JP2011125127A

JP2011125127A - モータ

Info

Publication number: JP2011125127A
Application number: JP2009279980A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ikutani; 徹也幾谷
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】モータ軸方向にロータとステータを対向配置したアキシャルギャップ構造のモータにおいて、ステータの内周側とモータ軸との隙間（空きスペース）に界磁コイルが設けられようにする。
【解決手段】ステータ１の内周端側とモータ軸との間の隙間に、平角線２１を縦方向にしてモータ軸方向に巻回し、さらに、複数段に重ね巻きして形成された界磁コイル２を備え、界磁コイル２の空間占有率を少なくしてステータ１の内周端側とモータ軸との間の空きスペースが小さくても、界磁コイル２を前記空きスペースに設けることを可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ軸方向にロータとステータを対向配置したアキシャルギャップ構造のモータに関し、詳しくは、その界磁コイルに関する。

従来、アキシャルギャップ構造のモータは、ロータとステータを１個ずつ備える場合、ロータとステータの対向する端面にロータ磁極、ステータ磁極それぞれが周方向に配設される。ロータ磁極はロータのヨークに周方向に設けられた突極や永久磁石により形成される。また、ステータ磁極はステータのヨークに周方向に配置された各相のティース（突極）により形成され、各相のティースは集中巻きのコイルが相順に通電励磁されることにより、ステータ磁極は磁極位置が周方向に移動するように磁極の単位でＮ極またはＳ極に励磁される。そして、ステータ磁極とロータ磁極の磁気的な作用により、ロータが回転してモータ軸が回転する。

また、この種のアキシャルギャップ構造のモータには、モータ軸に軸支されたロータ間にステータを配置し、例えば３相交流の給電により、ステータの両端面に周方向に励磁されたステータ磁極を形成して両ロータを回転するものがある。この場合、ロータそれぞれのモータ軸方向の外側にさらにステータを配置し、それらのステータに界磁コイルを設けて界磁磁束を発生することが提案されている（例えば、特許文献１（要約書、[００２１]−[００２２］、図１等）参照）。

ところで、前記３相交流の給電（パルス給電）によりステータの両端面の各ステータ磁極を交互にＮ極、Ｓ極に励磁すると、モータが軸方向に厚くなり、大型になって質量も大きくなる。

そこで、本出願人は、モータ軸に軸着された２つのロータ間にステータを配置し、モータ軸方向の厚みを飛躍的に小さくした小型・軽量で出力が大きいアキシャルギャップ構造のモータを、既に発明して出願している（特願２００９−０１１５２３号）。

図４は本出願人の上記既出願のアキシャルギャップ構造のモータの一例の概略の構成を示す分解斜視図であり、アキシャルギャップ構造のモータ１０１は、軸線ｍで示したモータ軸１０２に、２個のロータ１０３ａ、１０３ｂの円盤状のヨーク１３１がモータ軸１０２に出力側から順に間隔を設けて軸着され、両ロータ１０３ａ、１０３ｂ間に１個のステータ１０４が配置される。

ステータ１０４はステータコアとしての円盤状のヨーク１４１を有し、ヨーク１４１の径大の中心孔１４２をモータ軸１０２が遊挿状態で貫通する。

また、円筒状の磁路形成部材１０５が、モータ軸１０２に装着された状態で中心孔１４２を貫通し、磁路形成部材１０５の両端面がロータ１０３ａ、１０３ｂの端面１３１ａ、１３１ｂに当接し、磁路形成部材１０５がロータ１０３ａ、１０３ｂに接続されてロータ１０３ａ、１０３ｂ間の磁路を形成する。なお、ヨーク１３１、１４１等は軟磁性体で形成されている。また、図４の破線矢印は磁束が通る磁路を示す。

さらに、ロータ１０３ａ、１０３ｂは、ステータ１０４に対向する端面１３１ａ、１３１ｂに例えば８個のロータ磁極１０６が周方向に等間隔に配設される。ステータ１０４は、ロータ１０３ａに対向する一方の端面１４１ａに例えばＳ極に励磁される１２個のステータ磁極１０７ａが周方向に等間隔に配設され、ロータ１０３ｂに対向する他方の端面１４１ｂに例えばＮ極に励磁される１２個のステータ磁極１０７ｂが周方向に等間隔に配設される。

図５（ａ）、（ｂ）はステータ１０４の一方、他方の端面１４１ａ、１４１ｂを示し、ロータ１０３ｂに対向する他方の端面１４１ｂのステータ磁極１０７ｂは各一方の端面１４１ａのステータ磁極１０７ａより周方向にずらして等間隔に配設され、各ステータ磁極１０７ａ、１０７ｂはヨーク１４１で磁気的に繋がれる。この場合、モータ軸１０２の方向からステータ１０４を見るとステータ磁極１０７ａの間にステータ磁極１０７ｂが位置し、モータ１０１はステータ１０４の磁極数が倍の２４極になったものと等価の状態になる。

そして、モータ１０１は３相駆動により、ステータ１０４の各ステータ磁極１０７ａ、１０７ｂに集中巻きされた図５（ａ）、（ｂ）のコイル１０８が電気角１２０度毎にＡ相、Ｂ相、Ｃ相の相順に励磁されて駆動される。このとき、モータ１０１は、ステータ１０４と、その軸方向の両端面側に配置した２個のロータ１０３ａ、１０３ｂと、ロータ１０３ａ、１０３ｂの軸方向の磁路を形成する磁路形成部材１０５とにより、図４の破線矢印の磁束が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、ステータ１０４は、一方の端面１４１ａのステータ磁極１０７ａが全てＳ極に励磁され、他方の端面１４１ｂのステータ磁極１０７ｂが全てＮ極に励磁される。また、ステータ磁極１０７ａとステータ磁極１０７ｂの配設位置を周方向にずらしたことにより、軸方向からモータ１０１を見ると、一方の端面１４１ａ側のＳ極のステータ磁極間１０７ａに他方の端面１４１ｂ側のＮ極のステータ磁極１０７ｂが位置し、前記したようにステータ１０４全体の磁極数が２倍に増加したものと等価な状態になる。

この場合、例えば一方のロータ１０３ａのＮ極のロータ磁極１０６を通る磁束は、ステータ１０４のヨーク１４１の一方の端面１４１ａのＳ極、それから周方向にずれたヨーク１４１の他方の端面１４１ｂのＮ極、他方のロータ１０３ｂのＳ極、磁路形成部材１０５を通って一方のロータ１０３ａのＮ極に戻る立体的な磁路を通る。

そして、磁束がステータ１０４のヨーク１４１を一方向に通り、しかも、ヨーク１４１の周方向の磁路が磁極数の増加に伴って短くなり、ステータ１０４のヨークを通る磁束数、換言すれば、ヨーク１４１の磁路断面積が小さくなる。そのため、ステータ１０４の軸方向の厚みを飛躍的に薄くすることができ、アキシャルギャップ構造のモータ１０１は従来にない小型（薄型）・軽量に形成される。

特開２００７−３７３４２号公報

特許文献１に記載のモータの場合、界磁コイルを備えるためにロータの外側にさらにステータを設ける必要があり、その分、モータが大型・大重量になる。

そこで、界磁コイルをロータ間のステータの内周端側（中心孔側）とモータ軸との隙間（空きスペース）に設けることが考えられるが、この場合、一般的な丸線（断面円形の巻き線）を用いて界磁コイルを形成すると、巻き線間に隙間が生じる等して界磁コイルが大型化し、その空間占有率が大きく、前記空きスペースに界磁コイルを設けることは容易でない。

そして、図４、図５の既出願のモータ１０１においても、ステータ１０４の内周端側とモータ軸（実際には磁路形成部材１０５）との間の空きスペースに、コイル１０８の励磁極性と同じ極性にステータ磁極１０７ａ、１０７ｂを励磁する界磁コイルを備えると、磁束量が増加してモータ１０１の出力を増加でき、同じ出力ならば、その分モータ１０１を一層小型に形成できるが、その際、界磁コイルをどのように形成すれば実現できるのかが重要な課題である。

同様に、ロータとステータを１個ずつ備えたアキシャルギャップ構造のモータの場合も、そのステータの内周端側とモータ軸との間の空きスペースに界磁コイルを設けることが望まれるが、界磁コイルをどのように形成すれば実現できるのかが重要な課題である。

本発明は、この種のアキシャルギャップ構造のモータにおいて、ステータの内周端側とモータ軸との隙間（空きスペース）に界磁コイルが設けられようにすることを目的とし、さらに、その界磁コイルの組み付け性の向上等を図ることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明のモータは、モータ軸方向にロータとステータを対向配置したアキシャルギャップ構造のモータであって、前記ステータの内周端側と前記モータ軸との間の隙間に、平角線を縦方向にして前記モータ軸方向に巻回し、さらに、複数段に重ね巻きして形成された界磁コイルを備えたことを特徴としている（請求項１）。

また、本発明のモータの前記界磁コイルは、巻き始めと巻き終わりが前記モータ軸方向の同じコイル端面側からステータ磁極間を通っていることを特徴としている（請求項２）。

請求項１に係る本発明のモータの場合、ステータの内周端側と前記モータ軸との間の隙間（空きスペース）に設けられる界磁コイルは、一般的な丸線でなく平角線を使用し、縦方向にしたエッジワイズ巻きにより、平角線をモータ軸方向に巻回し、さらに、複数段に重ね巻きして形成される。

この場合、平角線は、丸線と異なり、線間の隙間なく巻回することができる。しかも、平角線を縦方向にエッジワイズ巻きするので、モータ軸方向の長さは丸線の場合より短くなる。さらに、平角線を縦方向に内側から外側に巻いて複数段に重ねる際に、内側の巻き線に対して外側の巻き線をずれないように平行に揃えて巻き、巻きずれによる隙間が生じないようにすることができる。そのため、界磁コイルの空間占有率は丸線を使用した場合より十分に小さくなる。

したがって、ステータの内周端側と前記モータ軸との間の前記空きスペースが小さくても、界磁コイルを前記空きスペースに設けることが可能になり、界磁コイルをステータの内周端側とモータ軸との前記空きスペースに設けたアキシャルギャップ構造のモータを実現できる。

請求項２に係る本発明のモータの場合、さらに、界磁コイルの巻き始めと巻き終わりの位置がモータ軸方向の同じコイル端面側にあるので、界磁コイルの取り出しのリード線加工が容易であり、界磁コイルの組み付け性が向上する利点がある。

本発明の一実施形態の界磁コイルを含むステータの概略の構成を示す分解した状態の斜視図である。図１の界磁コイルを示し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は界磁コイルの正面図、側面図、背面図である。ステータに組み付けられた界磁コイルを示し、（ａ）は界磁コイルが組み付けられたステータの端面の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。図１のステータが適用されるアキシャルギャップ構造のモータの一部を省略した分解状態の斜視図である。（ａ）、（ｂ）は図４のモータのステータの一方、他方の端面の平面図である。

つぎに、本発明をより詳細に説明するため、一実施形態について、図１〜図３を参照して詳述する。

図１は、例えば図４のモータ１０１のステータ１０４に用いることができるステータ１の概略の構成を示し、ステータ１はステータコアとしての円盤状のヨーク１０を有し、ヨーク１０の径大の中心孔１１を、例えば図４のモータ軸１０２が遊挿状態で貫通する。

ヨーク１０は、例えば、図４のロータ１０３ａに対向する一方の端面１０ａに、Ｓ極に励磁される１２個のステータ磁極１２ａが周方向に等間隔に配設され、図４のロータ１０３ｂに対向する他方の端面１０ｂにＮ極に励磁される１２個のステータ磁極１２ｂがステータ磁極１２ａ間に位置するように周方向に等間隔に配設される。各ステータ磁極１２ａ、１２ｂには図４のコイル１０８に相当する集中巻きの励磁コイル１３が装着される。図１においてはステータ磁極１２ａの励磁コイル１３のみを示し、各励磁コイル１３はステータ磁極１２ａに装着される樹脂のボビン１４に巻回されている。

界磁コイル２は、直流給電により端面１０ａ側および端面１０ｂ側に一定磁束の界磁を発生するものであり、平角線２１を縦方向にして連続巻きでモータ軸方向に円形状に一定数巻回し、さらに、２段に重ね巻きして形成されている。

図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は界磁コイル２の一方のコイル端面（正面）２ａの平面図、側面図、他方のコイル端面（背面）２ｂの平面図であり、ヨーク１０の端面１０ａ側のコイル端面を一方のコイル端面２ａ、ヨーク１０の端面１０ｂ側コイル端面を他方のコイル端面２ｂとすると、界磁コイル２は、平角線２１を縦方向にしてコイル端面２ｂ側からモータ軸方向にエッジワイズ巻きで一定数巻回し、コイル端面２ａに達すると、連続してその外周にコイル端面２ｂに向かってエッジワイズ巻きすることで、２段に重ね巻きして形成されている。

この場合、平角線２１は丸線のような線間の隙間なく巻回することができる。しかも、平角線２１を縦方向にエッジワイズ巻きするので、界磁コイル２のモータ軸方向の長さは丸線の場合より短くなる。さらに、平角線２１を縦方向に内側から外側に巻いて２段に重ねる際に、内側の巻き線に対して外側の巻き線をずれないように平行に揃えて巻き、巻きずれによる隙間が生じないようにすることができる。したがって、界磁コイル２の空間占有率を、丸線を使用した場合より十分に小さくできる。

そして、界磁コイル２の径や１段分の巻き数は、ヨーク１０の内周端側（中心孔１１側）側とモータ軸との間の空きスペースを考慮して設定される。図４のモータ１０１の場合、モータ軸に磁路形成部材１０５が取り付けられるので、実際にはヨーク１０の内周端（中心孔１１側の端）と磁路形成部材１０５の外周との間の空きスペースを考慮して設定される。

ところで、界磁コイル２の巻き始め２ｓ、巻き終り２ｅはいずれもコイル端面２ｂに位置し、巻き始め２ｓ、巻き終り２ｅのリード線２２ｓ、２２ｅはコイル端面２ｂからコイル端面２ａ側に折曲され、略中央で径方向に折曲している。

さらに、界磁コイル２は、外周筒３１ａと内周筒３１ｂを有する中空環状の横向きの樹脂等の非励磁のケース３０に収容され、リード線２２ｓ、２２ｅは外周筒３１ａの内側の１対のガイド溝３２に嵌入されている。

そして、ケース３０に収容された界磁コイル２がステータ１に組み付けられ、界磁コイル２は前記空きスペースにケース３０に収容された状態で設けられる。なお、ケース３０より内周側に磁路形成部材１０５、モータ軸が位置する。

図３（ａ）は界磁コイル２がステータ１に組み付けられた状態の端面１０ａを示し、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線の部分の断面を示し、リード線２２ｓ、２２ｅはヨーク１０の同じ端面１０ａに引き出され、ステータ磁極１２ａ間を通って外部に引き出される。

したがって、本実施形態の場合、平角線２１をエッジワイズ巻きした２段の重ね巻き線により空間占有率を小さくして界磁コイル２が形成され、この界磁コイル２をステータ１の内周端側とモータ軸との間の空きスペースに設けて界磁コイル付きのアキシャルギャップ構造のモータを実現できる。

そして、平角線２１はエッジワイズ巻きで内周側から巻き始めて外周へ移ることで連続巻きで２段に重ね巻きすることができる。この場合、界磁コイル２の途中につなぎ目がなく、その結線が不要で、そのための作業や部品が省略できる利点がある。

また、界磁コイル２は、ケース３０に収容することで、いわゆるカセットタイプにすることができるため、取り扱いが容易である。また、ケース３０を薄くしてケース３０における界磁コイル２の占積率を高くできる利点がある。

さらに、界磁コイル２の巻き始め２ｓと巻き終わり２ｅを同じコイル端面２ｂに合わるようにしたため、巻き始め２ｓ、巻き終わり２ｅのリード線２２ｓ、２２ｅを容易にモータから取り出すことができる。また、一方の端面１０ａ側で界磁コイル２の組み付けの作業が行なえるので、組み付け性が向上する利点がある。その上、リード線２２ｓ、２２ｅをステータ磁極１２ａ間のヨーク面を沿わす構成であるので、ステータ１あるいはモータの組み付け時に、リード線２２ｓ、２２ｅをボビンなどで挟み込んで容易に仮保持することができ、組み付け性が向上するとともに製造に必要な部品の削減ができる利点がある。

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、図４の構成から磁路形成部材１０５を省いた構成のアキシャルギャプ構造のモータや、例えば、図４のロータ１０３ａとステータ１０４とで形成される（この場合、ステータ１０４は端面１４１ａのステータ磁極１０７ａのみを備える）アキシャルギャプ構造のモータにも、本発明を同様に適用することができる。

また、前記実施形態のステータ１のように、両端面１０ａ、１０ｂにステータ磁極１２ａ、１２ｂを配設した構成のステータにおいて、端面１０ａ側の界磁コイルと、端面１０ｂ側の界磁コイルと別々に備え、両界磁コイルをつき合わせるようにして、ステータの内周端側とモータ軸との間の空きスペースに設けるようにしてもよい。また、同じ巻き方向にした内周コイルと外周コイルで、それぞれ線の端面を取り出した後で結線してもよい。

さらに、前記実施形態においては界磁コイル２を２段に重ね巻きしたが、３段以上の複数段に重ね巻きしてもよいのは勿論である。

また、界磁コイル２の巻き始め２ｓと巻き終わり２ｅはコイル端面２ａに合わせるようにしてもよく、この場合も前記実施形態の場合と同様の効果が得られる。

そして、ステータ１のステータ磁極１２ａ、１２ｂの個数（磁極数）や、ステータ１の
構造等はどのようであってもよく、例えばステータ１がステータ磁極１２ａ毎の分割コアを環状に組み合わせたものと、ステータ磁極１２ｂ毎の分割コアを環状に組み合わせたものとを備える分割コア構造であってもよい。

また、本発明が適用されるアキシャルギャップ構造のモータは、４相以上の多相駆動のモータであってもよい。

そして、本発明は、電気自動車の駆動モータ等の種々の用途のアキシャルギャップ構造のモータに適用することができる。

１ステータ
２界磁コイル
２ａ、２ｂコイル端面
２ｓ巻き始め
２ｅ巻き終り
２１平角線

Claims

モータ軸方向にロータとステータを対向配置したアキシャルギャップ構造のモータであって、
前記ステータの内周端側と前記モータ軸との間の隙間に、平角線を縦方向にして前記モータ軸方向に巻回し、さらに、複数段に重ね巻きして形成された界磁コイルを備えたことを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記界磁コイルは、巻き始めと巻き終わりが前記モータ軸方向の同じコイル端面側からステータ磁極間を通っていることを特徴とするモータ。