JP4816679B2

JP4816679B2 - アキシャルギャップモータ構造

Info

Publication number: JP4816679B2
Application number: JP2008135295A
Authority: JP
Inventors: 裕介皆川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP2008199895A

Description

本発明は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップモータのモータ構造に関するものである。

従来、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップモータは、種々の構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１８７６３５号公報

図７は従来のアキシャルギャップモータの一例の構成を示す図である。図７に示す例では、回転軸となるロータ軸５２と、ロータ軸５２に固定された円筒状のロータ５３と、ロータ５３と対向して設けられたステータ５４とを、ケース５５内に収納して、アキシャルギャップモータ５１を構成している。ここで、ロータ軸５２は、ベアリング５６を介してケース５５に回転自在に装着されている。また、ロータ５３は、ロータバックコア５７と、磁石５８及びロータコア５９とから構成されている。さらに、ステータ５４は、ステータバックコア６０と、ステータコア６１及びステータコイル６２とから構成されている。そして、ステータ５４とロータ５３との間にギャップ６３が形成されている。なお、６４はロータ軸５２の回転位置を検知するためのエンコーダであり、６５はケース５５内に設けられたアキシャルギャップモータ５１を冷却するための冷却水路である。

図８は従来のアキシャルギャップモータにおけるロータ磁石配置の一例をステータとロータとのギャップ平面から見た図である。図８に一例を示すように、従来のアキシャルギャップモータ５１では、ロータ５３のギャップ６３に対向するギャップ平面５３ａに、表面磁石５８を配置した構成をとっている。また、１ロータ１ステータの図１０に示す従来のアキシャルギャップモータ５１では、磁石５８を貫通した磁束を、円周方向に回して別の磁石５８及びステータ５４を経由してループ状に流す必要がある。そのため、ロータ５３の磁石５８の裏側に、磁束を円周方向に回すためのロータバックコア５７を必ず設ける必要があった。

上述した従来のアキシャルギャップモータ５１では、ロータ５３の磁石５８を表面磁石タイプとしているので、磁石５８の磁束を増加させるためには、モータの外径を大きくすることにより磁石量を増加させることが必要となり、モータのサイズが大きくなる問題があった。また、磁気抵抗が均一に成りやすく、リラクタンストルクの利用度が非常に低くなる問題があった。さらに、これは１ロータ１ステータ構造のアキシャルギャップモータ５１のみに言えることだが、この構造ではロータバックコア５７が必然的に必要となり、部品点数が多くなる問題もあった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、モータのサイズを大きくすることなく、リラクタンストルクを効果的に利用でき、モータのトルクを大きくすることが出来るアキシャルギャップモータ構造を提供しようとするものである。

本発明のアキシャルギャップモータの構造は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップモータにおいて、厚み方向に磁化された磁石の磁極面が、対向するステータとロータとのギャップ平面に対して垂直方向となるようロータ内の磁石を配置するとともに、隣接するステータコアがなす角度を隣接する磁石がなす角度よりも小さくすることで、磁石を挟み込むステータコアと磁石間の磁性材を挟み込むステータコアとが同時に存在するようにステータのステータコアを配置したことを特徴とするものである。

本発明のアキシャルギャップモータ構造では、ロータの磁石配置をギャップ平面に対して垂直方向に磁石の着磁面を配置する事により、軸長方向に延長する事が出来るので、モータの外径に影響せずに磁石量を増加する事が出来る。また、ギャップ表面に圧粉鉄芯のような磁石以外の透磁材料が有るので、従来のような表面磁石タイプでは利用できないリラクタンストルクを利用する事が出来、トルクをアップすることが出来る。また、磁石を挟み込むステータコアと磁石間の磁性材を挟み込むステータコアとが同時に存在するようにステータのステータコアを配置する事により、磁石トルクを出す事が出来るとともに、リラクタンストルクを出す事が出来る。

なお、本発明のアキシャルギャップモータ構造の好適例においては、ロータ内で互いに隣り合う磁石の磁極が同一となるよう磁石を配置することができる。このように構成すれば、Ｑ軸磁束を磁石間に流す構成とすることができるため、磁石配置が容易である。

また、本発明のアキシャルギャップモータ構造の好適例においては、ロータの両側にステータを配置することができる。このように構成すれば、従来１ロータ１ステータ構造の場合通常磁束をロータ側に戻すためにロータバックコアが必要に成るが、その構成要素を無しにできるため、ロータ構成が単純となり、磁気抵抗も小さくなり、モータが小型となる。

さらに、本発明のアキシャルギャップモータ構造の好適例においては、ロータの外周部に非磁性のリングを配置することができる。このように構成すれば、ロータ外側に非磁性リングを備える事で、ロータのバーストを避ける事が出来る。アキシャルギャップモータでは、外周側がギャップ平面とは成らないので、厚い非磁性リングを設ける事が出来る。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明に係るアキシャルギャップモータの一例を説明するための図である。図１に示す例において、回転軸となるロータ軸２と、ロータ軸２に固定された円筒状のロータ３と、ロータ３と対向して設けられたステータ４とを、ケース５内に収納して、アキシャルギャップモータ１を構成している。

ここで、ロータ軸２は、ベアリング６を介してケース５に回転自在に装着されている。また、ロータ３は、ロータリング７、磁石８及びロータコア９から構成されている。さらに、ステータ４は、ステータバックコア１０と、ステータコア１１及びステータコイル１２とから構成されている。ステータバックコア１０は、ステータコア１１をケース５に固定するとともに、ステータコア１１の磁束を周方向に回して再度磁束を別のステータコア１１へ流すために使用されている。ステータコア１１は、磁束を軸方向に流す部位であるその外周にステータコイル１２を巻回している。そして、ステータ４とロータ３との間にギャップ１３が形成されている。なお、１４はロータ軸２の回転位置を検知するためのエンコーダであり、１５はケース５内に設けられたアキシャルギャップモータ１を冷却するための冷却水路である。

図１に示す例は基本的には図５に示す従来のアキシャルギャップモータと同じ１ロータ１ステータの構成を有している。本発明の特徴は後述するロータ３の構成にあり、そのため、図１に示す本発明例では図５では必須の構成であったロータバックコアを必要としない。

図２は本発明に係るアキシャルギャップモータの他の例を説明するための図である。図２に示す例において、図１に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す例において、図１に示す例と異なる点は、ロータ３の両側にそれぞれロータ３と対向して２つのステータ４を有する１ロータ２ステータとした点である。後述するように特徴のある本発明に係るロータ３を用いることで、１ロータ２ステータ構造の効率の高いアキシャルギャップモータを簡単に得ることができる。

図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係るアキシャルギャップモータ構造におけるロータの一例を説明するための正面図及び鳥瞰図である。図３（ａ）、（ｂ）に示す例において、本発明の第１発明に係るアキシャルギャップモータ構造の特徴となるロータ３では、磁石８の磁極面８ａが、対向するステータ４とロータ３とのギャップ１３の存在する面に対して垂直方向となるよう磁石８を配置した点に特徴がある。このように構成することで、図３（ｂ）に示すように磁束が発生する。また、本例では、ロータ３内で互いに隣り合う磁石８の磁極（ＮまたはＳ）が同一となるよう構成している。なお、本発明において「ギャップ平面に対して垂直」とは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、磁石８の磁極面８ａが、ロータ３の回転中心からの放射線方向に沿っていることを意味している。

図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来例及び本発明例における磁石配置を比較して説明するための図である。なお、本例では、従来例と本発明例との比較が簡単にできるよう、図４（ａ）に示す従来例の各部材には、図４（ｂ）に示す本発明例と同じ符号を付している。まず、図４（ａ）に示す表面磁石ロータ構造の従来例において、磁石外半径ｒ１：１００（ｍｍ）、磁石内半径ｒ２：２５（ｍｍ）としたとき、表面磁石８一枚当たりの面積Ａ１は、Ａ１＝１４７２（ｍｍ^２）となる。これと同じ表面磁石面積を図４（ｂ）に示す本発明例で得ようとすると、各磁石の磁石軸方向の長さＬ１を、Ｌ１＝Ａ１／（ｒ１−ｒ２）／２からＬ１＝９．８（ｍｍ）とすることができる。そのため、ロータ３の回転軸方向の長さをＬ１またはＬ１より若干大きい長さとすることで、同じ磁石量のロータ３が得られることがわかる。

図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来例及び本発明例における磁石とステータコアとの位置関係を比較して説明するための図である。本例でも、比較が簡単にできるように、図５（ａ）に示す従来例の各部材には、図５（ｂ）に示す本発明例と同じ符号を付している。図５（ａ）に示す表面磁石ロータ構造の従来例では、ステータ４からロータ３方向（軸方向）へ、磁束は磁石８を通過して磁束ループを形成する。本例では、ステータコア１１間がほとんど磁石８の磁極面となり、ギャップ表面にＱ軸磁束を通過する部位が無いので、リラクタンストルクは出しにくい。一方、図５（ｂ）に示す本発明の第１発明例では、磁石８を挟み込むステータコア１１と磁石８間の磁性材（ロータコア９）を挟み込むステータコア１１とが存在する。前者は、磁石トルクを出す事が出来、後者は、リラクタンストルクを出す事が出来る。

図６は本発明に係るアキシャルギャップモータ構造におけるロータの他の例を説明するための図である。図６に示す例において、図３（ａ）、（ｂ）と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図６に示す例において、図３（ａ）、（ｂ）に示す例と異なる点は、磁石８の配置を図３（ａ）、（ｂ）の例と異ならした点である。本例では、磁石８を立体的にレイアウトする事により、２ステータの際の磁石利用度を上げることが出来る。

図３〜図６に示した本発明に係るアキシャルギャップモータ構造では、ロータ３の磁石８の配置をギャップ平面に対して垂直方向に磁石８の着磁面８ａを配置する事により、軸長方向に延長する事が出来るので、モータの外径に影響せずに磁石量を増加する事が出来る。また、ギャップ表面に磁石８以外の圧粉鉄芯等の透磁材料が有る（ロータコア９）ので、従来のような表面磁石タイプでは利用できないリラクタンストルクを利用する事が出来、トルクをアップすることが出来る。

本発明のアキシャルギャップモータ構造は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップモータにおいて、モータのサイズを大きくすることなく、リラクタンストルクを効果的に利用でき、モータのトルクを大きくする用途に好適に使用することができる。

本発明に係るアキシャルギャップモータの一例を説明するための図である。本発明に係るアキシャルギャップモータの他の例を説明するための図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係るアキシャルギャップモータ構造におけるロータの一例を説明するための正面図及び鳥瞰図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来例及び本発明例における磁石配置を比較して説明するための図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来例及び本発明例における磁石とステータコアとの位置関係を比較して説明するための図である。本発明に係るアキシャルギャップモータ構造におけるロータの他の例を説明するための図である。従来のアキシャルギャップモータの一例の構成を示す図である。従来のアキシャルギャップモータにおけるロータ磁石配置の一例をステータとロータとのギャップ面から見た図である。

符号の説明

１アキシャルギャップモータ
２ロータ軸
３ロータ
４ステータ
５ケース
６ベアリング
７ロータリング
８磁石
８ａ磁極面
９ロータコア
１０ステータバックコア
１１ステータコア
１２ステータコイル
１３ギャップ
１４エンコーダ
１５冷却通路

Claims

回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップモータにおいて、厚み方向に磁化された磁石の磁極面が、対向するステータとロータとのギャップ平面に対して垂直方向となるようロータ内の磁石を配置するとともに、隣接するステータコアがなす角度を隣接する磁石がなす角度よりも小さくすることで、磁石を挟み込むステータコアと磁石間の磁性材を挟み込むステータコアとが同時に存在するようにステータのステータコアを配置したことを特徴とするアキシャルギャップモータ構造。
ロータ内で互いに隣り合う磁石の磁極が同一となるよう磁石を配置した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モータ構造。
ロータの両側にステータを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載のアキシャルギャップモータ構造。
ロータの外周部に非磁性のリングを配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモータ構造。