JP2008245363A - アキシャルギャップモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを低減することができるアキシャルギャップモータを提供する。
【解決手段】アキシャルギャップモータは、軸方向に延びるとともに周方向に複数設けられるティース１３ｂとティース１３ｂにそれぞれ巻回された巻線１４とを有するステータと、ティース１３ｂの軸方向第１端部と軸方向に対向する永久磁石を有するロータとを備える。複数のティース１３ｂは軸方向第２端部側で基部１３ａにて連結され、基部１３ａには、周方向に隣り合う２つのティース１３ｂの周方向の中間位置且つ径方向外側にずれた位置で軸方向のロータ側に延びる突起部１３ｃが設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステータの巻線とロータの永久磁石とが軸方向に対向したアキシャルギャップモータに関するものである。

従来、アキシャルギャップモータのステータとしては、特性向上を図るべく、軸方向に延びるとともに周方向に複数設けられ、巻線が巻回されるティース（鉄心）を有したものがある（例えば、特許文献１参照）。又、このアキシャルギャップモータは、ティースの軸方向第１端部と軸方向に対向する永久磁石を有する第１のロータと、ティースの軸方向第２端部と軸方向に対向する永久磁石を有する第２のロータとを備え、それら第１及び第２のロータにおける各永久磁石を互いに周方向にずらすことでコギングトルクの低減が図られている。
特開２００６−２８８０１２号公報

ところで、上記したようなアキシャルギャップモータでは、ティースの軸方向両端部側（第１端部側及び第２端部側）にそれぞれロータ（第１及び第２のロータ）が配設されるものに特定され、ティースの軸方向第１端部側のみにロータが配設されるものについては、コギングトルクを低減することができないという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、コギングトルクを低減することができるアキシャルギャップモータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、軸方向に延びるとともに周方向に複数設けられるティースと前記ティースにそれぞれ巻回された巻線とを有するステータと、前記ティースの軸方向第１端部と軸方向に対向する永久磁石を有するロータとを備えたアキシャルギャップモータであって、複数の前記ティースは軸方向第２端部側で基部にて連結され、前記基部には、周方向に隣り合う２つの前記ティースの周方向の中間位置且つ径方向にずれた位置で軸方向の前記ロータ側に延びる突起部が設けられた。

同構成によれば、ティースを軸方向第２端部側で連結する基部には、周方向に隣り合う２つのティースの周方向の中間位置且つ径方向にずれた位置で軸方向のロータ側に延びる突起部が設けられるため、該突起部によってトルクの急激な変動が抑制されてコギングトルクが低減される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記突起部は、前記ティースの径方向外側にずれた位置に設けられた。
同構成によれば、突起部は、ティースの径方向外側にずれた位置に設けられるため、ティースの径方向内側にずれた位置に設けられた場合に比べて、トルクの急激な変動を効果的に抑制することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記ロータには、前記突起部と軸方向に対向するように永久磁石が設けられた。
同構成によれば、ロータには、突起部と軸方向に対向するように永久磁石が設けられるため、突起部によってトルクの急激な変動を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、コギングトルクを低減することができるアキシャルギャップモータを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図５に従って説明する。図１に示すように、アキシャルギャップモータ１は、ステータ２とロータ３とを備えている。
ステータ２は、略有底筒状のハウジング１１と、そのハウジング１１の開口部を閉塞するエンドハウジング１２と、ハウジング１１の内部に固定されるステータコア１３と、ステータコア１３に対して固定される巻線１４とを備える。

ステータコア１３は、磁性粉体よりなり、図２及び図３に示すように、略円板形状に形成された基部１３ａと、基部１３ａの第１平面（図１中、上側面）から軸方向に延びる周方向に複数のティース１３ｂと、基部１３ａの外周から径方向外側に張り出すとともに前記ティース１３ｂに沿って軸方向に延びる周方向に複数の突起部１３ｃとを有する。

詳しくは、本実施の形態のティース１３ｂは、周方向に等角度間隔で９個形成されている。又、各ティース１３ｂは、軸方向から見て径方向外側に向かうほどその周方向中心からの周方向幅が均等に大きくなるとともにその各角が曲線状とされた形状に形成されている。そして、各ティース１３ｂには、それぞれ巻線１４が図示しないインシュレータを介して巻回されている。尚、各ティース１３ｂの巻線１４は、周方向に２つおき（１２０度間隔）の３つずつが、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に分類され、図示しない制御回路から各相の巻線１４に位相差１２０度の交流電流が供給されることになる。

又、突起部１３ｃは、周方向に等角度間隔で９個形成されるとともに、図３に示すように、周方向に隣り合う２つのティース１３ｂの周方向の中間位置、且つティース１３ｂ（及び巻線１４）の径方向外側にずれた位置で前記ティース１３ｂに沿って軸方向に延設されている。この突起部１３ｃは、軸方向から見て扇状に形成され、その径方向外側面（外周面）は、図１に示すように、前記ハウジング１１の内周面と同じ曲面に形成されている。又、本実施の形態の突起部１３ｃは、基部１３ａからの軸方向高さがティース１３ｂと同じに設定されている。又、本実施の形態の突起部１３ｃの周方向長さは、周方向に隣り合う突起部１３ｃ同士の周方向間隔と同じ（即ち周方向の角度は２０°）に設定されている。

そして、ステータコア１３は、その基部１３ａの第２平面（図１中、下側面）がハウジング１１の底面に当接し、突起部１３ｃの外周面がハウジング１１の内周面と当接するようにして、ハウジング１１（及びエンドハウジング１２）内に収容保持されている。又、本実施の形態のステータ２において、ハウジング１１の底部中心孔とステータコア１３（基部１３ａ）の中心孔とには、筒状の軸受１５が内嵌されて保持されている。

ロータ３は、前記軸受１５に軸支された回転軸２１と、略円板形状に形成されハウジング１１（及びエンドハウジング１２）内で回転軸２１に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２のステータ２側の平面（図１中、下側面）に固定されたそれぞれ周方向に複数の第１及び第２の永久磁石２３，２４（図２及び図４参照）とを備える。

詳しくは、第１の永久磁石２３は、前記ティース１３ｂ（及び巻線１４）と対応した径方向位置、即ち、前記ティース１３ｂ（及び巻線１４）の軸方向第１端部（図１中、上側端部）と軸方向に対向する径方向位置で、周方向に交互に磁極が形成されるように等角度間隔で１２個配設されている。又、第２の永久磁石２４は、前記突起部１３ｃと対応した径方向位置、即ち、前記突起部１３ｃと軸方向に対向する径方向位置で、第１の永久磁石２３と同様に周方向に交互に磁極（第１の永久磁石２３と同じ周方向位置で同じ磁極）が形成されるように等角度間隔で１２個配設されている。又、第１及び第２の永久磁石２３，２４は、軸方向から見て径方向外側に向かうほどその周方向中心からの周方向幅が均等に大きくなる形状であって、扇状に形成されている。又、本実施の形態の第１及び第２の永久磁石２３，２４は、ロータコア２２からの軸方向高さ、即ちその厚さが同じに設定されている。

次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）ステータコア１３においてティース１３ｂを軸方向第２端部側（図１中、下側）で連結する基部１３ａには、周方向に隣り合う２つのティース１３ｂの周方向の中間位置且つ径方向にずれた位置で軸方向のロータ３側に延びる突起部１３ｃが設けられるため、該突起部１３ｃによってトルクの急激な変動が抑制されてコギングトルクが低減される。ここで、図５は、実験結果より得た特性図であって、図５（ａ）における特性Ｘ１は、本実施の形態（突起部１３ｃを有するもの）における角度−トルク特性であって、図５（ｂ）における特性Ｘ２は、従来技術（突起部１３ｃを有さないもの）における角度−トルク特性である。図５（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態における特性Ｘ１のトルクの変動幅Ｚ１は、従来技術における特性Ｘ２のトルクの変動幅Ｚ２より小さくなり、コギングトルクが低減されていることがわかる。

（２）突起部１３ｃは、ティース１３ｂの径方向外側にずれた位置に設けられるため、ティース１３ｂの径方向内側にずれた位置に設けられた場合に比べて、トルクの急激な変動を効果的に抑制することができる。

（３）ロータ３には、突起部１３ｃと軸方向に対向するように第２の永久磁石２４が設けられるため、突起部１３ｃによってトルクの急激な変動を効果的に抑制することができる。

（４）ティース１３ｂと軸方向に対向する第１の永久磁石２３と、突起部１３ｃと軸方向に対向する第２の永久磁石２４とは、それぞれ別体であるため、径方向における効果の高い（最適な）位置のみにそれぞれ配設することができる。

上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、ティース１３ｂと軸方向に対向する第１の永久磁石２３と突起部１３ｃと軸方向に対向する第２の永久磁石２４とは、それぞれ別体であるとしたが、これに限定されず、図６に示すように、ティース１３ｂと軸方向に対向するものと突起部１３ｃと軸方向に対向するものとが一体形成された永久磁石３１としてもよい。このようにすると、それぞれ別体とした場合（上記実施の形態）に比べて、部品点数を低減することができる。

・上記実施の形態では、突起部１３ｃは、基部１３ａからの軸方向高さがティース１３ｂと同じに設定されるとしたが、これに限定されず、例えば、図７に示すように、ティース１３ｂと軸方向に対向する永久磁石４１と径方向に対向する位置まで軸方向（ロータ３側）に延びる突起部１３ｄとしてもよい。尚、勿論、この例における突起部１３ｄにおいても周方向に隣り合う２つのティース１３ｂの周方向の中間位置に形成されている。又、勿論、この例（図７参照）のロータコア２２は、その外径が上記実施の形態のものより小さく設定され、その外周と一致するように永久磁石４１が形成されている。このようにしても、突起部１３ｄによってトルクの急激な変動が抑制されてコギングトルクが低減される。

・上記実施の形態では、突起部１３ｃは、ティース１３ｂの径方向外側にずれた位置に設けられるとしたが、これに限定されず、ティース１３ｂの径方向内側にずれた位置に設けてもよいし、ティース１３ｂの径方向外側にずれた位置及びティース１３ｂの径方向内側にずれた位置にそれぞれ設けてもよい。

・上記実施の形態では、ステータコア１３は磁性粉体よりなり、基部１３ａと複数のティース１３ｂと複数の突起部１３ｃとが一体形成されるものとしたが、これに限定されず、例えば、基部１３ａ、ティース１３ｂ及び突起部１３ｃの内の少なくとも１つが別体で形成されて組み付けられるものとしてもよい。

・上記実施の形態では、第２の永久磁石２４は、第１の永久磁石２３と同じ周方向位置に配設されるとしたが、これに限定されず、第２の永久磁石２４の周方向位置を第１の永久磁石２３の周方向位置に対してずらして配置してもよい。尚、この場合、周方向に複数設けられる各第２の永久磁石２４を各第１の永久磁石２３に対して均等にずらす必要はなく、その一部のみをずらすようにしてもよい。そして、第２の永久磁石２４の周方向位置を第１の永久磁石２３の周方向位置に対してずらすことで、コギングトルクの更なる低減を図ってもよい。

・上記実施の形態では、ティース１３ｂ及び巻線１４が９個で、ティース１３ｂと軸方向に対向する第１の永久磁石２３が１２個のアキシャルギャップモータ１としたが、これに限定されず、各数を変更してもよい。尚、勿論、それらの数の変更に応じて、突起部１３ｃや第２の永久磁石２４の数を変更する必要が生じる。

・上記実施の形態では、ティース１３ｂは、軸方向から見て径方向外側に向かうほどその周方向中心からの周方向幅が均等に大きくなる、即ち周方向中心に対して対称な形状であるとしたが、これに限定されず、軸方向から見て周方向中心に対して非対称な形状としてもよく、例えば、急激な磁束の流れを抑制すべく所謂スキュー構造としてもよい。尚、勿論、急激な磁束の流れを抑制するためにティース１３ｂと対向する第１の永久磁石２３の形状を軸方向から見てその周方向中心に対して非対称な形状としてもよい。このようにすると、コギングトルクの更なる低減を図ることができる。

・上記実施の形態では、突起部１３ｃは周方向に隣り合う２つのティース１３ｂの周方向の中間位置に１つ設けられるとしたが、これに限定されず、周方向に隣り合う２つのティース１３ｂの周方向の中間位置に複数設けられるように変更してもよい。例えば、図８に示すように、上記実施の形態の突起部１３ｃを２つに分割した形状の一対の突起部１３ｅに変更してもよい。

上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ）請求項３に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記ティースと軸方向に対向する永久磁石と、前記突起部と軸方向に対向する永久磁石とは、それぞれ別体であることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

同構成によれば、ティースと軸方向に対向する永久磁石と、突起部と軸方向に対向する永久磁石とは、それぞれ別体であるため、例えば、径方向における効果の高い位置のみにそれぞれ配設することができる。又、例えば、突起部と軸方向に対向する永久磁石の周方向位置を、ティースと軸方向に対向する永久磁石の周方向位置に対してずらすことができ、ひいては、コギングトルクの更なる低減を図ることができる。

（ロ）上記（イ）に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記突起部と軸方向に対向する前記永久磁石の周方向位置は、前記ティースと軸方向に対向する前記永久磁石の周方向位置に対してずらされたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。

同構成によれば、突起部と軸方向に対向する永久磁石の周方向位置は、ティースと軸方向に対向する永久磁石の周方向位置に対してずらされるため、それによってコギングトルクの更なる低減を図ることができる。

（ハ）請求項３に記載のアキシャルギャップモータにおいて、前記ティースと軸方向に対向する永久磁石と、前記突起部と軸方向に対向する永久磁石とは、一体形成されたものであることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

同構成によれば、ティースと軸方向に対向する永久磁石と、突起部と軸方向に対向する永久磁石とは、一体形成されたものであるため、それぞれ別体とした場合に比べて、部品点数を低減することができる。

本実施の形態におけるアキシャルギャップモータの断面図。 本実施の形態におけるアキシャルギャップモータの一部断面斜視図。 本実施の形態のステータコア及び巻線の一部断面斜視図。 本実施の形態のロータコア、第１及び第２の永久磁石の一部断面斜視図。 （ａ）本実施の形態における角度−トルク特性図。（ｂ）従来技術（突起部を有さないもの）における角度−トルク特性図。 別例におけるアキシャルギャップモータの一部断面図。 別例におけるアキシャルギャップモータの一部断面図。 別例におけるステータコア及び巻線の一部断面斜視図。

符号の説明

２…ステータ、３…ロータ、１３ａ…基部、１３ｂ…ティース、１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ…突起部、１４…巻線、２３…第１の永久磁石（永久磁石）、２４…第２の永久磁石（永久磁石）、３１，４１…永久磁石。

Claims (3)

1. 軸方向に延びるとともに周方向に複数設けられるティースと前記ティースにそれぞれ巻回された巻線とを有するステータと、
   前記ティースの軸方向第１端部と軸方向に対向する永久磁石を有するロータと
   を備えたアキシャルギャップモータであって、
   複数の前記ティースは軸方向第２端部側で基部にて連結され、
   前記基部には、周方向に隣り合う２つの前記ティースの周方向の中間位置且つ径方向にずれた位置で軸方向の前記ロータ側に延びる突起部が設けられたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記突起部は、前記ティースの径方向外側にずれた位置に設けられたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
3. 請求項１又は２に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
   前記ロータには、前記突起部と軸方向に対向するように永久磁石が設けられたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。

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