JP6484507B2 - Axial gap type rotating electrical machine - Google Patents
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Description
本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に関する。 The present invention relates to an axial gap type rotating electrical machine.
アキシャルギャップ型回転電機は円盤状ロータと固定子は軸方向で平行に配置して構成される。出力トルクはロータと固定子の対向面積によって決まる。対向面積が大きいほど、出力トルクが大きくなる。アキシャルギャップ型回転電機は二つロータまたは二つステータは持つことができる。そのため、アキシャルギャップ型回転電機はトルクを出せる有効対向面積が2つを設けることが可能である。従って、アキシャルギャップモータは薄型で大トルクが出せる。空気圧縮機、エレベータやフライホイール蓄電などの分野に実用化することが期待されている。 An axial gap type rotating electrical machine is configured by arranging a disk-shaped rotor and a stator in parallel in the axial direction. The output torque is determined by the facing area between the rotor and the stator. The output torque increases as the facing area increases. An axial gap type rotating electrical machine can have two rotors or two stators. For this reason, the axial gap type rotating electrical machine can be provided with two effective opposing areas capable of generating torque. Therefore, the axial gap motor is thin and can generate a large torque. It is expected to be put to practical use in fields such as air compressors, elevators and flywheel power storage.
アキシャルギャップ型回転電機のロータは表面磁石型が多く、遠心力による応力で磁石は飛散、破壊しやすい。そのため、磁石の対遠心力対策が必要である。特開2011−055577号公報(特許文献1)には「界磁磁石122のそれぞれが固定子20側に呈する磁極面Aのうち、その外縁部Aoは、固定子20の外縁20oよりも径方向Rの外側に位置している。そして、外縁部Aoは、周方向Cにおける第1の位置においては露出し、第1の位置とは異なる第2の位置で非磁性ホルダ14によって係止される。」と記載されている。また、特開2011−130598号公報(特許文献2)には「ロータ20は、さらに磁性体14のステータ対向面を露出面として残して、永久磁石・磁性体の複合部品の周囲を覆うようにモールド成形されている円板形の非磁性モールド成形体15を有する。」と記載されている。
The rotor of an axial gap type rotating electrical machine is often a surface magnet type, and the magnet is likely to scatter and break due to stress caused by centrifugal force. Therefore, it is necessary to take measures against the centrifugal force of the magnet. Japanese Patent Laying-Open No. 2011-055577 (Patent Document 1) states that “outside of the magnetic pole surface A that each of the field magnets 122 exhibits on the
モータは、例えば空気圧縮機やフライホイールなどの大型機器に適用するとき、大型化・高速化に対応する必要がある。遠心力は回転物の外径と回転速度と関係し、回転物の外径と回転速度が大きいほど、遠心力が大きい。そのため、回転電機の大型化と高速化に対応させるために、回転電機の強度向上が求められている。 For example, when the motor is applied to a large apparatus such as an air compressor or a flywheel, it is necessary to cope with an increase in size and speed. Centrifugal force is related to the outer diameter and rotation speed of the rotating object, and the larger the outer diameter and rotation speed of the rotating object, the larger the centrifugal force. Therefore, in order to cope with the increase in size and speed of the rotating electrical machine, it is required to improve the strength of the rotating electrical machine.
特許文献1と2には、ロータの磁石の周りを非磁性体で保持する構成が開示されている。しかし、特許文献1、2はいずれも、保持ヨークは磁石を保持していないため、保持ヨークが磁石を保持する場合に比べて強度的に不利となる。一方、保持ヨークで磁石の全てを覆って全周を保持してしまうと、保持ヨークは磁性体であるため漏れ磁束が増加し、効率が低下してしまう。 Patent Documents 1 and 2 disclose a configuration in which a magnet around a rotor is held by a nonmagnetic material. However, in both Patent Documents 1 and 2, since the holding yoke does not hold the magnet, it is disadvantageous in strength compared to the case where the holding yoke holds the magnet. On the other hand, if the entire circumference is held by covering the entire magnet with the holding yoke, since the holding yoke is a magnetic body, the leakage magnetic flux increases and the efficiency decreases.
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、強度を確保しつつ漏れ磁束を抑えることの出来るアキシャルギャップ型回転電機を提供する。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an axial gap type rotating electrical machine capable of suppressing leakage magnetic flux while ensuring strength.
本発明は、その一例として、アキシャルギャップ型回転電機において、ステータと、前記ステータを貫通する軸と、軸方向に空隙を介して前記ステータと対向するロータと、を備え、前記ロータは、ロータ鉄心と、前記ロータ鉄心に重ねて固定された磁石と、前記ロータ鉄心を保持する磁性体である保持ヨークと、前記磁石の外周を補強する非磁性部と、を備え、前記保持ヨークは、軸方向で前記磁石の厚みより小さい、前記磁石の外周を補強する壁部を有し、前記磁石の外周を補強する非磁性補強部を備え、前記非磁性補強部は、前記壁部の外周を補強する段部を有する。 As an example of the present invention, an axial gap type rotating electrical machine includes a stator, a shaft that penetrates the stator, and a rotor that faces the stator via a gap in an axial direction, and the rotor includes a rotor core. And a magnet fixed over the rotor core, a holding yoke that is a magnetic body that holds the rotor core, and a nonmagnetic portion that reinforces the outer periphery of the magnet, the holding yoke having an axial direction in less than a thickness of the magnet, have a wall portion for reinforcing the outer periphery of said magnet includes a nonmagnetic reinforcing part for reinforcing the outer periphery of said magnet, said non-magnetic reinforcing portion reinforces the outer periphery of the wall portion Has a step .
この発明によれば、強度を確保しつつ漏れ磁束を抑えることの出来るアキシャルギャップ型回転電機を提供することが出来る。 According to the present invention, it is possible to provide an axial gap type rotating electrical machine capable of suppressing leakage magnetic flux while ensuring strength.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications are possible. In all the drawings for explaining the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
図1に本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の全体図を示す。アキシャルギャップ型回転電機1は、ステータ100と、ステータ100を軸方向から挟み込むように配置された2枚の円盤状のロータ200とからなる。ロータ200とステータ100は平行な軸方向に沿って対向し、2枚のロータ200はステータ100を、空隙を介して挟む構造となる。ハウジング300に、ステータ100とロータ200が収納される。
FIG. 1 shows an overall view of an axial gap type rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention. The axial gap type rotating electrical machine 1 includes a
図2にステータ100を構成するステータユニット115について示す。ステータ100は、軟磁性体で構成されたステータ鉄心110と、ステータ鉄心110を囲むボビン(図示しない)と、ボビンを巻回す巻線コイル120とを有するステータユニット115を周方向に複数個配置する。
FIG. 2 shows the
図3はロータ200の構造を示す。ロータ200は磁石210、磁石210の下側に配置されたロータ鉄心240(図6で示す)、円板形の保持ヨーク220と非磁性補強部材230から構成される。
FIG. 3 shows the structure of the
ロータ磁石210はリング状の円板であり、図4に示すようにN極とS極は交差して軸方向と平行して着磁される。ロータ鉄心240は磁性材料の円板、例えば、鉄の塊や圧粉磁心などから構成される。ロータ200の鉄損を低減するため、ロータ鉄心240は磁性材料の薄いリボンや板から巻回して構成することが好ましい。
The
ここで、ロータ磁石210とステータ鉄心110は、回転軸方向に対向している構造となり、エアギャップを挟んで平行に対向する。なお、本実施例は一つのロータ200と一つステータ100との組合せ、一つロータと二つステータとの組合せにも適用できる。
Here, the
ステータ100は扇型断面を持ち鉄心と巻線コイル120、とそれぞれの保持部材から構成されるが、アキシャルギャップ回転電機の出力トルクはロータ磁石とステータ鉄心の対向面積の大きさと関係あるため、なるべくその面積を大きくする。また、出力トルクはロータ磁石とステータ鉄心の対向距離が短いほど大きい。そのため、ロータ200とステータは対向している面で磁石と鉄心を、文献2等のような樹脂等を用いずに完全に露出させることが望ましい。
The
図5にロータ鉄心240の一例(渦巻き状ロータ鉄心)を示す。リング状の磁石210はリング状のロータ鉄心240に固定する。磁石の漏れ磁束を減少するため、ロータ鉄心240の外径は磁石210の外径より小さく、ロータ鉄心240の内径は磁石210の内径より大きくしてもよい。磁石210とロータ鉄心240は同様な形状であるため、複数磁石を間隔を設けて構成する場合に比べて、二つ部品間の接着面積が大きい。磁石とロータ鉄心間の固定できる面積が大きいため、磁石は鉄心から剥離や磁石の滑りによる極間のずれが防止できる。
FIG. 5 shows an example of the rotor core 240 (a spiral rotor core). The ring-
また、リング状の磁石210を用いることで磁石の対遠心力が強くなる。保持ヨーク220は鋳物などの磁性体である。保持ヨーク220は強度確保のためモータ回転軸に設けられる図示しないシャフトと同じ素材であることが望ましい。シャフトは鉄である場合が多いため、保持ヨーク220も鉄等の磁性体となる。
Further, by using the ring-
図6にロータ200の構成を示す。なお、本図においては、構造を分かりやすくするため、各部が分離された状態を示す。磁石210はロータ鉄心240に重ねて固定され、これらは保持ヨーク220により固定される。固定方法は接着また圧入がある。例えば、磁石210、ロータ鉄心240と保持ヨーク220の外周に補強の為の非磁性補強部230を圧入する。これにより強度が更に向上する。
FIG. 6 shows the configuration of the
図7にロータ200の断面図を示す。図7(a)はロータ200の断面図の斜視図及びその一部拡大図を示す。保持ヨーク220はロータ鉄心240を保持する。非磁性補強部230に段部231を設け、保持ヨーク220の壁部221が非磁性補強部230に嵌まる形となる。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of the
図7(b)を用いて、より詳細に説明する。図7(b)はロータ200の断面図及びその一部拡大図を示す。保持ヨーク220は、ロータ鉄心240の側面を補強する側面部からロータ回転軸方向に延びる壁部221を有する。つまり、保持ヨーク220の側面部の高さはロータ鉄心240より長い。この壁部221により、磁石の遠心力に対する強度を向上できる。
This will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 7B shows a sectional view of the
ここで、この壁部221は回転軸方向で磁石210の厚みより小さくする。例えば、磁石210の厚みの1/3程度以下になるように壁部221の高さを設ける。このように構成することで、磁石の漏れ磁束により渦電流損の発生が抑制でき、効率が向上する。
Here, the
さらに、非磁性補強部230は、壁部221の外側に対遠心力補強の為に段部231を有する。保持ヨーク220の磁石210の厚みよりも小さい壁部221が非磁性補強部230に嵌まるように構成することで、対遠心力に対する強度を確保すると共に、漏れ磁束の影響を抑えることが出来る。
Further, the nonmagnetic reinforcing
なお、磁石210の面は出力確保の観点から完全にエアギャップに露出することが望ましい。
It is desirable that the surface of the
また、図7(c)に示すように、保持ヨーク220と非磁性補強部230の外周側の側面部が直線上となるように構成してもよい。これにより、ロータ200の回転の際に、周りの配線等との干渉や空気抵抗の抑制を図ること出来る。
Moreover, as shown in FIG.7 (c), you may comprise so that the side part of the outer peripheral side of the holding
図8(a)にロータ200を回転時働く遠心力を示す。非磁性補強部230である非磁性リングは外周で圧入することで、図8(b)に示すような応力が発生する。非磁性リングと保持ヨーク220の壁部221などの応力により回転遠心力を相殺することができる。非磁性リングの材料は繊維強化プラスチック(FRP)や炭素繊維強化プラスチック (CFRP)などの高強度材料が好ましい。また、外周の非磁性リングを圧入することにより、磁石210、ロータ鉄心240と保持ヨーク220をしっかり固定できる。
FIG. 8A shows the centrifugal force that works when the
なお、モータの使用環境と駆動する負荷によって、軸の振れ、ロータのアンバランスや高温で接着力を弱める問題が出てくる。本実施例によれば、非磁性補強部230と保持ヨーク220の壁部221の組合せによりロータ200の強度を高めることができるため、上記の使用環境でロータの破壊、磁石の飛散や磁石の滑りを防止できる。また、環境温度や負荷側のアンバランス力の影響で、遠心力以外の応力が与えられる場合があるが、このような場合にも強度を確保することが出来る。
Depending on the use environment of the motor and the driving load, problems such as shaft runout, rotor imbalance, and weakening of adhesive strength at high temperatures may occur. According to the present embodiment, the strength of the
実施例2を説明する。図9に本実施例に関するアキシャルギャップ型回転電機の一例を示す。実施例1と異なる点は、非磁性補強部230に炭素繊維の糸を設けている点である。実施例1と同一の構成については説明を省略する。
A second embodiment will be described. FIG. 9 shows an example of an axial gap type rotating electrical machine according to this embodiment. The difference from the first embodiment is that a carbon fiber yarn is provided in the nonmagnetic reinforcing
ステータ100の巻線コイル120に結線500が設けられている。また、非磁性部230として高い引っ張り力持つ炭素繊維の糸231を設けている。
A
図10に本実施例に関するロータを示す。図11に分解したロータ部品を示す。本実施例は、保持ヨーク220と磁石210の外周に炭素繊維の糸231が巻かれることを特徴とする。炭素繊維の糸231は高い引っ張り力持つため強度が向上し、炭素繊維の糸231がロータ200の外周を巻くことにより、磁石の遠心力を緩和できる。また、糸は薄いため、ロータ200の外周に置いても、ステータ100の結線500と干渉しない。ハウジング300の内部の空間を有効に利用できる。また、炭素繊維の糸231で磁石210を巻きつけた後に樹脂でモールドすることにより、更なる強度を確保することができる。また、炭素繊維の糸231は樹脂に練り込んで使用してもよい。
FIG. 10 shows a rotor according to this embodiment. FIG. 11 shows an exploded rotor part. This embodiment is characterized in that a
図12に上記実施例1または2のアキシャルギャップ型回転電機をスクリュー流体機械に適用した場合の一例を示す。図12はスクリュー流体機械の断面図である。 FIG. 12 shows an example in which the axial gap type rotating electrical machine of the first or second embodiment is applied to a screw fluid machine. FIG. 12 is a sectional view of the screw fluid machine.
スクリュー流体機械の構造について説明する。図12において,スクリュー流体機械は,負荷部となる圧縮部10と駆動部20から構成される。圧縮部10は,メインケーシング3内に,ケーシングボア4,雄ロータ5,雌ロータ(図示せず)で作動室を構成し,雄ロータ5が駆動部20により回転駆動されると雌ロータと噛み合って圧縮動作を行う。スクリュー流体機械に吸込まれる気体は,吸込口6や吸込口拡張部6aを通過して作動室へ吸込まれ,圧縮された後は,吐出口7を経由して吐出する。圧縮部1の吐出口側には,Dケーシング8を配置している。Dケーシング8内には,雄雌ロータの回転軸が突出し,この回転軸を回転自在に支持する吐出側軸受部が配設されている。図12では,雄ロータ5の吐出側回転軸9aが,Dケーシング8内に突出して,吐出側軸受部19にて回転自在に係合している状態を表わしている。
The structure of the screw fluid machine will be described. In FIG. 12, the screw fluid machine includes a compressing
駆動部20は,モータケーシング11とケーシングフタ12からなる空間内に,軸方向にギャップを構成するアキシャルギャップ回転子を有するモータ13と雄ロータ5のモータ側回転軸9bとモータ側回転軸9bを回転自在に支持するモータ側軸受17とを配設する。アキシャルギャップ回転子を有するモータ13は,アキシャルギャップ回転子15a,15bとステータ14からなり,アキシャルギャップ回転子15a,15bは,磁石16a,16bが配設され,また,ステータ14を挟むようにモータ側回転軸9bへ系合されている。なお,アキシャルギャップ回転子15a,15bは,片側だけで構成しても良い。モータ側軸受17は,ケーシングフタ12に配設され,モータ側回転軸9bを回転自在に係合する。本実施例では,モータ側回転軸9bを介して軸封装置18をメインケーシング3とモータケーシング11の間に設け,圧縮部10側の油が駆動部20側へ漏洩しない構造である。
The
以上本実施例によれば、上記実施例のアキシャルギャップ型回転電機をスクリュー流体機械に適用することにより、信頼性の高いスクリュー流体機械を実現出来る。 As described above, according to the present embodiment, a highly reliable screw fluid machine can be realized by applying the axial gap type rotating electrical machine of the above embodiment to a screw fluid machine.
なお、上記実施例のアキシャルギャップ型回転電機は、スクロール圧縮機等の空気圧縮機やその他の回転電機を収納可能な機械にも適用出来る。
In addition, the axial gap type rotary electric machine of the said Example is applicable also to the machine which can accommodate air compressors, such as a scroll compressor, and another rotary electric machine.
100・・・ステータ
200・・・ロータ
300・・・ハウジング
100 ... stator
200 ... Rotor
300 ・ ・ ・ Housing
Claims (5)
ステータと、
前記ステータを貫通する軸と、
軸方向に空隙を介して前記ステータと対向するロータと、を備え、
前記ロータは、
ロータ鉄心と、
前記ロータ鉄心に重ねて固定された磁石と、
前記ロータ鉄心を保持する磁性体である保持ヨークと、を備え、
前記保持ヨークは、軸方向で前記磁石の厚みより小さい、前記磁石の外周を補強する壁部を有し、
前記磁石の外周を補強する非磁性補強部を備え、
前記非磁性補強部は、前記壁部の外周を補強する段部を有することを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。 In axial gap type rotating electrical machines,
A stator,
A shaft passing through the stator;
A rotor facing the stator via a gap in the axial direction,
The rotor is
Rotor core,
A magnet fixed over the rotor core, and
A holding yoke that is a magnetic body that holds the rotor core;
Said retaining yoke is smaller than the thickness of the magnet in the axial direction, have a wall portion for reinforcing the outer periphery of said magnet,
A non-magnetic reinforcing portion for reinforcing the outer periphery of the magnet;
The non-magnetic reinforcing portion has a step portion that reinforces the outer periphery of the wall portion .
前記磁石はリング状の磁石であることを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。 In the axial gap type rotating electrical machine according to claim 1,
The axial gap rotating electric machine, wherein the magnet is a ring-shaped magnet.
前記磁石は前記保持ヨークに圧入されていることを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。 In the axial gap type rotating electrical machine according to claim 1,
The axial gap rotating electrical machine according to claim 1, wherein the magnet is press-fitted into the holding yoke.
前記非磁性部は炭素繊維の糸で構成されることを特徴とするアキシャルギャップ回転電機。 In the axial gap type rotating electrical machine according to claim 1,
An axial gap rotating electrical machine wherein the non-magnetic portion is made of a carbon fiber yarn.
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