JP2010035326A - Axial gap motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ロータとステータとを備えるアキシャルギャップ型電動機に関し、特に、前記ロータの慣性モーメントを低下させる技術に関する。 The present invention relates to an axial gap type electric motor including a rotor and a stator, and more particularly to a technique for reducing the inertia moment of the rotor.
アキシャルギャップ型電動機は、略円盤形状のステータと、ステータに対向配置された略円盤形状のロータとを備えている。このようなアキシャルギャップ型電動機として、以下のようなものがある。ステータは、略円盤形状のステータ本体と、ステータの端面に一体的に配置された複数の突極と、この突極に巻装されたコイルとを備え、一方、ロータは、円盤形状の磁性材料からなるロータバックヨークと、リング形状に一体に形成され、ロータバックヨークの端面に取り付けされたマグネットとを備える。ここで、ステータに備わる複数の突極の外径と、ロータに備わるロータバックヨークおよびマグネットの外径とは略等しい。 The axial gap type electric motor includes a substantially disk-shaped stator and a substantially disk-shaped rotor disposed to face the stator. Examples of such an axial gap type motor include the following. The stator includes a substantially disc-shaped stator body, a plurality of salient poles integrally disposed on an end surface of the stator, and a coil wound around the salient poles, while the rotor is a disc-shaped magnetic material. And a magnet that is integrally formed in a ring shape and attached to the end surface of the rotor back yoke. Here, the outer diameters of the plurality of salient poles provided in the stator are substantially equal to the outer diameters of the rotor back yoke and the magnet provided in the rotor.
マグネットは、円周方向に交互に極性が異なる複数の磁極が形成されている。そして、ステータの突極と、ロータのマグネットとの間には所定の空隙が形成され、ステータに対し、ロータは対向する位置にて回転自在には位置されている。 The magnet is formed with a plurality of magnetic poles having different polarities alternately in the circumferential direction. A predetermined gap is formed between the salient pole of the stator and the magnet of the rotor, and the rotor is positioned so as to be rotatable at a position facing the stator.
上述のように、アキシャルギャップ型電動機は、ロータの外径がステータの外径と略等しい。一方、ラジアルギャップ型電動機は、一般に円筒形状のロータの外径は円環形状のステータの内径よりも小さく、ステータの内部にて、ロータが回転自在に配置されている。 As described above, in the axial gap type electric motor, the outer diameter of the rotor is substantially equal to the outer diameter of the stator. On the other hand, in the radial gap type electric motor, the outer diameter of the cylindrical rotor is generally smaller than the inner diameter of the annular stator, and the rotor is rotatably arranged inside the stator.
上述のようにステータおよびロータの基本構成が異なる両電動機を略同等の出力特性を備えるように設計すると、アキシャルギャップ型電動機のロータの軸長は、ラジアルギャップ型電動機のロータの軸長よりも小さくなる。その一方で、アキシャルギャップ型電動機のロータの外径は、ラジアルギャップ型電動機のロータの外径よりも大きくなる。従って、アキシャルギャップ型電動機の外形は、ラジアルギャップ型電動機に対し、径が大きく軸長が短い扁平な形状となる。 As described above, when both motors having different basic configurations of the stator and rotor are designed to have substantially the same output characteristics, the axial length of the rotor of the axial gap type motor is smaller than the axial length of the rotor of the radial gap type motor. Become. On the other hand, the outer diameter of the rotor of the axial gap type electric motor is larger than the outer diameter of the rotor of the radial gap type electric motor. Therefore, the outer shape of the axial gap type motor is a flat shape having a larger diameter and a shorter axial length than the radial gap type motor.
ここで、ロータを中実の円柱であると仮定し、ロータの半径をr(m)、ロータの質量をM(kg)であるとき、ロータの慣性モーメントIは、I=2×Mr2となる。すなわち、慣性モーメントIは、半径rの2乗に比例する。従って、両電動機のロータの質量が同じであるとした場合には、アキシャルギャップ型電動機のロータの慣性モーメントIは、ラジアルギャップ型電動機のロータの慣性モーメントIに比して、かなり大きなものとなりうる。 Here, assuming that the rotor is a solid cylinder, when the radius of the rotor is r (m) and the mass of the rotor is M (kg), the inertia moment I of the rotor is I = 2 × Mr 2 Become. That is, the moment of inertia I is proportional to the square of the radius r. Therefore, if the masses of the rotors of both motors are the same, the inertia moment I of the rotor of the axial gap type motor can be considerably larger than the inertia moment I of the rotor of the radial gap type motor. .
このように、ロータの慣性モーメントIが大きくなると、ステータに備えられたコイルにロータの回転駆動を制御するための制御電流が通電されたときに、その制御電流の入力対し、ロータの回転に遅れが生じる。すなわち、制御電流に対するロータの回転動作の応答性能が、低下してしまう。そこで、アキシャルギャップ型電動機において、制御電流に対するロータの回転速度の応答性を高めるため、ロータの慣性モーメントIを小さくすることが求められる。 As described above, when the inertia moment I of the rotor increases, when the control current for controlling the rotational drive of the rotor is supplied to the coil provided in the stator, the input of the control current is delayed with respect to the rotation of the rotor. Occurs. That is, the response performance of the rotor rotation operation with respect to the control current is degraded. Therefore, in the axial gap type electric motor, it is required to reduce the inertia moment I of the rotor in order to improve the response of the rotational speed of the rotor to the control current.
特許文献1に記載の発明は、ロータの慣性モーメントIを小さくするため、薄板の金属板にてロータバックヨークを形成し、ロータの質量を削減する手法が採られている。ここで、薄板の金属板では、曲げ強度等の剛性が低く、ロータが回転したときにロータ自身が振動するおそれがある。そこで、この薄板の金属板をプレス加工し、円形のロータバックヨークの中心から外周面に向けた放射線に沿うように、複数の補強リブが円周方向等ピッチにて形成されている。
In order to reduce the moment of inertia I of the rotor, the invention described in
この補強リブは、半径方向から見た円周断面の形状がコの字に形成されており、ロータバックヨークの上面は凸形状となり、ロータバックヨークの下面において、この凸形状の裏側は凹部形状となっている。そして、ロータバックヨークの下面には、円環形状に形成され、交互に異なった極性の磁極が形成されたマグネットが、一体的に取り付けられている。ここで、マグネットの磁極の極数と、補強リブの数が同一であり、マグネットの極間部分に補強リブが配置される構造となっている。よって、マグネットの極間部分には、補強リブの凹部形状が配置され、マグネットの極間部分とバックヨークとの間には、空隙が形成されている。その結果、マグネットの極間部分での磁束変化が和らぎ、コギングトルクが低減される。
上述の従来技術にあっては、確かにコギングトルクの低減によりロータの回転むらは低減される。しかしながら、マグネットの極間部分とロータバックヨークとの間に形成された空隙により、マグネットに形成された各磁極間に流れる磁束量が減少してしまう。そのため、ステータに形成された複数の突極に、マグネットから流れる磁束量も減少してしまい、ロータの回転トルクが減少してしまう。そのため、従来技術のアキシャルギャップ型電動機は、高トルクが必要とされる用途には適さないともいえる。 In the above-described prior art, the uneven rotation of the rotor is certainly reduced by reducing the cogging torque. However, the amount of magnetic flux flowing between the magnetic poles formed in the magnet is reduced due to the gap formed between the inter-pole portion of the magnet and the rotor back yoke. Therefore, the amount of magnetic flux flowing from the magnet to the plurality of salient poles formed on the stator also decreases, and the rotational torque of the rotor decreases. Therefore, it can be said that the axial gap type electric motor of the prior art is not suitable for applications that require high torque.
そこで、ロータの剛性が低下しないことに留意しつつロータの慣性モーメントを低減させ、これによりロータの回転速度の応答性を高めるとともに、マグネットの各磁極間を流れる磁束量を大きくし、高トルクを実現するアキシャルギャップ型電動機を提供するものである。 Therefore, while keeping in mind that the rigidity of the rotor does not decrease, the inertia moment of the rotor is reduced, thereby improving the responsiveness of the rotational speed of the rotor, increasing the amount of magnetic flux flowing between the magnetic poles of the magnet, and increasing the torque. The present invention provides an axial gap motor that can be realized.
上記の課題を解決するために、本発明は、略円盤形状のステータ本体部と、円周方向等ピッチの位置にて前記ステータ本体部の端面に一体的に形成された複数の突極と、前記突極に巻装されたコイルとを有するステータと、略円盤形状に形成され、略中央部にシャフト勘合孔が形成されたロータバックヨークと、略円環形状に形成され、円周方向等ピッチに交互に異なる極性の複数の磁極が形成され、前記ロータバックヨークの一の端面に取り付けられたマグネットとを有し、前記マグネットが、前記ステータの前記複数の突極との間に所定の空隙を形成し、前記ステータに対向して配置されたロータと、略円柱形状に形成され、前記ロータの前記シャフト勘合孔に勘合固定された回転軸とを備えたアキシャルギャップ型電動機において、前記ロータの前記ロータバックヨークには、前記マグネットが取り付けられた前記一の端面の他の端面に、前記マグネットの磁極の数と同数で、前記マグネットの隣り合う磁極の間に位置し、前記ロータバックヨークに放射状に一体に形成された肉厚のリブ部を備えている。 In order to solve the above problems, the present invention includes a substantially disc-shaped stator body portion, and a plurality of salient poles integrally formed on the end surface of the stator body portion at equal circumferential circumferential pitch positions, A stator having a coil wound around the salient pole, a rotor back yoke formed in a substantially disc shape and having a shaft fitting hole formed in a substantially central portion, a substantially annular shape, a circumferential direction, etc. A plurality of magnetic poles having different polarities alternately in pitch, and a magnet attached to one end face of the rotor back yoke, wherein the magnet has a predetermined gap between the plurality of salient poles of the stator. In an axial gap type electric motor comprising a rotor that forms a gap and is opposed to the stator, and a rotary shaft that is formed in a substantially cylindrical shape and is fitted and fixed to the shaft fitting hole of the rotor. The rotor back yoke of the rotor is positioned between the adjacent magnetic poles of the magnet, on the other end face of the one end face to which the magnet is attached, in the same number as the magnetic poles of the magnet. Thick rib portions are integrally formed radially on the yoke.
このように、ロータバックヨークに肉厚のリブ部を複数設け、リブ部以外のロータバックヨークの部分を薄肉とする構成とすることで、ロータバックヨークを備えるロータの慣性モーメントの低下が実現される。また、マグネットの隣り合う磁極の間に肉厚のリブ部を配置することにより、マグネットの各磁極間を流れる磁束量を大きくする。 In this way, by providing a plurality of thick rib portions on the rotor back yoke and making the rotor back yoke portion other than the rib portions thin, a reduction in the moment of inertia of the rotor including the rotor back yoke is realized. The In addition, by arranging a thick rib portion between adjacent magnetic poles of the magnet, the amount of magnetic flux flowing between the magnetic poles of the magnet is increased.
次に、この発明の実施形態を図1に基づいて説明する。図1は、本実施形態のアキシャルギャップ型電動機(以下、単に「電動機」という。)の縦断面図である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an axial gap type electric motor (hereinafter simply referred to as “motor”) of the present embodiment.
電動機1は、ステータ2と、ステータ2に対向して配置されたロータ3とを備える。ステータ2は、軟磁性粉末を加圧成型し形成された所謂圧粉成型体であり、略円環形状のステータ本体部5と、ステータ本体部5の端面5aに一体に形成された複数の突極部6とを備える。また、突極部6にはコイル7が重ね巻にて巻装されている。なお、本実施形態において突極部の数は、12である。
The
ロータ3は、磁性材料からなり略円盤形状のロータバックヨーク8と、略円盤形状に形成され、ロータバックヨーク8の一の端面8aに取り付けられたマグネット9とを備える。マグネット9は、ネオジウム(Nd)等の金属粉末を焼結により一体に形成した所謂リングマグネットであり、N極およびS極の異なる磁性の磁極が交互に着磁により形成されており、磁極の数は、8極である。また、マグネット9のロータバックヨーク8の一の端面8aへの取り付けは、熱硬化性樹脂の接着剤によりなされている。
The
ロータバックヨーク8の略中央部にはシャフト勘合孔8cが形成されており、シャフト勘合孔8cに略円柱形状の回転軸4が勘合固定されている。ステータ2とロータ3とは所定の距離を隔てて互いに対向しており、ロータ3のマグネット9と、ステータ3の複数の突極部6との間には、所定の空隙11が形成されている。
A
ステータ2およびロータ3は、フロントブラケット21とエンドブラケット22とに内包される。フロントブラケット21は、略有底円筒形状に形成され、ステータ2のステータ本体部5が取り付けら、エンドブラケット22は、同じく略有底円筒形状に形成され、フロントブラケット21に圧入にて勘合される。また、回転軸4は、フロントブラケット21とエンドブラケット22に軸受23、24を介して回転自在に軸支される。
The
次に、コイル7への制御装置(図示せず)からの電力の給電について説明する。ステータ本体部5には、コイル7への電力の給電のための基板25が取り付けられている。基板25には、複数の突極部6を挿通させる挿通孔(図示せず)が、突極部6の位置に対応し、突極部6の数と同数形成されている。そして、基板25は、複数の突極部6を挿通させつつ、ステータ本体部5に取り付けされている。また、基板25の一部25aは、フロントブラケット21とエンドブラケット22とにより形成された基板25の引出口41から電動機1の外部に向け突出している。
Next, power supply to the coil 7 from a control device (not shown) will be described. A
基板25には、コイル7からの引出線7aが接続されるとともに、基板25の一部25aには、モータカプラ26が取り付けられている。また、制御装置(図示せず)に接続されたリード線28には、リード線カプラ27が取り付けられており、モータカプラ26とリード線カプラ27とが互いに接続される。そして、リード線28、基板25および引出線7aを介し、制御装置(図示せず)からコイル7に対し、電力が供給される。
A
回転軸4の一端4aには、複数の反射スリットが形成されたエンコーダリング51が取り付けられている。一方、エンドブラケット22には、エンコーダ基板53が取り付けられており、エンコーダ基板53には、反射スリットに対向する位置に光センサ52が取り付けられている。そして、エンコーダ基板53を覆うようにしてエンコーダカバー54がエンドブラケットに取り付けられている。
An
回転軸4とともにエンコーダリング51は回転し、光センサ52により、回転角度を検出し、検出した回転角度に基づき、制御装置(図示せず)は、コイル7に制御された電力を供給する。
The
次に、本発明の実施形態のロータ3について、図2から図5に基づき説明する。図2は、ロータの斜視図のであり、図3は、図2においてA方向から見たロータの斜視図である。図4は、ロータの正面図であり、図5は、図4においてB方向から見たロータの要部拡大図である。なお、図3、図5および図6において、実際には外観からは認識することができないが、説明の便宜上のため、マグネット9の交互に異なる磁極の境界を実線にて示している。
Next, the
上述のように、ロータ3は、略円盤形状のロータバックヨーク8と、略円盤形状に形成され、ロータバックヨーク8の一の端面8aに取り付けられたマグネット9とを備え、ロータ3の外径φは約40mmに設定されている。マグネット9が取り付けられたロータバックヨーク8の一の端面8aの裏面に位置する他の端面8bには、ロータバックヨーク8自体に一体に形成された肉厚のリブ部10が複数備えられている。
As described above, the
リブ部10は、シャフト勘合孔8cから外周面8dに向けて、放射状に形成されており、リブ部10の数は、マグネット9の磁極の数と同数の8であり、マグネット9の隣り合う磁極9a、9aの間に位置される。
The
ロータバックヨーク8を、このような構造とすることで、リブ部10が形成された箇所12は肉厚となり、一方、リブ部10が形成されていない箇所13は薄肉とすることができる。本実施形態では、リブ部10の円周方向長さLは約5mmに、リブ部10が形成された箇所12の厚さH1は2mmに、リブ部10が形成されていない箇所13の厚さH2は1mmに、それぞれ設定されている。
With the rotor back
リブ部10が形成されていない箇所13を薄肉とすることで、ロータ3の構成部材であるロータバックヨーク8の質量を少なくすることができ、ロータ3の慣性モーメントを小さくすることができる。従って、制御装置(図示せず)から電動機1のコイル7に供給される制御電力に対するロータ3の回転速度の遅れを少なくすることができ、ロータの回転速度の応答性を高めることができる。
By reducing the thickness of the
さらに、放射状に円周方向等ピッチにてロータバックヨーク8に形成された複数のリブ部10により、ロータ3の剛性が高まり、ロータ3が回転するときに生じるおそれのあるロータ3の振動を低減することができる。そのため、ロータ3の振動により発生する電動機1の騒音を抑えることができる。
In addition, the plurality of
図6は、図4にて断面B−Bで示した部分の拡大図であり、ロータバックヨーク8を流れる磁束を示すものである。ロータバックヨーク8は、隣り合う磁極9a、9aの間を流れる磁力線Φの流路となる。この流路の磁力線Φと直交する断面の面積が小さいと磁束密度が高くなり、所定以上の磁束を流そうとすると磁束飽和となり、所定以上の磁束を流せなくなってしまう。その結果、ステータ2の突極部6に所定以上の磁束を流せなくなり、電動機1の出力トルクを大きくすることができなくなる。
FIG. 6 is an enlarged view of the portion indicated by the cross section BB in FIG. 4 and shows the magnetic flux flowing through the rotor back
ここで、本発明の実施形態においては、リブ部10が形成された箇所12は、リブ部10が形成されていない箇所13に対し肉厚となっている。また、リブ部10は、隣り合う磁極9a、9aの間に形成されている。そのため、リブ部10が形成された箇所12では磁力線Φと直交する断面の面積が大きく確保されており、磁束量を大きくすることが可能である。従って、ステータ2の突極部6に多くの磁束を流すことが可能となり、電動機1の出力トルクを大きくすることができる。
Here, in the embodiment of the present invention, the
1 アキシャルギャップ型電動機
2 ステータ
3 ロータ
4 回転軸
5 ステータ本体部
6 突極部
7 コイル
8 ロータバックヨーク
9 マグネット
10 リブ部
12 リブ部が形成された箇所
13 リブ部が形成されていない箇所
DESCRIPTION OF
Claims (2)
略円盤形状に形成され、略中央部にシャフト勘合孔が形成されたロータバックヨークと、略円環形状に形成され、円周方向等ピッチに交互に異なる極性の複数の磁極が形成され、前記ロータバックヨークの一の端面に取り付けられたマグネットとを有し、前記マグネットが、前記ステータの前記複数の突極との間に所定の空隙を形成し、前記ステータに対向して配置されたロータと、
略円柱形状に形成され、前記ロータの前記シャフト勘合孔に勘合固定された回転軸とを備えたアキシャルギャップ型電動機において、
前記ロータの前記ロータバックヨークには、前記マグネットが取り付けられた前記一の端面の他の端面に、前記マグネットの磁極の数と同数で、前記マグネットの隣り合う磁極の間に位置し、前記ロータバックヨークに放射状に一体に形成された肉厚のリブ部を備えていることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。 A stator having a substantially disc-shaped stator body, a plurality of salient poles integrally formed on the end surface of the stator body at equal circumferential pitches, and a coil wound around the salient poles When,
A rotor back yoke formed in a substantially disc shape and having a shaft fitting hole formed in a substantially central portion, and formed in a substantially annular shape, and a plurality of magnetic poles having different polarities alternately in the circumferential direction and the like are formed, A rotor mounted on one end surface of the rotor back yoke, and the magnet forms a predetermined gap between the plurality of salient poles of the stator and is disposed to face the stator. When,
In an axial gap type electric motor that is formed in a substantially cylindrical shape and includes a rotation shaft that is fitted and fixed to the shaft fitting hole of the rotor.
The rotor back yoke of the rotor is located between the adjacent magnetic poles of the magnet, on the other end face of the one end face to which the magnet is attached, in the same number as the magnetic poles of the magnet. An axial gap type electric motor comprising a thick rib portion integrally formed radially with a back yoke.
2. The axial gap type electric motor according to claim 1, wherein the thickness of the portion of the rotor back yoke where the rib member is formed is H <b> 1 (mm), and the portion of the rotor back yoke where the rib portion is not formed. When the thickness is H2 (mm), the relationship between H1 and H2 is 1.5 × H2 ≦ H1 ≦ 3 × H2.
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Cited By (2)
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US20240146132A1 (en) * | 2022-10-27 | 2024-05-02 | GM Global Technology Operations LLC | Axial flux electric motor for a vehicle having rotor segment support member including a non-uniform cross-section |
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2008
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