(57)【要約】【課題】永久磁石内に発生するうず電流を低減することで発熱も低減でき、回転電機の高回転化を可能とするアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を提供する。【解決手段】回転子コア７と永久磁石８とを有する回転子３と、固定子ティース部１１と固定子ティース部１１に巻きつけた固定子コイル１０とを有する固定子４と、を有し、回転子３と固定子４がアキシャル方向に配設されたアキシャルギャップ型回転電機１の回転子構造において、永久磁石のうち一極当りの磁石８を周方向に分割して構成する。【選択図】図１
2006020442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子コアと永久磁石とを有する回転子と、固定子ティース部と固定子ティース部に巻きつけた固定子コイルとを有する固定子と、を有し、回転子と固定子とがアキシャル方向に配設されたアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造において、永久磁石のうち一極当りの永久磁石が周方向に分割されたことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造。
【請求項２】
前記一極当りの永久磁石が、端部が細かく、中央部が粗く分割されていることを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造。
【請求項３】
前記一極当りの永久磁石の端部の分割が、略長方形の同形状の組合せであることを特徴とする請求項２記載のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造。
【請求項４】
前記一極当りの永久磁石が、端部が略長方形の同形状の組合せ、中央部が一形状の二種類の形状により構成されたことを特徴とする請求項３記載のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造。
【請求項５】
前記一極当りの永久磁石の中央部の磁石形状が、略扇形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造。
【請求項６】
前記一極当りの永久磁石が、中央部の磁石形状を変化させることで、一極当りの磁石形状を決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造。
【請求項７】
前記一極当りの永久磁石の中央部の磁石が、端部の分割磁石を覆う形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造。
【請求項８】
前記一極当りの永久磁石が、複数個の永久磁石により構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子コアと永久磁石とを有する回転子と、固定子ティース部と前記固定子ティース部に巻きつけた固定子コイルとを有する固定子と、を有し、前記回転子と前記固定子がアキシャル方向に配設されたアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転子に永久磁石を埋め込んだ回転電機は、損失が少なく効率が良い、出力が大きい等の理由により数多く使用されている。そのうち、回転子と固定子をアキシャル方向に配置したアキシャルギャップ型回転電機は、薄型化が可能であり、レイアウトに制限がある用途に使用されている。しかしながら、アキシャルギャップ型回転電機にて高回転化を行おうとすると、磁石が回転子表面に配設されているため、磁石内部にうず電流が発生することで発熱し、永久減磁を起こす可能性が高い。そこで、以下の特許文献１に記載の技術では、一極当りの永久磁石を、複数個の円筒形状の永久磁石により構成している。
【特許文献１】特許第３２０７２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図８は上述した従来のアキシャルギャップ型回転電機の径方向の断面を示す図である。図８に示す従来例では、一極当りの永久磁石５１を複数個の円筒形状の永久磁石５２により構成している。ここで、回転子５３には強磁性体を用いず、樹脂５４により永久磁石を保持している。一極当りの永久磁石５１を複数個の永久磁石５２により構成することで、永久磁石内に発生するうず電流を低減することで発熱も低減でき、回転電機の高回転化が可能となる。しかし、回転子５３を永久磁石と樹脂により構成することで、回転子５３内の磁気抵抗が大きいこと、磁性体が無いためリラクタンストルクが得られないことより発生トルクが小さくなる。一方、樹脂５４の替わりに強磁性体、例えば圧粉コアを使用すると磁石間に漏れ磁束が発生し、やはり発生トルクが小さくなる。また、永久磁石５２を樹脂５４により固定することで、製造に難があるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、永久磁石内に発生するうず電流を低減することで発熱も低減でき、回転電機の高回転化を可能とするアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造は、回転子コアと永久磁石とを有する回転子と、固定子ティース部と固定子ティース部に巻きつけた固定子コイルとを有する固定子と、を有し、回転子と固定子とがアキシャル方向に配設されたアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造において、永久磁石のうち一極当りの永久磁石が周方向に分割されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造によれば、回転子と固定子をアキシャル方向に配置したアキシャルギャップ型回転電機において、一極当りの永久磁石を周方向に分割することで、磁石内部のうず電流を低減することができ、発熱量を低減し、高速回転を可能にする。また、回転子を強磁性体と永久磁石により構成することで、回転子内の磁気抵抗が小さく、リラクタンストルクが得られることより、発生トルクを増加することが可能である。
【０００７】
なお、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の好適例としては、一極当りの永久磁石が、端部が細かく、中央部が粗く分割されていることがある。このように構成すれば、一極当りの永久磁石の分割方法を、端部を細かく、中央部を粗くすることで、より少ない分割にて発熱量を低減でき、コストを低減することが可能である。
【０００８】
また、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の好適例としては、一極当りの永久磁石の端部の分割が、略長方形の同形状の組合せであることがある。このように構成すれば、一極当りの永久磁石の端部の分割を、略長方形の同形状の永久磁石を複数個組合わせて構成することで、磁石形状の種類を増やすことなく磁石を構成することができ、コストを低減することが可能である。
【０００９】
さらに、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の好適例としては、一極当りの永久磁石が、端部が略長方形の同形状の組合せ、中央部が一形状の二種類の形状により構成されることがある。このように構成すれば、一極当りの永久磁石の端部の分割を、略長方形の同形状の永久磁石を複数個組合わせて構成し、中央部の永久磁石を一形状とすることで、磁石形状が二種類で一極当りの永久磁石を構成することができ、コストを低減することが可能である。
【００１０】
さらにまた、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の好適例としては、一極当りの永久磁石の中央部の磁石形状が、略扇形であることがある。このように構成すれば、一極当りの永久磁石の端部の分割を、略長方形の同形状の永久磁石を複数個組合わせて構成し、中央部の永久磁石を略扇形形状とすることで、磁石形状が二種類で略扇形形状の磁石を構成することができ、一極当りの磁石を容易に形成することができるため、コストを低減することが可能である。
【００１１】
また、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の好適例としては、一極当りの永久磁石が、中央部の磁石形状を変化させることで、一極当りの磁石形状を決定することがある。このように構成すれば、一極当りの永久磁石の端部の分割を、略長方形の同形状の永久磁石を複数個組合わせて構成し、中央部の永久磁石を、例えば平行四辺形、とすれば、一極当りの永久磁石の形状を略平行四辺形に、また、中央部の永久磁石を、周方向の辺の角度を変えたものとすることで、一極当りの磁石形状を傾けたものとすることができる等、中央部の磁石形状により、任意の一極当りの磁石形状を容易に形成することができるため、コストを低減することが可能である。
【００１２】
さらに、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の好適例としては、一極当りの永久磁石の中央部の磁石が、端部の分割磁石を覆う形状であることがある。このように構成すれば、中央部の永久磁石により端部の分割磁石を覆う形状とすることで、任意の一極当りの磁石形状を容易に形成することができるため、コストを低減することが可能である。
【００１３】
さらにまた、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の好適例としては、一極当りの永久磁石が、複数個の永久磁石により構成されていることがある。このように構成すれば、一極当りの永久磁石を複数個により構成することで、より磁束を増加し、リラクタンストルクが得られることより、発生トルクを増加することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の対象となるアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。図１に示す例において、回転軸２と、回転軸２に固定された円盤状の回転子３と、回転子３に対向して設けられた円盤状の固定子４とを、外周ケース５−１及びサイドケース５−２からなるケース５内に収納して、アキシャルギャップ型回転電機１を構成している。
【００１５】
本例において、回転軸２は、ベアリング６−１、６−２を介してサイドケース５−２に回転自在に装着されている。また、回転子３は、円盤状の回転子コア７と、回転子コア７の周方向に複数個設けられた、各別に一極当たりの永久磁石を構成する永久磁石８と、から構成されている。回転子コア７は、電磁鋼板の積層体、鉄粉等の粉体を成型した圧粉コア等から構成されている。さらに、固定子４は、サイドケース５−２に設けられた円筒形状の固定子バックコア部９に、固定子コイル１０を巻回した固定子ティース部１１を複数個、等間隔で円周状に配置して構成されている。なお、固定子コイル１０は絶縁体１２を介して固定子ティース部１１に巻かれている。さらにまた、回転軸２には回転センサ１３が設けられている。
【００１６】
図１に示すアキシャルギャップ型回転電機１において、回転子３は、固定子４から与えられる回転磁束に対して、永久磁石８に反力を発生させ、回転軸２を中心に回転するように構成されている。この永久磁石８は、隣接する永久磁石の磁極は互いに相違するよう配置されている。ここで、回転子３と固定子４の間にはエアギャップと呼ばれる隙間１４が存在し、互いに接触することはない。
【００１７】
本発明の特徴は、上述した構成のアキシャルギャップ型回転電機１において、回転子３を構成する複数の永久磁石のうち一極当たりの永久磁石８のそれぞれが周方向に分割されている点である。以下、その具体例を説明する。
【００１８】
図２は本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の一例を説明するための図であり、図３は図２に示す例における一極当たりの永久磁石８の構成を説明するための図である。図２及び図３に示す例においては、一極当りの永久磁石８を、左右の端部を同形状の略長方形状磁石８−１を組合せて構成し、中央部を略扇形状磁石８−２の一個にて構成している。永久磁石８（８−１及び８−２）は、例えば圧粉コアなどの強磁性体による回転子コア７にて保持される。なお、各一極当たりの永久磁石８間の磁束の短絡を防止するため、永久磁石８の横にはエアギャップ２１が配設されている。
【００１９】
図２及び図３に示すように一極当たりの永久磁石８を周方向に分割することにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、永久磁石８の発熱の原因であるうず電流は、うず電流の回路の抵抗値、磁束密度の変化量とその変化速度に応じて発生する。磁束密度の変化は形状とトルクに、変化速度は回転速度に応じて決まってしまうため、うず電流を削減するには、回路の抵抗値を増やすことが有効である。そのため、うず電流の回路を切断し、抵抗値を増やすために永久磁石８を分割することが有効である。ここで、永久磁石８内に発生するうず電流は、磁束密度変化の大きい端部、特に回転方向先端に発生し易いため、図２及び図３に示すように、端部を細かく、中央部を粗く分割することで、分割数を少なくしても、永久磁石８の発熱量を抑える事ができる。高速でも永久磁石８の発熱量が抑えられる為、回転電機の高速化が可能である。また、永久磁石８の形状が端部と中央部の二種類で済むため、コストを削減することが可能である。
【００２０】
本例では、上述した効果に加えて、以下のような効果も得ることができる。すなわち、回転子３を強磁性体と永久磁石８により構成することで、回転子３内の磁気抵抗が小さく、リラクタンストルクが得られることより、発生トルクを増加することが可能である。また、容易に回転子形状を精度良く作製することが可能である。
【００２１】
図４は本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の他の例を説明するための図である。図４に示す例においては、一極当りの永久磁石８を構成する中央部の磁石８−２を、周方向の辺の角度を変えたものとすることで、一極当りの永久磁石８の形状を傾けたものとすることができ、これに両端部の略長方形状磁石８−１を組み合わせることで、一極当りの永久磁石８の全体形状を略平行四辺形にすることが容易である。一極当りの永久磁石８の形状を略平行四辺形とすることで、コギングトルクの低減、ある条件でのトルクの増大が可能である。このように、中央部の磁石８−２の形状を変更することで、任意の形状を有する一極当りの永久磁石８を容易に作製することが可能となり、コストを削減することが可能である。
【００２２】
図５は本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造のさらに他の例を説明するための図である。図５に示す例においては、一極当りの永久磁石８を構成する中央部の磁石８−２を、周方向の辺の角度を辺毎に異なる角度に変えたものとすることで、これに両端部の略長方形状磁石８−１を組み合わせることで、一極当りの永久磁石８の全体形状を傾けたものとすることが容易である。一極当りの永久磁石８の形状を傾けた形状とすることで、コギングトルクの低減、ある条件でのトルクの増大が可能である。このように、中央部の磁石８−２の形状を変更することで、任意の形状を有する一極当りの永久磁石８を容易に作製することが可能となり、コストを削減することが可能である。
【００２３】
図６は本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造のさらに他の例を説明するための図である。図６に示す例においては、一極当りの永久磁石８を構成する中央部の磁石８−２にて、端部の分割磁石８−１を覆う形状とすることで、一極当りの永久磁石８の全体形状を任意の形状とすることが容易である。一極当りの永久磁石８の形状を任意の形状とすることで、コギングトルクの低減、トルクの増大が可能である。このように、中央部の磁石８−２により端部の磁石８−１を覆う形状とすることで、任意の形状を有する一極当りの永久磁石８を容易に作製することが可能となり、コストを削減することが可能である。
【００２４】
図７は本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造のさらに他の例を説明するための図である。図７に示す例においては、一極当りの永久磁石８を複数個、ここでは２個で構成することで、回転子を異なる形状の部材を組合わせて作製する。そのように構成することで、材料の歩留まりが良くなり、容易に作製できるため、コストを下げることが可能である。また、横面のうず電流の回路を遮断することができるため、効率を上げることが可能となる。
【００２５】
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、変更が可能である。例えば、上述した実施例では回転電機と述べているが、それは電動機でも発電機でもかまわない。また、上述した実施例では、８極であるが、他の極数でもかまわない。さらに、上述した実施例では、回転子コア７を圧粉コアとしているが、電磁鋼板、アモルファス等、他の強磁性体でもかまわない。さらにまた、上述した実施例では、一極当りの永久磁石８を複数で構成するものに関して、周方向に２分割したものを紹介したが、径方向に複数個、または軸方向に複数個でもかまわない。また、上述した実施例では、回転子３が１つ、固定子４が１つの場合を述べているが、例えば回転子３が１つ、固定子４が２つの場合、回転子３が２つ、固定子４が１つの場合、回転子３が２つ、固定子４が３つの場合、回転子３が３つ、固定子４が２つの場合等、それら以外の組合せでもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造は、回転軸に沿って少なくとも一対の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おいて、永久磁石内に発生するうず電流を低減することで発熱も低減でき、回転電機の高回転化を可能とする用途に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の対象となるアキシャルギャップ型回転電機の一例を説明するための図である。
【図２】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の一例を説明するための図である。
【図３】図２に示す例における一極当たりの永久磁石の構成を説明するための図である。
【図４】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造の他の例を説明するための図である。
【図５】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造のさらに他の例を説明するための図である。
【図６】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造のさらに他の例を説明するための図である。
【図７】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の回転子構造のさらに他の例を説明するための図である。
【図８】従来のアキシャルギャップ型回転電機の径方向の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  アキシャルギャップ型回転電機
２  回転軸
３  回転子
４  固定子
５  ケース
５−１  外周ケース
５−２  サイドケース
６−１、６−２  ベアリング
７  回転子コア
８  一極当たりの永久磁石
８−１  端部の磁石
８−２  中央部の磁石
９  固定子バックコア部
１０  固定子コイル
１１  固定子ティース部
１２  絶縁体
１３  回転センサ
１４  隙間
２１  エアギャップ
【図１】
2006020442.tif 000003
【図２】
2006020442.tif 000004
【図３】
2006020442.tif 000005
【図４】
2006020442.tif 000006
【図５】
2006020442.tif 000007
【図６】
2006020442.tif 000008
【図７】
2006020442.tif 000009
【図８】
2006020442.tif 000010