JP2008141861A - アキシャルギャップ型モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロータと、該ロータを回転軸方向の両側から挟み込むようにして対向配置された1対の各ステータとを備えてアキシャルギャップ型モータを構成した。ロータを、磁化方向が回転軸方向と平行になるようにして周方向に沿って配置された複数の主永久磁石21aと、主永久磁石21aの周方向両端部近傍において回転軸方向の一方側にずれた位置に配置されると共に回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された副永久磁石22aと、回転軸方向で主永久磁石21aの他方側に配置されると共に回転軸方向に磁化された補助永久磁石23aと、主永久磁石21aと副永久磁石22aおよび補助永久磁石23aとの間の相対的な位相を変更可能な位相変更機構とを備えて構成した。
【選択図】図2
Description
しかも、主永久磁石の表面上に回転軸方向に磁化された補助永久磁石を備え、位相変更手段によって主永久磁石と、補助永久磁石との間の相対的な位相を変更可能としたことにより、位相変更手段によって主永久磁石と、副永久磁石との間の相対的な位相を変更する際に要するトルクを低減することができ、位相変更手段によるエネルギー損失の増大を抑制することができる。つまり、主永久磁石と補助永久磁石との間の相対トルクの符号が、主永久磁石と副永久磁石との間の相対トルクの符号に対して、反転するように設定することで、位相変更手段による位相変更時に要するトルクを低減することができる。
しかも、回転軸方向で主永久磁石に対向し、ステータに対する対向面積が主永久磁石より小さく、回転軸方向に磁化された対向永久磁石を備え、位相変更手段によって主永久磁石と、対向永久磁石との間の相対的な位相を変更可能としたことにより、位相変更手段によって主永久磁石と、副永久磁石との間の相対的な位相を変更する際に要するトルクを低減することができ、位相変更手段によるエネルギー損失の増大を抑制することができる。つまり、相対的に不安定位相となる強め界磁状態において、主永久磁石と対向永久磁石との磁化方向が一致し、相対的に安定位相となる弱め界磁状態において、主永久磁石と対向永久磁石との磁化方向が反転するように設定することで、位相変更手段による位相変更時に要するトルクを低減することができる。
しかも、回転軸方向で主永久磁石に対向し、回転軸方向に磁化された補助永久磁石を備え、位相変更手段によって主永久磁石と、補助永久磁石との間の相対的な位相を変更可能としたことにより、位相変更手段によって主永久磁石と、副永久磁石との間の相対的な位相を変更する際に要するトルクを低減することができ、位相変更手段によるエネルギー損失の増大を抑制することができる。つまり、主永久磁石と補助永久磁石との間の相対トルクの符号が、主永久磁石と副永久磁石との間の相対トルクの符号に対して、反転するように設定することで、位相変更手段による位相変更時に要するトルクを低減することができる。
しかも、回転軸方向で主永久磁石に対向し、ステータに対する対向面積が主永久磁石より小さく、回転軸方向に磁化された対向永久磁石を備え、位相変更手段によって主永久磁石と、対向永久磁石との間の相対的な位相を変更可能としたことにより、位相変更手段によって主永久磁石と、副永久磁石との間の相対的な位相を変更する際に要するトルクを低減することができ、位相変更手段によるエネルギー損失の増大を抑制することができる。つまり、相対的に不安定位相となる強め界磁状態において、主永久磁石と対向永久磁石との磁化方向が一致し、相対的に安定位相となる弱め界磁状態において、主永久磁石と対向永久磁石との磁化方向が反転するように設定することで、位相変更手段による位相変更時に要するトルクを低減することができる。
本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ10は、例えば図1および図2に示すように、このアキシャルギャップ型モータ10の回転軸周りに回転可能に設けられた略円板状のロータ11と、回転軸方向の両側からロータ11を挟みこむようにして対向配置され、ロータ11を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線(図示略)を有する第1ステータ12および第2ステータ13とを備えるアキシャルギャップ型のアキシャルギャップ型モータである。
また、車両の減速時に駆動輪側からアキシャルギャップ型モータ10に駆動力が伝達されると、アキシャルギャップ型モータ10は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー(回生エネルギー)として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、アキシャルギャップ型モータ10の回転軸が内燃機関(図示略)のクランクシャフトに連結されると、内燃機関の出力がアキシャルギャップ型モータ10に伝達された場合にもアキシャルギャップ型モータ10は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
各主永久磁石21aは、厚さ方向(つまり、回転軸方向)に磁化されており、周方向で隣り合う磁石装着孔21b,21bに装着される2つの主永久磁石21a,21aは、互いに磁化方向が異方向となるように設定されている。すなわち、回転軸方向の一方側がN極とされた主永久磁石21aが装着された磁石装着孔21bには、回転軸方向の一方側がS極とされた主永久磁石21aが装着された磁石装着孔21bが周方向で隣接するようになっている。
また、磁性材部材22bは、例えば回転軸方向の断面形状が主永久磁石21aと略同等とされている。
つまり、周方向で隣り合う1対の副永久磁石22a,22aの対向磁極がN極である場合には、これらの1対の副永久磁石22a,22aによって周方向の両側から挟み込まれる磁性材部材22bと、回転軸方向における第1副永久磁石装着層22側がN極とされた補助永久磁石23aとが、回転軸方向で対向するようになっている。
この位相変更機構25は、例えば図7および図8に示すように、主永久磁石装着層21の回転軸方向両側に主永久磁石装着層21の内周部を回転軸方向に貫通する中空部21cを覆うようにして固定される第1ドライブプレート31および第2ドライブプレート32と、これらの第1および第2ドライブプレート31,32によって回転軸周りに回動可能に支持されて主永久磁石装着層21の中空部21cに設けられるベーンロータ33とを備えて構成され、ベーンロータ33は、例えば第1副永久磁石装着層22および第2副永久磁石装着層23に固定されている。
これら通路溝31h,…,31hは、第1ドライブプレート31の中心および各ボルト挿入穴31d,…,31dを通る四等分の半径線に対し平行をなして円周方向同側に所定量オフセットしている。さらに、第1ドライブプレート31の回転軸方向一側の面には、通路溝31gの円周方向の等間隔位置から複数の通路溝31j,…,31jが、それぞれ半径方向外方に向けて放射状に外周面まで貫通している。なお、通路溝31h,…,31hと通路溝31j,…,31jとは円周方向における位相を異ならせている。
これら第1ドライブプレート31の通路溝31h,…,31hは、後述する主永久磁石装着層21の凹部43まで延在するように設定されている。
なお、第1ドライブプレート31の通路溝31j,…,31jと、第2ドライブプレート32の通路溝32j,…,32jとは、円周方向で異なる位相となるように配置されている。
また、例えば図8および図11に示すように、通路溝32gの円周方向の等間隔位置から複数の通路溝32h,…,32hが軸心側に向けて均等長さ延出している。
これら通路溝32h,…,32hは、第2ドライブプレート32の中心および各ボルト挿入穴32d,…,32dを通る四等分の半径線に対し平行をなして円周方向同側に所定量オフセットしている。
そして、この出力軸38は、各ドライブプレート31,32よりも回転軸方向の外方に突出する両側部分において第1副永久磁石装着層22および第2副永久磁石装着層23に固定されている。
また、図9から図11に示すように各突出部42,…,42の主永久磁石装着層21の回転方向における同側の壁部42Aには、それぞれ、内周側ロータ11の回転軸方向における同じ一側の端縁部に半径方向に沿って延在する切欠部42bが形成されている。さらに、各突出部42,…,42の回転方向における逆側の壁部42Bには、それぞれ、主永久磁石装着層21の回転軸方向における上記とは逆側の端縁部に半径方向に沿って延在する切欠部42cが形成されている。
このとき、主永久磁石装着層21は相対的にベーンロータ33の通路穴34d,…,34d側に最大限回動することになるが、切欠部42c,…,42cがあることで通路穴34d,…,34dは閉塞されることがなく、さらに、第1ドライブプレート31の通路溝31h,…,31hも閉塞されることがない。この結果、通路穴34d,…,34dおよび通路溝31h,…,31hは常時第2圧力室52,…,52に開口する。つまり、切欠部42c,…,42cは、通路溝31h,…,31hを常時第1圧力室51,…,51に開口可能とする。
例えば回転軸方向で対向する第1および第2ステータ12,13に対し、U+,V+,W+極およびU−,V−,W−極の一方に対応する第1ステータ12の3個のティース62,62,62と、U+,V+,W+極およびU−,V−,W−極の他方に対応する第2ステータ13の3個のティース62,62,62とが、回転軸方向で対向するように設定され、回転軸方向で対向する第1ステータ12のティース62と、第2ステータ13のティース62とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
このハルバッハ配置の比較例1では、主永久磁石装着層21と、1対の副永久磁石装着層22A,23Aとは、主永久磁石21aと各副磁石71との吸引力に起因して相対的に位相安定領域が広い弱め界磁状態の位相位置から、主永久磁石21aと各副磁石71との磁力に反して相対回転することで、主永久磁石21aと各副磁石71との反発力に起因して相対的に位相安定領域が狭くなる強め界磁状態の位相位置へと移行し、さらに、この強め界磁状態の位相位置から、主永久磁石21aと各副磁石71との磁力に応じて相対回転することで、弱め界磁状態の位相位置へと移行することになる。
このアキシャル配置の比較例2では、主永久磁石装着層21と、1対の副永久磁石装着層22B,23Bとは、主永久磁石21aと各副磁石72との磁化方向が異方向となる弱め界磁状態の位相位置から、主永久磁石21aと各副磁石72との磁力に応じて相対回転することで、主永久磁石21aと各副磁石72との磁化方向が同方向となる強め界磁状態の位相位置へと移行し、さらに、この強め界磁状態の位相位置から、主永久磁石21aと各副磁石72との磁力に反して相対回転することで、弱め界磁状態の位相位置へと移行することになる。
このため、このアキシャルギャップ型モータ10において、例えば弱め界磁状態の位相位置から強め界磁状態の位相位置へと移行する際に、主永久磁石装着層21と第1副永久磁石装着層22との各永久磁石21a,22aの所謂ハルバッハ配置に起因して反力方向(つまり負の値)の相対トルクが発生する場合であっても、この相対トルクを低減するようにして、主永久磁石装着層21と第2副永久磁石装着層23との各永久磁石21a,23a同士の磁化方向が同方向となるアキシャル配置に起因して移行方向(つまり正の値)の相対トルクが発生する。一方、例えば強め界磁状態の位相位置から弱め界磁状態の位相位置へと移行する際に、主永久磁石装着層21と第1副永久磁石装着層22との各永久磁石21a,22aの所謂ハルバッハ配置に起因して移行方向(つまり正の値)の相対トルクが発生する場合であっても、この相対トルクを低減するようにして、主永久磁石装着層21と第2副永久磁石装着層23との各永久磁石21a,23a同士の磁化方向が異方向となるアキシャル配置に起因して反力方向(つまり負の値)の相対トルクが発生する。
しかも、主永久磁石21aと同様に回転軸方向に磁化された補助永久磁石23aを備える第2副永久磁石装着層23と、主永久磁石装着層21との相対的な位相を、位相変更機構25によって変更可能としたことにより、主永久磁石装着層21と、第1副永久磁石装着層22および第2副永久磁石装着層23との間の相対的な位相を変更する際に要するトルクを低減することができ、位相変更機構25によるエネルギー損失の増大を抑制することができる。つまり、主永久磁石装着層21と第2副永久磁石装着層23との間の相対トルクの符号が、主永久磁石装着層21と第1副永久磁石装着層22との間の相対トルクの符号に対して、反転するように設定されることで、位相変更機構25による位相変更時に要するトルクを低減することができる。
また、磁性材部材82bは、例えば回転軸方向の断面形状が主永久磁石21aと略同等とされ、回転軸方向の内方側(つまり、主永久磁石装着層21側)の表面上には、主永久磁石21aよりも各ステータ12、13に対する対向面積が小さく、かつ、回転軸方向に磁化された対向永久磁石82dが装着される凹部82eが形成されている。
周方向で隣り合う対向永久磁石82d,82d同士は、互いに磁化方向が異方向となるように設定され、1対の副永久磁石82a,82aにより周方向の両側から挟み込まれる磁性材部材82bに装着される対向永久磁石82dは、これらの1対の副永久磁石82a,82aの対向磁極と同極の磁極を回転軸方向の外方側に有すると共に、対向磁極と異極の磁極を回転軸方向の内方側(つまり、主永久磁石装着層21側)に有するように設定されている。
また、磁性材部材83bは、例えば回転軸方向の断面形状が主永久磁石21aと略同等とされ、回転軸方向の内方側(つまり、主永久磁石装着層21側)の表面上には、主永久磁石21aよりも各ステータ12、13に対する対向面積が小さく、かつ、回転軸方向に磁化された対向永久磁石83dが装着される凹部83eが形成されている。
周方向で隣り合う対向永久磁石83d,83d同士は、互いに磁化方向が異方向となるように設定され、1対の副永久磁石83a,83aにより周方向の両側から挟み込まれる磁性材部材82bに装着される対向永久磁石83dは、これらの1対の副永久磁石83a,83aの対向磁極と同極の磁極を回転軸方向の外方側に有すると共に、対向磁極と異極の磁極を回転軸方向の内方側(つまり、主永久磁石装着層21側)に有するように設定されている。
つまり、各永久磁石21a,82a,83aの所謂ハルバッハ配置に起因して相対的に不安定位相となる強め界磁状態において、主永久磁石21aと各対向永久磁石82d,83dとの磁化方向が一致し、各永久磁石21a,82a,83aの所謂ハルバッハ配置に起因して相対的に安定位相となる弱め界磁状態において、主永久磁石21aと各対向永久磁石82d,83dとの磁化方向が反転するように設定することで、位相変更機構25による位相変更時に要するトルクを低減することができる。
この第4変形例に係る第1副永久磁石装着層22は、例えば図23(a)に示す回転軸方向の何れか一方側から見た図のように、非磁性材により円板状に形成され、複数の第1装着孔22f,…,22fが周方向に所定間隔をおいて形成されている。そして、各第1装着孔22fには、磁性材部材22bと、この磁性材部材22bを径方向の両側から挟み込む1対の内周側副永久磁石22dおよび外周側副永久磁石22eとが装着されている、
そして、回転軸方向で対向する第1副永久磁石装着層22および第2副永久磁石装着層23において、第1副永久磁石装着層22で1対の内周側副永久磁石22dおよび外周側副永久磁石22eにより径方向の両側から挟み込まれる磁性材部材22bは、これらの1対の内周側副永久磁石22dおよび外周側副永久磁石22eの対向磁極と同極の磁極を回転軸方向における第1副永久磁石装着層22側に有する第2副永久磁石装着層23の補助永久磁石23aと、回転軸方向で対向するように設定されている。
つまり、径方向で対向する1対の内周側副永久磁石22dおよび外周側副永久磁石22eの対向磁極がN極である場合には、これらの1対の内周側副永久磁石22dおよび外周側副永久磁石22eによって径方向の両側から挟み込まれる磁性材部材22bと、回転軸方向における第1副永久磁石装着層22側がN極とされた補助永久磁石23aとが、回転軸方向で対向するようになっている。
この第6変形例に係る第1副永久磁石装着層82は、例えば図27(a)に示す回転軸方向の内方から外方に向かい見た図のように、非磁性材により円板状に形成され、複数の第1装着孔82h,…,82hが周方向に所定間隔をおいて形成されている。そして、各第1装着孔82hには、磁性材部材82bと、この磁性材部材82bを径方向の両側から挟み込む1対の内周側副永久磁石82fおよび外周側副永久磁石82gとが装着されている。また、第2副永久磁石装着層83は、例えば図27(b)に示す回転軸方向の内方から外方に向かい見た図のように、非磁性材により円板状に形成され、複数の第2装着孔83h,…,83hが周方向に所定間隔をおいて形成されている。そして、各第2装着孔83hには、磁性材部材83bと、この磁性材部材83bを径方向の両側から挟み込む1対の内周側副永久磁石83fおよび外周側副永久磁石83gとが装着されている。
そして、回転軸方向で対向する第1副永久磁石装着層82において、第1副永久磁石装着層82で1対の内周側副永久磁石82fおよび外周側副永久磁石82gにより径方向の両側から挟み込まれる磁性材部材82bは、これらの1対の内周側副永久磁石82fおよび外周側副永久磁石82gの対向磁極と同極の磁極を回転軸方向の外方側に有すると共に、対向磁極と異極の磁極を回転軸方向の内方側(つまり、主永久磁石装着層21側)に有するように設定されている。
そして、回転軸方向で対向する第2副永久磁石装着層83において、第2副永久磁石装着層83で1対の内周側副永久磁石83fおよび外周側副永久磁石83gにより径方向の両側から挟み込まれる磁性材部材83bは、これらの1対の内周側副永久磁石83fおよび外周側副永久磁石83gの対向磁極と同極の磁極を回転軸方向の外方側に有すると共に、対向磁極と異極の磁極を回転軸方向の内方側(つまり、主永久磁石装着層21側)に有するように設定されている。
11 ロータ
12 第1ステータ
13 第2ステータ
21 主永久磁石装着層
21a 主永久磁石
22 第1副永久磁石装着層
22a 副永久磁石
22d 内周側副永久磁石(副永久磁石)
22e 外周側副永久磁石(副永久磁石)
23 第2副永久磁石装着層
23a 補助永久磁石
25 位相変更機構
82 第1副永久磁石装着層
82a 副永久磁石
82d 対向永久磁石
83 第2副永久磁石装着層
83a 副永久磁石
83d 対向永久磁石
83f 内周側副永久磁石(副永久磁石)
83g 外周側副永久磁石(副永久磁石)
Claims (3)
- ロータと、該ロータを回転軸方向の両側から挟み込むようにして対向配置された1対のステータとを備えるアキシャルギャップ型モータであって、
前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向と平行になるようにして周方向に沿って配置された複数の主永久磁石と、該主永久磁石の周方向両端部近傍において前記主永久磁石の配置位置から前記回転軸方向の一方側にずれた位置に配置されると共に、前記回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された副永久磁石と、前記主永久磁石の前記回転軸方向の他方側に配置されると共に、前記回転軸方向に磁化された補助永久磁石とを備え、
前記主永久磁石と、前記副永久磁石および前記補助永久磁石との間の相対的な位相を変更可能な位相変更手段を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。 - ロータと、該ロータを回転軸方向の両側から挟み込むようにして対向配置された1対のステータとを備えるアキシャルギャップ型モータであって、
前記ロータは、磁化方向が前記回転軸方向と平行になるようにして周方向に沿って配置された複数の主永久磁石と、該主永久磁石の周方向両端部近傍において前記主永久磁石の配置位置から前記回転軸方向の一方側にずれた位置に配置されると共に、前記回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された副永久磁石と、前記主永久磁石の前記回転軸方向の一方側に配置されると共に、前記主永久磁石よりも前記ステータに対する対向面積が小さく、かつ、前記回転軸方向に磁化された対向永久磁石とを備え、
前記主永久磁石と、前記副永久磁石および前記対向永久磁石との間の相対的な位相を変更可能な位相変更手段を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。 - 前記ロータは、該主永久磁石の周方向両端部近傍において前記主永久磁石の配置位置から前記回転軸方向の他方側にずれた位置に配置されると共に、前記回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された副永久磁石と、前記主永久磁石の前記回転軸方向の他方側に配置されると共に、前記主永久磁石よりも前記ステータに対する対向面積が小さく、かつ、前記回転軸方向に磁化された対向永久磁石とを備えることを特徴とする請求項2に記載のアキシャルギャップ型モータ。
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