(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
複数の前記シート状導電体は、外周側から内周側に順に積層される第1セグメントと、前記第1セグメントの内周側に配置され、外周側から内周側に順に積層される第2セグメントとを含み、
前記第1セグメントにおいて複数の前記シート状導電体に形成される前記切り欠きは、外周側の前記シート状導電体から内周側の前記シート状導電体に向かうに従って、所定角度ずれながら0°以上360°未満の位相範囲に分布し、
前記第2セグメントにおいて複数の前記シート状導電体に形成される前記切り欠きは、外周側の前記シート状導電体から内周側の前記シート状導電体に向かうに従って、所定角度ずれながら360°以上720°未満の位相範囲に分布する、請求項1から3のいずれか1項に記載のロータ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述の特許文献1に開示されるように、回転子(ロータ)と固定子(ステータ)とがモータの回転軸方向にギャップを設けて配置されるアキシャルギャップ型のモータにおいて、薄い銅被膜鋼帯を巻き回して回転子を形成する技術が知られている。しかしながら、このような回転子の構造では、複数枚の銅被膜鋼帯が積層されることにより、モータ駆動時において生じる渦電流損が大きくなるという問題がある。
【0006】
一方、上述の特許文献2では、ステータで発生する渦電流損を低減する方法として、渦巻き状の磁性薄板の複数個所に切り欠き部を形成する技術が開示されている。しかしながら、ステータとは違い、回転するロータの場合には、バランスの良さが求められるため、特許文献2に開示された技術をそのままロータに転用することはできない。
【0007】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、渦電流損の低減を図りつつ、回転時のバランスに優れるロータおよびアキシャルギャップ型モータ、ならびにそのようなロータの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に従ったロータは、環状に巻回され、その両端に一方端および他方端を有し、一方端と他方端とを周方向において離間させるように切り欠きが形成されるシート状導電体を備える。複数のシート状導電体が、半径方向に積層される。切り欠きは、複数のシート状導電体の間で周方向においてずれて配置される。
【0009】
このように構成されたロータによれば、シート状導電体に形成された切り欠きにより渦電流の流れが遮断されるため、渦電流損を低減させることができる。この際、シート状導電体にその一方端と他方端とを周方向に離間させるように切り欠きを形成し、複数のシート状導電体を半径方向に積層するとともに、切り欠きを複数のシート状導電体の間で周方向にずれて配置する。これにより、周方向におけるシート状導電体の配置がより均等となるため、ロータのバランスを良好にできる。
【0010】
また好ましくは、切り欠きは、周方向において等間隔に配置される。このように構成されたロータによれば、周方向におけるシート状導電体の配置がより均等となるため、ロータのバランスをさらに良好にできる。
【0011】
また好ましくは、切り欠きは、半径方向に隣接するシート状導電体間で周方向において隣り合うように配置される。このように構成されたロータによれば、切り欠きが複数のシート状導電体の間で周方向においてずれて配置されたロータを、容易に製造することができる。
【0012】
また好ましくは、複数のシート状導電体は、外周側から内周側に順に積層される第1セグメントと、第1セグメントの内周側に配置され、外周側から内周側に順に積層される第2セグメントとを含む。第1セグメントにおいて複数のシート状導電体に形成される切り欠きは、外周側のシート状導電体から内周側のシート状導電体に向かうに従って、所定角度ずれながら0°以上360°未満の位相範囲に分布する。第2セグメントにおいて複数のシート状導電体に形成される切り欠きは、外周側のシート状導電体から内周側のシート状導電体に向かうに従って、所定角度ずれながら360°以上720°未満の位相範囲に分布する。
【0013】
このように構成されたロータによれば、周方向におけるシート状導電体の配置がより均等となるため、ロータのバランスをさらに良好にできる。
【0014】
この発明に従ったアキシャルギャップ型モータは、シート状導電体の巻回中心軸を中心に回転可能に支持される、上述のいずれかに記載のロータと、ロータに対して、シート状導電体の巻回中心軸の軸方向に隙間を設けて配置されるステータとを備える。
【0015】
このように構成されたアキシャルギャップ型モータによれば、高いエネルギ効率を発揮するとともに、振動性能や騒音性能に優れたモータを実現できる。
【0016】
この発明に従ったロータの製造方法は、上述のいずれかに記載のロータを製造する方法である。ロータの製造方法は、帯状のシート状導電体を多層に巻回することにより多層巻回体とする工程と、多層巻回体を周方向における一か所で切断することにより、多層巻回体に切り欠きを設ける工程と、多層巻回体の各層に設けられた切り欠きの位置を周方向にずらしながら、シート状導電体をケース体に収容する工程とを備える。
【0017】
このように構成されたロータの製造方法によれば、切り欠きが複数のシート状導電体の間で周方向においてずれて配置されたロータを、容易に製造することができる。
【発明の効果】
【0018】
以上に説明したように、この発明に従えば、渦電流損の低減を図りつつ、回転時のバランスに優れるロータおよびアキシャルギャップ型モータ、ならびにそのようなロータの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【0021】
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1におけるロータを用いたアキシャルギャップ型モータを示す断面図である。
図1を参照して、アキシャルギャップ型モータ110は、その主要な構成として、ロータ10およびステータ50を有する。
【0022】
ロータ10は、図中に示す仮想上の中心線101を中心に回転可能なように支持されている。ロータ10は、モータの駆動に伴って中心線101を回転軸として回転する。ステータ50は、ロータ10の回転軸方向に隙間(ギャップ)を設けてロータ10と対向して設けられている。ロータ10とステータ50とは、ロータ10の回転軸方向に並んで設けられている。
【0023】
ロータ10は、ロータコア12と、複数の電磁鋼板21と、複数の磁石14とが組み合わさって構成されている。
【0024】
ロータコア12は、全体として、ロータ10の回転軸(中心線101)に沿って貫通する孔が形成された円盤形状を有する。ロータコア12には、凹部13が形成されている。凹部13は、ステータ50と対向する側のロータコア12の表面から凹むように形成されている。凹部13は、ロータ10の回転軸(中心線101)を中心に周回する溝形状を有する。
【0025】
凹部13には、複数の電磁鋼板21が収容されている。電磁鋼板21は、シート形状を有する。一例を挙げれば、電磁鋼板21は、0.15mm、0.20mm、0.35mmおよび0.50mmのいずれかの厚みを有する。
【0026】
電磁鋼板21は、環状に巻回されている。電磁鋼板21は、周方向における一部で切り欠かれた円筒形状を有する。電磁鋼板21は、その巻回中心軸がロータ10の回転軸と一致するように設けられている。複数の電磁鋼板21は、各電磁鋼板21の巻回中心軸に対する半径方向(言い換えれば、ロータ10の回転軸に対する半径方向)に積層されている。このような構成により、モータの駆動時にロータ10内に形成される磁束流れが、隣接する電磁鋼板21間の境界と交わることなく、各電磁鋼板21の板内を流れることになる。これにより、ロータ10内の磁束流れに損失が生じることを抑制する。
【0027】
なお、ロータ10に複数の電磁鋼板21が設けられる形態については、後で詳細に説明する。
【0028】
磁石14は、ロータコア12から露出する電磁鋼板21の表面を覆うように設けられている。磁石14は、ギャップを介してステータ50と対向している。複数の磁石14は、ロータ10の回転軸を中心にその周方向に並んで設けられている。
【0029】
ステータ50は、ステータコア52と、ボビン58と、コイル56と、冷却フランジ54とが組み合わさって構成されている。
【0030】
ステータコア52は、圧粉磁心から形成されている。ステータコア52には、複数のティース部52tが形成されている。複数のティース部52tは、ロータ10の回転軸を中心にその周方向に並び、ロータ10に向けて突出する。複数のティース部52tには、ボビン58を介してコイル56が巻回されている。コイル56は、渡り線60によって、複数のティース部52tの間で適当に接続されている。
【0031】
冷却フランジ54は、ロータ10の回転軸方向において、ロータ10とは反対側からステータコア52に固定されている。冷却フランジ54には、冷媒が流通可能な冷媒路が形成されている。モータの駆動に伴って発熱したステータ50が、冷却フランジ54に冷媒が循環されることによって冷却される。
【0032】
このような構造を有するアキシャルギャップ型モータ110は、一般的なラジアルギャップ型のモータと比較した場合に、ロータ10の回転軸方向におけるモータの全長が短く、また、ロータ10の内径側の空間を有効に利用できるという特徴を有する。アキシャルギャップ型モータ110は、たとえば、旋盤の主軸の動力として好適に用いられる。
【0033】
続いて、
図1中のロータ10に複数の電磁鋼板21が設けられる形態についてより詳細に説明する。
【0034】
図2は、
図1中のロータ(磁石は不図示)を示す斜視図である。
図2を参照して、電磁鋼板21は、一方端21pおよび他方端21qを有する。一方端21pおよび他方端21qは、電磁鋼板21が環状に巻回される両端に位置する。
【0035】
電磁鋼板21には、切り欠き23が形成されている。切り欠き23は、その切り欠き23が形成された電磁鋼板21の一方端21pと他方端21qとを周方向において離間させるように形成されている。切り欠き21は、複数の電磁鋼板21の間で周方向においてずれて配置されている。
【0036】
図3は、
図1中のロータに複数の電磁鋼板が設けられる形態を模式的に表した図である。
図2および
図3を参照して、より具体的には、ロータコア12の凹部13には、電磁鋼板21A,21B,21C,21D,21E,21F,21G,21H,21I,21J,21K,21L,21M,21N,21O,21Pが設けられている。電磁鋼板21A〜21Pは、挙げた順に外周側から内周側に並び、ロータ10の回転軸に対する半径方向に積層されている。
【0037】
電磁鋼板21A〜21Pの各電磁鋼板21は、ロータ10の回転軸を中心に360°よりも小さい角度の範囲で巻回されている。電磁鋼板21A〜21Pの各電磁鋼板21は、その電磁鋼板21内に、半径方向において重なり合う部分が生じないように設けられている。電磁鋼板21A〜21Pの各電磁鋼板21は、その電磁鋼板21の一方端21pと他方端21qとの間で、ロータ10の回転軸を中心に略同一の直径を有するように設けられている。電磁鋼板21A〜21Pの各電磁鋼板21は、その電磁鋼板21の一方端21pと他方端21qとの間で連続的に設けられている。
【0038】
電磁鋼板21A〜21Pは、ロータ10の回転軸を中心に互いに異なる直径を有するように設けられている。半径方向に隣接する電磁鋼板21同士は、非連続に設けられている。
【0039】
電磁鋼板21A〜21Pには、それぞれ、切り欠き23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23K,23L,23M,23N,23O,23Pが形成されている。
【0040】
切り欠き23A〜23Pは、周方向においてずれて配置されている。切り欠き23A〜23Pは、半径方向において互いに重ならないように配置されている。切り欠き23A〜23Pは、周方向において等間隔(θ=22.5°)に配置されている。切り欠き23A〜23Pは、半径方向に隣接する電磁鋼板21間で、周方向において互いに隣り合うように配置されている。切り欠き23A〜23Pは、挙げた順に、ロータ10の回転軸を中心に角度θずつずれながら配置されている。切り欠き23A〜23Pは、ロータ10の回転軸を中心に角度θずつずれながら、0°以上360°未満の位相範囲に分布している。
【0041】
本実施の形態では、切り欠き23A〜23Pの全てが、周方向においてずれて配置されている。切り欠き23A〜23Pは、互いに等しい切り欠き幅Bを有することが好ましい。
【0042】
このような構成によれば、電磁鋼板21に電磁鋼板21を周方向において分断する切り欠き23が形成されることにより、渦電流の流れが遮断される。これにより、モータの駆動に伴って発生する渦電流損を低減させることができる。
【0043】
一方、ロータに帯状の電磁鋼板が螺旋状に巻回されて設けられる形態を想定すると、この場合、電磁鋼板の巻き始めおよび巻き終わりによるアンバランスによって、ロータの重心位置が回転軸からずれてしまう。これに対して、本実施の形態では、電磁鋼板21にその一方端21pと他方端21qとを周方向に離間させるように切り欠き23を形成し、複数の電磁鋼板21を半径方向に積層するとともに、切り欠き23を複数の電磁鋼板21の間で周方向にずれて配置する。このような構成により、電磁鋼板21の巻き始めおよび巻き終わりによる上記アンバランスを生じさせることなく、ロータ10の回転軸周りに電磁鋼板21をより均等に配置することができる。
【0044】
結果、回転軸周りにおけるロータ10の重量バランスを良好にすることができる。加えて、ロータ10の回転軸周りに電磁鋼板21が均等に配置されることによって、ロータ10の磁気的なバランスも良好にできる。
【0045】
なお、本実施の形態では、切り欠き23が、外周側の電磁鋼板21Aから内周側の電磁鋼板21Pに向けて順に、角度θずつずれて形成される構成としたが、切り欠き23は、電磁鋼板21A〜21Pにランダムな順番に形成されてもよい。また、本実施の形態では、切り欠き23を等間隔に配置したが、本発明はこのような構成に限られるものではない。
【0046】
続いて、
図2中のロータの製造方法の一例について説明する。
図4から
図6は、
図2中のロータの製造方法の工程を示す図である。
【0047】
図4および
図5を参照して、まず、帯状の電磁鋼板21を多層に巻回することによって、電磁鋼板21の多層巻回体45を得る。
【0048】
具体的には、帯状の電磁鋼板21が巻かれたリール41から電磁鋼板21を引き出し、芯金42の周囲に多層に巻回する。電磁鋼板21の巻き始めの直径(芯金42の直径)および電磁鋼板21の巻き終わりの直径は、それぞれ、
図2中のロータコア12の凹部13の内径および外径に対応する値に設定されている。次に、巻回された電磁鋼板21を芯金42から取り外すことによって、電磁鋼板21の多層巻回体45を得る。
【0049】
図5を参照して、次に、多層巻回体45を周方向における一か所で切断することにより、多層巻回体45に切り欠き44を設ける。たとえば、多層巻回体45に対してワイヤカットを半径方向に走査することによって、切り欠き44を設ける。
【0050】
図6および
図2を参照して、多層巻回体45の各層に設けられた切り欠き44の位置を周方向にずらしながら、電磁鋼板21をロータコア12の凹部13に収容する。以上の工程により、切り欠き21が複数の電磁鋼板21の間で周方向においてずれて配置されたロータ10を製造する。
【0051】
なお、ロータ10に複数の電磁鋼板21を設ける方法は、上記の製造方法に限られず、たとえば、下記の方法を用いてもよい。
【0052】
まず、リール41から引き出された電磁鋼板21を順次切断することによって、電磁鋼板21A〜21Pの周長に対応する長さを有する複数の電磁鋼板21を準備する。次に、これらの電磁鋼板21を巻き回しながら、ロータコア12の凹部13に収容する。この際、一方端21pと他方端21qとが対峙する位置(切り欠き21の位置)が複数の電磁鋼板21の間で周方向にずれるように電磁鋼板21を凹部13内に位置決めする。
【0053】
以上に説明した、この発明の実施の形態1におけるロータ10およびアキシャルギャップ型モータ110の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態におけるロータ10は、環状に巻回され、その両端に一方端21pおよび他方端21qを有し、一方端21pと他方端21qとを周方向において離間させるように切り欠き23が形成されるシート状導電体としての電磁鋼板21を備える。複数の電磁鋼板21が、半径方向に積層される。切り欠き23は、複数の電磁鋼板21の間で周方向においてずれて配置される。
【0054】
本実施の形態におけるアキシャルギャップ型モータ110は、電磁鋼板21の巻回中心軸を中心に回転可能に支持されるロータ10と、ロータ10に対して、電磁鋼板21の巻回中心軸の軸方向に隙間を設けて配置されるステータ50とを備える。
【0055】
このように構成された、この発明の実施の形態1におけるロータ10およびアキシャルギャップ型モータ110によれば、渦電流損の低減を図りつつ、回転時のロータ10のバランスを良好にできる。その結果、渦電流損の低減によって、アキシャルギャップ型モータ110のエネルギ効率を向上させることができる。また、ロータ10のバランスを良好にすることにより、アキシャルギャップ型モータ110の振動性能や騒音性能を向上させることができる。
【0056】
(実施の形態2)
図7は、この発明の実施の形態2におけるロータにおいて、ロータに複数の電磁鋼板が設けられる形態を模式的に表した図である。本実施の形態におけるロータは、実施の形態1におけるロータ10と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。
【0057】
図7を参照して、本実施の形態では、ロータコア12の凹部13に、電磁鋼板21A,21B,21C,21D,21E,21F,21G,21H,21I,21J,21K,21Lが設けられている。電磁鋼板21A〜21Lは、挙げた順に外周側から内周側に並び、ロータ10の回転軸に対する半径方向に積層されている。
【0058】
電磁鋼板21A〜21Lには、それぞれ、切り欠き23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23K,23Lが形成されている。
【0059】
切り欠き23A〜23Lは、周方向において等間隔(θ=60°)に配置されている。切り欠き23A〜23Lは、半径方向に隣接する電磁鋼板21間で、周方向において互いに隣り合うように配置されている。切り欠き23A〜23Lは、挙げた順に、ロータ10の回転軸を中心に角度θずつずれながら配置されている。
【0060】
電磁鋼板21A〜21F(第1セグメント)にそれぞれ形成された切り欠き23A〜23Fは、外周側の電磁鋼板21Aから内周側の電磁鋼板21Fに向かうに従って、角度θだけずれながら0°以上360°未満の位相範囲に分布する。第1セグメントの電磁鋼板21よりも内周側に設けられた電磁鋼板21G〜21L(第2セグメント)にそれぞれ形成された切り欠き23G〜23Lは、角度θだけずれながら360°以上720°未満の位相範囲に分布する。
【0061】
すなわち、本実施の形態では、電磁鋼板21A〜21Lにそれぞれ形成された切り欠き23A〜23Lが、ロータ10の回転軸を中心に2周に渡って分布している。
【0062】
なお、本実施の形態では、電磁鋼板21A〜21Lを2つのセグメントに分け、各セグメントの電磁鋼板21に360°の範囲で切り欠き23を分布して設ける構成としたが、このような構成に限られず、複数の電磁鋼板21を3つ以上のセグメントに分けて切り欠き23を設けてもよい。
【0063】
また、切り欠き23の間隔を、各セグメント内におけるバランスが確保される条件下でより広く設定して、各セグメントの電磁鋼板21の枚数を少なくすることが好ましい(電磁鋼板21の総数が予め定まっていれば、セグメントの数は多くなる)。この場合、ロータ10の回転軸周りに電磁鋼板21をより均等に配置して、ロータ10のバランスをさらに良好にできる。
【0064】
図8は、
図7中のロータの変形例を示す図である。
図8を参照して、本変形例では、ロータコア12の凹部13に、電磁鋼板21A,21B,21C,21D,21E,21F,21G,21H,21I,21J,21K,21L,21M,21N,21O,21P,21Q,21Rが設けられている。電磁鋼板21A〜21Rは、挙げた順に外周側から内周側に並び、ロータ10の回転軸に対する半径方向に積層されている。
【0065】
電磁鋼板21A〜21Rには、それぞれ、切り欠き23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23K,23L,23M,23N,23O,23P,23Q,23Rが形成されている。
【0066】
切り欠き23A〜23Fは、周方向において等間隔(θ1=60°)に配置されている。切り欠き23G〜23Rは、周方向において等間隔(θ2=30°)に配置されている。切り欠き23A〜23Rは、半径方向に隣接する電磁鋼板21間で、周方向において互いに隣り合うように配置されている。切り欠き23A〜23Fは、挙げた順に、ロータ10の回転軸を中心に角度θ1ずつずれながら配置され、切り欠き23G〜23Rは、挙げた順に、ロータ10の回転軸を中心に角度θ2ずつずれながら配置されている。
【0067】
電磁鋼板21A〜21F(第1セグメント)にそれぞれ形成された切り欠き23A〜23Fは、外周側の電磁鋼板21Aから内周側の電磁鋼板21Fに向かうに従って、角度θ1だけずれながら0°以上360°未満の位相範囲に分布する。第1セグメントの電磁鋼板21よりも内周側に設けられた電磁鋼板21G〜21R(第2セグメント)にそれぞれ形成された切り欠き23G〜23Rは、角度θ2だけずれながら360°以上720°未満の位相範囲に分布する。
【0068】
すなわち、本変形例では、第1セグメントにおける切り欠き23A〜23Fの間隔(角度θ1)と、第2セグメントにおける切り欠き23G〜23Rの間隔(角度θ2)とが異なる。角度θ1は、角度θ2よりも大きい。角度θ2が角度θ1よりも大きい構成としてもよい。
【0069】
このように構成された、この発明の実施の形態2におけるロータによれば、実施の形態1に記載の効果を同様に奏することができる。
【0070】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。