JP2008167639A - 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11を磁石極部31,…,31と、磁性材極部32,…,32と、ロータフレーム33とを備えて構成した。磁石極部31を、厚さ方向(つまり、回転軸O方向)に磁化された略扇形板状の永久磁石片41と、この永久磁石片41を厚さ方向の両側から挟み込む1対の略扇形板状の磁性材部材42,42とを備えて構成し、複数の磁石極部31,…,31の各永久磁石片41,…,41を、磁化方向が互いに同方向となるように設定した。磁性材極部32に回転軸O方向と平行な方向に貫通する複数の極部貫通孔45,…,45を備え、各極部貫通孔45を、回転軸O方向に対する断面形状が径方向を長手方向とする長穴状とし、複数の極部貫通孔45,…,45を周方向に所定間隔をおいて配置した。
【選択図】図2
Description
また、単に磁化方向が反転する永久磁石が周方向に交互に配置されると共に、周方向で隣り合う永久磁石間に磁性体が配置されたロータを備える永久磁石同期機では、磁石トルクの位相とリラクタンストルクの位相とが異なることから、磁石トルクおよびリラクタンストルクを有効に利用することができないという問題が生じる。
さらに、このような永久磁石発電機においては、ステータに対する通電時に発生する電機子磁束による渦電流損失を低減して永久磁石発電機の運転効率を向上させつつ、ステータの固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量をさらに増大させて、トルクポテンシャルを増大させることが望まれている。
しかも、磁性材の極部に、例えば回転軸方向と平行な方向に貫通する貫通孔やスリット等からなる極部貫通部を備えることにより、1対のステータ間において磁性材の極部を貫通する磁路を形成することができる。これにより、各ステータの固定子巻線による電流磁束に所望の磁気方向性を付与することができ、出力可能なトルクを増大させることができると共に、1対のステータ間での磁気抵抗の急激な変化を抑制するようにして、1対のステータの固定子巻線による電流磁束の波形整形を行うことができ、トルクリップルおよび電流磁束波形の高調波の発生を抑制し、鉄損失を低減することができる。
さらに、本発明の第5態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、永久磁石片の周方向端部に、永久磁石片の磁化方向と直交する方向に磁化された第2の副永久磁石を備えることにより、所謂永久磁石片および第2の副永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果によって、永久磁石片および第2の副永久磁石の磁束を収束させることができ、ステータの固定子巻線に鎖交する磁束量を増大させることができる。
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O周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ11と、回転軸O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を有する1対のステータ12,12とを備えて構成されている。
例えば回転軸O方向で対向する1対のステータ12,12に対し、U+,V+,W+極およびU−,V−,W−極の一方に対応する一方のステータ12の3個のティース22,22,22と、U+,V+,W+極およびU−,V−,W−極の他方に対応する他方のステータ12の3個のティース22,22,22とが、回転軸O方向で対向するように設定され、回転軸O方向で対向する一方のステータ12のティース22と、他方のステータ12のティース22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。
そして、ロータフレーム33内に収容された磁石極部31および磁性材極部32は、径方向の両側から内周側筒状部35と外周側筒状部36とにより挟み込まれると共に、径方向リブ34を介して周方向で隣り合うように配置されている。
つまり、回転軸O方向で対向する1対のステータ12,12に対し、一方のステータ12には、各永久磁石片41のN極およびS極の一方のみが対向し、他方のステータ12には、各永久磁石片41のN極およびS極の他方のみが対向するようになっている。
また、ロータフレーム33内に収容された各磁石極部31の永久磁石片41は、周方向で隣り合う1対の径方向リブ34,34によって周方向の両側から挟み込まれている。
しかも、永久磁石片41の磁極間を挟み込む磁性材部材42,42を備えることにより、永久磁石片41のパーミアンスの低下を防止し、永久磁石片41の減磁を抑制することができると共に、リラクタンストルクを、より一層、増大させることができる。
各外周側スリット45aは、例えば磁性材極部32の外周面上に設けられた凹溝(例えば、磁性材極部32の外周面から径方向内方に向かい削り込むようにして形成された凹溝等)によって形成され、各凹溝の深さ方向は磁性材極部32の径方向内方とされ、各凹溝は回転軸O方向と平行な方向に伸びている。
また、各内周側スリット45bは、例えば磁性材極部32の内周面上に設けられた凹溝(例えば、磁性材極部32の内周面から径方向外方に向かい削り込むようにして形成された凹溝等)によって形成され、各凹溝の深さ方向は磁性材極部32の径方向外方とされ、各凹溝は回転軸O方向と平行な方向に伸びている。
各外周側スリット42bは、例えば磁性材部材42の外周面上に設けられた凹溝(例えば、磁性材部材42の外周面から径方向内方に向かい削り込むようにして形成された凹溝等)によって形成され、各凹溝の深さ方向は磁性材部材42の径方向内方とされ、各凹溝は回転軸O方向と平行な方向に伸びている。
また、各内周側スリット42cは、例えば磁性材部材42の内周面上に設けられた凹溝(例えば、磁性材部材42の内周面から径方向外方に向かい削り込むようにして形成された凹溝等)によって形成され、各凹溝の深さ方向は磁性材部材42の径方向外方とされ、各凹溝は回転軸O方向と平行な方向に伸びている。
また、上述した実施の形態の第1変形例において、磁石極部31の磁性材部材42は、貫通孔42aの代わりに、回転軸O方向と平行な方向に貫通すると共に、径方向に所定間隔をおいて配置された複数の貫通孔(図示略)を備えてもよい。
この第5変形例において、ロータフレーム33は、例えば、周方向に所定間隔をおいて配置された複数の径方向リブ34,…,34によって接続された内周側の接続部37と外周側筒状部36とを備えて構成され、円環板状に形成された内周側の接続部37は、外部の駆動軸(例えば、車両のトランスミッションの入力軸等)に接続されるようになっている。つまり、この第3変形例では、上述した実施の形態での内周側筒状部35が省略され、ロータフレーム33内に収容された磁石極部31および磁性材極部32は、径方向の両側から接続部37と外周側筒状部36とにより挟み込まれている。
複数の周配置副永久磁石51,…,51は、回転軸O方向の一方側と他方側とにおいて、磁石極部31と磁性材極部32との間に配置されている。つまり、この第6変形例において、磁石極部31は、永久磁石片41と、1対の磁性材部材42,42とに加えて、各磁性材部材42を周方向の両側から挟み込む各1対の周配置副永久磁石51,51を備え、回転軸O方向と平行な方向の一方側に配置された周配置副永久磁石51と、他方側に配置された周配置副永久磁石51とによって、ロータフレーム33の径方向リブ34を回転軸O方向と平行な方向の両側から挟み込むように設定されている。
そして、回転軸O方向と平行な方向の一方側に配置された1対の周配置副永久磁石51,51同士は、回転軸O方向と平行な方向に磁化された永久磁石片41の一方側の磁極と同極の磁極を対向させるように配置され、回転軸O方向と平行な方向の他方側に配置された1対の周配置副永久磁石51,51同士は、回転軸O方向と平行な方向に磁化された永久磁石片41の他方側の磁極と同極の磁極を対向させるように配置されている。
複数の内周側および外周側径配置副永久磁石52a,52bは、回転軸O方向の一方側と他方側とにおいて、磁石極部31の各磁性材部材42を径方向の両側から挟み込むように配置されている。
つまり、この第7変形例において、磁石極部31は、永久磁石片41と、1対の磁性材部材42,42とに加えて、各磁性材部材42を径方向の両側から挟み込む各1対の内周側および外周側径配置副永久磁石52a,52bを備えて構成されている。
そして、径方向リブ34は、各突条35a,35bの交差部と、各突条36a,36bの交差部とを接続するようにして配置されている。
また、回転軸O方向と平行な方向で対向する内周側径配置副永久磁石52a,52aは、この方向の両側から内周側周方向突条35aを挟み込み、回転軸O方向と平行な方向で対向する外周側径配置副永久磁石52b,52bは、この方向の両側から外周側周方向突条36aを挟み込んでいる。
そして、回転軸O方向と平行な方向の一方側に配置された1対の内周側および外周側径配置副永久磁石52a,52b同士は、回転軸O方向と平行な方向に磁化された永久磁石片41の一方側の磁極と同極の磁極を対向させるように配置され、回転軸O方向と平行な方向の他方側に配置された1対の内周側および外周側径配置副永久磁石52a,52b同士は、回転軸O方向と平行な方向に磁化された永久磁石片41の他方側の磁極と同極の磁極を対向させるように配置されている。
なお、この第7変形例においては、磁石極部31において、回転軸O方向と平行な方向の一方側に配置された内周側および外周側径配置副永久磁石52a,52bのうち、径方向の何れか一方を省略すると共に、回転軸O方向と平行な方向の他方側に配置された内周側および外周側径配置副永久磁石52a,52bのうち、径方向の何れか他方を省略してもよい。
この第8変形例によるアキシャルギャップ型モータ10によれば、構造体としての所望の剛性を確保しつつ、磁気絶縁性を向上させることができる。これにより、永久磁石片41の磁束を有効に利用することができると共に、通電時に発生する電機子磁束による渦電流損失を低減することができ、トルクポテンシャルを増大させることができ、ジュール熱による過剰な温度上昇を防止することができ、アキシャルギャップ型モータ10の運転効率を向上させることができる。
この第9変形例によれば、径方向リブ34を非電気絶縁性の非磁性材34aと電気絶縁性の非磁性材34bとが積層された積層体とすることにより、通電時に発生する電機子磁束による渦電流損失を、より一層、低減することができ、ジュール熱による過剰な温度上昇を防止することができる。
この第10変形例によれば、非電気絶縁性の非磁性材34aと電気絶縁性の非磁性材34bとが積層された積層体から柱状の径方向リブ34を形成することにより、通電時の電機子磁束による渦電流損失の発生を抑制しつつ、構造体としての剛性を向上させることができる。
この第11変形例によるアキシャルギャップ型モータ10によれば、周方向で隣り合う永久磁石片41と磁性材極部32との間、および、周方向で隣り合う磁性材部材42と磁性材極部32との間に、径方向に伸びる筒状あるいは非電気絶縁性の非磁性材34aと電気絶縁性の非磁性材34bとが径方向に積層された積層体の少なくとも何れかからなる径方向リブ34が配置され、構造体としての剛性を、より一層、向上させることができる。
例えば図20に示す第12変形例において、スペーサ部材61は、中空状の形状を有し、非磁性材によって径方向に伸びる筒状に形成されている。
なお、スペーサ部材61は、単に、非磁性材により形成される中空状の形状に限定されず、例えば電気絶縁性の非磁性材と非電気絶縁性の非磁性材とが径方向に積層された積層体から形成されてもよい。また、スペーサ部材61を電気絶縁性の非磁性材と非電気絶縁性の非磁性材とが積層された積層体から形成する場合には、スペーサ部材61を径方向に伸びる柱状に形成してもよい。
なお、径方向リブ34は、単に、非磁性材により形成される中空状の形状に限定されず、例えば電気絶縁性の非磁性材34bと非電気絶縁性の非磁性材34aとが径方向に積層された積層体から形成されてもよい。また、径方向リブ34を電気絶縁性の非磁性材と非電気絶縁性の非磁性材とが積層された積層体から形成する場合には、径方向リブ34を径方向に伸びる柱状に形成してもよい。
11 ロータ
32 磁性材極部(磁性材の極部)
34 径方向リブ(仕切り部材)
34a 非電気絶縁性の非磁性材
34b 電気絶縁性の非磁性材
35 内周側筒状部(内周側リング)
36 外周側筒状部(外周側リング)
41 永久磁石片
42 磁性材部材(磁性材の部材)
42a 貫通孔(貫通部)
42b 外周側スリット(貫通部)
42c 内周側スリット(貫通部)
45 極部貫通孔(極部貫通部)
45a 外周側スリット(極部貫通部)
45b 内周側スリット(極部貫通部)
47 極部貫通孔(極部貫通部)
51 周配置副永久磁石(副永久磁石)
52a 内周側径配置副永久磁石(第2の副永久磁石)
52b 外周側径配置副永久磁石(第2の副永久磁石)
Claims (13)
- 永久磁石片を具備するロータと、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、
前記ロータは周方向において前記永久磁石片と交互に配置された磁性材の極部を備え、
前記永久磁石片は、磁化方向が前記回転軸方向と平行であって、前記回転軸方向の一方側の前記ステータにN極のみを対向させ、前記回転軸方向の他方側の前記ステータにS極のみを対向させ、
前記磁性材の極部は、前記回転軸方向と平行な方向に貫通する極部貫通部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。 - 前記永久磁石片の前記回転軸方向の前記一方側および前記他方側の何れか一方の表面上、または、前記永久磁石片の前記回転軸方向の前記一方側および前記他方側の各表面上に、磁性材の部材を備えることを特徴とする請求項1に記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 前記磁性材の部材は、前記回転軸方向と平行な方向に貫通する貫通部を、周方向端部近傍に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。
- 前記永久磁石片の周方向端部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を備えることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかひとつに記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 前記永久磁石片の径方向端部に配置されると共に、前記径方向に磁化された第2の副永久磁石を備えること特徴とする請求項4に記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 周方向で隣り合う前記永久磁石片と前記磁性材の極部との間に配置される非磁性材からなる仕切り部材を備えることを特徴とする請求項1または請求項4または請求項5に記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 周方向で隣り合う前記永久磁石片と前記磁性材の極部との間に配置される非磁性材からなる仕切り部材を備えることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 前記仕切り部材の前記回転軸方向の両端部において、周方向で隣り合う前記磁性材の部材と前記磁性材の極部との間に配置される非磁性材からなるスペーサ部材を備えることを特徴とする請求項7に記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 前記スペーサ部材は中空状の形状を有することを特徴とする請求項8に記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 前記スペーサ部材は絶縁性の前記非磁性材と非絶縁性の前記非磁性材とが積層された積層体からなることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 前記仕切り部材は中空状の形状を有することを特徴とする請求項6から請求項10の何れか1つに記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 前記仕切り部材は絶縁性の前記非磁性材と非絶縁性の前記非磁性材とが積層された積層体からなることを特徴とする請求項6から請求項11の何れか1つに記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 前記ロータの内周側に配置された内周側リングと、前記ロータの外周側に配置された外周側リングとを備え、
前記内周側リングと前記外周側リングとは、互いに同軸に配置された状態で、リブを成す前記仕切り部材によって結合されていることを特徴とする請求項6から請求項12の何れか1つに記載のアキシャルギャップ型モータ。
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