JP4470037B2 - アキシャルギャップ回転電機 - Google Patents
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Description
前記の構成において、前記回転子の径方向外側における磁束(Φ)の量が、回転子の径方向内側における磁束の量より多く設定される構成は、回転子の径方向における前記永久磁石の単位長さ当たりの断面積(S)を、回転子の内周側より外周側で大きくすることによって実現される。
また、前記の構成において、前記回転子の径方向外側における磁束(Φ)の量が、回転子の径方向内側における磁束の量より多く設定される構成は、回転子の径方向位置ごとの前記永久磁石の起磁力(F)を、回転子の内周側より外周側で大きくすることによっても実現される。
さらに、前記の構成において、前記回転子の径方向外側における磁束(Φ)の量が、回転子の径方向内側における磁束の量より多く設定される構成は、前記回転子の径方向位置ごとの前記永久磁石の着磁面における磁束密度(B)を、回転子の内径側より外径側で大きくすることによっても実現される。
前記のように、磁束の量の調整を断面積によって行う場合、前記回転子の軸線方向における前記永久磁石の厚さが、回転子の外径側に対して内径側で薄くされる構成とされる。その場合、前記永久磁石は矩形断面を有し、回転子の周方向における前記永久磁石の幅が一定にされる構成とすることができる。
また、前記のように、磁束の量の調整を起磁力によって行う場合、回転子の周方向における前記永久磁石の幅が、回転子の外径側に対して内径側で小さくされる構成とされる。
そして、前記のように、磁束の量の調整を着磁量で行う場合、回転子の径方向における前記永久磁石の着磁量が、回転子の外径側に対して内径側で少なくされる構成とされる。
したがって、いずれの場合においても、前記回転子の鉄心における磁束密度を、回転子の径方向にほぼ一定にすることが望ましい。
鉄心中の磁束密度は、磁路幅に反比例するので、永久磁石11の着磁面(11a、11b)における磁束密度が半径方向によらずに一定で、永久磁石11の回転子軸線方向(紙面に垂直な方向)の厚さも一定ならば、鉄心における磁束密度は符号A0で示す部分(回転子半径方向外側)より符号A1で示す部分(回転子半径方向内側)の方が大きくなる。
本願発明は、径方向外側における磁束の量を径方向内側における磁束の量より大きく設定した永久磁石を回転子に備えることを特徴とする。鉄心における磁束密度は永久磁石が発生する磁束の量に比例するので、回転子外側では、回転子内側より長い磁路幅による磁束密度の減少を、永久磁石が発生する磁束の量を多くすることで相殺する。これにより鉄心内の磁束密度を半径方向にほぼ一定にすることができ、すなわち永久磁石11から発生する磁束ベクトルを全て周方向を向くようにすることができ、永久磁石11の磁力を効率よくトルクとして利用できることになる。
ここで、回転子外側で永久磁石が発生する磁束の量を多く設定するには、例えば、(a)永久磁石の軸方向厚さを内径側より外径側で厚くする、(b)永久磁石の周方向幅を内径側より外径側で大きくする、(c)永久磁石の着磁量を内径側より外径側で多くする、(d)永久磁石の起磁力を内径側より外径側で大きくする、ことにより達成できる。
さらに、回転子の永久磁石が径方向に一様な磁束を発生する場合、径方向外側では鉄心の磁路幅が大きいので鉄心内で磁気飽和を起こさなくとも、回転子径方向内側では、磁路幅が小さいので磁気飽和を起こす可能性がある。これに対して本発明では、回転子鉄心内の磁束密度を径方向に一定にすることができる。すなわち鉄心内で磁気飽和を生じさせることがない。従って本発明によれば、回転子鉄心内で磁気飽和を生じさせることがないので、永久磁石の磁力を有効に回転駆動力に利用することができる。
B=k(d・dW/W・dW)
の関係にある。ここでd・dWは磁石11の半径方向微小長さdWと回転子厚さ方向長さdの積で面積を表す。したがってk・d・dWはその面積の着磁面が発生する磁束の量を表す。その磁束量が、鉄心12の回転子面の半径方向微小長さdW、周方向の磁路幅Wを通過するので,磁束密度Bは上式となる。
B0=k(d0/W0)
となり、内径側の磁路幅をW1、磁石厚さをd1とすると、鉄心における内径側の磁束密度は
B1=k(d1/W1)
となる。したがって、これら磁束密度の比B0/B1=(d0/d1)・(W1/W0) であり、磁路幅の比(W1/W0)<1であるから、内径側と外径側の磁束密度が同等となるためには、磁石厚さの比(d0/d1)>1でなければならない。したがって、この実施例では、内径側の磁石厚さを外径側に比べて小さくしている。
F=Hc・l
Φ=F/Rm
したがって、外径側に対して内径側の磁石の幅を狭くした場合は、内径側の起磁力Fを小さくしたことになり、これは、外径側に対して内径側の磁束Φを小さくしたことになる。
Φ=B・S
という関係を持つ。この例では、磁石の外径側に対して内径側が磁束密度Bが小さいので、外径側に対して内径側は磁束Φが小さくなる。
2 固定子
11 永久磁石
11a,11b 着磁面
12 鉄心
Claims (8)
- 回転子(1)と固定子(2)とが軸線方向において空隙を挟んで対向させられ、前記回転子に永久磁石(11)及び鉄心(12)が配置され、永久磁石トルク及びリラクタンストルクを発生可能としたアキシャルギャップ回転電機において、
前記永久磁石が、着磁面(11a,11b)が回転子の周方向に向くように配置され、
前記鉄心が、回転子の周方向において前記永久磁石と交互に配置され、
前記回転子の径方向外側における磁束(Φ)の量が、回転子の径方向内側における磁束の量より多く設定されることを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。 - 前記回転子の径方向における前記永久磁石の単位長さ当たりの断面積(S)を、回転子の内周側より外周側で大きくすることによって、前記回転子の径方向外側における磁束の量が、回転子の径方向内側における磁束の量より多く設定される請求項1に記載のアキシャルギャップ回転電機。
- 前記回転子の径方向位置ごとの前記永久磁石の起磁力(F)を、回転子の内周側より外周側で大きくすることによって、前記回転子の径方向外側における磁束の量が、回転子の径方向内側における磁束の量より多く設定される請求項1に記載のアキシャルギャップ回転電機。
- 前記回転子の径方向位置ごとの前記永久磁石の着磁面における磁束密度(B)を、回転子の内径側より外径側で大きくすることによって、前記回転子の径方向外側における磁束の量が、回転子の径方向内側における磁束の量より多く設定される請求項1に記載のアキシャルギャップ回転電機。
- 前記回転子の軸線方向における前記永久磁石の厚さが、回転子の外径側より内径側で薄くされる請求項1又は2に記載のアキシャルギャップ回転電機。
- 前記永久磁石は矩形断面を有し、
回転子の周方向における前記永久磁石の幅が一定にされる請求項1、2又は5に記載のアキシャルギャップ回転電機。 - 回転子の周方向における前記永久磁石の幅が、回転子の外径側より内径側で小さくされる請求項1又は3に記載のアキシャルギャップ回転電機。
- 回転子の径方向における前記永久磁石の着磁量が、回転子の外径側より内径側で少なくされる請求項1又は4に記載のアキシャルギャップ回転電機。
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