JP5114135B2 - アキシャルギャップ型モータ - Google Patents
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Description
また、本発明の請求項3に係るアキシャルギャップ型モータは、ロータ(例えば、実施の形態でのロータ11)と、該ロータを回転軸方向の両側から挟み込むようにして対向配置された1対のステータ(例えば、実施の形態でのステータ12)とを備えるアキシャルギャップ型モータであって、前記ロータは、磁束の方向が前記回転軸方向と平行となるようにして周方向に配置された複数の主磁石としての電磁石(例えば、実施の形態での電磁石41)と、前記主磁石の周方向端部近傍に配置されると共に、前記回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された副永久磁石(例えば、実施の形態での副永久磁石32)とを備え、複数の前記主磁石は、前記電磁石と主永久磁石とにより構成されている。
さらに、本発明の請求項4に係るアキシャルギャップ型モータでは、前記電磁石は、前記回転軸方向の断面形状が略扇形とされたヨーク(例えば、実施の形態でのヨーク51)と、該ヨークに巻装された巻線(例えば、実施の形態でのコイル52)とを備え、前記巻線と電源とを接続するスリップリング(例えば、実施の形態でのスリップリング61)を備える。
さらに、設定手段によってアキシャルギャップ型モータの状態を強め界磁状態と弱め界磁状態とに適切に変更することができる。
本発明の請求項3に係るアキシャルギャップ型モータによれば、主磁石である電磁石から発生する磁束の方向を反転させることによって、アキシャルギャップ型モータの状態を、所謂主磁石および副永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果により磁束が収束する強め界磁状態と、主磁石および副永久磁石による磁路短絡が発生する弱め界磁状態とに設定することができ、主磁石および副永久磁石による界磁磁束が各ステータの固定子巻線を鎖交する鎖交磁束量を増大あるいは低減させることによって誘起電圧定数を可変とすることができる。これにより、ロータの構成に要する永久磁石量を増大させる必要無しに、アキシャルギャップ型モータの運転可能な回転数範囲およびトルク範囲を拡大し、運転効率を向上させると共に高効率での運転可能範囲を拡大することができる。
さらに、複数の主磁石を電磁石と主永久磁石とにより構成することにより、ロータの構成に要する永久磁石量が過剰に増大することを防止しつつ、例えば電磁石に対する通電に異常が生じた場合であっても所望の界磁磁束を確保することができる。
本発明の請求項4に係るアキシャルギャップ型モータによれば、アキシャルギャップ型モータの構成が過剰に複雑化することを防止しつつ、誘起電圧定数を可変とすることができる。
本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ10は、例えば図1に示すように、このアキシャルギャップ型モータ10の回転軸O周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ11と、回転軸O方向の両側からロータ11を挟みこむようにして対向配置され、ロータ11を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する1対のステータ12,12とを備えて構成されている。
例えば回転軸O方向で対向する1対のステータ12,12に対し、U+,V+,W+極およびU−,V−,W−極の一方に対応する一方のステータ12の3個のティース22,22,22と、U+,V+,W+極およびU−,V−,W−極の他方に対応する他方のステータ12の3個のティース22,22,22とが、回転軸O方向で対向するように設定され、回転軸O方向で対向する一方のステータ12のティース22と、他方のステータ12のティース22とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
そして、ロータフレーム33内に収容された複数の磁石極部31は、径方向の両側から内周部35と外周側筒状部36とにより挟み込まれると共に、径方向リブ34を介して周方向で隣り合うように配置されている。
そして、複数の副永久磁石32,…,32は、電磁石41の周方向端部に配置されている。
そして、ロータフレーム33内において周方向で隣り合う電磁石41,41は、発生可能な磁束の方向が互いに異方向となるように設定されている。つまり、ヨーク51に対するコイル52の巻装状態が右巻きとされた電磁石41には、ヨーク51に対するコイル52の巻装状態が左巻きとされた電磁石41が周方向で隣り合うように設定されている。
これにより、回転軸O方向の一方側の副永久磁石32と、他方側の副永久磁石32とは、ロータフレーム33の径方向リブ34を介して回転軸O方向と平行な方向で対向するようになっている。
つまり、例えば回転軸O方向と平行な方向の一方側において周方向で対向する1対の副永久磁石32,32同士が互いのN極同士を対向させている場合には、回転軸O方向と平行な方向の他方側において周方向で対向する1対の副永久磁石32,32同士が互いのS極同士を対向させるようになっている。
また、弱め界磁状態では、回転軸O方向と平行な方向の一方側および他方側において、電磁石41と各1対の副永久磁石32,32との間で磁路短絡が生じ、各ステータ12,12に鎖交する有効磁束が相対的に減少するようになっている。
このスリップリング61は、例えばロータ11に固定されたリング部61aと、ステータ12に固定されたブラシ部61bとを備えて構成され、ブラシ部61bと通電制御装置62とは接続線62aを介して接続されている。
通電制御装置62は、例えばブッリジ回路等を備え、電源(図示略)からコイル52への通電状態を反転可能であって、アキシャルギャップ型モータ10の強め界磁状態と弱め界磁状態とを適宜に切り換えて設定可能である。
しかも、副永久磁石32を備えることにより、例えば電磁石41に対する通電に異常が生じた場合であっても、所望の界磁磁束を確保することができる。
また、例えば図8および図9に示す第2変形例では、複数の磁石極部31,31間に対して、回転軸O方向の一方側の副永久磁石32が省略される磁石極部31,31間と、回転軸O方向の他方側の副永久磁石32が省略される磁石極部31,31間とが、周方向で2つ置きに交互に設定されている。
これらの第1変形例および第2変形例においては、ロータ11の構成に要する永久磁石量が過剰に増大することを防止しつつ、所望の界磁磁束を確保することができる。
また、これらの第1変形例および第2変形例においては、副永久磁石32が省略された部位には、例えば非磁性(より好ましくは、非磁性かつ非導電性)の部材が配置されてもよいし、例えば空間が設けられてもよい。
この第3変形例では、周方向に配置された複数の磁石極部31,…,31において、電磁石41と主永久磁石71とが周方向で交互に配置されており、主永久磁石71は磁性材部材42と同等の略扇形板状とされ、磁化方向が回転軸O方向に設定されている。
これにより、ロータ11の構成に要する永久磁石量が過剰に増大することを防止しつつ、例えば電磁石41に対する通電に異常が生じた場合であっても所望の界磁磁束を確保することができる。
また、例えば図12(a),(b)に示す第5変形例では、複数の磁石極部31,31間に対して、回転軸O方向の一方側の副永久磁石32が省略される磁石極部31,31間と、回転軸O方向の他方側の副永久磁石32が省略される磁石極部31,31間とが、周方向で2つ置きに交互に設定され、かつ、適宜の電磁石41または主永久磁石71の周方向両端部において一方側の副永久磁石32が省略されている。
また、これらの第4変形例および第5変形例においては、副永久磁石32が省略された部位には、例えば非磁性(より好ましくは、非磁性かつ非導電性)の部材が配置されてもよいし、例えば空間が設けられてもよい。
11 ロータ
12 ステータ
32 副永久磁石
41 電磁石
51 ヨーク
52 コイル
61 スリップリング
62 通電制御装置
71 主永久磁石
Claims (6)
- ロータと、該ロータを回転軸方向の両側から挟み込むようにして対向配置された1対のステータとを備えるアキシャルギャップ型モータであって、
前記ロータは、磁束の方向が前記回転軸方向と平行となるようにして周方向に配置された複数の主磁石としての電磁石と、前記主磁石の周方向端部近傍に配置されると共に、前記回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された副永久磁石とを備え、
前記周方向で隣り合う前記副永久磁石同士は、前記電磁石の配置位置から前記回転軸方向の一方側または他方側にずれた位置に配置され、
前記電源から前記巻線への通電状態を反転可能な通電手段と、
前記通電手段の通電により、前記電磁石の前記回転軸方向において前記副永久磁石同士がずれた側に、前記副永久磁石同士の対向磁極と同極の磁極を発生させる強め界磁状態と、前記電磁石の前記回転軸方向において前記副永久磁石同士がずれた側に、前記副永久磁石同士の対向磁極と異極の磁極を発生させる弱め界磁状態とを設定する設定手段と
を備えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。 - 複数の前記主磁石は、前記電磁石と主永久磁石とにより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型モータ。
- ロータと、該ロータを回転軸方向の両側から挟み込むようにして対向配置された1対のステータとを備えるアキシャルギャップ型モータであって、
前記ロータは、磁束の方向が前記回転軸方向と平行となるようにして周方向に配置された複数の主磁石としての電磁石と、前記主磁石の周方向端部近傍に配置されると共に、前記回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された副永久磁石とを備え、
複数の前記主磁石は、前記電磁石と主永久磁石とにより構成されていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。 - 前記電磁石は、前記回転軸方向の断面形状が略扇形とされたヨークと、該ヨークに巻装された巻線とを備え、
前記巻線と電源とを接続するスリップリングを備えることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかひとつに記載のアキシャルギャップ型モータ。 - 前記周方向で隣り合う前記副永久磁石同士は、互いの同極同士が対向するように配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかひとつに記載のアキシャルギャップ型モータ。
- 複数の前記副永久磁石は、周方向に規則的間隔で配置されていることを特徴とする請求項1から請求項5の何れかひとつに記載のアキシャルギャップ型モータ。
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