WO2017175461A1 - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

アキシャルギャップ型回転電機 Download PDF

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type rotating
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見多 出口
榎本　裕治
博洋 床井
憲一 相馬
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株式会社 日立産機システム
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    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos

Definitions

  • the present invention relates to an axial gap type rotating electric machine, and more particularly to a structure of a rotor of the rotating electric machine.
  • An axial gap type rotating electrical machine includes a stator and a rotor arranged in the direction of the rotation axis via the stator and a predetermined gap (gap).
  • the rotor includes a plurality of permanent magnets arranged in the circumferential direction and a holding member that holds the magnets.
  • ⁇ Axial gap type rotating electrical machines increase output by widening the facing area between the stator and the rotor.
  • the output can be increased by increasing the magnetic force of the permanent magnet.
  • the holding structure described in Patent Document 1 since the taper or notch is provided, the surface area of the magnet facing the stator is reduced, which causes a reduction in torque and efficiency of the rotating electrical machine.
  • the holding structure described in Patent Document 2 has a structure in which a protrusion is provided in the gap portion to hold the magnet, and the gap length increases by the thickness of the protrusion. Incurring a decrease is a problem.
  • the present invention provides an axial gap type rotating electrical machine that can reduce the magnet surface area and increase the gap length, and can secure the holding strength against the axial attractive force of the magnet. With the goal.
  • the magnet arranged on the rotor A notch is provided on the inner diameter side or the outer periphery side and in the middle of the axial direction, and a projection that fits the notch of the magnet is provided on a yoke that holds the magnet.
  • the present invention it is possible to reduce the possibility of causing a decrease in the magnet surface area and an increase in the gap length, and it is possible to hold the magnet against the axial attractive force while suppressing a decrease in the torque and efficiency of the motor. .
  • the perspective view of the axial gap type rotary electric machine of embodiment of this invention Sectional drawing of the axial gap type rotary electric machine of embodiment of this invention.
  • FIGS. 1 and 2 are perspective views for explaining the basic configuration of a two-rotor type axial gap rotating electrical machine to which the present invention is applied.
  • the axial gap type rotating electrical machine 1 is arranged so that a pair of disk-shaped rotors 10 face each other in the direction of the rotation axis 50, and a predetermined gap is interposed between the pair of rotors 10.
  • the stator 20 is sandwiched.
  • the stator 20 includes a plurality of cores 22 arranged in the circumferential direction and coils 21 wound around the cores, and is held on the housing 40 by, for example, a resin mold or a mechanical part (not shown).
  • the core 21 is composed of a laminated body of magnetic thin plates such as electromagnetic steel plates and amorphous foil strips, and the magnetic thin plates are insulated by insulating layers.
  • the rotor 10 includes a yoke 12 having a recess in the axial direction, and a rotor core 13 disposed in each recess.
  • the rotor core 13 is installed in the concave portion of the yoke 12 by adhesion, for example.
  • the present invention is not limited to the above-described two-rotor axial gap type rotating electrical machine.
  • a pair of stators are arranged so as to face each other in the axial direction, and the rotor is interposed through a predetermined gap.
  • It can also be applied to a two-stator type axial gap type rotating electrical machine in which a stator is arranged and a one-rotor one-stator type axial gap type rotating electrical machine in which one stator and a rotor are arranged with a predetermined gap. Needless to say.
  • embodiments relating to the rotor structure will be described.
  • Example (1) 2 to 4 show the rotor structure of the axial gap type rotating electric machine according to the first embodiment.
  • the protrusion 12 a is provided on the inner diameter side of the yoke 12, and the notch 11 a is provided on the inner diameter side of the magnet 11.
  • the magnet 11 is inserted from the outer diameter side and arranged so that the notch 11a fits into the protrusion 12a.
  • an outer ring 14 is provided on the outer diameter side of the magnet 11.
  • the magnet 11 and the rotor core 13 may be fixed by an adhesive force of an adhesive, for example, in addition to the attractive force of the magnet.
  • the notch 11a of the magnet 11 is fitted to the protrusion 12a provided on the yoke 12, so that the rotating electrical machine is driven. It is possible to prevent the magnet from being pulled off in the axial direction (stator direction). Further, the positioning accuracy in the axial direction can be increased by fitting the protrusion 12a and the notch 11a. Furthermore, since the protrusion 12a and the notch 11a are provided in the middle of the side surface along the direction of the rotation axis 50 of the magnet 11, a larger facing area between the magnet 11 and the core 22 is secured, and high output is maintained. The holding strength against the axial attractive force of the magnet can be ensured.
  • the position where the protrusion 12a and the notch 11a are provided is preferably approximately in the middle of the side surface along the direction of the rotation axis 50 of the magnet 11 from the viewpoint of holding strength, but the present invention is not limited to this.
  • the protrusions 12a are provided on the entire circumference, the holding strength against the axial attractive force of the magnet can be further ensured.
  • this invention is not restricted to this, You may provide the protrusion 12a partially in the circumferential direction.
  • independent protrusions 12 a may be provided in accordance with the number of divisions of the magnet 11, the notches 11 a corresponding to the protrusions 12 may be provided, and the notches 11 a of the magnet 11 may be fitted into the protrusions 12 a. Good. Thereby, the positioning accuracy in the axial direction can be increased.
  • FIG. 5 shows a rotor structure of the axial gap type rotating electric machine according to the second embodiment.
  • an inner peripheral ring 15 is provided on the inner peripheral side.
  • a protrusion 15 a is provided on the inner ring 15, and a notch 11 a provided in the magnet 11 is fitted and arranged.
  • the inner ring 15 and the protrusion 15a can be configured by separate members, the manufacturability when the protrusion 15a is manufactured is improved.
  • the inner ring 15 and the protrusion 15a are formed of separate members, for example, by using a high-strength member, it is possible to improve the strength against tensile force in the axial direction.
  • the inner ring 15 and the protrusion 15a as a low-loss member, it is possible to reduce the loss caused by the leakage magnetic flux of the magnet 11 or the magnetic flux generated by the coil 21.
  • the material of the member can be changed according to the characteristics of the rotating electrical machine.
  • FIG. 6 shows a rotor structure of an axial gap type rotating electric machine according to the third embodiment.
  • the notch 11a is provided on the outer diameter side of the magnet 11, and the protrusion 14a for fitting with the notch 11a is provided on the outer ring 14.
  • FIGS. 7 to 9 show an example of an assembling method that makes it possible to assemble all the magnets and realize this embodiment without dividing the outer ring.
  • a part of the protrusion 14a provided on the outer peripheral ring 14 is removed (the portion shown in FIG. 14b).
  • the width of the protrusion removing portion 14b is configured to be the same as or larger than the width of the magnet 11 on the outer diameter side.
  • the magnet 11 is inserted into the protrusion removal portion 14b from the axial direction, and then slid in the circumferential direction with the notch 11a and the protrusion 14a fitted. It is possible to install all the magnets by repeating the same method for all the magnets.
  • FIG. 9 shows the structure of the rotor assembled as described above. As shown in the figure, when all the magnets are assembled, by arranging the two magnets 11 in the protrusion removing portion 14b, the protrusions 14a are fitted to all the magnets 11.
  • the magnet 11 can be assembled without dividing the outer ring 14. Further, by fitting the notch 11a and the protrusion 14a on the outer diameter side of the magnet 11, it is possible to secure a large area for fitting compared to the structures shown in the first and second embodiments. The holding strength against the tensile force in the axial direction can be improved.

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Abstract

磁石表面積の減少やギャップ長の増加を招くことなく、磁石の軸方向吸引力に対する保持強度を確保可能なアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を提供する。　回転軸方向に空隙を介して固定子と回転子とが配置されるアキシャルギャップ型回転電機において、前記回転子に配置される磁石の内径側または外周側であって、かつ軸方向の中途に切欠が設けられ、前記磁石を保持するヨークに、前記磁石の切欠と嵌合する突起が設けられている。

Description

アキシャルギャップ型回転電機
　本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に関し、とくに回転電機の回転子の構造に関する。
　アキシャルギャップ型回転電機は、固定子と、この固定子と所定の空隙（ギャップ）を介して回転軸方向に配置される回転子で構成される。回転子は、周方向に配置された複数の永久磁石と、前記磁石を保持する保持部材で構成される。
　アキシャルギャップ型回転電機は、固定子と回転子との対向面積を広くすることで出力を増加させている。加えて、永久磁石の磁力を大きくすることでも出力を増加させることが可能となる。
　これに伴い、磁石に働く吸引力（空隙を介して、固定子方向に作用する電磁力）も増加する。例えば、特許文献１に記載のように磁石のギャップ対向面から軸方向にテーパや切欠を設けることで、軸方向（固定子方向）に働く吸引力に対して磁石を保持する方法がある。また、特許文献２に記載のように、磁石の外径側に設けた筒部の一部を内径側に突出させ、ギャップ部分に磁石を保持するための突起を設けることで磁石を保持する方法がある。
特開2009-131087号公報 特開2010-259164号公報
　しかしながら、 特許文献１に記載の保持構造では、テーパないしは切欠を設けているため、固定子と対向する磁石の表面積が減少するため、回転電機のトルク低下や効率低下を招くことが課題となる。一方、特許文献２に記載の保持構造では、磁石を保持するためにギャップ部分に突起を設けた構造となっており、突起の厚み分だけギャップ長が増加するために回転電機のトルク低下や効率低下を招くことが課題となる。
　本発明は、上記の課題を解決するため、磁石表面積の減少やギャップ長の増加を招くおそれを低減させ、磁石の軸方向吸引力に対する保持強度を確保可能なアキシャルギャップ型回転電機を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明ではその一例として、回転軸方向に空隙を介して固定子と回転子とが配置されるアキシャルギャップ型回転電機において、前記回転子に配置される磁石の内径側または外周側であって、かつ軸方向の中途に切欠が設けられ、前記磁石を保持するヨークに、前記磁石の切欠と嵌合する突起が設けられていることを特徴とする。
　本発明によれば、磁石表面積の減少やギャップ長の増加を招くおそれを低減させ、モータのトルクや効率の低下を抑制しつつ、軸方向吸引力に対して磁石を保持することが可能となる。
本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の斜視図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の断面図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の斜視図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の斜視図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の断面図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の断面図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の斜視図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の斜視図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の上面図。 本発明の実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の上面図。
　以下、本発明の実施例について説明する。図１および図２に本発明を適用する２ロータ型のアキシャルギャップ型回転電機の基本構成を説明するための斜視図を示す。同図に示すように、アキシャルギャップ型回転電機１は，回転軸５０方向に一対の円板形状の回転子１０を対向するように配置し，一対の回転子１０の間に所定のギャップを介して固定子２０を挟み込んだ構造を有している。
　＜固定子＞
　固定子２０は，周方向に配置される複数のコア２２と，各コアの周囲に巻回されるコイル２１から構成され、例えば樹脂によるモールドや機械部品（図示省略）によってハウジング４０へと保持される。コア２１は，渦電流の発生を抑制するために，例えば電磁鋼板やアモルファス箔帯などの磁性薄板の積層体で構成されており，各磁性薄板間は絶縁層で絶縁されている。
　＜回転子＞
　回転子１０は，軸方向に凹部を有するヨーク１２と，各凹部に配置されるロータコア１３を有する。ロータコア１３は，例えば接着によってヨーク１２の凹部に設置されている。
　なお，本発明は上述した２ロータ型のアキシャルギャップ型回転電機に限定されるものではなく、例えば、軸方向に一対の固定子を対向するように配置して、所定のギャップを介して回転子が配置された２ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機や、１つの固定子と回転子とが所定のギャップを配置して配置される１ロータ-１ステータ型のアキシャルギャップ型回転電機にも適用可能であることは言うまでもない。
以後，回転子構造に関する実施例を説明する。
　実施例（１）
　図２から図４に実施形態１のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す。同図らに示すように、実施形態１の回転子構造によれば、ヨーク１２の内径側に突起１２ａを設け、かつ、磁石１１の内径側に切欠１１ａを設けている。磁石１１は外径側から挿入され、切欠１１ａが突起１２ａに嵌合するように配置する。磁石１１を周方向に複数配置したのち、磁石１１の外径側に外周リング１４を設ける。また、磁石１１とロータコア１３は、磁石の吸引力に加えて、例えば接着剤による接着力によって固定してもよい。
　以上に示した第１実施例のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造によれば、ヨーク１２に設けた突起１２ａに、磁石１１の切欠１１ａを嵌合しているため、回転電機を駆動した際に磁石が軸方向（ステータ方向）に引っ張られて剥がれ落ちることを防ぐことが可能となる。また、突起１２ａと切欠１１ａの嵌合により、軸方向の位置決め精度を高めることも可能となる。さらに、突起１２ａと切欠１１ａは、磁石１１の回転軸５０方向に沿った側面の中途に設けているため、磁石１１とコア２２との対向面積をより多く確保し、高出力を維持しながら、磁石の軸方向吸引力に対する保持強度を確保することが出来る。
　なお、突起１２ａと切欠１１ａを設ける位置は、磁石１１の回転軸５０方向に沿った側面の略中間が、保持強度の観点で望ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。
　また、本実施例では、突起１２ａを周方向の全周に設けているため、より磁石の軸方向吸引力に対する保持強度を確保することが出来る。なお、本発明は、これに限られず、突起１２ａを周方向の部分的に設けられても構わない。例えば、図１０に示すように、磁石１１の分割数に合わせて独立した突起１２ａを設け、各突起１２に対応する切欠１１ａを設けて突起１２ａに、磁石１１の切欠１１ａを嵌合させてもよい。これにより、軸方向の位置決め精度を高めることも可能となる。
　実施例（２）
　図５に実施形態２のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す。同図に示すように、実施形態２の回転子構造によれば、実施形態１の構成に加えて、内周側に内周リング１５を設ける。また、内周リング１５に突起１５ａを設けて、磁石１１に設けた切欠１１ａを嵌合して配置する。
　以上に示した構造によれば、内周リング１５および突起１５ａを別部材で構成することができるため、突起１５ａを製作する際の製作性が向上する。また、内周リング１５および突起１５ａを別部材で構成しているため、例えば高強度部材を使用することで軸方向への引張力に対する耐強度を向上させることが出来る。また、内周リング１５および突起１５ａを低損失部材にすることで、磁石１１の漏れ磁束やコイル２１が発生させる磁束が作用することで発生する損失を低減することも可能となる。このように、回転電機の特性に応じて部材の材質を変更することができる利点がある。
　実施例（３）
　図６は実施形態３のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を示す。同図に示すように、実施形態３の回転子構造によれば、切欠１１ａを磁石１１の外径側に設け、かつ、切欠１１ａと嵌合するための突起１４ａを外周リング１４に設ける。
　本実施例では、磁石１１の外周側に切欠１１ａを設けているため、実施形態１および２とは逆に、磁石１１を内径側から挿入して組み立てる必要があるが、内径側から挿入して組み立てる場合、最後に挿入する磁石を組み立てることが不可能となる。また、外周リング１４を複数に分割することで組み立てることが可能となるが、耐遠心力強度が低下してしまう。そこで、全ての磁石を組み立てることを可能とし、かつ、外周リングを分割することなく本実施例を実現するための組立方法の一例を図７から図９に示す。
　図７および図８に示すように、外周リング１４に設けた突起１４ａの一部を取り除いている（同図１４ｂで示した箇所）。また、突起除去部１４ｂの幅は、磁石１１の外径側の幅と同じか、それよりも大きくなるように構成する。次に、磁石１１を軸方向から前述の突起除去部１４ｂに挿入し、その後、切欠１１ａと突起１４ａを嵌合した状態で周方向にスライドさせる。全ての磁石について同様の方法をくり返すことで全ての磁石を設置することが可能となる。
　図９は、上述により組み立てた回転子の構造を示している。同図に示すように、全ての磁石を組み立てた際、突起除去部１４ｂに２つの磁石１１が配置されるようにすることで、全ての磁石１１に突起１４ａが嵌合された状態となる。
　以上に示した構造によれば、外周リング１４を分割することなく磁石１１を組み立てることが可能となる。また、磁石１１の外径側で切欠１１ａと突起１４ａを嵌合することで、実施形態１および２に示した構造と比較して嵌合する面積を広く確保することが可能となり、磁石１１の軸方向への引張力に対する保持強度を向上させることが可能となる。
１：アキシャルギャップ型回転電機
１０：回転子
１１：磁石
１１ａ：切欠
１２：ヨーク
１２ａ：突起
１３：ロータコア
１４：外周リング
１４ａ：突起
１４ｂ：突起除去部
１５：内周リング
１５ａ：突起
２０：固定子
２１：コイル
２２：コア
４０：ケース（ハウジング）
５０：回転軸
６０：軸受
７０：シャフト

Claims (9)

  1. 　回転軸方向に空隙を介して固定子と回転子とが配置されるアキシャルギャップ型回転電機において、
    　前記回転子に配置される磁石の内径側または外周側であって、かつ軸方向の中途に切欠が設けられ、
    　前記磁石を保持するヨークに、前記磁石の切欠と嵌合する突起が設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
  2. 　請求項１に記載されたアキシャルギャップ型回転電機であって、 
    　前記突起が前記磁石の内径側に配置される内周リングに設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。 
  3. 　請求項１または２に記載されたアキシャルギャップ型回転電機であって、 
    　前記磁石の内径側に設けた前記突起の一部が除去されており、かつ、前記突起の除去部が前記磁石の内径側の周長よりも大きいことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
  4. 　請求項１に記載されたアキシャルギャップ型回転電機であって、
    　前記突起が前記磁石の外径側に配置される外周リングに設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
  5. 　請求項４に記載されたアキシャルギャップ型回転電機であって、 
    　前記外周リングに設けた突起の一部が除去されており、かつ、前記突起の除去部が前記磁石の外径側の周長よりも大きいことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載されたアキシャルギャップ型回転電機であって、
    　前記磁石は周方向に分割された複数個の分割磁石で構成されることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載されたアキシャルギャップ型回転電機であって、
    　前記磁石に設けられた切欠が、前記磁石の軸方向中央部から前記ヨーク側にずれた位置に設けられており、かつ、前記ヨークとの接触面部分に切欠が露出しない位置に設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
  8. 　請求項１から６のいずれか１項に記載されたアキシャルギャップ型回転電機であって、
    　前記磁石に設けられた切欠が、前記磁石の軸方向中央部から前記空隙側にずれた位置に設けられており、かつ、前記空隙部分に切欠が露出しない位置に設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載されたアキシャルギャップ型回転電機であって、
    　前記突起及び前記切欠は、前記磁石の軸方向の中央部に設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
PCT/JP2017/003507 2016-04-06 2017-02-01 アキシャルギャップ型回転電機 WO2017175461A1 (ja)

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