JP2004056890A

JP2004056890A - Axial permanent-magnet motor

Info

Publication number: JP2004056890A
Application number: JP2002209361A
Authority: JP
Inventors: Daiki Matsuhashi; 松橋　大器
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an axial permanent-magnet motor capable of attaining weight and thickness reductions without degrading the flux density and current density. <P>SOLUTION: This axial permanent-magnet motor is formed with notched portions 7a, each of which has a triangular cross section and is cut from a portion having low flux density at a surface on the opposite side to a surface having magnets 6a of back yokes 5a, in a rotor 2a which is disposed outside a stator forming fluxes and consists of the magnets 6a and the back yokes 5a having the plurality of magnets 6a on one surface. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アキシャル型永久磁石モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転するロータ（回転子）が、ステータ（固定子）の内側に配置されるインナーロータ構造の一般的な永久磁石モータに対して、アキシャル型永久磁石モータは、ロータがステータの外側に配置されるアウターロータ構造を特徴としている。そのため、上記構造のアキシャル型永久磁石モータは、ロータを支持する回転軸と同じ方向に磁束が発生するように、ロータの磁石及びステータのコイルが配置されており、偏平薄型にできる特徴がある。例えば、扁平型ファンとして用いられる。上記構造を有するアキシャル型永久磁石モータのロータ、ステータの一例を図９に示す。
【０００３】
図９は、従来のアキシャル型永久磁石モータのロータ及びステータを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【０００４】
図９に示すように、従来のアキシャル型永久磁石モータは、磁束を形成するステータ１と、そのステータ１を両外側から挟み込むように配設された２枚のリング状のロータ１２を有している。図示していないが、ステータ１は筐体側に固定され、ロータ１２は回転軸となるシャフトをその中心に有する。ステータ１は、環状に配置された複数のコア３と、コア３に巻かれたコイル４からなり、ロータ１２は、リング状のバックヨーク１５と、その一方の表面に備えられた複数の磁石１６とからなる。
【０００５】
ステータ１とロータ１２の間には、適切なギャップが形成されており、回転軸方向に形成された互いの磁束により、磁気吸引力、磁気反発力を及ぼしあってロータ１２を所定の回転方向に回転させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
機器の小型化にともない、モータ自体の小型化、軽量化が求められており、特に、アキシャル型永久磁石モータは、扁平薄型という特徴があることから、更なる薄型化が求められている。しかしながら、従来の構造のままで、モータのトルク、具体的には磁束密度や電流密度を落とすことなく、さらに軽量化、極薄化を図る事は困難である。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、磁束密度や電流密度を落とすことなく、軽量化、薄型化できるアキシャル型永久磁石モータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有し、前記バックヨークにおける前記磁石を備えた面の反対側の面に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部の形状を三角形断面としたことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部の形状を円弧断面としたことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部に梁となる部分を残すように、前記形状の断面の前記切欠き部を複数設けたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有し、前記バックヨークの前記磁石を接合する部分に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部の形状を三角形断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石を五角柱状にしたことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明に係るアキシャル型永久磁石モータは、前記切欠き部の形状を円弧断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石が前記切欠き部と嵌合する面に湾曲面を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、モータのトルク、具体的には、磁束密度、電流密度を落とすことなく、モータを軽量化することが目的である。そのため、本発明に係るアキシャル型永久磁石モータの構成、特に、ステータ側のコイル及びコアの構成は、従来と同等のものとした。即ち、本発明のアキシャル型永久磁石モータは、筐体側に固定され、磁束を形成するステータと、そのステータを両外側から挟み込むように配設され、回転軸となるシャフトをその中心に有する２枚のリング状のロータを有する。又、ステータは、環状に配置された複数のコアと、コアに巻かれたコイルからなり、ロータは、リング状のバックヨークと、その一方の表面に備えられた複数の磁石とからなる。
【００１６】
本発明では、上記構造のアキシャル型永久磁石モータにおいて、ロータのバックヨークに着目し、磁束密度に影響を及ぼさないバックヨークの部分を切除することで、磁束密度、電流密度を落とすことなく、モータを軽量化した。その実施例のいくつかを図１乃至図６に示す。なお、本発明は、図に示す実施例のみに限定するものではない。
【００１７】
図１は、本発明に係る実施形態の一例を示すロータの斜視図である。
この図は、図９（ｂ）に示すＡ部分に相当し、後述する図２乃至図６においても同様である。
【００１８】
図１に示すように、本発明に係るロータ２ａは、リング状のバックヨーク５ａと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ａとを有しており、更に、磁石６ａを備えた面の反対側のバックヨーク５ａの面（磁石６ａの貼付け面の反対側の面）に、三角形断面に切除された切欠き部７ａを有する。
【００１９】
切欠き部７ａはバックヨーク５ａ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ａの切除深さを、バックヨーク５ａの厚さｔに対して１／２程度の厚さとし、切欠き部７ａの切除長さを、磁石６ａの１極分の幅ｗに対して１／２程度の幅とする三角形断面とし、バックヨーク５ａの幅を切欠き部７ａの奥行きの長さとして切除する。後述の図７において詳細は説明するが、この部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ａの体積、つまり重量を低減することができる。
【００２０】
例えば、切欠き部７ａの深さをバックヨーク５ａの厚さｔの１／２、幅を磁石６ａの１極分の幅Ｗの１／２として試算すると、バックヨーク５ａの体積を、従来と比較して１２．５％低減することができる。
【００２１】
図２は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００２２】
図２に示すように、本発明に係るロータ２ｂは、リング状のバックヨーク５ｂと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ａとを有しており、更に、磁石６ａを備えた面の反対側のバックヨーク５ｂの面（磁石６ａの貼付け面の反対側の面）に、三角形断面に切除された２つの切欠き部７ｂと、切欠き部７ｂに挟まれるように形成された梁８ａと有する。
【００２３】
切欠き部７ｂはバックヨーク５ｂ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｂの切除深さを、バックヨーク５ｂの厚さｔに対して１／２程度の厚さとし、切欠き部７ｂの切除長さを、磁石６ａの１極分の幅ｗに対して１／２程度の幅とする三角形断面に切除する。但し、本実施例の場合、切除する三角形断面の切欠き部７ｂの奥行きを、バックヨーク５ｂの幅の１／２以下の幅にし、バックヨーク５ｂの幅方向に２つ並列するように切除して、バックヨークの幅中心に、適切な幅を有する梁８ａを形成する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｂの体積、つまり重量を低減することができる。
【００２４】
図１に示す実施例のバックヨーク５ａでは、遠心力や磁力により強い力がかかる場合、切欠き部７ａにて強度的に不十分になるおそれがある。しかし、本実施例では、梁８ａを設けることで、構造的に切欠き部７ｂを補強し、バックヨーク５ｂの強度に問題が生じないようにした。なお、梁８ａは、１つに限定するものではなく、更に強く補強したい場合には、梁８ａを２つ以上設けてもよい。
【００２５】
図３は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００２６】
図３に示すように、本発明に係るロータ２ｃは、リング状のバックヨーク５ｃと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ａとを有しており、更に、磁石６ａを備えた面の反対側のバックヨーク５ｃの面（磁石６ａの貼付け面の反対側の面）に、円弧断面に切除された切欠き部７ｃを有する。
【００２７】
切欠き部７ｃはバックヨーク５ｃ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｃの切除深さが、バックヨーク５ｃの厚さｔに対して１／２程度の厚さの円弧断面とし、バックヨーク５ｃの幅を切欠き部７ｃの奥行きの長さとして切除する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｃの体積、つまり重量を低減することができる。
【００２８】
図１に示す実施例のバックヨーク５ａでは、遠心力や磁力により強い力がかかる場合、バックヨーク５ａの厚さの最も薄くなる部分（最小断面積となる部分）の切欠き部７ａの角部に応力が集中し、強度的に不十分になるおそれがある。しかし、本実施例では、円弧断面に切除された切欠き部７ｃが、適切な半径を有する湾曲面を形成することで、角部を排除して、応力集中を緩和し、バックヨーク５ｃの強度に問題が生じないようにした。
【００２９】
図４は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００３０】
図４に示すように、本発明に係るロータ２ｄは、リング状のバックヨーク５ｄと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ａとを有しており、更に、磁石６ａを備えた面の反対側のバックヨーク５ｄの面（磁石６ａの貼付け面の反対側の面）に、円弧断面に切除された２つの切欠き部７ｄと、切欠き部７ｄに挟まれるように形成された梁８ｂとを有する。
【００３１】
切欠き部７ｄはバックヨーク５ｄ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｄの切除深さを、バックヨーク５ｄの厚さｔに対して１／２程度の厚さの円弧断面に切除する。但し、本実施例の場合、切除する円弧断面の切欠き部７ｄの奥行きを、バックヨーク５ｄの幅の１／２以下の幅にし、バックヨーク５ｄの幅方向に２つ並列するように切除して、バックヨーク５ｄの幅中心に、適切な幅を有する梁８ｂを形成する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｄの体積、つまり重量を低減することができる。
【００３２】
図３に示す実施例のバックヨーク５ｃは、遠心力や磁力により強い力がかかる場合、切欠き部７ｃにて強度的に不十分になるおそれがあるが、本実施例では、梁８ｂを設けることで、構造的に切欠き部７ｄを補強し、バックヨーク５ｄの強度に問題が生じないようにした。なお、梁８ｂも、１つに限定するものではなく、更に強く補強したい場合には、梁８ｂを２つ以上設けてもよい。
【００３３】
図５は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００３４】
図５に示すように、本発明に係るロータ２ｅは、リング状のバックヨーク５ｅと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ｂとを有しており、バックヨーク５ｅは、磁石６ａを接合する部分に、その貼付け面となる三角形断面に切除された切欠き部７ｅを有し、磁石６ｂは、その切欠き部７ｅに嵌合するように五角柱状の形状を有する。
【００３５】
切欠き部７ｅはバックヨーク５ｅ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｅの切除深さを、バックヨーク５ｅの厚さｔに対して１／２程度の厚さとし、切欠き部７ｅの切除長さを、磁石６ｂの１極分の幅とする三角形断面とし、バックヨーク５ｅの幅を切欠き部７ｅの奥行きの長さとして切除する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｅの体積、つまり重量を低減することができる。
【００３６】
ロータ２ｅの磁束密度を、図９に示す従来の構造のロータ１２と同等とする場合、磁石６ｂを五角柱状とすることで、磁石６ｂの体積を変えることなく、ロータ２ｅに寄与する磁石６ｂの実効的な厚さを薄くすることができ、この五角柱状の磁石６ｂを、バックヨーク５ｅの三角形断面に切除された切欠き部７ｅに嵌め込むことで、ロータ２ｅ自体の厚さを薄型化することができる。
【００３７】
図６は、本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【００３８】
図６に示すように、本発明に係るロータ２ｆは、リング状のバックヨーク５ｆと、その一方の表面に備えられた複数の磁石６ｃとを有している。バックヨーク５ｆは、磁石６ｃを接合する部分に、その貼付け面となる円弧断面に切除された切欠き部７ｆを有し、その切欠き部７ｆに嵌合するように、磁石６ｃは、切欠き部７と嵌合する面に湾曲面を有し、全体の形状としては、例えば、蒲鉾状の形状を有する。
【００３９】
切欠き部７ｆはバックヨーク５ｆ自体の強度を損なわないように切除されており、例えば、切欠き部７ｆの切除深さを、バックヨーク５ｆの厚さに対して１／２程度の厚さとし、切欠き部７ｅの切除長さを、磁石６ｂの１極分の幅とする円弧断面とし、バックヨーク５ａの幅を切欠き部７ａの奥行きの長さとして切除する。後述するが、切除した部分は磁束密度の低い部分であり、この部分を切除しても磁束密度に影響を与えずに、バックヨーク５ｆの体積、つまり重量を低減することができる。
【００４０】
ロータ２ｆの磁束密度を、図９に示す従来の構造のロータ１２と同等とする場合、磁石６ｃを上記形状とすることで、磁石６ｃの体積を変えることなく、ロータ２ｅに寄与する磁石６ｃの実効的な厚さを薄くすることができ、この形状の磁石６ｃを、バックヨーク５ｆの円弧断面に切除された切欠き部７ｆに嵌め込むことで、ロータ２ｆ自体の厚さを薄型化することができる。
【００４１】
図５に示す実施例のバックヨーク５ｅでは、遠心力や磁力により強い力がかかる場合、バックヨーク５ｅの厚さの最も薄くなる部分（最小断面積となる部分）の切欠き部７ｅの角部に応力が集中し、強度的に不十分となるおそれがある。しかし、本実施例では、円弧断面に切除された切欠き部７ｆが、適切な半径を有する湾曲面を有することで、角部を排除して、応力集中を緩和し、バックヨーク５ｆの強度に問題が生じないようにした。
【００４２】
図１乃至図６の実施例に示したロータの構造とすることによる影響、特に磁束密度への影響を検証するため、図９において示した従来のロータでの磁束密度分布を確認する。
【００４３】
図７は、従来のバックヨークの、磁石の配設された反対側の面におけるシミュレーションの磁束密度の分布図であり、図８は、時間変動時のバックヨークの磁束密度の最大値を示す分布図である。
このバックヨークは、半周当たり１０個の（１８°間隔に配置された）磁石を有しており、任意の磁石と磁石の中心位置を０°と規定した。
【００４４】
図７に示すように、従来のロータ１２では、バックヨーク１５の、磁石１６が配設された反対側の面において、磁石１６と磁石１６との中心位置で、その磁束密度が最大となり、磁石１６の幅方向の中心位置に向かって、その磁束密度が減少していくことがわかる。
【００４５】
又、図８に示すように、負荷時（時間変動時、つまり、ロータ１２の回転時）のバックヨーク１５の磁束密度最大値は、約１．８［Ｔ］であり、バックヨーク１５が磁気飽和を起こす寸前の値である。この部分は、図７に示すバックヨーク１５の、磁石１６と磁石１６との中心位置に相当し、この部分のバックヨーク１５の、これ以上の薄型化は困難である。
【００４６】
しかしながら、最大値が０．６［Ｔ］程度の部位もあり、この部分は、図７に示すバックヨーク１５の、磁石１６の幅方向の中心位置に相当する。この部分は、磁束が磁石１６を通って左右両側に分かれるので、磁石１６の背面部となる部分のバックヨーク１５にはほとんど磁束が通ることはなく、ステータの励磁電流による反作用によってもほとんど影響を受けない。従って、図１乃至図６の実施例のように、この磁束の低い部分を切除しても、磁束密度の特性に支障が無いことがわかる。
【００４７】
図７、図８によると、バックヨーク１５の、磁石１６の幅方向の中心位置となる位置で、鋭角に磁束密度は変化している。そのため、バックヨーク１５の体積をできるだけ小さくするには、この磁束密度の変化の形状に沿って、切欠き部として切除するのがよい。しかしながら、切除する切欠き部を、磁束密度の低下の形状と同等の形状に切除する場合、切欠き部に鋭角な角部を有することとなり、応力集中が発生し、強度不足等の問題発生が考えられる。そこで、本発明では、図３、図４、図６の実施例のように、切欠き部を円弧状に切除した構造や、図２、図４の実施例のように、切欠き部に梁となる部分を形成した構造とすることで対処した。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、アキシャル型永久磁石モータが、磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有し、前記バックヨークにおける前記磁石を備えた面の反対側の面に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。
【００４９】
請求項２に係る発明によれば、前記切欠き部の形状を三角形断面としたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。
【００５０】
請求項３に係る発明によれば、前記切欠き部の形状を円弧断面としたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。又、円弧断面に切除した切欠き部により、切欠き部に湾曲面を有することとなり、応力集中を緩和して、バックヨークの強度に問題が生じないようにすることができる。
【００５１】
請求項４に係る発明によれば、前記切欠き部に梁となる部分を残すように、前記形状の断面の前記切欠き部を複数設けたので、切欠き部を構造的に補強して、バックヨークの強度に問題が生じないようにすることができる。
【００５２】
請求項５に係る発明によれば、アキシャル型永久磁石モータが、磁束を形成するステータと、前記ステータの外側に配設され、磁石と前記磁石を一方の表面に複数備えたバックヨークとからなるロータとを有し、前記バックヨークの前記磁石を接合する部分に、磁束密度の低い部分を切除する切欠き部を設けたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。又、磁石を接合する部分に切欠き部を設け、その切欠き部に嵌め込むように、磁石を接合することができるため、ロータ全体の厚さを薄くすることができ、モータを薄型化することができる。
【００５３】
請求項６に係る発明によれば、前記切欠き部の形状を三角形断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石を五角柱状にしたので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。又、磁石を接合する部分に切欠き部を設け、その切欠き部に嵌め込むように、磁石を接合することができるため、ロータ全体の厚さを薄くすることができ、モータを薄型化することができる。
【００５４】
請求項７に係る発明によれば、前記切欠き部の形状を円弧断面とし、前記切欠き部に嵌合するように、前記磁石が前記切欠き部と嵌合する面に湾曲面を有するので、磁束密度を落とすことなく、バックヨークの体積を低減でき、モータの軽量化を行うことができる。又、磁石を接合する部分に切欠き部を設け、その切欠き部に嵌め込むように、磁石を接合することができるため、ロータ全体の厚さも薄くすることができ、モータを薄型化することができる。更に、円弧断面に切除した切欠き部により、切欠き部に湾曲面を有することとなり、応力集中を緩和して、バックヨークの強度に問題が生じないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の一例を示すロータの斜視図である。
【図２】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図３】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図４】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図５】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図６】本発明に係る実施形態の他の一例を示すロータの斜視図である。
【図７】従来のバックヨークにおけるシミュレーションの磁束密度の分布図である。
【図８】従来のバックヨークの時間変動時の磁束密度の最大値を示す分布図である。
【図９】従来のアキシャル型永久磁石モータのロータ及びステータを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
２ａ〜２ｆ　　ロータ
５ａ〜５ｆ　　バックヨーク
６ａ〜６ｃ　　磁石
７ａ〜７ｆ　　切欠き部
８ａ、８ｂ　　梁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an axial type permanent magnet motor.
[0002]
[Prior art]
In contrast to a general permanent magnet motor having an inner rotor structure in which a rotating rotor (rotor) is arranged inside a stator (stator), an axial type permanent magnet motor has a rotor arranged outside a stator. It features an outer rotor structure. Therefore, the axial type permanent magnet motor having the above structure is characterized in that the magnets of the rotor and the coils of the stator are arranged so that a magnetic flux is generated in the same direction as the rotating shaft supporting the rotor, and can be made flat and thin. For example, it is used as a flat fan. FIG. 9 shows an example of a rotor and a stator of an axial type permanent magnet motor having the above structure.
[0003]
9A and 9B are views showing a rotor and a stator of a conventional axial type permanent magnet motor, wherein FIG. 9A is a perspective view and FIG. 9B is a side view.
[0004]
As shown in FIG. 9, the conventional axial type permanent magnet motor includes a stator 1 that forms a magnetic flux, and two ring-shaped rotors 12 that are arranged to sandwich the stator 1 from both outer sides. I have. Although not shown, the stator 1 is fixed to the housing side, and the rotor 12 has a shaft serving as a rotation axis at its center. The stator 1 includes a plurality of cores 3 arranged in an annular shape and a coil 4 wound on the core 3. The rotor 12 includes a ring-shaped back yoke 15 and a plurality of magnets 16 provided on one surface thereof. Consists of
[0005]
An appropriate gap is formed between the stator 1 and the rotor 12, and a magnetic attraction force and a magnetic repulsion force are exerted by the mutual magnetic fluxes formed in the rotation axis direction to cause the rotor 12 to rotate in a predetermined rotation direction. Rotate.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Along with the downsizing of the equipment, the motor itself is required to be reduced in size and weight, and in particular, the axial type permanent magnet motor is required to be further reduced in thickness due to its characteristic of being flat and thin. However, it is difficult to further reduce the weight and the thickness of the motor without reducing the torque of the motor, specifically, the magnetic flux density and the current density, with the conventional structure.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an axial-type permanent magnet motor that can be reduced in weight and thickness without reducing magnetic flux density and current density.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An axial-type permanent magnet motor according to the present invention that solves the above-described problem is a rotor including a stator that forms a magnetic flux, and a back yoke that is disposed outside the stator and that has a plurality of magnets on one surface thereof. And a notch for cutting off a portion having a low magnetic flux density is provided on a surface of the back yoke opposite to the surface provided with the magnet.
[0009]
An axial-type permanent magnet motor according to the present invention that solves the above-mentioned problem is characterized in that the shape of the notch is a triangular cross section.
[0010]
An axial type permanent magnet motor according to the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that the shape of the notch is an arc-shaped cross section.
[0011]
An axial-type permanent magnet motor according to the present invention that solves the above-mentioned problem is characterized in that a plurality of the notches having the cross section of the shape are provided so as to leave a beam portion in the notch.
[0012]
An axial-type permanent magnet motor according to the present invention that solves the above-described problem is a rotor including a stator that forms a magnetic flux, and a back yoke that is disposed outside the stator and that has a plurality of magnets on one surface thereof. And a notch portion for cutting off a portion having a low magnetic flux density is provided in a portion of the back yoke where the magnet is joined.
[0013]
An axial-type permanent magnet motor according to the present invention that solves the above-mentioned problem is characterized in that the shape of the notch has a triangular cross section, and the magnet has a pentagonal prism shape so as to fit into the notch. .
[0014]
An axial permanent magnet motor according to the present invention that solves the above-mentioned problem has a shape in which the notch has a circular arc cross section, and a surface in which the magnet fits with the notch so as to fit into the notch. A curved surface.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An object of the present invention is to reduce the weight of a motor without lowering the torque of the motor, specifically, the magnetic flux density and the current density. Therefore, the configuration of the axial type permanent magnet motor according to the present invention, particularly, the configuration of the coils and the core on the stator side is the same as the conventional one. That is, the axial type permanent magnet motor of the present invention comprises two stators, which are fixed to the housing and form a magnetic flux, and which are disposed so as to sandwich the stator from both outer sides and have a shaft serving as a rotation axis at the center thereof. Has a ring-shaped rotor. The stator includes a plurality of cores arranged in an annular shape and a coil wound around the core. The rotor includes a ring-shaped back yoke and a plurality of magnets provided on one surface of the back yoke.
[0016]
In the present invention, in the axial type permanent magnet motor having the above structure, the motor is focused on the back yoke of the rotor, and by cutting off the portion of the back yoke that does not affect the magnetic flux density, the magnetic flux density and the current density are not reduced. Was lightened. Some of such embodiments are shown in FIGS. Note that the present invention is not limited to only the embodiment shown in the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a perspective view of a rotor showing an example of an embodiment according to the present invention.
This drawing corresponds to the portion A shown in FIG. 9B, and the same applies to FIGS. 2 to 6 described later.
[0018]
As shown in FIG. 1, a rotor 2a according to the present invention includes a ring-shaped back yoke 5a, a plurality of magnets 6a provided on one surface thereof, and a surface provided with the magnets 6a. Has a notch 7a cut into a triangular cross section on the surface of the back yoke 5a on the opposite side (the surface opposite to the surface on which the magnet 6a is attached).
[0019]
The notch 7a is cut away so as not to impair the strength of the back yoke 5a itself. For example, the cutout depth of the notch 7a is set to about 1/2 of the thickness t of the back yoke 5a. The cutout length of the notch 7a is a triangular cross section whose width is about half the width w of one pole of the magnet 6a, and the width of the back yoke 5a is the depth of the notch 7a. And resected. As will be described in detail later with reference to FIG. 7, this portion is a portion having a low magnetic flux density, and even if this portion is cut off, the volume of the back yoke 5a, that is, the weight is reduced without affecting the magnetic flux density. Can be.
[0020]
For example, assuming that the depth of the notch 7a is の of the thickness t of the back yoke 5a and the width is の of the width W of one pole of the magnet 6a, the volume of the back yoke 5a is It can be reduced by 12.5% in comparison.
[0021]
FIG. 2 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
[0022]
As shown in FIG. 2, the rotor 2b according to the present invention includes a ring-shaped back yoke 5b and a plurality of magnets 6a provided on one surface thereof, and further includes a surface provided with the magnet 6a. On the surface of the back yoke 5b on the opposite side (the surface opposite to the surface to which the magnet 6a is attached), two notches 7b cut into a triangular cross section and a beam formed so as to be sandwiched by the notches 7b 8a.
[0023]
The notch 7b is cut out so as not to impair the strength of the back yoke 5b itself. For example, the cutout depth of the notch 7b is set to about 1/2 of the thickness t of the back yoke 5b. The cutout length of the cutout portion 7b is cut into a triangular cross section in which the cut length is about half the width w of one pole of the magnet 6a. However, in the case of the present embodiment, the depth of the cutout portion 7b having a triangular cross section to be cut out is set to a width equal to or less than の of the width of the back yoke 5b, and two cutouts are arranged in parallel in the width direction of the back yoke 5b. Then, a beam 8a having an appropriate width is formed at the center of the width of the back yoke. As will be described later, the cut portion is a portion having a low magnetic flux density, and even if this portion is cut, the volume, that is, the weight of the back yoke 5b can be reduced without affecting the magnetic flux density.
[0024]
In the back yoke 5a of the embodiment shown in FIG. 1, when a strong force is applied due to centrifugal force or magnetic force, the notch 7a may be insufficient in strength. However, in the present embodiment, the provision of the beam 8a structurally reinforces the notch 7b so that no problem occurs in the strength of the back yoke 5b. Note that the number of the beams 8a is not limited to one, and two or more beams 8a may be provided when it is desired to further reinforce the beams.
[0025]
FIG. 3 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
[0026]
As shown in FIG. 3, the rotor 2c according to the present invention includes a ring-shaped back yoke 5c and a plurality of magnets 6a provided on one surface thereof, and further includes a surface provided with the magnet 6a. The back yoke 5c on the opposite side (the surface opposite to the surface to which the magnet 6a is attached) has a cutout portion 7c cut out in an arc cross section.
[0027]
The notch 7c is cut away so as not to impair the strength of the back yoke 5c itself. For example, the cut depth of the notch 7c is about half the thickness t of the back yoke 5c. And cut off the width of the back yoke 5c as the depth of the notch 7c. As will be described later, the cut portion is a portion having a low magnetic flux density, and even if this portion is cut, the volume, that is, the weight of the back yoke 5c can be reduced without affecting the magnetic flux density.
[0028]
In the back yoke 5a of the embodiment shown in FIG. 1, when a strong force is applied due to a centrifugal force or a magnetic force, the corner of the notch 7a of the portion where the thickness of the back yoke 5a is the thinnest (the portion having the minimum cross-sectional area). Stress may be concentrated on the surface, and the strength may be insufficient. However, in the present embodiment, the notch 7c cut out in the arc cross section forms a curved surface having an appropriate radius, thereby eliminating corners, reducing stress concentration, and reducing the strength of the back yoke 5c. To avoid problems.
[0029]
FIG. 4 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
[0030]
As shown in FIG. 4, the rotor 2d according to the present invention includes a ring-shaped back yoke 5d and a plurality of magnets 6a provided on one surface thereof, and further includes a surface provided with the magnets 6a. On the surface of the back yoke 5d on the opposite side (the surface opposite to the surface to which the magnet 6a is attached), two notches 7d cut into an arc-shaped cross section and a beam formed so as to be sandwiched by the notches 7d. 8b.
[0031]
The notch 7d is cut out so as not to impair the strength of the back yoke 5d itself. For example, the cutout depth of the notch 7d is set to a thickness about half the thickness t of the back yoke 5d. Cut out in the arc section of. However, in the case of the present embodiment, the depth of the cutout portion 7d of the arc section to be cut is set to be not more than half the width of the back yoke 5d, and two cuts are arranged in parallel in the width direction of the back yoke 5d. Thus, a beam 8b having an appropriate width is formed at the center of the width of the back yoke 5d. As will be described later, the cut portion is a portion having a low magnetic flux density, and even if this portion is cut, the volume, that is, the weight of the back yoke 5d can be reduced without affecting the magnetic flux density.
[0032]
The back yoke 5c of the embodiment shown in FIG. 3 may be insufficient in strength at the notch 7c when a strong force is applied by centrifugal force or magnetic force. In this embodiment, the beam 8b is provided. Thus, the notch 7d is structurally reinforced, so that no problem occurs in the strength of the back yoke 5d. Note that the number of the beams 8b is not limited to one, and two or more beams 8b may be provided when it is desired to further reinforce the beams.
[0033]
FIG. 5 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
[0034]
As shown in FIG. 5, the rotor 2e according to the present invention includes a ring-shaped back yoke 5e and a plurality of magnets 6b provided on one surface thereof, and the back yoke 5e includes the magnet 6a. A portion to be joined has a cutout portion 7e cut into a triangular cross section serving as an attachment surface, and the magnet 6b has a pentagonal column shape so as to fit into the cutout portion 7e.
[0035]
The notch 7e is cut away so as not to impair the strength of the back yoke 5e itself. For example, the cutout depth of the notch 7e is set to about 1/2 of the thickness t of the back yoke 5e. The cut length of the notch 7e is a triangular cross section having a width of one pole of the magnet 6b, and the width of the back yoke 5e is cut as the depth of the notch 7e. As will be described later, the cut portion is a portion having a low magnetic flux density, and even if this portion is cut, the volume, that is, the weight of the back yoke 5e can be reduced without affecting the magnetic flux density.
[0036]
When the magnetic flux density of the rotor 2e is made equal to that of the rotor 12 having the conventional structure shown in FIG. 9, the magnet 6b is formed in a pentagonal prism shape so that the volume of the magnet 6b contributing to the rotor 2e can be changed without changing the volume of the magnet 6b. The effective thickness can be reduced, and the pentagonal columnar magnet 6b is fitted into a cutout 7e cut into a triangular cross section of the back yoke 5e, thereby reducing the thickness of the rotor 2e itself. be able to.
[0037]
FIG. 6 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
[0038]
As shown in FIG. 6, the rotor 2f according to the present invention has a ring-shaped back yoke 5f and a plurality of magnets 6c provided on one surface thereof. The back yoke 5f has, at a portion where the magnet 6c is joined, a notch portion 7f cut out in an arc cross section serving as an attachment surface thereof, and the magnet 6c is notched so as to fit into the notch portion 7f. It has a curved surface on the surface to be fitted with the part 7 and has, for example, a kamaboko shape as an overall shape.
[0039]
The notch 7f is cut out so as not to impair the strength of the back yoke 5f itself. For example, the cutout depth of the notch 7f is set to about 1/2 of the thickness of the back yoke 5f. The cutout length of the cutout portion 7e is an arc cross section having a width of one pole of the magnet 6b, and the width of the back yoke 5a is cutout as the depth length of the cutout portion 7a. As will be described later, the cut portion is a portion having a low magnetic flux density, and even if this portion is cut, the volume, that is, the weight of the back yoke 5f can be reduced without affecting the magnetic flux density.
[0040]
When the magnetic flux density of the rotor 2f is equivalent to that of the rotor 12 having the conventional structure shown in FIG. 9, the magnet 6c having the above-described shape allows the magnet 6c to contribute to the rotor 2e without changing the volume of the magnet 6c. The effective thickness can be reduced, and by fitting the magnet 6c of this shape into the notch 7f cut out in the circular cross section of the back yoke 5f, the thickness of the rotor 2f itself can be reduced. Can be.
[0041]
In the back yoke 5e of the embodiment shown in FIG. 5, when a strong force is applied due to a centrifugal force or a magnetic force, the corner of the notch 7e in the portion where the thickness of the back yoke 5e is the thinnest (the portion having the minimum cross-sectional area). Stress may be concentrated on the surface, and the strength may be insufficient. However, in the present embodiment, the notch 7f cut into the circular arc cross section has a curved surface having an appropriate radius, thereby eliminating corners, reducing stress concentration, and increasing the strength of the back yoke 5f. The problem did not occur.
[0042]
In order to verify the influence of the structure of the rotor shown in the embodiment of FIGS. 1 to 6, particularly the influence on the magnetic flux density, the magnetic flux density distribution in the conventional rotor shown in FIG. 9 is confirmed.
[0043]
FIG. 7 is a simulation magnetic flux density distribution diagram on the opposite surface of the conventional back yoke where the magnets are provided, and FIG. 8 is a distribution showing the maximum value of the magnetic flux density of the back yoke at the time of time variation. FIG.
This back yoke has ten magnets (disposed at intervals of 18 °) per half circumference, and the center position of any magnet and the magnet is defined as 0 °.
[0044]
As shown in FIG. 7, in the conventional rotor 12, the magnetic flux density becomes maximum at the center position between the magnets 16 on the surface of the back yoke 15 opposite to the surface where the magnets 16 are provided, It can be seen that the magnetic flux density decreases toward the center position in the width direction of No. 16.
[0045]
As shown in FIG. 8, the maximum value of the magnetic flux density of the back yoke 15 under load (time fluctuation, that is, rotation of the rotor 12) is about 1.8 [T], and the back yoke 15 This is the value just before saturation occurs. This portion corresponds to the center position between the magnets 16 of the back yoke 15 shown in FIG. 7, and it is difficult to further reduce the thickness of the back yoke 15 in this portion.
[0046]
However, there is a portion having a maximum value of about 0.6 [T], and this portion corresponds to the center position of the back yoke 15 shown in FIG. In this portion, since the magnetic flux is divided into the right and left sides through the magnet 16, the magnetic flux hardly passes through the back yoke 15, which is the back portion of the magnet 16, and the magnetic flux is hardly affected by the reaction due to the exciting current of the stator. I do not receive. Accordingly, it can be seen that the characteristics of the magnetic flux density are not affected even if the low magnetic flux portion is cut off as in the embodiment of FIGS.
[0047]
According to FIGS. 7 and 8, the magnetic flux density changes at an acute angle at the position of the back yoke 15 which is the center position in the width direction of the magnet 16. Therefore, in order to reduce the volume of the back yoke 15 as much as possible, it is preferable to cut off the notch along the shape of the change in the magnetic flux density. However, if the notch to be cut is cut into a shape equivalent to the shape of the decrease in magnetic flux density, the notch will have sharp corners, stress concentration will occur, and problems such as insufficient strength will occur. Conceivable. Therefore, according to the present invention, a structure in which the cutout portion is cut out in an arc shape as in the embodiment of FIGS. 3, 4, and 6 or a beam in the cutout portion as in the embodiment in FIGS. The problem was solved by adopting a structure in which a portion was formed.
[0048]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, an axial type permanent magnet motor includes a stator that forms a magnetic flux, and a back yoke disposed outside the stator and having a plurality of magnets on one surface. And a notch for cutting off a portion having a low magnetic flux density on a surface of the back yoke opposite to the surface provided with the magnets, so that the volume of the back yoke is reduced without lowering the magnetic flux density. And the weight of the motor can be reduced.
[0049]
According to the second aspect of the present invention, since the shape of the notch is a triangular cross section, the volume of the back yoke can be reduced without lowering the magnetic flux density, and the motor can be reduced in weight.
[0050]
According to the third aspect of the present invention, since the shape of the notch is an arc cross section, the volume of the back yoke can be reduced without reducing the magnetic flux density, and the motor can be reduced in weight. In addition, the notch portion cut out in the arc-shaped cross section has a curved surface in the notch portion, so that stress concentration can be reduced and no problem occurs in the strength of the back yoke.
[0051]
According to the invention according to claim 4, since the plurality of notches having the cross section of the shape are provided so as to leave a portion serving as a beam in the notch, structurally reinforcing the notch, A problem does not occur in the strength of the back yoke.
[0052]
According to the invention according to claim 5, an axial type permanent magnet motor includes a stator that forms a magnetic flux, and a back yoke that is disposed outside the stator and includes a magnet and a plurality of the magnets on one surface. A rotor, and a notch for cutting off a portion having a low magnetic flux density is provided at a portion where the magnet of the back yoke is joined, so that the volume of the back yoke can be reduced without lowering the magnetic flux density, Can be lightened. Further, a notch is provided at a portion where the magnet is joined, and the magnet can be joined so as to be fitted into the notch, so that the thickness of the entire rotor can be reduced and the motor can be thinned. be able to.
[0053]
According to the invention according to claim 6, the notch has a triangular cross section, and the magnet has a pentagonal column shape so as to fit into the notch. Therefore, the back yoke is formed without lowering the magnetic flux density. Of the motor can be reduced, and the weight of the motor can be reduced. Further, a notch is provided at a portion where the magnet is joined, and the magnet can be joined so as to be fitted into the notch, so that the thickness of the entire rotor can be reduced and the motor can be thinned. be able to.
[0054]
According to the invention according to claim 7, the shape of the notch portion is an arc-shaped cross section, and the magnet has a curved surface on a surface fitted with the notch portion so as to fit into the notch portion. Also, the volume of the back yoke can be reduced without lowering the magnetic flux density, and the motor can be reduced in weight. In addition, a notch is provided at a portion where the magnet is joined, and the magnet can be joined so as to fit into the notch, so that the thickness of the entire rotor can be reduced and the motor can be made thinner. Can be. Further, the notch portion cut into the arc-shaped cross section has a curved surface in the notch portion, so that stress concentration can be reduced and no problem occurs in the strength of the back yoke.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a rotor showing an example of an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a rotor showing another example of the embodiment according to the present invention.
FIG. 7 is a distribution diagram of a magnetic flux density in a simulation in a conventional back yoke.
FIG. 8 is a distribution diagram showing a maximum value of a magnetic flux density when a conventional back yoke changes over time.
9A and 9B are diagrams showing a rotor and a stator of a conventional axial type permanent magnet motor, wherein FIG. 9A is a perspective view and FIG. 9B is a side view.
[Explanation of symbols]
2a-2f Rotors 5a-5f Back yokes 6a-6c Magnets 7a-7f Notches 8a, 8b Beams

Claims

An axial permanent magnet motor including a stator that forms a magnetic flux and a rotor that is disposed outside the stator and includes a magnet and a back yoke including a plurality of the magnets on one surface.
An axial type permanent magnet motor, wherein a cutout portion for cutting off a portion having a low magnetic flux density is provided on a surface of the back yoke opposite to a surface provided with the magnet.

The axial type permanent magnet motor according to claim 1,
An axial type permanent magnet motor, wherein the notch has a triangular cross section.

The axial type permanent magnet motor according to claim 1,
An axial type permanent magnet motor, wherein the notch has a circular arc cross section.

The axial type permanent magnet motor according to claim 2 or 3,
An axial type permanent magnet motor, wherein a plurality of the notches having the cross section of the shape are provided so as to leave a beam portion in the notch.

An axial permanent magnet motor including a stator that forms a magnetic flux and a rotor that is disposed outside the stator and includes a magnet and a back yoke including a plurality of the magnets on one surface.
An axial type permanent magnet motor, wherein a cutout portion for cutting off a portion having a low magnetic flux density is provided in a portion of the back yoke where the magnet is joined.

The axial type permanent magnet motor according to claim 5,
An axial permanent magnet motor, wherein the notch has a triangular cross section, and the magnet has a pentagonal prism shape so as to fit into the notch.

The axial type permanent magnet motor according to claim 5,
An axial type permanent magnet motor, wherein the notch has an arcuate cross-section, and the magnet has a curved surface on a surface fitted with the notch so as to fit into the notch.