本發(fā)明涉及軸向氣隙型電動機和電動機用線軸，特別涉及具有構成定子的線軸的軸向氣隙型電動機和電動機用線軸。

背景技術：

隨著電動機的高效率化的發(fā)展，已知采用釹磁鐵等稀有金屬(稀土)作為磁性體的PM(Permanent Magnet，永磁)電機。使用稀有金屬時，存在價格等源于稀有性的各種問題。

關于這一點，已知通過有效地使用不采用稀有金屬的鐵氧體磁鐵，能夠獲得充分的特性的各種電動機。

當前作為主流的電動機的結(jié)構是在與輸出軸相同的方向上具有氣隙的徑向氣隙型電動機，但該結(jié)構必須沿著輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向配置鐵氧體磁鐵，為了獲得與釹磁鐵相同的性能，需要增大鐵氧體磁鐵的體積，結(jié)果導致電動機大型化。

作為能夠確保性能并且防止電動機的大型化的電動機，例如已知如專利文獻1所公開的軸向氣隙型電動機。軸向氣隙型電動機是在與輸出軸方向垂直的徑向上配置較大的磁鐵的結(jié)構，因此能夠?qū)崿F(xiàn)輸出軸方向的長度縮短即所謂的扁平化，能夠防止電動機大型化。

此處，專利文獻1公開的軸向間隙型電動機的定子是如下的結(jié)構。首先在大致梯形筒狀的齒鐵芯的周圍通過樹脂成形一體地設置絕緣體(線軸)，在絕緣體的周圍卷繞線圈而得到多個磁極構件。之后，使筒狀的齒朝向旋轉(zhuǎn)軸方向地將多個磁極構件環(huán)狀地(doughnut shape)無間隙地排列，最后使環(huán)狀排列的所有磁極構件整體通過樹脂的插入成形而模制成形，得到一體化為環(huán)狀的定子。

另外，專利文獻2公開了一種與專利文獻1大致相同結(jié)構的軸向氣隙型電動機的定子，其采用在使多個磁極構件環(huán)狀地排列時，在絕緣體內(nèi)徑側(cè)端部的一個角設置用于與相鄰的磁極構件的絕緣體連結(jié)的鉤部，在另一個角設置用于與在反向相鄰的磁極構件設置的鉤卡止的鉤槽部，使絕緣體彼此無間隙地緊密連結(jié)的結(jié)構，之后，使整體樹脂成形而得到該定子。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004-282989號公報

專利文獻2：日本特開2008-118833號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術課題

使環(huán)狀排列的定子芯和磁極構件樹脂模制成形，是因為如下的理由。即，因為需要能夠可靠地進行層疊后的芯與繞組部之間的絕緣、并且能夠以使卷繞的線圈不變形的方式固定繞組部的絕緣結(jié)構。

關于這一點，專利文獻1和2中公開的定子中，鄰接的各磁極構件之間緊密連結(jié)，在各線圈部之間等的狹小部分和流路形狀復雜的部分，樹脂進入的入口受限，存在不能充分遍布的風險。

對于這樣的問題，雖然能夠通過提高壓入的樹脂的壓力而解決，但是也存在各定子芯因高壓力而移動、排列變得混亂的風險，也存在即使高壓力封入也不能充分遍布的情況。排列混亂會導致線圈彼此接觸和磁通的不均衡，存在顯著影響性能和可靠性的風險。一般而言隨著電動機大型化，樹脂的封入壓力和量增大，會成為更大的問題。

為了應對高壓力的壓入引起的環(huán)狀排列的混亂，也可以考慮增加引用文獻1和2的絕緣體和鉤的強度。然而，如果確保與其相應的厚度和結(jié)構，會導致成本提高和線軸的相對的大型化，進而導致電動機軸長的延長。

在樹脂封入時，要求高效率地進行樹脂模制成形。

用于解決課題的技術方案

為了解決上述課題，例如應用權利要求中記載的結(jié)構。即，一種軸向氣隙型電動機，其至少包括：多個定子芯，其包括：具有大致梯形筒狀的形狀的齒鐵芯；至少覆蓋該齒鐵芯的外周兩端部附近的線軸；凸緣部，其設置在上述線軸的覆蓋上述齒鐵芯外周的兩端部附近的部分附近，在與上述齒鐵芯的外周垂直的方向上延伸規(guī)定長度；和從上述凸緣部的延伸方向前端進一步延伸的至少1個凸起；

定子，其通過將上述多個定子芯利用樹脂一體模制成形而形成，該多個定子芯以下述方式配置：沿著輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向、使各個上述凸起的延伸方向前端與另一個定子芯的上述凸緣部的延伸方向端部接觸，并且以上述輸出軸的軸心方向為中心地配置成環(huán)狀；和

1個以上的轉(zhuǎn)子，其與上述齒鐵芯的端部側(cè)面隔著規(guī)定的氣隙地平面相對。

發(fā)明效果

本發(fā)明的其他課題和效果通過以下的記載而明確。

附圖說明

圖1是表示應用了本發(fā)明的一個實施方式的軸向氣隙型電動機的概要結(jié)構的部分側(cè)截面圖。

圖2是示意性地表示本實施方式的軸向氣隙型電動機的部分結(jié)構的立體圖。

圖3(a)是示意性地表示本實施方式的定子芯的概要結(jié)構的立體圖。圖3(b)是示意性地表示本實施方式的線軸的概要結(jié)構的立體圖。

圖4(a)是表示第一實施方式的線軸的凸緣部的正面示意圖，圖4(b)是其立體圖。圖4(c)是表示第一實施方式的線軸的凸緣部的背面示意圖，圖4(d)是其立體圖。

圖5(a)是表示使第一實施方式的線軸鄰接配置的狀態(tài)的正面示意圖，圖5(b)是其立體圖。

圖6是表示在第一實施方式中使線軸環(huán)狀配置的狀態(tài)的示意圖。

圖7(a)是示意性地表示本發(fā)明的第二實施方式的線軸的凸緣部的正面圖，圖7(b)是其立體圖。圖7(c)是表示第二實施方式的線軸的凸緣部的背面示意圖，圖7(d)是其立體圖。

圖8(a)是表示使第一實施方式的線軸鄰接配置的狀態(tài)的正面示意圖，圖8(b)是其立體圖。

圖9(a)～(e)是示意性地表示本實施方式的凸起的變形例的正面圖。

圖10(a)～(c)是示意性地表示本實施方式的凸起的其它變形例的正面圖。

具體實施方式

以下，使用附圖詳細說明應用本發(fā)明的一個實施方式的軸向氣隙型電動機1。

[第一實施方式]

圖1表示第一實施方式的軸向氣隙型電動機1的部分側(cè)截面圖。另外，圖2表示僅部分示出軸向氣隙型電動機1的定子2和在與其相對的2面分別配置的轉(zhuǎn)子3A、3B的結(jié)構的示意圖。

軸向氣隙型電動機1在殼體5內(nèi)，包括以電機的輸出軸4的軸線為中心環(huán)狀地配置的定子2，和在定子3的輸出軸方向的兩面、隔開規(guī)定空隙(氣隙)地相對配置的一對轉(zhuǎn)子3A和3B。

定子2如圖2所示，具有大致梯形筒狀的多個定子芯6(本實施方式中為12個/12槽)。由于確保環(huán)狀配置的定子芯6各自的強度、以及與鄰接的線圈絕緣等原因，通過以覆蓋所有這些定子芯6的方式進行樹脂模制成形，一體地構成定子2。另外，在定子2的樹脂模制成形時，在具有大致筒狀的內(nèi)徑的殼體5內(nèi)插入一個成形用模具(未圖示)，使定子芯6環(huán)狀地配置在模具的規(guī)定位置。之后，從殼體5的相反的開口插入另一模具而封入樹脂。使定子2模制成形的同時，定子2的外周面通過樹脂成形直接被支承固定在電機殼體5的內(nèi)周面。

另外，模制成形的方法不限于此，也可以僅使定子2在殼體5外部另外一體模制成形。該情況下，可以考慮從殼體5的內(nèi)部或外部用螺栓等將定子2固定等。

圖3(a)中示意性地表示了定子芯6的結(jié)構。定子芯6至少包括線軸7、層疊鐵芯8和線圈9。

層疊鐵芯8是使以寬度逐漸增大的方式成形的金屬板在徑向上依次層疊而成的具有大致梯形或三棱柱狀的形狀的鐵芯。另外，鐵芯的截面形狀在大致梯形和三角形以外，也包括具有在延長方向上存在交點的2個斜邊的截面。

金屬板可以使用鐵等，但本實施方式中使含有非晶態(tài)的金屬錐狀地薄板化，通過使旋轉(zhuǎn)方向?qū)挾纫来卧龃蟮貙盈B而得到層疊鐵芯8。

另外，本發(fā)明不限于層疊式的鐵芯，也可以是鑄造式或壓粉制造的鐵芯。

圖3(b)中示意性地表示了線軸7的結(jié)構。線軸7包括：具有內(nèi)徑與梯形柱狀的層疊鐵芯外周的形狀大致一致的內(nèi)筒部的梯形筒狀的主體部7A；和在主體部7的兩端部設置的、在與主體部7A的外筒部垂直的整周方向上延伸規(guī)定長度的凸緣部7B。主體部7A具有與層疊鐵芯8的外徑大致相同或稍大一些的內(nèi)徑，具有在插入層疊鐵芯時，能夠覆蓋層疊鐵芯8的外周兩端部(即外周上輸出軸4的延伸方向的兩端部)附近的長度。線軸7只要能夠確保線圈與鐵芯的絕緣就能夠應用各種素材，一般而言可以由樹脂成形制造。本實施方式中也包括樹脂。

另外，切口7C用于引出線圈的引線9a。

定子芯6是在線軸7的主體部7A的內(nèi)徑側(cè)插入層疊鐵芯8，在主體部7的外周的兩端的凸緣部7B之間卷繞線圈9而構成的。另外，本實施方式中，線圈9卷繞至與凸緣部7B的旋轉(zhuǎn)方向上的規(guī)定長度大致相同的程度，但本發(fā)明不限定于此。

線軸7的凸緣部7B在旋轉(zhuǎn)方向的兩端部，各包括1個作為本實施方式的特征之一的凸起10a。

圖4、5和6在線軸7中僅主要表示凸緣部7B的結(jié)構。如圖4(a)正面圖、(b)正面立體圖、(c)背面圖、(d)背面立體圖所示，凸起10a在凸緣部7B的旋轉(zhuǎn)方向側(cè)端部上，在旋轉(zhuǎn)方向上延伸規(guī)定長度并且設置在從輸出軸4起在徑向上分別離開不同距離的位置。具體而言，如圖4(c)所示，按照下述關系配置：一個凸起10a的軸心方向側(cè)面到軸心X的距離與另一個凸起10a的與軸心方向相反的方向的側(cè)面到軸心的距離大致都是(L1)。由此使定子6環(huán)狀排列時，定子芯6的一側(cè)凸起10a側(cè)面與鄰接的定子芯6的另一側(cè)凸起10a側(cè)面在徑向上卡止。另外，本實施方式中，凸起10a的徑向?qū)挾榷枷嗤?，因此構成為，在凸緣?B的旋轉(zhuǎn)方向側(cè)端部上，將一個凸起10a設置于在徑向上錯開了另一個凸起10a的徑向?qū)挾鹊奈恢谩?/p>

通過采用該結(jié)構，如圖5(a)、(b)所示，在使定子芯6環(huán)狀排列時，凸起10a與鄰接的線軸7的凸緣部7B側(cè)端部接觸，由此在定子芯6彼此之間形成間隙11。另外，凸起10a彼此在徑向上卡止，由此抑制定子芯6彼此間的徑向上的錯位。即如圖6所示，使所有定子芯6環(huán)狀排列時，卡止的各個凸起10a彼此產(chǎn)生對于所有定子芯6的凸起10a的徑向錯位的應力。

利用這樣形成的間隙11，能夠確保鄰接的定子芯6之間的絕緣距離，且能夠確保使從在模制成形模具內(nèi)排列的定子芯6的上方(和/或下方)封入的樹脂充分遍布至各個定子芯6之間(特別是線圈9之間)的流路。另外，通過凸起10a之間的卡止，能夠防止由于樹脂封入時的壓力的定子芯6彼此的錯位。

如上所述，根據(jù)第一實施方式，在環(huán)狀排列的線軸7配置的凸起10a對定子芯6的徑向移動位置進行補充，由此定位變得可靠，能夠防止樹脂模制成形時的定子芯6的排列混亂，進而線軸7的凸緣間形成的間隙有效地起到樹脂的流路的作用，具有即使是大容量也能夠可靠且高效率地進行樹脂模制成形的效果。

[第二實施方式]

第二實施方式是特征之一在于在線軸凸緣部7B的旋轉(zhuǎn)方向兩端部上分別設置有多個凸起10b的例子。

圖7(a)～(d)僅示出了第二實施方式的凸緣部7B部分。如(a)正面圖、(b)正面立體圖、(c)背面圖、(d)背面立體圖所示，凸起10b在凸緣部7B的旋轉(zhuǎn)方向兩端部上設置有2個。各個凸起10b在凸緣部7B的旋轉(zhuǎn)方向側(cè)端部上，在旋轉(zhuǎn)方向上延伸規(guī)定長度并且設置在從輸出軸4起在徑向上分別離開不同距離的位置。具體而言，如圖7(c)所示，以圖中左側(cè)的徑向外側(cè)的凸起10b的軸心方向側(cè)面到軸心X的距離L1與圖中左側(cè)的徑向外側(cè)的凸起10b的與軸心方向相反的方向的側(cè)面到軸心的距離L1大致相同的關系配設。軸心側(cè)的左右凸起10b也是同樣的(L2)。

由此使定子6環(huán)狀排列時，定子芯6的一側(cè)凸起10a側(cè)面與鄰接的定子芯6的另一側(cè)凸起10b側(cè)面在徑向上卡止。另外，本實施方式中，凸起10b的徑向?qū)挾榷枷嗤虼耸窃谕咕壊?B的旋轉(zhuǎn)方向側(cè)端部上，使一個凸起10b設置于在徑向上錯開了另一個凸起10b的徑向?qū)挾鹊奈恢玫慕Y(jié)構。

例如，在為以輸出軸的軸線為中心的定子外徑較大的電機時，考慮到凸緣部7B的凸起左右各有1處時強度不充分。進而，存在模制成形時封入的樹脂的封入壓力更大時，考慮到凸緣部7B的凸起左右各有1處時不足以防止定子芯6的錯位。于是，通過在多處設置凸起能夠更可靠地實現(xiàn)強度的確保和模制成形時錯位的防止。

另外，凸起10b也可以是左右不同數(shù)量(例如一側(cè)為2個，另一側(cè)為1個或3個)等。另外，第二實施方式中，左右2個凸起10b分別構成為在徑向上錯開另一側(cè)凸起10b的徑向長度，但也可以使軸心側(cè)和外周側(cè)的左右兩個凸起10b的關系顛倒。即，環(huán)狀地配置定子芯6時，使凸緣部7B的一側(cè)端部的2個凸起10b配置在鄰接的定子芯6的凸緣部7B的另一側(cè)端部所具有的2個凸起10b之間(或者相反)。此時，能夠期待各個凸起10b發(fā)揮對于軸心側(cè)和外周側(cè)這雙側(cè)的錯位的應力。

[凸起的變形例]

第一和第二實施方式中主要說明了凸起的數(shù)量和位置，以下對于凸起彼此不在徑向上卡止的方式和其他卡止的方式說明變形例。

圖9(a)～(e)表示變形例中的凸起的結(jié)構。各圖是從輸出軸方向部分地示出鄰接的定子芯6的相對的凸緣部7B及其旋轉(zhuǎn)方向端部所設置的凸起的示意圖。

圖9(a)表示在凸緣部7B的旋轉(zhuǎn)方向端部上在從輸出軸起在徑向上等距離的位置設置有鄰接的定子芯6各自的凸起10c的例子。定子芯6之間的徑向錯位不會成為問題的情況下，能夠比較容易地實現(xiàn)確保用于封入樹脂的間隙11的結(jié)構。進而，因為使凸起10c的頂部彼此接觸，所以如果間隙11的寬度相同，則與第一、第二實施方式的凸起10a、10b相比能夠使旋轉(zhuǎn)方向長度縮短(成為一半等)，因此能夠期待凸起自身的強度也相應提高。

另外，如圖9(b)所示，也可以是使凸起10c自身的徑向長度比第一、第二實施方式的凸起10a和10b更長的方式。此時，在接觸的凸起10c各自的頂部之間產(chǎn)生的徑向摩擦力也增加，能夠期待模制成形后的定子2的強度增加以及進一步防止樹脂封入時的定子芯6彼此間的徑向錯位等。

圖9(c)～(e)的特征之一在于，在一個定子芯6的凸緣部7B設置有凸起10c、在與其相對的另一個定子芯6的凸緣部7B設置有與凸起10c在徑向上卡止的凹部13。通過使凸起10c以嵌入凹部13的方式與其接合，使1個凸起10c產(chǎn)生對于定子芯6的軸心方向和外周方向這兩個方向的錯位的應力。由此，能夠獲得進一步防止定子芯的錯位的效果和確保強度的效果。

特別是，圖9(d)和(e)的例子中，在凹部13的徑向兩側(cè)還包括向旋轉(zhuǎn)方向的延伸部14。利用延伸部14能夠期待進一步支承凸起10c與凹部13的接合和卡止的效果。

進而，圖9(e)的例子中，設置有使凸起10c的根部側(cè)與前端相比在徑向上較長的凸起支承部15。需要使間隙11的間隔更長的情況下，能夠期待進一步確保凸起10c的強度。

圖10(a)～(c)表示凸起10c和凹凸13自身的形狀的其他例子。凸起10c等也可以為大致圓弧形狀。能夠獲得與圖9所示的各例子相同的效果，而且因為不存在邊緣，所以能夠期待使用部件的安全性等提高的效果。

最后，說明制造本實施方式的線軸7的方法。上述實施方式中，通過對模具進行樹脂的注塑成形而得到線軸7，但也能夠用3D打印機將線軸7自身或者為了用樹脂將線軸7注塑成形的模具自身層疊造型，或者用切削RP裝置進行切削加工而獲得。

關于層疊造型，能夠應用光造型方式、粉末燒結(jié)層疊造型方式、噴墨方式、樹脂熔解層疊方式、石膏粉方式、片成形方式、膜轉(zhuǎn)印像層疊方式和金屬光造型復合加工方式等。

上述層疊造型和切削加工用的數(shù)據(jù)，通過對用CAD或CG軟件或者3D掃描儀生成的3D數(shù)據(jù)用CAM加工為NC數(shù)據(jù)而生成。通過將該數(shù)據(jù)輸入3D打印機或切削RP裝置而進行三維造型。另外，也可以用CAD/CAM軟件根據(jù)3D數(shù)據(jù)直接生成NC數(shù)據(jù)。

另外，作為獲得線軸7及其樹脂注塑成形用模具的方法，也能夠由制作3D數(shù)據(jù)或NC數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)提供者或者服務商經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)等的通信線路用規(guī)定的文件格式發(fā)送，用戶將該數(shù)據(jù)下載至3D打印機或控制它的計算機等或者用云服務進行訪問，用3D打印機成形輸出而制造線軸7。另外，也能夠使用數(shù)據(jù)提供者在非易失性的記錄介質(zhì)中記錄3D數(shù)據(jù)或NC數(shù)據(jù)并對用戶提供的方法。

這樣的制造方法制造本實施方式的線軸7的一個方式，有制造使具有大致梯形形狀的側(cè)截面的齒鐵芯(teeth iron core)的2個斜邊彼此相對并且使上底側(cè)朝向中心地環(huán)狀配置而得的電動機定子用的線軸的方法，該方法基于包括具有與上述齒鐵芯齒鐵芯外周形狀大致一致的內(nèi)徑且用于將上述齒鐵芯插入其內(nèi)部的內(nèi)筒部、沿著上述齒鐵芯外周卷繞線圈的外筒部、以及從該外筒部的周面起在上述2個斜邊的相對方向上延伸規(guī)定長度且至少一部分比上述線圈的積厚長的凸狀部的三維數(shù)據(jù)，用3D打印機制造。

進而，作為另一個方式，有用于制造使具有大致梯形形狀的側(cè)截面的齒鐵芯的2個斜邊彼此相對并且使上底側(cè)朝向中心地環(huán)狀配置而得的電動機定子用的線軸的方法，該方法經(jīng)由通信線路傳輸、發(fā)送包括具有與上述齒鐵芯齒鐵芯外周形狀大致一致的內(nèi)徑且用于將上述齒鐵芯插入在其內(nèi)部的內(nèi)筒部、沿著上述齒鐵芯外周卷繞線圈的外筒部、以及從該外筒部的周面起在上述2個斜邊的相對方向上延伸規(guī)定長度且至少一部分比上述線圈的積厚(疊加厚度)更長的凸狀部的三維數(shù)據(jù)。

如上所述，對于用于實施本發(fā)明的方式進行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述各種結(jié)構。例如，本實施方式中，說明了線軸7主要由主體部7A和凸緣部7B構成的例子，但也可以是將主體部7A在軸向的中央附近分割的結(jié)構，也可以是主體部7A在軸向上非常短，例如圖4的凸緣部7B的部分示意圖所示，幾乎僅由凸緣部7B構成的方式。此時，優(yōu)選構成為在層疊鐵芯8的外周，涂敷絕緣用的膠帶或涂料，進行與線圈9的絕緣。或者如果在線圈外表面涂布的絕緣劑具有更高的絕緣性，則也并非必須設置絕緣膠帶等。

另外，本實施方式中，采用了在線軸7的輸出軸方向兩端部設置凸起的結(jié)構，但也能夠僅在輸出軸方向一端部的凸緣部設置凸起，形成空隙11。

另外，本實施方式中，為了確?？障?1而采用了使用凸起10a、10b、10c的結(jié)構，但構成為使凸緣部7B的一部分的旋轉(zhuǎn)方向長度變長的凸狀部時也可以視為凸起10a、10b、10c的同等物。

附圖標記說明

1……軸向氣隙型電動機，2……定子，3……轉(zhuǎn)子，4……輸出軸，5……殼體，6……定子芯，7……線軸，7A……主體部，7B……凸緣部，7C……切口，8……層疊鐵芯，9……線圈，9a……引線，10a、10b、10c……凸起，11……間隙，13……凹部，14……延伸部，15……凸起支承部。