JP2011091961A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステータの両面側にギャップを設けてロータを対向配置した構造のモータに関する。 The present invention relates to a motor having a structure in which a gap is provided on both sides of a stator and rotors are arranged to face each other.
従来、同軸にステータ及びロータを配置したモータの一例として、クローポール型モータが提案されている(例えば、特許文献1(要約書、[請求項1]、段落[0002]、[0003]、[0053]−[0063]、図6等)参照)。 Conventionally, a claw pole type motor has been proposed as an example of a motor in which a stator and a rotor are coaxially arranged (for example, Patent Document 1 (abstract, [claim 1], paragraphs [0002], [0003], [0003] 0053]-[0063], FIG.
図6は特許文献1に記載のクローポール型モータのステータ構造を示し、ステータ119は、U、V、Wの各相のステータリング131、132、133と、U相のコイル134、V相のコイル135a、135b、W相のコイル136とを備える。各相のステータリング131、132、133はモータ軸方向Lに重ね合わされて配置される。
6 shows a stator structure of a claw pole type motor described in
U相のステータリング131は、周方向に等間隔に配置されて径方向内向きに延びる9個のティース131bと、これらのティース131bから更に径方向内向きに延びる磁極131cとを備える。同様に、V相のステータリング132は、径方向内側に伸びた9個のティース132bと、これらのティース132bから更に径方向内向きに延びる磁極132cとを備える。また、W相のステータリング133は、9個のティース133bと、これらのティース133bから更に径方向内向きに延びる磁極133cとを備える。
The
さらに、ステータ119の内側にロータが設けられ、該ロータは磁極としての複数の各永久磁石が周方向に配設されている。 Further, a rotor is provided inside the stator 119, and a plurality of permanent magnets as magnetic poles are arranged in the circumferential direction in the rotor.
そして、各相のコイル134、135a,135b、136を順次に切替えて通電することにより、ロータが回転駆動される。 The coils 134, 135a, 135b, and 136 of each phase are sequentially switched and energized to rotate the rotor.
つぎに、ステータとロータがモータ軸方向にギャップを設けて対向した状態に配置されるモータとしてはアキシャルギャップモータがよく知られている。そして、このアキシャルギャップモータにおいて、ステータの両面側にロータがモータ軸方向にギャップを設けて対向した状態に配置されることについてもよく知られている。そして、このアキシャルギャップモータにおいて、小型化、軽量化を図り、モータ損を少なくするため、ステータの両面側にギャップを設けてロータを対向配置し、ステータに励磁用のコイルを巻回した外周側の磁極と内周側の磁極とを配置することが提案されている(例えば、特許文献2(請求項4、段落[0010]−[0015]、図1等)参照)。
Next, an axial gap motor is well known as a motor in which the stator and the rotor are arranged in a state of facing each other with a gap provided in the motor axial direction. In this axial gap motor, it is also well known that the rotor is disposed in a state of being opposed to each other by providing a gap in the motor axial direction on both sides of the stator. In this axial gap motor, in order to reduce the size and weight, and reduce motor loss, a gap is provided on both sides of the stator, the rotor is arranged oppositely, and the outer peripheral side is wound with an exciting coil around the stator. (See, for example, Patent Document 2 (
図7は特許文献2に記載のアキシャルギャップモータ200を示し、(a)はそのステータ211から見たロータ212aの磁極面の平面図、(b)は(a)のB−B線に沿って切断したアキシャルギャップモータ200の断面図である。アキシャルギャップモータ200は、ステータ211と、その両面側にギャップ(隙間)を設けて配置された一対の回転ロータ212a、212bを備え、ロータ212a、212bは、モータ軸213に軸支されている。
FIG. 7 shows an
ステータ211は、各相のコイル214を巻回した複数の外側コア215が周方向に略等間隔に配置され、各外側コア215の内側にコイル214を巻回した内側コア216が配置されている。すなわち、ステータ211は周方向の略等間隔の各磁極の位置に、コイル214を巻回した外側コア215と内側コア216が同心円状に接近して配置されている。そして、各位置のコア215、216のコイル214は通電の電気角が180度異なり、例えばU相の+U(N極)、−U(S極)の磁極対に励磁される。
In the
ロータ212a、212bは、ヨーク217a、217bと、磁極を形成するそれぞれ複数個の外側永久磁石218a、内側永久磁石218bを備え、それぞれ非磁性部材からなる隔壁部219により略4等分され、磁気的に隔離された4つの区画を有する。なお、ステータ211に対向する永久磁石218a、218bは、ステータ211のコア215、216に対応して配置され、周方向及び径方向に異なる極性である。
The
そして、各相のコイル214の順次の通電により、ステータ211の各相の磁極対につき、例えば図7(b)の磁路r、同図(a)の磁路r2が形成されてロータ212a、212bが回転する。このとき、モータ軸213に直交する端面を通る磁路r2が短くなってモータ損失が減少する。
Then, by sequentially energizing the
図6のステータ構造の従来例モータの場合、ステータ119の各磁極131c、132c、133cは、各ティース131b、132b、133bから径方向内向きに延びるとともに、一定の磁極面積を確保するため、L字状に屈曲してモータ軸Lの方向に延びている。そのため、各ティース131b、132b、133bのモータ軸L方向の長さが磁極131c、132c、133cのモータ軸L方向の長さより短くなる。また、各ティース131b、132b、133bの周方向の幅は、隣接する他相の磁極132c、133c、131cおよびティース132b、133b、131bへの磁束の漏れを防ぐため、あまり広くできない。したがって、各ティース131b、132b、133bの磁路断面積が各磁極131c、132c、133cの磁極表面積に比べて小さくなる。その結果、各ティース131b、132b、133bで磁気飽和が生じやすく、大きなモータ出力を得にくい。また、各磁極131c、132c、133cをモータ軸L方向に延長する構造であるので、その分、軸方向に長くなってモータ体格や質量が大きくなり、十分な小型化および軽量化が図られない。 In the case of the conventional motor having the stator structure shown in FIG. 6, the magnetic poles 131c, 132c, and 133c of the stator 119 extend radially inward from the teeth 131b, 132b, and 133b and secure a certain magnetic pole area. It bends in a letter shape and extends in the direction of the motor shaft L. Therefore, the length of each of the teeth 131b, 132b, 133b in the motor axis L direction is shorter than the length of the magnetic poles 131c, 132c, 133c in the motor axis L direction. In addition, the circumferential width of each of the teeth 131b, 132b, and 133b cannot be made very wide in order to prevent leakage of magnetic flux to the adjacent other-phase magnetic poles 132c, 133c, and 131c and the teeth 132b, 133b, and 131b. Therefore, the magnetic path cross-sectional areas of the teeth 131b, 132b, and 133b are smaller than the magnetic pole surface areas of the magnetic poles 131c, 132c, and 133c. As a result, magnetic saturation is likely to occur in each of the teeth 131b, 132b, 133b, and it is difficult to obtain a large motor output. Further, since each magnetic pole 131c, 132c, 133c extends in the direction of the motor axis L, the length of the magnetic pole 131c, 132c, 133c becomes longer in the axial direction, resulting in an increase in the size and mass of the motor. .
図7のアキシャルギャップモータ200の場合、1個のステータ211を2個のロータ212a、212bで共用するので、ロータ212a、212b毎にステータを設ける場合より小型、軽量になる。しかしながら、ステータ211の各磁極の位置の外側コア215と内側コア216には、それぞれコイル214が巻かれており、これらのコイル214の厚さの分だけ、外側コア215および内側コア216の磁極は、外周側、磁極間、および内周側の長さが短くなって磁極面積が小さくなる。そのため、十分なモータ出力が得られない。また、コイル214は各磁極の外側コア215および内側コア216に個別に巻かれるため、生産性が悪く、多量のコイル線が必要になってモータ体格や質量が大きくなる。そのため、高価になるとともに十分な小型化および軽量化が図られない。
In the case of the
本発明は、ステータの両面側にギャップを設けてロータを対向配置した構造のモータにおいて、安価で従来にない小型、軽量な構成のモータを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor having a structure that is inexpensive and has an unprecedented small size and light weight in a motor having a structure in which a gap is provided on both sides of a stator and rotors are arranged to face each other.
上記した目的を達成するために、本発明のモータは、モータ軸に軸支された2個のロータ間にステータを配設し、前記両ロータの前記ステータに対向する面の周方向の各磁極位置に突極構造の磁極を径方向に3分割した状態に配置し、少なくとも一方の片面に2相のコイルを同心状に設けるようにして前記ステータの両面に各相の励磁用の環状のコイルを分散配置し、前記ステータの両面の周方向の各磁極位置において前記各相のコイルそれぞれの内周側、外周側に突極構造の磁極を周方向にずらした状態に配置し、前記各相のコイルの相順の通電により、前記ステータの両面の各磁極位置において、通電相のコイルを挟んで径方向に当該相の励磁された磁極対を形成するようにしたことを特徴としている(請求項1)。 In order to achieve the above-described object, a motor according to the present invention includes a stator disposed between two rotors that are pivotally supported by a motor shaft, and each magnetic pole in a circumferential direction of a surface of the two rotors facing the stator. Arranged in a state where the magnetic poles of the salient pole structure are divided into three in the radial direction at positions, and two-phase coils are provided concentrically on at least one side, and an annular coil for exciting each phase on both sides of the stator Are arranged in a state in which the magnetic poles of the salient pole structure are shifted in the circumferential direction on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the coils of the respective phases at the respective magnetic pole positions in the circumferential direction on both surfaces of the stator. By energizing the coils in the phase sequence, magnetic pole pairs in which the phases are excited are formed in the radial direction across the coils of the energized phase at each magnetic pole position on both surfaces of the stator. Item 1).
また、本発明のモータの前記ステータは、両面の径方向内周側に同相に励磁される磁極対が形成されることを特徴としている。(請求項2)。 The stator of the motor of the present invention is characterized in that a pair of magnetic poles excited in the same phase is formed on the radially inner peripheral side of both surfaces. (Claim 2).
さらに、本発明のモータは、前記両ロータの径方向の磁極の隙間により、前記ステータの前記各相の環状のコイルの前記ステータから突出した部分が回転自在に嵌入される凹部が形成されることを特徴としている(請求項3)。 Furthermore, in the motor of the present invention, a recess is formed in which a portion protruding from the stator of the annular coil of each phase of the stator is rotatably inserted by a gap between the magnetic poles in the radial direction of the two rotors. (Claim 3).
請求項1に係る本発明のモータの場合、ステータの両面側にギャップを設けてロータを対向配置したアキシャルギャップモータの構造であり、ステータと両ロータの対向する突極構造の磁極面積が大きく、モータ軸方向に短くでき、しかも、1個のステータを用いて2組のロータ・ステータの構造を形成することができ、モータ軸方向に一層短くできる。さらに、ステータに同心状に分散配置された各相の励磁用の環状のコイルの相順の通電により、例えば3相駆動の場合、ステータには、少なくとも片面の周方向の各磁極位置に径方向および周方向にずらして2相の磁極対が相毎に一括して形成され、もう片面の周方向の各磁極位置に同様の磁極配置で少なくとも残りの1相の磁極対が一括して形成され、クローポール型モータの特徴も備える。
In the case of the motor of the present invention according to
そして、ステータの両面側にロータを配置したアキシャルギャップモータの特徴を備えることにより、ステータとロータの対向する磁極面積を十分に大きくでき、磁気飽和が生じにくく、大きなモータ出力を得易い。しかも、モータ軸方向に短くなってモータ体格や質量が小さくなり、十分な小型化および軽量化が図られる。 And by providing the feature of the axial gap motor which has arrange | positioned the rotor on the both surfaces side of a stator, the magnetic pole area which a stator and a rotor oppose can fully be enlarged, magnetic saturation does not arise easily, and it is easy to obtain a big motor output. In addition, the motor is shortened in the motor axial direction, the motor size and mass are reduced, and sufficient size and weight can be reduced.
また、クローポール型モータの特徴を備え、ステータの各相の磁極対の励磁が相毎に1個の環状のコイルで一括し行えるため、磁極毎に個別にコイルを巻く場合に比して生産性が向上するとともに、必要なコイル線が極めて少なくなり、モータ体格や質量を小さくすることができ、安価に形成できるとともに十分な小型化および軽量化を図ることができる。なお、コイルが環状であるため、その点でも製作し易く、生産性が向上する。 In addition, it has the characteristics of a claw pole type motor, and the magnetic pole pairs of each phase of the stator can be excited by one annular coil for each phase, so it is produced in comparison with the case where coils are individually wound for each magnetic pole. As a result, the required coil wire can be extremely reduced, the motor size and mass can be reduced, the motor can be formed at low cost, and sufficient size and weight can be reduced. In addition, since a coil is cyclic | annular, it is easy to manufacture also in that point, and productivity improves.
したがって、ステータの両面側にギャップを設けてロータを対向配置した構造であって従来にない新規な構成に形成され、安価で十分な小型化および軽量化を図って大きな出力が得られる画期的なモータを提供することができる。 Therefore, it has a structure in which a gap is provided on both sides of the stator and the rotors are arranged opposite to each other, and it is formed in a novel structure that has not been heretofore. A simple motor can be provided.
請求項2に係る本発明のモータの場合、とくに3相駆動の場合に、例えば、ステータの一方の片面に径方向に外周側からU、Wの2相、他方の片面に径方向に外周側からV、Wの2相の磁極対を形成し、両面の径方向内周側に同相(W相)に励磁される磁極対を形成することにより、両面の内周側の磁極面積が外周側より小さくなるW相の磁極対を、ステータの両面に形成し、外周側のU相、V相の磁極対と同じコイルの総交錯磁束数が得られる利点がある。
In the case of the motor of the present invention according to
請求項3に係る本発明のモータの場合、両ロータの径方向の磁極の隙間が形成する凹部に、ステータの両面の各コイルの突出した部分が回転自在に嵌入されるため、モータ軸方向の長さを一層短くでき、モータの一層の小型化を図ることができる。また、漏れインダクタンスが減少して発生トルクが増大する利点もある。 In the case of the motor according to the third aspect of the present invention, the protruding portions of the coils on both surfaces of the stator are rotatably inserted into the recesses formed by the gaps between the magnetic poles in the radial direction of both rotors. The length can be further shortened, and the motor can be further reduced in size. There is also an advantage that the leakage inductance is reduced and the generated torque is increased.
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6を参照して詳述する。 Next, in order to describe the present invention in more detail, embodiments will be described in detail with reference to FIGS.
(一実施形態)
一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
(One embodiment)
An embodiment will be described with reference to FIGS.
図1(a)は本実施形態の3相(相順にU相、V相、W相)駆動のモータ1aの断面図であり、モータ1aは、ステンレス等の非磁性体のモータ軸2の出力側(紙面左側)から順に、ロータ3a、ステータ4、ロータ3bを一定の隙間(ギャップ)を設けて対抗するように配設して形成されている。
FIG. 1A is a cross-sectional view of a three-phase (phase-sequence U-phase, V-phase, W-phase) driving motor 1a of the present embodiment. The motor 1a is an output of a
(ロータ3a、3bの構成)
ロータ3a、3bは同じ形状のいわゆるリラクタンスモータのロータ(リラクタンスロータ)と同じであり、それぞれ円板状(平面視多角形形状を含む)のロータヨーク31を備える。
(Configuration of rotors 3a and 3b)
The rotors 3a and 3b are the same as a rotor (reluctance rotor) of a so-called reluctance motor having the same shape, and each includes a disk-like (including a polygonal shape in plan view)
図1(b)は同図(a)の矢印線αの方向に見た場合のロータ3aの裏面図であり、ロータヨーク31は中心にモータ軸2が貫通してモータ軸2に軸支されている。さらに、ロータヨーク31のステータ4に対向する片面(磁極面)には、周方向の略等間隔(例えば45度間隔)の8磁極位置それぞれに、突極構造の複数の磁極32a、32b、32cが径方向に略等間隔に3分割された状態に配置されている。磁極32a、32b、32cはステータヨーク31の径方向の外周側、中間、内周側の磁極であり、磁極32a、32b、32cの間には適当な隙間が設けられている。なお、磁極32a、32b、32cは、例えば圧粉磁心により形成され、周方向の各磁極位置が径方向に扇形になるため、外周側の磁極32aは平面視が横長の扇形、中間の磁極32bは平面視がほほ正方形、内周側(最もモータ軸2寄り)の磁極32cは平面視が縦長の扇形になり、磁極面積は、外周側の磁極32aが最も大きく、内周側の磁極32cが最も小さくなり、面積比は外周側、中間の磁極32a、32bを1とすると、内周側の磁極32cは略1/2である。
FIG. 1B is a rear view of the rotor 3a when viewed in the direction of the arrow line α in FIG. 1A, and the
また、磁極32a、32bの隙間が形成する環状の凹状溝および、磁極32b、32cの隙間が形成する環状の凹状溝により、後述するステータ4の励磁用の環状の各コイルが回転自在に嵌入される凹部5が形成されている。
Further, an annular coil for excitation of the
(ステータ4の構成)
ステータ4は、中心にモータ軸2の遊挿孔が形成された円板状のステータヨーク41を備え、その両面がロータ3a、3bの磁極面それぞれに対向する。
(Configuration of stator 4)
The
図2(a)、(b)はステータヨーク41のロータ3a、3bに対向する磁極面41a、41bを示し、磁極面41a、41bにはロータ3a、3bの磁極位置に対応させて、それぞれ周方向に等間隔の例えば8磁極位置Pが設定され、さらに、これらの磁極位置Pはそれぞれ周方向に2分割され、磁極32a、32b、32cに対応する磁極42a、42b、42cが後述するように配置される。
2 (a) and 2 (b) show magnetic pole surfaces 41a and 41b facing the rotors 3a and 3b of the
また、本実施例の場合、ステータ4の磁極面41a、41bの径方向内周側にW相(同相)に励磁される磁極対を形成するため、磁極面41aにU、Wの2相の励磁用のコイル6u、6waが径方向に同心状に設けられ、磁極面41bのコイル6u、6waの裏面位置にV、Wの2相の励磁用のコイル6v、6wbが同心状に設けられ、磁極面41a、41bにそれぞれ2個のコイル6u、6v、6wa、6wbが設けられている。なお、各コイル6u、6v、6wa、6wbは同心円形状(多角形または円周上の一部を直線とした形状も含む)であり、場合によっては絶縁用のインシュレータに被覆される。
Further, in the case of this embodiment, in order to form a magnetic pole pair excited in the W phase (in-phase) on the radially inner peripheral side of the magnetic pole surfaces 41a and 41b of the
そして、磁極面41aのコイル6u、6waはロータ3aの磁極32a、32b、32cの隙間に対向する位置に設けられ、磁極面41aから突出した部分がロータ3aの2つの凹部5に回転自在に嵌入される。また磁極面41bのコイル6v、6wbはロータ3bの磁極32a、32b、32cの隙間に対向する位置に設けられ、磁極面41bから突出した部分がロータ3bの2つの凹部5に回転自在に嵌入される。このようにすることによって、モータ1aはモータ軸2方向の長さが一層短くなって小型化し、また、漏れインダクタンスが少なくなってトルクが増大する。
The coils 6u and 6wa of the magnetic pole surface 41a are provided at positions facing the gaps between the magnetic poles 32a, 32b and 32c of the rotor 3a, and the portions protruding from the magnetic pole surface 41a are rotatably fitted in the two
ところで、磁極面41a、41bのいずれか一方の径方向内周側にのみW相に励磁される磁極対を形成する場合は、例えば磁極面4bのコイル6wbは省かれる。 By the way, when the magnetic pole pair excited in the W phase is formed only on the radially inner peripheral side of one of the magnetic pole surfaces 41a and 41b, for example, the coil 6wb on the magnetic pole surface 4b is omitted.
つぎに、図2(a)に破線で区切った磁極面41aの各磁極位置Pにおいて、コイル6u、6waで区切られる径方向の3分割の領域に、突極構造の磁極42a、42b、42cが、それぞれの径方向の中心線が周方向にずれるように、位置をずらして配置される。具体的には、各磁極位置Pの一方の分割位置P1に同じ磁極面積の磁極42a、42bが配置され、他方の分割位置P2に磁極42bとその半分の磁極面積の磁極42cとが配置される。そして、分割位置P1、P2の磁極42bは一体に結合しているので、各磁極位置Pにおいて、結合した周方向に横長の磁極42bの紙面右側寄りに磁極42aが配置され、紙面左寄りに磁極42cが配置された状態になる。このとき、中間の結合した磁極42bの磁極面積は最も大きく、外周側の磁極42aの磁極面積はその半分になり、内周側の磁極42cの磁極面積は結合した磁極42bの1/4の磁極面積になる。
Next, at each magnetic pole position P of the magnetic pole surface 41a divided by the broken line in FIG. 2A, the
同様に、図2(b)に破線で区切った磁極面41bの各磁極位置Pにおいても、コイル6u、6waで区切られる径方向の3分割の領域に、突極構造の磁極42a、42b、42cが、それぞれの径方向の中心線が周方向にずれるように配置される。具体的には、各磁極位置Pの一方の分割位置P1に同じ磁極面積の磁極42a、42bが配置され、他方の分割位置P2に磁極42bとその半分の磁極面積の磁極42cとが配置される。このとき、分割位置P1、P2の磁極42bが一体に結合しているので、各磁極位置Pにおいては、結合した周方向に横長の磁極42bの紙面左側寄りに磁極42aが配置され、紙面右寄りに磁極42cが配置された状態になり、結合した磁極42bの磁極面積は最も大きく、外周側の磁極42aの磁極面積はその半分になり、内周側の磁極42cの磁極面積は結合した磁極42bの1/4の磁極面積になる。
Similarly, also in each magnetic pole position P of the magnetic pole surface 41b divided by the broken line in FIG. 2B, the
なお、図1においては、ステータ4の磁極面41a側は図2(a)のβ―β線で切断した断面を示し、磁極面41b側は図2(b)のγ―γ線で切断した断面を示す。
In FIG. 1, the magnetic pole surface 41a side of the
そして、モータ1aは3相の駆動電流が各相のコイル6u、6v、6wに相順に切替えて給電される。このとき、磁極面41a、41bのコイル6u、6vは、径方向の隣接する磁極42a、結合した磁極42bが各磁極位置Pの磁極42a、42b、42cの中で2番目、最大(1番目)の磁極面積となることから、単独で逆方向又は同じ方向にU相、V相それぞれの駆動電流が給電される。また、磁極面41a、41bのコイル6wa、6wbは径方向の隣接する磁極42cが各磁極位置Pの最小の磁極面積になることから、電流が増加しないように直列に接続されて互いに逆方向又は同方向にW相の駆動電流が給電され、両面の磁極を利用することにより、コイルの総交錯磁束数を他相と略同じにする。
The motor 1a is supplied with power by switching the three-phase driving current to the coils 6u, 6v, 6w of the respective phases in phase order. At this time, the coils 6u and 6v of the magnetic pole surfaces 41a and 41b are the second and largest (first) of the
このとき、コイル6uを挟んで径方向に隣接する磁極面41aの各磁極位置Pの磁極42a、42bは、例えば磁極42aをN極(U+)、磁極42bをS極(U−)とするU相の磁極対を構成する。コイル6vを挟んで径方向に隣接する磁極面41bの各磁極位置Pの磁極42a、42bは、例えば磁極42aをS極(V−)、磁極42bをN極(V+)とするV相の磁極対を構成する。また、コイル6wa、6wbを挟んで径方向に隣接する磁極面41a、41bの各磁極位置Pの磁極42b、42cは、例えば、磁極42bをN極(W+)、磁極42cをS極(W−)とするW相の磁極対、その逆のW相の磁極対を形成する。そして、各相のコイルの総交錯磁束数は略同じになる。
At this time, the
図3(a)は磁極面41a、41bの各磁極位置Pの磁極42b、42cが、逆向きの電流で励磁される場合の各相の磁路を破線矢印で示し、この場合は、磁極面41a、41bのW相の磁路は逆向きで独立して形成される。 FIG. 3A shows the magnetic path of each phase when the magnetic poles 42b and 42c at the magnetic pole positions P of the magnetic pole faces 41a and 41b are excited by currents in opposite directions by broken line arrows. The W-phase magnetic paths 41a and 41b are formed independently in the reverse direction.
図3(b)は磁極面41a、41bの各磁極位置Pの磁極42b、42cが、同じ向きの電流で励磁される場合の各相の磁路を破線矢印で示し、この場合は、磁極面41a、41bのW相の磁路は同じ向きの共通の磁路を形成する。 FIG. 3B shows the magnetic path of each phase when the magnetic poles 42b and 42c at the magnetic pole positions P of the magnetic pole faces 41a and 41b are excited by the current in the same direction by broken line arrows. The W-phase magnetic paths 41a and 41b form a common magnetic path in the same direction.
そして、図3(a)、(b)のいずれの場合にも、通電相の切替えに基づくステータ4の磁極対の磁極面41aのU相、磁極面41bのV相、磁極面41a、41bのW相の順次の切替えにより、ロータ3a、3bの磁極面31の磁極32a、32b、32cと、ステータ4の磁極面41a、41bの各相の磁極対との磁気吸引により、ロータ3a、3bがリラクタンスロータのようにトルクが発生して回転し、モータ1aは、安定した四象限トルク発生が可能な最小の相数(3相)で駆動される。このとき、ロータヨーク41は、径方向と周方向にも磁束を分散するため、モータ1aはその分薄く、軽量化できる。
3A and 3B, the U phase of the magnetic pole surface 41a of the magnetic pole pair of the
なお、図3(a)の場合は、磁路がステータヨーク41を貫通しないので、ステータヨーク41の磁路に影響しない外周部や内周部を凹溝状に肉抜きして一層の軽量化を図ることができる。また、図3(b)の場合は、磁路がステータヨーク41を貫通するのでステータヨーク41のコイルWa、Wbの近傍の磁束密度が低くなる部分を削って薄くし、一層の軽量化を図ることができる。
In the case of FIG. 3A, since the magnetic path does not penetrate the
そして、モータ1aはステータ4の両面側にギャップを設けてロータ3a、3bを対向配置したアキシャルギャップモータの構造であり、ステータ4と両ロータ3a、3bの対向する突極構造の磁極面積が大きく、モータ軸2方向に短くでき、しかも、1個のステータ4を用いて2組のロータ・ステータの構造を形成することができ、モータ軸2方向に一層短くできる。さらに、ステータ4に同心状に分散配置された各相の励磁用の環状のコイル6u、6v、6wa、6wbの相順の通電により、3相駆動において、ステータ4には、少なくとも磁極面(片面)41aの周方向の各磁極位置Pに径方向および周方向にずらして2相U、Wの磁極対が相毎に一括して形成され、磁極面(もう片面)41bの各磁極位置Pに同様の磁極配置で残りの1相VとW相の磁極対が一括して形成され、クローポール型モータの特徴も備える。
The motor 1a has a structure of an axial gap motor in which gaps are provided on both sides of the
そして、ステータ4の両面側にロータ3a、3bを配置したアキシャルギャップモータの特徴を備えることにより、ステータ4とロータ3a、3bの対向する磁極面積を十分に大きくでき、モータ1aは、磁気飽和が生じにくく、大きなモータ出力を得易い。しかも、モータ軸2方向に短くなってモータ体格や質量が小さくなり、モータ1aの十分な小型化および軽量化が図られる。
By providing the feature of the axial gap motor in which the rotors 3a and 3b are disposed on both sides of the
また、モータ1aはクローポール型モータの特徴を備え、ステータ4の環状の各コイル6u、6v、6wa、6wbそれぞれによって、磁極面41a、41bの各1相の複数の磁極42a、42b、42cを一括して励磁できる。そのため、(i)磁極の励磁用のコイル数が少なくなって生産性が向上する。(ii)各コイル6u、6v、6wa、6wbは磁極42a、42b、42cそれぞれに個別に巻くよりも合計のコイル周長が短くなる。そのため、コイル線(エナメル線)の使用量が少なくなり、各コイル6u、6v、6wa、6wbが軽量かつ安価になってモータ1aが安価で小型、軽量になる。(iii)各コイル6u、6v、6wa、6wbが環状であるため製作し易い利点もある。(iv)ステータヨーク41を2つのロータ3a、3bのステータのヨークに共用することにより、ロータ3a、3b毎にステータを配置する場合に比してステータ4を軽量化できる。(v)各コイル6u、6v、6wa、6wbをそれぞれ1つのスロットに収容してステータ4に配置する構成であるため、絶縁信頼性が向上する利点もある。
The motor 1a has a feature of a claw pole type motor, and each of the annular coils 6u, 6v, 6wa, 6wb of the
さらに、ステータヨーク41の外周部および内周部を凹溝状に肉抜きしてステータ4の一層の軽量化を図ることができる。また、ステータヨーク41のコイルWa、Wbの近傍の磁束密度が低くなる部分を削って薄くし、ステータ4を軽量化することも可能である。なお、肉抜き等した部分に樹脂を充填してもよい。
Furthermore, the outer circumference and inner circumference of the
したがって、ステータ4の両面側にギャップを設けてロータ3a、3bを対向配置した構造であって従来にない新規な構成に形成され、安価で十分な小型化および軽量化を図って大きな出力が得られる画期的なモータ1aを提供することができる。
Therefore, a gap is provided on both sides of the
また、ステータ4の両磁極面41a、41bそれぞれの内周側の磁極面積が小さいW相の磁極対を、両磁極面41a、41bに形成して直列に接続したことにより、W相の通電電流を増加することなく、磁極面41a、41bの外周側のU相、V相の磁極対と同じコイルの総交錯磁束数が得られる利点がある。
Further, a W-phase magnetic pole pair having a small magnetic pole area on the inner peripheral side of each of the magnetic pole surfaces 41a and 41b of the
ところで、ステータ4の磁極面41a、41bの各磁極位置Pにおいて、分割磁極位置P1、P2は隙間を設けて設定してもよい。
By the way, in each magnetic pole position P of the magnetic pole surfaces 41a and 41b of the
図4(a)、(b)は分割磁極位置P1、P2を、隙間を設けて設定した場合の磁極面41a、41bを示し、この場合、磁極面41a、41bの各磁極位置Pにおいて、2つの磁極42bが分離した状態で配置されるので、磁極42a、2つの磁極42b、磁極42cの磁極面積比は、磁極42aを1とすると、両磁極42bは1、磁極42cは1/2となる。
4A and 4B show magnetic pole surfaces 41a and 41b when the divided magnetic pole positions P1 and P2 are set with a gap, and in this case, at each magnetic pole position P of the magnetic pole faces 41a and 41b, 2 Since the two magnetic poles 42b are arranged in a separated state, the magnetic pole area ratio of the
そして、この場合も、分割磁極位置P1、P2を、隙間を設けずに密接して設定した場合と同様の効果を相することができる。 In this case, the same effect as that obtained when the divided magnetic pole positions P1 and P2 are set closely without providing a gap can be obtained.
(他の実施形態)
他の実施形態について、図5を参照して説明する。
(Other embodiments)
Another embodiment will be described with reference to FIG.
図5(a)は本実施形態の3相(相順にU相、V相、W相)駆動のモータ1bのモータ軸2方向の断面を示し、図5(b)は同図(a)の矢印線εの方向に見た場合のロータ3aの磁極面の永久磁石による磁化状態を示す。それらの図面において、図1〜図4と同一の符号は同一もしくは相当するものを示す。
FIG. 5A shows a cross section in the direction of the
そして、本実施形態のモータ1bが一実施形態のモータ1aと異なる点は、まず、モータ1aのロータ3a、3bに代えて、ステータ4の両磁極面41a、41b側に、ロータ3c、3dを配置した点である。
The motor 1b of the present embodiment is different from the motor 1a of the embodiment in that the rotors 3c and 3d are first arranged on both magnetic pole surfaces 41a and 41b side of the
ロータ3c、3dは、ロータ3a、3bの周方向の各磁極位置における径方向の突極構造の磁極32a、32b、32cに代えて、突極構造の永久磁石の磁極32d、32e、32fが配置される。このとき、磁極32d、32e、32fの極性は相互に逆(径方向に隣り合うものでは互いに異なる)ものであればよく、例えば、外周側の磁極32dから順にN極、S極、N極に設定されている。また、磁極32d、32e、32fの隙間には、径方向に着磁された厚みの薄い補助磁石33a、33bが設けられる。それらの極性は補助磁石33a、33bが接する磁極32d、32e、32fの磁極面の極性と同じ極性に設定される。 In the rotors 3c and 3d, instead of the magnetic poles 32a, 32b and 32c having the salient pole structure in the radial direction at the respective magnetic pole positions in the circumferential direction of the rotors 3a and 3b, the magnetic poles 32d, 32e and 32f of the permanent magnet having the salient pole structure are arranged. Is done. At this time, the polarities of the magnetic poles 32d, 32e, and 32f only need to be opposite to each other (the ones adjacent to each other in the radial direction are different from each other). Is set. In addition, thin auxiliary magnets 33a and 33b magnetized in the radial direction are provided in the gaps between the magnetic poles 32d, 32e, and 32f. Their polarities are set to the same polarities as the magnetic pole surfaces of the magnetic poles 32d, 32e, and 32f with which the auxiliary magnets 33a and 33b are in contact.
そして、補助磁石33a、33bの表面の位置は、磁極32d、32e、32fの磁極面より凹んでおり、ステータ4の磁極面41a、41bに同心状に配置されたコイル6u、6v、6wa、6wbの突出している部分は、ロータ3c、3dの各凹部5に問題なく回転自在に嵌入される。
The positions of the surfaces of the auxiliary magnets 33a and 33b are recessed from the magnetic pole surfaces of the magnetic poles 32d, 32e and 32f, and the coils 6u, 6v, 6wa and 6wb are arranged concentrically on the magnetic pole surfaces 41a and 41b of the
つぎに、コイル6u、6v、6wa、6wbの通電による各相の磁極対の励磁方向は、磁極面41a、41bの外周側のコイル6u、6vと内周側のコイル6wa、6wbとで互いに逆向きに設定され、磁極面41a、41bの径方向の各磁極対がロータ3c、3dの径方向の各磁に逆極性になって磁路を形成するように設定される。具体的には、図5(a)に示すように、紙面左側から見て、コイル6u、6vは反時計回りに、コイル6wa、6wbは時計回りに通電され、外周側のU相、V相は外周側がS極、内周側がN極に励磁され、内周側のW相は外周側がN極、内周側がS極に励磁される。 Next, the excitation directions of the magnetic pole pairs of the respective phases by energization of the coils 6u, 6v, 6wa, 6wb are opposite to each other in the coils 6u, 6v on the outer peripheral side of the magnetic pole surfaces 41a, 41b and the coils 6wa, 6wb on the inner peripheral side. The magnetic pole pairs in the radial direction of the magnetic pole faces 41a and 41b are set so as to be opposite in polarity to the magnetic poles in the radial direction of the rotors 3c and 3d to form a magnetic path. Specifically, as shown in FIG. 5A, when viewed from the left side of the paper, the coils 6u and 6v are energized counterclockwise, and the coils 6wa and 6wb are energized clockwise, and the outer U phase and V phase are energized. Is excited to the S pole on the outer peripheral side and the N pole on the inner peripheral side, and the W phase on the inner peripheral side is excited to the N pole on the outer peripheral side and the S pole on the inner peripheral side.
上記のように構成されたモータ1bは、ロータ3c、3dの磁極32d、32e、32fの永久磁石の磁束と、補助磁石33a、33bの磁束とにより、モータ1aに比して磁束量が増加してトルク量が増大し、しかも、ロータ3c、3dの磁極32d、32e、32fの高さ、およびロータヨーク31をロータ3a、3bのものより薄くしてモータ1bをさらに小型化することができる。
The motor 1b configured as described above has an increased amount of magnetic flux compared to the motor 1a due to the magnetic flux of the permanent magnets 32d, 32e, and 32f of the rotors 3c and 3d and the magnetic flux of the auxiliary magnets 33a and 33b. Thus, the amount of torque can be increased, and the height of the magnetic poles 32d, 32e, 32f of the rotors 3c, 3d and the
そして、永久磁石構造のモータ1bは、コイルを中性点に接続して通常の三相インバータでの駆動が可能であり、既存の永久磁石埋め込み型モータ(IPMモータ)の駆動システムの前記IPMモータに代えて使用することができ、この種の駆動システムのコストダウンに寄与する利点もある。 The motor 1b having a permanent magnet structure can be driven by a normal three-phase inverter by connecting a coil to a neutral point, and the IPM motor of the existing permanent magnet embedded motor (IPM motor) drive system. Can be used instead, and there is also an advantage that contributes to the cost reduction of this type of drive system.
そして、本発明は上記した両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、前記両実施形態のモータ1a、1bにおいて、ステータ4のW相のコイルを、例えば磁極面41aのコイル6waのみとし、磁極面41aにはU相、W相の2相の磁極対を形成し、磁極面41bにはV相(1相)の磁極対を形成するようにしてもよい。なお、ステータ4のW相のコイルを、磁極面41bのコイル6wbのみとしてもよいのは勿論である。
The present invention is not limited to both the above-described embodiments, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit thereof. For example, the motor 1a of both the above-described embodiments can be made. 1b, the W-phase coil of the
また、モータ1a、1bはA相、B相、C相、D相の4相駆動のモータであってもよく、この場合は、例えば、磁極面41aのコイル6u、6waをA相、C相の励磁用のコイル、磁極面41bのコイル6v、6wbをB相、D相の励磁用のコイルにすればよい。 The motors 1a and 1b may be A-phase, B-phase, C-phase, and D-phase four-phase drive motors. In this case, for example, the coils 6u and 6wa of the magnetic pole surface 41a are connected to the A-phase and C-phase. The excitation coils and the coils 6v and 6wb on the magnetic pole surface 41b may be B-phase and D-phase excitation coils.
さらに、モータ1a、1bにおいて、ロータ3a〜3dおよびステータ4の周方向の磁極位置は8個に限るものではなく3個、5個、16個等のモータ1a、1bの回転が可能な適当な個数であればよい。
Further, in the motors 1a and 1b, the positions of the magnetic poles in the circumferential direction of the rotors 3a to 3d and the
つきに、本発明のモータは、ステータ4の両面側にギャップを設けてロータ3a、3bまたはロータ3c、3dを対向配置した構造のものを、モータ軸2の方向に複数組配置して形成してもよい。
Finally, the motor of the present invention is formed by arranging a plurality of sets of rotors 3a, 3b or rotors 3c, 3d facing each other with gaps on both sides of the
そして、本発明のモータは、電気自動車やハイブリッドカーの駆動モータ等の種々の用途に適用することができる。 And the motor of this invention is applicable to various uses, such as a drive motor of an electric vehicle or a hybrid car.
1a、1b モータ
2 モータ軸
3a〜3d ロータ
4 ステータ
5 凹部
6u、6v、6wa、6wb コイル
31、41a、41b 磁極面
32a〜32f、42a〜42c 磁極
1a,
Claims (3)
前記両ロータの前記ステータに対向する面の周方向の各磁極位置に突極構造の磁極を径方向に3分割した状態に配置し、
少なくとも一方の片面に2相のコイルを同心状に設けるようにして前記ステータの両面に各相の励磁用の環状のコイルを分散配置し、
前記ステータの両面の周方向の各磁極位置において前記各相のコイルそれぞれの内周側、外周側に突極構造の磁極を周方向にずらした状態に配置し、
前記各相のコイルの相順の通電により、前記ステータの両面の各磁極位置において、通電相のコイルを挟んで径方向に当該相の励磁された磁極対を形成するようにしたことを特徴とするモータ。 A stator is disposed between two rotors supported by the motor shaft,
The magnetic poles of the salient pole structure are arranged in a state of being radially divided into three at respective magnetic pole positions in the circumferential direction of the surfaces of the two rotors facing the stator,
An annular coil for excitation of each phase is dispersedly arranged on both surfaces of the stator so that two-phase coils are provided concentrically on at least one side,
Arranged in a state where the magnetic poles of the salient pole structure are shifted in the circumferential direction on the inner peripheral side and outer peripheral side of the coils of each phase at the respective magnetic pole positions in the circumferential direction on both surfaces of the stator,
By energizing the coils of each phase in the phase sequence, magnetic pole pairs in which the phases are excited are formed in the radial direction across the coils of the energized phase at each magnetic pole position on both surfaces of the stator. Motor.
前記ステータは、両面の径方向内周側に同相に励磁される磁極対が形成されることを特徴とするモータ。 The motor according to claim 1,
The motor is characterized in that the stator has a pair of magnetic poles excited in the same phase on the radially inner peripheral side of both surfaces.
前記両ロータの径方向の磁極の隙間により、前記ステータの前記各相の環状のコイルの前記ステータから突出した部分が回転自在に嵌入される凹部が形成されることを特徴とするモータ。 The motor according to claim 1 or 2,
The motor is characterized in that a concave portion in which a portion protruding from the stator of the annular coil of each phase of the stator is rotatably inserted is formed by a gap between the magnetic poles in the radial direction of the two rotors.
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