JP2012034458A - Axial gap motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外径側と内径側の対の磁極で構成された径方向のステータ磁極対を有する略扇形(より正確には扇形から中心点部分を切欠した形状)のステータコアを周方向に配設したステータを備えたアキシャルギャップモータに関し、詳しくは、漏れ磁束の低減等の特性の改善に関する。 According to the present invention, a substantially sector-shaped stator core (more precisely, a shape in which a center point portion is cut out from a sector shape) having a radial stator pole pair constituted by a pair of magnetic poles of an outer diameter side and an inner diameter side is arranged in the circumferential direction. More specifically, the present invention relates to an improvement in characteristics such as a reduction in leakage magnetic flux.
従来、ステータとロータを磁極面が対向するようにモータ軸の方向に配置したアキシャルギャップモータには、種々の構造のものがある。 Conventionally, there are various types of axial gap motors in which the stator and the rotor are arranged in the direction of the motor shaft so that the magnetic pole surfaces face each other.
本出願人は、外径側と内径側の対の磁極で構成された径方向のステータ磁極対を有する上記の略扇形のステータコアを周方向に配設したステータと、ロータ磁極を有する略扇形のロータコアを周方向に配設したロータとを備えたアキシャルギャップモータを、既に発明して出願している(特願2010−058974号)。 The present applicant has a stator in which the above-mentioned substantially sector-shaped stator core having a radial stator pole pair composed of a pair of magnetic poles on the outer diameter side and the inner diameter side is disposed in the circumferential direction, and a substantially fan-shaped stator having a rotor magnetic pole. An axial gap motor provided with a rotor having a rotor core disposed in the circumferential direction has already been invented and applied (Japanese Patent Application No. 2010-058974).
図11は上記既出願のアキシャルギャップモータ101を示し、アキシャルギャップモータ101は、モータ軸102の出力側(紙面左側の表側)から順に、一方(表側)のステータ103a、ロータ104、他方(裏側)のステータ103bが隙間(ギャップ)を設けて磁極面が対向するように配設されている。なお、図中の破線はステータ103a、103bの非対向磁極を示す。
FIG. 11 shows the
ロータ104の両面側のステータ103a、103bは、磁極面がロータ104に対向する片側磁極構成であり、両面磁極構成のロータ104は、両面が磁極面であり、モータ軸102に軸支されて回転する。
The stators 103a and 103b on both sides of the
図12(a)、(b)はステータ103a、103bを示す。アキシャルギャップモータ101はA、B、Cの3相駆動のリラクタンスモータであり、ステータ103a、103bは、ステータ磁極対131を有する例えば圧粉磁心で形成された扇形(より正確には扇形から中心点部分を切欠した形状)のステータコア132が周方向に30度の間隔で設けられている。ステータ磁極対131は、外径側、内径側にロータ104方向に突出した対の磁極131a、131bのティースを有し、ティース間はコア131cで繋がれている。
12A and 12B show the stators 103a and 103b. The
そして、ステータ103a、103bそれぞれの各ステータ磁極対131を有するステータコア132は、放射状に配設した状態で外径側、内径側に非磁性体金属のリング体151、152が嵌められ、隣のコアとの間が絶縁されて磁気的に独立した状態で環状に固定されている。各ステータ磁極対131を有するステータコア132の間(ギャップ)は、軽量化を図るための空間である。
The
なお、ステータ103a、103bの各ステータ磁極対131は、例えば表側からみて時計回りにA相、B相、C相の順の各相の磁極対を形成し、90度ずつずれた各4個の磁極対が各相の同時に励磁される磁極対である。
Each of the stator
ステータ103a、103bそれぞれにおいて、各ステータ磁極対131は、磁極131a、131b毎に集中巻きの励磁コイルを設けるとステータ103a、103bのコイルの個数、量が極めて多くなるため、ステータ磁極対131毎に磁極131a、131b間のコア131cの部分に磁極131a、131bの励磁に共用される励磁コイル106を備え、ステータ103a、103bのコイルの個数、量を極力少なくするように形成される。この場合、例えばA相の各励磁コイル106が通電されると、各励磁コイル106の磁束がそれぞれのステータ磁極対131を径方向に通って磁極131a、131bが、N極、S極(またはその逆)に励磁される。各励磁コイル106は外径側、内径側の渡り線161によって各相の一対の端子に引き出される。
In each of the stators 103a and 103b, each of the stator
図13(a)はロータ104の例えば表側の磁極面を示し、ロータ104は表裏の両面にロータ磁極としてのロータ磁極対141を有する扇形(より正確にはステータコア132と同様の扇形から中心点部分を切欠した形状)の8個のロータコア142が周方向に45度の間隔で設けられ、表裏が対称な形状である。そして、各ロータ磁極対141は、ステータ103a、103bの対の磁極131a、131bに対向する外径側、内径側の対の磁極141a、141bのティースをコア141cで繋いだ構成であり、ステータ磁極131と同様、外径側、内径側の非磁性金属のリング体191、192が嵌められて放射状(環状)に固定される。
FIG. 13A shows a magnetic pole surface on the front side of the
ロータ104の表裏の各ロータ磁極対141は、実際には、例えば圧粉磁心のロータコア(ヨーク)により裏表の磁極対が一体に形成され、さらに、ロータ104の表裏それぞれにおいて、各ロータコア(ヨークユニット)142は、コア142間の隙間により絶縁されて磁気的に独立している。
Each rotor
図13(b)は表裏の各ロータ磁極対141が圧粉磁心の共通のヨークにより一体に形成された場合のロータ104の斜視図であり、圧粉磁心の各ロータコア142は、表裏に磁極141a、141bの突出したティースが形成され、そのティース間が凹状のコア141cで繋がれている。
FIG. 13B is a perspective view of the
そして、ステータ103a、103b及びロータ104を図11のように組み付けると、ステータ103a、103bの各ステータ磁極対131に装着された励磁コイル106のロータ104の方向に突出した部分は、ロータ104の前記ティース間のコア141cの凹部に回転自在に嵌る。また、ステータ103a、103bの外径側の突出した厚みのある部分に、ロータ104の外径側の厚みの薄い部分が対向し、ステータ103a、103bの内径側の薄い部分に、ロータ104の内径側のステータ103a、103b側に突出した厚みのある部分が対向する。
When the stators 103a and 103b and the
上記構成のアキシャルギャップモータ101は、各相の励磁コイル6がA相、B相、C相の順にパルス通電されて動作する。
The
なお、上記既出願には、ステータ3a、3bに、ステータ3a、3bそれぞれの各励磁コイル6に重なるように、環状の界磁コイルを配置し、界磁コイルの直流の界磁磁束をステータ3a、3bの各ステータ磁極対31の励磁磁束に一括して重畳して磁束量を増加してトルクアップを図ることも記載されている。
In the above-mentioned existing application, an annular field coil is disposed on the stators 3a and 3b so as to overlap the
一方、ロータの外周側にステータを磁極面が対向するように同軸状に配置したラジアルギャップモータにおいて、磁束遮蔽手段としての磁束遮蔽部または磁束遮蔽部材を設け、不要な個所への磁束を遮蔽することにより、モータ特性を改善して出力を向上することが提案されている(例えば、特許文献1(要約書、請求項1、段落[0042]−[0049]、図1等)、特許文献2(要約書、請求項1、段落[0031]−[0042]、図1等)参照)。
On the other hand, in a radial gap motor in which the stator is coaxially arranged on the outer peripheral side of the rotor so that the magnetic pole surfaces face each other, a magnetic flux shielding part or a magnetic flux shielding member is provided as magnetic flux shielding means to shield the magnetic flux to unnecessary portions. Therefore, it has been proposed to improve motor characteristics by improving motor characteristics (for example, Patent Document 1 (Abstract,
図14は特許文献1に記載のラジアルギャップモータであるSRモータ201を示し、SRモータ200は、回転子としてのロータ202、固定子としてのステータ203及びこれらを収容する図示しないモータハウジングなどを備えて構成される。
FIG. 14 shows an SR motor 201 that is a radial gap motor described in
ロータ202は4つの突極202aを有するロータコアの中心に形成された貫通穴に出力軸(シャフト)205を挿入して構成される。
The
ステータ203はステータコア及び複数の巻線コイル207を備えて構成される。ステータコアは略円筒状のヨーク部の内側に半径方向に突出する6つの突極203aを一体的に設けて構成される。
The
ロータ202はステータ203の突極203aとの間に所定のギャップをもつように、同軸に挿入配置されている。ステータ203の突極203aには、それぞれボビンに巻回された巻線コイル207が装着される。
The
ロータ202の各突極202aの両側部及び突極間部分(突極202aとこれに隣り合う突極202aの間の部分)の表面には、それぞれ非磁性導電膜(磁束遮蔽部)209a、209b、209cが形成される。この非磁性導電膜209a、209b、209cは、アルミニウムを蒸着することにより形成される。
Nonmagnetic conductive films (magnetic flux shielding portions) 209a and 209b are formed on both sides of each salient pole 202a of the
そして、SRモータ201は、一対の巻線コイル207に電流が流れると、ステータ203の突極203aからロータ202の突極202aへ向かう磁束が発生し、その近傍に存在するロータ202の突極202aが突極203aに引き付けられることで、ロータ202が回転して動作する。
When the current flows through the pair of
このとき、巻線コイル207に通電することにより、ステータ203の突極203aからロータ202の突極202aの先端部に向かう磁束及び、突極2aの側部及び突極間部分に向かう漏れ磁束が発生するが、ロータ202の突極202aの両側部に形成された非磁性導電膜209b、209c、突極間部分に形成された非磁性導電膜9aを通過する磁束の変化に伴い、漏れ磁束の変化が妨げられて回転トルクの発生に有効に寄与する磁束が増加し、SRモータ1のトルク(出力)が向上する。
At this time, when the
図15は特許文献2に記載のラジアルギャップモータであるSRモータ301を示し、SRモータ301も、回転子としてのロータ302、固定子としてのステータ303及びこれらを収容する図示しないモータハウジングなどを備えて構成される。
FIG. 15 shows an SR motor 301 that is a radial gap motor described in
ロータ302は4つの突極302aを有するロータコア304の中心に形成された貫通穴に出力軸(シャフト)305を挿入して一体的に固定して構成されている。
The
ステータ303はステータコア306及び複数の巻線コイル307を備えて構成される。ステータコア306は略円筒状のヨーク部の内側に半径方向に突出する6つの突極303aを一体的に設けて構成されている。ステータ303はモータハウジングの内側に固定される。
The
ロータ302はステータ303の突極303aとの間に所定のギャップをもつように、同軸上に挿入配置されている。ステータ303の突極303aには、それぞれボビン308に巻回された巻線コイル307が装着されている。
The
そして、ボビン308の一対の側壁の外面にはそれぞれ非磁性導電膜(磁束遮蔽部材)309a、309bが形成されている。この非磁性導電膜309a、309bは、アルミニウムを蒸着することにより形成されている。 Nonmagnetic conductive films (magnetic flux shielding members) 309a and 309b are formed on the outer surfaces of the pair of side walls of the bobbin 308, respectively. The nonmagnetic conductive films 309a and 309b are formed by evaporating aluminum.
そして、各相の一対の巻線コイル307に電流が通流すると、ステータ303の突極303aからロータ302の突極302aへ向かう磁束が発生し、その近傍に存在するロータ302の突極302aが引き付けられることで、ロータ302が回転する。
When a current flows through the pair of winding coils 307 of each phase, a magnetic flux is generated from the salient pole 303a of the
ところで、巻線コイル307の通電により、ステータ303の突極303aからロータ302の突極302aに向かう磁束が発生すると、その一部はボビン308の側壁部分を通過する。このとき、ボビン308の側壁に形成された非磁性導電膜309a、309b内に渦電流が生じ、この渦電流が磁束の変化を妨げることにより回転トルクの発生に有効に寄与する磁束を増加してSRモータ301の出力トルクを増加する。
By the way, when a magnetic flux is generated from the salient pole 303 a of the
前記既出願に記載のようなアキシャルギャップモータにおいても、隣接コア間の漏れ磁束やステータとロータの非対向磁束を低減して出力やトルクを一層増大することが望まれる。 In the axial gap motor as described in the above-mentioned application, it is desired to further increase the output and torque by reducing the leakage magnetic flux between adjacent cores and the non-opposing magnetic flux between the stator and the rotor.
この場合、特許文献1、2のラジアルギャップモータのように、磁束遮蔽手段としての磁束遮蔽部(非磁性導電膜209a、209b、209c)または磁束遮蔽部材(非磁性導電膜309a、309b)を設け、不要な個所への磁束を遮蔽し、通電励磁中のステータコアからその両隣のステータコアへの漏れ磁束(すなわち、隣接コア間の漏れ磁束)や、ステータとロータの非対向磁束を低減し、モータ特性を改善して出力やトルクを向上することが考えられるが、磁束遮蔽部や磁束遮蔽部材として、前記不要な個所に非磁性・導電性材料を蒸着やメッキしたり、導電板や導電材料を充填したりする必要があり、新たな部材の追加が必要になって、その分、コストがかかるとともに、重量が増加してモータ体格が大型化する等の問題がある。
In this case, as in the radial gap motors of
本発明は、この種のアキシャルギャップモータにおいて、非磁性・導電性材料を蒸着やメッキのような新たな部材の追加なく、ステータとロータの非対向磁束を低減してモータ特性を改善することを目的とし、また、隣接コア間の漏れ磁束も少なくしてモータ特性をさらに改善することも目的とする。 According to the present invention, in this type of axial gap motor, the non-opposing magnetic flux between the stator and the rotor is reduced and the motor characteristics are improved without adding a new member such as vapor deposition or plating of a nonmagnetic / conductive material. Another object is to further improve motor characteristics by reducing leakage magnetic flux between adjacent cores.
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、外径側と内径側の対の磁極で構成された径方向のステータ磁極対を有し扇形から中心点部分を切欠した形状のステータコアを周方向に配設したステータと、ロータ磁極を有し扇形から中心点部分を切欠した形成のロータコアを周方向に配設したロータとを有するアキシャルギャップモータであって、前記ステータコア及び前記ロータコアの少なくともいずれか一方は、両側が内径側で内側に屈曲した先細りに形成され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, an axial gap motor of the present invention has a radial stator magnetic pole pair composed of a pair of magnetic poles on the outer diameter side and the inner diameter side, and has a shape in which a center point portion is notched from a sector shape. An axial gap motor comprising: a stator having a stator core disposed in a circumferential direction; and a rotor having a rotor magnetic pole and a rotor core formed by cutting out a central point portion from a sector shape, the stator core and the rotor core At least one of these is characterized in that both sides are formed in a tapered shape that is bent inward on the inner diameter side (Claim 1).
そして、内径側の前記先細りの部分は、隣接コア間が平行間隔になるように形成されていることが好ましい(請求項2)。 The tapered portion on the inner diameter side is preferably formed so that the adjacent cores are parallel to each other (Claim 2).
さらに、隣接コア間の漏れ磁束も小さくしてモータ特性を改善するため、前記ステータコアの外径側の磁極の裏側は、隣接コア間の間隔を広げるように面取り状に削られていることが望ましい(請求項3)。 Further, in order to reduce the leakage magnetic flux between adjacent cores and improve the motor characteristics, it is desirable that the back side of the magnetic pole on the outer diameter side of the stator core is chamfered so as to widen the interval between the adjacent cores. (Claim 3).
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、扇形の中心点部分を切り欠いた形状のステータコア、ロータコアの少なくともいずれか一方において、とくに隣接コア間の間隔が狭くなる内径側が内側に屈曲した先細りの形状に形成され、隣接コア間の間隔が広くなるため、非磁性・導電性材料を蒸着やメッキしたりする必要がなく、新たな部材の追加なく、ステータとロータの非対向磁束を低減してモータ特性を改善し、モータの出力やトルクを増大することができる。
In the case of the axial gap motor of the present invention according to
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、前記した内径側の先細りの部分は、隣接コア間が平行間隔になるように形成されているため、内径側の隣接コア間の間隔が均一に広がり、ステータとロータの非対向磁束を一層良好に小さくしてモータ出力やトルクを増大することができるとともに磁極面積を確保できる。
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、ステータコアの外径側の部分が、磁極は残してその裏側の磁束が通る部分を、隣接コア間の間隔を広げるように面取り状に削って形成されるので、磁極面積を狭くしたりすることなく、隣接コア間の漏れ磁束も小さくしてモータ特性を改善し、モータ出力やトルクをさらに一層増大することができる。
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、一実施形態について、図1〜図10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, an embodiment will be described in detail with reference to FIGS. In these drawings, the motor shaft and the like are omitted as appropriate.
図1は本実施形態のアキシャルギャップモータ1のモータ軸2に沿った部分断面を示し、アキシャルギャップモータ1は、モータ軸2に、後述するロータを取り付けるための同形状の前側(紙面左側)、後側のフランジシャフト3a、3bが取り付けられている。フランジシャフト3a、3bは、モータ軸2が中心を貫通した円盤状のフランジ部31の外周に円筒状の支持部32を取り付けた形状である。
FIG. 1 shows a partial cross-section along the
前側の支持部32には環状の一方(表側)のロータ4aが取り付けられている。その後方には、両面が磁極面に形成されてモータ軸2が中心開口を貫通した環状のステータ5が配設されている。さらに、その後方の後側の支持部32には環状の他方(裏側)のロータ4bが取り付けられている。このようにして、モータ軸2の方向に表側から順に、フランジシャフト3aを介してモータ軸2に支持されたロータ4a、ステータ5、フランジシャフト3bを介してモータ軸2に支持されたロータ4bが、磁極面を対向させて配置される。少なくともフランジシャフト3a、3bは、いずれも非磁性体の例えばステンレスで形成されている。
One annular (front side) rotor 4 a is attached to the
ステータ5は例えば前側の分割ステータ51と後側の分割ステータ52を仕切り板53を挟んで接合して形成され、両分割ステータ51、52は外径側、内径側に非磁性体金属のリング体6a、6bが嵌められて一体化されている。さらに、外径側のリング体6aの外側には、各相の一対の端子等を覆う樹脂被覆体7が重ねて設けられている。なお、図1の実線、破線の矢印線ループは分割ステータ51、52それぞれの磁束のループを示す。
The
図2はステータ5の一方の磁極面を形成する分割ステータ51の表面側の磁極面を示す。分割ステータ51、52は同じ構成であり、アキシャルギャップモータ1は前記既出願のアキシャルギャップモータ101と同様のA、B、Cの3相駆動のリラクタンスモータである。
FIG. 2 shows the magnetic pole surface on the surface side of the split stator 51 that forms one magnetic pole surface of the
そして、分割ステータ51、52は、例えば圧粉磁心で形成された12個(相当たり90度の間隔の4個)のステータコア8が周方向に30度の間隔で配設される。ステータコア8間(隣接コア間)の隙間は空間または非磁性体の樹脂の充填部であり、各ステータコア8は磁気的に独立している。
In the divided
各ステータコア8は、正面からみると扇形から中心点部分を切欠した形状であり、外径側と内径側の対の磁極9a、9bの突起したティースを磁極間のヨーク部9cで繋いだ構成の径方向のステータ磁極対9を有する。
Each
各ステータコア8のヨーク部9cには、ステータ磁極対9の磁極9a、9bの励磁に共用される各相それぞれの励磁コイル10が装着される。励磁コイル10は、本実施形態の場合、装着を容易にする等のため、いわゆるカセットコイルで形成される。この場合、カセットコイルが巻装されたコイルボビンをヨーク部9cに取り付ける簡単な作業で励磁コイル10の装着が完了する。なお、励磁コイル10はヨーク部9cにコイル(エナメル線)を直接巻きつける等して形成してもよい。
Excitation coils 10 for each phase that are shared by the magnetic poles 9a and 9b of the stator
ところで、本実施形態においては、磁束量を多くしてモータ出力(トルク出力)を大きくするため、ステータ5の両磁極面側において、各ステータ磁極対9のヨーク部9cの励磁コイル6に重なるように、環状の界磁コイル11を配置し、界磁コイル11の直流の界磁磁束を各ステータ磁極対9の励磁磁束に一括して重畳し、磁束量を増加する。
By the way, in this embodiment, in order to increase the amount of magnetic flux and increase the motor output (torque output), on both magnetic pole surface sides of the
図3はアキシャルギャップモータ1の表側からみたロータ4aの背面図である。ロータ4a、4bは、同じ構成であり、それぞれ例えば圧粉磁心で形成された8個のロータコア12が周方向に45度の間隔で配設され、各ロータコア12は、外径側、内径側の非磁性金属のリング体13a、13bが嵌められて放射状(環状)に固定される。ロータコア12間(隣接コア間)の隙間は例えば非磁性体の樹脂の充填部14であり、各ロータコア12も磁気的に独立している。
FIG. 3 is a rear view of the rotor 4 a as viewed from the front side of the
各ロータコア12も、ステータコア8と同様、正面からみると扇形から中心点部分を切欠した形状であり、外径側と内径側の対の磁極15a、15bの突起したティースを磁極間のヨーク部15cで繋いだ構成の径方向のロータ磁極対15を有する。各ロータ磁極対11も、ステータ磁極対8と同様、正面からみると扇形から中心点部分を切欠した形状であり、ロータ4a、4bの回転により、ロータ4aの磁極15a、15bが分割ステータ51の磁極9a、9bに対向、非対向の状態になり、ロータ4bの磁極15a、15bが分割ステータ52の磁極9a、9bに対向、非対向の状態になる。
Similarly to the
そして、分割ステータ51、52の例えばA相の励磁コイル10が通電されると、A相のステータ磁極対9の励磁コイル10の磁束が、ステータ磁極対9を径方向に通り、例えば、磁極9a、9bがN極、S極に励磁され、対向するロータ磁極対15を通る図1の実線、破線の矢印線の磁束のループが形成される。この磁束のループに基づく、ロータ4a、4bとステータ5との磁気的な吸引動作によってアキシャルギャップモータ1が回転する。
When, for example, the
ところで、本実施形態においては、非磁性・導電性材料を蒸着やメッキしたりすることなく、隣接コア間の漏れ磁束を小さくしてモータ出力やトルクを増大するため、(1)ステータ5の各ステータコア8の形状を加工し、局所的な磁気飽和が発生しないようにして隣接するステータコア8間(隣接コア間)の漏れ磁束を小さくする。(2)ロータ4a、4bとステータ5の非対向磁束を低減するコア形状を提供する。
By the way, in this embodiment, in order to increase the motor output and the torque by reducing the leakage magnetic flux between adjacent cores without vaporizing or plating a nonmagnetic / conductive material, (1) each of the
まず、(1)の漏れ磁束を低減するステータ5の形状について、さらに詳述する。この場合、漏れ磁束の磁路の削減もしくは切断は、隣接コア間の間隔が狭くなる内径側より、隣接コア間の間隔が広くなる外径側の方が容易である。そこで、隣接コア間の漏れ磁束の低減は、少なくともステータコア8の外径側を加工して行なう。
First, the shape of the
図4はステータコア8をその磁極面からみた斜視図であり、図5の(a)、(b)、(c)はステータコア8の正面(磁極面)図、右側面図、背面図である。それらの図面から明らかなように、各ステータコア8は、外径側の磁極9aの裏側のヨーク部9dの左右側が、隣接コア(隣り合うステータコア8)間の間隔を広げるように面取り状に削られている。
4 is a perspective view of the
このとき、所的な磁気飽和が発生しないようにしてステータコア8間の漏れ磁束を小さくするため、各ステータコア8においては、(i)磁極9a、9bは十分な磁極面積を確保する。また、外径側の磁極9aは磁束の十分な通路を確保するようにモータ軸2の方向に所定の厚み(図5(b)の厚みα)に形成する。(ii)外径側の磁極9aの裏側のヨーク部9dは、外径方向に向けて周方向の幅(横幅)が次第に狭くなって隣接コア間の間隔を広げるように面取り状に削って形成する。その際、各ステータコア8がリング体6a、6bによって確実に固定されて保持されるようにするとともに、内径方向への磁路を確保するため、ヨーク部9dは最外周の外径側端部において、周方向に一定の横幅の平面または曲面の部分を確保するように、図5(c)に示すように左右に横幅β(α≧β)だけ削る。
At this time, in order to reduce the leakage magnetic flux between the
このようにすると、ステータ5の磁極面の裏側の部分は、隣接コア間の外径側の周方向の距離が長くなり、扇形の磁極形状によって十分な磁極面積を確保した上で、外径方向に次第に狭くなるヨーク部9dの加工により、隣接するステータコア8間の空間距離を広げてステータコア8間の漏れ磁束を確実に小さくできる。
In this way, the portion on the back side of the magnetic pole surface of the
図6(a)は分割ステータ51の一部を磁極面側からみた隣接コア間の間隔を示し、同図(b)は同じ部分の裏側のヨーク部9dからみた隣接コア間の間隔を示す。それらの図面のステータコア8間の矢印線の比較からも明らかなように、ステータコア8の外径側の磁極9aの裏側は、ヨーク部9dの加工により隣り合うステータコア8間の空間距離が広がり、この結果、ステータコア8間の漏れ磁束が小さくなる。
6A shows the interval between adjacent cores when a part of the divided stator 51 is viewed from the magnetic pole surface side, and FIG. 6B shows the interval between adjacent cores when viewed from the yoke portion 9d on the back side of the same part. As is clear from the comparison of the arrow lines between the
なお、各ステータコア8の内部磁路の磁束が図1の矢印線に示したように例えばステータ磁極対9の磁極9bから磁極9aに進むには、ステータコア9のモータ軸2方向にも万遍なく磁束を分散させる必要があるが、α≧βに加工し、磁極9aの厚みαを、ヨーク部9dの最外周部分での周方向幅の左右の切削長さβ以上にすると、モータ軸2方向に入射された磁束が周方向及びさらに軸方向に向かうために十分な折れ曲がり個所を確保でき、所的な磁気飽和が発生することもない。
For example, in order for the magnetic flux in the internal magnetic path of each
つぎに、(2)の非対向磁束を低減するコア形状について、詳述する。非対向磁束は、コア間隔が広くなる外径側より、コア間隔が狭くなる内径側で問題となる。そこで、内径側のコア形状を改良する。すなわち、ステータコア8、ロータコア12の内径側の磁極9b、15b及びその裏側部分を、概略同じ形状であって、外径側の磁極9a、15aよりも外径側を中心点とする先細りの形状にする。
Next, the core shape for reducing the non-opposing magnetic flux of (2) will be described in detail. The non-facing magnetic flux becomes a problem on the inner diameter side where the core interval becomes narrower than on the outer diameter side where the core interval becomes wider. Therefore, the core shape on the inner diameter side is improved. That is, the magnetic poles 9b and 15b on the inner diameter side of the
まず、ステータ5のコア形状について説明する。
First, the core shape of the
図7はステータコア8の内径側の形状の説明図であり、ステータコア8を、同図(a)に示すように、中心点Paを基準にした扇形の形状に即して外径側の磁極9a、ヨーク部9cとともに内径側の磁極9xを有する形状に形成した場合、磁極9xは横幅(周方向の長さ)が比較的長く、その磁極面積を磁極9aと同一にする磁極9xの径方向の長さはlxになる。この場合、ステータコア8を周方向に配設すると、内径側の磁極9xの周方向の間隔は短く、非対向時であっても内径側の磁極9xとロータ4a、4bのロータコア12の内径側の磁極15bとの空間距離が短くなり、非対向状態であっても、ステータ磁極面とロータ磁極側面、およびロータ磁極面とステータ磁極側面をつなぐフリンジング磁路により、不要な磁束が発生してモータ出力やトルクが低下する。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the shape of the
そこで、本実施形態においては、ステータコア8を図7(b)に示すように、両側が内径側で内側に屈曲した先細りに形成し、内径側の磁極9bの隣接コアの間隔を広くして非対向磁束を低減する。すなわち、外径側の磁極9a、ヨーク部9cは中心点Paを基準にした扇形の形状に形成し、内径側の磁極9bは、中心点Paより外径寄りに設定した中心点Pbを基準にした扇形の形状に形成する。この場合、磁極9bは左右両側が磁極9xより内側に屈曲して細くなり、その分、磁極9bの径方向の長さlbはlxより多少長くなるが、それでも内径側の磁極9bの周方向の間隔は広がり、非対向時に内径側の磁極9bとロータ4a、4bのロータコア12の内径側の磁極15bとの空間距離が長くなり、不要な磁束の発生が減少してモータ出力、トルクが増大する。なお、対向時の磁束の減少等を防止するため、内径側の磁極9bの裏側の部分も磁極9bと同じ形状に形成する。また、中心点Pbの位置は、好ましくは、モータ軸2の中心よりも外径側寄りの位置である。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7B, the
つぎに、ロータ4a、4bのコア形状について説明する。ステータ5だけでなく、ロータ4a、4bについても同様のコア形状にすることにより、より一層、非対向時のステータ5の内径側の磁極9bとロータ4a、4bのロータコア12の内径側の磁極15bとの空間距離が長くなり、不要な磁束の発生が減少してモータ出力やトルクが増大する。
Next, the core shape of the rotors 4a and 4b will be described. Not only the
図8はロータコア12をその磁極面からみた斜視図であり、図9の(a)、(b)、(c)はロータコア12の正面(磁極面)図、右側面図、背面図である。
FIG. 8 is a perspective view of the
そして、ロータコア12についても、図9(a)に示すように、両側が内径側で内側に屈曲した先細りになるように形成し、内径側の磁極15bの間隔をステータコア8の内径側の磁極9bと同じ間隔にする。すなわち、外径側の磁極15a、ヨーク部15cは中心点Qaを基準にした扇形の形状に形成し、内径側の磁極15bは、中心点Qaより外径寄りに設定した中心点Qbを基準にした扇形の形状に形成する。なお、磁極面からみたロータコア12の形状をステータコア8と同一形状にする場合は、Qa=Pa、Qb=Pbである。また、ロータコア12の場合、前記の隣接コア間の漏れ磁束の問題は生じないので、磁極15a、15bの裏側部分は表面側と全く同じ平面形状に形成する。
Also, as shown in FIG. 9A, the
図10(a)はアキシャルギャップモータ1の非対向状態の一部を出力側からみた状態図であり、ステータコア8とロータコア15の内径側の磁極8b、15bの間隔が矢印線に示すように広がることにより、内径側の磁極8b、15b同士の十分な空間距離を確保して、磁束を低減することができる。
FIG. 10A is a state view of a part of the non-opposing state of the
ところで、ステータコア8の内径側の磁極9bの周方向の間隔が長くなるので、このようなコア形状にすると、内径側においても前記した漏れ磁束の磁路の削減が行なえる利点もある。
By the way, since the interval in the circumferential direction of the magnetic pole 9b on the inner diameter side of the
図10(b)は上記の内径側における漏れ磁束の磁路の削減を示し、矢印線に示すように、ステータコア8の内径側の磁極9bの周方向の間隔が長くなり、内径側においても漏れ磁束の磁路が減少する。
FIG. 10B shows the reduction of the magnetic path of the leakage magnetic flux on the inner diameter side, and as indicated by the arrow line, the circumferential interval of the magnetic pole 9b on the inner diameter side of the
さらに、図6(a)、(b)、図10(b)に示すように、ステータコア8の内径側の先細りの部分である磁極9bの部分が、その形状を適当に設定することによって、磁極面から(正面から)みて隣接コア間が平行間隔になるように形成されていると、内径側の隣接コア間の間隔が均一に広がり、非対向磁束が一層良好に減少してモータ出力が増大し、しかも、磁極9bの磁極面積も確保できる利点がある。しかも、磁極9bから入った磁束がステータコア8を外径方向に進むための磁路断面積が確保されやすく、磁気飽和を生じにくい利点もある。
Further, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 10B, the portion of the magnetic pole 9b, which is a tapered portion on the inner diameter side of the
以上のように、本実施形態の場合、ステータ5とロータ4a、4bの非対向磁束を低減してモータ特性(トルクや出力)を向上することができる。また、局所的な磁気飽和を生じさせることなく、ステータ5のステータコア8間の漏れ磁束を低減してモータ特性をさらに向上することができる。そして、非磁性・導電性材料を蒸着やメッキしたりする必要がなく、新たに部材を追加することがないため、アキシャルギャップモータ1の質量やコストの増加は生じない。
As described above, in the present embodiment, the non-opposing magnetic flux between the
そして、本発明は上記した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、ステータコア8の外径側の加工は行なわず、内径側のコア形状の改良(内径側の磁極9b、15bを先細りの形状に加工)のみを行なってステータ5とロータ4a、4bの非対向磁束を低減してモータ特性(トルクや出力)を向上するようにしてもよい。この場合、ステータ5とロータ4a、4bの少なくともいずれか一方について内径側の磁極9b、15bを先細りの形状に加工すれば効果が得られるので、内径側のコア形状の改良は、ステータ5とロータ4a、4bの少なくともいずれか一方について行なえばよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit thereof, for example, processing on the outer diameter side of the
つきに、アキシャルギャップモータ1のロータ4a、4bやステータ5の磁極数等はどのようであってもよく、ロータ4a、4bのモータ軸2への取り付け構造が前記実施形態と異なっていてもよいのは勿論である。
Finally, the number of magnetic poles of the rotors 4a and 4b and the
さらに、例えばロータ4aと分割ステータ51とで構成されるようなステータの磁極面が片面のアキシャルギャップモータにも本発明を同様に適用することができる。 Further, the present invention can be similarly applied to an axial gap motor having a single-sided magnetic pole surface of a stator configured by, for example, the rotor 4a and the split stator 51.
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
4a、4b ロータ
5 ステータ
8 ステータコア
9 ステータ磁極対
9a、9b 対の磁極
12 ロータコア
15 ロータ磁極対
15a、15b 対の磁極
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ステータコア及び前記ロータコアの少なくともいずれか一方は、両側が内径側で内側に屈曲した先細りに形成され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 pair of magnetic poles in the radial direction composed of a pair of magnetic poles on the outer diameter side and the inner diameter side and having a stator core having a shape in which a center point portion is cut out from a sector shape and a sector shape having a rotor magnetic pole. An axial gap motor having a rotor core formed in a circumferential direction with a rotor core formed by cutting out the center point portion from
At least one of the stator core and the rotor core is formed in a tapered shape in which both sides are bent inward on the inner diameter side.
内径側の前記先細りの部分は、隣接コア間が平行間隔になるように形成され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,
The taper portion on the inner diameter side is formed so as to have a parallel interval between adjacent cores.
前記ステータコアの外径側の磁極の裏側は、隣接コア間の間隔を広げるように面取り状に削られ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 the back side of the magnetic pole on the outer diameter side of the stator core is cut into a chamfered shape so as to widen the interval between adjacent cores.
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