[发明专利]用于轴向间隙式旋转机的冷却机构

说明书

技术领域

本发明涉及在电动机、发电机等中使用的同步式永磁体旋转机，更具体地，涉及转子和定子沿旋转轴方向布置成使得各转子隔着其间的定子相对设置的轴向间隙式旋转机。

背景技术

从结构的观点看，永磁体旋转机分为径向间隙式和轴向间隙式。径向间隙式永磁体旋转机包括转子和定子，在转子周围设置多于一个的永磁体，永磁体的磁极沿径向方向布置，定子设置成面对永磁体。通常，定子具有下述结构：线圈缠绕于在面对转子的面上具有多个齿的铁芯上。通过使用铁芯，来自转子磁极的磁通量能够有效地与线圈相交，因而对于电动机而言可以产生大的转矩，对于发电机而言可以产生大的电压。然而，铁芯的使用可能会导致齿槽转矩和由于铁芯磁滞损耗所致的损耗转矩，从而增大起动转矩。如果具有大的起动转矩的旋转机应用于例如风力发电机中时，微风将不能使其旋转，因而不能产生电力。

这一问题可以通过去除铁芯而解决。然而，没有铁芯会降低磁效率，因而使用径向间隙式旋转机无法获得大的输出。因此，提出了如图8所示的轴向间隙式旋转机100。

在图8中，圆盘状磁性部件(转子磁轭)103固定于旋转轴102上。在各转子磁轭103的表面上，同心布置两个以上永磁体104，使其磁化方向与旋转轴102平行，并且使相邻永磁体的极性相反。上述部件的组合称作转子105。转子磁轭103设置在间隔体106的每一侧上，因而转子磁轭103上具有永磁体的表面彼此相对。虽然可以将永磁体104仅设置在一个转子磁轭103上，但是在转子磁轭103的两侧上均设置永磁体时可以增大磁效率。在转子磁轭103之间插入有定子107。定子107包括线圈108和线圈保持件109。当沿旋转轴102的轴向方向看时，同心设置的线圈108所限定的圆周与转子磁轭103上的永磁体104所限定的圆周具有相同的直径。每个线圈108都经由线圈保持件109固定到壳体110上。壳体110容纳上述转子105和上述定子107。用于可转动地支撑旋转轴102的轴承111设置在壳体110与旋转轴102之间。这使得相对的永磁体104与旋转轴102一体旋转，从而使交替磁场在线圈108内相交。

在上述结构中，在定子中没有插入铁芯的情况下，通过增大磁极面积能够保证较高的输出。由于即使使用Nd-Fe-B系烧结磁体作为强磁体也不会造成铁芯的磁饱和问题，因而可以充分利用其性能，并且能够提供高功率的旋转机。

如图9所示，通常通过用环氧树脂112浸渍而由线圈保持件109保持定子线圈108。作为保持件109的材料，一般使用胶木(Bakelite)(参见，例如，JP 2005-110372A)。为实现较高的输出，需要流过大电流。这里的问题是有效驱散大电流流过时铜线所产生的热量。然而，上述环氧树脂和胶木具有低的导热率。因此，它们不能有效驱散铜线所产生的热量(参考：环氧树脂的导热率为21W/mK，胶木的导热率为0.38W/mK)。由于缺少用于线圈保持件的冷却机构，所以无法抑制热量产生，因而在轴向间隙式旋转机作为发电机连续工作时铜线会破断。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种高功率的轴向间隙式旋转机，其具有驱散内部产生的热量的有效冷却机构。

为解决上述问题，本发明人进行了深入研究，开发了一种具有驱散内部产生的热量的有效冷却机构且适于用在轴向间隙式旋转机中的定子，还开发了一种高功率的轴向间隙式旋转机。

本发明的一个方面可以是一种用在轴向间隙式旋转机中的定子，所述定子包括线圈保持件和固定于所述线圈保持件上的多个线圈，其中所述线圈保持件包含根据ASTM E1530测量的导热率不小于5W/mK和根据ASTM E345测量的导电率不大于1×10⁵S/m的材料。

本发明的另一方面可以是一种轴向间隙式旋转机，其结构包括：旋转轴；转子，其沿所述旋转轴的轴向方向布置且可与所述旋转轴一体旋转，每个转子包括旋转盘和设置在所述旋转盘的至少一个表面上的永磁体；定子，其设置为与所述旋转轴分离并且与所述转子间隔开，使得所述定子与所述转子的其上设有磁体的主表面相对；以及冷却风扇，其设置在每个转子的周边并相对于每个相应旋转盘的盘面倾斜，用于将风吹到所述放热片。

本发明的另一方面是一种轴向间隙式旋转机，其包括可绕圆盘的中心轴旋转的转子，每个转子包括磁性部件和附于其上的至少一个永磁体；以及定子线圈，当沿旋转轴的方向看时所述定子线圈设置成与所述永磁体相对，其中线圈保持件的材料具有导热率不小于5W/mK和导电率不大于1×10⁵S/m的物理特性。