JP2005348572A - アキシャルギャップ型回転電機のロータ構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の永久磁石1をディスク状の保持部材2に周方向に設けるとともに当該保持部材2を回転軸3に連結してなるロータ4と、ロータ4にロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータ7とからなるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造において、前記永久磁石1を半径方向に分割して、二以上の永久磁石部分1a、1bから構成するとともに、隣接する永久磁石部分1a、1bは相互に接触しない。
【選択図】図4
Description
また、永久磁石の外周側に外壁を設けて、永久磁石に作用する遠心力を支持する構成も考えられるが、これによると、ロータが大型化し、回転電機としての搭載性、レイアウト性、コスト性に難が生じるという問題点もあった。
前記永久磁石を半径方向に分割して、二以上の永久磁石部分から構成するとともに、隣接する永久磁石部分は相互に接触しないことを特徴とする。
また、永久磁石を半径方向に分割することにより、回転磁界により永久磁石内に発生するうず電流を低減することができ、これにより、損失を低減するとともに効率を高めて、回転電機としての性能を高めることができる。
図1は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一実施形態を示す略式断面図であり、図2は従来のロータを図1の右方向から見て示す略式矢視図である。
このアキシャルギャップ型回転電機は、複数の扇形状の永久磁石1を、ディスク状の保持部材2の軸方向端面に周方向に等間隔に設けるとともに、当該保持部材2を回転軸3に連結してなるロータ4と、ロータ4にロータ4の中心軸線に沿って、所定のギャップを介して対向して配置される、コア5に図示しないインシュレータを介してコイル6を巻装してなるステータ7と、前記ロータ4の回転軸3の両端部を軸受8を介して回転自在に支持するとともに、ステータ7をバックコア5aを介して支持するケース9と、回転センサ10とから構成される。ここで永久磁石1は、図2に示すように、周方向に交互に極性を異ならせて配設され、八極の回転電機としている。
図3は、図2に示すロータのA−A断面を示す、模式断面図である。ただし回転軸3は図示を省略している。
以降、図2におけるA−A断面に相当する、図4〜図9、図12〜14、図16〜19を用いて本発明の実施の形態を説明する。
このアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造は、複数の永久磁石1をディスク状の保持部材2に周方向に設けるとともに当該保持部材2を回転軸3に連結してなるロータ4と、ロータ3にロータの中心軸線に沿って対向して配置される図示しないステータとからなるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造において、
永久磁石1を半径方向に分割して、二以上の、ここでは二つの永久磁石部分1a、1bから構成するとともに、隣接する永久磁石部分1a、1bは相互に接触しないことを特徴とする(請求項1に相当)。
また、永久磁石1を半径方向に分割することにより、回転磁界により永久磁石1内に発生するうず電流を低減することができ、これにより、損失を低減するとともに効率を高めて、回転電機としての性能を高めることができる。
また、回転中心からの距離が大きいために、大きい遠心力がかかる、外周側の永久磁石部分1bの外周側に支持壁2aを設けることにより、永久磁石部分1bに作用する遠心力を、当該支持壁2aにより支持して、永久磁石部分1bが保持部材2から離脱することを防止して、回転限界を高めることができる。
ここで、永久磁石1を分割しているため、支持壁2aの支持する遠心力を低減して、支持壁2aをその分小さいものとすることができ、ロータの大型化を招くことなく回転限界を高めることができる。
永久磁石1を半径方向に分割して、二以上の、ここでは二つの永久磁石部分1a、1bから構成するとともに、隣接する永久磁石部分1a、1bは相互に接触しないことを特徴とするとともに(請求項1に相当)、永久磁石部分1a、1bは、保持部材2に接着剤等により接合され、内周側の永久磁石部分1aの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する支持壁2bが設けられ、外周側の永久磁石部分1bの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する支持壁2aが設けられている(請求項3に相当)。なお、支持壁2aおよび2bは保持部材2の一部をなす。
ここでも、永久磁石1を分割しているため、支持壁2aおよび2bのそれぞれが支持する遠心力を低減することができ、それぞれの支持壁2a、2bをその分小さいものとすることができ、ロータの大型化を招くことなく回転限界を高めることができる。
なお、永久磁石部分1aおよび1bの保持部材2への接着剤による接合力が、回転上限において永久磁石部分1aおよび1bにそれぞれ作用する遠心力よりも大きい場合には、以上述べたような支持壁2a、2bは不要であることは言うまでもない。
請求項1に相当する構成による作用効果は、図4に示したものと同様であるため説明は割愛する。
永久磁石1を半径方向に分割して、二つの永久磁石部分1a、1bから構成するとともに、隣接する永久磁石部分1a、1bは相互に接触しないことを特徴とするとともに(請求項1に相当)、永久磁石部分1a、1bは、保持部材2に接着剤等により接合され、内周側の永久磁石部分1aの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する支持壁2bが設けられ、外周側の永久磁石部分1bの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する支持壁2aが設けられている(請求項3に相当)。なお、支持壁2aおよび2bは保持部材2の一部をなす。
これによれば、回転速度が大きくなる、外周側の永久磁石部分1bの質量の増加を抑制して、当該永久磁石部分1bに作用する遠心力を低減して、永久磁石部分1bが保持部材2から離脱することを防止して回転限界を高めることができる。つまり、外周側の永久磁石部分1bと内周側の永久磁石部分1aにおいて、回転速度が相違することに起因して、回転限界が異なってしまうことを防止することができる。
請求項1、3に相当する構成による作用効果は、図5に示すものと同様であるため説明は割愛する。
ここでは保持部材2を強磁性体により構成して、永久磁石1を半径方向に分割して、二つの永久磁石部分1a、1bから構成するとともに、隣接する永久磁石部分1a、1bは相互に接触しないことを特徴とするとともに(請求項1に相当)、永久磁石部分1a、1bは、保持部材2に接着剤等により接合され、内周側の永久磁石部分1aの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する支持壁2bが設けられ、外周側の永久磁石部分1bの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する支持壁2aが設けられている(請求項3に相当)。なお、支持壁2aおよび2bは保持部材2の一部をなす。さらに、外周側の永久磁石部分1bの内周側面と保持部材2の壁面2bとの間にエアギャップg2を設ける(請求項5に相当)。
なお、ここでは図示しないが、永久磁石部分1bの内周側面を半径方向内方から外方に支持する突起を保持部材2に設けることもできる(請求項6に相当)。これによれば、永久磁石部分1bがエアギャップg2側に片寄って、保持部材2に接合されることを防止することができる。
請求項1、3に相当する構成による作用効果は、図5に示すものと同様であるため説明は割愛する。
ここでは保持部材2を強磁性体により構成して、永久磁石1を半径方向に分割して、二つの永久磁石部分1a、1bから構成するとともに、隣接する永久磁石部分1a、1bは相互に接触しないことを特徴とするとともに(請求項1に相当)、永久磁石部分1a、1bは、保持部材2に接着剤等により接合され、内周側の永久磁石部分1aの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する、支持壁2bが設けられ、外周側の永久磁石部分1bの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する支持壁2aが設けられている(請求項3に相当)。なお、支持壁2aおよび2bは保持部材2の一部をなす。さらに、同一の永久磁石1内の隣接する永久磁石部分1a、1bの間に位置する支持壁2bの高さを、永久磁石1の厚みより低くして、隣接する永久磁石部分1a、1bの間にエアギャップg3を設ける(請求項7に相当)。
なお、保持部材2を強磁性体とした場合は、外周側の永久磁石部分1bの両磁極間にも漏れ磁束が発生するため、ここでは図示しないが、永久磁石部分1bの外周側面と保持部材2との間に、エアギャップを設けることが好ましい。
請求項1、3に相当する構成による作用効果は、図5に示すものと同様であるため説明は割愛する。
ここでは保持部材2を強磁性体により構成して、永久磁石1を半径方向に分割して、二つの永久磁石部分1a、1bから構成するとともに、隣接する永久磁石部分1a、1bは相互に接触しないことを特徴とするとともに(請求項1に相当)、永久磁石部分1a、1bは、保持部材2に接着剤等により接合され、内周側の永久磁石部分1aの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する、支持壁2bが設けられ、外周側の永久磁石部分1bの外周側には、半径方向外方から内方に向けて永久磁石部分1bを支持する支持壁2aが設けられている(請求項3に相当)。なお、支持壁2aおよび2bは保持部材2の一部をなす。また、永久磁石部分1bの内周側面および永久磁石部分1aの外周側面を、ロータ周方向に沿わせて、つまりロータ周方向に平行に構成し(請求項8に相当)、扇形状の永久磁石1の周方向両端面と保持部材2との間に、半径方向に延びるエアギャップg4を設ける(請求項9に相当)。
また、永久磁石1の周方向両端面と保持部材2との間に半径方向に延びるエアギャップg4を設けることにより、ロータ周方向に隣接する極性の異なる永久磁石1間に発生する漏れ磁束を、エアギャップg4の高い磁気抵抗をもって遮断することができ、それにより発生するうず電流による損失を防止することができる。これととともに、エアギャップg4の部分は透磁率が小さいため、ロータ周方向の磁気抵抗の突極性を高めて、リラクタンストルクをさらに高めることができる。これらのことにより、回転電機としての性能を高めることができる。
請求項1、3に相当する構成による作用効果は、図5に示すものと同様であるため説明は割愛する。
このアキシャルギャップ型回転電機は、複数の扇形状の永久磁石1を、ディスク状の保持部材2に周方向に等間隔に設けるとともに、当該保持部材2を回転軸3に連結してなるロータ4と、ロータ4の軸方向両端面にロータ4の中心軸線に沿って、所定のギャップを介して対向して配置される、一対のコア5に図示しないインシュレータを介してコイル6を巻装してなる一対のステータ7と、前記ロータ4の回転軸3の両端部を軸受8を介して回転自在に支持するとともに、ステータ7をバックコア5aを介して支持するケース9と、回転センサ10とから構成される。ここで永久磁石1は、図2に示すように、周方向に交互に極性を異ならせて配設され、八極の回転電機としている。
図11に示すロータでは、永久磁石1は保持部材2と同等の厚みを有し、当該永久磁石1を保持部材2に設けた支持穴に貫通させて、保持部材2の軸方向両端面に永久磁石1が露出するように構成されており、図15に示すロータでは、複数対の永久磁石1を保持部材2の軸方向両端面から接合して構成されている。
図12〜14は図11に示す構成のロータに本発明を適用したものを示し、図12は前述した図5に、図13は図7に、図14は図8に示す構成に相当するものである。
図16〜19は図15に示す構成のロータに本発明を適用したものを示し、図16は前述した図4に、図17は図5に、図18は図7に、図19は図8に示す構成に相当するものである。
本明細書中の回転電機は電動機および発電機の双方を含むものとし、極数も八極以外のものとしても構わない。
また、ロータとステータの組み合わせについても、図1に示すような一のロータと一のステータ、図9に示すような一のロータと二のステータの組み合わせの他、二のロータと一のステータ、二のロータと三のステータの組み合わせとしてもよく、それ以外の組み合わせとしてもよい。
保持部材2を強磁性体とする場合は、電磁鋼板または一般鋼板により構成することが一般的であるが、圧粉コア用磁粉により構成することも可能である。この場合保持部材の成形自由度を高めることができる。
2 保持部材
3 回転軸
4 ロータ
5 コア
6 コイル
7 ステータ
8 軸受
9 ケース
10 回転センサ
1a 永久磁石部分
1b 永久磁石部分
2a 支持壁
2b 支持壁
g1〜g4 エアギャップ
Claims (9)
- 複数の永久磁石をディスク状の保持部材に周方向に設けるとともに当該保持部材を回転軸に連結してなるロータと、ロータにロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータとからなるアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造において、
前記永久磁石を半径方向に分割して、二以上の永久磁石部分から構成するとともに、隣接する永久磁石部分は相互に接触しないことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。 - 前記最外周側の永久磁石部分の外周側面を、半径方向外方から半径方向内方に支持する最外周側支持壁を前記保持部材に設けてなる請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
- それぞれの前記永久磁石部分の外周側面を、半径方向外方から内方に支持する支持壁を前記保持部材に設けてなる請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
- 前記永久磁石部分の半径方向長さを、最内周側に位置する永久磁石部分から最外周側に位置する永久磁石部分に向けて短くしてなる請求項1〜3のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
- 前記永久磁石部分の内周側面と前記保持部材との間にエアギャップを設けてなる請求項1〜4のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
- 前記永久磁石部分の内周側面を半径方向内方から外方に支持する突起を前記保持部材に設けてなる請求項5に記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
- 前記保持部材を強磁性体により構成するとともに、同一の永久磁石内の隣接する永久磁石部分の間に位置する支持壁の高さを、永久磁石の厚みより小さくして、隣接する永久磁石部分の間にエアギャップを設けてなる請求項2〜4のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
- 前記永久磁石部分の内周側面および外周側面を、ロータ周方向に沿わせて構成してなる請求項1〜7のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
- 前記保持部材を強磁性体により構成するとともに、前記永久磁石の周方向両端面と保持部材との間に半径方向に延びるエアギャップを設けてなる請求項1〜8のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のロータ構造。
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JP2004168271A JP2005348572A (ja) | 2004-06-07 | 2004-06-07 | アキシャルギャップ型回転電機のロータ構造 |
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