JPWO2020059515A1 - 回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年9月18日出願の日本出願第2018−173510号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
このアキシャルギャップモータは、ロータとステータとの間のギャップが軸方向に設けられる(例えば、非特許文献1参照)。
アキシャルギャップモータの構造には、ロータの軸方向両側にステータを配置したダブルステータ構造と、ロータの軸方向一方側にのみステータを配置したシングルステータ構造とがある。
図8中、シングルステータ構造に用いられるロータ100は、複数の磁石102を備えた円環状の本体部101と、本体部101に同心に固定された円環状のロータヨーク103とを備えている。
複数の磁石102は、非磁性材料からなる保持部材104によって保持され、円環状の本体部101を構成している。複数の磁石102は、磁極が交互に異なるように周方向に沿って所定間隔を置いて配列されている。
ロータヨーク103は、一面103aを本体部101に当接させて固定される。
図9に示すように、ロータ100は、ステータに突設されるとともにコイルが巻き回された鉄心であるティース部105に軸方向に対向配置される。
このため、ロータヨーク103の一面103aは、磁石102a,102bに対面し当接する対面領域106a,106bと、保持部材104に対面し当接することで磁石102a,102bに対面しない非対面領域107とを含んでいる。
磁石102aから磁石102bへの磁束の流れは、ティース部105に巻き回されたコイルを貫通する磁束である鎖交磁束となる。
上記鎖交磁束は、アキシャルギャップモータの出力トルクに影響を及ぼす。すなわち、鎖交磁束がより大きければ、アキシャルギャップモータの出力トルクもより大きくなる。
本開示によれば、出力を高めることができる。
[実施形態の概要]
(1)一実施形態である回転電機は、ステータと、前記ステータに対して軸方向に対向配置されたロータと、を備え、前記ロータは、円環状のロータヨークと、磁極が交互に異なるように周方向に沿って所定間隔を置いて前記ロータヨークの一面に当接配置された複数の磁石と、を備え、前記一面は、前記複数の磁石に対面し当接する複数の対面領域と、前記複数の磁石に対面しない非対面領域とを含み、前記非対面領域は、前記複数の対面領域のうちの周方向に隣り合う一対の対面領域同士の間に位置する領域部分を含み、前記領域部分が、当該対面領域に対して軸方向に凹む凹部とされている。
よって、非対面領域におけるロータヨーク表面と、一対の磁石とが磁気的に短絡するのを抑制することができ、短絡による鎖交磁束の減少を抑制することができる。この結果、より多くの鎖交磁束を生じさせることができ、回転電機の出力を高めることができる。
この場合、凹部において、開口端縁から底部に亘る側壁部と、底部との間の距離が接近するのを抑制し、凹部の内部で磁気的な短絡が生じるのを抑制することができる。
この場合、凹部の開口幅を、周方向に隣り合う一対の磁石同士の所定間隔よりも大きくでき、周方向において非対面領域を確実に含むように凹部を設けることができる。
この場合、凹部を設ける際に、少なくとも径方向の位置については調整等が不要となり、凹部を設けることが容易となる。
以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する各実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
図1は、一実施形態に係るアキシャルギャップモータの構成を示す斜視図である。なお、図1では、内部の構成を示すために構成の一部を除いて示している。
なお、図1では、ハウジング6の孔部6aに挿通されハウジング6に対して相対回転可能に設けられる回転軸を省略して示している。なお、軸方向とは前記回転軸の軸心Sに平行な方向をいう。
ロータ2は、複数の磁石8を備えた円環状の本体部7と、本体部7に同心に固定された円環状のロータヨーク9とを含んで構成されている。
なお、ロータ2については、後に詳述する。
ステータコア20は、圧粉磁心により構成されている。圧粉磁心とは、表面を絶縁膜で被覆した軟磁性粉末の加圧成形体である。
コイル24が巻き回された複数のティース部22の先端面22aは、ロータ2の一面2aに対向している。前記ギャップは、複数のティース部22の先端面22aと、ロータ2の一面2aとの間で構成される。
上述のように、ロータ2は、本体部7と、ロータヨーク9とを含んで構成されている。
図2は、本体部7の外観図である。
図2に示すように、本体部7は、前記回転軸が挿通される孔部7cを有する円環板状とされている。複数の磁石8は、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材料により形成された保持部材11によって保持されている。
複数の磁石8は、板状に形成されている。複数の磁石8の一面8a及び他面8bは、本体部の一面7a及び他面7bに露出している。複数の磁石8の外形は、小径円弧及び大径円弧を有する扇形に形成されている。
複数の磁石8は、周方向に沿って環状に配列されている。
複数の磁石8の一面8a及び他面8bは磁極面である。複数の磁石8のうち互いに隣り合って並ぶ磁石8同士は、一面8a(他面8b)の磁極が互いに異なるように配列されている。つまり、複数の磁石8の一面8a(他面8b)の磁極は、周方向に沿って交互に異なっている。
環状部11aは、複数の磁石8の内周面に当接する。柱状部11bは、周方向に隣り合う磁石8同士の間に介在し複数の磁石8の径方向側面に当接する。外周保持部11cは、複数の磁石8の外周面に当接する。
このように保持部材11は、複数の磁石8の周囲に当接することで複数の磁石8を円環状に保持する。
図3は、ロータヨーク9の外観図である。
ロータヨーク9は、例えば、機械構造用鋼板等を用いて円環板状に形成されている。ロータヨーク9として使用される材料の条件として、比透磁率が100以上の磁性体材料であるという条件を満たすことが好ましい。
ロータヨーク9の内周径及び外周径は、本体部7の内周径及び外周径とほぼ一致している。
よって、ロータヨーク9が本体部7に固定されたとき、ロータヨーク9の内周面及び外周面と、本体部7の内周面及び外周面とは、ほぼ面一となる。
図3に示すように、ロータヨーク9の一面9aは、当該一面9aにおける内周端縁9a1から外周端縁9a2に亘って延びる複数の凹部30と、隣り合う凹部30同士の間を繋ぐ複数の平面部32とを含んでいる。
凹部30の溝幅寸法は、柱状部11bの幅寸法と同じである。また、凹部30の周方向の角度間隔は、柱状部11bの周方向の角度間隔と同じである。
ロータヨーク9は、複数の凹部30と、複数の柱状部11bとが互いに径方向全域に亘って一致した状態で本体部7の他面7bに固定される。
複数の凹部30と、複数の柱状部11bとは、互いに径方向全域に亘って一致した状態とされる。よって、本体部7の各磁石8の他面8bは、各平面部32に対面し当接する。
一方、一面9aにおいて対面領域40以外の領域は、複数の磁石8の他面8bに対面しない非対面領域41である。
つまり、非対面領域41は、複数の対面領域40のうちの周方向に隣り合う一対の対面領域40同士の間に位置する領域部分を含む。
凹部30は、非対面領域41のうち周方向に隣り合う一対の対面領域40同士の間に位置する領域部分に設けられている。
図5に示すように、ロータヨーク9が本体部7に固定された状態において、ロータヨーク9の一面9aに設けられた複数の凹部30は複数の柱状部11bと一致している。
より具体的に、本体部7の一面7aと(ロータ2の一面2a)、複数のティース部22の先端面22aとが互い対向している。
これにより、磁石8による磁束は、ティース部22に巻き回されたコイル24を貫通し、鎖交磁束となる。
なお、凹部30の深さ寸法は、ロータヨーク9の厚み寸法に対して50%以下に設定されることが好ましい。
図6中、磁石81からの磁束は、磁石81の他面81bから、磁石82の他面82bへ向かってロータヨーク9を通じて流れる。
磁石81から磁石82への磁束の流れは、ティース部22に巻き回されたコイル24を貫通する磁束である鎖交磁束となる。
この場合、凹部30において、開口端縁30aから底部30bに亘る側壁部と、底部30bとの間の距離が接近するのを抑制し、凹部30の内部で磁気的な短絡が生じるのを抑制することができる。
図7は、第2実施形態に係るアキシャルギャップモータ1の部分断面図である。
本実施形態は、凹部30の開口端縁30aの一方が、磁石81における磁極面である他面81bに位置し、他方が、磁石82における磁極面である他面82bに位置している点において、第1実施形態と相違する。
例えば、凹部30の開口幅を、周方向に隣り合う一対の磁石8同士の所定間隔とほぼ同じ寸法とした場合、部品誤差や組み立て誤差等により、凹部30の開口端縁30aが柱状部11bに位置するおそれが生じ、磁気的な短絡の原因を生じさせるおそれが生じる。
これに対して、本実施形態では、周方向において非対面領域41を確実に含むように凹部30を設けることができるので、上記のような磁気的な短絡の発生を抑制でき、凹部30の内側面と、磁石81(磁石82)との間の磁気抵抗を高めることができる。
以下、本実施形態に係るアキシャルギャップモータ1の出力トルクについて行った評価試験の結果について説明する。
評価試験の方法としては、第1実施形態のアキシャルギャップモータ1を実施例品とし、ロータヨークに溝部が設けられていない点のみ実施例品と相違するアキシャルギャップモータを比較例品とし、CAEによるシミュレーションによって実施例品及び比較例品の出力トルクを求め、両者を比較した。
この結果から、本実施形態のアキシャルギャップモータによれば出力トルクを高めることができることが明らかとなった。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
例えば、上記各実施形態では回転電機としてのアキシャルギャップモータ1のロータヨーク9に凹部30を設けた場合について例示したが、アキシャルギャップ型の発電機のロータヨークに同様の凹部を設けてもよい。この場合、発電機の出力を高めることができる。
2 ロータ
2a 一面
4 ステータ
6 ハウジング
6a 孔部
7 本体部
7a 一面
7b 他面
7c 孔部
8 磁石
8a 一面
8b 他面
9 ロータヨーク
9a 一面
9a1 内周端縁
9a2 外周端縁
10 蓋部
11 保持部材
11a 環状部
11b 柱状部
11c 外周保持部
20 ステータコア
22 ティース部
22a 先端面
24 コイル
30 凹部
30a 開口端縁
30b 底部
32,32a,32b 平面部
40 対面領域
41 非対面領域
81 磁石
81b 他面
81c 側面
82 磁石
82b 他面
82c 側面
S 軸心
Claims (5)
- ステータと、
前記ステータに対して軸方向に対向配置されたロータと、を備え、
前記ロータは、
円環状のロータヨークと、
磁極が交互に異なるように周方向に沿って所定間隔を置いて前記ロータヨークの一面に当接配置された複数の磁石と、を備え、
前記一面は、前記複数の磁石に対面し当接する複数の対面領域と、前記複数の磁石に対面しない非対面領域とを含み、
前記非対面領域は、前記複数の対面領域のうちの周方向に隣り合う一対の対面領域同士の間に位置する領域部分を含み、
前記領域部分が、当該対面領域に対して軸方向に凹む凹部とされている
回転電機。 - 前記凹部における前記一対の対面領域に亘る断面形状は、前記凹部の開口端縁と底部とを曲面で繋ぐ形状である
請求項1に記載の回転電機。 - 前記一対の対面領域の端縁によって構成される前記凹部の開口端縁が、前記複数の磁石のうちの前記一対の対面領域に当接する一対の磁石の磁極面に位置している
請求項1又は請求項2に記載の回転電機。 - 前記凹部は、前記一面における内周端縁から外周端縁に亘っている
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転電機。 - 前記ステータは、表面を絶縁膜で被覆した軟磁性粉末の加圧成形体により構成されたステータコアを有する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の回転電機。
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