JP2007104819A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁極数の増加と磁石磁束の増加を同時に達成することができる回転電機を提供する。
【解決手段】ロータとステータをアキシャル方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機において、ロータコア１１に、同一極性の磁石１２を、磁石１２の長さがロータコア１１のロータ回転軸方向長さより長くなるように、且つ、磁極の向きがステータ方向になるように配置し、磁石１２の表面積を増加させた。磁石１２は、ロータコア１１の表裏面に達する長さを有し、ロータ径方向において、互いに向かい合わせに、且つ、ステータ側がエアギャップａ側より狭くならずに配置されている、一組の磁石１２ａ，１２ｂと、一組の磁石１２ａ，１２ｂのロータ周方向両端側に配置した、磁極の向きを一組の磁石１２ａ，１２ｂの中心に向けた同一極性の磁石１４とからなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、リラクタンストルクの増加を図ったアキシャルギャップ型の回転電機に関する。

従来、磁石のギャップ対向面に磁性体を設けてｑ軸磁気抵抗を低減させ、リラクタンストルクの増加を図ったロータ構造の「アキシャルギャップ回転電機」（特許文献１参照）が知られている。

ところで、一般にモータのマグネットトルクは、極数×磁石磁束×電流に比例するので、極数をスロット数に近くなるよう増やすことがリラクタンストルクのトルクアップに有効である。また、磁石磁束を増加させるため、磁石を周方向にＶの字形又はコの字形に配置する方法がある。このような磁石のＶの字形又はコの字形配置は、磁石磁束を増加させる効果と共に、ｑ軸磁気抵抗を低減させリラクタンストルクを得るという効果もある。
特開２００５−１５１７２５号公報

しかしながら、極数を増やすと、一極当たりの周方向長さが限られてしまうために、磁石を周方向にＶの字形又はコの字形に配置しようとすると、周方向の磁極長さを十分取ることができないので、磁石磁束の減少を招いてしまう。
この発明の目的は、磁極数の増加と磁石磁束の増加を同時に達成することができる回転電機を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機は、ロータとステータをアキシャル方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機において、ロータコアに、同一極性の磁石を、前記磁石の長さが前記ロータコアのロータ回転軸方向長さより長くなるように、且つ、磁極の向きがステータ方向になるように配置し、前記磁石の表面積を増加させている。

この発明によれば、ロータとステータをアキシャル方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機は、ロータコアに、同一極性の磁石が、磁石の長さがロータコアのロータ回転軸方向長さより長くなるように、且つ、磁極の向きがステータ方向になるように配置されたことにより、磁石の表面積を増加させている。このため、磁極数の増加と磁石磁束の増加を同時に達成することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はエアギャップ側から見た部分斜視説明図、（ｂ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｃ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。図１に示すように、回転電機のロータ１０は、ロータ周方向に沿って隣接配置され、例えば、鋼板からなる円環状のロータコア１１に埋設された複数の磁石１２を有している（（ａ）参照）。この回転電機は、ロータ１０とステータ１３を、エアギャップａを介してアキシャル方向に対向配置したアキシャルギャップ型構造を有している。

磁石１２は、同一極性からなる一組の磁石１２ａ，１２ｂからなり、両磁石１２ａ，１２ｂは、ロータコア１１の表裏面に達する長さを有し、ロータ径（ｒ）方向において、互いに向かい合わせに、且つ、エアギャップａ側が広がっているハの字形に配置されている（（ｂ）参照）。また、両磁石１２ａ，１２ｂのロータ周（θ）方向両端側には、極の向きを両磁石１２ａ，１２ｂの中心に向けた同一極性の磁石（周方向磁石）１４が配置されている（（ａ），（ｃ）参照）。そして、両磁石１２ａ，１２ｂ及び両磁石１４，１４が、ロータ周方向に沿って、交互に極性を異ならせて（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ…）配置されている。

ステータ１３は、ステータコア（図示しない）に突設した複数のティース部１５を有している。ティース部１５にはコイル１６が巻回されている（（ｂ）参照）。
従って、ロータコア１１は、ステータ１３の各ティース部１５に対向する部分ｂ（（ｃ）参照）に、両磁石１２ａ，１２ｂ及び両磁石１４，１４が矩形状に配置されることになる。なお、両磁石１２ａ，１２ｂのロータ周（θ）方向両端側には、同一極性の磁石１４を配置する代わりに、空隙を設けても良い。

このように、両磁石１２ａ，１２ｂが、ロータコア１１の表裏面に達する長さを有し、ロータ径方向において、同極を互いに向かい合わせに、且つ、エアギャップａ側が広がっているハの字形に配置されているので、ロータコア１１の表面に磁石を配置した表面磁石型に比べ、磁石の表面積を広くすることができるので、大きな磁石磁束を得ることができる。特に、ロータ１０の内周径と外周径の差が大きい場合には、より効果的である。

また、両磁石１２ａ，１２ｂのロータ周方向両端側にも磁石１４を配置することにより、磁石磁束を増加させることができる。更に、ロータコア１１の、ステータ１３の各ティース部１５に対向する部分ｂ、即ち、両磁石１２ａ，１２ｂのティース部１５（ステータ１３）側部分を、圧粉材等の磁性体により形成することで、ｑ軸磁気回路の磁気抵抗を低減することができるので、リラクタンストルクを利用することができる。

（第２実施の形態）
図２は、この発明の第２実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｂ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。図２に示すように、回転電機のロータ２０は、ロータコア２１に、両磁石１２ａ，１２ｂに代えて、ロータ径方向において下（ティース部１５側）向きコ字状に配置した磁石２２を有している（（ａ）参照）。磁石２２は、例えば、ロータ径方向に離間配置した２つの磁石２２ａ，２２ｂと、両磁石２２ａ，２２ｂの上に架け渡し配置した磁石２２ｃからなる。

従って、ロータコア２１は、ステータ１３の各ティース部１５に対向する部分ｂに、両磁石２２ａ，２２ｂ及び両磁石１４，１４が矩形状に配置されることになる（（ｂ）参照）。その他の構成及び作用は、ロータ１０と同様である。

（第３実施の形態）
図３は、この発明の第３実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｂ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。図３に示すように、回転電機のロータ２５は、ロータコア２６に、両磁石１２ａ，１２ｂに代えて、階段状配置により両磁石１２ａ，１２ｂの配置方向と同様に配置した、両磁石２７ａ，２７ｂを有している。各磁石２７ａ，２７ｂは、例えば、２つの磁石をロータ径方向にずらすと共にロータ回転軸方向に連続配置して階段状に形成されている（（ａ）参照）。

従って、ロータコア２６は、ステータ１３の各ティース部１５に対向する部分ｂに、両磁石２７ａ，２７ｂ及び両磁石１４，１４が矩形状に配置されることになる（（ｂ）参照）。その他の構成及び作用は、ロータ１０と同様である。

（第４実施の形態）
図４は、この発明の第４実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｂ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。図４に示すように、回転電機のロータ３０は、ロータコア３１に、両磁石１２ａ，１２ｂに代えて、ロータ表裏面に対し略直角に配置した両磁石３２ａ，３２ｂを有している（（ａ）参照）。

従って、ロータコア３１は、ステータ１３の各ティース部１５に対向する部分ｂに、両磁石３２ａ，３２ｂ及び両磁石１４，１４が矩形状に配置されることになる（（ｂ）参照）。その他の構成及び作用は、ロータ１０と同様である。
このように、両磁石３２ａ，３２ｂをロータ表裏面に対し略直角に配置するのは、ロータのロータ径方向長さ（ロータ幅）よりもロータ回転軸方向長さ（ロータ厚さ）の方を長くすることができる場合に、適用することができる。

（第５実施の形態）
図５は、この発明の第５実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｂ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。図５に示すように、回転電機のロータ３５は、ロータコア３６に、両磁石１２ａ，１２ｂ及び両磁石１４，１４に代えて、ロータ径方向において下（ティース部１５側）向きドーム（半球面）状の磁石３７を有している（（ａ）参照）。従って、ロータコア３６は、ステータ１３の各ティース部１５に対向する部分ｂに、磁石３７が円形状に配置されることになる（（ｂ）参照）。その他の構成及び作用は、ロータ１０と同様である。

上述したように、ロータとステータをアキシャル方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機において、ロータコア１１に、同一極性の磁石を、磁石の長さがロータコア１１のロータ回転軸方向長さより長くなるように、且つ、磁極の向きがステータ方向になるように配置し、磁石の表面積を増加させている。

この磁石は、ロータコア１１の表裏面に達する長さを有し、ロータ径方向において、互いに向かい合わせに、且つ、ステータ１３側がエアギャップａ側より狭くならずに配置されている、一組の磁石１２ａ，１２ｂ（或いは磁石２７ａ，２７ｂ、磁石３２ａ，３２ｂ）と、一組の磁石１２ａ，１２ｂのロータ周方向両端側に配置した、磁極の向きを一組の磁石１２ａ，１２ｂの中心に向けた磁石１４とからなる。
また、この一組の磁石１２ａ，１２ｂは、ロータのロータ径方向長さよりもロータ回転軸方向長さの方が長い場合、ロータ表裏面に対し略直角に配置してもよい。

また、この磁石は、ロータ径方向において下向きコ字状の磁石２２と、下向きコ字状の磁石２２のロータ周方向両端側に配置した、磁極の向きを下向きコ字状の磁石２２の両側の磁石の中心に向けた磁石１４とからなる。なお、磁石１４の代わりに、空隙を設けても良い。
また、この磁石は、同極を互いに向かい合わせに配置した、ステータ側を開口面とする半球面状に形成されている。

このように、この発明によれば、ロータとステータをアキシャル方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機は、ロータコアに、同一極性の磁石が、磁石の長さがロータコアのロータ回転軸方向長さより長くなるように、且つ、磁極の向きがステータ方向になるように配置されたことにより、磁石の表面積を増加させているため、磁極数の増加と磁石磁束の増加を同時に達成することができる。

この発明の第１実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はエアギャップ側から見た部分斜視説明図、（ｂ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｃ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。 この発明の第２実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｂ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。 この発明の第３実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｂ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。 この発明の第４実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｂ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。 この発明の第５実施の形態に係る回転電機のロータにおける磁石配置を示し、（ａ）はロータ径方向から見たロータ回転軸方向に沿う断面説明図、（ｂ）はエアギャップ側から見た部分平面説明図である。

符号の説明

１０，２０，２５，３０，３５ ロータ
１１，２１，２６，３１，３６ ロータコア
１２，１２ａ，１２ｂ，１４，２２，２７ａ，２７ｂ，３２ａ，３２ｂ，３７ 磁石
１３ ステータ
１５ ティース部
１６ コイル
ａ エアギャップ

Claims (6)

1. ロータとステータをアキシャル方向に対向配置したアキシャルギャップ型の回転電機において、
   ロータコアに、同一極性の磁石を、前記磁石の長さが前記ロータコアのロータ回転軸方向長さより長くなるように、且つ、磁極の向きがステータ方向になるように配置し、前記磁石の表面積を増加させたことを特徴とする回転電機。
2. 前記磁石は、
   前記ロータコアの表裏面に達する長さを有し、ロータ径方向において、互いに向かい合わせに、且つ、ステータ側がエアギャップ側より狭くならずに配置されている一組の磁石と、前記一組の磁石のロータ周方向両端側に配置した、磁極の向きを前記一組の磁石の中心に向けた周方向磁石と
   からなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記磁石は、
   前記ロータのロータ径方向長さよりもロータ回転軸方向長さの方が長い場合、ロータ表裏面に対し略直角に配置することを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記磁石は、
   ロータ径方向において下向きコ字状の磁石と、前記下向きコ字状の磁石のロータ周方向両端側に配置した、磁極の向きを前記下向きコ字状の磁石の両側の磁石の中心に向けた周方向磁石と
   からなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
5. 前記周方向磁石の代わりに、空隙を設けたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の回転電機。
6. 前記磁石は、
   同極を互いに向かい合わせに配置した、ステータ側を開口面とする半球面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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