JP6700596B2

JP6700596B2 - アキシャルギャップモータ用ロータ及びアキシャルギャップモータ

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Publication number: JP6700596B2
Application number: JP2016122803A
Authority: JP
Inventors: 晃尚服部; 洋次山田; 横山　誠也; 誠也横山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: JP2017229136A; US20170366050A1; US10862353B2

Description

本発明は、アキシャルギャップモータ用ロータ及びアキシャルギャップモータに関する。

軸方向において空隙を有するようにロータとステータとが対向配置されたアキシャルギャップモータが知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１のアキシャルギャップモータでは、円板状のロータコア（同文献では支持部材）と、ロータコアに設けられる貫通孔に固定される磁石とを有する。このロータコアでは、径方向中心側の基部（同文献ではハブ部）と、基部から径方向に延出する複数の径方向延出部（同文献ではスポーク状部分）と、径方向延出部の外周側を繋ぐ外周部とで複数の貫通孔が周方向に複数設けられ、各貫通孔に磁石が設けられる。つまり、ロータコアの径方向延出部毎に区切られた箇所に磁石を設けている。

特開２０１５−１１６０３３号公報

ところで、上記のようなアキシャルギャップモータのロータでは、ロータコアの径方向延出部毎で区切られた箇所に磁石を設けているため、周方向において径方向延出部と磁石とが交互に設けられることとなる。このような構成のロータにおいてコギングトルクやトルクリップルの低減が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コギングトルクやトルクリップルを低減できるアキシャルギャップモータ用ロータ及びアキシャルギャップモータを提供することにある。

上記課題を解決するアキシャルギャップモータ用ロータは、ロータコアと該ロータコアに設けられて軸方向における磁極が周方向において交互に変化するように構成された磁石とを有し、ステータと軸方向において対向するアキシャルギャップモータ用ロータであって、前記ロータコアは、径方向中心側に位置する基部と、該基部から径方向外側に延出するとともに周方向に複数設けられる径方向延出部とを有し、前記磁石は、周方向において交互に設けられる磁極部分が一体形成されたものであり、前記径方向延出部は、前記磁石を径方向に貫通しており、該径方向延出部の軸方向両側が前記磁石に覆われた状態となっており、前記磁石は、周方向において隣り合う各磁極の境界を含むように位置する前記径方向延出部の少なくとも一部と軸方向において重なるように構成される。

この構成によれば、磁石が周方向において隣り合う各磁極の境界を含むように位置する径方向延出部の少なくとも一部と軸方向において重なるように構成されるため、径方向延出部が位置する磁極の磁束密度が平滑化され、コギングトルクやトルクリップルを低減できる。

上記アキシャルギャップモータ用ロータにおいて、前記ロータコアは、前記基部と、前記径方向延出部と、前記径方向延出部の径方向外側であって前記径方向延出部から周方向に延びる外周部とが一体形成されたものであり、前記磁石は、前記ロータコアに対して一体成形されたものである。

上記アキシャルギャップモータ用ロータにおいて、前記ロータコアは、前記径方向延出部と、前記径方向延出部の径方向外側であって前記径方向延出部から周方向に延びる外周部との少なくとも一方に磁路を遮断する磁路遮断部を有することが好ましい。

この構成によれば、径方向延出部と、径方向延出部の径方向外側であって径方向延出部から周方向に延びる外周部との少なくとも一方に磁路を遮断する磁路遮断部を有することで、渦電流の磁路が遮断されるため、渦電流の発生を抑えることができる。
上記アキシャルギャップモータ用ロータにおいて、前記径方向延出部は、軸方向において他部よりも薄い薄肉部を有することが好ましい。
この構成によれば、径方向延出部は、軸方向において他部よりも薄い薄肉部を有するため、薄肉部における断面（軸方向に切った断面）が小さくなることで磁気抵抗が高くなるため、渦電流の発生を抑えることができる。

上記アキシャルギャップモータ用ロータにおいて、前記外周部は、前記薄肉部よりも軸方向における厚い構成とされ、前記外周部は前記磁石と径方向において当接することが好ましい。

この構成によれば、外周部は、前記薄肉部よりも軸方向における厚い構成とされ、前記外周部は前記磁石と径方向において当接する。つまり、外周部が磁石と径方向に当接するため、ロータが回転しても磁石が脱落することを抑えることができる。

上記課題を解決するアキシャルギャップモータは、上記のアキシャルギャップモータ用ロータと、該アキシャルギャップモータ用ロータと軸方向において対向するステータとを備える。

この構成によれば、コギングトルクやトルクリップルを低減できるアキシャルギャップモータを提供することができる。
上記アキシャルギャップモータにおいて、前記ステータは、前記アキシャルギャップモータ用ロータの軸方向両側に設けられるものである。

この構成によれば、径方向延出部は、その軸方向両側が磁石により覆われることで、例えば軸方向一方側に径方向延出部が露出した場合と比較して軸方向両側で発生する磁束のバランスを均一とすることが可能となる。そのため、ロータの軸方向両側にステータを配置した構成に適用することで良好な磁気バランスを得ることができる。

本発明のアキシャルギャップモータ用ロータ及びアキシャルギャップモータによれば、コギングトルクやトルクリップルを低減できる。

一実施形態におけるアキシャルギャップモータの斜視図。同実施形態におけるアキシャルギャップモータの側面図。同実施形態におけるアキシャルギャップモータの部分断面斜視図。同実施形態におけるロータの平面図。図４における５−５断面図。図４における６−６断面図。変形例におけるロータコアの断面図。変形例におけるロータコアの断面図。変形例におけるロータコアの断面図。変形例におけるロータの部分断面斜視図。変形例におけるロータコア及びカバーの断面図。

以下、アキシャルギャップモータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、アキシャルギャップモータ１０は、円柱状をなす回転軸１１に一体回転可能に固定された円盤状のロータ１２と、ロータ１２の軸方向の両側に配置された一対のステータ１３，１４とを備えたモータである。なお、ロータ１２及びステータ１３，１４は、図示しないハウジングに収容されるとともに、回転軸１１は、当該ハウジングに対して回転可能に支持されている。

図１〜図４に示すように、ロータ１２は、略円盤状のロータコア２１と、略円盤状の磁石２６とを備えている。
ロータコア２１は、回転軸１１が圧入される貫通孔２２ａを有する円環状の基部２２と、基部２２から径方向外側に延出する径方向延出部２３と、径方向延出部２３の径方向外側（先端側）の外周部２４とを有する。

図５に示すように、径方向延出部２３は、外周部２４や基部２２よりも軸方向における厚さが薄い薄肉部２３ａを有する。薄肉部２３ａは径方向において所定の長さを有するものであり、本実施形態では径方向延出部２３全体に亘ってつぶし加工によって形成される。径方向延出部２３は、後述する磁石２６を径方向に貫通し、径方向延出部２３の軸方向両側が磁石２６に覆われた状態となっている。

図４及び図６に示すように、外周部２４は、各径方向延出部２３の径方向外側（先端側）から周方向両側に延びる周方向延出部２５で構成される。本実施形態の周方向延出部２５は、周方向に隣り合う径方向延出部２３の周方向延出部２５との間において磁路遮断部としての隙間Ｓ１を有するように構成される。つまり、隣り合う径方向延出部２３の各周方向延出部２５同士は、離間した状態となっている。なお、本実施形態では、径方向延出部２３の数と同数の隙間Ｓ１が設けられる。

磁石２６は、ロータコア２１に対して一体成形されるものである。
図４に示すように、磁石２６は、軸方向一方側に現れる極が周方向において交互となるように着磁されている。また、磁石２６は、軸方向一方側に現れる極がＮ極である場合、その反対側である軸方向他方側に現れる極がＳ極となるように着磁されている。なお、図４において磁石２６の各磁極の境界部分（図４において２点鎖線で図示）に前記径方向延出部２３（薄肉部２３ａ）が位置するように構成される。

図３〜図５に示すように、磁石２６は、その径方向外側の外周面２６ａが周方向延出部２５（外周部２４）の内周面２５ａと当接し、その径方向内側の内周面２６ｂが基部２２の外周面２２ｂと当接するように構成される。

図１〜図３に示すように、ステータ１３，１４は、それぞれ、ステータコア３１と、ステータコア３１に巻装されたコイル群３２とを備えている。また、各ステータ１３，１４は、ロータ１２との間に置いて僅かな空隙が設けられている。

ステータコア３１は、円環状の板状をなすベース部３３と、ベース部３３からロータ１２側に向けて軸方向に突出した（軸方向に延びる）１２個のティース３４とを有する。ティース３４は、周方向に等角度間隔（本実施形態では３０°間隔）に設けられている。また、各ティース３４は、隣り合うティース３４と周方向において離間している。また、各ティース３４は全て同じ形状をなしている。

コイル群３２は、各ティース３４に集中巻にて巻回された１２個のコイル３５から構成されている。なお、本実施形態の１２個のコイル３５は、巻回方向が全て同じ方向となっている。またコイル３５は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの順で周方向に繰り返し並ぶよう設けられる。つまり、コイル群３２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル３５から構成されている。

次に、本実施形態のアキシャルギャップモータ１０の作用について説明する。
アキシャルギャップモータ１０のロータ１２は、ロータコア２１の径方向延出部２３全体が軸方向において磁石２６と重なるように、磁石２６を径方向延出部２３が貫通するように構成される。このような構成とすることで、従前のように軸方向において径方向延出部と磁石とが重ならない場合と比較して、径方向延出部２３が位置する磁極の磁束密度が平滑化されることとなる。これにより、コギングトルクやトルクリップルを低減できるようになっている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）磁石２６が周方向において隣り合う各磁極の境界を含むように位置する径方向延出部２３と軸方向において重なるように構成されるため、径方向延出部２３が位置する磁極の磁束密度が平滑化され、コギングトルクやトルクリップルを低減できる。

（２）径方向延出部２３は、軸方向において他部（外周部２４や基部２２）よりも薄い薄肉部２３ａを有するため、薄肉部２３ａにおける断面（軸方向に切った断面）が小さくなることで磁気抵抗が高くなるため、渦電流の発生を抑えることができる。

（３）径方向延出部２３の径方向外側であって径方向延出部２３から周方向に延びる外周部２４に磁路を遮断する磁路遮断部としての隙間Ｓ１を有することで、渦電流の磁路が遮断されるため、渦電流の発生を抑えることができる。

（４）外周部２４は、薄肉部２３ａよりも軸方向における厚い構成とされ、外周部２４は磁石２６と径方向において当接する。つまり、外周部２４が磁石２６と径方向に当接するため、ロータ１２が回転してもロータコア２１から磁石２６が脱落することを抑えることができる。

（５）径方向延出部２３は、その軸方向両側が磁石２６により覆われるように構成されることで、例えば軸方向一方側に径方向延出部が露出した場合と比較して軸方向両側で発生する磁束のバランスを均一とすることが可能となるため、軸方向両側にステータ１３，１４を配置した本構成に適用することで良好な磁気バランスを得ることができる。

（６）磁石２６が位置する部分に薄肉部２３ａが形成されるため、磁石２６を設けた場合でも全体の厚みを抑えることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、外周部２４に隙間Ｓ１を有して磁路を遮断する構成としたが、これに限らない。
図７に示すように、径方向延出部２３の径方向途中位置に隙間Ｓ１を有して磁路を遮断する構成を採用してもよい。

図８に示すように、径方向延出部２３の径方向外側（先端側）に隙間Ｓ１を有して磁路を遮断する構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、径方向延出部２３の数と同数の隙間Ｓ１を設ける構成としたが、これらの数は任意に変更してもよい。

図９に示すように、径方向延出部２３の数の半数の隙間Ｓ１を設ける構成としてもよい。このような構成であっても、例えば各径方向延出部２３が外周部２４によって全て接続された場合と比較して渦電流の磁路となり得る部分が隙間Ｓ１によって遮断されることとなるため、渦電流の発生を抑えることができる。

・上記実施形態では、円盤状の１つのロータコア２１を用いる構成としたが、例えばコアシートを複数積層してロータコアを構成してもよい。この場合、複数種類のコアシートを用いてもよく、その内の一部のコアシートが上述したような隙間Ｓ１を有し、それ以外のコアシートが上述したような隙間Ｓ１を有しない構成としてもよい。

・上記実施形態では、径方向延出部２３が磁石２６を径方向に貫通することで径方向延出部２３全体が磁石２６に埋設される構成としたが、これに限らない。
例えば、径方向延出部２３が磁石２６の軸方向一方側の表面に露出される構成としてもよい。

・上記実施形態では、径方向延出部２３全体が磁石２６と径方向において重なる構成としたが、これに限らず、図１０に示すように径方向延出部２３の一部のみが磁石２６と軸方向において重なる構成を採用してもよい。

図１０に示すように、径方向延出部２３は、周方向両側の側面２３ｂであって軸方向略中央位置から軸方向両側に延出する爪部２３ｃを有する。爪部２３ｃは、磁石２６に設けられた嵌合凹部２６ｃに嵌合されるようになっている。

・上記実施形態では、径方向延出部２３の径方向外側に一体形成された外周部２４を設ける構成としたが、省略した構成を採用してもよい。
この場合、図１１に示すように、磁石２６の脱落を抑えるべく円筒状のカバー４１を径方向延出部２３の外側に設けることが好ましい。図１１に示すロータコア２１は、径方向延出部２３の長さを変更することで、径方向延出部２３が円筒状のカバー４１と当接する場合と、カバー４１と隙間Ｓ１を有する場合とが存在する構成としている。なお、全ての径方向延出部２３とカバー４１との間に隙間Ｓ１を有する構成としてもよい。

・上記実施形態並ぶに各変形例では隙間Ｓ１を有する構成としたが、隙間Ｓ１を有しない構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、径方向延出部２３全体に亘って薄肉部２３ａを有する構成としたが、径方向延出部２３の一部に薄肉部２３ａを有する構成を採用してもよい。また、薄肉部２３ａを省略した構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、薄肉部２３ａをつぶし加工によって形成したが、別方法で形成してもよい。要は、径方向延出部２３の内で軸方向に切った断面の断面積が小さくなる部位があれば、その部位の磁気抵抗が高くなるため、渦電流の発生を抑えることが可能となる。

・上記実施形態では、磁石２６を全て一体形成したが、これに限らない。対となる極で１つの磁石を構成し、この磁石を周方向に複数設ける構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、ロータ１２の軸方向両側にステータ１３，１４を設けた構成としたが、ロータ１２の軸方向一方側のみにステータ１３又はステータ１４を設ける構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、ロータコア２１と回転軸１１とが別体としたが、一体成形した構成を採用してもよい。
・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１０…アキシャルギャップモータ、１２…ロータ（アキシャルギャップモータ用ロータ）、１３，１４…ステータ、２１…ロータコア、２２…基部、２３…径方向延出部、２３ａ…薄肉部、２４…外周部、２６…磁石、Ｓ１…隙間（磁路遮断部）。

Claims

ロータコアと該ロータコアに設けられて軸方向における磁極が周方向において交互に変化するように構成された磁石とを有し、ステータと軸方向において対向するアキシャルギャップモータ用ロータであって、
前記ロータコアは、径方向中心側に位置する基部と、該基部から径方向外側に延出するとともに周方向に複数設けられる径方向延出部とを有し、
前記磁石は、周方向において交互に設けられる磁極部分が一体形成されたものであり、
前記径方向延出部は、前記磁石を径方向に貫通しており、該径方向延出部の軸方向両側が前記磁石に覆われた状態となっており、
前記磁石は、周方向において隣り合う各磁極の境界を含むように位置する前記径方向延出部の少なくとも一部と軸方向において重なるように構成されることを特徴とするアキシャルギャップモータ用ロータ。
請求項１に記載のアキシャルギャップモータ用ロータにおいて、
前記ロータコアは、前記基部と、前記径方向延出部と、前記径方向延出部の径方向外側であって前記径方向延出部から周方向に延びる外周部とが一体形成されたものであり、
前記磁石は、前記ロータコアに対して一体成形されたものであることを特徴とするアキシャルギャップモータ用ロータ。
請求項１又は２に記載のアキシャルギャップモータ用ロータにおいて、
前記ロータコアは、前記径方向延出部と、前記径方向延出部の径方向外側であって前記径方向延出部から周方向に延びる外周部との少なくとも一方に磁路を遮断する磁路遮断部を有することを特徴とするアキシャルギャップモータ用ロータ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアキシャルギャップモータ用ロータにおいて、
前記径方向延出部は、軸方向において他部よりも薄い薄肉部を有することを特徴とするアキシャルギャップモータ用ロータ。
請求項２を引用する請求項４、又は請求項３を引用する請求項４に記載のアキシャルギャップモータ用ロータにおいて、
前記外周部は、前記薄肉部よりも軸方向における厚い構成とされ、
前記外周部は前記磁石と径方向において当接することを特徴とするアキシャルギャップモータ用ロータ。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のアキシャルギャップモータ用ロータと、該アキシャルギャップモータ用ロータと軸方向において対向するステータとを備えたことを特徴とするアキシャルギャップモータ。
請求項６に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記ステータは、前記アキシャルギャップモータ用ロータの軸方向両側に設けられるものであることを特徴とするアキシャルギャップモータ。