部分12和線圈纏繞部分之間設(shè)置 涂層部分，用于將絕緣涂層施加到導(dǎo)線組裝部分12中所得到的繞線上。包括線圈的轉(zhuǎn)子可以優(yōu)選地用于圖8、10、11和12所示的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)。如圖8所示的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)20包括外殼21 ；轉(zhuǎn)軸22，其可旋轉(zhuǎn)地支撐在外 殼21內(nèi)；兩個轉(zhuǎn)子24和27，它們能夠與轉(zhuǎn)軸一體地旋轉(zhuǎn)，包括旋轉(zhuǎn)板23和25以及永磁體 26a，旋轉(zhuǎn)板23和25相互面對設(shè)置并在其間具有沿轉(zhuǎn)軸22的軸向的間距，永磁體26a圍繞 轉(zhuǎn)軸同心地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板23和25的相對面中的一個上，以使永磁體的磁極表面垂直于轉(zhuǎn) 軸定位；以及定子，其固定在外殼上，包括固定板1和線圈3，固定板1設(shè)置在彼此面對的旋 轉(zhuǎn)板23和25之間所形成的氣隙中，線圈3呈環(huán)形地設(shè)置在固定板1處而面向永磁體的環(huán)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，從轉(zhuǎn)子的永磁體產(chǎn)生的磁通間歇地與同心設(shè)置的每個線圈3的內(nèi) 部交鏈。圖9公開了用于軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)20中的轉(zhuǎn)子27。轉(zhuǎn)子27具有設(shè)置在轉(zhuǎn)子磁軛25的表面上的16個永磁體7，使得它們的磁極交替。永磁體的數(shù)量是偶數(shù)。使用具有強磁力的Nd-Fe-B基燒結(jié)磁體作為永磁體，可以獲得高輸出功率。如圖10所示的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)30與圖8所示的方面的不同在于，永磁體34a 和34b圍繞轉(zhuǎn)軸32同心地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板35a和36b的相互面對的兩個表面上，使得磁極表 面垂直于轉(zhuǎn)軸定位。根據(jù)圖10所示的方面，由于永磁體設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板(轉(zhuǎn)子磁軛)的兩個表面上，所 以與圖8所示的情況相比，可改善磁效率。旋轉(zhuǎn)板可以通過將磁體嵌入形成于旋轉(zhuǎn)板上的 通孔內(nèi)而形成。如圖11所示的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)40包括外殼41 ；轉(zhuǎn)軸42，其可旋轉(zhuǎn)地支撐在外 殼內(nèi)；第一和第二端轉(zhuǎn)子，它們能夠與轉(zhuǎn)軸一體地旋轉(zhuǎn)，包括相應(yīng)的端旋轉(zhuǎn)板43a和43b，端 旋轉(zhuǎn)板43a和43b相互面對設(shè)置并在其間具有沿轉(zhuǎn)軸42的軸向的間距；至少一個雙側(cè)磁體 轉(zhuǎn)子，其包括旋轉(zhuǎn)板44和永磁體45，旋轉(zhuǎn)板44在能夠與轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)的第一和第二端轉(zhuǎn)子 之間所形成的氣隙中設(shè)置，永磁體45圍繞轉(zhuǎn)軸42同心地設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板44的兩側(cè)，使得磁 極表面垂直于轉(zhuǎn)軸定位；以及定子，其固定在機(jī)殼上，每個定子設(shè)置在第一端轉(zhuǎn)子、所述至 少一個雙側(cè)磁體轉(zhuǎn)子、以及第二端轉(zhuǎn)子之間所形成的氣隙中，定子包括固定板1和線圈3， 線圈3周向地設(shè)置在固定板上而面向永磁體的環(huán)。如圖12所示的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)50與圖11所示的方面的不同在于，永磁體54 設(shè)置在第一和第二端轉(zhuǎn)子的端旋轉(zhuǎn)板53a和53b的相對表面上，使得磁極表面垂直于轉(zhuǎn)軸 定位。當(dāng)如圖11或12所示多個轉(zhuǎn)子和定子沿軸向方向設(shè)置時，輸出功率與線圈數(shù)量增 加得一樣多，從而制造高輸出旋轉(zhuǎn)機(jī)。如圖11和12所示的發(fā)電機(jī)包括設(shè)置在其中的三個 轉(zhuǎn)子和兩個定子。定子的數(shù)量是大于等于2的整數(shù)，轉(zhuǎn)子的數(shù)量可以等于定子數(shù)量加一所 得到的數(shù)值。在下文中，詳細(xì)描述這些實施例。盡管對使用Nd2-Fe14-B基永磁體的情況作出描 述，但是本發(fā)明不限于Nd-Fe-B基磁體。用于本發(fā)明中的永磁體具有的性質(zhì)為Br 13. 7kG， iHc :16k0e,以及(BH)max :46MG0e。比較例1首先，當(dāng)如圖10所示的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)用作發(fā)電機(jī)時，測量所產(chǎn)生的能量和損 失。發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)具有16個磁極和12個線圈。圖9示出了通過將永磁體7設(shè)置在轉(zhuǎn)子磁 軛27上所得到的轉(zhuǎn)子25。對于轉(zhuǎn)子磁軛27，使用由材料S15C制成的直徑為200mm且厚度 為5mm的盤。對于永磁體27，使用寬度為20mm、長度為35mm且在磁化方向上的深度為3mm 的前述Nd-Fe-B基磁體。在轉(zhuǎn)子磁軛27的表面上，設(shè)置16個磁體，使得N極和S極的磁極 表面交替，并且使用彈性粘合劑(Cemedine有限公司的EP001)將磁體粘合。如圖10所示， 磁體布置成相反磁極的磁體經(jīng)氣隙彼此面對。其中設(shè)置有定子1的氣隙的尺寸是8mm。如圖1所示，在定子1中設(shè)置12個線圈3，每個線圈由在厚度為5mm的Bakelite 材料制成的線圈底座2上纏繞30圈而形成。線圈3以三相星形連接方式布置，其中每相的 四個線圈3串聯(lián)連接。每個線圈3使用環(huán)氧粘合劑(Sumit0m03M有限公司的EW2040)固定 到線圈底座2上。當(dāng)定子內(nèi)置在圖10所示的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)中時，在線圈的橫截面中， 垂直于永磁體磁極表面的一邊為5mm，平行于永磁體磁極表面的一邊為12mm。在該比較例中，使用具有矩形橫截面且在橫截面中短邊為1. 25mm長邊為1. 6mm的一股導(dǎo)線(由銅材料 制成且具有絕緣涂層)作為繞線，并且將該繞線纏繞在圖10所示的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)上， 從而使得每個線圈繞線的橫截面的短邊垂直于永磁體的磁極表面定位。繞線的橫截面面積 為 2mm2。然后，當(dāng)制成的軸向間隙型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在連接負(fù)載的情況下以3600rpm旋轉(zhuǎn) 時，可以獲得30A的線路電流、100V的線路電壓和5200W的三相功率輸出。轉(zhuǎn)矩測量儀與發(fā) 電機(jī)的輸入側(cè)連接，根據(jù)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩測量發(fā)電機(jī)的輸入功率。輸入功率為6500W。由于從繞 線銅的電阻值和電流值得出的其損失為300W，所以確定，其余1000W的損失歸因于繞線中 的渦電流損失，諸如機(jī)械損失和風(fēng)阻損失的其它損失可以幾乎忽略不計。比較例2當(dāng)將橫截面的長邊為5mm短邊為0. 4mm的單股線圈導(dǎo)線提供給圖10所示的軸向 間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)作為繞線時，線圈導(dǎo)線纏繞成使其橫截面的長邊垂直于永磁體的磁極表面定 位，其它以與比較例1相同的方式布置。然后，當(dāng)制成的軸向間隙型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在連接有負(fù)載的情況下以3600rpm旋轉(zhuǎn) 時，可以獲得30A的線路電流、100V的線路電壓和5200W的三相功率輸出。同時，輸入功率 為5700W。由于從繞線的銅的電阻值和電流值得出其損失為300W，所以可以確定，其余200W 的損失歸因于繞線中的渦電流損失。因而，也可確定，當(dāng)繞線的導(dǎo)線在垂直于氣隙的方向上 較小時，可以降低繞線的渦電流損失。實施例1通過對齊線圈導(dǎo)線的長邊將線圈導(dǎo)線一起捆成四列，每個導(dǎo)線的橫截面的長邊為 5mm，短邊為0. 1mm，從而獲得橫截面的長邊為5mm短邊為0. 4mm的導(dǎo)線組件。將瓷漆涂層施 加到該組件上以獲得繞線，其它以與比較例2相同的方式布置。然后，當(dāng)制成的軸向間隙型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在連接有負(fù)載的情況下以3600rpm旋轉(zhuǎn) 時，可以獲得30A的線路電流、100V的線路電壓和5200W的三相功率輸出。同時，輸入功率 為5620W。由于從繞線的銅的電阻值和電流值得出其損失為300W，所以可以確定，其余120W 的損失歸因于繞線中的渦電流損失。因而，與比較例2比較，可以降低繞線的渦電流損失， 并且獲得高效率發(fā)電機(jī)。實施例2通過對齊線圈導(dǎo)線的短邊將線圈導(dǎo)線一起捆成四列，每個導(dǎo)線的橫截面的長邊為 1. 25mm,短邊為0. 4mm,從而獲得橫截面的長邊為5mm短邊為0. 4mm的導(dǎo)線組件。將瓷漆涂 層施加到該組件上以獲得繞線，其它以與比較例2相同的方式布置。然后，當(dāng)制成的軸向間隙型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在連接有負(fù)載的情況下以3600rpm旋轉(zhuǎn) 時，可以獲得30A的線路電流、100V的線路電壓和5200W的三相功率輸出。同時，輸入功率 為5610W。由于從繞線的銅的電阻值和電流值得出其損失為300W，所以其余110W的損失歸 因于繞線中的渦電流損失。因而，與比較例比較，可以降低繞線的渦電流損失，并且獲得高 效率發(fā)電機(jī)。實施例3通過對齊總共16個線圈導(dǎo)線的長邊和短邊將線圈導(dǎo)線一起捆成四行四列，每個 導(dǎo)線的橫截面的長邊為1. 25mm，短邊為0. 1mm，從而獲得橫截面的長邊為5mm短邊為0. 4mm的導(dǎo)線組件。將瓷漆涂層施加到該組件上以獲得繞線，其它以與比較例2相同的方式布置。
然后，當(dāng)制成的軸向間隙型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在連接有負(fù)載的情況下以3600rpm旋轉(zhuǎn) 時，可以獲得30A的線路電流、100V的線路電壓和5200W的三相功率輸出。同時，輸入功率 為5550W。由于從繞線的銅的電阻值和電流值得出其損失為300W，所以可以確定，其余50W 的損失歸因于繞線中的渦電流損失。不僅可以將繞線的渦電流損失降低到比較例1的1/20 以及比較例2的1/4，而且可以獲得比實施例1或2效率更高的發(fā)電機(jī)。
權(quán)利要求
一種軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，包括外殼；轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述外殼內(nèi)；兩個轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子能夠與所述轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)并相互面對設(shè)置，在所述轉(zhuǎn)子之間具有沿所述轉(zhuǎn)軸的軸向方向的間距，所述轉(zhuǎn)子包括永磁體和兩個旋轉(zhuǎn)板，所述永磁體圍繞所述轉(zhuǎn)軸呈環(huán)形地設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)板的相對面中的至少一個上，使得所述永磁體的磁極表面垂直于所述轉(zhuǎn)軸定位；以及定子，該定子固定至所述外殼，該定子設(shè)置在相互面對的所述旋轉(zhuǎn)板之間所形成的氣隙中，所述定子包括固定板和線圈，所述線圈呈環(huán)形地設(shè)置在所述固定板上而面向所述永磁體的環(huán)；其中每個所述線圈包括由一束至少兩個具有矩形橫截面的線圈導(dǎo)線通過對齊所述線圈導(dǎo)線的橫截面的長邊和短邊中的至少一個而形成的繞線，所述繞線具有覆有絕緣涂層的外周，并且纏繞成使得所述線圈導(dǎo)線的橫截面的長邊垂直于所述永磁體的所述磁極表面定位。
2.一種軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，包括外殼；轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地支撐在所述外殼內(nèi)；第一端轉(zhuǎn)子和第二端轉(zhuǎn)子，所述第一端轉(zhuǎn)子和第二端轉(zhuǎn)子能夠與所述轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)， 每個端轉(zhuǎn)子相互面對地設(shè)置，包括端旋轉(zhuǎn)板，并在所述第一端轉(zhuǎn)子和第二端轉(zhuǎn)子之間具有 沿所述轉(zhuǎn)軸的軸向方向的間距；至少一個雙側(cè)磁體轉(zhuǎn)子，所述雙側(cè)磁體轉(zhuǎn)子能夠與所述轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)，每個雙側(cè)磁體 轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述第一端轉(zhuǎn)子和所述第二端轉(zhuǎn)子之間所形成的氣隙中，包括旋轉(zhuǎn)板和永磁 體，所述永磁體圍繞所述轉(zhuǎn)軸同心地設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)板的兩側(cè)上，使得所述磁極表面垂直 于所述轉(zhuǎn)軸定位；以及至少兩個定子，所述定子固定至所述外殼，每個定子設(shè)置在所述第一端轉(zhuǎn)子、所述雙側(cè) 磁體轉(zhuǎn)子、以及所述第二端轉(zhuǎn)子之間所形成的氣隙中，每個定子包括固定板和線圈，所述線 圈周向設(shè)置在每個所述固定板上而面向所述永磁體的環(huán)，其中每個所述線圈包括由一束至少兩個具有矩形橫截面的線圈導(dǎo)線通過對齊所述線 圈導(dǎo)線的橫截面的長邊和短邊中的至少一個而形成的繞線，所述繞線具有覆有絕緣涂層的 外周，并且纏繞成使得每個所述線圈導(dǎo)線的橫截面的長邊垂直于所述永磁體的所述磁極表 面定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，其中所述永磁體進(jìn)一步設(shè)置在所述第一 端轉(zhuǎn)子和所述第二端轉(zhuǎn)子的所述端旋轉(zhuǎn)板的相對面上，從而使得所述永磁體的所述磁極表 面垂直于所述轉(zhuǎn)軸定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，其中每個所述線圈導(dǎo)線的橫截面具 有這樣的形狀所述長邊的長度與所述短邊的長度的比值至少為五。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，其中每個所述線圈導(dǎo)線的外周覆有絕緣 涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，其中在每個所述線圈導(dǎo)線的橫截面中， 所述短邊的長度不超過0. 5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種軸向間隙型旋轉(zhuǎn)機(jī)，其包括線圈(3)，該線圈包括將兩個以上具有矩形橫截面的線圈導(dǎo)線(5)捆束成使得線圈導(dǎo)線的橫截面的長邊和/或短邊對齊而形成的繞線(4)。繞線(4)在其外周上覆有絕緣涂層(6)，并且使得線圈導(dǎo)線(5)的橫截面的長邊與永磁體的磁極表面彼此垂直。
文檔編號H02K16/02GK101809847SQ200880106739
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者宮田浩二, 小林秀樹, 渡邊直樹, 美濃輪武久 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社