JP2013085323A - アキシャルギャップ型の回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アキシャルギャップ型のモータ100の固定子120a、120bを、ヨーク部121a、121bとティース部123a、123bとに分離する。ティース部123a、123bを固定すると共に、回転軸130と同軸でヨーク部121a、121bを回動させる。ヨーク部121a、121bの鉄心部301には、ティース部123a、123bと対向する位置であって、周方向の沿った位置に、凹部と凸部が繰り返し形成されており、この凹部に非磁性体302を取り付ける。
【選択図】 図6
Description
このような回転電機の用途として、インホイールモータがある。このインホイールモータは、自動車の車輪の回転数と同じ回転数で回転するものである。自動車が高速で走行する場合には、インホイールモータの回転数も上昇する。このため、インホイールモータの回転子に備えた永久磁石を通り、固定子コイルに鎖交する磁束の周波数が増える。よって、固定子コイルに誘起する電圧が高くなり、高速回転させるためにはモータ駆動電流の位相制御による、いわゆる弱め界磁により固定子コイルに鎖交する磁束を減少させる必要がある。また、固定子コイルに鎖交する磁束が大きいほど、モータ鉄心での損失、いわゆる鉄損が増加する傾向がある。通常、インホイールモータでは、自動車の発進時や上り坂の走行時に、大きなトルクを発生させる必要があるが、その他の状況では、それ程大きなトルクを発生させる必要はない。
また、自動車の減速時には、インホイールモータを発電機として動作させ、エネルギーを回生することが行われる。このような自動車の減速時においては、前述した磁束が原因でコギングが生じる(固定子と回転子との磁気的吸引力が、回転子の回転角度に依存して脈動する)。よって、自動車の減速時には、このコギングの問題が生じない範囲でしかエネルギーを十分に回生できない。
そこで、特許文献1、2には、回転子と固定子とのギャップを可変にし、所望の磁束の量に応じて当該ギャップの量を調整する技術が開示されている。このようにすれば、回転数に応じて固定子コイルに鎖交する磁束量を調整することができる。
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、回転電機の一例であるモータの概略構成の一例を示す断面図である。具体的に図1は、モータの回転軸に沿って切ったときの断面図である。尚、以下の各図では、説明に必要な構成のみを簡略化して示す。
図1において、モータ100は、所謂アキシャルギャップ型のモータであり、回転子110と、2つの固定子120a、120bと、回転軸130とを有し、それらがハウジング(フレーム)140に収められている。
図2は、回転子110の構成の一例を示す図である。具体的に図2(a)は、回転子110を、回転軸130に沿う方向から見た図である。図2(b)は、図2(a)のI−Iで切ったときの断面図である。図2(c)は、図2(b)のII−IIで切ったときの断面図である。尚、部材の特徴を分かりやすく示すために、各断面図では、必要に応じて、記載を省略している。
図3に示すように、ヨーク部121aは、ヨーク側鉄心部の一例である鉄心部301と、非磁性体部302a〜302fとを有する。
鉄心部301は、軟磁性材料を用いて形成されたものであり、回転軸130と同軸となる位置に配置される。鉄心部301は、中空円筒に対し、回転軸130の方向の両端面のうちの一端面(図1、図3に示す例では上面)に、同一の凹部と凸部とが周方向に繰り返し形成された形状を有している(図3(a)、(c)を参照)。
鉄心部301の凸部の先端面(図3(a)に示されている面)の形状及び大きさは、後述するティース部123aの各鉄心部501a〜501fの先端面(図5(a)に示されている面)の形状及び大きさと略同じである。
更に、図1に示すように、ヨーク部121aは、その非磁性体302a〜302fが露出している面(図1では上側の面)が、回転軸130に沿う方向において、ティース部123aを介して、回転子110の回転軸130に沿う方向における一端面(図1では下側の面)と相互に対向する位置に配置される。
本実施形態では、絶縁潤滑シート122aは、潤滑性を有する絶縁シートである。絶縁潤滑シート122aの形状は、円環状であり、この円環状の部分の面方向の形状及び大きさは、ヨーク部121aの面方向の形状及び大きさと略同じである(図3(a)を参照)。絶縁潤滑シート122aは、その円環状の面が、ヨーク部121aの円環状の面と略一致するように、例えば接着剤を用いてヨーク部121aに取り付けられる。絶縁潤滑シート122aの厚みは、ヨーク部121aとティース部123aとの間の絶縁を確保することができる範囲で可及的に薄い方が好ましい。このように、ヨーク部121aとティース部123aとの間の絶縁を確保するのは、固定子120に渦電流が発生するのを抑制するためである。
また、後述するようにヨーク部121aは、回転軸130を回動軸として回動する。よって、絶縁潤滑シート122aは、ヨーク部121aの回動により、ティース部123aとの間で発生する摩擦熱を抑制させて、ヨーク部121aの回動を潤滑に行えるようにする。絶縁潤滑シート122aとしては、例えば、ガラスクロスに含浸させたテフロン(登録商標)製の極薄シートが用いられる。
図5に示すように、ティース部123aは、ティース側鉄心部の一例である複数の鉄心部501a〜501fと、モールド部502と、鉄心部501a〜501fと同数のコイル部503a〜503fとを有する。
本実施形態では、コイル部503a〜503fを形成した後、コイル部503a〜503fの中空部分に鉄心部501a〜501fを差し込むようにしている。よって、鉄心部501a〜501fは、自身が差し込まれるコイル部503a〜503fの中空部分に応じた形状を有する。よって、コイル部503a〜503fの中空部分の形状に合わせて異なる大きさ・形状の電磁鋼板を積層させて鉄心部501a〜501fを形成することができる。すなわち、鉄心部501a〜501fの概形は矩形状に限定されるものではない。
また、本実施形態では、ヨーク部121を回動させるようにしたが、ティース部123を回動させるようにしてもよい。ただし、ティース部123a、123bはヨーク部121a、121bに比べて位置がずれ易い。したがって、ティース部123a、123bを回動させたときに、固定子120a、120bと回転子110との間に発生する磁気吸引力や、回動によりティース部123a、123bが受ける反力によって、ティース部123a、123bの位置がずれないように強固にティース部を形成する必要がある。よって、ヨーク部121a、121bを回動させるようにした方が、モータ100がガタつかないようにするための構成を簡単に実現することができ、好ましい。
また、本実施形態では、回転電機の一例としてモータを例に挙げて説明したが、モータ(電動機)以外に、例えば発電機にも本実施形態を適用することができる。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。前述した第1の実施形態では、1つの回転子110と2つの固定子120a、120bを備えたモータ100を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、2つの回転子と1つの固定子を備えたモータについて説明する。このように本実施形態と第1の実施形態とは、固定子及び回転子の数が異なることによる構成が主として異なる。よって、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1〜図6に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図7において、モータ700も、第1の実施形態のモータ100と同様に、所謂アキシャルギャップ型のモータである。モータ700は、2つの回転子710a、710bと、固定子720と、回転軸130とを有し、それらがハウジング(フレーム)740に収められている。
回転子710a、710bは、複数の永久磁石711と、回転子側ヨーク部の一例であるヨーク部712と、を有する。尚、回転子710a、710bは、複数の永久磁石711と、ヨーク部712との位置関係が逆であることに基づく構成が異なる他は同じである。よって、以下の説明では、回転子710a、710bのうち、回転子710aのみの説明を行い、回転子710bの説明を省略する。
本実施形態では、図8に示すように、ヨーク部712aは、例えば軟磁性材料で中空円筒状に一体で形成され、回転軸130と同軸となる位置に配置される。ヨーク部712aの「回転軸130に沿う方向」の両端面のうち、固定子720と対向する側の面に、24個の永久磁石711a〜711xが周方向に配置されている。24個の永久磁石711a〜711xで全体として円環状になっており、この円環状の部分の面方向の大きさ及び形状は、ヨーク部712の面方向の大きさ及び形状と略同じである。更に、この円環状の部分の軸が回転軸130と同軸となるように各永久磁石711a〜711xが配置される。
図9に示すように、ヨーク部721は、ヨーク側鉄心部の一例である鉄心部901と、非磁性体部902a〜902fとを有する。
鉄心部901は、軟磁性材料を用いて形成されたものであり、回転軸130と同軸となる位置に配置される。鉄心部901は、中空円筒に対し、当該中空円筒の周方向に垂直な方向において貫通している同一の空間が等間隔で周方向に繰り返し形成された形状を有している(図9(a)、(c)を参照)。
鉄心部901の空間となっていない部分の先端面(図9(a)に示されている面)の形状及び大きさは、ティース部723a、723bの各鉄心部501a〜501f(図5(a)に示されている面)の形状及び大きさと略同じである。
更に、図7に示すように、ヨーク部721は、その非磁性体902a〜902fが露出している両端面が、回転軸130に沿う方向において、ティース部723a、723bを介して、回転子710a、710bの回転軸130に沿う方向における一端面(図1では上面、下面)とそれぞれ相互に対向する位置に配置される。
尚、ヨーク部721の回動角度の範囲は前述した範囲に限定されず、コイル部503a1〜503f1、503a2〜503f2を構成するコイルに鎖交する磁束の量の低減量や、駆動装置724の性能等に応じて適宜決定することができる。ただし、ヨーク部721とティース部723a、723bは、軸対称の形状を有しているので、相互に隣接するティース部501の間の間隔Gに対応する角度を最大の回動角度にするのが好ましい。
尚、第1の実施形態で説明したように、ティース部723a、723bを回動させるよりも、ヨーク部721を回動させる方が好ましいが、ティース部723a、723bを回動させるようにしてもよい。このようにする場合、ティース部723a、723bを同じ方向に同じ角度だけ回動させるようにする。その他、第1の実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。前述した第1、第2の実施形態では、絶縁潤滑シート122a、122b、722a、722bを用いたり、ヨーク部121a、121b、721とティース部123a、123b、723a・723bとの接触面に(潤滑性のある)絶縁皮膜を付けたりすることにより、ヨーク部121a、121b、721とティース部123a、123b、723a・723bとの間の絶縁を確保した。これに対し、本実施形態では、絶縁油等の液状の絶縁材を用いて、これらの間の絶縁を確保する場合について説明する。このように、本実施形態と第1及び第2の実施形態とは、ヨーク部121a、121b、721とティース部123a、123b、723a・723bとの絶縁方法が異なることに基づく構成が主として異なる。よって、本実施形態の説明において、第1及び第2の実施形態と同一の部分については、図1〜図10に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。尚、本実施形態は、第2の実施形態のモータ700を基にした実施形態である。
図11において、モータ1100も、第2の実施形態のモータ700と同様に、所謂アキシャルギャップ型のモータであり、2つの回転子710a、710bと、固定子1120と、回転軸130とを有し、それらがハウジング(フレーム)740に収められている。
絶縁材1122a、1122bは、液状のものであり、例えば、絶縁油である。
絶縁部材1125a〜1125dは、絶縁材1122a、1122bが、ヨーク部721とティース部723a・723bとの間から外部に流れ出ることを防止するための堰となるものである。本実施形態では、絶縁部材1125a、1125bは、その概形が円環状であり、且つ、その周方向の断面の形状が円状である。絶縁部材1125a、1125cは同じものであり、絶縁部材1125b、1125dは同じものである。
一方、絶縁部材1125b、1125dの径(直径)は、ヨーク部721(中空円筒)の底面の内径と同じ長さを有する。これら絶縁部材1125b、1125dは、ヨーク部721(中空円筒)の底面の内周側端部(図9(a)に示す領域の内周側端部)と、ティース部723a、723bの底面の内周側端部(図5に示す領域の内周側端部)との間に配置される。
このような絶縁部材1125a〜1125dは、モータ1100の動作により破損しない程度の強度を有する絶縁材料を用いて形成される。
110、710 回転子
111、711 永久磁石
112、712 ヨーク部
120、720 固定子
121、721 ヨーク部
122、722 絶縁潤滑シート
123、723 ティース部
124、724 駆動機構
130 回転軸
140、740 ハウジング
301、901 鉄心部
302、902 非磁性体
501 鉄心部
1122 絶縁材
1125 絶縁部材
Claims (6)
- 回転軸と同軸で回転する回転子と、前記回転子と前記回転軸に沿う方向においてギャップを有して対向する位置に配置される固定子と、を有するアキシャルギャップ型の回転電機であって、
前記回転子は、
前記回転電機の周方向に配置された複数の永久磁石と、
前記複数の永久磁石の前記回転軸に沿う方向の端面のうち、前記固定子と対向しない方の端面に配置され、前記複数の永久磁石との間で磁路を形成する回転子側ヨーク部と、を有し、
前記固定子は、
前記回転軸に沿う方向の端面のうち、前記回転子と対向する方の端面が前記永久磁石と前記ギャップを有して相互に対向する位置に配置されたティース部と、
前記ティース部の前記回転軸に沿う方向の端面のうち、前記回転子と対向しない方の端面に、前記ティース部に対し絶縁及び潤滑された状態で配置され、前記ティース部との間で磁路を形成する固定子側ヨーク部と、を有し、
前記ティース部と、前記固定子側ヨーク部と、の一方は固定され、他方は前記回転軸と同軸で回動し、
前記ティース部は、前記回転電機の周方向において間隔を有して配置された複数のティース側鉄心部を有し、
前記固定子側ヨーク部の、前記複数のティース側鉄心部と対向し得る位置には、磁性を有する領域と非磁性の領域とが存在し、
前記ティース部と、前記固定子側ヨーク部との何れかが前記回転軸と同軸で回動することにより、前記複数のティース側鉄心部と対向する、前記固定子側ヨーク部の磁性を有する領域の面積が変わるようにしたことを特徴とするアキシャルギャップ型の回転電機。 - 前記固定子側ヨーク部は、
前記磁性を有する領域に配置され、軟磁性材料を用いて形成されたヨーク側鉄心部と、
前記非磁性の領域に配置された非磁性体と、を有し、
前記固定子側ヨーク部の前記回転軸に沿う方向の端面のうち、前記ティース部と対向する側の端面は、略面一であることを特徴とする請求項1に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。 - 前記ヨーク側鉄心部の、前記ティース部と対向する位置には、前記回転電機の周方向において、凹部と凸部とが繰り返し存在し、
前記非磁性体は、前記鉄心部に形成された凹部に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。 - 前記ティース部は、前記固定子側ヨーク部の、前記回転軸に沿う方向の両端面のそれぞれに対して個別に配置され、
前記回転子は、前記固定子側ヨーク部の、前記回転軸に沿う方向の両端面のそれぞれに配置されたティース部と前記ギャップを有して相互に対向する位置のそれぞれに個別に配置され、
前記ヨーク側鉄心部の、前記ティース部と対向する位置には、前記回転電機の周方向に垂直な方向において貫通している空間が、前記回転電機の周方向において、間隔を有して繰り返し存在し、
前記非磁性体は、前記ヨーク側鉄心部に存在している前記空間に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。 - 前記ティース部と前記固定子側ヨーク部は、それぞれ、方向性電磁鋼板を用いて構成され、
前記方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向は、前記ティース部と前記固定子側ヨーク部との間に形成される前記磁路に沿う方向であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。 - 前記ティース部が固定され、
前記固定子側ヨーク部が前記回転軸と同軸で回動することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。
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