JP4453051B2

JP4453051B2 - アキシャルギャップ型モータ

Info

Publication number: JP4453051B2
Application number: JP2008144919A
Authority: JP
Inventors: 昇栄阿部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2028-06-02
Also published as: JP2009296702A

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータに関し、特にロータの改良に関する。

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及び２参照）。

特開平１０−２７１７８４号公報特開２００１−１３６７２１号公報

上記特許文献１に係る永久磁石同期機は、両極磁石で構成したロータ、又は片極磁石と磁性材とを組み合わせて構成したロータに、ステータを対向配置して永久磁石同期機としてのアキシャルギャップ型モータを構成している。また、上記特許文献２に係る永久磁石同期機は、両極磁石と扇形の突極磁性材を用いたロータに、ステータを対向配置して永久磁石同期機としてのアキシャルギャップ型モータを構成している。

また、上記特許文献１及び２に係る永久磁石同期機として、図５に示すようなアキシャルギャップ型モータ１００が知られている。このアキシャルギャップ型モータ１００は、回転軸周りに回転可能なロータ１０１と、ロータ１０１を回転軸方向の両側から挟み込むようにして対向配置される一対のステータ１０２と、を備え、ロータ１０１は、主磁石部１０３、副磁石部１０４、及び磁性部材１０５などの磁気回路要素が非磁性材料からなるロータフレーム１０６に収容されて構成されている。また、ロータフレーム１０６は、周方向に所定間隔をおいて配置されて径方向に延びる複数のリブ１０７と、複数のリブ１０７によって接続されるシャフト部１０８及びリム部１０９と、を備える。さらに、リム部１０９の外周部には圧入などによって円環部材１１０が固着されている。

ところで、上記アキシャルギャップ型モータ１００では、ロータフレーム１０６のリム部１０９の外周部に円環部材１１０を圧入するため、高回転時においてリブ１０７の根元に発生する応力を低減することができ、ロータ１０１の高回転運転が可能となるが、図６に示すように、円環部材１１０の圧入後において、リブ１０７及びリム部１０９のリブ１０７との連結部近傍に生じる応力（図６の点描部分）が高くなり、ロータフレーム１０６の応力分布に大きなバラツキが生じてしまっていた。また、円環部材１１０を大きな締め代で圧入するには、高い圧入荷重を発生できる大型で高価な圧入装置が必要となっていた。さらに、圧入時の途中焼付きなどの不具合が発生する可能性があった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ロータフレームの応力分布のバラツキを軽減することができ、圧入荷重を低減することができるアキシャルギャップ型モータを提供することにある。

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（例えば、実施の形態での回転軸Ｏ）周りに回転可能なロータ（例えば、実施の形態でのロータ１１）と、回転軸方向の少なくとも一方側からロータに対向配置されるステータ（例えば、実施の形態でのステータ１２）と、を備えるアキシャルギャップ型モータであって、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、実施の形態でのリブ２１）と、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、実施の形態でのシャフト部２２）及びリム部（例えば、実施の形態でのリム部２３）と、を有するロータフレーム（例えば、実施の形態でのロータフレーム２０）と、回転軸方向に磁化され、周方向に隣接するリブ間にそれぞれ配置される主磁石部（例えば、実施の形態での主磁石部４１）と、リム部の外周部に圧入される円環部材（例えば、実施の形態での円環部材２５）と、を備え、リム部と円環部材との接合面におけるリブを径方向に投影した領域に逃げ部（例えば、実施の形態での逃げ溝２６）を設けることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、逃げ部は、ロータの全周に亘って設けられ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に記載の発明の構成に加えて、円環部材は、非磁性材料からな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モータによれば、ロータフレームのリム部の外周部に圧入される円環部材を備え、この円環部材とリム部との接合面におけるリブを径方向に投影した領域に逃げ部を設けるため、ロータフレームの応力分布のバラツキを軽減することができ、圧入荷重を低減することができる。

請求項２の発明によれば、逃げ部がロータの全周に亘って設けられるため、逃げ部と応力が高くなるリブとの周方向の位相を合わせる必要がなくなり、モータの組立て性を向上することができる。

請求項３の発明によれば、円環部材は非磁性材料からなるため、円環部材を通って磁束が短絡してしまうことを防止することができる。これにより、モータの発生トルクの減少や効率低下を防止することができる。

以下、本発明に係るアキシャルギャップ型モータの一実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０は、図１に示すように、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る略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏの軸方向（以後、単に軸方向と言う）の両側からロータ１１を挟み込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一対のステータ１２，１２と、を備える。

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のロータ１１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に伝達されて、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。

ステータ１２は、略円環板状のヨーク部１３と、ロータ１１に対向するヨーク部１３の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から軸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１４，…，１４と、適宜のティース１４，１４間に装着される固定子巻線（図示略）と、を備える。

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⁻極が軸方向で対向するように設定されている。例えば、軸方向で対向する一対のステータ１２，１２に対し、Ｕ^＋，Ｖ^＋，Ｗ^＋極及び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１４，１４，１４と、Ｕ^＋，Ｖ^＋，Ｗ^＋極及び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１４，１４，１４と、が軸方向で対向するように設定され、軸方向で対向する一方のステータ１２のティース１４と、他方のステータ１２のティース１４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、図１に示すように、ロータフレーム２０と、それぞれ周方向に交互に配置された状態でロータフレーム２０内に収容される複数の磁石極部４０，…，４０及び複数の副磁石部４３，…，４３と、を備える。

ロータフレーム２０は、非磁性材料である例えば、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、図１〜図３に示すように、周方向に所定間隔をおいて配置されて径方向に延びる複数のリブ２１，…，２１と、複数のリブ２１によって接続されるシャフト部２２及びリム部２３と、シャフト部２２の内周面の軸方向中央から径方向内側に延び、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）に接続される円環板状の接続部２４と、を備える。また、本実施形態では、リブ２１は、軸方向幅及び周方向幅が一定の角柱形状に形成される。

磁石極部４０は、厚さ方向（即ち、軸方向）に磁化された略扇形板状の主磁石部４１と、この主磁石部４１を厚さ方向の両側から挟み込む一対の磁性部材４２と、から構成され、径方向両側からシャフト部２２とリム部２３とにより挟み込まれると共に、主磁石部４１が周方向に隣り合うリブ２１によって周方向両側から挟み込まれて、ロータフレーム２０内に収容される。そして、周方向に隣り合う主磁石部４１，４１は、磁化方向が互いに異なる方向となるように設定される。また、磁性部材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。

副磁石部４３は、軸方向及び径方向に直交する方向（即ち、略周方向）に磁化された断面略矩形状の磁石であり、径方向両側からシャフト部２２とリム部２３とにより挟み込まれて、リブ２１の軸方向両側（換言すると、磁性部材４２の周方向両側）に位置して、ロータフレーム２０に収容される。

そして、本実施形態では、図１〜図３に示すように、ロータフレーム２０のリム部２３の外周部に、非磁性材料からなる円環部材２５が圧入により固着されている。この円環部材２５は、リム部２３と略同一の軸方向幅を有しており、リム部２３と円環部材２５との接合面におけるリブ２１を径方向に投影した領域、即ち、円環部材２５の内周面の軸方向中央に凹状の逃げ溝（逃げ部）２６が全周に亘って形成される。なお、本実施形態では、逃げ溝２６は、円環部材２５の内周面に形成されているが、リム部２３の外周面の軸方向中央に全周に亘って形成されていてもよい。

このように構成されたアキシャルギャップ型モータ１０では、円環部材２５の内周面に逃げ溝２６を形成したので、図４に示すように、円環部材２５の圧入後において、逃げ溝２６を形成しない場合と比較して、リブ２１及びリム部２３のリブ２１との連結部近傍に生じる応力（図４の点描部分）が低減される。これにより、ロータフレーム２０の応力分布のバラツキが軽減される。また、ロータフレーム２０に生じる応力が低減されるので、円環部材２５の圧入荷重も低減される。

以上説明したように、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０によれば、ロータフレーム２０のリム部２３の外周部に圧入される円環部材２５を備え、この円環部材２５とリム部２３との接合面におけるリブ２１を径方向に投影した領域に逃げ溝２６を形成するため、円環部材２５の圧入後において、リブ２１及びリム部２３のリブ２１との連結部近傍に生じる応力を低減することができる。これにより、ロータフレーム２０の応力分布のバラツキを軽減することができる。

また、ロータフレーム２０に生じる応力が低減されるので、円環部材２５の圧入荷重を低減することができる。これにより、高い圧入荷重を発生できる大型で高価な圧入装置が不要となるので、モータ１０の製造コストを低減することができる。また、圧入時の途中焼付きなどの不具合の発生を防止することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０によれば、ロータフレーム２０のリム部２３の外周部に円環部材２５が圧入されるため、高回転時においてリブ２１の根元に発生する応力を低減することができる。これにより、ロータ１１の高回転運転が可能となるので、モータ１０の出力を向上することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０によれば、逃げ溝２６が円環部材２５の全周に亘って設けられるため、逃げ溝２６と応力が高くなるリブ２１との周方向の位相を合わせる必要がなくなり、モータ１０の組立て性を向上することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０によれば、円環部材２５は非磁性材料からなるため、円環部材２５を通って磁束が短絡してしまうことを防止することができる。これにより、モータ１０の発生トルクの減少や効率低下を防止することができる。

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。
例えば、上記実施形態では、円環部材は、圧入によりロータフレームのリム部の外周部に取り付けられているが、ロータフレームに圧縮応力が発生するように取り付けられていればよいため、焼きばめにより取り付けられていてもよい。
また、上記実施形態では、逃げ部は、凹状の逃げ溝として円環部材の全周に亘って形成されているが、これに限定されず、リブに対応する位置に独立して形成するようにしてもよい。但し、この場合、逃げ部とリブとの周方向の位相合わせを考慮して、独立した逃げ部はリム部に形成する方が好ましい。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータの一実施形態を説明するための分解斜視図である。図１に示す円環部材が圧入されたロータフレームの要部拡大断面斜視図である。図１に示すロータの要部拡大断面図である。図２に示すロータフレーム及び円環部材に生じる応力を説明する図であり、軸方向中心で切断された状態の要部拡大斜視図である。従来のアキシャルギャップ型モータを説明するための分解斜視図である。図５に示すロータフレーム及び円環部材に生じる応力を説明する図であり、軸方向中心で切断された状態の要部拡大斜視図である。

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
２０ロータフレーム
２１リブ
２２シャフト部
２３リム部
２５円環部材
２６逃げ溝（逃げ部）
４０磁石極部
４１主磁石部
４２磁性部材
４３副磁石部
Ｏ回転軸

Claims

回転軸周りに回転可能なロータと、回転軸方向の少なくとも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、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と、
回転軸方向に磁化され、周方向に隣接する前記リブ間にそれぞれ配置される主磁石部と、
前記リム部の外周部に圧入される円環部材と、を備え、
前記リム部と前記円環部材との接合面における前記リブを径方向に投影した領域に逃げ部を設けることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
前記逃げ部は、前記ロータの全周に亘って設けられ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モータ。
前記円環部材は、非磁性材料からな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。