JP2008301666A - アキシャルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータに生じる歪や変形、振動の発生を防止することができ、またトルク出力の増加も図ることができるアキシャルモータの提供を課題とする。
【解決手段】ロータ１０とステータ２０とが回転軸３０の軸方向に対向して配置される形式のアキシャルモータであって、前記ロータ１０とステータ２０との間に構成されるエアーギャップＧを前記回転軸３０に垂直な面に対して傾かせて構成してある。またステータ２０のティース部２３及び該ティース部２３を設けたステータ本体磁心２１を軟磁性圧粉性形体１３で構成してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アキシャルモータに関する。

アキシャルモータは、ロータとステータとが回転軸の軸方向に対向して配置されるモータである。
アキシャルモータは、１つのステータに対して２つのロータが配置されるダブルサイドロータ形式ものと、１つのステータに対して１つのロータが配置されるシングルサイドロータ形式のものとに分類することができる。
前記ダブルサイドロータ形式のものとして、例えば下記特許文献１がある。また前記シングルサイドロータ形式のものとして、例えば下記特許文献２がある。
アキシャルモータは、ロータとステータとが回転軸の半径方向に対向して配置されるラジアルモータに比べて、軸方向の厚みを薄くすることができるメリットがある。
特開２００５−２３７０８６号公報 特開２００４−２７４９７１号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に示すようなアキシャルモータにおける１つの問題は、ロータとステータとがエアーギャップを介して軸方向に吸引或いは反発することで、ラジアルモータの場合に比べて、ロータに歪みや変形が生じ易くなること、及び振動が発生し易くなることである。
またシングルサイドロータ形式のアキシャルモータの場合は、ダブルサイドロータ形式のものに比べて、回転軸方向の厚みを更に薄くすることができる半面、出力が半減する問題がある。

そこで本発明は上記従来における問題点を解決し、ロータに生じる歪みや変形、振動の発生を防止することができ、またトルク出力の増加も図ることができるアキシャルモータの提供を課題とする。

本発明のアキシャルモータは、ロータとステータとが回転軸の軸方向に対向して配置される形式のアキシャルモータであって、前記ロータとステータとの間に構成されるエアーギャップを前記回転軸に垂直な面に対して傾かせて構成してあることを第１の特徴としている。

上記本発明の第１の特徴によれば、ロータとステータとの間に構成されるエアーギャップを回転軸に垂直な面に対して傾かせて構成してあるので、エアーギャップが回転軸に垂直な場合に比べて、その傾かせた分だけエアーギャップの面積を増加させることができ、トルク出力を上げることができる。
なお第１の特徴において、「ロータとステータとが回転軸の軸方向に対向して配置される」とは、厳密な意味での軸方向に限らず、それに傾斜した方向にロータとステータとが対向して配置されている場合を含むものである。

また本発明のアキシャルモータは、上記第１の特徴に加えて、ステータのティース部及び該ティース部を設けたステータ本体磁心を軟磁性圧粉成形体で構成してあることを第２の特徴としている。

上記本発明の第２の特徴によれば、上記本発明の第１の特徴による作用効果に加えて、ステータのティース部及びステータ本体磁心を軟磁性圧粉成形体で構成してあることにより、ステータ側に生じる渦電流損を低減することができる。また圧粉性成形体はプレス成形により自由度よく成形することができるので、ティース部の形状及びステータ本体磁心の形状を必要に応じた形状に確実に且つ正確に作製することができる。しかも圧粉体とすることで方向性のない磁束を確実にもたらすことができる。

また本発明のアキシャルモータは、上記本発明の第１又は第２の特徴に加えて、ロータ本体を回転軸の周りに円錐形状に張り出して構成してあることを第３の特徴としている。

上記本発明の第３の特徴によれば、上記本発明の第１又は第２の特徴による作用効果に加えて、ロータ本体を回転軸の周りに円錐形状に張り出して構成してあるので、ロータ本体を回転軸に対して垂直に張り出して構成している場合に比べて、エアーギャップに生じる吸引力、反発力に対するロータの耐歪み、耐変形の強度を上げることができ、よってロータに生じる歪みや変形、振動の発生を防止することができる。

また本発明のアキシャルモータは、上記第１〜第３の何れかに記載の特徴に加えて、ロータの永久磁石はロータ本体に対して軟磁性圧粉成形体を介して固定してあることを第４の特徴としている。

上記本発明の第４の特徴によれば、上記第１〜第４の特徴による作用効果に加えて、ロータの永久磁石を軟磁性圧粉成形体を介して固定することで、永久磁石を通る空間磁束変化、特にＰＷＭ等高調波磁束変化によるロータ側の渦電流損を低減することができる。

また本発明のアキシャルモータは、上記第１〜第４の何れかに記載の特徴に加えて、エアーギャップの傾きΘ_１の範囲は、０度＜Θ_１≦１０度とすることを第５の特徴としている。

上記本発明の第５の特徴によれば、上記第１〜第４の何れかに記載の特徴による作用効果に加えて、エアーギャップの傾きΘ_１の範囲を０度＜Θ_１≦１０度としたことで、回転軸方向の厚みを薄く抑えるというアキシャルモータの特性を維持しながら、エアーギャップ面積の増加によるトルク出力の増大を図ることができる。

また本発明のアキシャルモータは、上記第１〜第５の何れかに記載の特徴に加えて、ステータの片面側にのみロータを配置したシングルサイドロータ形式であることを第６の特徴としている。

上記本発明の第６の特徴によれば、上記第１〜第５の何れかに記載の特徴による作用効果に加えて、シングルサイドロータ形式とすることで、回転軸方向の厚みをダブルサイドロータ形式のものと比べて十分に薄くすることができると共に、生じるトルク出力の低減をエアーギャップ面積の増加により少なく抑えることができる。

本発明のアキシャルモータによれば、ロータとステータとの間に構成されるエアーギャップを回転軸に垂直な面に対して傾かせて構成することにより、エアーギャップ面積を増加させることができ、トルク出力を上げることが可能となる。またエアーギャップを回転軸に垂直な面に対して傾かせて構成することにより、ロータの形状を回転軸を中心とした円錐形状にすることができ、ステータとロータ間に生じる吸引力或いは反発力に対するロータの構造的強度を上げることが可能となり、ロータに生じる歪みや変形、振動の発生を抑制することが可能となる。

以下の図面を参照して、本発明の実施の形態に係るアキシャルモータを説明し、本発明の理解に供する。しかし、以下の説明は本発明の実施形態であって、特許請求の範囲に記載の内容を限定するものではない。

図１は本発明の実施形態に係るアキシャルモータの縦断面図、図２は要部の拡大図、図３はロータの斜視図、図４はステータの斜視図、図５はロータの永久磁石の取り付けの変形例を示す断面図である。

先ず図１を参照して、本実施形態のアキシャルモータは、ステータの片面側にのみロータを配置したシングルサイドロータ形式のアキシャルモータである。即ち、ロータ１０と、その片面側に１つのステータ２０と、回転軸３０と、ケース４０とを備えている。

図３も参照して、前記ロータ１０は、回転軸３０に固定されて、回転軸３０と共に回転するもので、ロータ本体１１と、該ロータ本体１１に取り付けられる回転子として複数の永久磁石１２とを備えている。
ロータ本体１１は、そのボス部１１ａで回転軸３０に嵌まり込んで固定され、回転軸３０の周りに円錐形状に張り出した状態に構成されている。即ち、ロータ本体１１は回転軸３０に垂直ではなく、回転軸３０に垂直な面に対して傾斜した角度を持つ円錐形状に構成されている。勿論、円錐形状といっても、その頂点部は前記ボス部１１として筒状になされている。
前記複数の永久磁石１２は同形状とし、前記ロータ本体１１の一面側に、一定の間隔で設けられている。各永久磁石１２の表面もまた、それぞれが円錐形状の表面の一部となっている。

図４も参照して、前記ステータ２０は、ケース４０側に固定されて、不動状態に保持されるもので、ステータ本体磁心２１と、該ステータ本体磁心２１に取り付けられる固定子として複数の電気コイル２２及びそのティース部２３とを備えている。
前記ステータ２０のステータ本体磁心２１とティース部２３は、軟磁性圧粉成形体で構成する。この場合、ステータ本体磁心２１とティース部２３とを軟磁性材料粉を一体成形品としての軟磁性圧粉成形体とすることができる。
前記軟磁性圧粉成形体は、軟磁性金属粉を樹脂でコーティングして絶縁粉とし、この絶縁粉をプレス成形したものとすることができる。これによってステータ２０側に生じる渦電流損を低減することができる。
固定子を構成する電気コイル２２は、ティース部２３に巻回された状態とされる。
前記電気コイル２２は表面を絶縁したものを用いる。コイル電気コイル２２の断面形状等の形状は特に限定されるものではない。
なお本実施形態では、ティース部２３に電機コイル２２が巻回されてなる固定子の数は１２としている。またこれに対応する前記ロータ１０の永久磁石１２の数は８とし、その比率を３対２としている。が、これに限定されるものではない。

前記回転軸３０は、既述したように、ロータ１０の軸として共に回転する。回転軸３０の回転はアキシャルモータのモータ回転そのものである。
前記ケース４０は、ロータ１０やステータ２０をその内部に保護するものである。該ケース４０には軸受け５０を介して回転軸３０が取り付けられ、回転軸３０だけが自在に回転できるようにされている。

図２も参照して、本実施形態のアキシャルモータでは、ロータ１０とステータ２０との間に構成されるエアーギャップＧを、前記回転軸３０に垂直な面Ｖに対して、所定の傾きΘ_１だけ傾かせて構成している。
エアーギャップＧは、端的には前記ロータ１０の永久磁石１２とそれに対向するステータ２０のティース部２３との間に構成されるギャップである。このエアーギャップＧが回転軸３０に垂直な面Ｖから傾いて構成されることで、その分だけ永久磁石１２と電気コイル２２との対向面積を増加させることができる。これによって、アキシャルモータの体裁を保ちながら、モータの回転トルクを向上させることができる。
前記傾きΘ_１は、例えば０＜Θ_１≦４５度の範囲とすることができる。しかし好ましくは、０＜Θ_１≦１０度とする。傾きΘ_１を大きくするほど、固定子と回転子との対向面積が増加するので、回転トルクは増大させることができるが、その一方、モータの回転軸３０方向の厚みが増大する。アキシャルモータの特性を十分に保持させるならば、傾きΘ_１は１０度以下とする。

前記エアーギャップＧを傾かせて構成する場合、或いはエアーギャップＧを傾かせない場合においても、前記ロータ本体１１を回転軸３０の周りに円錐形状に張り出した状態に構成することで、ロータ１０とステータ２０との間に作用する吸引力及び反発力に対するロータの構造的強度を上げることが可能となる。即ち、ロータ１０が回転軸３０の周りに垂直な円盤状に構成されている場合には、エアーギャップＧに作用する軸方向の吸引力、反発力に対する構造的な変形強度が弱いが、これを円錐形状とすることで耐変形強度を大きく増大させることができる。よってエアーギャップＧに作用する軸方向のより大きな磁気的吸引力及び反発力に対しても、ロータ１０の変形を予防し、回転トルク変動や振動の少ないアキシャルモータを得ることができる。またロータ１０の強度がより大きくなり、ロータに生じる歪みや変形、振動の発生を抑制することが可能となる。
ロータ本体１１の傾斜角度、即ち回転軸３０に垂直な面Ｖに対する傾斜角度Θ_２は、例えば０＜Θ_２≦４５度とすることができる。しかし傾きを大きくすると、軸方向の厚みが増す。従って予め実験により、モータの希望トルク出力とロータ本体１１の傾きによる耐変形能との関係を得て、適当な傾き角度を決めることになる。

前記ロータ１０とステータ２０とは、本実施形態では、図面上、ロータ１０がステータ２０の右側に配置される構成となされているが、ロータ１０がステータ２０の左側に配置されてもよい。
ロータ本体１１の傾く方向は、ロータ１０がステータ２０の右側にあろうと左側にあろうと、回転軸３０に垂直な面Ｖに対して、ステータ２０からの吸引力の方向とは逆の方向に傾く構成とする。このように構成することで、ステータ２０からの吸引力に対して、ロータ１０の変形を実質あるものとすることができる。

前記ロータ本体１１は、例えば鉄等の軟磁性体材料で構成することができる。また永久磁石１２は、フェライト磁石や希土類磁石等で構成することができる。が、軽くて磁力の大きいもの、また所定形状への加工が容易なものが好ましい。
図５も参照して、前記回転子としての永久磁石１２は、それぞれ、ロータ本体１１に対して、軟磁性圧粉成形体１３を間にサンドイッチ状態に介して、固定するようにしてもよい。この軟磁性圧粉成形体１３は、軟磁性金属粉を樹脂でコーティングして絶縁粉とし、この絶縁粉を圧粉成形したものを用いることができる。軟磁性圧粉成形体１３を介することで、永久磁石１２を通る空間磁束変化、特にＰＷＭ等高調波磁束変化によるロータ側の渦電流損を低減することができる。

本発明はアキシャルモータとして、種々のモータ駆動を必要とする機器に利用することができる。

本発明の実施形態に係るアキシャルモータの縦断面図である。 実施形態に係るアキシャルモータの要部の拡大図である。 ロータの斜視図である。 ステータの斜視図である。 ロータの永久磁石の取り付けの変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ ロータ
１１ ロータ本体
１１ａ ボス部
１２ 永久磁石
１３ 軟磁性圧粉成形体
２０ ステータ
２１ ステータ本体磁心
２２ 電気コイル
２３ ティース部
３０ 回転軸
４０ ケース
５０ 軸受け
Ｇ エアーギャップ
Ｖ 垂直な面
Θ_１ 傾き
Θ_２ 傾き

Claims (6)

1. ロータとステータとが回転軸の軸方向に対向して配置される形式のアキシャルモータであって、前記ロータとステータとの間に構成されるエアーギャップを前記回転軸に垂直な面に対して傾かせて構成してあることを特徴とするアキシャルモータ。
2. ステータのティース部及び該ティース部を設けたステータ本体磁心を軟磁性圧粉成形体で構成してあることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルモータ。
3. ロータ本体を回転軸の周りに円錐形状に張り出して構成してあることを特徴とする請求項１又は２に記載のアキシャルモータ。
4. ロータの永久磁石はロータ本体に対して軟磁性圧粉成形体を介して固定してあることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアキシャルモータ。
5. エアーギャップの傾きΘ_１の範囲は、０度＜Θ_１≦１０度とすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のアキシャルモータ。
6. ステータの片面側にのみロータを配置したシングルサイドロータ形式であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のアキシャルモータ。

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