JP2011072087A - Axial gap motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステータの両端面側にロータを配置したアキシャルギャップモータに関し、詳しくは、その軽量、小型、かつ堅牢な構成を実現するロータの小型・軽量化に関する。 The present invention relates to an axial gap motor in which a rotor is disposed on both end surfaces of a stator, and more particularly to a reduction in size and weight of a rotor that realizes a lightweight, small and robust configuration.
従来、ラジアル型のスイッチドリラクタンスモータは、ステータとロータがモータ軸に対して径方向に同心状に配置される。 Conventionally, in a radial type switched reluctance motor, a stator and a rotor are arranged concentrically in a radial direction with respect to a motor shaft.
図10(a)〜(c)は3相U、V、Wのスイッチドリラクタンスモータ100の構造および動作を示す断面図であり、それらの図面に示すように、スイッチドリラクタンスモータ100はモータ軸(図示せず)に軸着されるロータ110に周方向に等間隔にロータ磁極(突極)111が配置され、その外周のステータ120の内周側に、ロータ磁極111に対向するように複数のステータ磁極121が配置される。各ステータ磁極121は、各相のN極、S極それぞれに交互に励磁されるように、該当相のコイル122が集中巻きされる。
FIGS. 10A to 10C are sectional views showing the structure and operation of a three-phase U, V, W switched
そして、各ステータ磁極に集中巻きされたコイル122が相順に励磁されると、その近傍のロータ磁極111が磁気吸引され、トルクが発生してロータ110が回転し、励磁相を順次に切替えることにより、ロータ110の回転が継続してスイッチドリラクタンスモータ100が回転する。このとき、励磁相の切替えにしたがって、磁路は図10(a)〜(c)のループ状の矢印線に示すように変化する(図10の(a)はU相、(b)はV相、(c)はW相)。なお、矢印線tはトルク(磁気吸引力)を示し、中心部の矢印線rはモータ回転方向を示す。
Then, when the
このようなスイッチドリラクタンスモータ100の場合、ある瞬間に使用されているロータ磁極111は半数だけであり、残り半数のロータ磁極111はつぎの励磁に備えて、空きの状態(磁束が通らない状態)になる。そのため、十分な出力を得ようとすると、大型で重くなる。
In such a switched
一方、アキシャルギャップモータは、ロータとステータを1個ずつ備える場合、ロータとステータの対向する端面側にロータ磁極、ステータ磁極それぞれが円周方向に配設される。ステータ磁極の集中巻きのコイルが相順に通電励磁されることにより、ステータ磁極とロータ磁極の磁気的な作用にしたがって、ロータが回転してモータ軸が回転する。 On the other hand, when an axial gap motor is provided with one rotor and one stator, each of the rotor magnetic pole and the stator magnetic pole is arranged in the circumferential direction on the end face side where the rotor and the stator face each other. When the concentrated winding coil of the stator magnetic pole is energized and excited in order, the rotor rotates and the motor shaft rotates in accordance with the magnetic action of the stator magnetic pole and the rotor magnetic pole.
そして、アキシャルギャップモータは、高出力化に伴う軸方向の長さの増加がラジアル型のスイッチドリラクタンスモータ100より小さく、スイッチドリラクタンスモータ100より軽量、小型になる利点があり、電気自動車の駆動モータ等に有用であり、この種のアキシャルギャップモータにおいて、一層の軽量化・小型化を図ると共に遠心力に対して強い堅牢な構造にする種々の提案がなされている。
The axial gap motor has the advantage that the increase in the axial length accompanying the increase in output is smaller than that of the radial switched
例えば、各ロータ磁極を永久磁石により形成し、各ロータ磁極の永久磁石とフレームとロータコアとでロータを構成し、ロータの厚みを薄くして遠心力に強い構造にする。その際、小型の構成で出力を増大するため、ロータの軸方向の一方、他方の端面側に周方向にロータ磁極を配置して、ロータの両端面側にステータを配設する。逆に、ステータの軸方向の一方、他方の端面側に周方向にステータ磁極を配置して、ステータの両端面側にロータを配設することが提案されている(例えば、特許文献1(要約書、段落[0031]、[0054]、図1、図2等)参照)。 For example, each rotor magnetic pole is formed of a permanent magnet, and the rotor is composed of the permanent magnet of each rotor magnetic pole, the frame, and the rotor core, and the rotor is thinned to be strong against centrifugal force. At this time, in order to increase the output with a small configuration, the rotor magnetic poles are disposed in the circumferential direction on one end surface side of the rotor in the axial direction, and the stator is disposed on both end surface sides of the rotor. On the contrary, it has been proposed to dispose a stator magnetic pole in the circumferential direction on one end surface side of the stator in the axial direction and to dispose a rotor on both end surface sides of the stator (for example, Patent Document 1 (Summary)). , Paragraphs [0031], [0054], FIG. 1, FIG. 2, etc.)).
図11は特許文献1に記載のロータ構造を示す分解状態の斜視図であり、ロータ200は、両端面側にステータを配置するため、1つのロータコア240と、該ロータコア240を挟み込むように両側に設けた2つのフレーム部材241、242と、該フレーム部材241、242の複数の磁石型枠穴241a、242aにそれぞれ設けた永久磁石243、244とにより構成される。
FIG. 11 is a disassembled perspective view showing the rotor structure described in
この場合、永久磁石243に作用する遠心力をロータコア240とフレーム部材241とが分担するので堅牢な構造になる。また、ロータコア240の厚みを薄くしつつ永久磁石243、244のサイズを大面積にできるので、モータが軽量、小型で高出力になる。
In this case, since the
つぎに、本願の出願人は、ロータの両端面側にステータを配設する構造のアキシャルギャップモータを既に出願している(特願2009−011523号)。 Next, the applicant of the present application has already filed an application for an axial gap motor having a structure in which a stator is disposed on both end faces of a rotor (Japanese Patent Application No. 2009-011523).
図12は前記既出願の3相駆動のアキシャルギャップモータ300の構造を示し、アキシャルギャップモータ300は、ステータ310の両端面側にロータ320、330を配置し、ロータ磁極321、331を軟磁性材等で形成された突極構造としたものである。
FIG. 12 shows the structure of the already-applied three-phase drive
そして、アキシャルギャップモータ300は、ステータ310の軸方向の一方の端面および他方の端面に周方向に各相のステータ磁極311、312が相順のくり返しで配置され、それらの集中巻きのコイル(図示せず)の通電励磁により、一方の端面の各相のステータ磁極311がN極、他方の端面の各相のステータ磁極312がS極に相順に励磁される。また、ステータ310の両側にステータ310に対向してロータ320、330が配置され、ロータ320、330は、それぞれ周方向に突極構成の複数のロータ磁極321、331が配置される。また、ステータ310の中心孔に遊挿される環状の磁路形成部材340によりロータ320、330間の磁路が形成される。
In the
そして、ステータ310の両端面のステータ磁極311、312の集中巻きのコイルが相順に通電励磁されることにより、ステータ310は一方の端面の磁極位置が円周方向に移動しながらN極に励磁され、他方の端面の磁極位置が円周方向に移動しながらS極に励磁され、ステータ磁極311、312と対向するロータ磁極321、331の磁気的な作用によりロータ320、330が回転する。
Then, the concentrated winding coils of the stator
特許文献1に記載の従来のアキシャルギャップモータの場合、図11のロータ200は、ロータコア240に設けたフレーム部材241、242が、電気的な導体(ステンレス等)である場合には、フレーム部材241、242が永久磁石243、244のロータ磁極を囲う短絡リングとなる。この場合、フレーム部材241、242内の磁束の変動を抑制するための誘導電流が生じてフレーム部材241、242が発熱したり、磁束の増加が抑えられてトルクが減少するなどの問題が生じる。
In the case of the conventional axial gap motor described in
また、ロータ磁極となる永久磁石243、244は、周方向の隣の永久磁石243、244と磁極性が異なり、ロータ200の一方、他方の端面それぞれのロータ磁極が周方向にN極、S極、…になる(特許文献1の段落[0011]等参照)。この場合、ステータのヨーク部は磁気飽和が生じないようにかなり厚くしなければならず、モータは軸方向に厚くなり、大型になって重量も大きくなる。そのため、アキシャルギャップモータを十分に軽量、小型に形成することができない。
Further, the
つぎに、図12の既出願のアキシャルギャップモータ300の場合、ステータ310の一方の端面側のステータ磁極311は全てが例えばN極に励磁され、ステータ310の他方の端面側のステータ磁極312は全てがS極に励磁される。しかも、N極から出てS極に至る磁束は磁路形成部材340の磁路を通る。この場合、ステータ310の両端面側のステータ磁極311、312の配置を互いに周方向にずらすと、ステータ310全体の磁極数が2倍に増加したのと等価な状態になる。そのため、小型化(薄型化)・軽量化を実現できる。しかしながら、とくにロータ320、330においては、励磁相の磁束は、軸方向(磁極背面方向)には略、励磁相のステータ磁極に対向するロータ磁極321、331が磁路を形成するものとしている。そのため、十分な磁路を確保するには、ロータ磁極321、331をあまり小さくできない。また、前記対向するロータ磁極321、331を通る磁束はヨーク部を介して磁路形成部材に伝わるが、このとき、ヨーク部の材質によっては渦電流損等が発生する可能性がある。また、ロータ磁極321、331を前記フレーム部材241、242のような枠体で支持すると、前記の誘導電流等の問題が生じる。
Next, in the case of the
本発明は、ステータの両端面側にロータを配置した構造のアキシャルギャップモータにおいて、渦電流や誘導電流の発生を防止して十分な磁路を確保できる、軽量、小型、かつ堅牢な新規なロータ構造のアキシャルギャップモータを提供することを目的とする。 The present invention relates to an axial gap motor having a structure in which rotors are arranged on both end surfaces of a stator, and is a novel lightweight, small, and robust rotor capable of preventing eddy currents and induction currents and securing a sufficient magnetic path. It is an object to provide an axial gap motor having a structure.
上記した目的を達成するために、本発明のアキシャルギャップモータは、軸方向の一方の端面に周方向に配置された各ステータ磁極をN極、前記軸方向の他方の端面に周方向に配置された各ステータ磁極をS極に励磁するコイルを有するステータと、前記ステータの両側に前記ステータに対向して配置され、それぞれ周方向に複数のロータ磁極が配置されたロータと、前記ステータの中心孔を貫通して両ロータ間の磁路を形成する磁路形成部材とを備えたアキシャルギャップモータであって、前記両ロータは、各ロータ磁極として周方向に配置された各圧粉磁心と、該各圧粉磁心間の磁路を形成する積層鋼板体とを備え、前記積層鋼板体は前記各圧粉磁心それぞれの周囲の一部が隙間状に切り欠かれ、前記各圧粉磁心の周面の一部が前記積層鋼板体から露出していることを特徴としている(請求項1)。 In order to achieve the above-described object, the axial gap motor of the present invention is arranged such that each stator magnetic pole arranged circumferentially on one end face in the axial direction has N poles and circumferentially arranged on the other end face in the axial direction. A stator having a coil for exciting each stator magnetic pole to the S pole, a rotor disposed on both sides of the stator so as to face the stator, and a plurality of rotor magnetic poles disposed in the circumferential direction, and a center hole of the stator An axial gap motor including a magnetic path forming member that forms a magnetic path between the two rotors, the two rotors each having a dust core disposed in the circumferential direction as each rotor magnetic pole, A laminated steel plate body that forms a magnetic path between the dust cores, and the laminated steel plate body is partially cut out in the form of a gap around each of the dust cores, and the peripheral surface of each dust core Part of the laminate It is characterized in that it is exposed from the plate body (claim 1).
また、本発明のアキシャルギャップモータは、前記両ロータの前記各圧粉磁心の径方向外側部が、前記積層鋼板体を介して隣の圧粉磁心の径方向外側部とつながっていることを特徴としている。(請求項2)。 In the axial gap motor of the present invention, the radially outer portion of each of the dust cores of the two rotors is connected to the radially outer portion of the adjacent dust core through the laminated steel sheet body. It is said. (Claim 2).
また、本発明のアキシャルギャップモータは、前記両ロータの前記各圧粉磁心の少なくとも径方向内側端部が、対向する前記各ステータ磁極の径方向内側端部よりも径方向内側に突出していることを特徴としている(請求項3)。 In the axial gap motor of the present invention, at least the radially inner ends of the dust cores of the rotors protrude radially inward from the radially inner ends of the opposing stator magnetic poles. (Claim 3).
さらに、本発明のアキシャルギャップモータは、前記両ロータが前記積層鋼板体および前記各圧粉磁心を蓋体状に保持するロータハウジングを備え、前記積層鋼板と前記ロータハウジングとは前記各圧粉磁心それぞれの周囲の部分で隙間を有することを特徴としている(請求項4)。 Furthermore, the axial gap motor of the present invention includes a rotor housing in which the two rotors hold the laminated steel plate body and the dust cores in a lid shape, and the laminated steel plate and the rotor housing are each of the dust cores. Each of the surrounding portions has a gap (Claim 4).
請求項1に係る本発明のアキシャルギャップモータの場合、各ロータ磁極の磁束の変動を受け易い部分が無方向性磁性材料である圧粉磁心により形成されるので、各ロータ磁極を、積層鋼板体により径方向内側に延長して磁路形成部材に接続することにより、励磁相の磁束は、軸方向(磁極背面方向)には励磁相のステータ磁極に対向するロータ磁極を通り、その際、圧粉磁心の無方向性により90度折り曲げられて積層鋼板体の各層に面状に分配されて渦電流の発生等なく近傍の非励磁相に対向するロータ磁極にも伝わる。さらに、これらロータ磁極を通った磁束のロータ間の磁路が磁路形成部材によって形成される。この場合、両ロータにおいて、励磁相に対向するロータ磁極だけでなく、その近傍の非励磁相に対向するロータ磁極も磁路を形成するため、ロータ磁極を十分小さくしてロータの十分な磁路を確保でき、ロータおよびモータ全体を飛躍的に小型に形成することができる。
In the case of the axial gap motor of the present invention according to
また、積層鋼板体の各圧粉磁心それぞれの周囲の一部が隙間状に切り欠かれ、各圧粉磁心の周面の一部が積層鋼板体から露出しているので、積層鋼板体が圧粉磁心のロータ磁極を囲う短絡リングとならず、誘導電流の発生が防止されてトルクの減少等の問題は生じない。 In addition, a part of the periphery of each of the dust cores of the laminated steel sheet is notched in a gap shape, and a part of the peripheral surface of each dust core is exposed from the laminated steel sheet. A short ring that surrounds the rotor magnetic pole of the powder magnetic core is not provided, and the generation of induced current is prevented, and problems such as torque reduction do not occur.
さらに、積層鋼板体は堅牢な電磁鋼板等で形成することができ、堅牢な積層鋼板体で圧粉磁心のロータ磁極が保持されるので、遠心力等に対して堅牢なロータ構造になる。 Furthermore, the laminated steel plate can be formed of a robust electromagnetic steel plate or the like, and the rotor magnetic pole of the dust core is held by the robust laminated steel plate, so that the rotor structure is robust against centrifugal force and the like.
したがって、ステータの両端面側にロータを配置した構造のアキシャルギャップモータにおいて、渦電流や誘導電流の発生を防止して十分な磁路を確保できる、軽量、小型、かつ堅牢な新規なロータ構造のアキシャルギャップモータを提供することができる。 Therefore, in an axial gap motor having a structure in which the rotor is arranged on both end surfaces of the stator, a light, small, and robust new rotor structure that can prevent eddy currents and induction currents and secure a sufficient magnetic path. An axial gap motor can be provided.
請求項2に係る本発明のアキシャルギャップモータの場合、両ロータにおいて、各ロータ磁極の圧粉磁心の径方向外側部も積層鋼板体を介して隣のロータ磁極の圧粉磁心の径方向外側部とつながっているため、その部分も立体磁路を形成し、その分、ロータ磁極をつなぐヨーク等の部分の厚みを薄くすることができる。そのため、ロータおよびモータを一層小型にすることができる利点がある。なお、この場合も、積層鋼板体は前記各圧粉磁心それぞれの周囲の一部が隙間状に切り欠かれているので、渦電流が発生することはない。また、ロータの外径は大きくなるが、もともとロータよりステータの方がコイルが巻かれることによってその厚みの分径大になるので、モータ全体としては大きくはならない。
In the case of the axial gap motor of the present invention according to
請求項3に係る本発明のアキシャルギャップモータの場合、両ロータのロータ磁極としての圧粉磁心の少なくとも径方向内側端部が、対向するステータの一方、他方の端面の各ステータ磁極の径方向内側端部よりも径方向内側に突出しているため、ステータ磁極のフリンジング磁束を漏れなくロータ磁極で受け取ることができ、前記フリンジング磁束による積層鋼板体の表面での渦電流発生を防止することもできる利点がある。
In the case of the axial gap motor of the present invention according to
請求項4に係る本発明のアキシャルギャップモータの場合、ロータハウジングにより、積層鋼板体および各圧粉磁心がばらばらにならないように保持されて固定され、両ロータが一層堅牢に形成される。しかも、各ロータ磁極の周囲の部分では積層鋼板とロータハウジングとが隙間を有するので、前記誘導電流を発生させる導通ループが確実に遮断され、ロータハウジングによってトルク低下や損失増加が生じることがない。
In the case of the axial gap motor of the present invention according to
つぎに、本発明をより詳細に説明するため、実施形態について、図1〜図9を参照して詳述する。なお、それらの図面においては、モータ軸等は適宜省略している。 Next, in order to describe the present invention in more detail, embodiments will be described in detail with reference to FIGS. In these drawings, the motor shaft and the like are omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
第1の実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
(First embodiment)
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
(構成)
図1は本実施形態の3相駆動のアキシャルギャップモータ1を示し、アキシャルギャップモータ1は、モータ軸(図示せず)が中心孔21に遊挿される円板状のステータ2と、その両端面側にステータ2に対向して配置された円板状の2個のロータ3a、3bと、モータ軸に外套状に装着されてステータ2の中心孔21を貫通しロータ3a、3b間の磁路を形成する中空管状の磁性材からなる軸磁路材としての磁路形成部材4とを備える。
(Constitution)
FIG. 1 shows an
ステータ2は、例えば積層鋼板(電磁鋼板)からなる円板状の薄いステータヨーク22の両端面それぞれに、周方向に等間隔に突極構造の複数のステータ磁極23が配置されている。各ステータ磁極23は、U、V、W、U、V、W、…の相順の磁極であり、それぞれ該当相のコイル(図示せず)が集中巻きされる。そして、各ステータ磁極23のコイルの通電制御により、例えば、モータ軸端側の一方の端面の各ステータ磁極23は全てN極に励磁され、モータ軸出力側の他方の端面の各ステータ磁極23は全てS極に励磁される。このとき、一方の端面側の各ステータ磁極23と他方の端面側の各ステータ磁極23とは、モータ軸方向から見て互いに重ならないようにずらして配置され、これによって、ステータ2の磁極数は、片側の端面にのみステータ磁極23を配置する場合に比して2倍の磁極数になる。
In the
ロータ3a、3bは略同じ構成であり、例えば積層鋼板(電磁鋼板)の円板状のロータヨーク31の中心孔32に磁路形成部材4を外装したモータ軸が嵌入し、ロータヨーク31のステータ2に対向する端面側に中心孔32に同心状に平面視歯車状の磁極部33が設けられる。
The rotors 3a and 3b have substantially the same configuration. For example, a motor shaft having a magnetic
図2(a)、(b)はロータ3bを示し、これらの図から明らかなように、ロータ3a、3bの磁極部33は、ロータヨーク31の径方向外側寄りの部分に周方向に等間隔に配置される各ロータ磁極としての圧粉磁心34と、各圧粉磁心34間の磁路をロータヨーク31とともに形成する積層鋼板体35とを備える。
2 (a) and 2 (b) show the rotor 3b. As is clear from these drawings, the
各圧粉磁心34は、絶縁皮膜を持つ磁性粉末を圧縮成形した無方向性磁性材料の磁心である。積層鋼板体35は、径方向内側の歯車状の内側部35aから径方向外側に放射状に伸びた各支持枠部35bが各圧粉磁心34を囲んで保持し、概略、各圧粉磁心34が放射状に嵌め込まれた形状であり、ロータヨーク31と同じ積層鋼板によって形成される。なお、ロータヨーク31は、軽量化等を図るため、各圧粉磁心34間の部分が一部切り取られて空孔31aが形成されている。
Each
さらに、積層鋼板体35の各圧粉磁心34それぞれの周囲の一部が隙間状に切り欠かれ、各圧粉磁心34の周面の一部が積層鋼板体35から露出している。隙間状に切り欠かれる部分は各圧粉磁心34の周囲の任意の部分であってよいが、本実施形態の場合、隙間状に切り欠かれる部分は各圧粉磁心34の径方向外側の周面の部分であり、この部分に切り欠き36が形成され、各圧粉磁心34が積層鋼板体35から露出している。
Furthermore, a part of the periphery of each
なお、積層鋼板体35およびロータヨーク31は、環状の径方向外側端面がロータ3a、3bの中心孔32に嵌入した磁路形成部材4に当接して磁気的に一体に接続される。
Note that the laminated
(動作)
上記構成のアキシャルギャップモータ1は、ステータ2の両端面の各相のステータ磁極23がコイルの通電によって磁極位置が円周方向に移動するように励磁される。このとき、基本的には図1の矢印線に示すように、ステータ2の励磁相のN極のステータ磁極23から出た磁束は、その磁極23に対向するロータ3aのロータ磁極としての圧粉磁心34から、積層鋼板体35、磁路形成部材4を通ってロータ3bに向かい、ステータ2の励磁相のS極のステータ磁極23に対向するロータ3bのロータ磁極としての圧粉磁心34から、ステータ2の励磁相のS極のステータ磁極23を通って励磁相のN極のステータ磁極23に戻る。その際、ステータ2のステータ磁極23と、ロータ3a、3bの対向する圧粉磁心34が形成するロータ磁極との磁気的な作用によりロータ3a、3bが回転してモータ軸が回転し、モータ出力が発生する。
(Operation)
In the
ところで、ロータ3a、3bの磁極部33の各ロータ磁極は、磁束の変動を受け易い部分が無方向性磁性材料である圧粉磁心34により形成される。また、各ロータ磁極は、積層鋼板体35の内側部35aにより径方向内側に延長して磁路形成部材4に接続される。さらに、ロータ3a、3bの磁極部33の各ロータ磁極は磁極背面同士がロータヨーク31でつながれている。そのため、励磁相の磁束は、モータ軸方向(磁極背面方向)には励磁相のステータ磁極23に対向するロータ磁極を通り、その際、圧粉磁心34の無方向性により90度折り曲げられて積層鋼板体35の各層に面状に分配されて渦電流の発生等なく近傍の非励磁相のロータ磁極の圧粉磁心34にも伝わる。
By the way, each rotor magnetic pole of the
図3はロータ3aの磁束の立体的な広がりを矢印線で示し、励磁相のステータ磁極23に対向するロータ磁極の圧粉磁心34に入った実線矢印線の磁束は、破線矢印線に示すように積層鋼板体35を通って近傍の非励磁相のステータ磁極23に対向するロータ磁極の圧粉磁心34も通り、これらの立体磁路を通った磁束は径方向内側の磁路形成部材4に向かう。
FIG. 3 shows the three-dimensional spread of the magnetic flux of the rotor 3a by an arrow line, and the magnetic flux of the solid arrow line entering the
そして、ロータ3bについても、同様の立体磁路が形成され、図3と逆向きの矢印線の方向に磁路が形成される。 And the same solid magnetic path is formed also about the rotor 3b, and a magnetic path is formed in the direction of the arrow line opposite to FIG.
この場合、ロータ3a、3bにおいて、励磁相に対向するロータ磁極だけでなくその近傍のロータ磁極も磁束の磁路を形成するため、ロータ磁極を十分小さくしてロータの十分な磁路を確保でき、ロータ3a、3bの厚みおよび面積を小さくすることができる。その結果、モータ全体を飛躍的に小型に形成することができる。 In this case, in the rotors 3a and 3b, not only the rotor magnetic pole facing the excitation phase but also the rotor magnetic pole in the vicinity thereof forms a magnetic path for the magnetic flux, so that the rotor magnetic pole can be made sufficiently small to secure a sufficient magnetic path for the rotor. The thickness and area of the rotors 3a and 3b can be reduced. As a result, the entire motor can be dramatically reduced in size.
また、積層鋼板体35の各圧粉磁心34それぞれの周囲の一部が隙間状に切り欠かれ、各圧粉磁心34の周面の一部が積層鋼板体35から露出しているので、積層鋼板体35が圧粉磁心34のロータ磁極を囲う短絡リングとならず、誘導電流の発生が防止されれてトルクの減少等の問題は生じない。
Further, a part of the periphery of each of the
さらに、積層鋼板体35が堅牢な電磁鋼板で形成され、堅牢な積層鋼板体35で圧粉磁心34のロータ磁極が保持されるので、アキシャルギャップモータ1は遠心力等に対して堅牢なロータ構造になる。
Further, since the laminated
したがって、本実施形態の場合、ステータ2の両端面側にロータ3a、3bを配置した構造であって、渦電流や誘導電流の発生を防止して十分な磁路を確保できる、軽量、小型、かつ堅牢な新規なロータ構造のアキシャルギャップモータ1を提供することができる。
Therefore, in the case of this embodiment, the rotors 3a and 3b are arranged on both end surfaces of the
また、ロータ3a、3bの磁極部33において、積層鋼板体35によって径方向内側へ延長された各ロータ磁極の磁極幅が磁路形成部材4の外周面の近傍では漸次広くなり、磁路形成部材4の外周面では各ロータ磁極が環状に一体につながってしまう構造であるため、磁路形成部材4の外周面の磁束分布が平滑化され、その部分での渦電流による損失や磁束の低下に伴うトルク低下も防止することができる。
Further, in the
ところで、アキシャルギャップモータ1は、両ロータ3a、3bの各圧粉磁心34の径方向内側端部は、対向する各ステータ磁極23の径方向内側端部よりも径方向内側に突出している。
By the way, in the
図4(a)はアキシャルギャップモータ1の組み立てた状態を示し、同図において、24はステータ磁極23に集中巻きされたコイル、5はモータ軸、51、52はモータ軸5の抜け止めリングである。
4A shows the assembled state of the
図4(b)は同図(a)の環状の実線αで囲んだステータ2とロータ3bの径方向内側端部を拡大して示し、ロータ3bのロータ磁極としての圧粉磁心34の径方向内側端部が、対向するステータ磁極23の径方向内側端部より内側(中心孔側)に、図中にzで示す長さだけ突出して延長されている。
4B is an enlarged view of the radially inner end of the
そのため、図4(b)に破線で示す磁束のうち、とくに、ステータ磁極23の径方向内側端部のフリンジング磁束を漏れなくロータ磁極の圧粉磁心34で受け取ることができ、ロータ3a、3b間を通る磁束が増加してトルクがアップし、モータ出力が大きくなるとともに、前記フリンジング磁束がロータヨーク31や積層鋼板体35の積層鋼板表面を通過することによる渦電流の発生を防止することができる利点もある。
Therefore, among the magnetic fluxes indicated by broken lines in FIG. 4B, in particular, the fringing magnetic flux at the radially inner end of the stator
なお、ロータヨーク31についても、径方向内側端部を、例えば磁路形成部材4の外周まで延長して磁路として活用することが好ましい。また、両ロータ3a、3bの各圧粉磁心34を径方向外側にも延長し、ステータ磁極23の径方向外側端部のフリンジング磁束を漏れなくロータ磁極の圧粉磁心34で受け取るようにしてもよい。
For the
(第2の実施形態)
第2の実施形態について、図1、図5を参照して説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施形態においては、図1のロータ3a、3bに代えて、各圧粉磁心34の径方向外側部が積層鋼板体35に対応する積層鋼板体37を介して隣の圧粉磁心34の径方向外側部とつながっているロータ3cを、ステータ2の両端面側に配置してアキシャルギャップモータ1と同様のアキシャルギャップモータを形成する。
In the present embodiment, instead of the rotors 3a and 3b in FIG. 1, the diameter of the
図5(a)、(b)はロータ3cを示し、ロータ3cの積層鋼板体37は、例えば図2(a)、(b)のロータ3bとの比較からも明らかなように、概略、ロータ3bの積層鋼板体35に、隣り合う圧粉磁心34の径方向外側をアーチ状につなぐ各積層鋼板体35aを付加した構造である。各積層鋼板体35aは平面視がコ字状の径方向外側に突出したアーム形状であり、左、右の端面が隣り合う圧粉磁心34の径方向外側の切り欠き36より近い側に当接する。そのため、各圧粉磁心34は切り欠き36の部分が積層鋼板体37から露出し、積層鋼板体37は、積層鋼板体35の場合と同様、圧粉磁心34のロータ磁極を囲う短絡リングとならず、誘導電流の発生が防止されれてトルクの減少等の問題は生じない。
5 (a) and 5 (b) show the rotor 3c, and the laminated
そして、ロータ3cは積層鋼板体37により、ロータ磁極が各圧粉磁心34の径方向外側にも延長され、磁束の通過量がさらに増加して一層薄く、小型にすることができ、結果として、アキシャルギャップモータの一層の小型を図ることができる。
Then, the rotor 3c is extended by the laminated
なお、ロータ3cの外径はロータ3a、3bより大きくなるが、ロータ3a、3bよりステータ2の方がコイル23が巻かれることによってその厚みの分径大になるので、モータ全体としては大きくはならない。
The outer diameter of the rotor 3c is larger than that of the rotors 3a and 3b, but the
(第3の実施形態)
第3の実施形態について、図1、図6〜図9を参照して説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 6 to 9.
本実施形態においては、図1のロータ3a、3bに代えて、ロータハウジング6を備えた構造のロータ3dをステータ2の両端面側に配置し、アキシャルギャップモータ1と同様のアキシャルギャップモータを形成する。
In the present embodiment, instead of the rotors 3a and 3b in FIG. 1, the rotor 3d having a
ロータ3dは、ロータ3a、3bのロータヨーク31と一体形成の積層鋼板体35および各圧粉磁心34を、蓋体状のロータハウジング6に保持して形成される。
The rotor 3d is formed by holding a
図6はロータ3dの構造を示し、ロータヨーク31と一体形成の積層鋼板体35の各支持枠部35bに圧粉磁心34が嵌め込まれている。各圧粉磁心34は後述のバランス調整や軽量化等を目的として裏面部が削られて窪んでいる。さらに、圧粉磁心34が嵌め込まれた積層鋼板体35が例えば鉄板を加工して形成された蓋体状のロータハウジング6に嵌入されている。このとき、ロータハウジング6の周部の内側に折曲した複数の係止爪部6aにより、積層鋼板体35に一体のロータヨーク31がロータハウジング6内に押し付けられ、積層鋼板体35がロータハウジング6内に強固に固定されている。また、ロータハウジング6の周部の各圧粉磁心34の外側部分の個所に、各圧粉磁心34の保持壁となる係止片6bが形成され、各係止片6bが各圧粉磁心34の外側面に当接して各圧粉磁心34も強固に保持される。なお、ロータハウジング6の底面には、モータ軸5が通る中心孔6cと、その周囲近傍の複数箇所の取付孔6dと、軽量化等を目的とした各圧粉磁心34間の切取開口6eとが形成されている。
FIG. 6 shows the structure of the rotor 3 d, in which a
このようにして形成されたロータ3dは、エンドプレートとしてのロータハウジング6により、ロータヨーク31と一体形成の積層鋼板体35および各圧粉磁心34の複数のパーツをばらばらにならないように円環状にまとめて保持し、固定して堅牢なロータ3cを形成することができる。その際、ロータハウジング6によって容易に磁極の位置決めが行なえる利点もある。また、積層鋼板体35に嵌め込まれた各圧粉磁心34は機械強度的に有利な圧縮力で保持されるので破損(飛散)の防止効果もある。
The rotor 3d formed in this way is combined into an annular shape by the
つぎに、ロータ3dはロータハウジング6の底面の各取付孔6dをねじ止めすることでモータ軸5に簡単に取り付けることができる。
Next, the rotor 3 d can be easily attached to the
図7はロータ3dの取り付け例を示し、ロータハウジング6の底面の各取付孔6dに相通されたねじ7aを、モータ軸5のロータ位置の段つき部の外周縁の各ねじ孔7bに螺入することで、ロータ3cをモータ軸5に確実に軸着できる。
FIG. 7 shows an example of attachment of the rotor 3d. Screws 7a communicated with the respective attachment holes 6d on the bottom surface of the
また、ロータ3dの各ロータ磁極の周囲の部分、すなわち各圧粉磁心34の径方向外側の外周面の部分において、積層鋼板体35とロータハウジング6の係止片6bとが隙間8を有するので、各圧粉磁心34の前記外周面が部分的に露出した状態になり、誘導電流を発生させる導通ループが確実に遮断され、ロータハウジング6によってトルク低下や損失増加が生じることがない。
In addition, since the
図8(a)、(b)はロータ3dをロータハウジング6の開口面側、底面側それぞれから見た斜視図であり、同図(c)は同図(a)の破線丸で示した圧粉磁心34の前記外周面の部分の拡大した斜視図である。これらの図からも明らかなように、圧粉磁心34の前記外周面の部分において、積層鋼板体35とロータハウジング6の係止片6bとの間に左右の隙間8があり、圧粉磁心34は周面が完全には導体で覆われていない。
8A and 8B are perspective views of the rotor 3d viewed from the opening surface side and the bottom surface side of the
したがって、上述したように、ロータ3dは各圧粉磁心34の部分で誘導電流を発生させる導通ループが確実に遮断され、ロータハウジング6によってトルク低下や損失増加が生じることがない。
Therefore, as described above, in the rotor 3d, the conduction loop that generates the induced current is reliably cut off at each portion of the powder
つぎに、各圧粉磁心34はバランス調整や軽量化等を目的として裏面部が削られて窪んでいる。
Next, each of the
図9は図8(a)の破線丸で示した圧粉磁心34の前記外周面の部分を拡大して透視した斜視図であり、圧粉磁心34の裏面側の窪みの一例を示す。
FIG. 9 is an enlarged perspective view of the portion of the outer peripheral surface of the
このようにすることで、ロータ3dは磁気回路を乱さないように磁気的なアンバランスの修正等が行なえる利点がある。 By doing so, the rotor 3d has an advantage that the magnetic imbalance can be corrected so as not to disturb the magnetic circuit.
ところで、ロータハウジング6の内周方向に伸びる部位を磁気回路として利用することも可能であり、その場合は磁気飽和の緩和によるモータ性能の向上や、ヨーク厚低減による軽量化効果が生じる。
By the way, a portion extending in the inner peripheral direction of the
そして、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、各圧粉磁心34の形状や個数、積層鋼板体35、37の形状は前記各実施形態のものに限るものではない。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit thereof. For example, the shape of each
また、積層鋼板体35、37の厚みは、必ずしも圧粉磁心34の側面全体を覆う厚みでなくてもよく、例えば半分あるいはそれ以下の部分を覆う程度であってもよい。
Moreover, the thickness of the
さらに、積層鋼板体35、37の各圧粉磁心34の周囲の一部の隙間状の切り欠き36は、各圧粉磁心34の周囲の任意の一部であってよく、外側面の部分に限るものではない。
Further, a part of the gap-shaped
つぎに、例えば第1の実施形態のステータ2と、ロータ3a、3bと、磁路形成部材4との構成を、ステータ2とロータ3a、3bとの配列を逆にして複数組み合わせ、いわゆる多段構成にすることも可能であり、この場合も、実施形態と同様の効果を得ることができる。
Next, for example, the
また、本発明のアキシャルギャップモータは4相以上の多相で駆動される構成であってもよいのは勿論である。さらに、ステータ2やロータ3a〜3dの磁極数等は、上記各実施形態のものに限るものではない。さらに、ステー2の両端面の磁極が各実施形態と逆であってもよい。
Of course, the axial gap motor of the present invention may be configured to be driven in multiple phases of four or more phases. Further, the number of magnetic poles and the like of the
そして、本発明は、電気自動車の駆動モータ等の種々の用途のアキシャルギャップモータに適用することができる。 The present invention can be applied to an axial gap motor for various uses such as a drive motor for an electric vehicle.
1 アキシャルギャップモータ
2 ステータ
3a〜3d ロータ
4 磁路形成部材
6 ロータハウジング
21 中心孔
25 ステータ磁極
34 圧粉磁心
35、37 積層鋼板体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ステータの両側に前記ステータに対向して配置され、それぞれ周方向に複数のロータ磁極が配置されたロータと、
前記ステータの中心孔を貫通して両ロータ間の磁路を形成する磁路形成部材とを備えたアキシャルギャップモータであって、
前記両ロータは、各ロータ磁極として周方向に配置された各圧粉磁心と、該各圧粉磁心間の磁路を形成する積層鋼板体とを備え、
前記積層鋼板体は前記各圧粉磁心それぞれの周囲の一部が隙間状に切り欠かれ、前記各圧粉磁心の周面の一部が前記積層鋼板体から露出していることを特徴とするアキシャルギャップモータ。 A stator having a coil for exciting each stator magnetic pole arranged in the circumferential direction on one end face in the axial direction to N pole, and each stator magnetic pole arranged in the circumferential direction on the other end face in the axial direction to S pole;
A rotor disposed on both sides of the stator so as to face the stator, and a plurality of rotor magnetic poles disposed in the circumferential direction;
An axial gap motor provided with a magnetic path forming member that forms a magnetic path between the rotors through the center hole of the stator,
Each of the rotors includes a dust core disposed in the circumferential direction as each rotor magnetic pole, and a laminated steel sheet body that forms a magnetic path between the dust cores.
The laminated steel sheet body is characterized in that a part of the periphery of each dust core is cut out in a gap shape, and a part of the peripheral surface of each dust core is exposed from the laminated steel sheet body. Axial gap motor.
前記両ロータの前記各圧粉磁心の径方向外側部は、前記積層鋼板体を介して隣の圧粉磁心の径方向外側部とつながっていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。 The axial gap motor according to claim 1,
An axial gap motor characterized in that the radially outer portion of each of the dust cores of both rotors is connected to the radially outer portion of the adjacent dust core via the laminated steel sheet body.
前記両ロータの前記各圧粉磁心の少なくとも径方向内側端部は、対向する前記各ステータ磁極の径方向内側端部よりも径方向内側に突出していることを特徴とするアキシャルギャップモータ。 The axial gap motor according to claim 1 or 2,
An axial gap motor, wherein at least radially inner ends of the dust cores of the rotors protrude radially inward from radially inner ends of the opposing stator magnetic poles.
前記両ロータは前記積層鋼板体および前記各圧粉磁心を蓋体状に保持するロータハウジングを備え、前記積層鋼板と前記ロータハウジングとは前記各圧粉磁心の周囲部分それぞれで隙間を有することを特徴とするアキシャルギャップモータ。 In the axial gap motor in any one of Claims 1-3,
The rotors each include a rotor housing that holds the laminated steel plate body and the dust cores in a lid shape, and the laminated steel plate and the rotor housing have gaps in respective peripheral portions of the dust cores. A characteristic axial gap motor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2009
- 2009-09-24 JP JP2009219456A patent/JP2011072087A/en not_active Withdrawn
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