JP2010093929A - アキシャルギャップ型モータ - Google Patents

アキシャルギャップ型モータ Download PDF

Info

Publication number
JP2010093929A
JP2010093929A JP2008260769A JP2008260769A JP2010093929A JP 2010093929 A JP2010093929 A JP 2010093929A JP 2008260769 A JP2008260769 A JP 2008260769A JP 2008260769 A JP2008260769 A JP 2008260769A JP 2010093929 A JP2010093929 A JP 2010093929A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axial gap
circumferential direction
type motor
winding
gap type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008260769A
Other languages
English (en)
Inventor
Junji Inoue
順二 井上
Keiichi Yamamoto
恵一 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2008260769A priority Critical patent/JP2010093929A/ja
Publication of JP2010093929A publication Critical patent/JP2010093929A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

【課題】必要とされる永久磁石量の増大を抑制しつつ、誘起電圧定数を可変とすることが可能なアキシャルギャップ型モータを提供する。
【解決手段】回転軸周りに回転可能なロータ11と、回転軸方向の一方側からロータ11に対向配置されるステータ12と、を備えるアキシャルギャップ型モータ10であって、ロータ11は、回転軸方向に着磁され周方向に沿って配置された複数の主永久磁石片41と、回転軸方向一方側であって周方向で隣り合う主永久磁石片41、41間に配置され、回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化可能な複数の電磁石45と、を備える
【選択図】図2

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータに関する。
従来、例えば回転軸方向の両側からロータを挟み込むようにして対向配置された一対のステータを備え、ロータの永久磁石による界磁磁束に対して、一対のステータを介した磁束ループを形成する軸ギャップ型の永久磁石同期機が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
特開平10−271784号公報 特開2001−136721号公報
しかしながら、上記従来技術に係る永久磁石同期機では、永久磁石を具備するロータの構成等に応じて誘起電圧定数が所定の固定値となることから、高回転領域において誘起電圧定数に応じた所定の逆起電圧が発生してしまい、運転可能な回転数およびトルクが所定の値に制限されてしまうという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、必要とされる永久磁石量の増大を抑制しつつ、誘起電圧定数を可変とすることが可能な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。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、
回転軸周りに回転可能なロータ(例えば、後述の実施形態におけるロータ11)と、
回転軸方向の一方側から前記ロータに対向配置されるステータ(例えば、後述の実施形態におけるステータ12)と、を備えるアキシャルギャップ型モータ(例えば、後述の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータ10)であって、
前記ロータは、
回転軸方向に着磁され周方向に沿って配置された複数の主磁石片(例えば、後述の実施形態における主永久磁石片41)と、
回転軸方向一方側であって周方向で隣り合う前記主磁石片間に配置され、回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化可能な複数の電磁石(例えば、後述の実施形態における電磁石45)と、を備える、
ことを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、
回転軸周りに回転可能なロータ(例えば、後述の実施形態におけるロータ11)と、
回転軸方向の両側から前記ロータに対向配置される一対のステータ(例えば、後述の実施形態におけるステータ12)と、を備えるアキシャルギャップ型モータ(例えば、後述の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータ10)であって、
前記ロータは、
回転軸方向に着磁され周方向に沿って配置された複数の主磁石片(例えば、後述の実施形態における主永久磁石片41)と、
回転軸方向両側であって周方向で隣り合う前記主磁石片間に配置され、回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化可能な複数の電磁石(例えば、後述の実施形態における電磁石45)と、を備える、
ことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の構成に加えて、
前記ロータは、前記複数の主磁石片と回転軸方向において対向配置される複数のヨーク部(例えば、後述の実施形態におけるヨーク部42)と、周方向で隣り合う前記ヨーク部間に位置するボビン部(例えば、後述の実施形態におけるボビン部43)と、が一体化された回転軸方向視で略円環状のロータコア(例えば、後述の実施形態におけるロータコア13)をさらに備え、
前記各電磁石は、前記ロータコアの前記ボビン部に絶縁部材(例えば、後述の実施形態における絶縁部材44)を介して巻線(例えば、後述の実施形態におけるコイル52、72)を巻装して構成され、
周方向で隣り合う前記電磁石は前記巻線同士が互いに接続され、
前記巻線の引出線(例えば、後述の実施形態における引出線52b)はスリップリング(例えば、後述の実施形態におけるスリップリング61)を介して電源に接続される、
ことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1又は2に記載の構成に加えて、
前記各電磁石は、それぞれ回転軸方向視で柱状の磁性部材(例えば、後述の実施形態における磁性部材43A)に絶縁部材(例えば、後述の実施形態における絶縁部材44)を介して巻線(例えば、後述の実施形態におけるコイル52、72)を巻装して構成され、
周方向で隣り合う前記電磁石は前記巻線同士が互いに接続され、
前記巻線の引出線(例えば、後述の実施形態における引出線52b)はスリップリング(例えば、後述の実施形態におけるスリップリング61)を介して電源に接続される、
ことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項3又は4に記載の構成に加えて、
前記各電磁石に巻装される前記巻線は、周方向で隣り合う略U字形状の複数の巻線部(例えば、後述の実施形態におけるコイル片72a)と、前記周方向で隣り合う前記巻線部の一方の端部と他方の端部とを接続する連結巻線部(例えば、後述の実施形態におけるコイル片72b)と、を有する、
ことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項3又は4に記載の構成に加えて、
前記各電磁石に巻装される前記巻線は、周方向で隣り合う略U字形状の複数の巻線部(例えば、後述の実施形態におけるコイル片72a)を有し、
前記周方向で隣り合う前記巻線部一方の端部と他方の端部を接続する、
ことを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項3〜6のいずれかに記載の構成に加えて、
前記ロータは、周方向に所定の間隔で配置されて径方向に延びる複数のリブ(例えば、後述の実施形態における径方向リブ35)と、前記複数のリブの内径側及び外径側にそれぞれ設けられるシャフト部(例えば、後述の実施形態におけるシャフト部36)及びリム部(例えば、後述の実施形態におけるリム部37)と、を有するロータフレーム(例えば、後述の実施形態におけるロータフレーム33)を備え、
前記シャフト部の外周面と前記リム部の内周面には、前記電磁石の巻線の一部を収容する凹部(例えば、後述の実施形態における凹溝36a、37a)を有する、
ことを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項3〜7のいずれかに記載の構成に加えて、
前記電源から前記巻線への通電状態を反転可能な通電手段(例えば、後述の実施形態における通電制御装置62)と、
前記通電手段の通電により、前記主磁石片の磁極と前記主磁石片の周方向両端部近傍に配置された前記電磁石同士が同極の磁極を発生させる強め界磁状態と、前記主磁石片の磁極と前記主磁石片の周方向両端部近傍に配置された前記電磁石同士が異極の磁極を発生させる弱め界磁状態と、を設定する設定手段(例えば、後述の実施形態における通電制御装置62)と、を備える、
ことを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項3〜7のいずれかに記載の構成に加えて、
前記電源から前記巻線への通電状態を反転可能な通電手段(例えば、後述の実施形態における通電制御装置62)と、
前記通電手段の通電して、前記主磁石片の磁極と前記主磁石片の周方向両端部近傍に配置された前記電磁石同士が同極の磁極を発生させる強め界磁状態と、前記通電手段の通電せずに、前記電磁石の略無磁力化する弱め界磁状態と、を設定する設定手段(例えば、後述の実施形態における通電制御装置62)と、を備える、
ことを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項1〜9のいずれかに記載の構成に加えて、
前記複数の電磁石への通電状態を前記アキシャルギャップ型モータの負荷状態と回転速度に応じて制御する、
ことを特徴とする。
請求項1及び2の発明によれば、電磁石から発生する磁束の量を増減させることによって、アキシャルギャップ型モータの状態を、所謂主磁石片および電磁石の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により磁束が収束する強め界磁状態と、主磁石片および電磁石による磁路短絡が発生する又は電磁石を略無磁力化する弱め界磁状態とに設定することができ、主磁石片および電磁石の略ハルバッハ配置による界磁磁束が各ステータの固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を増大あるいは低減させることによっても誘起電圧定数を可変とすることができる。これにより、ロータの構成に要する永久磁石量を増大させる必要無しに、アキシャルギャップ型モータの運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大することができる。
請求項3の発明によれば、電磁石はロータコアに絶縁部材を介して巻線を直接巻装して製造することができ、巻線の引出線にはスリップリングを介して電源から電流が供給される。したがって、アキシャルギャップ型モータの構成が過剰に複雑化することを防止しつつ、誘起電圧定数を可変とすることができる。
請求項4の発明によれば、電磁石は柱状の磁性部材に絶縁部材を介して巻線を巻装して予め製造することができ、分割ヨークの組み付け時に周方向で隣り合う分割ヨーク部間に挟み込むことでロータに組み込むことができ、巻線の引出線にはスリップリングを介して電源から電流が供給される。したがって、アキシャルギャップ型モータの構成が過剰に複雑化することを防止しつつ、誘起電圧定数を可変とすることができる。
請求項5の発明によれば、複数の巻線部を周方向に並べて、周方向で隣り合う巻線部の一方の端部と他方の端部を連結巻線部で接続することにより、一本の巻線を捲回することが困難な場合に、容易にヨーク部に巻線を巻装することができる。
請求項6の発明によれば、複数の巻線部を周方向に並べて、周方向で隣り合う巻線部の一方の端部と他方の端部の少なくとも一方の端部を折り曲げて接続することにより、一本の巻線を捲回することが困難な場合に、容易にヨーク部に巻線を巻装することができる。
請求項7の発明によれば、シャフト部の外周面とリム部の内周面に形成された凹部にコイルの内周部と外周部を収容することで、電磁石をロータフレーム内に容易に収容することができる。
請求項8及び9の発明によれば、設定手段によって、アキシャルギャップ型モータの状態を、所謂主磁石片および電磁石の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により磁束が収束する強め界磁状態と、主磁石片および電磁石による磁路短絡が発生する又は電磁石を略無磁力化する弱め界磁状態とに適切に設定することができ、主磁石片および電磁石の略ハルバッハ配置による界磁磁束が各ステータの固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を増大あるいは低減させることによって誘起電圧定数を可変とすることができる。
請求項10の発明によれば、アキシャルギャップ型モータの負荷状態と回転速度に応じて電磁石への通電状態を制御することにより、アキシャルギャップ型モータの効率を上げることができる。
以下、本発明のアキシャルギャップ型モータの各実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
<第1実施形態>
本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ10は、例えば図1に示すように、このアキシャルギャップ型モータ10の回転軸O周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ11と、回転軸O方向の両側からロータ11を挟みこむようにして対向配置され、ロータ11を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する1対のステータ12,12とを備えて構成されている。
このアキシャルギャップ型モータ10は、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、出力軸がトランスミッション(図示略)の入力軸に接続されることで、アキシャルギャップ型モータ10の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪(図示略)に伝達されるようになっている。
また、車両の減速時に駆動輪側からアキシャルギャップ型モータ10に駆動力が伝達されると、アキシャルギャップ型モータ10は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー(回生エネルギー)として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、アキシャルギャップ型モータ10の回転軸が内燃機関(図示略)のクランクシャフトに連結されると、内燃機関の出力がアキシャルギャップ型モータ10に伝達された場合にもアキシャルギャップ型モータ10は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
各ステータ12は、例えば略円環板状のヨーク部21と、ロータ11に対向するヨーク部21の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸O方向に沿ってロータ11に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数のティース22,…,22と、適宜のティース22,22間に装着される固定子巻線(図示略)とを備えて構成されている。
各ステータ12は、例えば主極が6個(例えば、U,V,W,U,V,W)とされた6N型であって、一方のステータ12の各U,V,W極に対して、他方のステータ12の各U,V,W極が回転軸O方向で対向するように設定されている。例えば回転軸O方向で対向する1対のステータ12,12に対し、U,V,W極およびU,V,W極の一方に対応する一方のステータ12の3個のティース22,22,22と、U,V,W極およびU,V,W極の他方に対応する他方のステータ12の3個のティース22,22,22とが、回転軸O方向で対向するように設定され、回転軸O方向で対向する一方のステータ12のティース22と、他方のステータ12のティース22とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
ロータ11は、例えば図2及び図3に示すように、一対のロータコア13、13と、複数の主磁石部31,…,31と、複数の副磁石部32,…,32と、非磁性材からなるロータフレーム33とを備えて構成され、主磁石部31が一対のロータコア13、13に回転軸O方向両側から挟まれて、かつ、主磁石部31と副磁石部32が周方向において交互に配置された状態で、これらロータコア13、13と、複数の主磁石部31,…,31と、複数の副磁石部32,…,32がロータフレーム33内に収容されている。
そして、ロータフレーム33は、非磁性材である例えば、ステンレス鋼やアルミニウムなどによって形成されており、周方向に所定間隔をおいて配置された複数の径方向リブ35,…,35によって接続された内周側円環状のシャフト部36と外周側円環状のリム部37とを備えて構成され、シャフト部36の内周部には、外部の駆動軸(例えば、車両のトランスミッションの入力軸等)に接続される出力軸が接続可能とされている。また、シャフト部36の外周面には、隣接する径方向リブ35,35間に円弧状凸部39が形成されている。
ロータコア13は、テープ状の電磁鋼板からなる磁性板を捲回して構成され、図3に示すように、周方向に複数配置された略扇形形状のヨーク部42,…,42と、周方向で隣り合うヨーク部42、42間に位置する柱状のボビン部43とが一体に形成され、ヨーク部42の周方向両端部は回転軸O方向外側に向かってヨーク部42の周方向長さが短くなるようにテーパ状の面取り部42a、42aが形成されている。このように形成された2つのロータコア13は、互いに面取り部42aが形成された側が回転軸O方向外側を向くようにステータ12、12と対向配置され、ロータコア13、13間には複数の主磁石部31,…,31と、径方向リブ35,…,35が周方向において交互に配置されている。
主磁石部31は、厚さ方向(つまり、回転軸O方向)に磁化された略扇形板状の主永久磁石片41を備え、周方向で隣り合う各主永久磁石片41,41は、図5及び図6に示すように磁化方向が互いに異方向となるように設定されている。
副磁石部32は、図5及び図6に示すように、回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化可能な電磁石45を備えて構成される。
電磁石45は、図3に示すように、ロータコア13のボビン部43と、ボビン部43の回転軸O方向両側面と内・外周面を囲うように配置された絶縁部材44と、絶縁部材44上に巻装されたコイル52とを備えて構成される。
絶縁部材44は、図4に示すように、ボビン部43の回転軸O方向に一方側の側面を覆う第1側壁44aと、第1側壁44aの径方向一方側の端部が折り曲げられてボビン部43の内周面又は外周面を覆う第2側壁44bを備えて構成され、第1側壁44aの周方向両端部には折り曲げられて回転軸O方向に伸びるコイル保持部44cが形成されている。このように形成された2つの絶縁部材44、44を一組として、一方を径方向リブ35と対向するボビン部43の内側面と外周面を覆うように取付け、他方をボビン部43の外側面と内周面を覆うように取り付けることで、ボビン部43を囲い、絶縁部材44、44上にコイル52を巻装することでボビン部43とコイル52を絶縁する。
そして、ロータフレーム33内において周方向で隣り合う電磁石45,45は、図5及び図6に示すように、発生可能な磁束の方向が互いに異方向となるように設定されている。つまり、図3の矢印で示すように、ボビン部43に対するコイル52の巻装状態が右巻きとされた電磁石45には、ボビン部43に対するコイル52の巻装状態が左巻きとされた電磁石45が周方向で隣り合うように設定されている。
また、ロータフレーム33内において径方向リブ35を挟んで回転軸O方向で隣り合う電磁石45、45も、図5及び図6に示すように、発生可能な磁束の方向が互いに異方向となるように設定されている。つまり、ボビン部43に対するコイル52の巻装状態が右巻きとされた電磁石45には、ボビン部43に対するコイル52の巻装状態が左巻きとされた電磁石45が回転軸O方向で隣り合うように設定されている。
このように周方向で隣り合う複数の電磁石45は、ロータコア13のボビン部43、43にコイル52が互いに逆向きに捲回され、また、回転軸O方向一方側と他方側で隣り合う電磁石45、45同士も互いに逆向きに捲回され、周方向で隣り合う電磁石45、45同士、及び、回転軸O方向に隣り合う電磁石45、45同士は発生可能な磁束の方向が互いに異方向となるように設定されている。
なお、ロータフレーム33において、電磁石45を径方向の両側から挟み込むシャフト部36とリム部37には、電磁石45が配置される位置にボビン部43に巻装されたコイル52の内周部と外周部が収容される凹溝36a、37aが形成され、さらにシャフト部36とリム部37のうち、例えばシャフト部36の外周面上には周方向に伸びる凹溝36bが形成され(図2及び図7参照)、この凹溝36bには、周方向で隣り合う電磁石45,45のコイル52,52同士を接続する接続線52aあるいは適宜のコイル52から外部に引き出される引出線52bが装着されるようになっている。また、円弧状凸部39には凹溝39aが形成され(図2及び図7参照)、図7に示すように、回転軸O方向一方側と他方側を接続する接続線52cが装着されるようになっている。これにより、シャフト部36の外周面とリム部37の内周面に形成された凹溝36a、37aに各電磁石45のコイル52の内周部と外周部を収容し、凹溝36bに周方向で隣り合う電磁石45,45のコイル52,52同士を接続する接続線52aあるいは適宜のコイル52から外部に引き出される引出線52bを収容することで、電磁石45をロータフレーム33内に容易に収容することができる。
また、コイル52の内周部と外周部を凹溝36a、37aに収容することでロータ11が径方向に大型化するのを避けると共に、非磁性材で後述する磁束レンズ効果に寄与しない部分を覆うことで、本来電磁石としての効果を必要としない部分からの影響を抑制し磁束の短絡を抑制することができる。
なお、円弧状凸部39には凹溝39aの代わりに貫通孔を設けてもよい。
これにより、回転軸O方向一方側および他方側において、主磁石部31の主永久磁石片41の磁極と、周方向で隣り合う電磁石45、45により仮想的に設定可能な対向磁極との関係において、主永久磁石片41の磁極と周方向で隣り合う電磁石45、45から発生する対向磁極とが同極である場合には強め界磁状態となり、主永久磁石片41の磁極と周方向で対向する電磁石45、45から発生する対向磁極とが異極である場合には弱め界磁状態となる。
つまり、強め界磁状態では、図5に示すように、例えば回転軸O方向の一方側がN極かつ他方側がS極とされた主永久磁石片41に対して、回転軸O方向の一方側においてヨーク部42を周方向から挟み込む一対の電磁石45,45は、互いのN極が周方向で対向するように磁束を発生し、回転軸O方向の他方側においてヨーク部42を周方向から挟み込む一対の電磁石45、45は、互いのS極が周方向で対向するように磁束を発生する。 これにより、所謂永久磁石の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により主永久磁石片41および電磁石45、45の各磁束が収束し、各ステータ12,12に鎖交する有効磁束が相対的に増大するようになっている。
また、弱め界磁状態では、図6に示すように、例えば回転軸O方向の一方側がN極かつ他方側がS極とされた主永久磁石片41に対して、回転軸O方向の一方側においてヨーク部42を周方向から挟み込む一対の電磁石45,45は、互いのS極が周方向で対向するように磁束を発生し、回転軸O方向の他方側においてヨーク部42を周方向から挟み込む一対の電磁石45、45は、互いのN極が周方向で対向するように磁束を発生する。これにより、主永久磁石片41と周方向で隣り合う電磁石45、45との間で磁路短絡が生じ、各ステータ12,12に鎖交する有効磁束が相対的に減少するようになっている。
また、図7に示すように、ロータフレーム33内に装着された複数の副磁石部32,…,32の電磁石45,…,45のうち、引出線52bが接続されたコイル52を具備する電磁石45は、スリップリング61を介して外部の通電制御装置62に接続されている。
このスリップリング61は、例えばロータ11に固定されたリング部61aと、ステータ12に固定されたブラシ部61bとを備えて構成され、ブラシ部61bと通電制御装置62とは接続線62aを介して接続されている。
通電制御装置62は、例えばブリッジ回路等を備え、電源(図示略)からコイル52への通電状態を反転可能な通電手段と、アキシャルギャップ型モータ10の強め界磁状態と弱め界磁状態とを適宜に切り換える設定手段と、を兼ねて構成され、アキシャルギャップ型モータ10の特性を変更することができる。
なお、弱め界磁状態として主永久磁石片41の磁極と周方向で対向する電磁石45、45から発生する対向磁極とが異極である場合を例に説明したが、電磁石45を無通電状態として略無磁力化することにより弱め界磁状態としてもよい。これにより、副永久磁石片を用いて略ハルバッハ配置とした場合に比べて、有効磁束が相対的に減少させることができる。例えば、小型のモータであれば無通電状態とすることにより弱め界磁状態とし、大型のモータであれば反転して通電し、主永久磁石片41の磁極と周方向で対向する電磁石45、45から発生する対向磁極とが異極とすることにより弱め界磁状態としてもよい。
次に、本発明のアキシャルギャップ型モータ10の制御方法の一例について説明する。
図8は誘起電圧定数に応じて変化するアキシャルギャップ型モータの回転数及びトルクに応じた運転可能領域示す図である。図8に示すように、強め界磁によって誘起電圧定数Keが大きくなると、アキシャルギャップ型モータ10として運転可能な許容回転速度は低下するもの、出力可能な最大トルクは増大し、逆に、弱め界磁によって誘起電圧定数Keが小さくなると、アキシャルギャップ型モータ10として出力可能な最大トルクは減少するものの、運転可能な許容回転数は上昇する。
そこで、図8の(1)に示す無負荷運転時においては、引きずり損失(鉄損)を低減するため弱め界磁制御を行なう。具体的には、電磁石45に流す電流を少なくしたり無通電にして低磁力化又は略無磁力化したり、反転させて通電することによりなされる。反転させて通電させた場合を例に説明すると、図6に示すように、主永久磁石片41と周方向で隣り合う電磁石45、45との間で磁路短絡が生じ、各ステータ12,12に鎖交する有効磁束が相対的に減少し、引きずり損失を低減することができる。
また、図8の(2)に示す低・中負荷、低回転域においては、各ステータ12,12と電磁石45での銅損の和が小さくなるように僅かに強め界磁制御を行なう。これにより、各ステータ12,12に流す電流を小さくすることで銅損を低減することができる。
また、図8の(3)に示す低負荷、中・高回転域においては、直交領域で運転するためモータ回転数及びバッテリー電圧に応じて適宜弱め界磁制御又は強め界磁制御を行なう。これにより、直交領域での運転を可能とし各ステータ12、12に流す界磁弱め電流分銅損を低減することができる。
また、図8の(4)に示す高負荷、低回転域においては、強め界磁制御を行なう。これにより、図5に示すように、主永久磁石片41と周方向で隣り合う電磁石45、45との所謂略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により、主永久磁石片41と周方向で隣り合う電磁石45、45との各磁束が収束し、各ステータ12,12に鎖交する有効磁束が相対的に増大し、各ステータ12、12に流す電流が少ない状態で高トルクを得ることができる。
また、図8の(5)に示す中負荷、中・高回転域においては、モータ回転数及びバッテリー電圧に応じて適宜適宜弱め界磁制御又は強め界磁制御することにより直交領域と界磁弱め域の境界付近のモータ高効率領域で運転することができ、高効率運転領域を拡大することができる。
上述したように、本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ10によれば、アキシャルギャップ型モータ10の状態を、所謂主永久磁石片41と電磁石45、45の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により磁束が収束する強め界磁状態と、主永久磁石片41と電磁石45、45による磁路短絡が発生する又は電磁石45を略無磁力化する弱め界磁状態とに設定することができ、主永久磁石片41および電磁石45による界磁磁束が各ステータ12の固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を増大あるいは低減させることによって誘起電圧定数を可変とすることができる。これにより、ロータ11の構成に要する高価な永久磁石量を増大させる必要無しに、アキシャルギャップ型モータ10の運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大することができる。
また、通電制御装置62からスリップリング61を介して電磁石45に通電されることにより、電圧変動が相対的に小さく、かつ、低周波数となり、スリップリング61の消耗が低減されると共に、通電制御装置62の装置構成が複雑化することを防止することができる。
また、ロータコア13はテープ状の電磁鋼板からなる磁性板を捲回して構成されるので、容易に製造することができ、ロータコア13のボビン部43に絶縁部材44を介してコイル52を直接巻装するので、ロータコア13の一部を電磁石45のボビンとして兼用することができる。
また、電源からコイル52への通電状態を反転可能な通電制御装置により、強め界磁状態と弱め界磁状態を適宜設定するので、上述したように主永久磁石片41および電磁石45による界磁磁束が各ステータ12の固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を増大あるいは低減させることによって誘起電圧定数を可変とすることができ、高価な永久磁石量を低減させることができる。また、強め界磁状態と弱め界磁状態を適宜設定することにより、アキシャルギャップ型モータの負荷状態と回転速度に応じて運転効率を向上させることができる。
例えば、無負荷運転時には、弱め界磁状態とすることでロータ11内で短絡する磁束が増えて各ステータ12の固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を低減させ、引き摺り損失を低減させることができるとともに、高負荷運転時には、強め界磁状態とすることで主永久磁石片41と周方向で隣り合う電磁石45、45との各磁束が収束し、各ステータ12,12に鎖交する有効磁束が相対的に増大し、各ステータ12、12に流す電流が少ない状態で高トルクを得ることができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態のアキシャルギャップ型モータについて図9を参照しながら説明する。なお、第2実施形態のアキシャルギャップ型モータは、電磁石のボビン部がロータコアとは別体に構成される点を除き、第1実施形態のアキシャルギャップ型モータと同一の構成を有する。このため、第1実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
ロータコア13Aは、周方向に分割して複数配置された略扇形形状のヨーク部42,…,42から構成され、ヨーク部42は、周方向両端部にテーパ状の面取り部42a、42aが形成されている。なお、ヨーク部42は複数の電磁鋼板を積層した構成としてもよく、あるいは、鉄粉などの粉体を成形・焼結して製作することもできる。
電磁石45Aは、磁性材からなる柱状の磁性部材43Aと、磁性部材43Aの回転O方向両側面と内・外周面を囲うように配置された一組の絶縁部材44、44と、一組の絶縁部材44、44上に巻装されたコイル52とを備えて構成される。
このように別体で形成されたロータコア13Aの周方向で隣り合うヨーク部42、42間に電磁石45Aを装着する。
これにより、電磁石45は柱状の磁性部材43Aに絶縁部材44を介してコイル52を巻装して予め製造することができ、分割されたヨーク部42,…,42の組み付け時に周方向で隣り合うヨーク部42、42間に挟み込むことでロータ11に組み込むことができる。
図10は第2実施形態の第1変形例のアキシャルギャップ型モータの電磁石の斜視図である。第1変形例の電磁石45Bは、磁性材からなる柱状の磁性部材43Aと、磁性部材43Aの回転O方向両側面と内・外周面を囲うように配置された一組の絶縁部材44、44と、絶縁部材44、44上に巻装されたコイル72とを備えて構成される。
ここでコイル72は、略U字形状に折り曲げられて開口側の一対の端部が磁性部材43Aの長手方向長さより長く形成された複数のコイル片72aを磁性部材43Aの幅方向(周方向)に並べて、隣り合うコイル片72a(巻線部)、72a(巻線部)の一方の端部と他方の端部を折り曲げて、ヒュージング、半田付け、カシメ等により接続する。
これにより、一本のコイルを磁性部材43Aに捲回することが困難な場合に、容易に磁性部材43Aにコイル72を巻装することができる。
図11は第2実施形態の第2変形例のアキシャルギャップ型モータの電磁石の斜視図である。第2変形例の電磁石45Cは、磁性材からなる柱状の磁性部材43Aと、磁性部材43Aの回転O方向両側面と内・外周面を囲うように配置された絶縁部材44、44と、絶縁部材44、44上に巻装されたコイル72とを備えて構成される。
ここでコイル72は、略U字形状に折り曲げられて開口側の一対の端部が磁性部材43Aの長手方向長さと略同一又は僅かに長く形成された複数のコイル片72aを磁性部材43Aの幅方向(ロータ11の周方向)に並べて、隣り合うコイル片72a(巻線部)、72a(巻線部)の一方の端部と他方の端部を、略U字形状又は直線状に形成されたコイル片72b(連結巻線部)により、例えばヒュージング、半田付け、カシメ等することにより接続する。
これにより、一本のコイルを磁性部材43Aに捲回することが困難な場合に、容易に磁性部材43Aにコイル72を巻装することができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態のアキシャルギャップ型モータについて図12及び図13を参照しながら説明する。なお、第3実施形態のアキシャルギャップ型モータは、回転軸O方向一方側にのみステータを備える点で第1実施形態のアキシャルギャップ型モータと相違する。第1実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
本実施形態のアキシャルギャップ型モータ10においては、このアキシャルギャップ型モータ10の回転軸O周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ11と、回転軸O方向の一方側(図12においては右側)からのみロータ11に対向配置され、ロータ11を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有するステータ12とを備えて構成されている。
ロータ11は、ロータフレーム33内に、回転軸O方向の一方側にロータコア13と、複数の副磁石部32,…,32とを備え、複数の主磁石部31,…,31を挟んで回転軸O方向の他方側には円環状のバックヨーク14を備えて構成される。
バックヨーク14は、テープ状の電磁鋼板からなる磁性板を捲回して構成される。
これにより、回転軸O方向一方側において、第1及び第2実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
本発明の第1実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの斜視図である。 本発明の第1実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 本発明の第1実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータの部分分解斜視図である。 ロータコアへの絶縁部材の取り付けを説明する説明図である。 強め界磁状態における磁束の流れを説明する説明図である。 弱め界磁状態における磁束の流れを説明する説明図である。 本発明の第1実施形態のアキシャルギャップ型モータの断面図である。 誘起電圧定数に応じて変化するアキシャルギャップ型モータの回転数及びトルクに応じた運転可能領域示す図である。 本発明の第2実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータを周方向から見た図である。 本発明の第2実施形態の第1変形例に係る電磁石の説明図である。 本発明の第2実施形態の第2変形例に係る電磁石の説明図である。 本発明の第3実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータの部分分解斜視図である。 本発明の第3実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータを周方向から見た図である。
符号の説明
10 アキシャルギャップ型モータ
11 ロータ
12 ステータ
13 ロータコア
31 主磁石部
32 副磁石部
33 ロータフレーム
35 径方向リブ(リブ)
36 シャフト部
36a 凹溝(凹部)
37 リム部
37a 凹溝(凹部)
41 主永久磁石片(主磁石片)
43A 磁性部材
45 電磁石
52、72 コイル(巻線)
52b 引出線
61 スリップリング
62 通電制御装置(通電手段、設定手段)

Claims (10)

  1. 回転軸周りに回転可能なロータと、
    回転軸方向の一方側から前記ロータに対向配置されるステータと、を備えるアキシャルギャップ型モータであって、
    前記ロータは、
    回転軸方向に着磁され周方向に沿って配置された複数の主磁石片と、
    回転軸方向一方側であって周方向で隣り合う前記主磁石片間に配置され、回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化可能な複数の電磁石と、を備える、
    ことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
  2. 回転軸周りに回転可能なロータと、
    回転軸方向の両側から前記ロータに対向配置される一対のステータと、を備えるアキシャルギャップ型モータであって、
    前記ロータは、
    回転軸方向に着磁され周方向に沿って配置された複数の主磁石片と、
    回転軸方向両側であって周方向で隣り合う前記主磁石片間に配置され、回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化可能な複数の電磁石と、を備える、
    ことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
  3. 前記ロータは、前記複数の主磁石片と回転軸方向において対向配置される複数のヨーク部と、周方向で隣り合う前記ヨーク部間に位置するボビン部と、が一体化された回転軸方向視で略円環状のロータコアをさらに備え、
    前記各電磁石は、前記ロータコアの前記ボビン部に絶縁部材を介して巻線を巻装して構成され、
    周方向で隣り合う前記電磁石は前記巻線同士が互いに接続され、
    前記巻線の引出線はスリップリングを介して電源に接続される、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアキシャルギャップ型モータ。
  4. 前記各電磁石は、回転軸方向視で柱状の磁性部材に絶縁部材を介して巻線を巻装して構成され、
    周方向で隣り合う前記電磁石は前記巻線同士が互いに接続され、
    前記巻線の引出線はスリップリングを介して電源に接続される、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアキシャルギャップ型モータ。
  5. 前記各電磁石に巻装される前記巻線は、周方向で隣り合う略U字形状の複数の巻線部と、前記周方向で隣り合う前記巻線部の一方の端部と他方の端部とを接続する連結巻線部と、を有する、
    ことを特徴とする請求項3又は4に記載のアキシャルギャップ型モータ。
  6. 前記各電磁石に巻装される前記巻線は、周方向で隣り合う略U字形状の複数の巻線部を有し、
    前記周方向で隣り合う前記巻線部の一方の端部と他方の端部を接続する、
    ことを特徴とする請求項3又は4に記載のアキシャルギャップ型モータ。
  7. 前記ロータは、周方向に所定の間隔で配置されて径方向に延びる複数のリブと、前記複数のリブの内径側及び外径側にそれぞれ設けられるシャフト部及びリム部と、を有するロータフレームを備え、
    前記シャフト部の外周面と前記リム部の内周面には、前記電磁石の巻線の一部を収容する凹部を有する、
    ことを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
  8. 前記電源から前記巻線への通電状態を反転可能な通電手段と、
    前記通電手段の通電により、前記主磁石片の磁極と前記主磁石片の周方向両端部近傍に配置された前記電磁石同士が同極の磁極を発生させる強め界磁状態と、前記主磁石片の磁極と前記主磁石片の周方向両端部近傍に配置された前記電磁石同士が異極の磁極を発生させる弱め界磁状態と、を設定する設定手段と、を備える、
    ことを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
  9. 前記電源から前記巻線への通電状態を反転可能な通電手段と、
    前記通電手段の通電して、前記主磁石片の磁極と前記主磁石片の周方向両端部近傍に配置された前記電磁石同士が同極の磁極を発生させる強め界磁状態と、前記通電手段の通電せずに、前記電磁石の略無磁力化する弱め界磁状態と、を設定する設定手段と、を備える、
    ことを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
  10. 前記複数の電磁石への通電状態を前記アキシャルギャップ型モータの負荷状態と回転速度に応じて制御する、
    ことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
JP2008260769A 2008-10-07 2008-10-07 アキシャルギャップ型モータ Withdrawn JP2010093929A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008260769A JP2010093929A (ja) 2008-10-07 2008-10-07 アキシャルギャップ型モータ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008260769A JP2010093929A (ja) 2008-10-07 2008-10-07 アキシャルギャップ型モータ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010093929A true JP2010093929A (ja) 2010-04-22

Family

ID=42256085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008260769A Withdrawn JP2010093929A (ja) 2008-10-07 2008-10-07 アキシャルギャップ型モータ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010093929A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012058859A1 (zh) * 2010-11-01 2012-05-10 深圳市轴心自控技术有限公司 一种电机
JP2014105670A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Fuji Heavy Ind Ltd 発電体ユニット
JP2014173564A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 Fuji Heavy Ind Ltd 発電機

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012058859A1 (zh) * 2010-11-01 2012-05-10 深圳市轴心自控技术有限公司 一种电机
JP2014105670A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Fuji Heavy Ind Ltd 発電体ユニット
JP2014173564A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 Fuji Heavy Ind Ltd 発電機

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4707696B2 (ja) アキシャルギャップ型モータ
US7737594B2 (en) Axial gap type motor
EP1940013B1 (en) Axial gap motor
JP4961302B2 (ja) アキシャルギャップ型モータ
JP4729551B2 (ja) アキシャルギャップ型モータ
JP2008271640A (ja) アキシャルギャップ型モータ
JP2008136298A (ja) 回転電機の回転子及び回転電機
JP6139007B2 (ja) 回転電気機械
JP6789451B1 (ja) ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機および駆動システム
CN107078617B (zh) 双定子型旋转器
JP2019154232A (ja) 回転子および回転電機
JP2011078202A (ja) アキシャルギャップモータ
JP5446476B2 (ja) 埋込磁石型同期電動機のロータ
JP4735772B1 (ja) 磁石励磁回転電機システム
JP7047337B2 (ja) 永久磁石式回転電機
JP2010093929A (ja) アキシャルギャップ型モータ
JP4960749B2 (ja) アキシャルギャップ型モータ
JP2002191157A (ja) 永久磁石併用同期回転機
JP5114135B2 (ja) アキシャルギャップ型モータ
JP2001359264A (ja) 静止界磁コイル式磁石併用同期機
JP2016201978A (ja) 発電装置
JP5578979B2 (ja) アキシャルギャップモータ
JP6766574B2 (ja) 回転電機
JP4896690B2 (ja) アキシャルギャップ型モータ
JP7284503B2 (ja) 可変磁力モータ

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20120110