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JP2024093358A - Axial gap type rotating electric machine and drone - Google Patents

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JP2024093358A
JP2024093358A JP2022209680A JP2022209680A JP2024093358A JP 2024093358 A JP2024093358 A JP 2024093358A JP 2022209680 A JP2022209680 A JP 2022209680A JP 2022209680 A JP2022209680 A JP 2022209680A JP 2024093358 A JP2024093358 A JP 2024093358A
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JP
Japan
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rotor
stator
rotor body
magnets
electric machine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2022209680A
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Japanese (ja)
Inventor
慎矢 高橋
Shinya Takahashi
智 太田
Satoshi Ota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide an axial gap type rotary electric machine that can improve the heat dissipation of a rotor while reducing a weight of the rotor.SOLUTION: The axial gap type rotary electric machine includes a stator and a rotor axially opposed to the stator. The rotor has a plurality of magnets arranged periodically in a circumferential direction in a Halbach arrangement, and a disc-shaped rotor body part with the plurality of magnets fixed to a first surface opposite to the stator. The rotor body part has a plurality of ribs radially extending in a radial direction formed on a second surface opposite to the first surface. The plurality of ribs are arranged in a position overlapping the magnet with the highest attraction force to the stator among the Halbach arrayed magnets.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機およびドローンに関する。 The present invention relates to an axial gap type rotating electric machine and a drone.

従来から、回転電機の軸方向にエアギャップを介してステータおよびロータを対向配置したアキシャルギャップ型回転電機が知られている。この種のアキシャルギャップ型回転電機に関しては、ロータの磁石をハルバッハ配列で配置した構成も提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, axial gap type rotating electric machines have been known in which a stator and a rotor are arranged facing each other with an air gap in the axial direction of the rotating electric machine. For this type of axial gap type rotating electric machine, a configuration has also been proposed in which the magnets of the rotor are arranged in a Halbach array (see, for example, Patent Document 1).

特開2019-33578号公報JP 2019-33578 A

例えば、アキシャルギャップ型回転電機の用途の一つとして、ドローン(Drone)などの無人航空機の回転翼を駆動させるモータへの適用が検討されている。アキシャルギャップ型回転電機をドローンに搭載する場合、ドローンの飛行性能を向上させるためには軽量化を図ることが好ましい。 For example, one application of axial gap type rotating electric motors is being considered as a motor that drives the rotors of unmanned aerial vehicles such as drones. When installing an axial gap type rotating electric motor on a drone, it is preferable to reduce the weight in order to improve the drone's flight performance.

また、回転電機のロータには、ステータの鎖交磁束との電磁誘導で発熱が発生する。そのため、この種のアキシャルギャップ型回転電機においてロータの放熱性を向上させることも求められている。 In addition, the rotor of a rotating electric machine generates heat due to electromagnetic induction with the interlinked magnetic flux of the stator. Therefore, there is a demand to improve the heat dissipation of the rotor in this type of axial gap type rotating electric machine.

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、ロータを軽量化しつつロータの放熱性を向上できるアキシャルギャップ型回転電機を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above situation, and aims to provide an axial gap type rotating electric machine that can improve the heat dissipation performance of the rotor while reducing its weight.

本発明の一態様のアキシャルギャップ型回転電機は、ステータと、ステータと軸方向に対向するロータと、を備える。ロータは、ハルバッハ配列で周方向に周期的に配置された複数の磁石と、ステータと対向する第1の面に複数の磁石が固定された円盤状のロータ本体部と、を有する。ロータ本体部は、第1の面と反対側の第2の面に、径方向に延びる複数のリブが放射状に形成される。複数のリブは、ハルバッハ配列された磁石のうちステータへの吸引力が最も高い磁石と重なる位置に配置される。 An axial gap type rotating electric machine according to one aspect of the present invention includes a stator and a rotor that faces the stator in the axial direction. The rotor has a number of magnets that are periodically arranged in a Halbach array in the circumferential direction, and a disk-shaped rotor body having a first surface that faces the stator and a number of magnets fixed thereto. The rotor body has a number of ribs that extend radially and are formed radially on a second surface opposite the first surface. The number of ribs are arranged at positions that overlap the magnet that has the highest attraction force to the stator among the magnets in the Halbach array.

上記の磁石は、ロータ本体の第2の面に熱的に接続されていてもよい。
また、本発明の他の態様のドローンは、上記のアキシャルギャップ型回転電機を備える。
The magnet may be thermally connected to the second surface of the rotor body.
Moreover, a drone according to another aspect of the present invention includes the above-mentioned axial gap type rotating electric machine.

本発明の一態様によれば、ロータを軽量化しつつロータの放熱性を向上できるアキシャルギャップ型回転電機を提供できる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide an axial gap type rotating electric machine that can improve the heat dissipation performance of the rotor while reducing the rotor weight.

本実施形態のドローンの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a drone according to an embodiment of the present invention. 駆動部のモータの構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a motor of a drive unit. (a)はロータを外側面からみた図であり、(b)はロータをステータと対向する内側面からみた図である。1A is a view of the rotor as viewed from the outer side, and FIG. 1B is a view of the rotor as viewed from the inner side facing the stator. 図3(a)のA-A線断面図である。3(a) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. ロータの磁石の配置例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the arrangement of magnets in a rotor. 各磁石の磁化方向を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the magnetization direction of each magnet. 磁石に作用する電磁力の例を示す図である。1A and 1B are diagrams illustrating examples of electromagnetic forces acting on a magnet. ロータの回転時におけるロータ本体の強度解析例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of a strength analysis of a rotor body during rotation of the rotor. ロータの回転時におけるロータ本体の強度解析例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of a strength analysis of a rotor body during rotation of the rotor.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the embodiments, in order to make the description easier to understand, structures and elements other than the main parts of the present invention will be described in a simplified or omitted manner. In addition, in the drawings, the same elements are given the same reference numerals. Note that the shapes, dimensions, etc. of each element shown in the drawings are shown only for illustrative purposes, and do not represent the actual shapes, dimensions, etc.

以下、本実施形態のアキシャルギャップ型回転電機について説明する。本実施形態のアキシャルギャップ型回転電機は、ドローンの駆動部に適用されるモータである。 The axial gap type rotating electric machine of this embodiment will be described below. The axial gap type rotating electric machine of this embodiment is a motor that is applied to the drive unit of a drone.

図1は、本実施形態のドローンの構成例を示す図である。図1に示すドローン100は、一般的にマルチコプターと称される無人航空機であって、遠隔操作または自動操縦により飛行可能である。 Figure 1 is a diagram showing an example of the configuration of a drone according to this embodiment. The drone 100 shown in Figure 1 is an unmanned aerial vehicle generally known as a multicopter, and can fly by remote control or automatic piloting.

ドローン100は、制御部やバッテリー等を内蔵した本体部10と、それぞれ本体部10に取り付けられた4組の駆動部20を有する。本体部10は、例えばカメラ11を内蔵していてもよい。駆動部20は、例えば、平面視において90°ずつ間隔をあけて本体部10の四方に配置される。駆動部20の構成はいずれも共通であるので、以下の説明では代表して1つの駆動部20の構成を説明し、他の駆動部との重複説明はいずれも省略する。 The drone 100 has a main body 10 that incorporates a control unit, a battery, etc., and four sets of drive units 20 that are each attached to the main body 10. The main body 10 may incorporate a camera 11, for example. The drive units 20 are arranged on all four sides of the main body 10, spaced apart by 90° in a plan view, for example. Since all drive units 20 have the same configuration, the following explanation will describe the configuration of one representative drive unit 20, and will omit any overlapping explanation with the other drive units.

駆動部20は、回転翼21と、アーム部22と、モータ23と、脚部24と、リブ部25とを備えている。回転翼21は、固定ピッチのプロペラであり、モータ23の駆動により回転して揚力(鉛直方向上向きの推力)を生じさせる。また、回転翼21は、モータ23の回転速度の制御で揚力を調整することができる。 The drive unit 20 includes a rotor 21, an arm 22, a motor 23, a leg 24, and a rib 25. The rotor 21 is a fixed-pitch propeller that rotates when driven by the motor 23 to generate lift (vertical upward thrust). The rotor 21 can also adjust the lift by controlling the rotation speed of the motor 23.

アーム部22は、本体部10から水平方向に延びている。アーム部22の一端は本体部10に接続され、アーム部22の他端側にはモータ23が取り付けられている。 The arm unit 22 extends horizontally from the main body unit 10. One end of the arm unit 22 is connected to the main body unit 10, and a motor 23 is attached to the other end of the arm unit 22.

また、モータ23の下側には、脚部24が取り付けられている。脚部24は、アーム部22に対して直交して上下方向に延びており、ドローン100が接地しているときには地面と接触してドローン100を支持する。また、アーム部22と脚部24には、斜め方向に延びるリブ部25が接続されている。 In addition, legs 24 are attached to the underside of the motor 23. The legs 24 extend vertically perpendicular to the arm 22, and support the drone 100 by contacting the ground when the drone 100 is on the ground. In addition, a rib portion 25 extending in an oblique direction is connected to the arm 22 and the legs 24.

図2は、駆動部20のモータ23の構成例を示す図である。モータ23は、いわゆるアキシャルギャップモータであり、シャフト31と、ロータ32と、ステータ33と、モータ23の要素を収容するケーシング34と、を有する。 Figure 2 is a diagram showing an example of the configuration of the motor 23 of the drive unit 20. The motor 23 is a so-called axial gap motor, and has a shaft 31, a rotor 32, a stator 33, and a casing 34 that houses the elements of the motor 23.

シャフト31は、図2の上下方向に延び、ケーシング34に配置された軸受(不図示)によって回転可能に軸支されている。シャフト31の一方側(図2の上側)には回転翼21が固定されている。 The shaft 31 extends in the vertical direction in FIG. 2 and is rotatably supported by a bearing (not shown) arranged in the casing 34. The rotor 21 is fixed to one side of the shaft 31 (the upper side in FIG. 2).

ステータ33は、シャフト31の外周側に同心状に配置され、シャフト31の軸方向において一対のロータ32の間に位置する筒状体である。ステータ33は、シャフト31およびロータ32と僅かなギャップを隔てて配置されている。 The stator 33 is a cylindrical body that is concentrically arranged on the outer periphery of the shaft 31 and is located between the pair of rotors 32 in the axial direction of the shaft 31. The stator 33 is arranged with a small gap between it and the shaft 31 and the rotors 32.

ステータ33は、シャフト31を中心にステータ33の周方向に環状に配置された複数のコイルユニット35と、各々のコイルユニット35を収容する円筒状のステータケース36とを有する。各々のコイルユニット35は、台形状のステータコア35aの外周にコイル35bを巻回して構成される。 The stator 33 has multiple coil units 35 arranged in a ring shape around the shaft 31 in the circumferential direction of the stator 33, and a cylindrical stator case 36 that houses each coil unit 35. Each coil unit 35 is formed by winding a coil 35b around the outer periphery of a trapezoidal stator core 35a.

ステータコア35aは、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成され、径方向内側より径方向外側が幅広となるようにステータ33に配置される。また、コイル35bの巻回方向は、軸方向と交差する方向(水平方向)である。上記のコイル35bの電流制御によりステータ33の磁界を順番に切り替えることで、後述するロータ32の磁界に対する吸引力または反発力がステータ33に発生する。これにより、シャフト31およびロータ32が回転駆動する。 The stator core 35a is formed, for example, by stacking multiple electromagnetic steel plates in the axial direction, and is arranged in the stator 33 so that the radially outer side is wider than the radially inner side. The winding direction of the coil 35b is a direction that intersects with the axial direction (horizontal direction). By sequentially switching the magnetic field of the stator 33 by controlling the current of the coil 35b, an attractive force or a repulsive force against the magnetic field of the rotor 32, which will be described later, is generated in the stator 33. This causes the shaft 31 and the rotor 32 to rotate.

ステータケース36は中空であり、ステータケース36の内側にはコイルユニット35の周囲に冷却用のオイル(冷媒)の流路が形成される。また、ステータケース36の側面には、オイルの流入口37と流出口38がそれぞれ形成されている。なお、流入口37と流出口38の位置は、互いに対向する位置(軸中心に対して180°の位置)に形成されているが、これに限られることはない。 The stator case 36 is hollow, and inside the stator case 36, a flow path for cooling oil (coolant) is formed around the coil unit 35. In addition, an oil inlet 37 and an oil outlet 38 are formed on the side of the stator case 36. Note that the inlet 37 and the outlet 38 are formed in positions facing each other (positions 180° from the axial center), but are not limited to this.

モータ23のステータ33には、流入口37からオイルが導入される。オイルはステータケース36内を流れてコイルユニット35から熱を奪い、流出口38からモータ23の外側に排出される。これにより、オイルの流れによってステータ33のコイルユニット35を冷却することができる。なお、流出口38から排出されるオイルは、モータ23の外部で冷却された後、流入口37から導入されてモータ23内を循環する。 Oil is introduced into the stator 33 of the motor 23 from the inlet 37. The oil flows through the stator case 36, removes heat from the coil unit 35, and is discharged from the outlet 38 to the outside of the motor 23. This allows the coil unit 35 of the stator 33 to be cooled by the flow of oil. The oil discharged from the outlet 38 is cooled outside the motor 23, and then introduced from the inlet 37 to circulate within the motor 23.

ロータ32は、所定間隔を隔てて対向配置された一対の円盤で構成され、各ロータ32の中心にはシャフト31が挿通されて固定されている。これにより、ロータ32はシャフト31とともに回転する。 The rotors 32 are composed of a pair of disks arranged facing each other at a specified distance, and the shaft 31 is inserted and fixed at the center of each rotor 32. This allows the rotors 32 to rotate together with the shaft 31.

図3(a)はロータ32を外側面からみた図であり、図3(b)はロータ32をステータ33と対向する内側面からみた図である。図4は、図3(a)のA-A線断面図である。なお、ロータ32の外側面は第2の面の一例であり、ロータ32の内側面は第1の面の一例である。 Figure 3(a) is a view of the rotor 32 from the outer side, and Figure 3(b) is a view of the rotor 32 from the inner side facing the stator 33. Figure 4 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 3(a). Note that the outer side of the rotor 32 is an example of the second surface, and the inner side of the rotor 32 is an example of the first surface.

各々のロータ32は、円盤状のロータ本体40と、ロータ本体40に固定された複数の磁石41とを有している。各磁石41は、例えばフェライト磁石や希土類磁石などの永久磁石で構成されている。また、ロータ本体40は、シャフト31に固定された筒状の取付基部39に軸方向外側から取り付けられ、取付基部39に対してボルト46で固定されている。 Each rotor 32 has a disk-shaped rotor body 40 and a number of magnets 41 fixed to the rotor body 40. Each magnet 41 is composed of a permanent magnet, such as a ferrite magnet or a rare earth magnet. The rotor body 40 is attached from the outside in the axial direction to a cylindrical mounting base 39 fixed to the shaft 31, and is fixed to the mounting base 39 with bolts 46.

複数の磁石41は、ロータ本体40においてステータ33と対向する内側面に固定される。なお、各々の磁石41は、伝熱性を有する接着剤等によりロータ本体40と熱的に接続された状態で固定されている。 The magnets 41 are fixed to the inner surface of the rotor body 40 that faces the stator 33. Each magnet 41 is fixed in a state where it is thermally connected to the rotor body 40 by a heat-conductive adhesive or the like.

図5は、ロータ32の磁石41の配置例を示す図である。図6は、各磁石41の磁化方向を示す図である。図6では、磁石41の磁化方向を矢印で示している。また、図6では、上側がステータ33側に対応し、下側がロータ本体40に臨む面に対応する。また、図5および図6では、ロータ32の磁石41の一部である磁石41a~磁石41kまでを部分的に示す。 Figure 5 is a diagram showing an example of the arrangement of magnets 41 of rotor 32. Figure 6 is a diagram showing the magnetization direction of each magnet 41. In Figure 6, the magnetization direction of magnet 41 is indicated by an arrow. In Figure 6, the upper side corresponds to the stator 33 side, and the lower side corresponds to the surface facing the rotor body 40. Figures 5 and 6 also partially show magnets 41a to 41k, which are a part of the magnets 41 of rotor 32.

本実施形態において、ロータ32の磁石41は、ロータ32の周方向に沿ってハルバッハ配列で周期的に配置されている。具体的には、図6に示すように、各磁石41の磁極の向き(磁化方向)が径方向と直交する平面内で90°ずつ順に回転するように、ロータ本体40の周方向に磁石41a~41kの順で固定されている。上記のように、磁石41がハルバッハ配列で配置されることで、本実施形態のロータ本体40には、磁束を通して磁気回路を形成する鉄心としての機能は要求されない。また、磁石41a~41kはそれぞれ磁化方向が異なるため、ロータ32の周方向においてステータ33側で発生する電磁力は磁石41ごとにそれぞれ相違している。 In this embodiment, the magnets 41 of the rotor 32 are periodically arranged in a Halbach array along the circumferential direction of the rotor 32. Specifically, as shown in FIG. 6, the magnets 41a to 41k are fixed in the order of the circumferential direction of the rotor body 40 so that the magnetic pole orientation (magnetization direction) of each magnet 41 rotates 90° in sequence in a plane perpendicular to the radial direction. As described above, by arranging the magnets 41 in a Halbach array, the rotor body 40 of this embodiment is not required to function as an iron core that forms a magnetic circuit through magnetic flux. In addition, since the magnets 41a to 41k each have a different magnetization direction, the electromagnetic force generated on the stator 33 side in the circumferential direction of the rotor 32 is different for each magnet 41.

図7は、磁石41a~41kに作用する電磁力の例を示す図である。図7に示す磁石41の磁化方向は図6と同様である。また、図7での電磁力は、ステータ33側から磁石41側への向きを正として表記する。図7に示すように、本実施形態では、磁石41a~41kのうち、ステータ33側への磁気的な吸引力は磁石41hにおいて最も大きくなる。 Figure 7 is a diagram showing an example of the electromagnetic forces acting on magnets 41a to 41k. The magnetization direction of magnet 41 shown in Figure 7 is the same as that in Figure 6. Furthermore, the electromagnetic forces in Figure 7 are expressed as positive in the direction from the stator 33 side to the magnet 41 side. As shown in Figure 7, in this embodiment, of magnets 41a to 41k, magnet 41h has the greatest magnetic attraction force toward the stator 33 side.

一方、ロータ32の回転時には、回転による遠心力とステータ33側への磁気的な吸引力との合力がロータ本体40に作用する。そのため、ロータ本体40の仕様として、定格回転速度下で磁石41がステータ33に磁気的に吸引された場合に塑性変形せず、かつステータ33とロータ32の間に所定のギャップを保持できる強度が要求される。 On the other hand, when the rotor 32 rotates, the combined force of the centrifugal force due to the rotation and the magnetic attraction force toward the stator 33 acts on the rotor body 40. Therefore, the specifications of the rotor body 40 require that it does not undergo plastic deformation when the magnets 41 are magnetically attracted to the stator 33 at the rated rotation speed, and that it has the strength to maintain a specified gap between the stator 33 and the rotor 32.

図8、図9は、ロータ32の回転時におけるロータ本体40の強度解析例を示すグラフである。図8は、ロータ本体40の厚さと、磁石41のギャップ方向への最大変位量との対応関係例を示している。図8の横軸はロータ本体40の厚さ[mm]を示し、図8の縦軸はロータ本体40および磁石41のギャップ方向への最大変位量[%]を示している。最大変位量は、ステータ33とロータ32のギャップで正規化した値を示している。図8からは、ロータ本体40の厚さが1mmのときには上記のギャップ方向への最大変位量は200%を下回り、ロータ本体40の厚さが2mmのときに上記のギャップ方向への最大変位量は100%を下回ることが分かる。 8 and 9 are graphs showing an example of strength analysis of the rotor body 40 when the rotor 32 rotates. FIG. 8 shows an example of the correspondence between the thickness of the rotor body 40 and the maximum displacement of the magnet 41 in the gap direction. The horizontal axis of FIG. 8 shows the thickness [mm] of the rotor body 40, and the vertical axis of FIG. 8 shows the maximum displacement [%] of the rotor body 40 and the magnet 41 in the gap direction. The maximum displacement shows a value normalized by the gap between the stator 33 and the rotor 32. From FIG. 8, it can be seen that when the thickness of the rotor body 40 is 1 mm, the maximum displacement in the gap direction is below 200%, and when the thickness of the rotor body 40 is 2 mm, the maximum displacement in the gap direction is below 100%.

また、図9は、ロータ本体40の厚さと、最大ミーゼス応力値との対応関係例を示している。図9の横軸はロータ本体40の厚さ[mm]を示し、図6の縦軸はスカラー量である最大ミーゼス応力値を示している。図9からは、ロータ本体40の厚さが1mmのときには上記の最大ミーゼス応力値は50.0を上回るが、ロータ本体40の厚さが2mmのときに上記のミーゼス応力値は50.0にほぼ近づくことが分かる。 Figure 9 also shows an example of the correspondence between the thickness of the rotor body 40 and the maximum von Mises stress value. The horizontal axis of Figure 9 indicates the thickness [mm] of the rotor body 40, and the vertical axis of Figure 6 indicates the maximum von Mises stress value, which is a scalar quantity. It can be seen from Figure 9 that when the thickness of the rotor body 40 is 1 mm, the maximum von Mises stress value exceeds 50.0, but when the thickness of the rotor body 40 is 2 mm, the von Mises stress value approaches 50.0.

図8、図9からは、ロータ本体40においてステータ33側への磁気的な吸引力が最も大きい部位では、最大許容変位と最大ミーゼス応力値の基準を満たすために2mm以上の厚さが必要となることが分かる。しかし、上記のように、ロータ32の周方向におけるステータ33側への磁気的な吸引力は磁石41a~41kでばらつく。そのため、ロータ本体40の厚さは周方向に均一でなくてもよく、ステータ33側への磁気的な吸引力が最も大きい部位(磁石41hの位置)で上記の条件を満たせば足りる。かかる観点から、本実施形態では、ロータ本体40の外側面(内側面との反対の面)にリブ42を形成し、ロータ本体40の補強を行っている。 8 and 9 show that a thickness of 2 mm or more is required in the portion of the rotor body 40 where the magnetic attraction force toward the stator 33 is the strongest in order to satisfy the criteria for maximum allowable displacement and maximum von Mises stress value. However, as described above, the magnetic attraction force toward the stator 33 in the circumferential direction of the rotor 32 varies among the magnets 41a to 41k. Therefore, the thickness of the rotor body 40 does not need to be uniform in the circumferential direction, and it is sufficient to satisfy the above conditions at the portion where the magnetic attraction force toward the stator 33 is the strongest (the position of magnet 41h). From this perspective, in this embodiment, ribs 42 are formed on the outer surface (the surface opposite the inner surface) of the rotor body 40 to reinforce the rotor body 40.

本実施形態では、ロータ本体40の外側面には、内径側端部から外径側端部にかけて径方向に延びるリブ42が放射状に複数形成されている。ロータ本体40のリブ42は、ロータ本体40と一体に形成されている。また、各リブ42は、ハルバッハ配列で磁気的な吸引力が最も大きい磁石41hの位置と周方向に位相が重なるように配置される。各リブ42の幅は、例えば、磁石41hの範囲よりもリブ42が広くなる寸法とすることが好ましいが、ロータ本体40の強度を確保できる範囲で磁石41hの範囲よりも幅狭であってもよい。 In this embodiment, multiple ribs 42 extending radially from the inner diameter end to the outer diameter end are formed radially on the outer surface of the rotor body 40. The ribs 42 of the rotor body 40 are formed integrally with the rotor body 40. In addition, each rib 42 is arranged so that its phase overlaps circumferentially with the position of the magnet 41h that has the largest magnetic attractive force in the Halbach arrangement. The width of each rib 42 is preferably set to a dimension that makes the rib 42 wider than the range of the magnet 41h, but may be narrower than the range of the magnet 41h as long as the strength of the rotor body 40 can be ensured.

また、ロータ本体40においてリブ42が形成された第1部位の厚さt1は、ロータ本体でリブ42の形成されていない第2部位の厚さt2よりも大きい。例えば、第1部位の厚さt1は、最大許容変位と最大ミーゼス応力値の基準を満たす2mm以上の厚さである。また、第2部位の厚さt2は、例えば、第1部位の1/4以下の厚さ(例えば、0.5mm)とすることができる。 The thickness t1 of the first portion of the rotor body 40 where the ribs 42 are formed is greater than the thickness t2 of the second portion of the rotor body where the ribs 42 are not formed. For example, the thickness t1 of the first portion is 2 mm or more, which satisfies the criteria for the maximum allowable displacement and the maximum von Mises stress value. The thickness t2 of the second portion can be, for example, 1/4 or less of the thickness of the first portion (e.g., 0.5 mm).

上記の構成により、ロータ本体40の第2部位が第1部位と比べて薄くなる分、ロータ本体40の重量が軽くなる。したがって、周方向の磁石41間で磁気的な吸引力に不均衡がある場合において、ロータ32に要求される強度を満たしつつロータ32の軽量化を行うことができる。 The above configuration reduces the weight of the rotor body 40 by the amount that the second portion of the rotor body 40 is thinner than the first portion. Therefore, when there is an imbalance in the magnetic attraction forces between the magnets 41 in the circumferential direction, the rotor 32 can be made lighter while still satisfying the strength required of the rotor 32.

また、ロータ本体40の外側面にはリブ42が形成されているため、本実施形態のロータ本体40の外側面は、ロータ本体40が平坦な場合と比べて表面積が大きい。そのため、本実施形態では、ステータ33の鎖交磁束との電磁誘導で生じる磁石41の熱を、磁石41と熱的に接続されたロータ本体40の外側面から効率的に放熱できる。これにより、モータ23の性能をより向上させることができる。 In addition, because ribs 42 are formed on the outer surface of the rotor body 40, the outer surface of the rotor body 40 in this embodiment has a larger surface area than when the rotor body 40 is flat. Therefore, in this embodiment, the heat of the magnet 41 generated by electromagnetic induction with the interlinkage magnetic flux of the stator 33 can be efficiently dissipated from the outer surface of the rotor body 40 that is thermally connected to the magnet 41. This can further improve the performance of the motor 23.

以上のように、本実施形態のモータ23は、ステータ33と、ステータ33と軸方向に対向するロータ32と、を備える。ロータ32は、ハルバッハ配列で周方向に周期的に配置された複数の磁石41と、ステータ33と対向する第1の面に複数の磁石が固定された円盤状のロータ本体40と、を有する。ロータ本体40は、第1の面と反対側の第2の面に、径方向に延びる複数のリブ42が放射状に形成される。複数のリブ42は、ハルバッハ配列された磁石41のうちステータ33への吸引力が最も高い磁石41hと重なる位置に配置される。
本実施形態のロータ32では、ステータ33への吸引力が最も高い磁石41hと重なる位置にリブ42を配置することで、最大許容変位と最大ミーゼス応力値の基準を満たす強度を確保できる。また、本実施形態では、ロータ本体40でリブ42の形成されていない第2部位の厚さt2が少なくなることで、ロータ32を軽量化することができる。さらに、リブ42の形成によりロータ本体40の外側面の表面積が増加し、ロータ32において磁石41からの放熱性を向上させることができる。
As described above, the motor 23 of this embodiment includes the stator 33 and the rotor 32 that faces the stator 33 in the axial direction. The rotor 32 has a plurality of magnets 41 that are periodically arranged in a Halbach array in the circumferential direction, and a disk-shaped rotor body 40 having a first surface that faces the stator 33 and a plurality of magnets fixed thereto. The rotor body 40 has a plurality of ribs 42 that extend radially and are formed radially on a second surface opposite to the first surface. The plurality of ribs 42 are arranged at positions that overlap the magnets 41h that have the highest attraction force to the stator 33 among the magnets 41 arranged in the Halbach array.
In the rotor 32 of this embodiment, the rib 42 is disposed at a position overlapping with the magnet 41h that has the highest attraction force to the stator 33, thereby ensuring strength that satisfies the standards for maximum allowable displacement and maximum von Mises stress value. Also, in this embodiment, the thickness t2 of the second portion of the rotor body 40 where the rib 42 is not formed is reduced, thereby making it possible to reduce the weight of the rotor 32. Furthermore, the formation of the rib 42 increases the surface area of the outer surface of the rotor body 40, thereby improving the heat dissipation from the magnet 41 in the rotor 32.

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

本実施形態では、ロータ本体40の外側面において、ステータ33への吸引力が最も高い磁石41hと重なる位置にリブ42を周期的に形成した例を説明した。しかし、ロータ本体40のリブ42は、上記の磁石41hの位置以外にさらに追加されていてもよい。 In this embodiment, an example has been described in which ribs 42 are periodically formed on the outer surface of the rotor body 40 at positions that overlap with the magnets 41h that have the highest attractive force to the stator 33. However, the ribs 42 of the rotor body 40 may be added to positions other than the above-mentioned magnets 41h.

また、本実施形態のアキシャルギャップ型回転電機の構成は、ドローン100に適用されるものに限定されず、例えば、EV,HEV,PHEV,FCV等の電動車両の動力源として適用されるものであってもよい。 In addition, the configuration of the axial gap type rotating electric machine of this embodiment is not limited to being applied to the drone 100, but may also be applied, for example, as a power source for electric vehicles such as EVs, HEVs, PHEVs, and FCVs.

例えば、上記実施形態では、4組の駆動部20を備えるドローン100を例示して説明したが、ドローン100が備える駆動部20の数は4以外であってもよい。 For example, in the above embodiment, a drone 100 having four sets of drive units 20 is described as an example, but the number of drive units 20 provided on the drone 100 may be other than four.

加えて、今回開示された実施形態は、全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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 In addition, the embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

10…本体部、20…駆動部、21…回転翼、23…モータ、31…シャフト、32…ロータ、33…ステータ、40…ロータ本体、41…磁石、42…リブ、100…ドローン

10: Main body, 20: Drive unit, 21: Rotor, 23: Motor, 31: Shaft, 32: Rotor, 33: Stator, 40: Rotor body, 41: Magnet, 42: Rib, 100: Drone

Claims (3)

ステータと、
前記ステータと軸方向に対向するロータと、を備え、
前記ロータは、
ハルバッハ配列で周方向に周期的に配置された複数の磁石と、
前記ステータと対向する第1の面に複数の前記磁石が固定された円盤状のロータ本体と、を有し、
前記ロータ本体は、前記第1の面と反対側の第2の面に、径方向に延びる複数のリブが
放射状に形成され、
前記複数のリブは、ハルバッハ配列された前記磁石のうち前記ステータへの吸引力が最も高い磁石と重なる位置に配置される
アキシャルギャップ型回転電機。
A stator;
a rotor facing the stator in the axial direction,
The rotor is
A plurality of magnets arranged periodically in a circumferential direction in a Halbach array;
a disk-shaped rotor body having a first surface facing the stator and a plurality of the magnets fixed to the first surface,
The rotor body has a second surface opposite to the first surface, and a plurality of ribs extending in a radial direction are formed radially on the second surface,
The axial gap type rotating electric machine, wherein the plurality of ribs are arranged at positions overlapping with a magnet having the highest attraction force to the stator among the magnets arranged in a Halbach array.
前記磁石は、前記ロータ本体の前記第2の面に熱的に接続された状態で固定されている
請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
2. The axial gap type rotating electric machine according to claim 1, wherein the magnet is fixed in a state of being thermally connected to the second surface of the rotor body.
請求項1または請求項2に記載のアキシャルギャップ型回転電機を備えるドローン。

A drone comprising the axial gap type rotating electric machine according to claim 1 or 2.

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