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JP6073763B2 - Axial gap type permanent magnet synchronous motor - Google Patents

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Description

本発明は軸方向にギャップを有するアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の構造に関する。   The present invention relates to a structure of an axial gap type permanent magnet synchronous motor having a gap in the axial direction.

近年、産業用機器や家電品、自動車部品などにおいて、省エネルギー化の必要性が重要視されるようになってきた。現在、国内の火力、水力、原子力、風力などの発電所において作られる電気のほとんどは、電磁応用製品である回転電機(発電機)によって作られている。また、国内で使用される電力使用量のうちの半分以上は、回転電機の駆動によって消費されている。   In recent years, the necessity of energy saving has been emphasized in industrial equipment, home appliances, automobile parts, and the like. Currently, most of the electricity produced in domestic power plants such as thermal power, hydropower, nuclear power, and wind power is produced by rotating electrical machines (generators) that are electromagnetic application products. Further, more than half of the amount of power used in the country is consumed by driving the rotating electrical machine.

これらの回転電機などの電磁応用製品では、鉄心部に軟磁性材料が用いられており、この鉄心部の損失を低減することが、これらの製品の高効率化を実現する手段となっている。   In these electromagnetic application products such as rotating electrical machines, a soft magnetic material is used for the iron core portion, and reducing the loss of the iron core portion is a means for realizing high efficiency of these products.

また、別の効率向上策としては、磁力の高い永久磁石を用いることにより、所定電流当たりのマグネットトルクを増加させて必要トルクを低い電流で得られるようにして、電流による導体のジュール熱による損失(銅損)を低減する手段がある。永久磁石モータの高効率化の方法として、ネオジム焼結磁石などの強力な磁石を実装する方法が考えられる。しかし、このような磁石に使用される材料は、世界でも限られた産地でしか採掘されない希少金属が含まれているため、環境問題や、価格の高騰などの問題を有している。   Another measure to improve efficiency is to use a permanent magnet with a high magnetic force to increase the magnet torque per predetermined current so that the required torque can be obtained at a low current. There is a means for reducing (copper loss). As a method for improving the efficiency of the permanent magnet motor, a method of mounting a strong magnet such as a neodymium sintered magnet can be considered. However, since the materials used for such magnets contain rare metals that are mined only in limited production areas in the world, they have problems such as environmental problems and rising prices.

そこで、代替方法として、従来から大量に生産されているフェライト磁石を用いて高効率化を実現する必要性が増してきた。フェライト磁石を用いる場合のモータ高効率化手法として、特開2010−115069号公報(特許文献1)が挙げられている。特許文献1では、永久磁石モータに使用する鉄心の軟磁性材料に、低損失なアモルファスを用いるために、アキシャルギャップ型のモータとし、さらに、銅損を低減するために永久磁石のボリュームを増やす構造として、軸方向の2面を回転子とする構成のモータが提案されている。   Therefore, as an alternative method, there has been an increasing need to achieve high efficiency using ferrite magnets that have been produced in large quantities. JP 2010-115069 A (Patent Document 1) is cited as a method for improving motor efficiency when using a ferrite magnet. In Patent Literature 1, an axial gap type motor is used for the soft magnetic material of the iron core used in the permanent magnet motor, so that an amorphous structure with a low loss is used, and the volume of the permanent magnet is increased to reduce copper loss. A motor having a configuration in which two axial surfaces are rotors has been proposed.

特開2010−115069号公報JP 2010-115069 A

上記の特許文献1のモータは、永久磁石同期モータであるために、その駆動にはインバータを用いる必要がある。しかし、特許文献1では、インバータ駆動による軸受電食について考慮されていない。   Since the motor of Patent Document 1 is a permanent magnet synchronous motor, an inverter needs to be used for driving the motor. However, Patent Document 1 does not take into consideration the electric corrosion of a bearing by driving an inverter.

軸受電食とは、軸受の腐食現象であり、下記のようなメカニズムで発生するものである。すなわち、軸受外輪がケーシングに接触し、軸受内輪がモータ回転軸に接触している構造では、インバータを使用する場合に回転軸の電圧変動が発生するため、モータ回転軸とケーシングとの電位差が軸受の内外輪間に発生する。電位差が軸受油膜の絶縁耐力以上となった時、油膜絶縁破壊により軸受電流が流れる。軸受電流は電食(金属間に電流が流れることにより、電荷を失った金属原子がイオンとして溶け出すことで金属が腐食する現象)の原因となり、軸受寿命を短くする。   Bearing electric corrosion is a corrosion phenomenon of a bearing and is generated by the following mechanism. That is, in a structure in which the outer ring of the bearing is in contact with the casing and the inner ring of the bearing is in contact with the motor rotation shaft, voltage variation of the rotation shaft occurs when an inverter is used. It occurs between the inner and outer rings. When the potential difference exceeds the dielectric strength of the bearing oil film, bearing current flows due to oil film breakdown. The bearing current causes electric corrosion (a phenomenon in which a metal corrodes due to dissolution of metal atoms that have lost their charge as ions flow when current flows between metals), and shortens the bearing life.

したがって、軸受内外輪間に発生する電圧や放電時電流、また、その前段階としてモータの軸電圧低減が必要となる。   Accordingly, it is necessary to reduce the voltage generated between the inner and outer rings of the bearing, the current during discharge, and the shaft voltage of the motor as a preceding stage.

モータの軸電圧は、インバータのスイッチング状態において発生する巻線中性点電圧(コモンモード電圧と呼ばれる)と同期した電圧が軸に発生するものである。この軸電圧の発生原因は、巻線から回転子軸までの経路間が電気抵抗や静電容量によって電気的に結合されていることから発生するものである。   The motor shaft voltage is generated on the shaft in synchronization with the winding neutral point voltage (called common mode voltage) generated in the switching state of the inverter. This shaft voltage is generated because the paths from the winding to the rotor shaft are electrically coupled by electrical resistance or capacitance.

特許文献1の低損失なアモルファス鉄心を固定子鉄心に利用した二つの回転子を有するアキシャルギャップモータにおいては、固定子の鉄心が複数に分かれており、その鉄心の断面形状が軸方向に同一の断面形状を有する構造となっており、その鉄心の周りに固定子鉄心の外周面と相似形状の内周面を有する固定子巻線が配置される。このため、巻線の軸方向端部では、固定子巻線と回転子磁石、または回転子鉄心部分がギャップを介して向き合って配置される構造となり、静電容量を大きくする構造となってしまう。   In the axial gap motor having two rotors using the low-loss amorphous core of Patent Document 1 as the stator core, the stator core is divided into a plurality of parts, and the cross-sectional shape of the core is the same in the axial direction. The stator winding has a cross-sectional shape, and a stator winding having an inner peripheral surface similar to the outer peripheral surface of the stator core is disposed around the iron core. For this reason, at the axial end of the winding, the stator winding and the rotor magnet, or the rotor core portion are arranged to face each other with a gap therebetween, and the capacitance is increased. .

また、固定子鉄心は、固定子の中で複数個の鉄心がそれぞれ独立して保持される構造となり、ハウジングなど、接地電位と電気的に結合しにくい構造となる。このため、巻線と軸の電気的結合度が下がり軸電圧が高くなるという課題がある。軸電圧が高くなると、前述のように軸受油膜の絶縁耐力よりも上回ってしまうために、軸受部での放電がおこりやすくなり、軸受電食が発生し、故障までの期間が短くなってしまう可能性がある。   The stator core has a structure in which a plurality of iron cores are independently held in the stator, and has a structure such as a housing that is difficult to be electrically coupled to a ground potential. For this reason, there exists a subject that the electrical coupling degree of a coil | winding and an axis | shaft falls and an axial voltage becomes high. If the shaft voltage increases, it will exceed the dielectric strength of the bearing oil film as described above, so it will be easy for the bearing to discharge, causing electric corrosion of the bearing, and shortening the period until failure. There is sex.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、軸を中心に回転する2つの回転子と、前記2つの回転子で前記軸方向に挟むように配置された固定子と、軸受と、前記固定子を絶縁樹脂で固定するケースハウジングと、前記軸受を保持し前記固定子および前記回転子を全閉するエンドブラケットと、前記エンドブラケットの軸方向端部に配置されたファンと、
前記ファンの軸方向端面と接触するブラシと、を有し、前記ファンの軸方向端面は銅を含む合金で構成され、前記ブラシは炭素を含み、さらに前記ファンの軸方向端面に前記ブラシを加圧する加圧機構を有する。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, two rotors that rotate about an axis and the two rotors are arranged so as to be sandwiched between the two rotors in the axial direction. A stator, a bearing, a case housing that fixes the stator with an insulating resin, an end bracket that holds the bearing and fully closes the stator and the rotor, and an axial end of the end bracket. With arranged fans,
A brush in contact with the axial end surface of the fan, the axial end surface of the fan is made of an alloy containing copper, the brush contains carbon, and the brush is added to the axial end surface of the fan. It has a pressurizing mechanism to press.

本発明によれば、軸電圧を低減できるアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the axial gap type permanent magnet synchronous motor which can reduce an axial voltage can be provided.

実施例1におけるアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の軸後端部に配置されるブラシとブラシホルダの位置関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of the brush arrange | positioned at the axial rear end part of the axial gap type permanent magnet synchronous motor in Example 1, and a brush holder. 実施例1のブラシとブラシホルダ、ネジの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the brush of Example 1, a brush holder, and a screw. 実施例1のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機のモータ部の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the motor part of the axial gap type permanent magnet synchronous motor of Example 1. FIG. 実施例1のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の固定子鉄心の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the stator core of the axial gap type permanent magnet synchronous motor of Example 1. FIG. 実施例1のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の固定子と回転子、ケースハウジングとの位置関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the positional relationship of the stator of the axial gap type permanent magnet synchronous motor of Example 1, a rotor, and a case housing. 本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の固定子と回転子、ハウジングとの位置関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of the stator of the axial gap type permanent magnet synchronous motor of a present Example, a rotor, and a housing. 従来の一般的ラジアルギャップモータの固定子と回転子、ハウジングとの位置関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of the stator of a conventional general radial gap motor, a rotor, and a housing. インバータの基本概念図を示す図である。It is a figure which shows the basic conceptual diagram of an inverter. インバータの各スイッチング状態におけるコモンモード電圧を説明する図である。It is a figure explaining the common mode voltage in each switching state of an inverter. モータの各構成部品を電気的な静電容量や抵抗が結合した単純モデルとして表した等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram showing each component of the motor as a simple model in which electrical capacitance and resistance are combined. 実施例4のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機を産業用途に応用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied the axial gap type permanent magnet synchronous motor of Example 4 to the industrial use. 実施例2におけるアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の軸後端部に配置されるブラシとブラシホルダの位置関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of the brush arrange | positioned at the axial rear end part of the axial gap type permanent magnet synchronous motor in Example 2, and a brush holder. 実施例3におけるアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の軸後端部に配置されるブラシとブラシホルダの位置関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the positional relationship of the brush arrange | positioned at the axial rear end part of the axial gap type permanent magnet synchronous motor in Example 3, and a brush holder.

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図6は、アキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の構成を断面図で示したものである。図6において、31は固定子鉄心、32は固定子巻線であり、これらで構成される固定子が絶縁樹脂で充填されてケースハウジング40に固定されている。また、回転子ヨーク22と永久磁石24によって構成される2つの回転子がモータのシャフト(軸)19方向に固定子を挟む形で配置される。また、ケースハウジング40に結合されたエンドブラケット12に配置された軸受を構成するベアリング13で回転子が回転可能に保持されている。   FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of an axial gap type permanent magnet synchronous motor. In FIG. 6, reference numeral 31 denotes a stator core, and 32 denotes a stator winding. A stator constituted by these is filled with an insulating resin and fixed to the case housing 40. Further, two rotors constituted by the rotor yoke 22 and the permanent magnet 24 are arranged in such a manner that the stator is sandwiched in the direction of the shaft (axis) 19 of the motor. The rotor is rotatably held by a bearing 13 that constitutes a bearing disposed on the end bracket 12 coupled to the case housing 40.

また、図7に従来型のラジアルギャップ型永久磁石同期電動機の断面図を示す。   FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional radial gap type permanent magnet synchronous motor.

永久磁石同期電動機は、 エネルギーの有効利用の観点から、ポンプ、送風機などのモータを用いるアプリケーションで需要に応じた最適なトルク、回転数をインバータによって制御しながら運転することが一般的となっている。インバータの基本概念図を図8に示す。なお、モータ部分については、中性点を示しやすいために巻線をスター結線として記述している。なお、デルタ結線とスター結線は相互に変換可能であるため、スター結線を仮定しても一般性を失わない。   Permanent magnet synchronous motors are generally operated from the viewpoint of effective energy use while controlling the optimal torque and rotation speed according to demand in applications using motors such as pumps and blowers. . A basic conceptual diagram of the inverter is shown in FIG. For the motor portion, the winding is described as a star connection in order to easily indicate a neutral point. Since the delta connection and the star connection can be converted to each other, generality is not lost even if the star connection is assumed.

インバータ装置は、商用電源を直流に変換するコンバータ部、コンバータの脈動電圧を平滑する平滑回路、そして高周波でのスイッチング動作により単位時間当たりの平均相電圧を任意に変化させる(狭義の)インバータ部分とから構成される。理想的な対称三相平衡電圧を仮定すると、モータの中性点の電圧は時間とともに変化せず一定である。インバータ装置により生成された交流電圧はモータの各相に対称三相平衡電圧として与えられるが、実際のインバータ装置においては、インバータ部分は、基本的にON/OFF動作しか行なわないため、巻線中性点電圧は一定値にはならず、常に変動する。この電圧のことはコモンモード電圧と呼ばれる。モータの軸電圧はこのコモンモード電圧に起因して発生する。   The inverter device includes a converter unit that converts commercial power into direct current, a smoothing circuit that smoothes the pulsating voltage of the converter, and an inverter part that changes the average phase voltage per unit time arbitrarily (in a narrow sense) by switching operation at a high frequency. Consists of Assuming an ideal symmetrical three-phase balanced voltage, the voltage at the neutral point of the motor does not change with time and is constant. The AC voltage generated by the inverter device is given to each phase of the motor as a symmetrical three-phase balanced voltage. However, in an actual inverter device, the inverter part basically performs only ON / OFF operation, so The sex point voltage does not become a constant value but always fluctuates. This voltage is called a common mode voltage. The motor shaft voltage is generated due to this common mode voltage.

図9に各スイッチング状態におけるコモンモード電圧を示す。なお、図9において、簡単のためパワー半導体素子はスイッチとして記述した。ここで、平滑回路両端電圧をE、平滑回路中央を設置点とすると、各スイッチング状態におけるコモンモード電圧は図示するようにE/2、E/6、-E/6、-E/2を取り得る。   FIG. 9 shows the common mode voltage in each switching state. In FIG. 9, the power semiconductor element is described as a switch for simplicity. Here, if the voltage across the smoothing circuit is E and the center of the smoothing circuit is the installation point, the common mode voltage in each switching state is E / 2, E / 6, -E / 6, -E / 2 as shown in the figure. obtain.

巻線中性点電位からアースに至る経路は2つ存在する。一つは巻線→固定子鉄心→ケースハウジングであり、もう一方は巻線→固定子鉄心→回転子鉄心→シャフト→軸受→エンドブラケット→ケースハウジングである。これらの経路は電気的には静電容量や抵抗が結合したものとして表せる。抵抗は非常に小さいために無視し、最も単純にモデル化した等価回路を図10に示す。ここで、Cwrは巻線と回転子(ロータ)間静電容量、Crfはロータとケースハウジング間静電容量、Cbはベアリング内外輪間の静電容量である。なお、ベアリングは複数個存在するが、簡単のため合成容量として記載している。   There are two paths from the neutral point potential of the winding to the ground. One is winding → stator core → case housing, and the other is winding → stator core → rotor core → shaft → bearing → end bracket → case housing. These paths can be electrically expressed as a combination of capacitance and resistance. Since the resistance is very small, it is ignored and the simplest modeled equivalent circuit is shown in FIG. Here, Cwr is a capacitance between the winding and the rotor (rotor), Crf is a capacitance between the rotor and the case housing, and Cb is a capacitance between the inner and outer rings of the bearing. Although there are a plurality of bearings, they are described as a combined capacity for simplicity.

全体電圧に対する軸電圧の比(Bearing Voltage Ratio 以降BVRと略す)は以下の式(1)のように表わす事ができる。

BVR= Cwr/(Cwr+Crf+Cb ) …(1)

コモンモード電圧をEcpと置くと、軸電圧のピーク電圧Vspは以下の式(2)のようになる。

Vsp=BVR × Ecp …(2)

コモンモード電圧Ecpは前述のとおりインバータの動作により決まるため、軸電圧はBVRに比例して発生することがわかる。このため、モータ各部が作る静電容量および軸受の静電容量が小さい方がBVRを小さくできることがわかる。
The ratio of the shaft voltage to the total voltage (Bearing Voltage Ratio, hereinafter abbreviated as BVR) can be expressed as the following equation (1).

BVR = Cwr / (Cwr + Crf + Cb) (1)

When the common mode voltage is set as Ecp, the peak voltage Vsp of the shaft voltage is expressed by the following equation (2).

Vsp = BVR x Ecp (2)

Since the common mode voltage Ecp is determined by the operation of the inverter as described above, the shaft voltage is generated in proportion to the BVR. For this reason, it can be seen that the BVR can be made smaller when the electrostatic capacity produced by each part of the motor and the electrostatic capacity of the bearing are smaller.

モータ各部が作る静電容量は、2つの導電体が絶縁物を介して対向していれば、そこにコンデンサが形成される。コンデンサの容量は、コンデンサを形成する導体の形状や、2つの導体の配置関係などの幾何学的要素で決まる。すなわち、対抗する面積に比例し、その距離に反比例する式であらわすことができる。   If the two conductors are opposed to each other with an insulator between them, a capacitor is formed. The capacity of the capacitor is determined by geometrical factors such as the shape of the conductor forming the capacitor and the arrangement relationship between the two conductors. That is, it can be expressed by an equation that is proportional to the opposing area and inversely proportional to the distance.

図6に示すアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の場合においては、固定子巻線と回転子の面、固定子巻線とケースハウジング間の対向面積が大きく、Cwrの静電容量が大きくなることがわかる。反面、図7に示すラジアルギャップ型永久磁石同期電動機に関しては、固定子30はケースハウジング40に接続されてゼロ電位(接地)となっており、Cwrが小さくなることがわかる。このため、アキシャル型のBVRはラジアル型に比べ数倍から数十倍と大きくなる。このため、軸電圧は通常のインバータ駆動のラジアル型モータに比べて高くなり、数十ボルトの電圧が軸に現れることになる。そこで、高い電圧が現れることによって、ベアリング油膜での放電が発生し、電食を引き起こすことになる。   In the case of the axial gap type permanent magnet synchronous motor shown in FIG. 6, the facing area between the stator winding and the rotor and between the stator winding and the case housing is large, and the capacitance of Cwr may increase. Recognize. On the other hand, regarding the radial gap type permanent magnet synchronous motor shown in FIG. 7, the stator 30 is connected to the case housing 40 and is at zero potential (ground), and it can be seen that Cwr is reduced. For this reason, the axial type BVR is several times to several tens of times larger than the radial type. Therefore, the shaft voltage is higher than that of a normal inverter-driven radial motor, and a voltage of several tens of volts appears on the shaft. Therefore, when a high voltage appears, a discharge occurs in the bearing oil film, which causes electrolytic corrosion.

そこで、その軸に発生した電位をゼロ電位(接地)側におとすための手段として、アースブラシによる接地を行う。通常のラジアル型では、軸電圧が高くても数V程度しか発生しないため、しっかりと軸とブラシを接触させて接触部の電気抵抗を小さくする必要があった。そのために、接触部の接触面積を大きく確保することや、ブラシの押付け圧力を高く設定する必要があり、機械摩擦によるモータ効率の低下や、ブラシの摩耗による寿命低下などに問題があり、実際の製品にはほとんど採用されていない。   Therefore, grounding with an earth brush is performed as a means for setting the potential generated on the shaft to the zero potential (grounding) side. In the normal radial type, even if the shaft voltage is high, only about a few volts is generated. Therefore, it is necessary to firmly contact the shaft and the brush to reduce the electrical resistance of the contact portion. Therefore, it is necessary to ensure a large contact area of the contact portion and to set a high pressure for pressing the brush, and there are problems such as a decrease in motor efficiency due to mechanical friction and a decrease in life due to brush wear. It is rarely used in products.

本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機においては、軸電圧が数十ボルト発生するため、接触抵抗が小さくてもブラシ接触部に確実に電流が流れることになるため、接触面積は小さくても良く、また、摩擦や摩耗は小さいが抵抗値の高いカーボンブラシでも構成することができる。また、接触圧力も低くすることができるので、摩耗量を小さく抑えることが出来、ブラシの交換を行うことなく産業用のモータに適用可能である。   In the axial gap type permanent magnet synchronous motor of the present embodiment, the shaft voltage is generated by several tens of volts. Therefore, even if the contact resistance is small, the current surely flows to the brush contact portion, so even if the contact area is small. It can also be configured with a carbon brush that has low friction and wear but high resistance. In addition, since the contact pressure can be lowered, the amount of wear can be kept small, and the present invention can be applied to an industrial motor without replacing the brush.

図1に、本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の軸後端部に配置されるブラシとブラシホルダの位置関係を示す断面図を示す。図1(a)が拡大図、図1(b)が全体図である。図1において、ケースハウジング40に取付ボルトによって接続されるファンカバー1の中央部には、円筒状のブラシホルダ2を取付けるための穴が配置されている。その穴は、皿ネジ6のネジ頭部が突出しないようにテーパ状となっており、皿ネジ6を締めることで、円筒状のブラシホルダ2を固定する構造となっている。ブラシホルダ2の中央部分には、図示の左側部にはネジで固定するためのネジ穴が構成されており、右側部には、ブラシ3を配置するための、ブラシ外形形状に合わせた溝形状で、ブラシを軸方向に摺動可能に保持する溝が構成されている。また、皿ネジの先端部と、ブラシ後端部の間には、圧縮バネ7を配置し、ブラシを軸方向モータ側へ(図面上は右側方向へ)加圧する加圧機構を有する。このブラシは、炭素を主材料として圧縮成形された素材で構成される。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the positional relationship between a brush and a brush holder arranged at the rear end portion of the axial gap type permanent magnet synchronous motor of this embodiment. FIG. 1A is an enlarged view, and FIG. 1B is an overall view. In FIG. 1, a hole for attaching the cylindrical brush holder 2 is arranged in the central portion of the fan cover 1 connected to the case housing 40 by attachment bolts. The hole is tapered so that the screw head of the countersunk screw 6 does not protrude, and the cylindrical brush holder 2 is fixed by tightening the countersunk screw 6. The central portion of the brush holder 2 is formed with a screw hole for fixing with a screw on the left side of the figure, and the right side has a groove shape adapted to the outer shape of the brush for arranging the brush 3. Thus, a groove for holding the brush slidably in the axial direction is formed. A compression spring 7 is disposed between the tip of the countersunk screw and the rear end of the brush, and has a pressurizing mechanism that pressurizes the brush toward the axial motor (to the right in the drawing). This brush is made of a material compression-molded with carbon as a main material.

図2に、ブラシとブラシホルダ部分の構造の斜視図を示す。図2(a)は、ブラシ3の構造を示している。ブラシ3は、略四角形断面を有し、その先端部はセレーション部15と呼ばれる溝が形成されている。これは、ブラシと摺動面の初期の接触性を向上させるために初期接触面積を少なくするための形状である。また、このブラシ3の一面には、 撚り線導体の接続線4(ここでは以降ピグテールと呼ぶ)が溶接によって固定されている。また、このピグテールの先端には丸型圧着端子5が接続される構造となっている。この丸型圧着端子5は、前述の皿ネジ6によって、ファンカバー1とブラシホルダ2の間に配置されてネジで締付固定される構造である。   In FIG. 2, the perspective view of the structure of a brush and a brush holder part is shown. FIG. 2A shows the structure of the brush 3. The brush 3 has a substantially rectangular cross section, and a groove called a serration portion 15 is formed at the tip thereof. This is a shape for reducing the initial contact area in order to improve the initial contact between the brush and the sliding surface. Further, a connecting wire 4 (hereinafter referred to as pigtail) of a stranded wire conductor is fixed to one surface of the brush 3 by welding. In addition, a round crimp terminal 5 is connected to the tip of the pigtail. The round crimp terminal 5 is arranged between the fan cover 1 and the brush holder 2 by the countersunk screw 6 and is fastened and fixed with a screw.

図2(b)に、ブラシホルダ2の概略構造を内部を透過して示した斜視図を示す。本実施例では、円筒状のブラシホルダ2の中央部分に、ブラシ3を配置するための略四角形断面を持つブラシ保持溝18と、その反対側には、圧縮バネ7を配置するための円筒部およびネジ部であるネジ穴17を有している。また、円筒の周方向の一部には、ピグテール4を通すための切り欠き溝16を設けた構造となっている。このブラシホルダ2にピグテール付きのブラシ3を挿入配置し、圧縮バネ7を挿入した状態で、金属などの導電体のファンカバー1と丸型圧着端子を皿ネジ6によってネジ固定する構造でブラシ3が保持される。ブラシ3自身は、圧縮バネ7によってモータ軸方向に飛び出す方向に加圧されるが、ピグテール4によって飛び出ていかないように保持される構造を持つ。   FIG. 2B is a perspective view showing the schematic structure of the brush holder 2 through the inside. In the present embodiment, a brush holding groove 18 having a substantially rectangular cross section for arranging the brush 3 in the central portion of the cylindrical brush holder 2 and a cylindrical portion for arranging the compression spring 7 on the opposite side thereof. And it has the screw hole 17 which is a thread part. In addition, a cutout groove 16 for passing the pigtail 4 is provided in a part of the circumferential direction of the cylinder. The brush 3 having a structure in which the fan cover 1 made of a conductor such as a metal and the round crimping terminal are screw-fixed by a flat head screw 6 in a state where the brush 3 with a pigtail is inserted and disposed in the brush holder 2 and the compression spring 7 is inserted. Is retained. The brush 3 itself is pressurized in a direction that protrudes in the motor shaft direction by the compression spring 7, but has a structure that is held by the pigtail 4 so as not to protrude.

なお、ブラシホルダ2は、皿ネジ6によってファンカバー1と固定することで、現状のファンカバーを流用できるという効果があるが、これに限定されず、例えば、ブラシホルダ2とファンカバー1が一体構造でも良い。一体構造とすることで、組み立てが簡単になるという効果がある。   The brush holder 2 is fixed to the fan cover 1 with a flat head screw 6 so that the current fan cover can be used. However, the present invention is not limited to this. For example, the brush holder 2 and the fan cover 1 are integrated. Structure may be sufficient. The monolithic structure has the effect of simplifying assembly.

図1において、ブラシ先端部が接触するモータの軸端部には、モータのハウジングを冷却するためのファンとしてラジアルファン10を設けている。このラジアルファン10は、モータの軸19のエンドブラケット部から反出力側に突出する構造の軸部分に固定され、エンドブラケット12に配置された軸受を構成するベアリング13で回転可能に保持されている。ラジアルファン10の軸への固定は、軸の回転方向一部にキー溝を有し、このキー溝部分にキー11を挿入して回転方向にすべらないように軸に固定され、さらに、ラジアルファンを軸方向におさえる円筒状のカラー9を設け、そのカラー9を6角頭、または、2面を面取りした形状の頭を持つネジ8で締め付けて軸方向の軸への固定を行う構造となっている。   In FIG. 1, a radial fan 10 is provided as a fan for cooling the motor housing at the shaft end portion of the motor with which the brush tip portion comes into contact. The radial fan 10 is fixed to a shaft portion having a structure that protrudes from the end bracket portion of the motor shaft 19 to the non-output side, and is rotatably held by a bearing 13 that constitutes a bearing disposed on the end bracket 12. . The radial fan 10 is fixed to the shaft by having a key groove in a part of the rotation direction of the shaft, and inserting the key 11 into the key groove portion so as not to slide in the rotation direction. A cylindrical collar 9 is provided in the axial direction, and the collar 9 is fixed to an axial shaft by tightening the collar 9 with a hexagonal head or a screw 8 having a chamfered head on two sides. ing.

図2(c)に、ラジアルファンを軸へ取り付ける取付部であるネジ8の構造を示す。ネジ8の頭部分の軸方向端面は、平坦な面を有し、その面粗さは鏡面状態とする。また、このネジ頭は、真鍮など銅を含む合金で構成されている。この平坦面に前述のブラシ先端部が圧縮バネによって加圧されながら押しつけられる構造とし、その接触部は、回転摩擦が低い状態で摺動する構造とする。モータの軸19は、回転子20とキー溝を配置して回転方向に固定され、回転子押さえナット21によって軸方向に固定配置される。この実施例での回転子20は、バックヨーク23と永久磁石24を有する構造としている。   FIG. 2C shows the structure of the screw 8 which is an attachment portion for attaching the radial fan to the shaft. The axial end surface of the head portion of the screw 8 has a flat surface, and its surface roughness is a mirror surface state. The screw head is made of an alloy containing copper such as brass. The brush tip is pressed against the flat surface while being pressed by a compression spring, and the contact portion is configured to slide with low rotational friction. The shaft 19 of the motor is fixed in the rotational direction by arranging a rotor 20 and a key groove, and is fixedly arranged in the axial direction by a rotor holding nut 21. The rotor 20 in this embodiment has a structure having a back yoke 23 and a permanent magnet 24.

以上の構造により、軸電圧が発生した場合においても、軸からファン締結用ネジ、および、ブラシ、ピグテールを介して金属製ファンカバー、ファンカバーの取付ボルト、ケースハウジングと導電部材を介して電流が接地電位方向に流れるため、ベアリング油膜を破壊する軸受電食の発生を抑えることができる。   With the above structure, even when shaft voltage is generated, current flows from the shaft through the fan fastening screw, brush, pigtail, metal fan cover, fan cover mounting bolt, case housing, and conductive member. Since it flows in the direction of the ground potential, it is possible to suppress the occurrence of bearing electrolytic corrosion that destroys the bearing oil film.

図3に、本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機のモータ構造の斜視図を示す。アキシャルギャップ型永久磁石同期電動機は、軸方向中央部に配置される一つの固定子30と、その軸方向両端部に配置され、固定子と円形の面で対抗した磁石面を有する回転子20を有する構造となっている。   FIG. 3 is a perspective view of the motor structure of the axial gap type permanent magnet synchronous motor of this embodiment. The axial gap type permanent magnet synchronous motor includes a single stator 30 disposed in the axial center portion and a rotor 20 disposed at both axial end portions thereof and having a magnet surface opposed to the stator by a circular surface. It has a structure.

回転子20は、磁性体で構成される回転子ヨーク22に円環状の永久磁石24を接着剤などの固定方法を用いて一体として構成される。永久磁石24は、円環状の一体リング磁石を用いても良いが、大きさの関係上などで製作が困難な場合は、複数に分割された磁石を組み合わせて円環状として使用しても良い。   The rotor 20 is formed integrally with a rotor yoke 22 made of a magnetic material by using an annular permanent magnet 24 using a fixing method such as an adhesive. The permanent magnet 24 may be an annular integral ring magnet. However, if it is difficult to manufacture the permanent magnet 24 due to its size, a plurality of divided magnets may be combined to be used as an annular shape.

また、この永久磁石24は、周方向にN極とS極が互い違いに配置されるように着磁されて構成される。その極数は、図3で示す本実施例では14極である場合を示している。一極あたりの形状は、周方向に等角度、同一断面積となるよう、扇形での形状となる。本実施例では、扇形の開き角度は、360/14度で約25.7度となっている。   In addition, the permanent magnet 24 is configured to be magnetized so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction. In this embodiment shown in FIG. 3, the number of poles is 14. The shape per pole is a sector shape so as to have the same cross-sectional area at the same angle in the circumferential direction. In this embodiment, the fan-shaped opening angle is 360/14 degrees, which is about 25.7 degrees.

通常、3相の永久磁石同期電動機では、モータの回転子の極数と固定子極(スロット)の関係は、2:3となることが一般的である。磁石モータの1極対は磁石のN極とS極が一つの対となって構成される。3相モータの場合は、この1対の極対の中に、3相分の巻線が配置される構成となるため、2つの磁石極と3つの固定子極の関係となる。本実施例では、固定子極数が12と12スロットでありながら、磁石極が14極として構成しており、固定子へのアモルファス金属適用による鉄損低減が期待できるため、多極化が実現できる構成である。また、多極化することにより、誘起電圧定数(トルク定数)の増加が見込まれる。このような組合せは他にも複数あり、12スロットの場合に、2:3の関係では8極となるところを、10極も採用することができる。スロット数が9の場合には、本来6極であるところを、8極、10極の採用が可能である。   In general, in a three-phase permanent magnet synchronous motor, the relationship between the number of rotor poles of the motor and the stator poles (slots) is generally 2: 3. One pole pair of the magnet motor is constituted by a pair of the N pole and S pole of the magnet. In the case of a three-phase motor, since the three-phase windings are arranged in this one pair of poles, there is a relationship between two magnet poles and three stator poles. In this embodiment, although the number of stator poles is 12 and 12 slots, the magnet poles are configured as 14 poles, and iron loss can be reduced by applying amorphous metal to the stator. It is. In addition, an increase in induced voltage constant (torque constant) is expected due to multipolarization. There are a plurality of other such combinations, and in the case of 12 slots, 10 poles can be adopted instead of 8 poles in a 2: 3 relationship. When the number of slots is 9, it is possible to adopt 8 poles and 10 poles instead of the originally 6 poles.

本実施例の回転子磁石では、フェライト焼結磁石を表面に配置する構造としている。この理由は、固定子と対抗する面を全て磁石として構成する表面磁石型を構成する場合、固定子巻線からの磁束や、固定子コアのスロット配置による高調波等によって磁石表面に渦電流の発生が問題となるために導電性金属磁石を採用すると効率を著しく低下させてしまうことが理由である。このため、本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の回転子磁石に採用できる磁石は、希土類ボンド磁石、フェライト焼結磁石、フェライトボンド磁石、フェライトゴム磁石などが適している。   In the rotor magnet of this embodiment, a ferrite sintered magnet is arranged on the surface. The reason for this is that when a surface magnet type in which all surfaces facing the stator are configured as magnets is formed, eddy currents are generated on the magnet surface due to magnetic flux from the stator windings, harmonics due to the slot arrangement of the stator core, etc. The reason for this is that the generation of the electromagnetism causes a problem that if the conductive metal magnet is employed, the efficiency is remarkably lowered. For this reason, rare earth bonded magnets, ferrite sintered magnets, ferrite bonded magnets, ferrite rubber magnets, and the like are suitable as the magnets that can be used for the rotor magnet of the axial gap type permanent magnet synchronous motor of this embodiment.

次に固定子の構造について図3を用いて説明する。図3の軸方向中央部に示す固定子は、周方向に扇形の断面を持つ固定子鉄心31を複数個、周方向に等間隔で配置する。その固定子鉄心31の周囲には、プラスチック、有機材料などの絶縁部材で構成される巻線ボビン33を配置し、その巻線ボビンの周囲を扇形鉄心の外周と相似の形状に導体を巻いた固定子巻線32が配置される形状となっている。巻線の導体の材質は通常は銅が使用されることが一般的であるが、アルミニウムなどの比重の軽い線材を使用することも可能である。その理由は、価格が安いことなどの効果があることに加え、固定子コアと巻線ボビン、巻線が周方向にばらばらになって配置されているため、これらを保持するのには、樹脂を含浸させて固定するモールドモータとする構造を採用するため、樹脂の接着強度で鉄心や巻線の自重を支えられるように軽量化することが必要となるからである。したがって、アルミニウムの導体にポリエステルやアミドイミド、ウレタンなどのエナメル被覆をコーティングしたアルミ導体エナメルマグネットワイヤなどの使用も効果的と考えられる。   Next, the structure of the stator will be described with reference to FIG. The stator shown in the axially central portion of FIG. 3 has a plurality of stator cores 31 having a sector cross section in the circumferential direction and arranged at equal intervals in the circumferential direction. A winding bobbin 33 made of an insulating member such as plastic or organic material is disposed around the stator core 31, and a conductor is wound around the winding bobbin in a shape similar to the outer periphery of the fan-shaped core. The shape is such that the stator winding 32 is disposed. In general, copper is used as the material of the conductor of the winding, but it is also possible to use a light wire with a specific gravity such as aluminum. The reason is that, in addition to the effects such as low price, the stator core, winding bobbin, and winding are arranged separately in the circumferential direction. This is because it is necessary to reduce the weight so that the weight of the iron core and the winding can be supported by the adhesive strength of the resin in order to adopt the structure of the mold motor that is fixed by impregnating the wire. Therefore, it is considered effective to use an aluminum conductor enamel magnet wire or the like in which an aluminum conductor is coated with an enamel coating such as polyester, amideimide or urethane.

個々の固定子鉄心31の周囲に巻線された固定子巻線32は、巻き始めと巻き終わりの線があるため、図1に示した固定子鉄心の数12個では、24本の端末線が引き出される。そのまま、24本引き出し線として処理しても良いのであるが、後の接続処理を考えるとなるべく少ない数が望ましい。本実施例では、巻線の巻線2個を連続で巻線することによって、隣り合う2個の巻線から引き出し線を2本としている例を図示している。このため、最終的に引き出される線は12本となっている。引き出された線は、通常は、細い導体をより線として構成されるビニル被覆電線36と接続してモータの端子箱に結線される。モータ巻線のマグネットワイヤとビニル被覆電線36の接続には、リングスリーブ35を採用し、カシメ、溶接などによりそれぞれの線をリングスリーブ35に接続する構造としている。接続後は、その接続箇所の被覆がむき出しになっている箇所に絶縁物を塗布し、空気や水分と導体部が触れない構造としている。   Since the stator winding 32 wound around the individual stator cores 31 has winding start and end winding lines, the number of stator cores 12 shown in FIG. 1 includes 24 terminal wires. Is pulled out. Although it may be processed as 24 lead lines as it is, it is desirable that the number is as small as possible in view of subsequent connection processing. In the present embodiment, an example in which two lead wires are formed from two adjacent windings by continuously winding two windings of the winding is illustrated. For this reason, there are 12 lines finally drawn. The drawn wire is usually connected to a motor terminal box by connecting a thin conductor with a vinyl-coated electric wire 36 constituted by a stranded wire. A ring sleeve 35 is used to connect the magnet wire of the motor winding and the vinyl-coated wire 36, and each wire is connected to the ring sleeve 35 by caulking, welding, or the like. After the connection, an insulating material is applied to a portion where the covering of the connection portion is exposed so that air, moisture and the conductor portion do not touch each other.

次に固定子鉄心の構造とその製作方法について図4を用いて説明する。固定子鉄心は、鉄基アモルファス金属箔帯を用いて構成するものである。これは、鉄基アモルファス金属の損失は、他の磁性材料に比べて大幅に低く、かつ、透磁率が高いためである。透磁率が高いことは、フェライト磁石のような比較的低い磁界強度しか得られない磁石を用いる場合であっても、他の磁性材料に比べると高い磁束密度を得られることを意味する。鉄基のアモルファス金属の他にこのような透磁率の高い材料として、パーメンジュール、鉄基のナノクリスタル金属のような材料も適用効果があると考えられる。このような材料は、比較的板厚が薄く、金属自体の硬度が高いために、加工が困難であり、従来のモータなどへの応用が困難である。
そこで、その鉄心を図4(a)に示すような構造として比較的容易に作成できるようにした。図3で示したような断面が扇形となる鉄心を得るために、幅方向を一定の幅とする鉄基アモルファス金属箔帯を図4(a)の図面下部の方から徐々に幅が広くなっていき、最終部では少し切断幅を狭く戻してその形を形成する構造とする。この積み重ねたアモルファス箔帯は、このままではばらばらであるため、図4(b)に示す形状の巻線を巻くための絶縁性の巻線ボビン33の中に挿入して保持することで固定子鉄心として構成する。
Next, the structure of the stator core and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIG. The stator core is configured using an iron-based amorphous metal foil strip. This is because the loss of the iron-based amorphous metal is significantly lower than that of other magnetic materials and the magnetic permeability is high. High magnetic permeability means that a high magnetic flux density can be obtained compared to other magnetic materials even when using a magnet that can obtain only a relatively low magnetic field strength such as a ferrite magnet. In addition to the iron-based amorphous metal, a material such as permendur and iron-based nanocrystal metal is considered to have an application effect as a material having such a high magnetic permeability. Such a material is relatively thin and the metal itself has a high hardness, so that it is difficult to process and difficult to apply to a conventional motor or the like.
Therefore, the iron core can be made relatively easily as a structure as shown in FIG. In order to obtain an iron core having a fan-shaped cross section as shown in FIG. 3, the width of the iron-based amorphous metal foil strip having a constant width direction gradually increases from the lower part of FIG. 4 (a). In the final part, the cutting width is slightly narrowed to form the shape. Since the stacked amorphous foil strips are separated as they are, the stator core is inserted and held in the insulating winding bobbin 33 for winding the winding having the shape shown in FIG. Configure as.

次にモータの固定子、回転子とケースハウジングの関係を図5を用いて説明する。ケースハウジング40は基本的に円筒の形状となる。その円筒内側に固定子30と回転子20を配置する構造となる。固定子30は、ケースハウジング40の軸方向中央部に配置され、ケースハウジング40と固定子鉄心31、固定子巻線32、巻線ボビン33の間の空間を埋めるように絶縁樹脂が充填されて一体のケース付き固定子となる。固定子30は樹脂の接着強度で保持されるのであるが、この樹脂が経年劣化などでわずかな重量減少を引き起こした場合にも、固定子がケースから外れることが無いように、ケースハウジング40の内側には段差を設けて固定子の軸方向に外れない、また、回転方向一部に切り欠きなどの溝、または突起を設け、回転方向にも回転しないような構造とする。
巻線からの発熱は樹脂を介してケースハウジング40に伝わり、伝熱してモータが冷却されるので、樹脂の厚みがあまり厚くならないようにすることが望ましい。また、冷却するためにケースハウジング40にフィン構造を追加して放熱面積を拡大し、外側空気との熱交換を向上させることも有効な手段となる。
Next, the relationship between the stator and rotor of the motor and the case housing will be described with reference to FIG. The case housing 40 basically has a cylindrical shape. The stator 30 and the rotor 20 are arranged inside the cylinder. The stator 30 is disposed at the axial center of the case housing 40 and is filled with an insulating resin so as to fill a space between the case housing 40 and the stator core 31, the stator winding 32, and the winding bobbin 33. It becomes a stator with an integrated case. Although the stator 30 is held by the adhesive strength of the resin, even if this resin causes a slight weight reduction due to aging or the like, the case housing 40 is prevented from being detached from the case. A step is provided on the inner side so that it does not come off in the axial direction of the stator, and a groove or protrusion such as a notch is provided in a part of the rotational direction so that it does not rotate in the rotational direction.
Since the heat generated from the winding is transmitted to the case housing 40 through the resin, and the heat is transmitted to cool the motor, it is desirable that the thickness of the resin is not so thick. It is also effective to add a fin structure to the case housing 40 for cooling to increase the heat radiation area and improve heat exchange with the outside air.

以上、説明したように、本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機は、固定子鉄心に低損失な鉄基アモルファス箔帯を使用することで、モータの効率を高くすることができる。現在、産業用の誘導モータは、2次電流による2次銅損などが発生するため、効率は国際電気標準会議(IEC)で決められた規格値のIEコードでIE3のレベルまでしか対応できない。本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機では、磁石の渦電流は発生せず、鉄損、銅損とも低く抑えたモータを設計できるため、IEコードのIE4以上のモータ効率を実現することが可能となる。
以下に、本実施例の構成をまとめて言い換える。アキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の固定子鉄心を鉄基アモルファス金属で構成し、その固定子鉄心は、鉄基アモルファス金属箔帯を切断して積層するだけのシンプルな製造方法を用いて作成され、その固定子鉄心を保持する部材に保持される固定子鉄心構造を有する。
また、固定子巻線を構成する導体は、固定子鉄心の外周形状と相似形状の内周形状を有し、固定子鉄心と固定子巻線とケースハウジング内周部とを樹脂で一体化接着する構造とする。樹脂で接着する構造であるため、固定子巻線、固定子鉄心は、電気的に接合されない絶縁構造となる。
回転子は、固定子の軸方向二面が磁石と対抗する構造として配置し、ケースハウジングに結合された軸受保持エンドブラケットの軸受を介して回転可能に構成される。これらのモータとしての構造は、前述のケースハウジングと、軸方向両端部の軸受を保持するエンドブラケットで覆われる構造とし、固定子および回転子が全閉されて外部の雰囲気にさらされないような構成とする。これにより、ブラシの摺動による摩耗粉等の影響を避けることが出来る。
As described above, the axial gap type permanent magnet synchronous motor of the present embodiment can increase the motor efficiency by using a low-loss iron-based amorphous foil strip for the stator core. At present, industrial induction motors suffer from secondary copper loss due to secondary current, etc., so that the efficiency can be handled only up to IE3 level with the standard IE code determined by the International Electrotechnical Commission (IEC). In the axial gap type permanent magnet synchronous motor of the present embodiment, a motor can be designed in which no eddy current is generated in the magnet and both iron loss and copper loss are kept low. Therefore, motor efficiency higher than IE code IE4 can be realized. It becomes possible.
In the following, the configuration of the present embodiment will be rephrased collectively. The stator core of the axial gap type permanent magnet synchronous motor is made of iron-based amorphous metal, and the stator core is created using a simple manufacturing method that only cuts and laminates the iron-based amorphous metal foil strip, It has a stator core structure that is held by a member that holds the stator core.
The conductors that make up the stator winding have an inner peripheral shape that is similar to the outer peripheral shape of the stator core, and the stator core, the stator winding, and the inner periphery of the case housing are integrally bonded with resin. Structure. Since the structure is bonded with resin, the stator winding and the stator core have an insulating structure that is not electrically joined.
The rotor is arranged as a structure in which two axial surfaces of the stator are opposed to the magnet, and is configured to be rotatable through a bearing of a bearing holding end bracket coupled to the case housing. The structure of these motors is such that the case housing and the end bracket that holds the bearings at both ends in the axial direction are covered, and the stator and rotor are fully closed so that they are not exposed to the external atmosphere. And Thereby, the influence of the abrasion powder etc. by sliding of a brush can be avoided.

さらに、回転子軸の出力側は、通常のモータのようにトルクに応じた既定の軸径の軸が出力軸として突出する構造とする。また、反出力側は、同様に回転子の軸から後端部軸受保持エンドブラケットの外に軸が突出する構成として、その突出軸には、送風用のファンを取り付ける構造とする。そのファン形状は、軸方向後ろ側から吸気した空気を径方向に流すラジアルファン形状を採用し、径方向に流れた空気を軸方向に送るために設けられたファンカバーで覆われる構造とする。   Further, the output side of the rotor shaft has a structure in which a shaft having a predetermined shaft diameter corresponding to the torque projects as an output shaft as in a normal motor. Similarly, the non-output side is configured such that the shaft projects from the rotor shaft to the outside of the rear end bearing holding end bracket, and a fan for blowing air is attached to the projecting shaft. The fan shape adopts a radial fan shape in which air sucked from the rear side in the axial direction flows in the radial direction, and is configured to be covered with a fan cover provided to send the air flowing in the radial direction in the axial direction.

ファンの取付部であるネジの軸後端部は、銅を含む合金で構成し、その軸方向端面を鏡面加工でできるだけ凹凸の無い状態とする。ファンカバーの中央部には、炭素を含む材料のブラシを保持するブラシホルダを配置し、その中にバネによって軸方向に移動可能でかつ、モータの軸端部に向かって押付け力を有するブラシが配置されて、その先端は軸端部の銅を含む合金部に接触する構造とする。   The axial rear end portion of the screw, which is the mounting portion of the fan, is made of an alloy containing copper, and the axial end surface thereof is made as uneven as possible by mirror finishing. A brush holder that holds a brush made of a carbon-containing material is disposed at the center of the fan cover, and a brush that is movable in the axial direction by a spring and has a pressing force toward the shaft end of the motor. The tip is arranged so that the tip contacts the alloy part containing copper at the shaft end.

以上のように、本実施例によれば、アキシャルギャップモータで、固定子巻線と回転子磁石、回転子鉄心の対向面積が大きく、また、そのギャップ距離が小さくて、固定子巻線と回転子間の静電容量が大きくなる場合において、コモンモード電圧に同期した軸電圧が高くなる状況下においても、その軸電圧が発生した瞬間に、ブラシからファンカバー、ケースハウジングを介して接地電位に電流を流して軸電圧を接地電位とすることができるため、軸受部での油膜部分の絶縁耐力が低くても、軸受電食を発生させないという効果が得られる。
この際、アキシャル型モータにおいては、軸電圧が数十ボルト発生するため、接触抵抗が小さくても、ブラシ接触部に確実に電流が流れることになるため、ブラシの接触面積は小さくてよく、また、接触圧力も低くすることができる。また、抵抗値は高いが摩耗量が少ないカーボンブラシでも構成することができる。このため、産業用のモータ寿命に関しても交換を行うことなく寿命を全うできる製品の構成が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in the axial gap motor, the facing area between the stator winding, the rotor magnet, and the rotor core is large, and the gap distance is small, so that the stator winding and the rotation are rotated. Even when the shaft voltage synchronized with the common mode voltage increases when the capacitance between the children increases, at the moment when the shaft voltage is generated, the brush goes to the ground potential via the fan cover and case housing. Since the shaft voltage can be set to the ground potential by supplying a current, the effect of preventing the occurrence of electrolytic corrosion of the bearing can be obtained even if the dielectric strength of the oil film portion in the bearing portion is low.
At this time, in the axial type motor, the shaft voltage is generated by several tens of volts, so even if the contact resistance is small, the current surely flows to the brush contact portion, so the contact area of the brush may be small, The contact pressure can also be lowered. Further, a carbon brush having a high resistance value but a small amount of wear can be used. For this reason, it is possible to construct a product that can achieve the life of an industrial motor without replacement.

また、ファンカバーの中央部に配置するブラシホルダによって、周速度の小さい部分でのブラシ摺動となるため、ブラシの摩耗を軽減でき、また、銅と炭素の摺動により安定した接触状態を長期間にわたり維持することが可能となるため、産業用途の製品寿命や、低コスト化を実現することが可能である。   In addition, the brush holder placed in the center of the fan cover enables brush sliding at low peripheral speeds, reducing brush wear and maintaining a stable contact state by sliding copper and carbon. Since it can be maintained over a period of time, it is possible to realize a product life for industrial use and cost reduction.

また、固定子に鉄基アモルファスを採用することでのモータ鉄心部分の低損失化が可能であり、低損失化によりモータの効率を高められることと、長寿命化が実現できる。   In addition, it is possible to reduce the loss of the motor core by adopting an iron-based amorphous material for the stator, so that the motor efficiency can be improved and the service life can be increased by the reduction of the loss.

以上のように、本実施例では、アキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の軸電圧低減対策を実現でき、高効率、かつ、高信頼性(寿命向上)を実現するとともに、構造を複雑にせず低価格な構成とし、低コストで高効率な回転電機を提供することが出来る。   As described above, in this embodiment, it is possible to realize a shaft voltage reduction measure for the axial gap type permanent magnet synchronous motor, to realize high efficiency and high reliability (lifetime improvement), and at a low price without complicating the structure. Therefore, it is possible to provide a rotary electric machine with low cost and high efficiency.

図12を用いて実施例2について説明する。図12は、本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の軸後端部に配置されるブラシとブラシホルダの位置関係を示す図である。図12(a)がモータの軸後端部の拡大図、図12(b)が軸後端部追加シャフト25の図、図12(c)がブラシと軸後端部追加シャフト25の関係を示す図、図12(d)がブラシホルダ27を示す図である。   Example 2 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram showing a positional relationship between the brush and the brush holder arranged at the rear end portion of the axial gap type permanent magnet synchronous motor of the present embodiment. 12A is an enlarged view of the shaft rear end portion of the motor, FIG. 12B is a view of the shaft rear end additional shaft 25, and FIG. 12C shows the relationship between the brush and the shaft rear end additional shaft 25. FIG. 12 (d) is a diagram showing the brush holder 27.

図12(a)に示すように、アキシャルギャップ型永久磁石同期電動機の後端部シャフトの先端部分中央には、軸穴加工、または、ネジ穴を配置する構造とし、その穴部に、図12(b)に示すような軸後端部追加シャフト25を圧入、またはネジ締結によって固定配置する。この軸後端部追加シャフト25は、真鍮など、Cuを含む合金で構成され、シャフト表面は、表面粗さが0.3以上の鏡面加工されるシャフトである。このシャフトの周方向面に対して、図12(c)に示すように、180度対向させて2つのブラシ26が接触するように配置され、そのブラシ26は、例えば図12(d)に示すようにブラシホルダ27によって保持される構造とする。ブラシホルダ27は、ブラシの外周面を覆う部分を有し、径方向にブラシが摺動可能に保持できる構造となる。その摺動可能なブラシ26を、ブラシホルダ中心部に向かって押しつけるような力が働くように、バネ61を配置し、そのバネによってブラシ26が、前述の軸後端部シャフト25に向かって押しつけられて配置される構造となる。このブラシホルダ27は、ネジ穴60などを利用して、ファンカバー1に取り付けられる構造となっている。
実施例1で示した構造では、ブラシとの摺動面が軸の中央部分であるために、摩擦部分が小さく、摩耗が少ないが、第2の実施例では、ある程度シャフトを細くしたり、押付けのためのバネ力を弱くしたりしても、実施例1よりは摩耗が発生しやすいと考えられる。しかし、本実施例におけるブラシホルダ27は、ファンカバーへの取付構造が容易で、ネジだけでブラシホルダ27毎の取り換えが容易な構造としている。また、ブラシホルダは、導電性の金属材料で構成することにより、実施例1のようなブラシから接続されるピグテールをアース電位の部品に接続する手間を無くすことができる。
As shown in FIG. 12 (a), a shaft hole machining or a screw hole is arranged at the center of the front end portion of the rear end shaft of the axial gap type permanent magnet synchronous motor. The shaft rear end additional shaft 25 as shown in (b) is fixedly arranged by press-fitting or screw fastening. The shaft rear end additional shaft 25 is made of an alloy containing Cu, such as brass, and the shaft surface is a mirror-finished shaft having a surface roughness of 0.3 or more. As shown in FIG. 12C, the two brushes 26 are arranged so as to be opposed to each other by 180 degrees with respect to the circumferential surface of the shaft, and the brushes 26 are, for example, shown in FIG. Thus, the structure is held by the brush holder 27. The brush holder 27 has a portion that covers the outer peripheral surface of the brush, and has a structure in which the brush can be slidably held in the radial direction. A spring 61 is arranged so that a force that presses the slidable brush 26 toward the center of the brush holder is exerted, and the brush 26 presses against the shaft rear end shaft 25 by the spring. It becomes a structure arranged. The brush holder 27 is structured to be attached to the fan cover 1 using a screw hole 60 or the like.
In the structure shown in the first embodiment, since the sliding surface with the brush is the central portion of the shaft, the friction portion is small and wear is small. However, in the second embodiment, the shaft is somewhat narrowed or pressed to some extent. Even if the spring force for the above is weakened, it is considered that wear is more likely to occur than in the first embodiment. However, the brush holder 27 in the present embodiment is easy to attach to the fan cover, and can be easily replaced for each brush holder 27 only with screws. Further, the brush holder is made of a conductive metal material, so that it is possible to eliminate the trouble of connecting the pigtail connected from the brush as in the first embodiment to the ground potential component.

図13を用いて実施例3について説明する。本実施例では、ブラシの磨耗粉対策構造を施した例を示す。図13(a)がモータの軸後端部の拡大図、図13(b)がブラシホルダを示す図である。図13(a)において、ブラシホルダの内周部に、リング状のシール材63を配置し、その磨耗粉が、ブラシホルダの外に排出しないように構成することが可能となる。シール材63は、実施例1においても配置の仕方を変更することで適用可能である。このシール材によって磨耗粉はブラシホルダの内部にブラシ摺動面隙間部に保持される構造となるため、充分な隙間を配置するか、Oリングなどのシール材で囲まれる領域に溜まったブラシ粉を保持するための領域(たとえば穴64など)を設ける構造とする。これにより、ブラシの磨耗粉が、ブラシ摺動面に入りこんで、摺動を阻害して接触しなくなるなどの不具合を防止することができる。   Example 3 will be described with reference to FIG. In this embodiment, an example in which a brush wear powder countermeasure structure is applied is shown. FIG. 13A is an enlarged view of the rear end portion of the shaft of the motor, and FIG. 13B is a view showing the brush holder. In FIG. 13 (a), it is possible to arrange a ring-shaped sealing material 63 on the inner peripheral portion of the brush holder so that the wear powder is not discharged out of the brush holder. The sealing material 63 can also be applied to the first embodiment by changing the arrangement. Because this sealant has a structure in which the wear powder is held in the brush sliding surface gap inside the brush holder, either a sufficient gap is placed or the brush powder collected in the area surrounded by the seal material such as an O-ring It is set as the structure which provides the area | region (for example, the hole 64 etc.) for holding. As a result, it is possible to prevent problems such as the abrasion powder of the brush penetrating into the brush sliding surface, hindering the sliding and not contacting.

図11に、本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機を産業用途に応用した例を示す。
産業用途のモータは比較的容量が大きく、電力使用量が大きいため、その省エネ効果も大きい。本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機は前述したとおり、IECのIEコードのIE4以上を実現できるため、その電力使用量低減効果が大きい。また、ポンプ、ファンなどは薄型化が望まれているため、設置面積の縮小にも貢献できる。図11(a)は薄型ポンプ45と本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機50を実装した産業用ポンプを示す。図11(b)は本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機50と薄型ファン46を構成する場合の模式図を示す。また、薄形が望まれる用途として、エレベータの巻上機がある。図11(c)に巻上機の例を示す。ロープを巻きつけるシーブからなる巻上機47とアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機50とが薄く構成される必要があるため、本実施例のアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機が適している。
FIG. 11 shows an example in which the axial gap type permanent magnet synchronous motor of this embodiment is applied to an industrial application.
Motors for industrial use have a relatively large capacity and a large amount of power consumption, so the energy saving effect is also great. As described above, since the axial gap type permanent magnet synchronous motor of the present embodiment can realize IE4 or more of the IEC IE code, its power consumption reduction effect is great. In addition, since pumps, fans, and the like are desired to be thin, they can contribute to a reduction in installation area. FIG. 11A shows an industrial pump in which the thin pump 45 and the axial gap type permanent magnet synchronous motor 50 of this embodiment are mounted. FIG. 11B is a schematic diagram when the axial gap type permanent magnet synchronous motor 50 and the thin fan 46 of the present embodiment are configured. Moreover, there is an elevator hoisting machine as an application where a thin shape is desired. FIG. 11C shows an example of a hoisting machine. Since the hoisting machine 47 made of a sheave for winding the rope and the axial gap type permanent magnet synchronous motor 50 need to be thinly formed, the axial gap type permanent magnet synchronous motor of this embodiment is suitable.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1…ファンカバー、 2…ブラシホルダ、 3…ブラシ、 4…ピグテール、 5…丸型圧着端子、 6…皿ネジ、 7…圧縮バネ、 8…ネジ、 9…ファン押さえカラー、10…ラジアルファン、11…キー、12…エンドブラケット、13…ベアリング、15…セレーション溝、16…切り欠き溝、17…ネジ穴、18…ブラシ保持溝、19…シャフト(軸)、20…回転子、21…回転子押さえナット、 22…回転子ヨーク、23…バックヨーク、24…永久磁石 30…固定子、 31…固定子鉄心、 32…固定子巻線、 33…巻線ボビン、 34…接続亘り線、 35…リングスリーブ、36…ビニル被覆電線、40…ケースハウジング、45…ポンプ、46…ファン、47…巻上機、50…アキシャルギャップ型永久磁石同期電動機。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fan cover, 2 ... Brush holder, 3 ... Brush, 4 ... Pigtail, 5 ... Round crimp terminal, 6 ... Flat head screw, 7 ... Compression spring, 8 ... Screw, 9 ... Fan holding collar, 10 ... Radial fan, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Key, 12 ... End bracket, 13 ... Bearing, 15 ... Serration groove, 16 ... Notch groove, 17 ... Screw hole, 18 ... Brush holding groove, 19 ... Shaft (axis), 20 ... Rotor, 21 ... Rotation Retainer retaining nut, 22 ... Rotor yoke, 23 ... Back yoke, 24 ... Permanent magnet 30 ... Stator, 31 ... Stator iron core, 32 ... Stator winding, 33 ... Winding bobbin, 34 ... Connection crossover wire, 35 ... Ring sleeve, 36 ... Vinyl-coated electric wire, 40 ... Case housing, 45 ... Pump, 46 ... Fan, 47 ... Hoisting machine, 50 ... Axial gap type permanent magnet synchronous motor .

Claims (5)

軸を中心に回転する2つの回転子と、
前記2つの回転子で前記軸の方向に挟むように配置された固定子と、
軸受と、
前記固定子を絶縁樹脂で固定するケースハウジングと、
前記軸受を保持し前記固定子および前記回転子を全閉するエンドブラケットと、
前記エンドブラケットの軸方向端部に配置されたファンと、
前記ファンの軸方向端面と接触するブラシと、を有し、
前記ファンの軸方向端面は銅を含む合金で構成され、
前記ブラシは炭素を含み、
さらに前記ファンの軸方向端面に前記ブラシを加圧する加圧機構を有し、
前記ブラシを保持するブラシホルダは、前記ブラシに接続された接続線であるピグテールを摺動可能に保持する溝を設けている
ことを特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機。
Two rotors that rotate about an axis;
A stator disposed so as to be sandwiched between the two rotors in the direction of the shaft;
A bearing,
A case housing for fixing the stator with insulating resin;
An end bracket that holds the bearing and fully closes the stator and the rotor;
A fan disposed at an axial end of the end bracket;
A brush in contact with the axial end surface of the fan,
An axial end face of the fan is made of an alloy containing copper,
The brush includes carbon;
Further have a pressing mechanism for pressing the brush in the axial direction end surface of said fan,
The axial gap type permanent magnet synchronous motor , wherein the brush holder for holding the brush is provided with a groove for slidably holding a pigtail which is a connection line connected to the brush .
軸を中心に回転する2つの回転子と、
前記2つの回転子で前記軸の方向に挟むように配置された固定子と、
軸受と、
前記固定子を絶縁樹脂で固定するケースハウジングと、
前記軸受を保持し前記固定子および前記回転子を全閉するエンドブラケットと、
前記エンドブラケットの軸方向端部に配置されたファンと、
前記ファンの軸方向端面と接触するブラシと、を有し、
前記ファンの軸方向端面は銅を含む合金で構成され、
前記ブラシは炭素を含み、
さらに前記ファンの軸方向端面に前記ブラシを加圧する加圧機構を有し、
前記ブラシを保持するブラシホルダは、前記ファンを保護する目的で取り付けられたファンカバーにネジによって保持される構造であり、前記ブラシに接続された接続線であるピグテールを介して前記ブラシとファンカバーが電気的に導通状態となるように接続されていることを特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機。
Two rotors that rotate about an axis;
A stator disposed so as to be sandwiched between the two rotors in the direction of the shaft;
A bearing,
A case housing for fixing the stator with insulating resin;
An end bracket that holds the bearing and fully closes the stator and the rotor;
A fan disposed at an axial end of the end bracket;
A brush in contact with the axial end surface of the fan,
An axial end face of the fan is made of an alloy containing copper,
The brush includes carbon;
Furthermore, it has a pressurizing mechanism that pressurizes the brush on the axial end surface of the fan,
The brush holder for holding the brush is structured to be held by a screw on a fan cover attached for the purpose of protecting the fan, and the brush and the fan cover via a pigtail that is a connection line connected to the brush. Are connected so as to be in an electrically conductive state , an axial gap type permanent magnet synchronous motor.
軸を中心に回転する2つの回転子と、
前記2つの回転子で前記軸の方向に挟むように配置された固定子と、
軸受と、
前記固定子を絶縁樹脂で固定するケースハウジングと、
前記軸受を保持し前記固定子および前記回転子を全閉するエンドブラケットと、
前記エンドブラケットの軸方向端部に配置されたファンと、
前記ファンの軸方向端面と接触するブラシと、を有し、
前記ファンの軸方向端面は銅を含む合金で構成され、
前記ブラシは炭素を含み、
さらに前記ファンの軸方向端面に前記ブラシを加圧する加圧機構を有し、
前記ブラシを保持するブラシホルダは、前記ファンを保護する目的で取り付けられたファンカバーと一体で形成される構造であり、前記ブラシに接続された接続線であるピグテールを介して前記ブラシとファンカバーが電気的に導通状態となるように接続されていることを特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機。
Two rotors that rotate about an axis;
A stator disposed so as to be sandwiched between the two rotors in the direction of the shaft;
A bearing,
A case housing for fixing the stator with insulating resin;
An end bracket that holds the bearing and fully closes the stator and the rotor;
A fan disposed at an axial end of the end bracket;
A brush in contact with the axial end surface of the fan,
An axial end face of the fan is made of an alloy containing copper,
The brush includes carbon;
Furthermore, it has a pressurizing mechanism that pressurizes the brush on the axial end surface of the fan,
The brush holder for holding the brush has a structure formed integrally with a fan cover attached for the purpose of protecting the fan, and the brush and fan cover are connected via a pigtail which is a connection line connected to the brush. Are connected so as to be in an electrically conductive state , an axial gap type permanent magnet synchronous motor.
軸を中心に回転する2つの回転子と、
前記2つの回転子で前記軸の方向に挟むように配置された固定子と、
軸受と、
前記固定子を絶縁樹脂で固定するケースハウジングと、
前記軸受を保持し前記固定子および前記回転子を全閉するエンドブラケットと、
前記エンドブラケットの軸方向端部に配置されたファンと、
前記ファンの軸方向端面と接触するブラシと、を有し、
前記ファンの軸方向端面は銅を含む合金で構成され、
前記ブラシは炭素を含み、
さらに前記ファンの軸方向端面に前記ブラシを加圧する加圧機構を有し、
前記ブラシを保持するブラシホルダは、前記ファンを保護する目的で取り付けられたファンカバーにネジによって保持される構造であり、かつ導電性の金属材料で構成されており、前記ブラシとファンカバーが電気的に導通状態となるように接続されていることを特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機。
Two rotors that rotate about an axis;
A stator disposed so as to be sandwiched between the two rotors in the direction of the shaft;
A bearing,
A case housing for fixing the stator with insulating resin;
An end bracket that holds the bearing and fully closes the stator and the rotor;
A fan disposed at an axial end of the end bracket;
A brush in contact with the axial end surface of the fan,
An axial end face of the fan is made of an alloy containing copper,
The brush includes carbon;
Furthermore, it has a pressurizing mechanism that pressurizes the brush on the axial end surface of the fan,
The brush holder for holding the brush is structured to be held by a screw on a fan cover attached for the purpose of protecting the fan, and is made of a conductive metal material. The brush and the fan cover are electrically connected. An axial gap type permanent magnet synchronous motor characterized by being connected so as to be electrically conductive .
軸を中心に回転する2つの回転子と、
前記2つの回転子で前記軸の方向に挟むように配置された固定子と、
軸受と、
前記固定子を絶縁樹脂で固定するケースハウジングと、
前記軸受を保持し前記固定子および前記回転子を全閉するエンドブラケットと、
前記エンドブラケットの軸方向端部に配置されたファンと、
前記ファンの軸方向端面と接触するブラシと、を有し、
前記ファンの軸方向端面は銅を含む合金で構成され、
前記ブラシは炭素を含み、
さらに前記ファンの軸方向端面に前記ブラシを加圧する加圧機構を有し、
前記ブラシを保持するブラシホルダは、前記ファンを保護する目的で取り付けられたファンカバーと一体で形成される構造であり、かつ導電性の金属材料で構成されており、前記ブラシとファンカバーが電気的に導通状態となるように接続されていることを特徴とするアキシャルギャップ型永久磁石同期電動機。
Two rotors that rotate about an axis;
A stator disposed so as to be sandwiched between the two rotors in the direction of the shaft;
A bearing,
A case housing for fixing the stator with insulating resin;
An end bracket that holds the bearing and fully closes the stator and the rotor;
A fan disposed at an axial end of the end bracket;
A brush in contact with the axial end surface of the fan,
An axial end face of the fan is made of an alloy containing copper,
The brush includes carbon;
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