JP5384144B2 - Axial gap type motor - Google Patents

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本発明は、円盤状のロータとステータを回転中心軸線方向に対向させたアキシャルギャップ型モータに関し、特に該モータの空隙を可変とする技術に関する。   The present invention relates to an axial gap type motor in which a disk-shaped rotor and a stator are opposed to each other in the rotation center axis direction, and more particularly to a technique for making the gap of the motor variable.

円盤型のロータに対して、ロータの回転中心軸線方向の端面に空隙を挟んでステータを対向させて配置したいわゆるアキシャルギャップ型モータは従来から知られている。このモータは、回転中心軸線方向で対向したロータとステータの対向する表面間で作用する磁力により回転駆動力を得るものである。アキシャルギャップ型モータは、在来の円筒状のロータとその周面を取巻く環状のステータとで構成されるいわゆるラジアルタイプのモータに対して、回転中心軸線方向の厚みを小さくできるという長所がある。   A so-called axial gap type motor in which a stator is opposed to a disk-type rotor with a gap interposed between end faces in the direction of the rotation center axis of the rotor is conventionally known. This motor obtains a rotational driving force by a magnetic force acting between the rotor and the stator facing each other in the axial direction of the rotation center. The axial gap type motor has an advantage that the thickness in the axial direction of the rotation center can be reduced as compared with a so-called radial type motor composed of a conventional cylindrical rotor and an annular stator surrounding the peripheral surface thereof.

そして、永久磁石同期モータでは、モータ回転速度の上昇に比例して逆起電力が生じ、この逆起電力がモータを回転駆動する電圧より高くなると、それ以上モータを高速回転させることはできない。
そこで、この逆起電力を抑えるために、ステータコイルにモータ駆動用の磁界に加えて逆起電力を生じさせる磁界を打ち消すための磁界を発生させるように電圧を加える。この方法は、通常、弱め界磁制御と呼ばれる。この弱め界磁制御により、モータをより高速に回転させることが可能となる。
In the permanent magnet synchronous motor, a counter electromotive force is generated in proportion to an increase in the motor rotation speed. When the counter electromotive force becomes higher than a voltage for rotationally driving the motor, the motor cannot be rotated at a higher speed.
Therefore, in order to suppress the counter electromotive force, a voltage is applied to the stator coil so as to generate a magnetic field for canceling the magnetic field that generates the counter electromotive force in addition to the magnetic field for driving the motor. This method is usually called field weakening control. This field weakening control makes it possible to rotate the motor at a higher speed.

そして、例えば、車両駆動用モータとして用いられ、定速走行状態では、モータは高速回転で低出力トルクであることが求められる。そのような場合に、前記した弱め界磁制御のための電流を弱めることが可能なように、前記空隙距離を増大させてステータとロータ間の磁界を弱めることにより弱め界磁制御の電流を抑制可能にするアキシャルギャップ型モータの技術が特許文献1に開示されている。   For example, it is used as a motor for driving a vehicle, and in a constant speed running state, the motor is required to rotate at a high speed and have a low output torque. In such a case, in order to be able to weaken the current for the field-weakening control described above, an axial that can suppress the field-weakening current by increasing the gap distance and weakening the magnetic field between the stator and the rotor. The technique of the gap type motor is disclosed in Patent Document 1.

特開2005−318718号公報(図1参照)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-318718 (see FIG. 1)

しかしながら、前記特許文献1に記載の技術では、ステータとロータとの回転中心軸方向の空隙を拡大する方向にロータを付勢する弾性部材(本発明における位置設定部材に対応)としてのコイルバネが、ステータの内周部にロータシャフトに沿って配置された構成が示されており(特許文献1、図1参照)、ステータのコアが配置される領域の内径を小さくし、トルクに有効な磁路面積を確保しようとすると、ステータの内周部に配置されたコイルバネがそれを制約する構成であった。
また、弾性部材の付勢力(弾性力)は、ロータとステータとの磁気吸引力に応じて設定する必要があり、大きなトルクを発生させるようなアキシャルギャップ型モータの場合、磁気吸引力も大きくなるので、それに応じて付勢力(斥力)が大きな弾性部材が必要となる。その場合に、弾性部材としてコイルバネを考えると、コイルバネの線材径を太くするとともに、外径も大きくする必要がある。そうすると、ステータの周方向に周期的に複数配置されたコアの領域の内径を小さくすることがより強く制約される。
However, in the technique described in Patent Document 1, a coil spring as an elastic member (corresponding to the position setting member in the present invention) that urges the rotor in a direction in which the gap in the rotation central axis direction between the stator and the rotor is enlarged, The structure arrange | positioned along the rotor shaft is shown by the inner peripheral part of a stator (refer patent document 1, FIG. 1), the internal diameter of the area | region where the core of a stator is arrange | positioned is made small, and a magnetic path effective in a torque When it is going to secure an area, the coil spring arrange | positioned at the inner peripheral part of the stator was the structure which restrains it.
In addition, the biasing force (elastic force) of the elastic member needs to be set according to the magnetic attractive force between the rotor and the stator. In the case of an axial gap type motor that generates a large torque, the magnetic attractive force also increases. Accordingly, an elastic member having a large biasing force (repulsive force) is required. In this case, when a coil spring is considered as the elastic member, it is necessary to increase the wire diameter of the coil spring and increase the outer diameter. If it does so, reducing the internal diameter of the area | region of the core arrange | positioned periodically in the circumferential direction of a stator will be restrict | limited more strongly.

本発明は、前記した課題を解決するものであり、ステータとロータとの間に形成される軸方向の空隙の間隔を調整可能とするアキシャルギャップ型モータにおいて、出力トルクを増大させながら比較的径方向のサイズを小さく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を目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and in an axial gap type motor capable of adjusting the gap between the axial gaps formed between the stator and the rotor, the diameter of the axial gap motor is increased while increasing the output torque. An object of the present invention is to provide an axial gap type motor capable of reducing the size in the direction.

前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、回転中心軸周りに回転可能なシャフトの外周上を、回転中心軸方向に摺動可能に配置されたロータと、前記回転中心軸方向の一方側からロータと空隙を挟んで対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるステータと、を備えるアキシャルギャップ型モータであって、ロータは、ステータとの対向面に周方向に配列され、回転中心軸方向に磁化されるとともに、周方向に隣接する磁極が互いに反転するように配置された複数の永久磁石部を有し、空隙の間隔を拡大する方向に回転中心軸に沿ってロータを付勢する位置設定部材をロータの内周部に配置し、前記位置設定部材は、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, an axial gap type motor according to the first aspect of the present invention is a rotor arranged to be slidable on the outer periphery of a shaft that can rotate around the rotation center axis in the direction of the rotation center axis. And a stator that is disposed opposite to the rotor with a gap from one side in the direction of the rotation center axis, and is used as a core for winding a coil. Are arranged in the circumferential direction on the opposite surface of the magnet, are magnetized in the direction of the central axis of rotation, and have a plurality of permanent magnet portions arranged so that the magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are reversed with each other, thereby widening the gap interval the position setting member for urging the rotor is disposed on the inner peripheral portion of the rotor along the rotation center axis direction, the position setting member comprises a pair of permanent magnets which is disposed to face the surfaces of the same pole And wherein the door.

通常、ロータに放射状に固定される永久磁石部が配置される領域の内径の方が、ステータのコアおよびコイルを含めた領域の内径よりもステータのコイルエンド分だけ大きいので、ロータの永久磁石部より径方向内方側の内周部にスペースが確保できる。
請求項1に記載の発明によれば、位置設定部材をロータの内周部に配置するので、ステータのコアを径方向内方側に広げ、従来よりも広い磁路面積を確保しつつ、径方向にコンパクトで回転中心軸方向の空隙を拡大、縮小できるギャップ可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
また、位置設定部材は、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石を備えるので、例えば、S極同士、または、N極同士を対向して配置することにより磁気斥力が発生し、空隙の間隔と付勢力の関係を非線形にすることができる。
特に、位置設定部材としてコイルバネと、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石とを組み合わせることにより、空隙の間隔と付勢力の関係を非線形に、特に、永久磁石間の距離と磁気斥力の特性から、空隙の間隔が最小に近づくと急激に位置設定部材の付勢力が増加する特性にすることができる。これにより、ロータの永久磁石部およびステータのコイルに通電する電流による吸引力が強い場合も、空隙の間隔を最小値より大きく維持することも可能となる。
特に、位置設定部材として、圧電素子のスタックと、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石とを組み合わせることにより、空隙の間隔と付勢力の関係を非線形に、特に、永久磁石間の距離と磁気斥力の特性から、空隙の間隔が最小に近づくと急激に位置設定部材の付勢力が増加する特性にすることができる。また、圧電素子を組み合わせて用いることにより、ロータとステータとの空隙の間隔を、圧電素子に通電する電圧により任意に制御できる。
Usually, the inner diameter of the region where the permanent magnet portion radially fixed to the rotor is arranged is larger than the inner diameter of the region including the stator core and the coil by the amount of the coil end of the stator. A space can be secured in the inner peripheral portion on the radially inner side.
According to the first aspect of the present invention, since the position setting member is disposed on the inner peripheral portion of the rotor, the core of the stator is expanded radially inward, and the diameter of the magnetic path is secured while ensuring a wider magnetic path area than in the past. It is possible to construct a variable gap axial gap type motor that is compact in direction and can expand and contract the gap in the direction of the rotation center axis.
Moreover, since the position setting member includes a pair of permanent magnets arranged so that the surfaces of the same magnetic pole face each other, for example, magnetic repulsion is generated by arranging the south poles or the north poles facing each other, The relationship between the gap interval and the urging force can be made nonlinear.
In particular, by combining a coil spring as a position setting member and a pair of permanent magnets with the same magnetic pole face facing each other, the relationship between the gap spacing and the urging force can be made nonlinear, especially the distance between the permanent magnets and the magnetic force. From the repulsive force characteristic, the biasing force of the position setting member can be abruptly increased as the gap interval approaches the minimum. Thus, even when the attractive force due to the current applied to the permanent magnet portion of the rotor and the coil of the stator is strong, the gap interval can be maintained larger than the minimum value.
In particular, as a position setting member, by combining a stack of piezoelectric elements and a pair of permanent magnets with the same magnetic pole face facing each other, the relationship between the gap spacing and the urging force is made nonlinear, especially between the permanent magnets. From the characteristics of the distance and the magnetic repulsive force, the biasing force of the position setting member can be abruptly increased as the gap interval approaches the minimum. Further, by using a combination of piezoelectric elements, the gap between the rotor and the stator can be arbitrarily controlled by the voltage applied to the piezoelectric elements.

請求項に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、回転中心軸周りに回転可能なシャフトの外周上を、回転中心軸方向に摺動可能に配置されたロータと、前記回転中心軸方向の一方側から前記ロータと空隙を挟んで対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるステータと、を備えるアキシャルギャップ型モータであって、ロータは、ステータとの対向面に周方向に配列され、回転中心軸方向に磁化されるとともに、周方向に隣接する磁極が互いに反転するように配置された複数の永久磁石部を有し、空隙の間隔を拡大する方向に回転中心軸に沿ってロータを付勢する位置設定部材をロータの内周部に配置し、シャフトが、その外周面に、置設定部材を支持するための径方向外方に拡径された位置設定支持部を有し、ロータは、永久磁石部が周方向に配列された領域よりも内周側に、ステータと対向する面に開口し、回転中心軸方向に伸びる環状かつ有底の位置設定部材配置室を有し、前記位置設定部材は、一対の永久磁石であり、一方の永久磁石を位置設定部材配置室に固定し、他方の永久磁石を位置設定支持部のロータと対向する面に、同一磁極が対向するように固定することによって、付勢力をロータに与えることを特徴とする。 An axial gap type motor according to a second aspect of the present invention includes a rotor disposed on an outer periphery of a shaft that is rotatable around a rotation center axis so as to be slidable in the direction of the rotation center axis; An axial gap type motor including a stator and a stator that is used as a core for winding a coil, and is opposed to the rotor with a gap from one side, and the rotor is disposed in a circumferential direction on a surface facing the stator. Arranged and magnetized in the direction of the rotation center axis, and has a plurality of permanent magnet portions arranged so that the magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are reversed to each other, and along the rotation center axis in the direction of expanding the gap interval A position setting member that biases the rotor is disposed on the inner peripheral portion of the rotor, and the shaft has a position setting support portion that is radially outwardly expanded to support the setting member on the outer peripheral surface thereof. Shi The rotor has an annular and bottomed position setting member arrangement chamber that opens in a surface facing the stator and extends in the direction of the rotation center axis on the inner circumferential side of the region where the permanent magnet portions are arranged in the circumferential direction, The position setting member is a pair of permanent magnets, one of the permanent magnets is fixed to the position setting member arrangement chamber, and the other magnetic pole is opposed to the surface of the position setting support portion facing the rotor. The urging force is applied to the rotor by fixing to the rotor.

請求項に記載の発明によれば、永久磁石部が周方向に配列された領域よりも内周側に、位置設定部材配置室を配し、一対の永久磁石のうちの一方の永久磁石を位置設定部材配置室に固定し、他方の永久磁石を位置設定支持部のロータと対向する面に、同一磁極が対向するように固定するので、ステータのコアを径方向内方側に広げ、従来よりも広い磁路面積を確保しつつ、径方向にコンパクトで回転中心軸方向の空隙を拡大、縮小できるギャップ可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。 According to the second aspect of the present invention, the position setting member disposition chamber is disposed on the inner peripheral side of the region where the permanent magnet portions are arranged in the circumferential direction, and one of the pair of permanent magnets is Fixed to the position setting member placement chamber, and the other permanent magnet is fixed to the surface facing the rotor of the position setting support portion so that the same magnetic pole faces, so the stator core is expanded radially inward, It is possible to configure a variable gap axial gap type motor that is compact in the radial direction and can expand and contract the gap in the direction of the rotation center axis while securing a wider magnetic path area.

請求項に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項に記載の発明の構成に加え、位置設定部材配置室の開口の縁部が、位置設定支持部のロータと対向する面と当接可能に配置し、開口の縁部と位置設定支持部のロータと対向する面とが当接することにより、ロータとステータとの空隙を最小間隔に規定することを特徴とする。 In addition to the configuration of the invention described in claim 2 , the axial gap type motor according to the invention described in claim 3 includes a surface where the edge of the opening of the position setting member arrangement chamber faces the rotor of the position setting support part. It arrange | positions so that contact | abutting is possible, and the space | interval of a rotor and a stator is prescribed | regulated to the minimum space | interval, when the edge part of opening and the surface which opposes the rotor of a position setting support part contact | abut.

請求項に記載の発明によれば、位置設定部材配置室の開口の縁部が、位置設定支持部のロータと対向する面と当接可能に配置し、開口の縁部と位置設定支持部のロータと対向する面とが当接することにより、ロータとステータとの空隙を最小間隔に規定するので、ロータとステータとが接触することを防止できる。 According to the third aspect of the present invention, the edge of the opening of the position setting member disposition chamber is disposed so as to be able to contact the surface of the position setting support portion facing the rotor, and the edge of the opening and the position setting support portion Since the gap between the rotor and the surface facing the rotor is in contact with the rotor, the gap between the rotor and the stator is defined as a minimum distance, so that contact between the rotor and the stator can be prevented.

請求項に記載の発明に係るアキシャルギャップ型モータは、請求項に記載の発明の構成に加え、一対の永久磁石内の一方の永久磁石を、位置設定部材配置室に圧入された第1のカラーで固定し、他方の永久磁石を、位置設定支持部のロータと対向する面に開口するように形成した環状の位置設定部材配置溝に挿入し、その後に、第2のカラーを位置設定部材配置溝に圧入して固定されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect of the invention, the first gap magnet is press-fitted into the position setting member disposition chamber in the first permanent magnet. The other permanent magnet is inserted into an annular position setting member disposition groove formed so as to open on the surface facing the rotor of the position setting support portion, and then the second collar is positioned. It is characterized by being press-fitted into the member arrangement groove and fixed.

請求項に記載の発明によれば、第1および第2のカラーで一対の永久磁石をそれぞれ固定できるので、永久磁石を確実に固定できる。 According to the invention described in claim 4 , since the pair of permanent magnets can be fixed by the first and second collars, the permanent magnets can be fixed securely.

請求項に記載の発明のアキシャルギャップ型モータは、請求項1から請求項のいずれか1項に記載の発明の構成に加え、シャフトの外周面に、ロータが空隙の許容される最大間隔以上ステータと離れないようにストッパを設けたことを特徴とする。 The axial gap type motor according to a fifth aspect of the present invention is the axial gap motor according to any one of the first to fourth aspects, in addition to the configuration according to any one of the first to fourth aspects. As described above, a stopper is provided so as not to leave the stator.

請求項に記載の発明によれば、位置設定部材の付勢力によりロータとステータが回転中心軸方向に離れ過ぎて、ロータとステータ間で磁気吸引力が発生しなくなるのを防止でき、弱め界磁制御、強め界磁制御が可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, it can be prevented that the magnetic attractive force is not generated between the rotor and the stator due to the biasing force of the position setting member causing the rotor and the stator to be separated from each other in the direction of the rotation center axis. Strong field control becomes possible.

本発明によれば、ステータとロータとの対向面の間に形成される回転中心軸方向の空隙の間隔を調整可能とする位置設定部材の付勢力を、より増大させながら、ステータのコアとロータの磁路面積を確保しつつ、径方向のサイズを小さくすることができる出力トルクが大きなアキシャルギャップ型モータを提供できる。   According to the present invention, while further increasing the biasing force of the position setting member that can adjust the space between the gaps in the rotation center axis direction formed between the opposing surfaces of the stator and the rotor, the stator core and the rotor It is possible to provide an axial gap type motor with a large output torque that can reduce the size in the radial direction while securing the magnetic path area.

本発明の第1の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。It is a schematic cross section of the axial gap type motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態における空隙の間隔の制御の説明図である。It is explanatory drawing of control of the space | gap space | interval in 1st Embodiment. 図1におけるロータとステータの回転中心軸Lの上半分を模式的に示したものであり、(a)は、ロータとステータとの磁気吸引力が増すように界磁電流を通電制御している場合の説明図、(b)は、ロータとステータとの磁気吸引力が減ずるように界磁電流を通電制御している場合の説明図である。FIG. 2 schematically shows the upper half of the rotation center axis L of the rotor and stator in FIG. 1, and (a) controls the energization of the field current so that the magnetic attractive force between the rotor and the stator is increased. FIG. 6B is an explanatory diagram when the field current is energized and controlled so that the magnetic attractive force between the rotor and the stator is reduced. 第2の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの図1におけるA部拡大図である。It is the A section enlarged view in FIG. 1 of the axial gap type motor which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態における弾性部材の荷重特性の曲線X1Bと、コイルへの非通電時に、ロータの永久磁石とステータのコアとの間に働く磁気吸引力FMの特性曲線の説明図である。And curves X1 B of the load characteristics of the elastic member in the second embodiment, during non-energization of the coil is the illustration of the characteristic curve of the magnetic attraction force F M acting between the permanent magnet and the core of the stator of the rotor . 第3の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータの図1におけるA部拡大図であり、(a)は、弾性部材として軸方向ピッチの異なる円筒コイルバネを用いた場合の説明図、(b)は、弾性部材として円錐コイルバネを用いた場合の説明図である。1. It is an A section enlarged view in FIG. 1 of the axial gap type motor in 3rd Embodiment, (a) is explanatory drawing at the time of using the cylindrical coil spring from which an axial pitch differs as an elastic member, (b) is elastic. It is explanatory drawing at the time of using a conical coil spring as a member. 第3の実施形態における弾性部材の荷重特性の曲線X1Cと、コイルへの非通電時に、ロータの永久磁石とステータのコアとの間に働く磁気吸引力FMの曲線の説明図である。And curves X1 C load characteristics of the elastic member in the third embodiment, during non-energization of the coil is an explanatory view of a curve of the magnetic attraction force F M acting between the permanent magnet and the core of the stator of the rotor. 第2および第3の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおけるロータとステータの回転中心軸Lの上半分を模式的に示したものであり、(a)は、コイルに非通電時の空隙の間隔最大の状態の説明図、(b)は、ロータとステータとの磁気吸引力を増して空隙の間隔を縮小する状態の説明図、(c)は、トルク制御に応じたロータとステータとの磁気吸引力により弾性部材の反発力とバランスしている状態の説明図である。The upper half of the rotation center axis L of the rotor and the stator in the axial gap type motors according to the second and third embodiments is schematically shown, and (a) is a gap interval when the coil is not energized. An explanatory view of the maximum state, (b) is an explanatory view of a state in which the magnetic attraction force between the rotor and the stator is increased to reduce the gap interval, and (c) is a magnetic force between the rotor and the stator according to torque control. It is explanatory drawing of the state balanced with the repulsive force of an elastic member with the attraction | suction force. 第2および第3の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおける空隙の間隔の制御方法の説明図である。It is explanatory drawing of the control method of the space | interval of the space | gap in the axial gap type motor which concerns on 2nd and 3rd embodiment. 本発明の第4の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。It is a schematic cross section of the axial gap type motor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 図10におけるB部拡大図である。It is the B section enlarged view in FIG. 第4の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの図10におけるB部拡大図である。It is the B section enlarged view in Drawing 10 of an axial gap type motor concerning a modification of a 4th embodiment. 本発明の第5の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。It is a schematic cross section of the axial gap type motor which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。It is a schematic cross section of the axial gap type motor which concerns on the 6th Embodiment of this invention. (a),(b)は、第6の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの図14におけるC部拡大図である。(A), (b) is the C section enlarged view in FIG. 14 of the axial gap type motor which concerns on the modification of 6th Embodiment. 本発明の第4の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの比較例の模式断面である。It is a schematic cross section of the comparative example of the axial gap type motor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの比較例の模式断面である。It is a schematic cross section of the comparative example of the axial gap type motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
《第1の実施形態》
まず、図1から図3を参照して本発明の第1の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータについて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面であり、図2は、第1の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおける空隙の間隔の制御の説明図である。
本実施形態におけるモータ100Aは、アキシャルギャップ型モータであり、コア2bとコイル22が配置されて電磁石を構成するステータ2と、ロータシャフト(シャフト)10の軸方向にステータ2と空隙を挟んで対向し、永久磁石(永久磁石部)11を有し、回転中心軸Lの方向(以下、「軸線方向」と称する)に摺動可能にロータシャフト10に支持されたロータ1と、空隙を軸線方向に拡大する方向にロータ1を付勢する弾性部材(位置設定部材)3Aと、を備える。ここで、弾性部材3Aは、その軸方向に等ピッチの円筒コイルバネで構成されている。
図1では、ロータ1とステータ2のそれぞれの対向面101,103の間の空隙の最小間隔LGminの状態を示し、二点鎖線の仮想線で空隙の最大間隔の状態位置を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<< First Embodiment >>
First, an axial gap type motor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an axial gap type motor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the control of the gap interval in the axial gap type motor according to the first embodiment. .
The motor 100A in the present embodiment is an axial gap type motor, and is opposed to the stator 2 in which the core 2b and the coil 22 are arranged to constitute an electromagnet, and the stator 2 across the gap in the axial direction of the rotor shaft (shaft) 10. The rotor 1 has a permanent magnet (permanent magnet portion) 11 and is supported by the rotor shaft 10 so as to be slidable in the direction of the rotation center axis L (hereinafter referred to as “axial direction”), and the gap is axial. And an elastic member (position setting member) 3A for urging the rotor 1 in the direction of expanding to the center. Here, the elastic member 3A is constituted by a cylindrical coil spring having an equal pitch in the axial direction.
In Figure 1, shows the state of the minimum interval LG min of air gap between the respective facing surfaces 101 and 103 of the rotor 1 and stator 2, showing a state position of maximum spacing of the gap by the phantom line in two-dot chain line.

図2を参照しながら弾性部材3Aの空隙の間隔LGに対する弾性部材3Aの反発力(付勢力)FSの変化を示す荷重特性と、コイル22への非通電時に、永久磁石11とステータ2のコア2bとの間に働く磁気吸引力FMについて説明する。図2において横軸は空隙の間隔LG(mm)を示し、縦軸は弾性部材3Aの反発力FSと、磁気吸引力FMを示す。
このモータ100Aにおける空隙の間隔LGに対する弾性部材3Aの反発力FSの変化を示す荷重特性は、図2に直線X1Aで示すように線形である。そして、コイル22への非通電時に、永久磁石11とステータ2のコア2bとの間に働く磁気吸引力FMは、図2に曲線X2で示すように、空隙の間隔LGが増大すると急速に減衰する非線形である。ここで、空隙の間隔LGは最小間隔LGminと最大間隔LGmaxとの間、つまり、ΔLGの区間に後記するように規制されている。
そして、弾性部材3Aを構成するコイルバネの線材径やコイルバネの内径および線材の材質などによって決まるバネ定数(荷重特性)は空隙の間隔LGが最小間隔LGminに近い場合は、反発力FSが磁気吸引力FMよりも下回り、空隙の間隔LGが大きくなると、逆に反発力FSが磁気吸引力FMを上回るように、つまり、直線X1Aと曲線X2がクロスするように設定する。
With reference to FIG. 2, load characteristics indicating changes in the repulsive force (biasing force) F S of the elastic member 3 </ b> A with respect to the gap LG of the elastic member 3 </ b> A, and when the coil 22 is not energized, the magnetic attraction force F M will be described acting between the core 2b. In FIG. 2, the horizontal axis shows the distance LG (mm) of the gap, the vertical axis represents the repulsive force F S of the elastic member 3A, the magnetic attractive force F M.
Load characteristic showing a change in repulsive force F S of the elastic member 3A for distance LG of voids in the motor 100A is linear as indicated by the straight line X1 A in FIG. Then, at the time of non-energization of the coil 22, the magnetic attraction force F M acting between the permanent magnet 11 and the core 2b of the stator 2, as shown by the curve X2 in Fig. 2, rapidly when the distance of the gap LG increases Attenuating non-linear. Here, intervals LG voids between the minimum distance LG min and a maximum distance LG max, i.e., is regulated as described later in a section DerutaLG.
Then, the spring constant (load characteristic) determined by the material, etc. of inner and wire of the wire diameter and coil spring of the coil spring constituting the elastic member 3A If distance LG of voids close to the minimum distance LG min is the repulsive force F S magnetic below than the suction force F M, the interval of the gap LG increases, contrary to the repulsive force F S is to exceed the magnetic attraction force F M, i.e., the straight line X1 a and curve X2 is set to cross.

図1にもどって、各部分ごとに細部構成を説明する。
ロータ1は、主にハブ部1aと、ハブ部1aの径方向外方側に設けられ、極数に応じて周方向に複数固定配置された永久磁石11を保持する円盤部1bとで構成されている。ハブ部1aは、ほぼ環状体の形状をしており、内周側がロータシャフト10にスプライン係合構造51などの回り止め手段で係合し、それによりハブ部1aがロータシャフト10に対して軸線方向に摺動可能に、かつ、周方向に相対回転不能に支持されている。
Returning to FIG. 1, the detailed configuration of each part will be described.
The rotor 1 is mainly composed of a hub part 1a and a disk part 1b that is provided on the radially outer side of the hub part 1a and holds a plurality of permanent magnets 11 fixedly arranged in the circumferential direction according to the number of poles. ing. The hub portion 1 a has a substantially annular shape, and the inner peripheral side is engaged with the rotor shaft 10 by a detent means such as a spline engagement structure 51, whereby the hub portion 1 a is axial with respect to the rotor shaft 10. It is slidable in the direction and supported so as not to be relatively rotatable in the circumferential direction.

円盤部1bのロータコア42には、極数に応じた数の永久磁石11が周方向に等間隔で固定配置されている。このとき、周方向に隣接する永久磁石11の磁極が互いに反転するように、具体的には、ステータ2側に向いた永久磁石11の磁極がS極、N極、S極、N極、…と周方向に交互に反転するように配置する。
永久磁石11は、例えば、内周部が空所となった透磁率の高い材質で構成されたロータコア42に埋め込まれ、磁極表面をステータ2側に露出させて固定されている。そして、ロータコア42に放射状に穿かれた固定部材孔と連通するハブ部1aの外周側の固定用孔に、ネジ孔を有する固定用部材40を挿通し、その後に固定リング43をロータコア42の外周に嵌め、ネジ41で前記ネジ孔に締付け固定することによって、ロータコア42がハブ部1aに固定されている。
A number of permanent magnets 11 corresponding to the number of poles are fixedly arranged at equal intervals in the circumferential direction on the rotor core 42 of the disk portion 1b. At this time, specifically, the magnetic poles of the permanent magnet 11 facing the stator 2 are S poles, N poles, S poles, N poles,... And are arranged so as to be alternately reversed in the circumferential direction.
The permanent magnet 11 is embedded in, for example, a rotor core 42 made of a material with high magnetic permeability whose inner periphery is a void, and is fixed with the surface of the magnetic pole exposed to the stator 2 side. Then, a fixing member 40 having a screw hole is inserted into the fixing hole on the outer peripheral side of the hub portion 1 a communicating with the fixing member hole radially formed in the rotor core 42, and then the fixing ring 43 is inserted into the outer periphery of the rotor core 42. And the rotor core 42 is fixed to the hub portion 1a by being fastened and fixed to the screw hole with a screw 41.

ステータ2は、ロータシャフト10の軸端方向からみて扇形のコア2bの周りにコイル22を巻付けた電磁石セグメントを、ロータ1側に対向するように周方向に極数分だけ設け、磁極環状のバックヨーク部2aで全体としてほぼ環状体の形状に構成されている。ステータ2は図示しないモータケースに支持されている。   The stator 2 is provided with electromagnet segments each having a coil 22 wound around a fan-shaped core 2b when viewed from the axial end direction of the rotor shaft 10 in the circumferential direction so as to face the rotor 1 side. The back yoke portion 2a as a whole has a substantially annular shape. The stator 2 is supported by a motor case (not shown).

ハブ部1aの内周側の前記したスプライン係合構造51部分から径方向外側に所定の距離を離して、ステータ2側に開口した有底の環状の位置設定部材配置室35Aが設けられている。また、ロータシャフト10の外周面に、弾性部材3Aの一端を支持するための径方向外方に拡径された鍔状の支持部(位置設定支持部)53Aが、ステータ2側に近接して設けられている。弾性部材3Aは、一端を前記した位置設定部材配置室35Aの底部に当接させ、他端を前記した支持部53Aに当接させて配置されている。
ロータシャフト10には、ハブ部1aのステータ2から遠ざかる軸方向への移動量、つまり、空隙の最大間隔LGmaxを規制するストッパ13が固定配置されている。このストッパ13は、ハブ部1aのステータ2と反対側のスプライン係合構造51部分に設けられたストッパ当て座33と当接する配置とされている。
そして、ストッパ13と前記した支持部53Aとによりハブ部1aの軸方向の移動可能な範囲が規制される。
A bottomed annular position setting member arrangement chamber 35A opened to the stator 2 side is provided at a predetermined distance radially outward from the spline engagement structure 51 portion on the inner peripheral side of the hub portion 1a. . Further, a flange-shaped support portion (position setting support portion) 53A having a radially increased diameter for supporting one end of the elastic member 3A is provided on the outer peripheral surface of the rotor shaft 10 close to the stator 2 side. Is provided. The elastic member 3A is arranged with one end abutting on the bottom of the position setting member arrangement chamber 35A and the other end abutting on the support 53A.
The rotor shaft 10, the moving amount in the axial direction away from the stator 2 of the hub portion 1a, i.e., stopper 13 for regulating the maximum distance LG max voids is fixedly disposed. The stopper 13 is arranged so as to abut on a stopper seat 33 provided on the spline engaging structure 51 on the opposite side of the stator 2 of the hub portion 1a.
The range in which the hub portion 1a can move in the axial direction is restricted by the stopper 13 and the support portion 53A.

ちなみに、ハブ部1aの位置設定部材配置室35Aの開口の径方向内方側の縁部を、前記した支持部53Aのロータ1側の面と当接させて、空隙の最小間隔LGminを規制する突き当て部31とし、ロータ1とステータ2とが接触しないようにしている。また、突き当て部31は、対向面101よりもステータ2側と反対側の軸方向に後退させてあり、支持部53Aのロータ1側の面と突き当て部31のステータ2側の面が当接するとき、支持部53Aはハブ部1aの軸方向の長さの中に含まれるように構成してあり、モータ100Aの外形の軸方向長さを短くできる構成としてある。 Incidentally, the edges of the radially inner side of the opening of the position setting member disposing chamber 35A of the hub portion 1a, is brought into contact with the rotor 1 side surface of the support portion 53A described above, restricting the minimum interval LG min void The abutting portion 31 is configured so that the rotor 1 and the stator 2 do not come into contact with each other. The abutting portion 31 is retracted in the axial direction opposite to the stator 2 side with respect to the opposing surface 101, and the surface on the rotor 1 side of the support portion 53A and the surface on the stator 2 side of the abutting portion 31 are in contact with each other. When contacting, the support portion 53A is configured to be included in the axial length of the hub portion 1a, and the axial length of the outer shape of the motor 100A can be shortened.

(空隙の間隔の制御方法)
次に、図2、図3を参照しながら、モータ運転時に、ロータ1とステータ2との空隙の間隔を2段階、つまり、最小間隔LGminと、ステータ2のコイル22に流れる電流に応じて発生するロータ1とステータ2との磁気吸引力と弾性部材3Aの付勢力とがバランスする空隙の間隔と、の2段階に制御する方法について説明する。
(Control method of gap interval)
Next, referring to FIG. 2 and FIG. 3, during the motor operation, the gap between the rotor 1 and the stator 2 is divided into two stages, that is, according to the minimum gap LG min and the current flowing through the coil 22 of the stator 2. A method of controlling in two steps, the gap between the generated magnetic attraction force between the rotor 1 and the stator 2 and the biasing force of the elastic member 3A, will be described.

図3は、図1におけるロータ1とステータ2の回転中心軸Lの上半分を模式的に示したものであり、(a)は、ロータとステータとの磁気吸引力が増すように界磁電流を通電制御している場合の説明図、(b)は、ロータとステータとの磁気吸引力が減ずるように界磁電流を通電制御している場合の説明図である。
ステータ2のコア2bに発生する界磁磁束Φaは、コイル22に流される界磁電流Iaによって決まる。界磁電流Iaは、ベクトルとしてIa=[Id,Iq]Tと表わされる。ここで、Idはd軸電流成分を、Iqはq軸電流成分を示す。電流位相差βは、回転磁界Φaを作る界磁電流Iaおよび回転磁界Φaと、q軸との位相差である。
FIG. 3 schematically shows the upper half of the rotation center axis L of the rotor 1 and the stator 2 in FIG. 1, and (a) shows the field current so that the magnetic attractive force between the rotor and the stator is increased. FIG. 4B is an explanatory diagram when the field current is energized and controlled so that the magnetic attractive force between the rotor and the stator is reduced.
The field magnetic flux Φa generated in the core 2 b of the stator 2 is determined by the field current Ia flowing through the coil 22. The field current Ia is expressed as a vector Ia = [Id, Iq] T. Here, Id represents a d-axis current component, and Iq represents a q-axis current component. The current phase difference β is a phase difference between the field current Ia and the rotating magnetic field Φa that generate the rotating magnetic field Φa, and the q axis.

界磁電流Iaを、電流位相差βが遅角90°のd軸電流成分、つまり、強め界磁電流成分の多いものとする。言い換えると、永久磁石11の形成する磁束BMに加えて、さらに、コイル22に流す界磁電流Iaのd軸電流成分により形成されるステータ磁束BSにより、さらに磁気吸引力FMが増すように界磁電流Iaを制御すると、ロータ1とステータ2との間の磁気吸引力FMが増加し、もし、空隙の間隔LGが、図2において直線X1Aと曲線X2のクロスポイントより右側にいたとしても、直線X1Aの反発力FSを上側に越えるようなロータ1の永久磁石11およびステータ2の電磁石による合成力の磁気吸引力FMになると、空隙の最小間隔LGmin上のポイントPHiに移動する。 It is assumed that the field current Ia has a d-axis current component with a current phase difference β of 90 °, that is, a strong field current component. In other words, in addition to the magnetic flux B M to form the permanent magnet 11, In addition, the stator flux B S which is formed by the d-axis current component of the field current Ia flowing through the coil 22, so that increases further the magnetic attraction force F M to controlling the field current Ia, the rotor 1 and the magnetically attracting force F M increases between the stator 2, if the interval of the gap LG is on the right side of the cross point of the straight line X1 a and curve X2 in Fig. 2 even had, when a straight line X1 magnetic attraction force resultant force due to the rotor 1 of the electromagnet of the permanent magnet 11 and the stator 2 that exceeds the repulsive force F S on the upper side of the a F M, points on the minimum distance LG min void Move to P Hi .

例えば、モータ100Aのコイル22に非通電状態で図2おいて空隙の間隔がLGmaxのFM2の位置にあったとしても、直線X1Aの反発力FSを上側に越えるようなステータ2の電磁石による吸引力や、弾性部材3Aの反発力FS2を越えるようなステータ2の電磁石による吸引力ΔFC2が加わると、経路Y1に沿って、空隙の最小間隔LGmin上のポイントPHiに移動する。ここで、コイル22に流す前記した強め界磁電流を停止すれば、ポイントFM1に移動する。ここでは、コイル22に非通電状態でも永久磁石11による磁気吸引力FMの値(FM1)であり、弾性部材3Aの反発力FSの値(FS1)よりも大きいので、その後は、空隙の間隔LGはLGminを維持する。 For example, even if the coil 22 of the motor 100A is in a non-energized state and the gap interval is at the position F M2 of LG max in FIG. 2, the stator 2 that exceeds the repulsive force F S of the straight line X1 A upwards. moving the suction force or by the electromagnet, when the suction force [Delta] F C2 by the electromagnet of the stator 2 that exceeds the repulsive force F S2 of the elastic member 3A applied, along a path Y1, the point P Hi on minimum distance LG min void To do. Here, when the above-described strong field current flowing through the coil 22 is stopped, the point moves to the point F M1 . Here, the value of the magnetic attraction force F M of the permanent magnet 11 even in a non-energized state to the coil 22 (F M1), is greater than the value of the repulsive force F S of the elastic member 3A (F S1), then, The gap space LG maintains LG min .

界磁電流Iaを、電流位相差βが進角90°のd軸電流成分、つまり、弱め界磁電流成分の多いものとする。言い換えると、永久磁石11の形成する磁束BMと反対方向のステータ磁束BSを界磁電流Iaのd軸電流成分により形成させるように界磁電流Iaを制御すると、磁束BMが打ち消されて、ロータ1とステータ2との間の磁気吸引力FMが低減し、空隙の間隔LGが、図2において空隙の最小間隔LGminの位置にいたとしても、曲線X2の磁気吸引力FMを下側に越えるようなロータ1の永久磁石11およびステータ2の電磁石による合成力の磁気吸引力FMまで低減すると、経路Y2に沿って空隙の最大間隔LGmax上のポイントPLOWに移動する。 It is assumed that the field current Ia has a d-axis current component whose current phase difference β is an advance angle of 90 °, that is, a large field weakening current component. In other words, when the field current Ia is controlled so that the stator magnetic flux B S in the direction opposite to the magnetic flux B M formed by the permanent magnet 11 is formed by the d-axis current component of the field current Ia, the magnetic flux B M is canceled out. , and the magnetic attraction force F M is reduced between the rotor 1 and the stator 2, the void spacing LG is even had a position of minimum distance LG min voids 2, the magnetic attraction force F M of the curve X2 reducing by the electromagnet of the permanent magnet 11 and the stator 2 of the rotor 1 which exceeds the lower side to the magnetic attractive force F M of the resultant force, along the path Y2 moves to the point P LOW on maximum spacing LG max voids.

図2において、直線X1Aと曲線X2のクロスポイントの位置を右側に越えた任意の位置で、コイル22に流す前記した弱め界磁電流を停止すれば、その後の空隙の間隔LGは、弾性部材3Aの反発力FSと、永久磁石11の磁束BMおよびコイル22に流れる界磁電流Iaによるステータ磁束BSの合成による磁気吸引力FMとがバランスするところに落ち着く。 2, the position of the cross point of the straight line X1 A and curve X2 in any position beyond the right, if stopping the the weak field current flowing through the coil 22, the distance LG subsequent gap, the elastic member The repulsive force F S of 3A and the magnetic attractive force F M resulting from the synthesis of the stator magnetic flux B S by the field current Ia flowing through the coil 22 and the magnetic flux B M of the permanent magnet 11 are settled.

本実施形態によれば、ロータ1の永久磁石11が、周方向に配列された円盤部1b(永久磁石部が周方向に配列された領域)よりも径方向内方側のハブ部1aに、位置設定部材配置室35Aを配し、弾性部材3Aは、位置設定部材配置室35Aの底部と支持部53Aのロータ1と対向する面に当接するように配置するので、ステータ2のコア2bを径方向内方側に広げ、従来よりも広い磁路面積を確保して出力トルクや回生トルクを増大させつつ、径方向にコンパクトな、軸方向の空隙を拡大、縮小できるギャップ可変のアキシャルギャップ型モータであるモータ100Aを構成できる。   According to the present embodiment, the permanent magnet 11 of the rotor 1 is disposed on the hub portion 1a radially inward from the disk portion 1b (region where the permanent magnet portions are arranged in the circumferential direction) arranged in the circumferential direction. Since the position setting member arrangement chamber 35A is arranged, and the elastic member 3A is arranged so as to contact the bottom of the position setting member arrangement chamber 35A and the surface of the support portion 53A facing the rotor 1, the core 2b of the stator 2 has a diameter. Axial gap type motor with variable gap that expands and reduces the axial gap in the radial direction while increasing the output torque and regenerative torque by widening inward in the direction and securing a larger magnetic path area than before. The motor 100A can be configured.

図1に示す本実施形態のモータ100Aを、図17に示す比較例のアキシャルギャップ型のモータ150と比較すると、比較例のモータ150ではステータ2のコア2bおよびコイル22を含む環状の領域の内周部に弾性部材であるバネ153を配置しているので、コア2bを周方向に配置する領域の内周径はD2となり、図1におけるコア2bを周方向に配置する領域の内周径はD1の方が小さな値となっている。つまり、本実施形態によれば、比較例よりも径方向に小型のモータとすることができる。
また、比較例のモータ150では、ステータ2の内周部に配置するため、バネ153の巻き径が本実施形態の弾性部材3Aのコイルスプリングよりも小さくなり、空隙の間隔を拡大する方向のバネ反発力(付勢力)を大きくする上でも不利な構成である。逆に言えば、本実施形態は、図17の比較例に比して、バネ反発力(付勢力)を大きくする上で有利な構成である。
When the motor 100A of the present embodiment shown in FIG. 1 is compared with the axial gap type motor 150 of the comparative example shown in FIG. 17, the motor 150 of the comparative example has an annular region including the core 2b of the stator 2 and the coil 22. since the peripheral portion are disposed a spring 153 which is an elastic member, the inner circumference of the region the inner circumference of the area for arranging the core 2b in the circumferential direction to place D 2, and the core 2b in Figure 1 in the circumferential direction D 1 has a smaller value. That is, according to the present embodiment, the motor can be made smaller in the radial direction than the comparative example.
Further, in the motor 150 of the comparative example, the winding diameter of the spring 153 is smaller than that of the coil spring of the elastic member 3A of the present embodiment because it is arranged on the inner peripheral portion of the stator 2, and the spring in the direction of expanding the gap interval. This is also a disadvantageous configuration for increasing the repulsive force (biasing force). In other words, the present embodiment is advantageous in increasing the spring repulsive force (biasing force) as compared with the comparative example of FIG.

また、弾性部材3Aのバネ定数(荷重特性)は空隙の間隔LGが最小間隔LGminに近い場合は、反発力FSが磁気吸引力FMよりも下回り、空隙の間隔LGが大きくなると、逆に反発力FSが磁気吸引力FMを上回るように、つまり、直線X1Aと曲線X2がクロスするように設定しているので、界磁電流Iaの弱め界磁制御や強め界磁制御により、モータの運転状態に適した空隙の間隔LGに2段階、最小間隔LGminと、永久磁石11の磁束BMおよびステータ磁束BSの合成による磁気吸引力FMとがバランスする位置のいずれかを任意に選択して設定できる。その結果、必要とされる出力トルクまたは回生トルクの値が小さいときとか、モータ100Aの回転速度が大きく、弱め界磁電流を低減する場合には、積極的に空隙の間隔を最小間隔より大きくすることができ、モータの効率の良い運転が可能となる。 Also, if the spring constant (load characteristic) gap spacing LG of the elastic member 3A close to the minimum distance LG min is the repulsive force F S is below than the magnetic attraction force F M, the interval of the gap LG is increased, the reverse Since the repulsive force F S exceeds the magnetic attractive force F M , that is, the line X1 A and the curve X2 are crossed, the motor operation is performed by the field weakening control or field strengthening control of the field current Ia. 2 stage distance LG of voids suitable condition, and the minimum distance LG min, arbitrarily select one of the positions to be balanced and the magnetic attraction force F M by synthesis of a magnetic flux B M and the stator flux B S of the permanent magnet 11 Can be set. As a result, when the required output torque or regenerative torque value is small, or when the rotational speed of the motor 100A is large and the field weakening current is reduced, the gap interval is positively made larger than the minimum gap. This makes it possible to operate the motor efficiently.

《第2の実施形態》
次に、図1、図4および図5を参照しながら本発明の第2の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータについて説明する。
本実施形態におけるモータ100Bは基本的に、第1の実施形態における弾性部材3Aが弾性部材(位置設定部材)3Bに置き換わり、弾性部材3Bの荷重特性曲線が変わった点を除いて、第1の実施形態と同じ構成である。第1の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
Next, an axial gap type motor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 4, and FIG.
The motor 100B in this embodiment is basically the same as the first embodiment except that the elastic member 3A in the first embodiment is replaced with an elastic member (position setting member) 3B, and the load characteristic curve of the elastic member 3B is changed. It is the same structure as embodiment. About the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図4は、第2の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの図1におけるA部拡大図であり、図5は、第2の実施形態における弾性部材の荷重特性の曲線X1Bと、コイルへの非通電時に、ロータの永久磁石とステータのコアとの間に働く磁気吸引力FMの特性曲線の説明図である。
図4に示すように本実施形態における弾性部材3Bは、複数のコイルバネ3B1,3B2,3B3を、環状の板材46A,46Bを介して直列に重ねた多段バネで構成されている。そして、コイルバネ3B1,3B2,3B3のそれぞれの線材径をdB1,dB2,dB3とすると、dB2>dB3>dB1の配置としている。これは、線材径の一番大きいものを軸方向中央に配置することにより、コイルバネ3B2の座屈を防止するためである。
FIG. 4 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1 of the axial gap motor according to the second embodiment, and FIG. 5 shows a curve X1 B of the load characteristic of the elastic member in the second embodiment, when not energized is an explanatory diagram of the characteristic curve of the magnetic attraction force F M acting between the permanent magnet and the core of the stator of the rotor.
As shown in FIG. 4, the elastic member 3B in the present embodiment is configured by a multi-stage spring in which a plurality of coil springs 3B 1 , 3B 2 , 3B 3 are stacked in series via annular plate members 46A, 46B. Then, assuming that the wire diameters of the coil springs 3B 1 , 3B 2 , 3B 3 are d B1 , d B2 , d B3 , the arrangement is d B2 > d B3 > d B1 . This can be achieved by arranging those largest of the wire diameter in the axial direction center, in order to prevent buckling of the coil spring 3B 2.

このように、バネ定数の異なる複数のコイルバネ3B1,3B2,3B3を、直列に接続することにより、図5に曲線X1Bで示すような、折れ線状の荷重特性が得られる。そして、本実施形態では、空隙の間隔LGの最小間隔LGminと最大間隔LGmaxとの間(ΔLG)で、第1の実施形態のように荷重特性の直線X1Aと磁気吸引力の曲線X2をクロスさせることなく、荷重特性の曲線X1Bが磁気吸引力の曲線X2を常に上回るように、バネ定数を設定する。 Thus, by connecting a plurality of coil springs 3B 1 , 3B 2 , 3B 3 having different spring constants in series, a broken line-shaped load characteristic as shown by a curve X1 B in FIG. 5 is obtained. In the present embodiment, between a minimum distance LG min and a maximum distance LG max of gap spacing LG (ΔLG), curve linear X1 A and the magnetic attraction force of the load characteristic as in the first embodiment X2 The spring constant is set so that the curve X1 B of the load characteristic always exceeds the curve X2 of the magnetic attractive force without crossing.

《第3の実施形態》
次に、図1、図6および図7を参照しながら本発明の第3の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータについて説明する。
本実施形態におけるモータ100Cは基本的に、第1の実施形態における弾性部材3Aが弾性部材(位置設定部材)3Cまたは弾性部材3Dに置き換わり、弾性部材3Bまたは弾性部材3Dの荷重特性曲線が変わった点を除いて、第1の実施形態と同じ構成である。第1の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
<< Third Embodiment >>
Next, an axial gap type motor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 6, and FIG.
In the motor 100C in this embodiment, the elastic member 3A in the first embodiment is basically replaced with the elastic member (position setting member) 3C or the elastic member 3D, and the load characteristic curve of the elastic member 3B or the elastic member 3D is changed. Except for this point, the configuration is the same as that of the first embodiment. About the same structure as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図6は、第3の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータの図1におけるA部拡大図であり、(a)は、弾性部材として軸方向ピッチの異なる円筒コイルバネを用いた場合の説明図、(b)は、弾性部材として円錐コイルバネを用いた場合の説明図である。図7は、第3の実施形態における弾性部材の荷重特性の曲線X1Cと、コイルへの非通電時に、ロータの永久磁石とステータのコアとの間に働く磁気吸引力FMの曲線の説明図である。 FIG. 6 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1 of the axial gap motor according to the third embodiment. FIG. 6A is an explanatory diagram when cylindrical coil springs having different axial pitches are used as elastic members. ) Is an explanatory diagram when a conical coil spring is used as an elastic member. Figure 7 is a curve X1 C load characteristics of the elastic member in the third embodiment, during non-energization of the coil, the description of the curve of the magnetic attraction force F M acting between the permanent magnet and the core of the stator of the rotor FIG.

本実施形態における第1の実施例の弾性部材3Cは、図6の(a)に示すように軸方向に非等ピッチの円筒コイルバネで構成されている。また、本実施形態おける第2の実施例の弾性部材3Dは、図6の(b)に示すように円錐コイルバネで構成されている。
このように、非等ピッチ円筒コイルバネや、円錐コイルバネを用いることにより、図7に曲線X1Cで示すような、非線形の荷重特性が得られる。そして、本実施形態では、空隙の間隔LGの最小間隔LGminと最大間隔LGmaxとの間(ΔLG)で、第1の実施形態のように荷重特性の直線X1Aと磁気吸引力の曲線X2をクロスさせることなく、荷重特性の曲線X1Cが磁気吸引力の曲線X2を常に上回るように、バネ定数を設定する。
The elastic member 3C according to the first example of the present embodiment is configured by a cylindrical coil spring having an unequal pitch in the axial direction as shown in FIG. Further, the elastic member 3D of the second example of the present embodiment is configured by a conical coil spring as shown in FIG. 6B.
In this way, by using a non-equal pitch cylindrical coil spring or a conical coil spring, a non-linear load characteristic as shown by a curve X1 C in FIG. 7 can be obtained. In the present embodiment, between a minimum distance LG min and a maximum distance LG max of gap spacing LG (ΔLG), curve linear X1 A and the magnetic attraction force of the load characteristic as in the first embodiment X2 The spring constant is set so that the curve X1 C of the load characteristic always exceeds the curve X2 of the magnetic attractive force without crossing.

(第2および第3の実施形態における空隙の間隔LGの制御方法)
次に、図8、図9を参照しながら第2の実施形態および第3の実施形態における空隙の間隔LGの制御方法について説明する。この説明においては、代表的に弾性部材3D、つまり、円錐コイルバネを用いた第3の実施形態のモータ100Cとし、弾性部材3Cの荷重特性の曲線X1Cを例に説明する。
図8は、第2および第3の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおけるロータとステータの回転中心軸Lの上半分を模式的に示したものであり、(a)は、コイルに非通電時の空隙の間隔が最大の状態の説明図、(b)は、ロータとステータとの磁気吸引力を増して空隙の間隔を縮小する状態の説明図、(c)は、トルク制御に応じたロータとステータとの磁気吸引力により弾性部材の反発力とバランスしている状態の説明図である。
図9は、第2および第3の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータにおける空隙の間隔の制御方法の説明図である。
(Control method of gap space LG in the second and third embodiments)
Next, a method for controlling the gap gap LG in the second and third embodiments will be described with reference to FIGS. In this description, the elastic member 3D, that is, the motor 100C of the third embodiment using a conical coil spring is taken as an example, and the load characteristic curve X1 C of the elastic member 3C will be described as an example.
FIG. 8 schematically shows the upper half of the rotation center axis L of the rotor and the stator in the axial gap type motors according to the second and third embodiments, and (a) shows when the coil is not energized. FIG. 6B is an explanatory diagram of a state in which the gap interval is maximum, FIG. 5B is an explanatory view of a state in which the magnetic attraction force between the rotor and the stator is increased to reduce the gap interval, and FIG. It is explanatory drawing of the state balanced with the repulsive force of an elastic member by the magnetic attraction force of a stator and a stator.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a method for controlling the gap interval in the axial gap type motors according to the second and third embodiments.

モータ100Cでは、弾性部材3Dの荷重特性の反発力FSが、空隙の間隔LGの許容範囲ΔLG内で、非通電時のロータ1とステータ2の磁気吸引力FMの曲線X2の値よりも上回っているので、モータ100Cを運転している場合は、弾性部材3Dの荷重特性の反発力FSと磁気吸引力FMとがバランスする空隙の間隔LGとなる。
例えば、ロータ1が空隙の最大間隔LGmax、図9におけるポイントP1にある場合に、空隙の間隔LGをより縮小したい場合は、移動電流として界磁電流Iaにおいて、電流位相差βが遅角90°のd軸電流成分を増大させる(図8における移動電流通電の状態)。つまり、強め界磁電流成分の多い90°遅角に近い界磁電流Iaとして、強め界磁制御を行い、ポイントP2の状態に移行させる(Step1)。
すると、磁気吸引力FMが反発力FSを上回るので、図9において左上方向に磁気吸引力を増大させながら移動する(Step2)。
ちなみに、図8の(a),(b)における左側の図が、このロータ1が空隙の最大間隔LGmaxである初期状態を示している。そして、前記したStep1,Step2の状態が図8の(a),(b)における左右中央の図である。
In the motor 100C, the elastic repulsive force F S of the member 3D load characteristics, within a tolerance ΔLG void spacing LG, than the value of the curve X2 of the magnetic attraction force F M of the rotor 1 and the stator 2 in the non-energized since it exceeds, if you are driving the motor 100C is, and a repulsive force F S and the magnetic attraction force F M of the load characteristics of the elastic member 3D the distance LG of voids balance.
For example, when the rotor 1 is at the maximum gap LG max , the point P 1 in FIG. 9, and the gap LG is further reduced, the current phase difference β is retarded in the field current Ia as the moving current. The d-axis current component of 90 ° is increased (the state of moving current conduction in FIG. 8). That is, the strong field control is performed as the field current Ia having a strong field current component and close to the 90 ° delay angle, and the state is shifted to the point P 2 (Step 1).
Then, since the magnetic attractive force F M exceeds the repulsive force F S, moves while increasing the magnetic attraction force in the upper left direction in FIG. 9 (Step2).
Incidentally, the left side of FIGS. 8A and 8B shows an initial state in which the rotor 1 has the maximum gap LG max . And the state of above-mentioned Step1, Step2 is a figure of the left-right center in (a), (b) of FIG.

目標の空隙の間隔LG(ポイントP3)に到ったときに移動電流として加えた電流位相差βが遅角90°のd軸電流成分を元のレベルまで減少させ、界磁電流Iaをトルク制御に好適な制御(図8におけるトルク通電の状態)を行う(Step3)と、弾性部材3Cの反発力FSとトルク通電の状態における磁気吸引力FMがバランスして、ポイントP5に落ち着き、空隙の間隔LGはモータ効率の良い値に維持される。コイル22への通電を切るとポイントP1に戻る。 When the target gap interval LG (point P 3 ) is reached, the current phase difference β added as the moving current decreases the d-axis current component with a delay of 90 ° to the original level, and the field current Ia is torqued. performing control to a suitable control (state of the torque current in FIG. 8) and (Step3), the magnetic attractive force F M is balanced in the state of the repulsive force F S and the torque current of the elastic member 3C, restless to the point P 5 The gap LG is maintained at a value with good motor efficiency. When the coil 22 is de-energized, it returns to the point P 1 .

もし、Step2において、移動電流として加えた電流位相差βが遅角90°のd軸電流成分を元のレベルまで減少させるタイミングが遅く、Step2’の経路でポイントP4の最小間隔LGminまで行き過ぎても、移動電流として加えた電流位相差βが遅角90°のd軸電流成分を元のレベルまで減少させれば、Step3’の経路でポイントP4に落ち着く。
なお、トルク通電状態において、ロータ1とステータ2の空隙の間隔LGを最大間隔LGmaxとしたい場合は、界磁電流Iaを90°進角のd軸電流成分、つまり、弱め界磁電流成分の多い弱め界磁制御をすることにより、容易に曲線X1Cに沿って右下方向に移動し、空隙の最大間隔LGmaxとするモータ100Cの運転ができる。
If, in Step 2, the current phase difference β added as the moving current decreases the d-axis current component with the delay angle of 90 ° to the original level, the timing of the step 2 ′ is too long to reach the minimum interval LG min of the point P 4. However, if the current phase difference β added as the moving current decreases the d-axis current component with the retard angle of 90 ° to the original level, the point P 4 is settled along the path of Step 3 ′.
Incidentally, in the torque energized state, if you want the distance LG of voids of the rotor 1 and the stator 2 and the maximum distance LG max, d-axis current component of the field current Ia 90 ° lead angle, that is, weakening of the current component by the field-weakening control more easily move to the lower right direction along the curve X1 C, it can drive motor 100C to a maximum distance LG max voids.

このように第2および第3の実施形態のモータ100B,100Cによれば、第1の実施形態と同様に、径方向にコンパクトで図17に示したような比較例よりも出力トルクおよび回生トルクの大きい、空隙の間隔LGが可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
さらに、弾性部材3B,3C,3Dの荷重特性を図17の比較例よりも大きな付勢力とでき、かつ、非線形にすることができ、空隙の間隔調整のため一時的に前記した移動電流の制御(d軸電流成分の制御)を行い、トルク制御の上でモータ効率の良い空隙の間隔LGに任意に移動させることができる。
Thus, according to the motors 100B and 100C of the second and third embodiments, as in the first embodiment, the output torque and the regenerative torque are more compact in the radial direction than the comparative example as shown in FIG. An axial gap motor having a large gap gap LG can be configured.
Further, the load characteristics of the elastic members 3B, 3C, 3D can be made larger than that of the comparative example of FIG. 17 and can be made non-linear, and the above-described movement current control is temporarily performed for adjusting the gap interval. (D-axis current component control) is performed, and the torque can be arbitrarily moved to the gap LG having a high motor efficiency.

《第4の実施形態》
次に、図10、図11を参照しながら本発明の第4の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ100Dについて説明する。図10は、本発明の第4の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面であり、図11は、図10におけるB部拡大図である。
本実施形態のモータ100Dは、第1の実施形態のモータ100Aと以下の点が異なる。(1)第1の実施形態のモータ100Aにおける弾性部材3Aの代わりに、一対の永久磁石(位置設定部材)54(54A,54B)を、同一磁極を対向して、永久磁石54Aを位置設定部材配置室35Bと支持部53Bに設けた溝56に嵌め込んだ点である。
第1の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
<< Fourth Embodiment >>
Next, an axial gap type motor 100D according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a schematic cross section of an axial gap type motor according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an enlarged view of a portion B in FIG.
The motor 100D of this embodiment is different from the motor 100A of the first embodiment in the following points. (1) Instead of the elastic member 3A in the motor 100A of the first embodiment, a pair of permanent magnets (position setting members) 54 (54A, 54B) are opposed to the same magnetic pole, and the permanent magnet 54A is a position setting member. This is the point of fitting in the groove 56 provided in the arrangement chamber 35B and the support portion 53B.
The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

第1の実施形態における位置設定部材配置室35Aよりも位置設定部材配置室35Bの軸方向の深さは浅くなっており、一対の環状体の永久磁石54の内の永久磁石54Aが嵌められ、さらに、カラー55A(図11参照)が圧入されて、径方向および軸方のガタつきの無いように固定されている。また、ロータシャフト10の外周面には、径方向外方に拡径されたフランジ状の支持部(位置設定支持部)53Bが、ステータ2側に近接して設けられている。支持部53Bには、ロータ1側の面に開口した環状の溝56が形成され、前記一対の永久磁石54の他方の永久磁石54Bが嵌められ、カラー55B(図11参照)が圧入されて、径方向および軸方のガタつきが無いように固定されている。   The axial depth of the position setting member arrangement chamber 35B is shallower than the position setting member arrangement chamber 35A in the first embodiment, and the permanent magnet 54A of the pair of permanent magnets 54 is fitted, Further, a collar 55A (see FIG. 11) is press-fitted and fixed so as not to be loose in the radial direction and the axial direction. Further, on the outer peripheral surface of the rotor shaft 10, a flange-like support portion (position setting support portion) 53 </ b> B that is expanded radially outward is provided close to the stator 2 side. An annular groove 56 opened on the rotor 1 side surface is formed in the support portion 53B, the other permanent magnet 54B of the pair of permanent magnets 54 is fitted, and a collar 55B (see FIG. 11) is press-fitted, It is fixed so that there is no play in the radial and axial directions.

ちなみに、ハブ部1aの位置設定部材配置室35Bの開口の径方向内方側の縁部を、前記した支持部53Bの溝56の対向する開口の径方向内方側縁部と当接させて、空隙の最小間隔LGminを規制する突き当て部31とし、ロータ1とステータ2とが接触しないようにしてある。
本実施形態では、フランジ状の支持部53Bの軸方向の厚みは、第1の実施形態の鍔状の支持部53Aよりも厚く、その分、突き当て部31は、対向面101よりもステータ2側と反対側の軸方向により深く後退させてあり、支持部53Bのロータ1側の面と突き当て部31のステータ2側の面が当接するとき、支持部53Bはハブ部1aの軸方向の長さの中に含まれるように構成してあり、モータ100Dの外形の軸方向長さを短くできる構成としてある。
Incidentally, the radially inner edge of the opening of the position setting member arrangement chamber 35B of the hub portion 1a is brought into contact with the radially inner edge of the opening facing the groove 56 of the support portion 53B. The abutting portion 31 that regulates the minimum gap LG min is set so that the rotor 1 and the stator 2 do not come into contact with each other.
In the present embodiment, the axial thickness of the flange-shaped support portion 53B is thicker than that of the flange-shaped support portion 53A of the first embodiment, and the abutment portion 31 is correspondingly larger than the opposing surface 101 in the stator 2. When the surface on the rotor 1 side of the support portion 53B and the surface on the stator 2 side of the abutment portion 31 abut on each other, the support portion 53B moves in the axial direction of the hub portion 1a. It is comprised so that it may be included in length, and it is set as the structure which can shorten the axial direction length of the external shape of motor 100D.

本実施形態における一対の永久磁石54によっても、図7に示した非線形の荷重特性の曲線X1Cが実現できる。 Also with the pair of permanent magnets 54 in the present embodiment, the nonlinear load characteristic curve X1 C shown in FIG. 7 can be realized.

(第4の実施形態の変形例)
次に、図12を参照しながら第4の実施形態の変形例を説明する。図12は、第4の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの図10におけるB部拡大図である。
ハブ部1aの位置設定部材配置室35Bの形状や、支持部53Bの形状は、第1の実施形態に寸法的に近い。つまり、環状の位置設定部材配置室35Bの軸方向の長さは、第1の実施形態並みに長く、支持部53Bは鍔状であり、溝56はロータ1側に開口した浅い軸方向深さの環状の溝である。
(Modification of the fourth embodiment)
Next, a modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an enlarged view of a portion B in FIG. 10 of the axial gap motor according to the modification of the fourth embodiment.
The shape of the position setting member arrangement chamber 35B of the hub portion 1a and the shape of the support portion 53B are close in dimension to those of the first embodiment. That is, the axial length of the annular position setting member arrangement chamber 35B is as long as that of the first embodiment, the support portion 53B has a bowl shape, and the groove 56 has a shallow axial depth opened to the rotor 1 side. This is an annular groove.

本変形例では、例えば、軸方向に等ピッチの円筒コイルバネである弾性部材3Aの一端が、位置設定部材配置室35Bの底部に当接し、他端が永久磁石54Aを保持する断面コの字形の環状の金属製保持リング54aに溶接されている。そして、永久磁石54Aと一対をなす他方の永久磁石54Bが支持部53Bの溝56に嵌めこまれ固定されている。ここで、弾性部材3Aと一対の永久磁石54の組み合わせが、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
このように円筒コイルバネの弾性部材3Aと一対の永久磁石54とを組み合わせることによって、一対の永久磁石54だけの場合よりも移動可能な空隙の間隔ΔLGを拡大でき、かつ、図7に示すような非線形の荷重特性を実現できる。
In this modification, for example, one end of the elastic member 3A, which is a cylindrical coil spring having an equal pitch in the axial direction, abuts the bottom of the position setting member arrangement chamber 35B, and the other end has a U-shaped cross section that holds the permanent magnet 54A. It is welded to an annular metal retaining ring 54a. Then, the other permanent magnet 54B paired with the permanent magnet 54A is fitted and fixed in the groove 56 of the support portion 53B. Here, the combination of the elastic member 3 </ b> A and the pair of permanent magnets 54 corresponds to a “position setting member” recited in the claims.
Thus, by combining the elastic member 3A of the cylindrical coil spring and the pair of permanent magnets 54, the movable gap interval ΔLG can be expanded as compared with the case of only the pair of permanent magnets 54, and as shown in FIG. Non-linear load characteristics can be realized.

このように第4の実施形態のモータ100Dおよびその変形例によれば、第1の実施形態と同様に、径方向にコンパクトで図17に示したような比較例よりも出力トルクおよび回生トルクの大きい、空隙の間隔LGが可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
さらに、一対の永久磁石54、または、弾性部材3Aと一対の永久磁石54を組み合わせたものの荷重特性を図17の比較例よりも大きな付勢力とでき、かつ、非線形にすることができ、空隙の間隔調整のため一時的に前記した移動電流の制御(d軸電流成分の制御)を行い、トルク制御の上でモータ効率の良い空隙の間隔LGに任意に移動させることができる。特に一対の永久磁石54をもちいることにより、空隙の最小間隔LGminに近づくほど急激に反発力の増大する特性を位置設定部材に持たせることができる。
As described above, according to the motor 100D of the fourth embodiment and the modification thereof, as in the first embodiment, the output torque and the regenerative torque are smaller than those of the comparative example that is compact in the radial direction and shown in FIG. A large axial gap type motor having a variable gap LG can be constructed.
Further, the load characteristics of the pair of permanent magnets 54 or the combination of the elastic member 3A and the pair of permanent magnets 54 can be made larger than that of the comparative example of FIG. In order to adjust the interval, the above-described movement current control (d-axis current component control) can be temporarily performed, and the torque can be arbitrarily moved to the gap LG having good motor efficiency. In particular, by using a pair of permanent magnets 54, it is possible to have the increasing characteristic of the more rapidly repulsive force approaches a minimum distance LG min of air gap position setting member.

なお、本変形例では、一対の永久磁石54に軸方向に組み合わせる弾性部材として、軸方向等ピッチの円筒コイルバネである弾性部材3Aとしたがそれに限定されるものではない。弾性部材3Aの代わりに前記した非等ピッチの円筒コイルの弾性部材3Cまたは円錐コイルバネである弾性部材3Dを一対の永久磁石54に軸方向に組み合わせても良い。   In this modification, the elastic member combined with the pair of permanent magnets 54 in the axial direction is the elastic member 3A that is a cylindrical coil spring having an equal pitch in the axial direction, but is not limited thereto. Instead of the elastic member 3 </ b> A, the elastic member 3 </ b> C of the non-equal pitch cylindrical coil or the elastic member 3 </ b> D which is a conical coil spring may be combined with the pair of permanent magnets 54 in the axial direction.

(第4の実施形態に対する比較例)
なお、比較例として、図16に示すように、一対の永久磁石54A,54Bを、ステータ2のコア2bおよびコイル22を含むほぼ環状体の領域よりも内方側に配置することも考えられる。その場合、ロータシャフト10の外周面から拡径して、ロータ1の突き当て部31に当接する段差部と、さらに拡径して、永久磁石54A,54Bを収容可能なスペースと他方の永久磁石54Bを固定する支持部155Bを設ける。この場合、一方の永久磁石54Aを、ロータ1の突き当て部31より径方向外側のステータ2に面する面に固定する。
このように、一対の永久磁石54をステータ2のコア2bおよびコイル22を含むほぼ環状体の領域よりも内方側に配置するので、図10におけるコア2bを周方向に配置する領域の内周径はD3の方が小さな値となっている。つまり、第4実施形態およびその変形例によれば、図16に示す比較例よりも径方向に小型のモータとすることができる。
(Comparative example with respect to the fourth embodiment)
As a comparative example, as shown in FIG. 16, a pair of permanent magnets 54 </ b> A and 54 </ b> B may be disposed on the inner side of the substantially annular region including the core 2 b and the coil 22 of the stator 2. In this case, the diameter of the rotor shaft 10 is increased from the outer peripheral surface, the stepped portion is in contact with the abutting portion 31 of the rotor 1, the diameter is further increased, and the other permanent magnet can be accommodated to accommodate the permanent magnets 54A and 54B. A support portion 155B for fixing 54B is provided. In this case, one permanent magnet 54 </ b> A is fixed to a surface facing the stator 2 that is radially outward from the abutting portion 31 of the rotor 1.
Thus, since the pair of permanent magnets 54 is disposed on the inner side of the substantially annular region including the core 2b and the coil 22 of the stator 2, the inner periphery of the region where the core 2b in FIG. 10 is disposed in the circumferential direction. The diameter of D 3 is smaller. That is, according to 4th Embodiment and its modification, it can be set as a motor smaller in a radial direction than the comparative example shown in FIG.

《第5の実施形態》
次に、図13を参照しながら本発明の第5の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ100Eについて説明する。図13は、本発明の第5の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。
本実施形態のモータ100Eは、第4の実施形態のモータ100Dと以下の点が異なる。(1)第4の実施形態のモータ100Dにおける一対の永久磁石54の代わりに、永久磁石54Aを位置設定部材配置室35Bに配置し、支持部53Bに設けた溝56に電磁石57を嵌め込んだ点である。
ここで、永久磁石54Aと電磁石57が、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
第4の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
<< Fifth Embodiment >>
Next, an axial gap motor 100E according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic cross section of an axial gap type motor according to a fifth embodiment of the present invention.
The motor 100E of this embodiment is different from the motor 100D of the fourth embodiment in the following points. (1) Instead of the pair of permanent magnets 54 in the motor 100D of the fourth embodiment, the permanent magnet 54A is arranged in the position setting member arrangement chamber 35B, and the electromagnet 57 is fitted in the groove 56 provided in the support portion 53B. Is a point.
Here, the permanent magnet 54A and the electromagnet 57 correspond to the “position setting member” described in the claims.
The same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

位置設定部材配置室35Bには、永久磁石54Aが嵌められ、さらに、カラーが圧入されて、径方向および軸方のガタつきの無いように固定されている。環状の溝56には、コア57bにコイル57a巻回した電磁石57が、周方向に複数はめ込まれ、さらに、カラーが圧入されて、径方向および軸方のガタつきの無いように固定されている。支持部53Bには溝56の底部からステータ2の内周側に斜めに貫通する配線孔105が穿かれ、コイル57aの絶縁被覆された配線58が、挿通されている。その配線58は、ロータシャフト10の外周面を軸方向に沿って配線され、プラス端子とマイナス端子のスリップリング107A,107Bに電気接続されている。そして、図示しない2つの摺動子がそれぞれのスリップリング107A,107Bと摺動して直流電流を供給可能になっている。   A permanent magnet 54A is fitted in the position setting member arrangement chamber 35B, and a collar is press-fitted and fixed so that there is no backlash in the radial direction and the axial direction. In the annular groove 56, a plurality of electromagnets 57 wound around a coil 57a around a core 57b are fitted in the circumferential direction, and a collar is press-fitted so that there is no play in the radial and axial directions. A wiring hole 105 that obliquely penetrates from the bottom of the groove 56 to the inner peripheral side of the stator 2 is formed in the support portion 53B, and a wiring 58 covered with an insulation coating of a coil 57a is inserted. The wiring 58 is wired along the outer peripheral surface of the rotor shaft 10 along the axial direction, and is electrically connected to the slip rings 107A and 107B of the plus terminal and the minus terminal. Then, two sliders (not shown) can slide on the slip rings 107A and 107B to supply a direct current.

本実施形態における永久磁石54Aと電磁石57との間で斥力が発生するように電磁石57に通電制御することによっても、図7に示した非線形の荷重特性の曲線X1Cが実現できる。そして、空隙の間隔LGを制御するために、d軸電流成分の制御をする必要は無く、単に電磁石57のコイル57aへの通電電流を制御することでトルク制御の上でモータ効率の良い空隙の間隔LGに任意に移動させることができる。 The non-linear load characteristic curve X1 C shown in FIG. 7 can also be realized by controlling energization of the electromagnet 57 so that a repulsive force is generated between the permanent magnet 54A and the electromagnet 57 in the present embodiment. Further, it is not necessary to control the d-axis current component in order to control the gap gap LG, and simply controlling the energization current to the coil 57a of the electromagnet 57 makes it possible to control the gap with good motor efficiency in terms of torque control. It can be arbitrarily moved to the interval LG.

《第6の実施形態》
次に、図14を参照しながら本発明の第6の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ100Fについて説明する。図14は、本発明の第6の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの模式断面である。
本実施形態のモータ100Fは、第4の実施形態のモータ100Dと以下の点が異なる。(1)第4の実施形態のモータ100Dにおける一対の永久磁石54の代わりに、環状体をしたピエゾ素子スタック(圧電素子)59の軸方向長さのほぼ半分長を位置設定部材配置室35Cに嵌め込み、支持部53Cに設けた溝56に前記したピエゾ素子スタック59の軸方向長さの残りほぼ半分長を嵌め込んだ点である。
ここで、ピエゾ素子スタック59が、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
第4の実施形態と同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
<< Sixth Embodiment >>
Next, an axial gap motor 100F according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic cross section of an axial gap type motor according to a sixth embodiment of the present invention.
The motor 100F of this embodiment differs from the motor 100D of the fourth embodiment in the following points. (1) Instead of the pair of permanent magnets 54 in the motor 100D of the fourth embodiment, approximately half the axial length of the annular piezoelectric element stack (piezoelectric element) 59 is placed in the position setting member arrangement chamber 35C. This is the point where the remaining half of the axial length of the piezo element stack 59 is fitted into the groove 56 provided in the support portion 53C.
Here, the piezo element stack 59 corresponds to a “position setting member” recited in the claims.
The same components as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

ピエゾ素子スタック59は、環状体に成型されており、ロータ1のハブ部1aに第4の実施形態における位置設定部材配置室35Bよりも軸方向に深い位置設定部材配置室35Cおよび溝56に挿入される。支持部53Cは、第4の実施形態における支持部53Bとほぼ同じ形状であるが、軸方向により深い溝56を有している。溝56の底部からステータ2の内周側に斜めに貫通する配線孔105が穿かれ、コイル57aの絶縁被覆された配線58が、挿通されている。その配線58は、ロータシャフト10の外周面を軸方向に沿って配線され、プラス端子とマイナス端子のスリップリング107A,107Bに電気接続されている。そして、図示しない2つの摺動子がそれぞれのスリップリング107A,107Bと摺動して直流電圧を供給可能になっている。
そして、ピエゾ素子スタック59は、伸縮両方向の電圧をかけることによって空隙の間隔LGを調節可能としている。
なお、図14では、ピエゾ素子スタック59の軸方向長さが最小長さに縮小した状態を示している。
The piezo element stack 59 is molded into an annular body, and is inserted into the hub portion 1a of the rotor 1 into the position setting member arrangement chamber 35C and the groove 56 that are deeper in the axial direction than the position setting member arrangement chamber 35B in the fourth embodiment. Is done. The support portion 53C has substantially the same shape as the support portion 53B in the fourth embodiment, but has a deeper groove 56 in the axial direction. A wiring hole 105 that obliquely penetrates from the bottom of the groove 56 to the inner peripheral side of the stator 2 is formed, and a wiring 58 covered with an insulation coating of a coil 57a is inserted. The wiring 58 is wired along the outer peripheral surface of the rotor shaft 10 along the axial direction, and is electrically connected to the slip rings 107A and 107B of the plus terminal and the minus terminal. Then, two sliders (not shown) can slide with the slip rings 107A and 107B to supply a DC voltage.
The piezo element stack 59 can adjust the gap LG by applying a voltage in both expansion and contraction directions.
FIG. 14 shows a state where the axial length of the piezo element stack 59 is reduced to the minimum length.

本実施形態によれば、ピエゾ素子スタック59を用いることにより、ロータ1とステータ2との空隙の間隔を、ピエゾ素子スタック59に通電する電圧により任意に制御できる。本実施形態におけるピエゾ素子スタック59が発生する伸び力によっても、図7に示した非線形の荷重特性の曲線X1Cが実現できる。
なお、ロータ1とステータ2との間には、コイル22に通電、非通電に係りなく、永久磁石11による常にロータ1とステータ2との間の磁気吸引力が働いていて、ピエゾ素子スタック59には圧縮力が作用しており、ピエゾ素子スタック59を縮小させる電圧を印加しても、ピエゾ素子スタック59に引張り応力が発生することはない。
According to the present embodiment, by using the piezo element stack 59, the space between the rotor 1 and the stator 2 can be arbitrarily controlled by the voltage applied to the piezo element stack 59. The nonlinear load characteristic curve X1 C shown in FIG. 7 can also be realized by the elongation force generated by the piezo element stack 59 in the present embodiment.
A magnetic attraction force between the rotor 1 and the stator 2 by the permanent magnet 11 always acts between the rotor 1 and the stator 2 regardless of whether the coil 22 is energized or not. A compressive force acts on the piezoelectric element stack 59, and even if a voltage for reducing the piezoelectric element stack 59 is applied, no tensile stress is generated in the piezoelectric element stack 59.

(第6の実施形態の変形例)
次に、図15を参照しながら第6の実施形態の変形例を説明する。図15の(a),(b)は、第6の実施形態の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの図14におけるC部拡大図である。
図15の(a)に示す変形例は、例えば、軸方向に等ピッチの円筒コイルバネである弾性部材3Aの一端が、位置設定部材配置室35Cの底部に当接し、他端がピエゾ素子スタック59の一端に固定された環状の金属製座板59aに溶接されている。そして、ピエゾ素子スタック59のほぼ全体が支持部53Cの溝56に格納され、底部にその他端が固定されている。ここで、弾性部材3Aとピエゾ素子スタック59の組み合わせが、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
このように円筒コイルバネの弾性部材3Aとピエゾ素子スタック59とを組み合わせることによって、ピエゾ素子スタック59だけの場合よりも移動可能な空隙の間隔ΔLGを拡大でき、かつ、図7に示すような非線形の荷重特性を実現できる。
ちなみに、ピエゾ素子スタック59と組み合わせる弾性部材は、軸方向等ピッチの円筒コイルバネに限定されることは無く、前記した軸方向に不等ピッチの円筒コイルバネ、円錐コイルバネなどでも良い。
(Modification of the sixth embodiment)
Next, a modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. (A), (b) of FIG. 15 is the C section enlarged view in FIG. 14 of the axial gap type motor which concerns on the modification of 6th Embodiment.
In the modification shown in FIG. 15A, for example, one end of the elastic member 3A, which is a cylindrical coil spring having an equal pitch in the axial direction, abuts the bottom of the position setting member arrangement chamber 35C, and the other end is the piezo element stack 59. Are welded to a ring-shaped metal seat plate 59a fixed to one end thereof. Then, almost the entire piezo element stack 59 is stored in the groove 56 of the support portion 53C, and the other end is fixed to the bottom portion. Here, the combination of the elastic member 3A and the piezo element stack 59 corresponds to the “position setting member” recited in the claims.
In this way, by combining the elastic member 3A of the cylindrical coil spring and the piezo element stack 59, the movable gap interval ΔLG can be expanded as compared with the case of the piezo element stack 59 alone, and a non-linearity as shown in FIG. Load characteristics can be realized.
Incidentally, the elastic member combined with the piezo element stack 59 is not limited to a cylindrical coil spring having an equal pitch in the axial direction, and may be a cylindrical coil spring or a conical coil spring having an unequal pitch in the axial direction.

図15の(b)に示す変形例は、一対の同一磁極同士を対向させた環状体の永久磁石54(54A,54B)の一方の永久磁石54Aが、位置設定部材配置室35Cの底部にカラー55Aを圧入することで固定されている。また、他方の永久磁石54Bをその一端に接続部材59bを介して固定された環状体のピエゾ素子スタック59の一端に固定された環状の金属製座板59aに溶接されている。そして、ピエゾ素子スタック59のほぼ全体が支持部53Cの溝56に格納され、底部にその他端が固定されている。ここで、一対の永久磁石54(54A,54B)とピエゾ素子スタック59の組み合わせが、特許請求の範囲に記載の「位置設定部材」に対応する。
このように一対の永久磁石54とピエゾ素子スタック59とを組み合わせることによって、ピエゾ素子スタック59だけの場合よりも移動可能な空隙の間隔ΔLGを拡大でき、かつ、図7に示すような非線形の荷重特性を実現できる。
In the modified example shown in FIG. 15B, one permanent magnet 54A of the annular permanent magnet 54 (54A, 54B) in which a pair of identical magnetic poles face each other is colored at the bottom of the position setting member arrangement chamber 35C. It is fixed by press-fitting 55A. The other permanent magnet 54B is welded to an annular metal seat plate 59a fixed to one end of an annular piezo element stack 59 fixed to one end of the permanent magnet 54B via a connecting member 59b. Then, almost the entire piezo element stack 59 is stored in the groove 56 of the support portion 53C, and the other end is fixed to the bottom portion. Here, the combination of the pair of permanent magnets 54 (54A, 54B) and the piezo element stack 59 corresponds to the “position setting member” recited in the claims.
By combining the pair of permanent magnets 54 and the piezo element stack 59 in this manner, the gap ΔLG between the movable air gaps can be increased as compared with the case of the piezo element stack 59 alone, and a non-linear load as shown in FIG. The characteristics can be realized.

このように第6の実施形態のモータ100Fおよびその変形例によれば、第1の実施形態と同様に、径方向にコンパクトで図17に示したような比較例よりも出力トルクおよび回生トルクの大きい、空隙の間隔LGが可変のアキシャルギャップ型モータを構成できる。
さらに、弾性部材とピエゾ素子スタック59の組み合わせ、または、一対の永久磁石54とピエゾ素子スタック59の組み合わせたものの荷重特性を非線形にすることができ、空隙の間隔調整のためにd軸電流成分の制御を行うことなく、ピエゾ素子スタック59に印加する電圧を制御することで、トルク制御の上でモータ効率の良い空隙の間隔LGに任意に移動させることができる。
As described above, according to the motor 100F of the sixth embodiment and the modification thereof, as in the first embodiment, the output torque and the regenerative torque are smaller than those of the comparative example that is compact in the radial direction and shown in FIG. A large axial gap type motor having a variable gap LG can be constructed.
Furthermore, the load characteristic of the combination of the elastic member and the piezo element stack 59 or the combination of the pair of permanent magnets 54 and the piezo element stack 59 can be made non-linear, and the d-axis current component can be adjusted to adjust the gap interval. By controlling the voltage applied to the piezo element stack 59 without performing the control, it can be arbitrarily moved to the gap LG having a good motor efficiency in terms of torque control.

なお、第1の実施形態(図1参照)、第2の実施形態(図4参照)、第3の実施形態(図6参照)、第4の実施形態の変形例(図12参照)、第6の実施形態の変形例(図15の(a)参照)における弾性部材3A,3B,3C,3Dの代わりに皿バネを複数重ねて用いても良い。また、弾性部材3A,3B,3C,3Dの一部分を、1枚または複数枚重ねた皿バネで置き換えても良い。   In addition, 1st Embodiment (refer FIG. 1), 2nd Embodiment (refer FIG. 4), 3rd Embodiment (refer FIG. 6), the modification (refer FIG. 12) of 4th Embodiment, 1st Instead of the elastic members 3A, 3B, 3C, 3D in the modification of the sixth embodiment (see FIG. 15A), a plurality of disc springs may be used in a stacked manner. Further, a part of the elastic members 3A, 3B, 3C, and 3D may be replaced with one or a plurality of stacked disc springs.

1 ロータ
1a ハブ部
1b 円盤部
2 ステータ
2a バックヨーク部
2b コア
3A,3B,3C,3D 弾性部材(位置設定部材)
3B1,3B2,3B3 コイルバネ
10 ロータシャフト(シャフト)
11 永久磁石(永久磁石部)
13 ストッパ
22 コイル(コイル)
31 突き当て部
33 ストッパ当て座
35A,35B,35C 位置設定部材配置室
40 固定用円盤部材
43 固定リング
46A 板材
51 スプライン係合構造
53A,53B,53C 支持部
54 一対の永久磁石
54A、54B 永久磁石
54a 金属製保持リング
55A,55Bカラー
56 溝
57 電磁石
57a コイル
57b コア
58 配線
59 ピエゾ素子スタック(圧電素子)
59a 金属製座板
59b 接続部材
100A,100B,100C,100D,100E,100F モータ
101 対向面(ロータの対向面)
103 対向面(ステータの対向面)
105 配線孔
107A、107B スリップリング
L 回転中心軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 1a Hub part 1b Disk part 2 Stator 2a Back yoke part 2b Core 3A, 3B, 3C, 3D Elastic member (position setting member)
3B 1 , 3B 2 , 3B 3 coil spring 10 Rotor shaft (shaft)
11 Permanent magnet (permanent magnet part)
13 Stopper 22 Coil (Coil)
31 Abutting portion 33 Stopper seat 35A, 35B, 35C Position setting member arrangement chamber 40 Disc member 43 for fixing 43 Fixing ring 46A Plate material 51 Spline engagement structure 53A, 53B, 53C Support portion 54 A pair of permanent magnets 54A, 54B Permanent magnet 54a Metal retaining ring 55A, 55B collar 56 groove 57 electromagnet 57a coil 57b core 58 wiring 59 piezo element stack (piezoelectric element)
59a Metal seat plate 59b Connection member 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F Motor 101 Opposing surface (opposing surface of rotor)
103 Opposing surface (facing surface of stator)
105 Wiring hole 107A, 107B Slip ring L Rotation center axis

Claims (5)

回転中心軸周りに回転可能なシャフトの外周上を、前記回転中心軸方向に摺動可能に配置されたロータと、前記回転中心軸方向の一方側から前記ロータと空隙を挟んで対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるステータと、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、前記ステータとの対向面に周方向に配列され、前記回転中心軸方向に磁化されるとともに、前記周方向に隣接する磁極が互いに反転するように配置された複数の永久磁石部を有し、
前記空隙の間隔を拡大する方向に前記回転中心軸に沿って前記ロータを付勢する位置設定部材を前記ロータの内周部に配置し、
前記位置設定部材は、同一磁極の面を対向して配置した一対の永久磁石を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
On the outer periphery of the shaft that can rotate around the rotation center axis, the rotor arranged to be slidable in the direction of the rotation center axis, and arranged to face the rotor from one side in the direction of the rotation center axis, A stator used as a core for winding a coil, and an axial gap type motor comprising:
The rotor includes a plurality of permanent magnet portions arranged in a circumferential direction on a surface facing the stator, magnetized in the rotation central axis direction, and arranged so that magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are reversed to each other. Have
A position setting member for urging the rotor along the rotation center axis in a direction in which the space between the gaps is enlarged is disposed on an inner peripheral portion of the rotor ;
The position setting member includes a pair of permanent magnets arranged so that the surfaces of the same magnetic pole face each other .
回転中心軸周りに回転可能なシャフトの外周上を、前記回転中心軸方向に摺動可能に配置されたロータと、前記回転中心軸方向の一方側から前記ロータと空隙を挟んで対向配置され、コイルを巻回するためのコアとして用いられるステータと、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、前記ステータとの対向面に周方向に配列され、前記回転中心軸方向に磁化されるとともに、前記周方向に隣接する磁極が互いに反転するように配置された複数の永久磁石部を有し、
前記空隙の間隔を拡大する方向に前記回転中心軸に沿って前記ロータを付勢する位置設定部材を前記ロータの内周部に配置し、
前記シャフトは、その外周面に、前記位置設定部材を支持するための径方向外方に拡径された位置設定支持部を有し、
前記ロータは、前記永久磁石部が周方向に配列された領域よりも径方向内方側に、前記ステータと対向する面に開口し、前記回転中心軸方向に伸びる環状かつ有底の位置設定部材配置室を有し、
前記位置設定部材は、一対の永久磁石であり、一方の永久磁石を前記位置設定部材配置室に固定し、他方の永久磁石を前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面に、同一磁極が対向するように当接または固定することによって、付勢力を前記ロータに与えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
On the outer periphery of the shaft that can rotate around the rotation center axis, the rotor arranged to be slidable in the direction of the rotation center axis, and arranged to face the rotor from one side in the direction of the rotation center axis, A stator used as a core for winding a coil, and an axial gap type motor comprising:
The rotor includes a plurality of permanent magnet portions arranged in a circumferential direction on a surface facing the stator, magnetized in the rotation central axis direction, and arranged so that magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are reversed to each other. Have
A position setting member for urging the rotor along the rotation center axis in a direction in which the space between the gaps is enlarged is disposed on an inner peripheral portion of the rotor ;
The shaft has, on its outer peripheral surface, a position setting support portion whose diameter is increased radially outward for supporting the position setting member,
The rotor has an annular and bottomed position setting member that opens in a surface facing the stator and is radially inward of a region where the permanent magnet portions are arranged in the circumferential direction, and extends in the direction of the rotation center axis. Has a placement chamber,
The position setting member is a pair of permanent magnets, one permanent magnet is fixed to the position setting member arrangement chamber, and the other permanent magnet is placed on the surface of the position setting support portion facing the rotor. An axial gap type motor characterized in that an urging force is applied to the rotor by abutting or fixing so as to face each other .
前記位置設定部材配置室の前記開口の縁部は、前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面と当接可能に配置し、
前記開口の縁部と前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面とが当接することにより、前記ロータと前記ステータとの空隙を最小間隔に規定することを特徴とする請求項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
An edge portion of the opening of the position setting member arrangement chamber is disposed so as to be able to contact a surface of the position setting support portion facing the rotor,
3. The gap between the rotor and the stator is defined as a minimum distance by abutting an edge of the opening and a surface of the position setting support portion facing the rotor. Axial gap type motor.
前記一対の永久磁石内の一方の永久磁石を、前記位置設定部材配置室に圧入された第1のカラーで固定し、
前記他方の永久磁石を、前記位置設定支持部の前記ロータと対向する面に開口するように形成した環状の位置設定部材配置溝に挿入し、その後に、第2のカラーを前記位置設定部材配置溝に圧入して固定されることを特徴とする請求項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
One permanent magnet in the pair of permanent magnets is fixed with a first collar press-fitted into the position setting member arrangement chamber,
The other permanent magnet is inserted into an annular position setting member disposition groove formed so as to open on a surface facing the rotor of the position setting support portion, and then a second collar is disposed on the position setting member disposition. The axial gap type motor according to claim 2 , wherein the axial gap type motor is fixed by being press-fitted into the groove.
前記シャフトの外周面に、前記ロータが前記空隙の許容される最大間隔以上前記ステータと離れないようにストッパを設けたことを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型モータ。 On the outer circumferential surface of the shaft, the rotor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a stopper so as not leave the allowed maximum distance or the stator are of the gap Axial gap type motor.
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