JP2010035268A - アキシャルギャップ型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ステータが複数の分割コアで形成されており、当該分割コアが複数の金属板の積層体から構成されている場合において、高いモータ駆動効率を有するアキシャルギャップ型モータを提供する。
【解決手段】アキシャルギャップ型モータ１００は、回転軸ＡＸの方向に距離を置いてロータ１０と対向するステータ２０を備えている。ステータ２０は、複数の分割コア２１により構成されており、各分割コア２１は、積層された複数の金属板２１ａから構成されている。第一の分割コア２１Ｓを構成する第一の金属板２１ｓの第一の端縁部２１ｓａは、第一の分割コア２１Ｓと隣接する第二の分割コア２１Ｔを構成する第二の金属板２１ｔの側面部２１ｔｄの何れかの部分と接している。さらに当該第一の端縁部２１ｓａは、面取りされている。
【選択図】 図４

Description

この発明は、アキシャルギャップ型モータに係る発明である。

アキシャルギャップ型モータは、厚さを薄くしても磁極面の面積を広くとることができるとともに、電機子のアキシャルコイルを整列巻きすることが容易である。したがって、アキシャルギャップ型モータは銅損を減らすことができる、という利点を有している。近年では、圧粉磁心等の、透磁率が高く鉄損も小さい等方性の磁性材料を利用することができるようになってきたため、高出力、高効率が要求される用途にアキシャルギャップ型モータを採用するための研究も進んできている。

特許文献１に係るアキシャルギャップ型モータでは、ステータは複数の分割コアにより構成されている。そして、ステータがハウジングに収納された状態で、分割コア同士は互いに接触して固定されている。さらに、各分割コアは、複数の鋼鈑を積層させることにより構成されている。

特開２００６−５０７４５号公報

特許文献１に係るアキシャルギャップ型モータでは、分割コアが複数の鋼板の積層体として構成されているので、円周方向に隣接している分割コア同士の間に大きな隙間が形成される。当該隙間の形成はステータにおける磁束の流れに悪影響を及ぼし、結果としてアキシャルギャップ型モータの駆動効率を低下させる。

そこで、本発明は、ステータが複数の分割コアで形成されており、当該分割コアが複数の金属板の積層体から構成されている場合において、モータの駆動効率を向上させることができるアキシャルギャップ型モータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータは、回転軸（ＡＸ）を中心として周方向に回転するロータ（１０）と、前記回転軸の方向に距離を置いて、前記ロータと対向するステータ（２０）とを備え、前記ステータは、前記周方向に配設された複数の分割コア（２１）により構成されており、前記分割コアは、前記回転軸を中心とした径方向に積層された複数の金属板（２１ａ）から構成されており、第一の前記分割コア（２１Ｓ）を構成する第一の前記金属板（２１ｓ）の前記周方向に現れる前記回転軸に近い側の端縁部（２１ｓａ）は、前記第一の分割コアと隣接する第二の前記分割コア（２１Ｔ）を構成する第二の前記金属板（２１ｔ）の前記周方向に現れる側面部（２１ｔｄ）の何れかの部分と接しており、面取りされている。

本発明の請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータは、周方向に隣接する分割コア間の空隙量を少なくすることができる。したがって、アキシャルギャップ型モータの駆動効率を向上させることができる。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータ１００の構造を示す断面図である。

図１に示すように、アキシャルギャップ型モータ１００は、回転軸ＡＸを中心として周方向に回転する界磁子たるロータ１０と、回転軸ＡＸの方向に距離を置いてロータ１０と対向する電機子たるステータ２０と、ロータ１０に勘合されるシャフト３０とを備えている。

図１に示すように、ロータ１０は、バックヨーク１０ａ、永久磁石１０ｂおよびリラクタンスコア１０ｃを備える。リラクタンスコア１０ｃは、リラクタンストルクを発生させる磁束を導く役割を有する。なお、永久磁石１０ｂおよびリラクタンスコア１０ｃは各々、上記周方向に複数配設されている。また、永久磁石１０ｂの個数とリラクタンスコア１０ｃの個数とは、一般的に同数である。

バックヨーク１０ａは円板形状を有しており、当該バックヨーク１０ａの中央にはシャフト３０が勘合される円形の孔が形成されている。なお、バックヨーク１０ａの材質は、軟磁性体である。

永久磁石１０ｂおよびリラクタンスコア１０ｃは板形状を有している。永久磁石１０ｂおよびリラクタンスコア１０ｃはバックヨーク１０ａの表面１０ａａの異なる位置に各々固定されている。永久磁石１０ｂおよびリラクタンスコア１０ｃは、回転軸ＡＸが対称軸となるように、回転軸ＡＸを中心とした周方向に各々配置されている。また図１に示すように、永久磁石１０ｂおよびリラクタンスコア１０ｃの下面は、ステータ２０のティース部２０ａの上面とギャップＧａを挟んで対向している。ここで、永久磁石１０ｂとリラクタンスコア１０ｃとは、互いに接触せずに配設されている。なお、リラクタンスコア１０ｃの材質は、軟磁性体である。

図１に示すように、ステータ２０のティース部２０ａには、当該ティース部２０ａを磁心として巻線５０が巻回されている。ここで当該巻線５０は、絶縁部材を介して当該ティース部２０ａに巻回される。当該ティース２０ａはロータ１０へ向かって回転軸ＡＸ方向に屹立している。ティース部２０ａの材質は磁性体である。またステータ２０は、基板４０に設置されている。後述するように、ステータ２０は複数の分割コア２１により構成されており、当該分割コア２１同士の接触確実性の向上およびステータ２０の回転軸ＡＸ方向固定性の向上のために、当該基板４０が設けられている。

図２は、基板４０に設置されるステータ２０の構成を示す斜視図である。また図３は、ステータ２０を構成する分割コア２１の構成を示す斜視図である。

アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、図２に示すように、ステータ２０は回転軸ＡＸを中心として周方向に配設された複数（図２の例では１２個）の分割コア２１により構成されている。図３に示すように、各分割コア２１は基部２０ｂとティース部２０ａから成る凸状の形状を有している。ここで、ティース部２０ａは、基部２０ｂの表面からロータ１０の配設されている方向に向かって、回転軸ＡＸに沿って突出している。また、回転軸ＡＸ方向から各分割コア２１を眺めると、基部２０ｂの表面はティース部２０ａの両側に現れる。

なお、各分割コア２１において基部２０ｂを基板４０に固定させることにより、上記周方向に隣接する分割コア２１同士の側面同士を互いに接触・固定させることができ、当該分割コア２１同士の位置が固定される。分割コア２１の側面部とは、アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、上記周方向側に現れる基部２０ｂの部分である。

また、図３に示す形状を有する各分割コア２１は、複数の金属板（たとえば、鋼板）２１ａを積層させることにより構成されている。アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、各金属板２１ａは回転軸ＡＸを中心として径方向Ｌに沿って積層されている。なお、各金属板２１ａ同士は、たとえば接着剤等で固着されている。

アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、図２に示すように磁束は、分割コア２１の接触部においても流れる。

さて、本実施の形態では、アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、隣接する分割コア２１同士は、図４に示すような態様で接触している。図４は、分割コア２１Ｓ，２１Ｔの基部２０ｂを回転軸ＡＸ方向から眺めた、接触部付近の拡大平面図である。

第一の分割コア２１Ｓは複数の第一の金属板２１ｓの積層構造であり、第二の分割コア２１Ｔは複数の第二の金属板２１ｔの積層構造である。第一の分割コア２１Ｓの側面部は、第二の分割コア２１Ｔの側面部と接触している。

基部２０ｂを構成している部分の各第一の金属板２１ｓの上記周方向に現れる側面部が、基部２０ｂを構成している部分の各第二の金属板２１ｔの上記周方向に現れる側面部２１ｔｄの何れかの部分と接している（図４に示す接触態様参照）。

第二の金属板２１ｔの上記側面部２１ｔｄの何れかの部分には、第二の金属板２１ｔの上記周方向に現れる端縁部も含まれている。図４に示す構成では、より具体的に、アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、各第一の金属板２１ｓの上記周方向に現れる回転軸ＡＸに近い側の第一の端縁部２１ｓａは、第二の金属板２１ｔの上記周方向に現れる回転軸ＡＸに近い側の第二の端縁部２１ｔａと、各々接触している。

ここで、第二の金属板２１ｔの上記周方向に現れる側面部２１ｔｄの何れかの部分と接している上記第一の端縁部２１ｓａは、面取りされている（換言すれば、丸みを帯びている）。

以上のように、本実施の形態では、上記第一の端縁部２１ｓａは、第二の金属板２１ｔの上記周方向に現れる側面部２１ｔｄの何れかの部分と接しており、面取りされている（図４参照）。したがって、次に示す図５の構成と比較して、後述するような効果を有する。

図５に示す構成では、第二の金属板２１ｔの上記周方向に現れる側面部２１ｔｄの何れかの部分（図５の構成では、第二の金属板２１ｔの上記周方向に現れる回転軸ＡＸに近い側の第二の端縁部２１ｔａ）と接している上記第一の端縁部２１ｓａは、面取りされていない（つまり、角ばっている）。

当該図５に示すような構成の場合には、基部２０ｂを構成している部分の各第一の金属板２１ｓの上記側面部と、基部２０ｂを構成している部分の各第二の金属板２１ｔの上記側面部との間に、大きな空隙Ｖａが生じてしまう。このような大きな空隙Ｖａの存在は、分割コア２１Ｓ，２１Ｔに流れる磁束の流れに悪影響を及ぼし、結果としてアキシャルギャップ型モータ１００の駆動効率を低下させる原因となる。

これに対して本実施の形態では、上記第一の端縁部２１ｓａは、第二の金属板２１ｔの上記周方向に現れる側面部２１ｔｄの何れかの部分と接しており、面取りされている（図４参照）。

当該面取りされていることにより、隣接する分割コア２１Ｓ，２１Ｔ同士がより近づく。よって、基部２０ｂを構成している部分の各第一の金属板２１ｓの上記側面部と基部２０ｂを構成している部分の各第二の金属板２１ｔの上記側面部との間に形成される空隙Ｖｂの大きさを、図５に示した構成の場合に形成される上記空隙Ｖａの大きさよりも小さくすることができる。したがって、本実施の形態に係る分割コア２１Ｓ，２１Ｔ同士の接触態様（図４）を採用することにより、アキシャルギャップ型モータ１００の駆動効率を向上させることができる。

なお図４に示す構成では、第一の端縁部２１ｓａは第二の端縁部２１ｔａと接している。しかしこれに限る必要は無く、第一の端縁部２１ｓａが第二の金属板２１ｔの側面部２１ｔｄの何れかの部分と接していれば良い。たとえば、図６に示すように、面取りされている第一の端縁部２１ｓａは上記第二の端縁部２１ｔａを除く第二の金属板２１ｔの側面部２１ｔｄと接していても良い。

ここで、上記空隙Ｖｂの削減の観点から最も好ましいのは、第一の端縁部２１ｓａが第二の金属板２１ｔの側面部２１ｔｄに対し、当該第二の金属板２１ｔの厚み方向の半分の位置で接している構成である。つまり、第一の端縁部２１ｓａが第二の金属板２１ｔの厚み方向の半分の位置で接することにより、空隙Ｖｂを最小にすることができる。よって、ステータ２０に流れる磁束を最大限流すことができ、結果としてモータの効率や動作エリアが拡大する。

分割コア２１を構成する金属板２１ａを整形処理する場合には、たとえばプレス裁断が採用される。当該プレス裁断を採用した場合には、裁断された側の金属板２１ａの縁には、図７に示すように、面取り部２１ｍとバリ部２１ｎとが形成される。ここで、金属板２１ａにおいて、プレス裁断開始側に面取り部２１ｍが形成され、プレス裁断終了側においてバリ部２１ｎが形成される。

このようなプレス裁断により形成された面取り部２１ｍを、第一の端縁部２１ｓａとして適用することができる。なお、プレス裁断により整形された金属板２１ａを分割コア２１の構成要素として用いる場合には、上記径方向Ｌにおいて金属板２１ａ同士がより密着することができるように、バリ部２１ｎは除去することが望ましい。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、図３に示した凸形状の分割コア２１を回転軸ＡＸの周方向に配設することにより、図２で示したステータ２０を構成していた。この場合、図２に示すように隣接する分割コア２１同士の接続位置は、各ティース部２０ａ間の基部２０ｂに存する。

しかしながら、図８に示す凹形状の分割コア５１を回転軸ＡＸの周方向に配設することにより、図２で示したステータ２０と同じ形状のステータを構成することもできる。この場合、図９に示すように隣接する分割コア５１同士の接続位置は、ステータ２０が有するティース部２０ａに存する。図８に示す各分割コア５１では、基部２０ｂの両側の表面から、ティース部２０ａが回転軸ＡＸに沿って突出している。なお、隣接する分割コア５１のティース部２０ａの側面部同士を接触させることにより、図９に示すステータ２０が有する一つのティース部２０ａが形成される。ここで、分割コア５１の側面部とは、アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、上記周方向側に現れるティース部２０ａの部分である。

図８に示すように各分割コア５１は、複数の金属板（たとえば、鋼板）５１ａを積層させることにより構成されている。ここで、アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、各金属板５１ａは、回転軸ＡＸを中心として径方向Ｌに沿って積層されている。なお、各金属板５１ａ同士は、たとえば接着剤等で固着されている。ここで、各金属板５１ａの側面部とは、アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、上記周方向側に現れるティース部２０ａを構成している部分である。

上記の通り、隣接する分割コア５１の側面部同士（ティース部２０ａ構成部分同士）を接触させることにより、図９に示したステータ２０が構成される。隣接する分割コア５１間における、当該ティース部２０ａを構成する部分である金属板５１ａの側面部同士の接触態様として、実施の形態１で説明した接触態様を適用することができる（図４，６）。具体的には、以下の通りである。

図８に示した凹形状を有する第一の分割コア５１の側面部が、第二の分割コア５１の側面部と接触しているとする。なお、第一の分割コア５１を構成する金属板５１ａを第一の金属板５１ａと称し、第二の分割コア５１を構成する金属板５１ａを第二の金属板５１ａと称する。

この場合には、ティース部２０ａを構成している部分の各第一の金属板５１ａの上記周方向に現れる側面部が、前記と同じティース部２０ａを構成している部分の各第二の金属板５１ａの上記周方向に現れる側面部と接している。より具体的に、アキシャルギャップ型モータ１００が構成されている状態において、各第一の金属板５１ａの上記周方向に現れる回転軸ＡＸに近い側の第一の端縁部は、第二の金属板５１ａの上記周方向に現れる側面部の何れかの部分と、各々接触している（図４，６に示した接触態様参照）。

ここで、第二の金属板５１ａの上記周方向に現れる側面部には、当該第二の金属板５１ａの上記周方向に現れる回転軸ＡＸに近い側の第二の端縁部も含まれる。また、上記第一の端縁部は、面取りされている（換言すれば、丸みを帯びている）。

分割コア５１同士の接触態様としても、実施の形態１で説明した各接触態様（図４，６，９）を適用することにより、各分割コア５１間の接触位置に形成される空隙の大きさを小さくすることができる。したがって、凹形状を有する分割コア５１を用いて図９に示したステータ２０を構成した場合においても、実施の形態１で説明した各接触態様を採用することにより、アキシャルギャップ型モータ１００の駆動効率を向上させることができる。

なお、隣接する分割コア５１間において形成される空隙削減の観点から最も好ましいのは、上記第一の端縁部が、第二の金属板５１ａの側面部に対し、当該第二の金属板５１ａの厚み方向の半分の位置で接している構成である。

アキシャルギャップ型モータの構成を示す断面図である。 ステータの構成を示す斜視図である。 凸形状を有する分割コアの構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る分割コアの接触態様を説明するための図である。 分割コアの他の接触態様を説明するための図である。 実施の形態１に係る分割コアの他の接触態様を説明するための図である。 面取り部およびバリ部が形成されている金属板を示す図である。 凹形状を有する分割コアの構成を示す斜視図である。 ステータの構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０ ロータ
１０ａ バックヨーク
１０ｂ 永久磁石
１０ｃ リラクタンスコア
２０ ステータ
２０ａ ティース部
２０ｂ 基部
２１，５１ 分割コア
２１Ｓ 第一の分割コア
２１Ｔ 第二の分割コア
２１ａ，５１ａ 金属板
２１ｓ 第一の金属板
２１ｓａ 第一の端縁部
２１ｔ 第二の金属板
２１ｔａ 第二の端縁部
２１ｔｄ 第二の金属板の側面部
２１ｍ 面取り部
２１ｎ バリ部
３０ シャフト
４０ 基板
５０ 巻線
１００ アキシャルギャップ型モータ
Ｖｂ 空隙
Ｌ 径方向
ＡＸ 回転軸
Ｇａ 間隙

Claims (1)

1. 回転軸（ＡＸ）を中心として周方向に回転するロータ（１０）と、
   前記回転軸の方向に距離を置いて、前記ロータと対向するステータ（２０）と
   を備え、
   前記ステータは、前記周方向に配設された複数の分割コア（２１）により構成されており、
   前記分割コアは、前記回転軸を中心とした径方向に積層された複数の金属板（２１ａ）から構成されており、
   第一の前記分割コア（２１Ｓ）を構成する第一の前記金属板（２１ｓ）の前記周方向に現れる前記回転軸に近い側の端縁部（２１ｓａ）は、
   前記第一の分割コアと隣接する第二の前記分割コア（２１Ｔ）を構成する第二の前記金属板（２１ｔ）の前記周方向に現れる側面部（２１ｔｄ）の何れかの部分と接しており、
   面取りされていること、を特徴とするアキシャルギャップ型モータ。

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