JP2011182576A - Axial gap motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ロータとステータがモータ軸方向にギャップを設けて対向配置されたアキシャルギャップモータに関し、詳しくは、ステータの誘導電流対策に関する。 The present invention relates to an axial gap motor in which a rotor and a stator are arranged to face each other with a gap provided in the motor axial direction, and more particularly to countermeasures against induced current in the stator.
従来、アキシャルギャップモータは、ロータとステータがモータ軸方向にギャップを設けて対向配置した構成であり、ステータの各磁極のティースは圧粉磁心で形成することが提案されている(例えば特許文献1(段落[0019]−[0025]、図2等)参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, an axial gap motor has a configuration in which a rotor and a stator are arranged to face each other with a gap in the motor axial direction, and it has been proposed that teeth of each magnetic pole of the stator be formed of a dust core (for example, Patent Document 1). (See paragraphs [0019]-[0025], FIG. 2 etc.)).
図4は特許文献1の一実施形態のステータ100を示し、ステータ100は略円盤状のステータ本体107と、駆動用の複数の集中巻きの励磁コイル109と、コイル109と同数の固定子磁心(ステータ磁極)111とを備える。固定子磁心111は圧粉磁心により形成されている。ステータ本体107には、コイル109および固定子磁心111の挿入用の複数の挿入孔117aが周方向に間隔をあけて設けられ、コイル109および固定子磁心111は、ステータ本体107の各挿入孔107aにモータ軸方向から嵌め込んでステータ本体107に保持される。
FIG. 4 shows a
また、この種のアキシャルギャップモータについては、本出願人の既出願により立体的な磁路構成にすることも提案されている(特願2009−0115232号)。 As for this type of axial gap motor, a three-dimensional magnetic path configuration has been proposed by the applicant's already filed application (Japanese Patent Application No. 2009-0115232).
図5は前記既出願の3相駆動のアキシャルギャップモータ200の概略の分解斜視図であり、アキシャルギャップモータ200は、モータ軸(図示せず)に軸支されたモータ軸方向の2個のロータ203a、203b間に表裏両面が磁極面の1個のステータ204を設け、さらに、モータ軸に装着した円筒状の磁路形成部材205をステータ204の中心孔に遊挿し、磁路形成部材205の両端面をロータ203a、203bの端面(磁極面)に当接して形成される。磁路形成部材205はロータ203a、203b間の磁路を形成する。なお、図5の実線mはモータ軸を示し、破線矢印は磁束が通る磁路を示す。
FIG. 5 is a schematic exploded perspective view of the previously described three-phase drive axial gap motor 200. The axial gap motor 200 includes two rotors in the motor shaft direction that are supported by a motor shaft (not shown). One stator 204 having magnetic pole faces on both sides is provided between 203a and 203b, and a cylindrical magnetic path forming member 205 attached to the motor shaft is loosely inserted into the center hole of the stator 204, and the magnetic path forming member 205 Both end surfaces are formed in contact with the end surfaces (magnetic pole surfaces) of the
そして、ロータ203a、203bは、ステータ204に対向する端面(磁極面)に例えば8個のロータ磁極206が周方向に等間隔に配設されている。ステータ4は、例えば、ロータ203aに対向する一方の端面(磁極面)に全てS極に励磁されるA、B、Cの相順の12個のステータ磁極207aが周方向に等間隔に配設され、ロータ203bに対向する他方の端面(磁極面)に全てN極に励磁されるA、B、Cの相順の12個のステータ磁極207bがステータ磁極207aより周方向にずらして等間隔に配設されている。
In the
そして、アキシャルギャップモータ200は、3相駆動によってステータ204の各ステータ磁極207a、207bに集中巻きされた各相の励磁コイル(図示せず)がA、B、Cの相順に通電され、このとき、図5の破線矢印に示すように磁束がステータ204の軸方向および周方向に進む立体磁路が形成される。そして、例えばステータ204の裏面の励磁相のN極から出た磁束が上記立体磁路を通ることにより、ロータ203b、磁路形成部材205、ロータ203aを通ってステータ204の表面の励磁相のS極に入り、その磁気的な吸引によりロータ203a、203bが回転してアキシャルギャップモータ200が駆動される。
In the axial gap motor 200, the excitation coils (not shown) concentratedly wound around the stator magnetic poles 207a and 207b of the stator 204 by three-phase driving are energized in the order of phases A, B, and C. 5, a solid magnetic path is formed in which the magnetic flux travels in the axial direction and the circumferential direction of the stator 204 as indicated by broken line arrows. For example, when the magnetic flux emitted from the N pole of the excitation phase on the back surface of the stator 204 passes through the three-dimensional magnetic path, the excitation phase S on the surface of the stator 204 passes through the rotor 203b, the magnetic path forming member 205, and the
ところで、ステータ100、204のようなアキシャルギャップモータのステータについては、磁極毎の複数の分割コアを周方向に配設して形成することも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
By the way, it has also been proposed that a stator of an axial gap motor such as the
図4のステータ100を備えたアキシャルギャップモータの場合、一般的なアキシャルギャップモータと同様、各固定子磁心111は周方向にN極、S極に交互に励磁され、N極の固定子磁心111の磁束がロータを通ってS極の固定子磁心111に進む。このとき各固定子磁心(ステータ磁極)111の挿入孔117aを囲むような電気的なループ(閉ループ)が形成されていると、ステータ本体107をモータ軸方向に通る磁束が変動することによって前記ループを流れる誘導電流が発生し、この誘導電流によってアキシャルギャップモータは損失が生じてモータ効率が低下する。
In the case of the axial gap motor provided with the
また、図5のアキシャルギャップモータ200の場合、ステータ204のヨーク部が周方向に電気的なループを形成するならば、磁路形成部材205を通る磁束がステータ204をモータ軸方向に通り、この磁束の変動によってステータ204のヨーク内周部分に同様の誘導電流が発生し、この誘導電流によってアキシャルギャップモータ200の損失が生じてモータ効率が低下する可能性がある。 In the case of the axial gap motor 200 of FIG. 5, if the yoke portion of the stator 204 forms an electrical loop in the circumferential direction, the magnetic flux passing through the magnetic path forming member 205 passes through the stator 204 in the motor axial direction. A similar induced current is generated in the inner peripheral portion of the yoke of the stator 204 due to the fluctuation of the magnetic flux, and this induced current may cause a loss of the axial gap motor 200 and reduce the motor efficiency.
さらに、ステータ100、204を圧粉磁心で形成する場合、製造や組み付けの容易さを考慮すると、特許文献2等に記載のような分割コアを圧粉磁心で形成し、各分割コアを環状に配設してステータ100、204を形成することが好ましいが、この場合には、圧粉磁心はそれ自体が電気抵抗が高いので電気的なループを構成しにくいが、モータ軸方向(アキシャル方向)に作用する吸収力に対して分割コアを保持するために、例えば分割コアを囲むように保持枠等を設けると、各分割コアをモータ軸方向に通る磁束の変動により、各分割コアの周囲の電気的なループに同様の誘導電流が発生する可能性がある。
Furthermore, when forming the
本発明は、アキシャルギャップモータのステータを分割コアで形成して誘導電流が生じないように保持することを目的とする。 An object of the present invention is to form a stator of an axial gap motor with a split core so as to prevent induction current from being generated.
上記した目的を達成するために、本発明のアキシャルギャップモータは、ロータとステータがモータ軸方向にギャップを設けて対向配置されたアキシャルギャップモータであって、前記ステータは、周方向の所定間隔毎に径方向の支柱を設けた保持枠構造の導電性のフレームと、前記フレームに前記支柱の間隔で保持されて周方向に配設された複数の分割コアとを備え、前記フレームは、前記支柱を含み前記各分割コアそれぞれの少なくとも一部を囲む電気的なループ毎に、該ループを切断する切欠部が形成されていることを特徴としている(請求項1)。 In order to achieve the above-described object, an axial gap motor of the present invention is an axial gap motor in which a rotor and a stator are arranged to face each other with a gap provided in the motor axial direction, and the stator is arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. A conductive frame having a holding frame structure provided with radial struts, and a plurality of divided cores held in the frame at intervals of the struts and disposed in the circumferential direction, the frame including the struts A notch for cutting the loop is formed for each electrical loop including at least a part of each of the divided cores (Claim 1).
また、本発明のアキシャルギャップモータは、前記切欠部が、前記フレームのモータ軸側の内径側部分に形成されることを特徴としている(請求項2)。 The axial gap motor according to the present invention is characterized in that the notch is formed in an inner diameter side portion of the frame on the motor shaft side.
請求項1の発明の場合、フレームに圧粉磁心等で形成された各分割コアが支柱の間隔で保持されて環状に配設されることにより、アキシャルギャップモータのステータが分割コアで形成される。さらに、フレームの各分割コアそれぞれの少なくとも一部を囲む電気的なループ毎にその電気的なループを切断する切欠部が形成されるので、各分割コアをモータ軸方向に通る磁束が変動しても、フレームの各分割コアの周囲部分には誘導電流は流れない。そのため、誘導電流によるモータ効率の低下がない高性能なアキシャルギャップモータを提供できる。 In the case of the first aspect of the invention, the stator of the axial gap motor is formed of the split cores by holding the split cores formed of powder magnetic cores or the like in the frame at intervals of the support columns and being annularly arranged. . Furthermore, since a notch for cutting the electrical loop is formed for each electrical loop that surrounds at least a part of each divided core of the frame, the magnetic flux passing through each divided core in the motor axial direction varies. However, no induced current flows in the peripheral part of each divided core of the frame. Therefore, it is possible to provide a high-performance axial gap motor in which the motor efficiency is not reduced by the induced current.
請求項2の発明の場合、切欠部がフレームのモータ軸側の内径側部分に形成されるので、切欠部によるフレームの強度低下を少なくすることができる。しかも、とくにステータの表裏のいずれか一方の面の磁極を全てS極、他方の面の全ての磁極をN極とする立体的な磁路構成のアキシャルギャップモータの場合に、ロータ間の磁路を形成する磁路形成部材を一方向に通ってロータからステータに向かう磁束の変動による各分割コアの周囲部分の誘導電流の発生が、とくに磁束の影響が大きいステータの内径側でのループ切断によって確実に阻止される。また、ステータは、熱伝導率を良くするため、通常は外周部(外径側)をケースに密着させて保持されるので、フレームに切欠部を設けてもケースへの接触面を通して導通してしまい切欠部の効果が損なわれるという事態を防止できる。
In the case of the invention of
つぎに、本発明をより詳細に説明するため、図5のアキシャルギャップモータ200と同様の立体的な磁路構成のアキシャルギャップモータに適用した本発明の一実施形態について、図1、図2、図5を参照して詳述する。 Next, in order to describe the present invention in more detail, one embodiment of the present invention applied to an axial gap motor having a three-dimensional magnetic path configuration similar to the axial gap motor 200 of FIG. This will be described in detail with reference to FIG.
まず、本実施形態の立体的な磁路構成のアキシャルギャップモータは図5のアキシャルギャップモータ200と同様、モータ軸(図示せず)に2個のロータ(図示せず)が軸支され、両ロータ間に、裏表両面にステータ磁極を配設したステータ1が設けられ、ロータとステータ1がモータ軸方向にギャップを設けて対向配置される。
First, in the axial gap motor having a three-dimensional magnetic path configuration according to the present embodiment, two rotors (not shown) are pivotally supported on a motor shaft (not shown) like the axial gap motor 200 of FIG. A
図1はステータ1を、紙面右側から順に、フレーム本体2、環状に並べたN極側の複数(12個)の分割コア3、環状に並べたS極側の複数(12個)の分割コア4、外側の押さえ用の固定リング5、内側の環状に配設される複数の分割押さえ部材6に分解して示し、フレーム本体2および固定リング5、各分割押さえ部材6により本発明のフレーム7が形成される。
FIG. 1 shows, in order from the right side of the page, a
そして、フレーム本体2は、ステンレス等の非磁性体の導電材で形成され、同心状の外枠部21、内枠部22と、両枠部21、22間の窓枠部23とを備える。窓枠部23は、周方向に等間隔に放射状に形成された径方向の複数(12個)の支柱24を備える。支柱24は左右側がテーパー状に形成され、各支柱24間の開口25の周縁もテーパー状である。なお、内枠部22の構成については後述する。
The
N極側の各分割コア3は、それぞれ平面視が径方向に長い台形の薄板状であり、各開口25に嵌め込まれる表面3a側に、一回り小さな直方体状のN極のステータ磁極の突極(ティース)31が形成されている。なお、各分割コア3はステータ磁極31とともに圧粉磁心を圧縮して形成される。
Each of the
そして、フレーム本体2に各分割コア3を組み付ける際には、各分割コア3が表面3a側から各開口25に嵌め込まれる。このとき、N極の各ステータ磁極31は各開口25から外側に突出し、各分割コア3はステータ磁極31の周囲が各支柱24の左右縁を含む窓枠部23の開口縁に当接した状態で各支柱24間に保持される。この場合、各支柱24によっても各分割コア3の受け面が形成され、ステータ1の剛性を高くできる。
When each divided
S極側の各分割コア4は、各分割コア3と同じ形状であり、表面4a側にステータ磁極31と同様のN極のステータ磁極の突極(ティース)41が形成されている。なお、各分割コア4もステータ磁極41とともに圧粉磁心を圧縮して形成される。
Each
各分割コア3、4は、それぞれの裏面3b、4bの左右の外周寄りの同じ半径上の位置に、凹凸8が周方向(左右方向)に一列に形成される。
In each of the
そして、N極側の各分割コア4は、径方向に半分(1/2ピッチ)ずれて各2個の分割コア3に跨るように、各分割コア3に背中合わせの状態に重ねられる。このとき、隣り合う各2個の分割コア3の左右いずれかの凹凸8に各分割コア4の左右の凹凸8が嵌まり合い、各分割コア4は容易に位置決めされてS極の各ステータ磁極41が外側に突出した状態で環状に配設される。このように構成することによって、モータ軸から見たステータ1の磁極数が倍の24極になる。また、各分割コア4は裏面の中央部が支柱24に当接して支えられ、各分割コア3と同様に、支柱24の間隔で環状に配設される。
Then, the divided
なお、各分割コア3、4のステータ磁極31、41には、それぞれ励磁コイルが集中巻きされる。
Note that exciting coils are concentratedly wound around the stator
外側の固定リング5は断面が逆L字状の非磁性体(ステンレス等の導電材)のつば付リング体であり、フレーム本体2の外枠部21内側に各分割コア4をフレーム本体2側に押し付けるように圧入され、各分割コア3、4の外径側をフレーム本体2に係止する。このとき、各分割コア3、4の圧粉磁心は硬くて脆いが圧縮に対する強度が高いため、固定リング5により、各分割コア3、4の外周に沿った長い範囲を固定リング5で押さえて確実に固定できる。なお、固定リング5を押し付けて複数の分割コア3、4をまとめて固定できるので、分割コア3、4を個別にボルト締結等で固定する場合に比して組み付け作業性が向上する利点もある。
The
つぎに、フレーム本体2の内枠部22および各分割押さえ部材6について説明する。
Next, the
各分割コア3、4の内径側を押し付けてフレーム本体2に係止するだけであれば、内枠部22は外枠部21と同様に連続的な環状に形成し、各分割押さえ部材6の代わりに固定リング5と同様の連続的な環状の固定リングを用いれば十分であり、このとき、ステータ1は図5のステータ204に相当する構造になる。
If only the inner diameter side of each divided
しかし、そのように形成すると、各分割コア3は、それぞれフレーム本体2の外枠部21、内枠部22、支柱24を含む電気的な導体ループで囲まれ、また、各分割コア4は、隣り合う各2個の分割コア4の半分ずつが、固定リング5、各分割押さえ部材6に代わる固定リング、支柱24の電気的な導体ループで囲まれた状態になる。すなわち、フレーム7に相当するフレームには支柱24を含み各分割コア3、4それぞれの少なくとも一部を囲む電気的なループが形成される。このような構成のフレームに保持されたステータを図5のステータ204の代わりに用いてアキシャルギャップモータを形成すると、図5の磁路形成部材205を一方向に通る同図の破線矢印の磁束が各分割コア3、4を通り、その磁束の変動(脈動変化)によって各分割コア3、4の周囲部分に誘導電流が流れる。
However, when formed in such a manner, each divided
そこで、本実施形態の場合、フレーム本体2の内枠部22は連続的な環状ではなく、略各分割コア4毎の複数の弧片状の分割部9が断続した環状構成であり、各分割分9の隙間が窓枠部23の内径側部分の切り欠きとともに、本発明の切欠部10を形成する。なお、内枠部22の各分割部分9もフレーム本体2、固定リング5と同様の非磁性体の導電材で形成される。
Therefore, in the case of the present embodiment, the
図2はフレーム本体2の一部を拡大して示し、切欠部10によってフレーム本体2は各開口25の内径側中央にスリット状の切欠部10が形成され、切欠部10で区切られた各分割部9はそれぞれの表面側に各分割押さえ部材6のメス側の係止部11が形成されている。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the
一方、各分割押さえ部材6は、分割部9と同じ材質の弧片体で形成され、裏面側に例えば係止部11に圧入されるオス側の係止突起(図示せず)が形成されている。
On the other hand, each divided pressing member 6 is formed of an arc piece made of the same material as that of the divided
そして、各分割押さえ部材6は、環状に並べられた各分割コア4の内径側にフレーム本体2の各分割部9に重なるように環状に配設されてフレーム本体2側に押し付けられることにより、フレーム本体2の各分割部9に接着し、各分割コア4の内径側を個別にフレーム本体2に押し付けて、各分割コア3、4の内径側をフレーム本体2に係止する。
And each division | segmentation pressing member 6 is annularly arrange | positioned so that it may overlap with each
図3は各分割押さえ部材6がフレーム本体2の各分割部9に接着した状態のステータ1の一部を拡大して示し、各分割押さえ部材6の隙間により、分割コア4側にも切欠部10に重なるように切欠部12が形成される。
FIG. 3 is an enlarged view of a part of the
このようにして形成されたステータ1は、圧粉磁心の各分割コア3、4を背中合わせに環状に配置して形成され、立体磁路構成のアキシャルギャップモータのステータに好適である。
The
さらに、ステータ1の場合、裏面の各分割コア3については、各分割コア3に接触する略フレーム本体2の外径部21、内径部22、支柱24により各分割コア3を個別に囲む電気的なループが形成されるが、これらのループはその一部が各切欠部10により電気的に切断される。また、表面の各分割コア4については、各分割コア4に接触する略固定リング5、各分割押さえ部材6、支柱24によりにより隣り合う2個の分割コア4の半分ずつを囲む電気的なループが形成されるが、これらのループはその一部が各切欠部12により電気的に切断される。
Further, in the case of the
そのため、例えば図5のステータ204の代わりにステータ1を設けて形成される立体磁路構成のアキシャルギャップモータは、ロータ203a、203b間の磁路を形成する磁路形成部材205を一方向に通り、さらに、ロータ203a、203b間のステータ1をモータ軸方向に通過する磁束が脈動変化しても、ステータ1は、切欠部10、12によって各分割コア3、4の周囲の電気的なループがいずれも切断され、誘導電流の発生が切欠部10、11によって確実に阻止され、フレーム7の各分割コア3、4の周囲部分には誘導電流は流れない。
Therefore, for example, an axial gap motor having a three-dimensional magnetic path configuration formed by providing the
したがって、誘導電流によるモータ効率の低下がない高性能な立体磁路構成のアキシャルギャップモータを提供できる。しかも、切欠部10、12をフレーム7の内径側に形成するので、切欠部10、12によるフレーム7の強度低下は少ない。
Therefore, it is possible to provide an axial gap motor having a high-performance three-dimensional magnetic path configuration in which motor efficiency is not reduced by induced current. In addition, since the
また、ステータ1は固定ボルト等の出っ張りがなく、その分ステータ1の外径を小さくできる。しかも、固定リング5の圧入等で各分割コア3、4をフレーム7に保持するので、部品数が少なく、ステータ1を軽量、安価に形成できる。
Further, the
以上説明したように、本実施形態の場合、圧粉磁心の各分割コア3、4を確実にフレーム7に保持し、分割コア3、4を用いた軽量・小型で組み付けが容易であって誘導電流が流れない両面磁極面構成のステータ1を構成することができ、ステータ1を用いて誘導電流によるモータ効率の低下がない高性能な立体磁路構成のアキシャルギャップモータを提供できる。
As described above, in the case of the present embodiment, each of the divided
また、切欠部10、12をフレーム7の内径側に形成することにより、切欠部10、12によるフレーム7の強度低下を防止することができる利点もある。
In addition, by forming the
そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能であり、例えば、ステータ1は分割コア3のみを有する片面磁極構成であってもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit thereof. For example, the
切欠部10、12は各電気的なループの適当な一部を電気的に切断するものであればよく、それらの形成位置はフレーム7の内径側部分に限るものではなく、ループ毎に複数形成してもよい。また、切欠部10、12は樹脂等の絶縁材が充填等されていてもよい。
The
各分割押さえ部材6と係止部11とは割りピン等のピンやボルトで接合するようにしてもよい。
Each divided pressing member 6 and the locking
各分割コア3、4は圧粉磁心で形成されていなくてもよく、適当な磁性材で形成されていればよい。
Each of the divided
そして、本発明は、立体磁路構成のアキシャルギャップモータのステータだけでなく、種々のアキシャルギャップモータのステータに適用できるのは勿論であり、その際、ステータやロータの磁極数や駆動相数等はどのようであってもよい。 The present invention can be applied not only to a stator of an axial gap motor having a three-dimensional magnetic path configuration, but also to a stator of various axial gap motors. May be anything.
1 ステータ
3、4 分割コア
7 フレーム
24 支柱
10、12 切欠部
1
Claims (2)
前記ステータは、
周方向の所定間隔毎に径方向の支柱を設けた保持枠構造の導電性のフレームと、
前記フレームに前記支柱の間隔で保持されて周方向に配設された複数の分割コアとを備え、
前記フレームは、
前記支柱を含み前記各分割コアそれぞれの少なくとも一部を囲む電気的なループ毎に、該ループを切断する切欠部が形成されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。 An axial gap motor in which a rotor and a stator are arranged to face each other with a gap in the motor axial direction,
The stator is
A conductive frame having a holding frame structure provided with radial struts at predetermined intervals in the circumferential direction;
A plurality of split cores held in the frame at intervals of the support columns and disposed in the circumferential direction;
The frame is
An axial gap motor, wherein a notch for cutting the loop is formed for each electrical loop that includes the support column and surrounds at least a part of each of the divided cores.
前記切欠部は、前記フレームのモータ軸側の内径側部分に形成されることを特徴とするアキシャルギャップモータ。 The axial gap motor according to claim 1,
The axial gap motor according to claim 1, wherein the notch is formed in an inner diameter side portion of the frame on the motor shaft side.
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