(57)【要約】【課題】回転電機としての更なる薄型化を図ることができる、アキシャルギャップ型回転電機を提供する。【解決手段】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機は、二対のステータ１、２とロータ３、４を、それぞれのロータ３、４の背面側を相互に回転軸５、６に沿って対向させるように、回転軸５、６に沿って対向させて同一軸線Ｃ上に配置してなるとともに、それぞれのステータ１、２の極数を相互に異ならせて、それぞれのステータ１、２を独立して制御することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二対のステータとロータを、それぞれのロータの背面側を相互に回転軸に沿って対向させるように、回転軸に沿って対向させて同一軸線上に配置してなるとともに、それぞれのステータの極数を相互に異ならせて、それぞれのステータを独立して制御することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項２】
前記二つのロータの少なくとも一方の背面側に一以上のスリットを設けた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回転電機。
【請求項３】
前記スリットを縞状あるいは格子状に複数条設けることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項４】
前記スリットを、一方のロータには縞状あるいは格子状に複数条設け、他方のロータには同心円状の円環状に複数条設けることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項５】
前記スリットを、両方のロータに同心円状の円環状に複数条設けるとともに、一方のロータに設けた当該スリットと、他方のロータに設けた当該スリットとを、中心軸線方向から見て相互に位置を異ならせることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータに永久磁石を設けた回転電機は、損失が少なくかつ効率がよく、出力が大きい当の理由により自動車もしくは産業用機械に数多く使用されている。なかでも、回転軸に沿ってステータとディスク状の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は、その回転軸方向の厚みの薄型化が可能であるため、特許文献１に記載されているように、レイアウト上の制約がある場合により多く用いられている。特に特許文献１に記載されたアキシャルギャップ型回転電機は、複数のロータを一つの回転軸に設けたもので、トルクの増大を図ったものである。
【特許文献１】特開２００２−１５３０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところがこのような形態のアキシャルギャップ型回転電機では、回転電機としての、回転軸方向の厚みの更なる薄型化を図るにあたり、ロータの永久磁石を支持するバックヨークの厚みを薄型化しようとすると、ロータの周方向に設けた永久磁石により形成される磁束により、当該バックヨークが磁束飽和を起こしてしまい、回転電機としての性能が悪化するという問題点が生じる。
【０００４】
本発明は上述したところの課題を解決することを目的とするものであり、その目的は、回転電機としての更なる薄型化を図ることができる、アキシャルギャップ型回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機は、二対のステータとロータを、それぞれのロータの背面側を相互に回転軸に沿って対向させるように、回転軸に沿って対向させて同一軸線上に配置してなるとともに、それぞれのステータの極数を相互に異ならせて、それぞれのステータを独立して制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
これによれば、一方のロータの周方向に設けた永久磁石により発生する磁束を、当該ロータのバックヨークとともに、他方のロータのバックヨークにも通すことができるため、各々のロータの、バックヨークの回転軸方向の厚みを薄くしても、バックヨークにおいて磁束飽和が発生することを防止することができる。これにより、バックヨークの回転軸方向の厚みを薄型化することができるとともに、回転電機全体の回転軸方向の寸法を小さくすることができる。さらに、それぞれのステータの極数を異ならせて、独立して制御することにより、それぞれのステータが、対をなすロータ以外のロータの、トルクに寄与する磁束を発生することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一実施形態を示す略式断面図である。
このアキシャルギャップ型回転電機は、二対のステータ１、２とロータ３、４を、それぞれのロータ３、４の背面側を相互に回転軸５、６に沿って対向させるように、回転軸５、６に沿ってギャップを介して対向させて同一軸線Ｃ上に配置してなるとともに、それぞれのステータ１、２の極数を相互に異ならせて、それぞれのステータ１、２を独立して制御することを特徴とする。（請求項１に相当）ここで背面側とはそれぞれのロータのギャップ側と反対側を示す。なお、ギャップとはロータとステータとの回転軸方向の隙間を言うものとする。
【０００８】
ステータ１は、コア７にコイル８を巻装して構成され、ステータ２も、コア９にコイル１０を巻装して構成され、ステータ１およびステータ２はその背面側を、ケース１１に固定される。ここで背面側とはそれぞれのステータのギャップ側と反対側を示す。
【０００９】
ロータ３は、円盤状をなすバックヨーク１２のステータ１に対向する面の周方向に、複数の永久磁石１３を設けるとともに、当該バックヨーク１２を、前記回転軸５に、圧入嵌合もしくはセレーションやキー嵌合等の手段にて連結して構成され、当該回転軸５は、ステータ１の内周側および、ケース１１の内周側に、軸受１４を介して回転自在に支持される。
【００１０】
これとともに、ロータ４も、同じく円盤状をなす、バックヨーク１５のステータ２に対向する面の周方向に、複数の永久磁石１６を設けるとともに、当該バックヨーク１５を、前記回転軸６に、圧入嵌合もしくはセレーションやキー嵌合等の手段にて連結して構成され、当該回転軸６は、ステータ２の内周側および、ケース１１の内周側に、軸受１７を介して回転自在に支持される。
さらに回転軸５、６の端部にはロータ３、４の回転量や位置を検出するための、図示しないエンコーダが設けられる。加えて、ロータおよびステータの損失による熱を吸収するための図示しない冷却系が適宜設けられる。
【００１１】
図１に示すアキシャルギャップ型回転電機において、コイル８、１０を図示しないインバータにより個別の周波数にて励磁すると、ステータ１およびステータ２の周方向に異なる速度の回転磁界が形成され、周方向に交互に極性が異なる複数の永久磁石１３が埋設されたロータ３はそれに対応するステータ１の発生する回転磁界に吸引反発されて、当該回転磁界と同期した速度で回転し、同様に、周方向に交互に極性が異なる複数の永久磁石１６が埋設されたロータ４もそれに対応するステータ２の発生する回転磁界に吸引反発されて、当該回転磁界と同期した速度で回転する。
【００１２】
図２は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機を、ケースを除去してその外周から視点を周方向に移動させながら見た周方向展開図である。
ここでは図１に示した中心軸線Ｃおよび、回転軸５、６の図示は省略している。
ロータ４の永久磁石１６により形成される磁束Φは、図２中に示すように、ロータ３のバックヨーク１２を通過させることができる。これによりロータ４の、バックヨーク１５の回転軸方向の厚みを薄くしても、バックヨーク１５において磁束飽和が発生することを防止することができる。これにより、バックヨーク１５の回転軸方向の厚みを薄型化することができるとともに、回転電機全体の回転軸方向の寸法を小さくすることができる。
【００１３】
これは、ロータ３についても同様であり、ロータ３の永久磁石１３により形成される図示しない磁束も、ロータ４のバックヨーク１５を通過させることができるため、ロータ３のバックヨーク１２の厚みを薄くしても、バックヨーク１２において磁束飽和が発生することを防止することができ、これにより、バックヨーク１２の回転軸方向の厚みを薄型化して、回転電機全体の回転軸方向の寸法を小さくすることができる。
【００１４】
以上のように構成した回転電機においては、ロータ３およびロータ４は、それそれ個別の制御のもと、異なる回転数にて回転されることになるため、ロータ３のバックヨーク１２はロータ４の永久磁石１６により発生する磁束Φの通過により、渦電流が発生し、ロータ４のバックヨーク１２はロータ３の永久磁石１３により発生する図示しない磁束によりこれも渦電流が発生する。これらの渦電流は、それぞれのロータの渦電流損を増大させ、トルクおよび効率を低下させる要因となるため、それらを低減する必要が生じる。
【００１５】
そこで、それぞれのロータのバックヨークに以下に示すようなスリットを設けて、磁束の通過による渦電流の発生を抑制する。
図３は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の、ロータのバックヨークに設けるスリットの形状の一実施形態を示す模式斜視図である。
図３に示すように、二つのロータ３、４の少なくとも一方、ここでは両方のバックヨーク１２、１５の背面側に一以上の、例えば深さ５ｍｍ程度、幅０．１ｍｍ程度のスリット１８、１９を設け、（請求項２に相当）前記スリット１８、１９を縞状あるいは格子状に、ここでは縞状に、複数条、ここでは３２条以上設ける。（請求項３に相当）なおここでは、それぞれのロータ３、４の、永久磁石および回転軸の図示は省略し、スリットの数は図示の便宜上少なく描いている。
【００１６】
請求項２に相当する構成によれば、スリット１８および１９により、磁束の通過により発生するバックヨーク１２、１５内の渦電流を遮断して、渦電流が流れることを抑制して、それぞれのロータの渦電流損を低下させて、回転電機としてのトルクおよび効率の低下を抑制することができる。
また、請求項３に相当する構成のように、スリット１８および１９を縞状あるいは格子状に複数条設けることにより、渦電流を遮断する効果をさらに高めることができる。
なお、コアの渦電流による損失は、磁束が一様とみなされる長方形の領域の、一辺の長さをＸ、他辺をＹとし、Ｘ方向にスリットを設けてＮ個に分割したとすると、１／（Ｘ２＋Ｎ２Ｙ２）に比例して小さくなるので、スリットを多く設けて、分割数Ｎをより大きくすることが好ましい。実際のスリット数は、ロータの寸法、スリットの深さおよび幅等により適宜決定する。
【００１７】
図４は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の、ロータのバックヨークに設けるスリットの形状の、他の実施形態を示す模式斜視図である。
図４に示すように、二つのロータ３、４の少なくとも一方、ここでは両方のバックヨーク１２、１５の背面側に一以上の、例えば深さ５ｍｍ程度、幅０．１ｍｍ程度のスリット１８、１９を設け、（請求項２に相当）前記スリット１８を、一方のロータ３には縞状あるいは格子状に、ここでは縞状に、複数条、ここでは３２条以上設け、他方のロータ４には、前記スリット１９を、同心円状の円環状に複数条、ここでは１６条以上設ける。（請求項４に相当）なおここでも、それぞれのロータ３、４の、永久磁石および回転軸の図示は省略し、スリットの数は図示の便宜上少なく描いている。
【００１８】
請求項２に相当する構成によれば、スリット１８および１９により、磁束の通過により発生するバックヨーク１２、１５内の渦電流を遮断して、渦電流が流れることを抑制して、それぞれのロータの渦電流損を低下させて、回転電機としてのトルクおよび効率の低下を抑制することができる。
また、請求項４に相当する構成によれば、請求項３に相当する構成と同様、渦電流を遮断する効果をさらに高めることができる。
【００１９】
図５は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の、ロータのバックヨークに設けるスリットの形状の、さらに他の実施形態を示す模式斜視図である。なお、図５の右側部分は、左側のスリットの形状および半径方向位置を拡大して示している。
図５に示すように、二つのロータ３、４の少なくとも一方、ここでは両方のバックヨーク１２、１５の背面側に一以上の、例えば深さ５ｍｍ程度、幅０．１ｍｍ程度のスリット１８、１９を設け、（請求項２に相当）前記スリット１８、１９をそれぞれ、両方のロータ３、４に同心円状の円環状に複数条、ここでは３２スリット以上設けるとともに、一方のロータ３に設けた当該スリット１８と、他方のロータ４に設けた当該スリット１９とを、中心軸線方向から見て相互に位置を異ならせる。（請求項５に相当）
【００２０】
請求項２に相当する構成によれば、スリット１８および１９により、磁束の通過により発生するバックヨーク１２、１５内の渦電流を遮断して、渦電流が流れることを抑制して、それぞれのロータの渦電流損を低下させて、回転電機としてのトルクおよび効率の低下を抑制することができる。
また、請求項５に相当する構成によれば、請求項３および請求項３に相当する構成と同様、渦電流を遮断する効果をさらに高めることができる。これに加えて、スリット１８、１９を中心軸線方向から見て相互に位置を異ならせて設けることにより、一方のロータの永久磁石から発生する磁束を、他方のロータのバックヨークに通過させるに当たり、スリット１８およびスリット１９がその磁束の通過を妨げてしまうことを防止することができる。
【００２１】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、図１において、それぞれのロータの出力は回転電機のケースの中心軸方向両端から取り出しているが、それぞれの中心軸を複軸多層構造として、片方端からそれぞれのロータの出力を取り出す構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に用いて好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一実施形態を示す、略式断面図である。
【図２】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機の一実施形態を示す周方向展開図である。
【図３】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータのバックヨークに設けるスリットの形状の一実施形態を示す模式斜視図である。
【図４】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータのバックヨークに設けるスリットの形状の、他の実施形態を示す模式斜視図である。
【図５】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータのバックヨークに設けるスリットの形状のさらに他の一実施形態を示す模式斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ステータ
２  ステータ
３  ロータ
４  ロータ
５  回転軸
６  回転軸
７  コア
８  コイル
９  コア
１０  コイル
１１  ケース
１２  バックコア
１３  永久磁石
１４  軸受
１５  バックコア
１６  永久磁石
１７  軸受
１８  スリット
１９  スリット
Ｃ  同一軸線
Φ  磁束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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