JP2005341716A

JP2005341716A - アキシャルギャップ型回転電機

Info

Publication number: JP2005341716A
Application number: JP2004157432A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Minagawa; 裕介皆川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】ステータ内周に磁束が集中しないように磁気抵抗のバランス設計を行うことができ、磁気飽和とトルク不足の問題を解消することができるアキシャルギャップ型回転電機を提供する。
【解決手段】ロータコア２２に永久磁石２３を設けてなるロータ２１と、ステータバックコア１３にステータコイル１４を巻回したステータコア１２を設けてなるステータ１１とを、エアギャアップ４を介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップ型回転電機１において、内周ほどエアギャップ４を大きく構成するか（第１発明）、あるいは、内周ほどステータバックコア１３とステータコア１２との隙間を大きく構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコアに永久磁石を設けてなるロータと、ステータバックコアにステータコイルを巻回したステータコアを設けてなるステータとを、エアギャアップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップ型回転電機に関するものである。

従来、ロータコアに永久磁石を設けてなるロータと、ステータバックコアにステータコイルを巻回したステータコアを設けてなるステータとを、エアギャアップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップ型回転電機は、種々の構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のアキシャルギャップ型回転電機は、薄型のモータを構成できる点で、ロータとステータとを同時に配設してなるラジアルギャップ型回転電機と比べて有利である。
特開平９−３５０６７７号公報

しかしながら、上述した従来のアキシャルギャップ型回転電機は一般的なディスクモータであり、ディスクモータの磁束密度を上げて回転トルクを向上させようとすると、磁気抵抗の小さいなステータ内周に磁束が集中してしまい、外周側ではトルクが減少し設計トルクを達成できない問題、また、内周側では磁気飽和が発生する問題、が発生していた。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、ステータ内周に磁束が集中しないように磁気抵抗のバランス設計を行うことができ、磁気飽和とトルク不足の問題を解消することができるアキシャルギャップ型回転電機を提供しようとするものである。

本発明の第１発明に係るアキシャルギャップ型回転電機は、ロータコアに永久磁石を設けてなるロータと、ステータバックコアにステータコイルを巻回したステータコアを設けてなるステータとを、エアギャアップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップ型回転電機において、内周ほどエアギャップを大きくしたことを特徴とするものである。

また、本発明の第２発明に係るアキシャルギャップ型回転電機は、ロータコアに永久磁石を設けてなるロータと、ステータバックコアにステータコイルを巻回したステータコアを設けてなるステータとを、エアギャアップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップ型回転電機において、内周ほどステータバックコアとステータコアとの隙間を大きくしたことを特徴とするものである。

本発明の第１発明に係るアキシャルギャップ型回転電機では、内周ほどエアギャップを大きくしたことにより、内周側の磁気抵抗を大きくする事で、内外周の周方向磁気抵抗を同一とする事が出来るので、局部的な磁気飽和が発生しない。その結果、外周側でのトルク減少も解消することができる。

なお、本発明の第１発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の好適例としては、内周側ほど永久磁石を薄くすることで、内周ほどエアギャップを大きくすることがある。このように構成すれば、特別な部品設計をする事無く、磁石成形時に内外周における磁気抵抗のバランスを設計することが出来る。

また、本発明の第１発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の好適例としては、内周側ほどステータコアの厚さを薄くすることで、内周ほどエアギャップを大きくすることがある。このように構成すれば、特別な部品設計をする事無く、ステータ打ち抜き時に内外周における磁気抵抗のバランスを設計することが出来る。

本発明の第２発明に係るアキシャルギャップ型回転電機では、内周ほどステータバックコアとステータコアとの隙間を大きくしたことにより、内周側の磁気抵抗を大きくする事で、内外周の周方向磁気抵抗を同一とする事が出来るので、局部的な磁気飽和が発生しない。その結果、外周側でのトルク減少も解消することができる。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の対象となるアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。図１に示す例において、アキシャルギャップ型回転電機１は、ケース２内において、ロータ軸３と、ロータ軸３に固定された円盤状のロータ２１と、ロータ２１に対してエアギャップ４を介して対向して配置された２つのステータ１１と、を設けることで構成されている。本例では、１ロータ２ステータの例を示すが、本発明の対象はそれに限定されるものではなく、１ロータ１ステータ等の他の構成のものも対象となる。

図１に示す例において、ステータ１１では、ステータコア１２はステータバックコア１３を介してケース２に固定される。ステータコア１２は磁束を軸方向に流す部位であり、ステータコア１２の外周にはステータコイル１４が巻回されている。ステータバックコア１３は、ステータコア１２の磁束を周方向に回して再度磁束を別のステータコア１２へ流す役目をする。ステータ１１で発生する熱はケース２内の冷媒通路５を通る冷媒を介して抜熱している。また、図１に示す例において、ロータ２１では、ロータ軸３にロータコア２２が固定され、ロータコア２２の中に磁石２３を埋め込む形となっている。ロータコア２２の外周にはロータリング２４が設けられている。ロータ軸３は両端のベアリング６を介してケース２に固定されるとともに、ロータ軸３の端部にエンコーダ７を設けている。

本発明の特徴は、上述した構成のアキシャルギャップ型回転電機１において、内周ほどエアギャップ４を大きくした点（第１発明）、及び、内周ほどステータバックコア１３とステータコア１２との隙間を大きくした点（第２発明）、にある。以下、磁石２３とステータコア１２との位置関係と、ステータ１１の構成例を説明した後、本発明の具体例を説明する。

まず、図２は、上述したアキシャルギャップ型回転電機１におけるロータ２１の磁石２３とステータコア１４との位置関係を説明するための図である。図２に示す例において、磁石２３は、ステータ１１と対向する面に露出して配置され、３相モータの際は電気角３６０度に対してステータ１１が電気角１２０度おきに配置される。図２に示す例では磁石２３を１２極とした。

また、図３は、上述したアキシャルギャップ型回転電機１におけるステータ構成を説明するための図である。図３に示すステータ１１の構成において、ステータコア１２の内周側と外周側とでは、ステータバックコア１３の周方向長さは以下に示す周方向距離差ΔＬだけ異なることとなる。
ΔＬ＝｛２π（ｒ２−ｒ１）｝／（ｐ・１．５）
ここで、ｒ１はステータコア１２の内周側の内径、ｒ２はステータコア１２の外周側の外径、ｐは極数であり、Ｐ・１．５はステータコアの数である。

空気層を利用して、外周に合わせて内周の磁気抵抗を調整する時、ステータコア１２を構成する鋼板と空気との透磁率比を１０００：１とすると、磁気抵抗調整エアギャップΔＬａは、ΔＬａ＝ΔＬ／１０００となる。そのため、ΔＬａのエアギャップ４を内周側に設ける事により、内外の磁気飽和を外周とバランス出来る。このことから、ΔＬａの分だけ内周ほどエアギャップを大きくするか（第１発明）、あるいは、ΔＬａの分だけ内周ほどステータバックコア１３とステータコア１２との隙間を大きくすれば（第２発明）、それにより内外周の周方向磁気抵抗を同一にできることがわかる。

図４は本発明の第１発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。図４に示す例はロータ２１とステータ１１との部分の軸断面図を示しており、左側にロータ２１側で磁気抵抗を調整する例を示すとともに、右側でステータ１１側で磁気抵抗を調整する例を示している。図４に示す例では、説明の都合上磁気抵抗の調整方法を左右別々にしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、両者を同じ調整方法にしても良い。

図４の左側では、ロータ２１を構成する磁石２３の厚さを内周ほど薄くすることで、磁気抵抗を調整している。磁石２３は表面加工が必要なので、その際、このように厚みを内周ほど薄くする加工を行うことができる。本例では、次に説明するステータ１１に対する磁気抵抗調整方法に比べて、加工を自動化した大量生産時に有利である。図４の右側では、ステータ１１を構成するステータコア１２の厚さを内周ほど薄くすることで、磁気抵抗を調整している。本例の場合は、ステータコア１２の厚さを組み付け時に調整する。そのため、先の磁石２３に対する加工に比べて、比較的少量生産時に有効である。図４に示す例では、左側及び右側のそれぞれで、外周側を基準として内周側のエアギャップ４の大きさをΔＬａ／２ずつ大きくすることで、全体でΔＬａだけエアギャップ４を大きくしている。

図５は本発明の第２発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。図５に示す例では、ステータ１１側において、内周側ほどステータバックコア１３とステータコア１２との隙間を大きくすることで、磁気抵抗を調整している。この場合、外周側の磁気抵抗に合わせて外周側でステータコア１２とステータバックコア１３とを接触（嵌め込む）させる。そして、内周側で、ステータコア１２とステータバックコア１３との間に左右ΔＬａ／２ずつ合計でΔＬａのエアギャップ層１５を設けている。

本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸に沿って少なくとも一対のステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機において、ステータ内周に磁束が集中しないように磁気抵抗のバランス設計を行うことができ、磁気飽和とトルク不足の問題を解消することができる用途に好適に利用することができる。

本発明の対象となるアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。アキシャルギャップ型回転電機におけるロータの磁石とステータコアとの位置関係を説明するための図である。アキシャルギャップ型回転電機におけるステータ構成を説明するための図である。本発明の第１発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。本発明の第２発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。

符号の説明

１アキシャルギャップ型回転電機
２ケース
３ロータ軸
４エアギャップ
５冷媒通路
６ベアリング
７エンコーダ
１１ステータ
１２ステータコア
１３ステータバックコア
１４ステータコイル
１５エアギャップ層
２１ロータ
２２ロータコア
２３磁石
２４ロータリング

Claims

ロータコアに永久磁石を設けてなるロータと、ステータバックコアにステータコイルを巻回したステータコアを設けてなるステータとを、エアギャアップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップ型回転電機において、内周ほどエアギャップを大きくしたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
内周側ほど永久磁石を薄くすることで、内周ほどエアギャップを大きくした請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
内周側ほどステータコアの厚さを薄くすることで、内周ほどエアギャップを大きくした請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
ロータコアに永久磁石を設けてなるロータと、ステータバックコアにステータコイルを巻回したステータコアを設けてなるステータとを、エアギャアップを介してアキシャル方向に配設した構造を有するアキシャルギャップ型回転電機において、内周ほどステータバックコアとステータコアとの隙間を大きくしたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。