JP4882211B2 - アキシャルギャップモータの構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸に沿って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モータの構造に関するものである。

従来、円筒形状のステータの外周側と内周側にロータを設け、ステータに供給する複合電流により外周側ロータと内周側ロータを各別に回転可能に構成したラジアルギャップモータが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平１１−３４１７５８号公報 特開２０００−２２４８３６号公報

上述した従来の複合電流駆動型のラジアルギャップモータでは、円筒形状のステータの内周側に２つのロータを配置する構成は、最内周側ロータが小さくなりモータのトルクを大きくする事が難しいため、１つのステータの内周側と外周側に２つのロータを配置していた。一方、回転軸に沿ってロータとステータとが対向して配置されるアキシャルギャップモータも知られている。この種のアキシャルギャップモータで上述したような複合電流駆動型のモータを構成するには、上述したラジアルギャップモータの構成にならってステータの両側に２つのロータを配置する構成が考えられるが、その場合は、ステータのケースへの固定構成が難しくなる問題があった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、ステータのケースへの固定の問題がなく、好適に複合駆動型のアキシャルギャップモータを得ることができるアキシャルギャップモータの構造を提供しようとするものである。

本発明のアキシャルギャップモータの構造は、回転軸に沿って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モータの構造において、ケースに固定された第１のステータ及び第２のステータと、それぞれがベアリングを介してケースに回転自在に装着された第１のロータ軸及び第２のロータ軸と、第１のロータ軸及び第２のロータ軸に各別に固定され、第１のステータと第２のステータとの間に配置された、第１のロータ及び第２のロータと、から構成され、第１のロータと第２のロータとの磁極数を異ならせ、第１のロータの駆動電流と第２のロータの駆動電流とを重畳させた複合電流を第１のステータ及び第２のステータに供給することで、第１のロータ及び第２のロータを各別に回転させたことを特徴とするものである。

本発明のアキシャルギャップモータの構造では、２つのステータの間に磁石数の異なる２つのロータを配置する事により、２つのロータのトルクをほぼ同等としながら複合電流で２つのロータを各別に駆動することができるアキシャルギャップモータを得ることができる。また、両側にステータがある構造であるため、ステータのケースへの固定をステータの円盤状の面全体を使ってできるため、簡単に固定構造をとることができる。

なお、本発明のアキシャルギャップモータの構造の好適例としては、ロータが、ロータバックコアと、ロータバックコアの両表面に設けられた磁石と、磁石の間に配置され、ロータバックコアを貫通して設けられた磁性材料からなるロータコアと、から構成されていることがある。このように構成することで、磁束透過を行う部材（ロータコア）を両ロータに持つ事により、磁気抵抗を低減し、良好な磁束透過を行う事が出来る。

また、本発明のアキシャルギャップモータの構造の好適例としては、ロータが、ロータバックコアと、ロータバックコアの一表面に設けられた磁石と、磁石の間に配置され、ロータバックコアに嵌め込んで設けられた磁性材料からなるロータコアと、から構成されていることがる。このように構成することで、ロータ間の磁束の流れを周方向に均一にする事が出来る。

さらに、本発明のアキシャルギャップモータの構造の好適例としては、ロータバックコアの更に裏側に、ロータコアを支持する支持部材を設けたことがある。このように構成することで、ロータ支持剛性が向上し、高回転化を行う事が出来る。

さらにまた、本発明のアキシャルギャップモータの構造の好適例としては、支持部材が非磁性材料から構成されていることがある。このように構成することで、透過磁束による渦電流損を低減する事が出来る。

図１は本発明のアキシャルギャップモータの構造の一例を説明するための図である。図１に示す例では、第１の出力軸及び第２の出力軸となる同心状に各別に回転自在に設けられた第１のロータ軸２−１及び第２のロータ軸２−２と、第１のロータ軸２−１及び第２のロータ軸２−２に各別に固定された第１のロータ３−１及び第２のロータ３−２と、第１のロータ３−１及び第２のロータ３−２と各別に対向して設けられた第１のステータ４−１及び第２のステータ４−２とを、ケース５内に収納して、第１のステータ４−１と第２のステータ４−２との間に２つ以上ここでは２つの第１のロータ３−１及び第２のロータ３−２を配置したアキシャルギャップモータ１を構成している。また、第１のロータ軸２−１はベアリング６−１を介してケース５に回転自在に装着されるとともに、第２のロータ軸２−２はベアリング６−２を介してケース５に回転自在に装着されている。

図１に示す例において、各ロータ３−１及び３−２は、ロータバックコア７−１、７−２と、磁石８−１、８−２と、ロータコア９−１、９−２と、外枠１０−１、１０−２とから構成されている。そして、第１のロータ軸２−１に設けたフランジ部１１−１とロータバックコア７−１の根本部とをネジ１２−１で固定して、第１のロータ３−１は第１のロータ軸２−１に固定されている。同様に、第２のロータ軸２−２に設けたフランジ部１１−２とロータバックコア７−２の根本部とをネジ１２−２で固定して、第２のロータ３−１は第２のロータ軸２−２に固定されている。さらに、各ステータ４−１及び４−２は、ステータバックコア１３−１、１３−２と、ステータコア１４−１、１４−２と、ステータコイル１５−１、１５−２とから構成されている。各ステータ４−１及び４−２において、ステータバックコア１３−１、１３−２をケース５に固定することで、簡単にステータ４−１及び４−２を固定することができる。

なお、１６−１は第１のロータ軸２−１の回転位置を検知するための第１のエンコーダであり、１６−２は第２のロータ軸２−２の回転位置を検知するための第２のエンコーダである。また、１７はケース５内に設けられたアキシャルギャップモータ１を冷却するための冷却水路である。

図１に示すアキシャルギャップモータ１において、ステータコア１４−１、１４−２は、磁束を軸方向に流す部位であり、それらの外周にはステータコイル１５−１、１５−２が各別に巻回されている。ステータバックコア１３−１、１３−２はステータコア１４−１、１４−２の磁束を周方向に回してサイド磁束を別のステータコア１４−１、１４−２へ流す役目をする。第１のロータ３−１を構成する磁石８−１の磁極数と第２のロータ３−２を構成する磁石８−２の磁極数とを異ならせることによって、従来のラジアルギャップモータにおける複合電流駆動の場合と同様に、第１のステータ４−１及び第２のステータ４−２に同一の複合電流を供給することで、第１のロータ３−１と第２のロータ３−２とを各別の回転数で回転することができる。

以下、図２〜図８を参照して、本発明のアキシャルギャップモータの構造における第１のロータ３−１の構成及び第２のロータ３−２の構成を、詳細に説明する。

図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータの一例を説明するための図であり、図２（ａ）及び図３（ａ）はそれぞれロータ３の一部を示す平面図を示し、図２（ｂ）及び図３（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）及び図３（ａ）半径ｒ１にて周方向に展開した図を示す。図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）に示す例において、ロータ３は、ロータバックコア７と、ロータバックコア７の両表面に設けられた、軸方向に着磁面を持つ磁石８と、磁石８の間に配置された、ロータバックコア７を貫通して設けられ得た磁性材料からなるロータコア９と、から構成されている。また、本例では、ロータバックコア７及びロータコア９として、積層した電磁鋼板を用いているが、圧粉体を成形して用いても良い。なお、１０は外枠である。

図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）に示す例では、ロータコア９を径方向に電磁鋼板を積層して構成しているため、図２（ｂ）に示すように、ステータ面から磁束が流入し、磁束が軸方向に貫通するとともに、周方向にも磁束が流れやすい。そのため、磁気抵抗を低減し磁束の透過を行うことができる。また、リラクタンストルクのループを得ることができ、リラクタンストルクの分だけ回転トルクを大きくすることができる。なお、図１に示す例では、一例として、図２（ａ）、（ｂ）に示す構造の６極対の磁石８を構成したロータ３を第１のロータ３−１として用い、図３（ａ）、（ｂ）に示す３極対の磁石８を構成したロータ３を第２のロータ３−２として用いている。

図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータの他の例を説明するための図であり、図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）の例と同様に、図４（ａ）及び図５（ａ）はそれぞれロータ３の一部を示す平面図を示し、図４（ｂ）及び図５（ｂ）はそれぞれ図４（ａ）及び図５（ａ）の半径ｒ１にて周方向に展開した図を示す。図４（ａ）、（ｂ）に示す例が図２（ａ）、（ｂ）に示す６極対の磁石８を構成したロータ３に対応し、図５（ａ）、（ｂ）に示す例が図３（ａ）、（ｂ）に示す３極対の磁石８を構成したロータ３に対応している。図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）に示す例において、図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）に示す例と異なる点は、磁石８の間に磁性材料からなるロータコア９を設けなかった点である。そのため、図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）ではリラクタンストルクを得ることはできないが、本発明のアキシャルギャップモータの構造に適用することができる。なお、図４（ａ）、（ｂ）及び図５（ａ）、（ｂ）に示す例では、対向するステータ４を構成するステータコア４の位置を参考のために記載している。

図６は本発明のアキシャルギャップモータの構造の他の例を説明するための図である。図６に示す例において、図１に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図６に示す例において、図１に示す例と異なるのは、第１のロータ３−１及び第２のロータ３−２の構成である。図６に示す例においても、図１に示す例と同様に、第１のステータ４−１と第２のステータ４−２との間に２つ以上ここでは２つの第１のロータ３−１及び第２のロータ３−２を配置したアキシャルギャップモータ１を構成している。

図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータのさらに他の例を説明するための図であり、図７（ａ）はロータ３の一部を示す平面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）の半径ｒ１にて周方向に展開した図を示す。図７（ａ）、（ｂ）に示す例において、ロータ３は、ロータバックコア７と、ロータバックコア７の一表面に設けられた、軸方向の着磁面を持つ磁石８と、磁石８の間に配置され、ロータバックコア７に嵌め込んで設けられた磁性材料からなるロータコア９と、から構成されている。また、本例では、ロータバックコア７及びロータコア９として、積層した電磁鋼板を用いているが、圧粉体を成形して用いても良い。さらに、本例では、磁石８の間に磁性材料からなるロータコア９を設けているが、ロータコア９を設けないロータ３を第１のロータ３−１及び第２のロータ３−２として用いることもできる。

図８（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータのさらに他の例を説明するための図であり、図８（ａ）はロータ３の背面側の一部を示す平面図を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）の半径ｒ１にて周方向に展開した図を示す。図８（ａ）、（ｂ）に示す例では、磁性材料からなるロータコア９をロータバックコア７に固定する方法の一例を示している。図８（ａ）、（ｂ）に示す例では、ロータコア９をロータバックコア７に開けた穴に差し込み、ロータコア９のフランジ部９ａを利用して、ロータバックコア７の磁石８に対向する裏面に設けた支持部材２１の凹部にそのフランジ部９ａを係合させ、ロータコア９と支持部材２１とを溶接して固定している。本例では、磁石８の反対側に支持部材２１を構成する事により、ロータ支持剛性が向上し高回転化を行うことが出来るとともに、ロータ３間の磁束の流れを良くする事が出来る。なお、支持部材２１の材料については特に限定しないが、非磁性材料から構成することが好ましい。この場合は、非磁性材料とする事で、透過磁束による渦電流損を低減する事が出来る。

上述した構成のアキシャルギャップモータ１では、第１のステータ４−１及び第２のステータ４−２に、従来と同様に複合電流を供給することで、第１のロータ３−１及び第２のロータ３−２を各別に回転させることができ、それぞれの回転を第１のロータ軸２−１及び第２のロータ軸２−２から出力することができる。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく、幾多の変形が可能である。例えば、上述した例では、第１のステータ４−１と第２のステータ４−２との間に２つの第１のロータ３−１及び第２のロータ３−２を設けた例を説明したが、第１のステータ４−１と第２のステータ４−２との間に２つ以上のロータを設けても本発明を達成することが出来る。

本発明のアキシャルギャップモータの構造は、ステータのケースへの固定の問題がなく、好適に複合駆動型のアキシャルギャップモータを得るために好適に利用することが出来る。

本発明のアキシャルギャップモータの構造の一例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータの一例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータの他の例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータのさらに他の例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータのさらに他の例を説明するための図である。 本発明のアキシャルギャップモータの構造の他の例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータのさらに他の例を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明のアキシャルギャップモータの構造におけるロータのさらに他の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モータ
２−１、２−２ ロータ軸
３、３−１、３−２ ロータ
４、４−１、４−２ ステータ
５ ケース
６−１、６−２ ベアリング
７、７−１、７−２ ロータバックコア
８、８−１、８−２ 磁石
９、９−１、９−２ ロータコア
９ａ、１１−１、１１−２ フランジ部
１０−１、１０−２ 外枠
１２−１、１２−２ ネジ
１３−１、１３−２ ステータバックコア
１４、１４−１、１４−２ ステータコア
１５−１、１５−２ ステータコイル
１６−１、１６−２ エンコーダ
１７ 冷却水路
２１ 支持部材

Claims (5)

1. 回転軸に沿って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モータの構造において、
   ケースに固定された第１のステータ及び第２のステータと、
   それぞれがベアリングを介してケースに回転自在に装着された第１のロータ軸及び第２のロータ軸と、
   第１のロータ軸及び第２のロータ軸に各別に固定され、第１のステータと第２のステータとの間に配置された、第１のロータ及び第２のロータと、
   から構成され、
   第１のロータと第２のロータとの磁極数を異ならせ、第１のロータの駆動電流と第２のロータの駆動電流とを重畳させた複合電流を第１のステータ及び第２のステータに供給することで、第１のロータ及び第２のロータを各別に回転させたことを特徴とするアキシャルギャップモータの構造。
2. ロータが、ロータバックコアと、ロータバックコアの両表面に設けられた磁石と、磁石の間に配置され、ロータバックコアを貫通して設けられた磁性材料からなるロータコアと、から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップモータのロータ構造。
3. ロータが、ロータバックコアと、ロータバックコアの一表面に設けられた磁石と、磁石の間に配置され、ロータバックコアに嵌め込んで設けられた磁性材料からなるロータコアと、から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップモータのロータ構造。
4. ロータバックコアの更に裏側に、ロータコアを支持する支持部材を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載のアキシャルギャップモータのロータ構造。
5. 支持部材が非磁性材料から構成されていることを特徴とする請求項４に記載のアキシャルギャップモータのロータ構造。
   

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