JP2009022146A - アキシャルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの機能を拡大することで電力を有効に利用しつつ、ロータの振動を抑制しうるアキシャルモータを提供する。
【解決手段】アキシャルモータＭＯは、ステータ１０に対向するロータ２０を備えている。ロータ２０は、回転軸２１に固定されたロータ本体２２と、ステータ１０のコア１５に対向してロータ本体２２に取り付けられた永久磁石２３とを備えている。ロータ本体２２は、回転軸２１に連結されたリング状部材である平板状の円板状部材２２ａと、円板状部材２２ａに取り付けられたファンブレード２２ｂとを有している。ファンブレード２２ｂによってロータ本体２２の強度が強化されて、回転時の振動が抑制され、かつ、遠心式ファンとしても機能している。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸方向においてステータとロータとが相対向する構造を有するアキシャルモータの改良に関する。

近年、各種電気機器、電気自動車，ハイブリッド車，ロボットなどの新技術の進展に伴い、それらに用いられる回転電機（モータや発電機）に対する性能の高度化、小型化、コスト低減などの要請も高まっている。

そこで、特許文献１には、小型化（薄型化）に適したモータとして、モータ回転軸の方向においてステータに対してロータを対向させたアキシャルモータが開示されている。同文献の図１に示されるように、このアキシャルモータのロータは、モータ回転軸に連結される平板リング状のロータ本体２２と、ロータ本体２２に取り付けられた磁石２４とを備えている。このようなロータの構造は、従来のアキシャルモータに採用されている基本的な構造である。

特開２００４−２７４９７１号公報

ところで、特許文献１のようなアキシャルモータにおいては、平板状のロータ本体が回転時に大きく振動するという不具合があった。振動の原因は、平板状のロータ本体が軸方向に歪むことに起因すると思われる。そこで、振動の抑制のために、ロータ本体を十分厚くすることが考えられるが、厚くすることでロータ本体の重量が増大すると、モータの消費電力が無駄に増大する。

本発明の目的は、ロータの機能を拡大することで電力を有効に利用しつつ、ロータの振動を抑制しうるアキシャルモータを提供することにある。

本発明のアキシャルモータは、ロータを、モータ回転軸に連結されるリング状部材と、リング状部材に連結されたファンブレードとによって構成し、リング状部材またはファンブレードに永久磁石を取り付けたものである。

これにより、ロータがファンブレードを有しているので、単なる平板とは異なり、軸方向の強度が強化されて、軸方向の歪みに起因する振動が低減される。しかも、ロータがファンの機能を備えているので、無駄に消費電力が増大することはなく、電力の有効利用を図ることができる。

アキシャルモータのリング状部材は、永久磁石が取り付けられる第１面、およびファンブレードが取り付けられる第２面を有する円板状部材であってもよいし、モータ回転軸に連結される内周面、およびファンブレードの基端部が連結される外周面を有する円筒状部材であってもよい。

リング状部材が、上記円板状部材である場合には、円板状部材の第２面に溝が形成されていて、ファンブレードの側端部が溝に嵌め込まれている構造を採ることにより、円筒状部材の強度をファンブレードによって効果的に強化することができる。
特に、第２面が中心部で突出し、中心部から周縁部に向かって低くなるように形成されていることにより、ファンブレードの形状がいわゆる遠心式ファンに適した構造となり、ファンとしての性能の高いアキシャルモータが得られる。

リング状部材が、上記円筒状部材である場合には、ロータに円板状部材が不要となるので、ロータを軽量化することができ、さらなる電力の有効利用と動作の応答性の向上とを図ることができる。

本発明のアキシャルモータによると、ロータの機能を拡大することで電力を有効に利用しつつ、ロータの振動を抑制することができる。

図１は、実施の形態１におけるアキシャルモータＭＯの断面図である。同図に示すように、アキシャルモータＭＯは、モータケースＣＡ内にステータ１０と、ロータ２０とを収納して構成されている。ステータ１０は、圧粉磁性材料を主材料とするヨーク部１１およびティース部１２からなるコア１５と、ティース部１２の周囲にインシュレータ（図示せず）を介して巻回されたコイル１３とを備えている。一方、ロータ２０は、モータケースＣＡに取り付けられたベアリングＢＲによって回転自在に支持される回転軸２１と、回転軸２１に固定されたロータ本体２２と、ステータ１０のコア１５に対向してロータ本体２２に取り付けられた永久磁石２３とを備えている。

本明細書においては、図１に示すように、回転軸２１（モータ回転軸）に平行な方向を軸方向ｚ（スラスト方向）とし、回転軸２１に直交する方向をラジアル方向ｒとする。本実施の形態のアキシャルモータＭＯは、ステータ１０とロータ２０とが（具体的にはステータ１０のコア１５とロータ２０の永久磁石２３とが）、軸方向ｚにおいて相対向しているアキシャルモータである。

ここで、ロータ本体２２は、回転軸２１に連結されたリング状部材である円板状部材２２ａと、円板状部材２２ａに取り付けられたファンブレード２２ｂとを有している。ロータ本体２２は、ステータ１０に対峙する第１面２２a1と、第１面２２a1に対向する第２面２２a2とを有しており、第２面２２a2には溝２２ｃが形成されている。そして、ファンブレード２２ｂの側端部はこの溝２２ｃに嵌め込まれている。一方、永久磁石２３は、円板状部材２２ａの第１面２２a1に取り付けられている。

図２は、モータケースＣＡの側面図である。図１および図２に示すように、モータケースＣＡの吸気口Ｉｎから取り入れられた空気は、ファンブレード２２ｂにより、回転軸２１と垂直方向、つまりラジアル方向ｒに流れた後、吹き出し口Ｏｐから吹き出される。したがって、本実施の形態のロータ本体２２は、いわゆる遠心式ファンとしても機能している。

また、図示されていないが、回転軸２１にはアキシャルモータＭＯによって駆動される他の利用系部材が連結されている。ただし、他の利用系部材が存在せず、アキシャルモータＭＯがファンとしての機能しか有していなくてもよい。また、ファンブレード２２ｂが、アキシャルモータＭＯの冷却機能しか有していなくてもよい。

本実施の形態において、ロータ本体２０の円板状部材２２ａおよびファンブレード２２ｂは、磁性材料である鉄合金（マルテンサイト系ステンレスなど）で構成されていてもよいし、非磁性材料である銅合金，アルミニウム合金，オーステナイト系ステンレス等の金属や、エンジニアリングプラスチックなどで構成されていてもよい。また、円板状部材２２ａとファンブレード２２ｂとが、エンジニアリングプラスチックなどで一体的に成形されていてもよい。

また、本実施の形態のコア１０のヨーク部１１およびティース部は、絶縁被膜を有する磁性粉末を圧縮成形して形成されている。ただし、多数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したものであってもよい。

本実施の形態において、ヨーク部１１やロータ本体２２の径は１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度であり、モータケースＣＡの軸方向ｚの寸法は、４５ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。つまり、本実施の形態のアキシャルモータＭＯは、薄型のアキシャルモータであることがわかる。そして、円板状部材２２ａの厚みは２ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

本実施の形態によると、ロータ本体２２が、円板状部材２２ａと、円板状部材２２ｂに取り付けられたファンブレード２２ｂとによって構成されているので、円板状部材２２ｂだけの構造に比べ、ロータ本体２２の強度が強化されて、回転時における歪みが低減される。よって、アキシャルモータＭＯの作動時に、円板状部材２２ａの歪みに起因する振動が低減される。しかも、ファンブレード２２ｂにより、アキシャルモータＭＯがファンとして機能するので、ロータ本体２２，ひいてはアキシャルモータＭＯの機能が拡大されている。また、ファンブレード２２ｂは、金属で構成されていても薄板であるので、それほど重量が増加しない。よって、ファンブレード２２ｂを備えていることによる消費電力の増大量は小さい。したがって、ロータ本体２２の機能を拡大することで電力を有効に利用しつつ、ロータ本体２２の振動を抑制することができる。

（変形例）
図３は、実施の形態１の変形例に係るロータ２０の断面図である。この変形例においては、ロータ本体２２のリング状部材である円板状部材２２ａの第２面２２a2は、平面ではなく、中心部で軸方向ｚに突出し、中心部から周縁部に向かって低くなるように形成されている。図３において、上記以外の構造は、実施の形態１における図１と同じであり、図１と同じ符号を付して説明を省略する。

本変形例によると、円板状部材２２ａが中心部で高くなり周辺部で低くなる形状を有しているので、実施の形態１の効果に加えて、空気の流れがよりスムーズとなり、ファン性能の向上を図ることができる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係るアキシャルモータＭＯの断面図である。この実施の形態においては、リング状部材は、内周面２２d1と外周面２２d2とを有する円筒状部材である。そして、内周面２２d1は回転軸２１に連結され、外周面２２d2にはファンブレード２２ｂが取り付けられている。また、永久磁石２３は、ファンブレード２２ｂに直接取り付けられており、図１に示す円板状部材２２ａが省略された構造となっている。図４において、上記以外の部材の構造は、実施の形態１における図１と同じであり、図１と同じ符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、図１に示す円板状部材２２ａが不要となるので、実施の形態１の効果に加えて、ロータ２０全体が軽量となり、電力の利用効率の向上を図ることができる。また、図１に比べて、アキシャルモータＭＯの軸方向ｚの寸法を縮小でき、薄型のアキシャルモータを実現することができる。

なお、本実施の形態においても、円筒状部材２２ｄとファンブレード２２ｂとは、磁性材料である鉄合金（マルテンサイト系ステンレスなど）で構成されていてもよいし、非磁性材料である銅合金，アルミニウム合金等の金属や、エンジニアリングプラスチックなどで構成されていてもよい。また、円筒状部材２２ｄとファンブレード２２ｂとが、エンジニアリングプラスチックなどで一体的に成形されていてもよい。

（他の実施の形態）
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明のモータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボット，モータ付き自転車などに配置されるモータに利用することができる。

実施の形態１に係るモータの断面図である。 実施の形態１に係るモータケースの側面図である。 実施の形態１の変形例１に係るモータのロータの断面図である。 実施の形態２に係るモータの断面図である。

符号の説明

１０ ステータ
１１ ヨーク部
１２ ティース部
１３ コイル
１５ コア
２０ ロータ
２１ 回転軸
２２ ロータ本体
２２ａ 円板状部材
２２a1 第１面
２２a2 第２面
２２ｂ ファンブレード
２２ｃ 溝
２２ｄ 円筒部材
２２d1 内周面
２２d2 外周面
２３ 永久磁石
ＢＲ ベアリング
ＣＡ モータケース
ＭＯ アキシャルモータ

Claims (5)

1. ステータとロータとが軸方向において相対向するアキシャルモータであって、
   前記ロータは、
   モータ回転軸に連結されるリング状部材と、
   前記リング状部材に連結されたファンブレードと、
   前記リング状部材またはファンブレードに取り付けられた永久磁石と、
   を備えているアキシャルモータ。
2. 請求項１記載のアキシャルモータにおいて、
   前記リング状部材は、前記永久磁石が取り付けられる第１面、および前記ファンブレードが取り付けられる第２面を有する円板状部材である、アキシャルモータ。
3. 請求項２記載のアキシャルモータにおいて、
   前記円板状部材の第２面には、溝が形成されており、
   前記ファンブレードの側端部は、前記溝に嵌め込まれている、アキシャルモータ。
4. 請求項２または３記載のアキシャルモータにおいて、
   前記円板状部材の前記第２面は、中心部で軸方向に突出し、中心部から周縁部に向かって低くなるように形成されている、アキシャルモータ。
5. 請求項１記載のアキシャルモータにおいて、
   前記リング状部材は、モータ回転軸に連結される内周面、および前記ファンブレードの基端部が連結される外周面を有する円筒状部材であり、
   前記永久磁石は、前記ファンブレードに取り付けられている、アキシャルモータ。

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