JP4301060B2 - アキシャルギャップ電動機のロータ構造 - Google Patents
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Description
本発明は、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電動機のロータ構造に関するものである。
一般に、アキシャルギャップ電動機のロータは、特許文献１に記載されているように、永久磁石を保持するディスク状の保持部材を、回転軸に圧入、キーやセレーション嵌合または嵌合した後溶接することにより、保持部材と回転軸の周方向の相対変位を拘束して構成される。
特開２００３−１９１８８２号公報
アキシャルギャップ電動機では、ロータの、永久磁石を保持する保持部材と中心軸との垂直度が低いと、ロータとステータとの間に形成されるギャップが均一でなくなり、ステータの発生する回転磁界とロータとの間の吸引反発力が不均一となり、トルクが安定しなくなる等の問題が生じるため、保持部材の回転軸に対する垂直度を高める必要があった。ところが、アキシャルギャップ電動機のロータの保持部材の中心軸線方向厚みは、一般的なラジアルギャップ電動機のそれに比べて極めて薄く、保持部材と回転軸との接合面の中心軸線方向厚みを十分なものとすることができないため、保持部材を回転軸に圧入または嵌合してロータを構成するにあたり、保持部材の回転軸に対する垂直度を高めることが困難であるという問題があった。
ここで垂直度を高めるとは、保持部材の回転軸に対する角度をできるだけ直角に近づけることを示す。
ここで垂直度を高めるとは、保持部材の回転軸に対する角度をできるだけ直角に近づけることを示す。
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、ロータを構成する保持部材と回転軸との間の垂直度を高めることができる、アキシャルギャップ電動機のロータ構造を提供することにある。
請求項１に係るアキシャルギャップ電動機のロータ構造は、複数の永久磁石をディスク状の保持部材に周方向に設けるとともに当該保持部材を回転軸に連結してなるロータと、ロータにロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、
ディスク状で回転軸に垂直な軸方向端面を有するリブを回転軸に一体に加工成型して設け、前記保持部材を当該リブの軸方向端面に接合することにより、保持部材を回転軸に連結するとともに、前記回転軸内に軸内冷却液通路を設け、前記リブの保持部材に面する軸方向端面に半径方向外方に延びる一以上の溝を設けて、リブと保持部材との間に冷却液通路を形成し、該冷却液通路を前記軸内冷却液通路に液密に連通する一以上の連絡冷却液通路を回転軸内に設けてなることを特徴とする。
また、請求項２に係るアキシャルギャップ電動機のロータ構造は、複数の永久磁石をディスク状の保持部材に周方向に設けるとともに当該保持部材を回転軸に連結してなるロータと、ロータにロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、ディスク状で回転軸に垂直な軸方向端面を有するリブを回転軸に一体に加工成型して設け、前記保持部材を当該リブの軸方向端面に接合することにより、保持部材を回転軸に連結するとともに、前記回転軸内に軸内冷却液通路を設けるとともに、前記リブ内に、半径方向外方に延びる一以上の冷却液通路を設け、該冷却液通路を前記軸内冷却液通路に液密に連通する一以上の連絡冷却液通路を回転軸内に設けてなることを特徴とする。
ディスク状で回転軸に垂直な軸方向端面を有するリブを回転軸に一体に加工成型して設け、前記保持部材を当該リブの軸方向端面に接合することにより、保持部材を回転軸に連結するとともに、前記回転軸内に軸内冷却液通路を設け、前記リブの保持部材に面する軸方向端面に半径方向外方に延びる一以上の溝を設けて、リブと保持部材との間に冷却液通路を形成し、該冷却液通路を前記軸内冷却液通路に液密に連通する一以上の連絡冷却液通路を回転軸内に設けてなることを特徴とする。
また、請求項２に係るアキシャルギャップ電動機のロータ構造は、複数の永久磁石をディスク状の保持部材に周方向に設けるとともに当該保持部材を回転軸に連結してなるロータと、ロータにロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、ディスク状で回転軸に垂直な軸方向端面を有するリブを回転軸に一体に加工成型して設け、前記保持部材を当該リブの軸方向端面に接合することにより、保持部材を回転軸に連結するとともに、前記回転軸内に軸内冷却液通路を設けるとともに、前記リブ内に、半径方向外方に延びる一以上の冷却液通路を設け、該冷却液通路を前記軸内冷却液通路に液密に連通する一以上の連絡冷却液通路を回転軸内に設けてなることを特徴とする。
請求項１および請求項２に係るアキシャルギャップ電動機のロータ構造によれば、ディスク状で回転軸に垂直な軸方向端面を有するリブを回転軸に一体に加工成型して設け、けて、そのリブの軸方向端面に、保持部材を接合するため、保持部材の内周面を直接的に回転軸に接合することに比べて、ロータの保持部材の中心軸に対する垂直度を高めることができる。
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電動機の一実施形態を示す、アキシャルギャップ電動機の略式断面図である。
このアキシャルギャップ電動機は、図示しない複数の永久磁石をディスク状の保持部材５１に周方向に設けるとともに当該保持部材５１を回転軸５２に連結してなるロータ５３と、ロータ５３にロータの中心軸線に沿って対向して配置される、ステータコア５４にインシュレータ５５を介してコイル５６を巻装してなる、ステータ５７と、
回転軸５２の両端部分をラジアル軸受５８とスラスト軸受５９を介して回転自在に支持するとともに、ステータ５７をガイド６０を介して固定するケース６１とから構成される。
図１は本発明に係るアキシャルギャップ電動機の一実施形態を示す、アキシャルギャップ電動機の略式断面図である。
このアキシャルギャップ電動機は、図示しない複数の永久磁石をディスク状の保持部材５１に周方向に設けるとともに当該保持部材５１を回転軸５２に連結してなるロータ５３と、ロータ５３にロータの中心軸線に沿って対向して配置される、ステータコア５４にインシュレータ５５を介してコイル５６を巻装してなる、ステータ５７と、
回転軸５２の両端部分をラジアル軸受５８とスラスト軸受５９を介して回転自在に支持するとともに、ステータ５７をガイド６０を介して固定するケース６１とから構成される。
ここでは、ステータコア５４は周上複数箇所に設けられ、図示しないインバータにより励磁されたコイル５６により、周方向に回転磁界が形成されると、周方向に交互に極性が異なる複数の永久磁石が埋設されたロータ５３は回転磁界に吸引・反発されて同期速度で回転する。
図２は本発明に係るアキシャルギャップ電動機のロータ構造の一実施形態を示す、アキシャルギャップ電動機のロータの略式断面図である。
このアキシャルギャップ電動機のロータ構造は、複数の永久磁石１をディスク状の保持部材２に周方向に設けるとともに当該保持部材２を回転軸３に連結してなるロータ４と、ロータ４にロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータＳとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、
回転軸３にディスク状のリブ５を、図示しないキーを介して嵌合して設けるとともに、前記保持部材２を当該リブ５の軸方向端面に、複数のボルト６を保持部材２に設けためねじに螺合して接合することにより、保持部材２を回転軸３に連結して構成される。（請求項１に相当）
さらにここでは、前記リブ５の外径φ１を、ステータＳの内径φ２よりも小さくし、（請求項２に相当）リブ５の保持部材２と反対側の軸方向端面に、おもりＷを挿入して付加するための複数の孔７を設けている。（請求項３に相当）
このアキシャルギャップ電動機のロータ構造は、複数の永久磁石１をディスク状の保持部材２に周方向に設けるとともに当該保持部材２を回転軸３に連結してなるロータ４と、ロータ４にロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータＳとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、
回転軸３にディスク状のリブ５を、図示しないキーを介して嵌合して設けるとともに、前記保持部材２を当該リブ５の軸方向端面に、複数のボルト６を保持部材２に設けためねじに螺合して接合することにより、保持部材２を回転軸３に連結して構成される。（請求項１に相当）
さらにここでは、前記リブ５の外径φ１を、ステータＳの内径φ２よりも小さくし、（請求項２に相当）リブ５の保持部材２と反対側の軸方向端面に、おもりＷを挿入して付加するための複数の孔７を設けている。（請求項３に相当）
ディスク状のリブ５は、上述したキーを介した嵌合の他、回転軸に圧入する、セレーション嵌合、嵌合した後溶接する等の方法により、回転軸３に接合することもできる。さらに、ディスク状のリブ５を回転軸３と一体に加工成型することもできる。
リブ５の保持部材２に対する接合面は、例えば切削加工によりその垂直度を高めることができ、これにより、保持部材２の回転軸３に対する垂直度をさらに高めることができる。
リブ５の保持部材２に対する接合面は、例えば切削加工によりその垂直度を高めることができ、これにより、保持部材２の回転軸３に対する垂直度をさらに高めることができる。
リブ５の外径φ１を、ステータＳの内径φ２よりも小さくすることにより、図１に示すように、ステータＳをリブ５の外周側にオーバーラップさせて、相互に干渉することなく設けることが可能となり、本発明のようにディスク状のリブを回転軸に設けた構造においても、ステータＳとロータ４のギャップを所定の狭幅のものとすることができる。
ここで、ステータＳとは、図１に示したように、ステータコアにインシュレータを介してコイルを巻装したものをいい、ステータＳの内径とは、コイルおよびインシュレータを含んだステータの最小内径をいうものとする。
ここで、ステータＳとは、図１に示したように、ステータコアにインシュレータを介してコイルを巻装したものをいい、ステータＳの内径とは、コイルおよびインシュレータを含んだステータの最小内径をいうものとする。
リブ５の保持部材２と反対側の軸方向端面に、おもりＷを付加するための複数の孔７を設けることにより、ロータの重量アンバランスを、おもりＷを適宜選択して、複数の孔７のいずれかに圧入することにより、調整することが可能となる。
あるいは、おもりＷを付加することに換えて、リブ５を切削加工することにより、重量アンバランスを調整することもできる。
あるいは、おもりＷを付加することに換えて、リブ５を切削加工することにより、重量アンバランスを調整することもできる。
図３は本発明に係るアキシャルギャップ電動機のロータ構造の他の実施形態を示す、アキシャルギャップ電動機のロータの略式断面図である。
このアキシャルギャップ電動機のロータ構造は、複数の永久磁石１をディスク状の保持部材２に周方向に設けるとともに当該保持部材２を回転軸３に連結してなるロータ４と、ロータ４にロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータＳとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、
回転軸３にディスク状のリブ５を図示しないキーを介して嵌合して設けるとともに、前記保持部材２を当該リブ５の軸方向端面に、複数のボルト６を保持部材２に設けためねじに螺合して接合することにより、保持部材２を回転軸３に連結して構成される。（請求項１に相当）
このアキシャルギャップ電動機のロータ構造は、複数の永久磁石１をディスク状の保持部材２に周方向に設けるとともに当該保持部材２を回転軸３に連結してなるロータ４と、ロータ４にロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータＳとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、
回転軸３にディスク状のリブ５を図示しないキーを介して嵌合して設けるとともに、前記保持部材２を当該リブ５の軸方向端面に、複数のボルト６を保持部材２に設けためねじに螺合して接合することにより、保持部材２を回転軸３に連結して構成される。（請求項１に相当）
さらにここでは、リブ５の外径φ１を、ステータＳの内径φ２よりも小さくするとともに、（請求項２に相当）回転軸３内にその中心軸線方向に延びる軸内油路８を設け、リブ５の保持部材２に面する軸方向端面に半径方向外方に延びる一以上の溝を設け、リブ５と保持部材２との間に冷却油路９を形成し、冷却油路９を軸内油路８に液密に連通する一以上の連絡油路１０を回転軸内に設ける。（請求項４に相当）
請求項４に相当する構成とすることにより、軸内油路８内の、冷却液が、ロータ４の回転の遠心力により、連絡油路１０および冷却油路９を経由して、ロータ４およびステータＳのなすギャップ近傍に供給され、ロータ４の遠心力を利用したロータおよびステータの冷却を行うことができる。なお、本発明の実施例では、冷却液通路として、冷却液として油を用いる冷却油路９の例を示したが、冷却液は特に限定するものではなく、油のほか水等を用いることも可能である。
また、リブ５の保持部材２に面する軸方向端面に半径方向外方に延びる一以上の溝を設け、当該溝と保持部材２との間に冷却油路９を形成することにより、ロータ４の遠心力により軸内油路８から供給された冷却油路９内の冷却液が、保持部材２に直接接触するため、後述する図４に示すような、請求項５に相当するリブ内に冷却油路を設ける構成に比して、ロータ４をより効率的に冷却することができる。
図４は本発明に係るアキシャルギャップ電動機のロータ構造のさらに他の実施形態を示す、アキシャルギャップ電動機のロータの略式断面図である。
ロータおよびステータの基本的な構成は、図２および３に示すものと同様であるため重複する部分の説明は割愛する。
ここでは、図４に示すように、回転軸３内に軸内油路８を設けるとともに、リブ５内に、半径方向外方に延びる一以上の冷却油路１１を設け、該冷却油路１１を前記軸内油路８に液密に連通する一以上の連絡油路１２を回転軸３内に設ける。（請求項５に相当）
ロータおよびステータの基本的な構成は、図２および３に示すものと同様であるため重複する部分の説明は割愛する。
ここでは、図４に示すように、回転軸３内に軸内油路８を設けるとともに、リブ５内に、半径方向外方に延びる一以上の冷却油路１１を設け、該冷却油路１１を前記軸内油路８に液密に連通する一以上の連絡油路１２を回転軸３内に設ける。（請求項５に相当）
このように、冷却油路１１をリブ５内に設けることにより、図３に示したリブ５の保持部材２との接合面に溝を設ける構造に比して、リブ５と保持部材２との接合面の面積をより大きくして、接合面の中心軸に対する垂直度の調整をより容易なものとして、保持部材２の中心軸に対する垂直度を高めることができる。この構成においても、図３に示す構成と同様に、軸内油路８内の、冷却液が、ロータ４の回転の遠心力により、連絡油路１２および冷却油路１１を経由して、ロータ４およびステータＳに供給されて、ロータの遠心力を利用したロータ４およびステータＳの冷却を行うことができる。
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。
本発明は、アキシャルギャップ電動機のロータに用いて好適なものである。
１ 永久磁石
２ 保持部材
３ 回転軸
４ ロータ
５ リブ
６ ボルト
７ 孔
８ 軸内油路
９ 冷却油路
１０ 連絡油路
１１ 冷却油路
１２ 連絡油路
Ｓ ステータ
Ｗ おもり
５１ 保持部材
５２ 回転軸
５３ ロータ
５４ ステータコア
５５ インシュレータ
５６ コイル
５７ ステータ
５８ ラジアル軸受
５９ スラスト軸受
６０ ガイド
６１ ケース
２ 保持部材
３ 回転軸
４ ロータ
５ リブ
６ ボルト
７ 孔
８ 軸内油路
９ 冷却油路
１０ 連絡油路
１１ 冷却油路
１２ 連絡油路
Ｓ ステータ
Ｗ おもり
５１ 保持部材
５２ 回転軸
５３ ロータ
５４ ステータコア
５５ インシュレータ
５６ コイル
５７ ステータ
５８ ラジアル軸受
５９ スラスト軸受
６０ ガイド
６１ ケース
Claims (4)
- 複数の永久磁石をディスク状の保持部材に周方向に設けるとともに当該保持部材を回転軸に連結してなるロータと、ロータにロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、
ディスク状で回転軸に垂直な軸方向端面を有するリブを回転軸に一体に加工成型して設け、前記保持部材を当該リブの軸方向端面に接合することにより、保持部材を回転軸に連結するとともに、前記回転軸内に軸内冷却液通路を設け、前記リブの保持部材に面する軸方向端面に半径方向外方に延びる一以上の溝を設けて、リブと保持部材との間に冷却液通路を形成し、該冷却液通路を前記軸内冷却液通路に液密に連通する一以上の連絡冷却液通路を回転軸内に設けてなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造。 - 複数の永久磁石をディスク状の保持部材に周方向に設けるとともに当該保持部材を回転軸に連結してなるロータと、ロータにロータの中心軸線に沿って対向して配置されるステータとからなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造において、
ディスク状で回転軸に垂直な軸方向端面を有するリブを回転軸に一体に加工成型して設け、前記保持部材を当該リブの軸方向端面に接合することにより、保持部材を回転軸に連結するとともに、前記回転軸内に軸内冷却液通路を設けるとともに、前記リブ内に、半径方向外方に延びる一以上の冷却液通路を設け、該冷却液通路を前記軸内冷却液通路に液密に連通する一以上の連絡冷却液通路を回転軸内に設けてなるアキシャルギャップ電動機のロータ構造。 - 前記ディスク状のリブの外径を、ステータの内径よりも小さくしてなる請求項１または２に記載のアキシャルギャップ電動機のロータ構造。
- 前記リブの保持部材と反対側の軸方向端面に、おもりを付加するための複数の孔を設けてなる請求項１〜３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ電動機のロータ構造。
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- 2005-03-30 EP EP05007266.9A patent/EP1585210B1/en not_active Ceased
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