JP2010115017A - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、固定子が有する磁心と回転子の磁性体板との間の距離（エアギャップ）を小さく抑えることが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。
【解決手段】本発明の１つの実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機は、回転子３０と、回転軸の方向にギャップを隔てて、回転子３０に対向配設された固定子１０，２０とを備える。回転子３０は、回転軸の周りで周方向に沿って環状に、且つ互いに離間して配置され、互いに異なる極性を呈する複数の磁石３２と、磁石３２の磁極面の少なくとも一方に設けられ、且つ少なくとも磁石３２に対して固定子側に設けられる磁性体板３３，３４と、磁性体板３３，３４の内周部及び外周部の一部を押さえる押さえ部３０１を磁性体板の固定子側に有するフレーム３５とを備え、固定子１０，２０が有する磁心１２，２２は、押さえ部３０１が設けられていない位置で磁性体板３３，３４と対向する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に係る発明である。

アキシャルギャップ型回転電機は、固定子と、この固定子の軸方向両側にエアギャップを介して配置された回転子とを備える回転電機である。このアキシャルギャップ型回転電機は、その構造から薄型化できる点や、磁極面積を大きくすることでトルク密度を向上できる点で他の構造の回転電機より望ましい。

このアキシャルギャップ型回転電機に関する技術については、特許文献１乃至４に開示されている。

特開２００７−８９２７０号公報 特開２００１−１３６７２１号公報 特開２００１−４６２８５号公報 特開平２−２６２８６３号公報

回転子には、回転軸の周方向に沿って環状に配置される磁石と、当該磁石の少なくとも一方の面に設けられる磁性体板とを保持する必要がある。特に、特許文献２に記載の回転子では、磁性体板に段差を設けて、当該段差とフレームとを嵌合することで磁石及び磁性体板をフレームに保持している。また、特許文献４では、磁性体板とフレームとを溶接することで保持している。

しかし、特許文献２のように磁性体板に段差を設けた場合、フレームと嵌合する部分の磁性体板の板厚が薄くなり強度が低下する問題があった。逆に、磁性体板に段差を設けない場合、固定子と対向するフレームの面を、磁性体板の面と同一平面上にすることができないため、回転子と固定子とのエアギャップが大きくなる問題があった。

また、特許文献４のように磁性体板とフレームとを溶接する場合、溶接する工程が必要となり生産コストが高くなる問題点がある。また、溶接により、磁性体板が歪んだり磁気特性が劣化したりする。

そこで、本発明は、固定子が有する磁心と回転子の磁性体板との間の距離（エアギャップ）を小さく抑えることが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。

上記課題を解決するため、この発明のアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、回転軸の方向にギャップを隔てて、回転子に対向配設された固定子とを備える。回転子は、回転軸の周りで周方向に沿って環状に配置され、周方向に沿って互いに離間し、いずれも所定の方向において互いに異なる極性を呈する複数の磁石と、回転軸の方向に位置する磁石の磁極面の少なくとも一方に設けられ、且つ少なくとも前記磁石（３２）に対して前記固定子側に設けられる磁性体板と、磁性体板の内周部及び外周部の一部を押さえる押さえ部を磁性体板の固定子側に有し、磁性体板及び磁石を保持するフレームとを備え、固定子が有する磁心は、回転軸に対する径方向において、押さえ部が設けられていない位置で磁性体板と対向する。

また、磁性体板は磁芯と対向する側で回転軸に垂直な平面を呈し、押さえ部は、当該平面で磁性体板の内周部及び外周部の一部を押さえても良い。

また、フレームは、磁石を回転軸の方向に投影した位置を避けて設けられても良い。

また、固定子の磁心は、回転子の磁性体板と対向する側に固定子の周方向に広がるツバ部を有しても良い。

また、磁心のツバ部は、押さえ部の厚みよりも厚くても良い。

また、押さえ部を有する面と反対側にあるフレームの面に設けられ、磁性体板及び磁石を押さえ部と共に挟持する板をさらに備えても良い。

また、２つのフレームを有し、一方のフレームの押さえ部と、他方のフレームの押さえ部とで磁性体板及び磁石を挟持しても良い。

このアキシャルギャップ型回転電機によると、回転子が、磁性体板の内周部及び外周部の一部を押さえる押さえ部を磁性体板の固定子側に有し、磁性体板及び磁石を保持するフレームを備え、固定子が有する磁心が、回転軸に対する径方向において、押さえ部が設けられていない位置で磁性体板と対向するので、固定子が有する磁心と回転子の磁性体板との間の距離（エアギャップ）を小さく抑えることができる。

また、磁性体板は磁芯と対向する側で回転軸に垂直な平面を呈し、押さえ部は、当該平面で磁性体板の内周部及び外周部の一部を押さえると、磁性体板及び磁石を保持する強度を確保できる。

また、フレームが、磁石を回転軸の方向に投影した位置を避けて設けられると、磁気回路に必要な部分にのみ磁石を設けることができ、材料を低減できるとともに、磁石と、固定子が有する磁心とを結ぶ磁路の間に導電体（フレーム）がないので、導電体に磁束が鎖交することにより発生する渦電流損がない。

また、固定子の磁心が、回転子の磁性体板と対向する側に固定子の周方向に広がるツバ部を有すると、磁心に巻回されたコイルを形成しやすくなる。

また、磁心のツバ部は、押さえ部の厚みよりも厚くすると、エアギャップを小さくしても、磁心に巻回されたコイルがフレームと接触することがない。

また、押さえ部を有する面と反対側にあるフレームの面に設けられ、磁性体板及び磁石を押さえ部と共に挟持する円盤状の鋼板をさらに備えることでも、生産コストを抑えつつ、回転子に磁性体板及び磁石を安定的に保持可能となる。

また、２つのフレームを有し、一方のフレームの押さえ部と、他方のフレームの押さえ部とで、磁性体板及び磁石を挟持することでも、生産コストを抑えつつ、回転子に磁性体板及び磁石を安定的に保持可能となる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０の分解斜視図を示している。ロータ３０は、界磁部３１と、フレーム３５ａと、フレーム３５ｂとを備え、回転軸(図示せず)を中心として回転可能である。なお、図１では、界磁部３１と、フレーム３５ａと、フレーム３５ｂとが回転軸に沿ってずれて示されている。

実施の形態１に係るアキシャルギャップ型モータの断面図を図１７に示す。図１７に示すアキシャルギャップ型モータ３は、回転軸４に固定されたロータ３０と、ロータ３０の軸方向両側にエアギャップを介して夫々対向する第１ステータ１０及び第２ステータ２０とを備えている。すなわちアキシャルギャップ型モータ３においては、ロータ３０が、軸方向両側から第１ステータ１０と第２ステータ２０とにより挟まれた状態で配置される。なお、第１ステータ１０及び第２ステータ２０の中央部は、回転軸４が貫通している。

第１ステータ１０は、バックヨーク１１と、そのバックヨーク１１のロータ３０側に立設されたティース１２と、ティース１２に巻回されたコイル１３とを有している。また、第２ステータ２０は、バックヨーク２１と、そのバックヨーク２１のロータ３０側に立設されたティース２２と、ティース２２に巻回されたコイル２３とを有している。バックヨーク１１，２１はいずれも円板形状を呈する。コイル１３，２３は三相コイルである。なお、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータ３では、第１ステータ１０及び 第２ステータ２０に三相のコイル１３，２３を設ける構成であったが、本発明に係るアキシャルギャップ型モータ３はこれに限られず、第１ステータ１０及び 第２ステータ２０のいずれか一方に三相のコイル１３，２３を設ける構成や第１ステータ１０又は 第２ステータ２のいずれかが設けられても良い。

次に、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０について、詳しく説明する。図２は、図１に示すロータ３０をＡ−Ａ面で切断した断面及びロータ３０に近接する位置での第１及び第２ステータ１０，２０の一部の断面を示す断面図である。各部の寸法は、説明の都合上デフォルメして描かれていて、実寸とは異なる。図２に示す界磁部３１は、磁石３２と、磁石３２に対して軸方向に積層する磁性体鉄心の一例としての磁性体板３３，３４とを有する。磁石３２は、軸方向両側に互いに異なる極性を呈する第１磁極面及び第２磁極面を有する。例えば、第１磁極面はＮ極を呈し、第２磁極面はＳ極を呈する。また、磁石３２は磁性体板３３,３４のそれぞれに挟まれ、磁石３２及び磁性体板３３,３４が回転軸方向に対して積層されている。

磁石３２には、磁束密度を大きくするため、焼結された希土類磁石を採用することが望ましい。この場合、希土類磁石、特に焼結した磁石は導電率が高く、渦電流損が生じやすいが、磁性体板３３，３４に、希土類磁石に比べて導電率の小さい磁性材を用いることで、渦電流損の発生を抑制することができる。特に、ＰＷＭ制御のキャリア成分の磁束の変化による渦電流損を低減できる。磁性体板３３,３４には、磁気的に等方性を有する圧粉磁心を採用すること、特に圧粉鉄心を採用することにより、磁性体板３３,３４で渦電流損が生じにくくできる。

磁性体板３３,３４は、例えば、接着剤等を用いて磁石３２に固定しても良い。接着剤には、磁性材から成るものを採用することが望ましい。磁性材からなる接着剤を用いることにより、磁性体板３３,３４と、磁石３２との間の接着剤層の厚みを低減したことによる磁気特性の低下を補うことができる。

そして、本実施の形態に係るロータ３０は、図２に示すようにフレーム３５ａ，３５ｂには、図１に示すように内周部及び外周部にツバ部（押さえ部）３０１を設けている。実際、ツバ部３０１は、強度が確保される範囲で薄くてよい。このツバ部３０１は各界磁部３１の端部を押さえ、各界磁部３１（積層された磁石３２及び磁性体板３３,３４）を挟み込むことで、磁石３２及び磁性体板３３,３４をフレーム３５ａ，３５ｂに保持している。さらに、本実施の形態では、周方向についてフレーム３５ａ，３５ｂのツバ部３０１が設けられていない位置に、第１ステータ１０に設けたティース１２及び 第２ステータ２０に設けたティース２２を対向配置させている。

ここで、ティース１２について詳しく説明すると、ティース１２は、図３に示す形状をしており、ステータツバ１２ａと、巻き線が巻回される三角柱１２ｂとを備えている。そして、ティース１２は、図２に示すようにステータツバ１２ａ側が磁性体板３３に対向配置され、ステータツバ１２ｃがバックヨーク１１（図１７参照）に固定される。また、ステータツバ１２ａの厚みは、フレーム３５ａに設けたツバ部３０１の厚みよりも大きい。これにより、三角柱１２ａに巻回されたコイル１３（図１７参照）が、図２に示すように巻き線が巻回される三角柱１２ｂの径方向に内側及び外側に設けられるが、フレーム３５ａに接触することがない。なお、ティース２２も、ティース１２と同様の構成であるので詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係るロータ３０は、図２に示すように磁性体板３３,３４に段差や傾斜を設けていない。一方、図１８に示す一般的なロータ３０では、磁性体板３３,３４に傾斜を設け、当該傾斜にフレーム３５ａ，３５ｂを嵌合させて磁石３２及び磁性体板３３,３４をフレーム３５ａ，３５ｂに保持している。図１８に示すロータ３０では、磁性体板３３,３４に当該傾斜を設けることで、フレーム３５ａの第１ステータ１０側の面３５１と磁性体板３３の第１ステータ１０側に最も近接する面３３２とを同一平面上にして、ティース１２と磁性体板３３とのエアギャップを小さく抑えている。フレーム３５ｂ、磁性体板３４、ティース２２についても同様である。

しかし当該傾斜部分は他の部分より薄くなっており強度が低くなる。そのため、図１８に示すロータ３０を駆動してフレーム３５ａ，３５ｂと磁性体板３３,３４の傾斜部分との間に強い力が働いた場合、当該傾斜部分が破損して安定して保持できなくなる場合が考えられる。

しかし、本実施の形態に係るロータ３０では、図２に示すように磁性体板３３,３４に段差や傾斜を設けずに、磁石３２及び磁性体板３３,３４をフレーム３５ａ，３５ｂで保持しているので、界磁部３１を安定して保持できる。このような態様では、磁性体板３３のティース１２と対向する面は押さえ部３０１によって押さえられる部分も含めて回転軸に垂直な平面となる。よって軸方向において、押さえ部３０１のコイル１３側端部は、ティース１２の界磁部３１側端部よりも界磁部３１から離れる。そこで、径方向において磁石３２及び磁性体板３３,３４を押さえているフレーム３５ａ，３５ｂのツバ部３０１を避けて、ティース１２，２２と磁性体板３３，３４とを対向させることで、ティース１２（より具体的にはステータツバ１２ａ）と界磁部１３との間の距離、いわゆるエアギャップを小さく抑えることができる。

次に、図１に示すように界磁部３１は、回転軸（図示せず）の周りで周方向に沿って環状に配置されると共に、周方向に沿って互いに離間して配置されている。このとき、磁石３２についてみれば、磁石３２も回転軸の周りで周方向に沿って環状に配置される。そして、周方向において互いに隣接する磁石３２は、互いに異なる極性を呈する。つまり、隣接する一方の磁石３２が軸方向の一方の側に第１磁極面を向けている場合、隣接する他方の磁石３２は同じ軸方向の一方の側には第２磁極面を向けている。軸方向の他方側においても同様である。

また、フレーム３５ａ，３５ｂは、非磁性体から成り、界磁部３１を保持する。フレーム３５ａ，３５ｂは、図１に示すように内周部と外周部とを接続するスポーク３６ａ，３６ｂを有しており、図１の例ではフレーム３５ａ，３５ｂそれぞれに対して６本のスポーク３６ａ，３６ｂを有している。そして、本実施の形態に係るロータ３０では、図１に示すように隣接する一対のスポーク３６ａ，３６ｂ間に１つの界磁部３１が保持されている。

さらに、フレーム３５ａ，３５ｂには、内周部及び外周部にフレーム３５ａ，３５ｂ同士を固定するためのボルト（図示せず）を通す孔が空いている。この孔にボルトを通してナット（図示せず）で止めることで、界磁部３１を挟んだフレーム３５ａ，３５ｂを固定できる。

（実施の形態２）
図１に示したロータ３０では、磁性体板３３,３４と同形の磁石３２を用いて、磁石３２と磁性体板３３,３４とを一緒にフレーム３５ａ，３５ｂで保持していた。しかし磁性体板３３，３４を設ける場合、これらが実質的に界磁部３１の磁極として機能するので、磁石３２をフレーム３５ａ，３５ｂにまで拡げて設ける必要はなく、かつ磁性体板３３，３４によって界磁部３１が保持される。そこで、本実施の形態に係るロータ３０では、図４に示すように、ティース１２，２２の直下に位置する部分にのみ磁石３２を設け、磁石３２の節約を図っている。なお、他の構成については、図２に示した構成と同じであるため、同じ構成要素については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図４に示すように、磁石３２をティース１２，２２の直下に位置する部分にのみ設けた場合は、何らかの方法で当該磁石３２の位置決めをしなければならない。この磁石３２の位置決めを行う方法の１つとして、図４に示すように磁石３２の周りにスペーサ３２０を設ける方法がある。また、図示していないが、磁性体板３３,３４に磁石３２の位置決め手段を設ける方法が考えられる。具体的には、磁性体板３３,３４に磁石３２の一部と嵌合する溝を備える位置決め手段が考えられる。

また、磁石３２の位置決め手段を、少なくともフレーム３５ａ，３５ｂ又はスポーク３６ａ，３６ｂに設けることが考えられる。具体的には、図５に、界磁部３１の平面図を示す。図５は、磁性体板３３側から界磁部３１を見た平面図である。図５に示す界磁部３１のように、磁性体板３３,３４に比べて、磁石３２の形状を径方向に短く、周方向に長くして、軸方向から見て周方向に磁性体３３，３４から長くなった磁石３２を、軸方向においてスポーク３６ａ，３６ｂで挟み位置決めする位置決め手段が考えられる。なお、フレームの界磁部収納用溝の形状は、磁性体板３３と磁石３２とをあわせて軸方向に投影した外形形状と等しい形状とする。別の位置決め手段としては、図６に示すように扇形の磁性体板３３,３４に対して内接するような形状に磁石３２を成形し、フレーム３５ａ，３５ｂ及びスポーク３６ａ，３６ｂに磁石３２を当接させて軸方向に垂直な面内での位置決めを行う位置決め手段が考えられる。フレームの界磁部収納用溝形状は、磁性体板３３の外形形状と等しい。

また、別の位置決め手段としては、図７に示すように磁性体板３３,３４に凹部３２１を設け、当該凹部３２１を含むＢ−Ｂ面での断面図である図８（ａ）に示すようにフレーム３５ａ，３５ｂに当該凹部３２１と嵌合する凸部３５５を設けている。なお、図８（ａ）に示す断面図では、図７では図示されていないフレーム３５ａ，３５ｂも図示している。凸部３５５は、図７及び図８（ａ）に示すように凹部３２１に対応する位置のフレーム３５ａのツバ部３０１とフレーム３５ｂのツバ部３０１との間に設けられている。図８（ｂ）に示す凹部３２１に対応しない位置のＣ−Ｃ面での断面図では、凸部３５５が設けられておらず、ツバ部３０１が磁性体板３３，３４を押さえている。なお、図８（ｂ）に示す断面図でも、図７では図示されていないフレーム３５ａ，３５ｂを図示している。図８（ａ）に示すように、当該凸部３５５と磁石３２とが接することで、磁石３２の径方向における位置決めを行う位置決め手段が考えられる。なお、磁石３２と当接する程度に軸方向に延在するのであれば、凸部３５５はフレーム３５ａ，３５ｂのいずれか一方にのみ設けられてもよい。あるいは内周側の凸部３５５と外周側の凸部とは、フレーム３５ａ，３５ｂに振り分けて設けられてもよい。

以上のように、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０では、ティース１２，２２の直下に位置する部分にのみ磁石３２を設けることで、磁石３２を節減できる。さらに、磁石と、固定子が有する磁心とを結ぶ磁路の間に導電体（フレーム）がないので、導電体に磁束が鎖交することにより発生する渦電流損がない。また、図５乃至図６等で示した磁石３２の位置決め手段を用いることで、磁気回路として最適な位置に磁石３２を位置決めできる。

なお、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータは、上述したロータ３０の構成以外は図１７に示す構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。

（実施の形態３）
本実施の形態に係るロータ３０は、基本的には図１に示すロータ３０と同じ構成であるが、スポーク３６ａ，３６ｂの構成が異なる。図９は、スポーク３６ａ，３６ｂが存在する位置での軸方向に平行な断面図である。図９において、スポーク３６ａ，３６ｂのＤ−Ｄ面の位置で切断した場合の本実施の形態に係るロータ３０の断面図の例を２つ、図１０（ａ）（ｂ）に示す。図１０に示された断面は、径方向から見た断面であり、ほぼ周方向に沿って拡がる断面である。また、図１０に示された断面では、ロータ３０に対して軸方向に対抗配置されるティース１２，２２の一部も図示されている。

まず、図１０（ａ）に示すスポーク３６ａ，３６ｂの軸方向の端面は、ティース１２，２２と対向する磁性体板３３,３４の面に対し軸方向内側に位置している。図１０（ａ）では、スポーク３６ａは磁性体板３３と比べてティース１２から遠い。またスポーク３６ｂは磁性体板３４と比べてティース２２から遠い。つまり、図１０（ａ）に示す構成では、スポーク３６ａ，３６ｂが磁性体板３３,３４よりも磁石３２側に退くので渦電流損を低減できる。

一方、図１０（ｂ）に示すスポーク３６ａ，３６ｂは、磁性体板３３,３４と接する部分の辺に面取り部３３１を形成している。図１０（ｂ）に示すスポーク３６ａ，３６ｂを採用するロータ３０は、スポーク３６ａの面取り部３３１が磁性体板３３と比べてティース１２から遠い。また、スポーク３６ｂの面取り部３３１が磁性体板３４と比べてティース２２から遠い。つまり、図１０（ｂ）に示す構成では、スポーク３６ａ，３６ｂと磁性体板３３,３４とが接する面に形成された面取り部３３１が磁性体板３３,３４よりも磁石３２側に退くので渦電流損を低減できる。なお、渦電流損の低減に主に寄与するのは、回転方向の進行側のスポーク３６ａ，３６ｂに形成された面取り部３３１であるため、少なくとも回転方向の進行側に面取り部３３１を設ければよい。

以上のように、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０では、図１０（ａ）（ｂ）に示すスポーク３６ａ，３６ｂの形状にすることで、スポーク３６ａ，３６ｂが磁性体板３３,３４よりも磁石３２側に退くので、ロータ３０に発生する渦電流損を低減できる。磁性体板３３，３４のスポークに接する面のうち、回転方向前進側の、エアギャップ付近からは、ステータに向って磁束が通る可能性がある。そこに導電体（フレーム）があると、渦電流が発生するが、本構成では、導電体がないので、渦電流損が提言できるためである。なお、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータは、上述したロータ３０の構成以外は図１７に示す構成と基本的に同じであるため、詳細な説明は省略する。

（実施の形態４）
本実施の形態に係るロータ３０は、図１１に示すように、ツバ部３０１を有するフレーム３５と、短絡鋼板３８とで界磁部３１を挟持する構成である。なお、短絡鋼板３８は、第２ステータ２０に、電機子としての機能よりも、第１ステータ１０とロータ３０との間の磁気吸引力を軽減するための機能が要求される場合に採用される（例えば第２ステータ２０にはコイルが巻回されない）。そして第２ステータ２０と回転子３０との間に働く磁気吸引力が、第１ステータ１０と回転子３０との間に働く磁気吸引力より強い場合に、第２ステータ２０と回転子３０との間に働く磁気吸引力を弱めるために採用される。

つまり、図１１に示すロータ３０は、フレーム３５の内周部及び外周部にツバ部３０１を設け、このツバ部３０１が各界磁部３１の図中上側の端部を押さえると共に、短絡鋼板３８が各界磁部３１の図中下側全面を押さえることで、各界磁部３１をフレーム３５の所定の位置で保持している。各界磁部３１は、図１１に示すように軸方向から見て相互に同形の磁石３２と磁性体板３３とで構成されている。また、図１１に示すロータ３０でも、実施の形態１と同じように、フレーム３５のツバ部３０１が設けられていない位置に、第１ステータ１０に設けたティース１２が対向配置されるように構成する。

また、図１１に示すロータ３０は、フレーム３５と短絡鋼板３８とがネジ３９を用いて固定される。そのため、フレーム３５には、ネジ３９に対応するネジ穴（図示せず）が設けられている。なお、フレーム３５にネジ穴を設ける代わりに、図１２のようにナット３０２をフレーム３５に設けた凹部３０３に格納する構成を採用しても良い。

以上のように、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０では、フレーム３５と、短絡鋼板３８とで界磁部３１を挟持する構成を採用しても、実施の形態１にかかるロータ３０と同様に、最適なエアギャップを確保しつつ、界磁部３１を安定して保持可能である。なお、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータは、上述したロータ３０の構成以外は図１７に示す構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、本実施の形態に係るロータ３０では、フレーム３５と、短絡鋼板３８とで界磁部３１を挟持する構成を示したが、本発明はこれに限られず、フレーム３５と共に界磁部３１を軸方向において挟持する板を用いることができる。例えば第２ステータ２０を設けない場合には当該板は一定の厚みを確保することで、界磁部３１に対するバックヨークとして機能してもよい。

（実施の形態５）
図１３（ａ）は、本実施の形態に係るロータ３０の分解斜視図で、図１３（ｂ）は、本実施の形態に係るロータ３０の完成斜視図である。実施の形態１乃至４で示されたロータ３０では、界磁部３１以外の磁性体板について言及していなかったが、本実施の形態に係るロータ３０は、界磁部３１以外に設けられ、軸方向には磁石と積層されないで、軸方向長さは、磁性体板３３と磁石３２を足した長さと等しい、磁性体板３００を更に有する。

具体的に、本実施の形態に係るロータ３０は、界磁部３１と、磁性体板３００と、フレーム３５と、短絡鋼板３８とを備え、回転軸(図示せず)を中心として回転可能である。なお、図１３（ａ）では、界磁部３１を構成する磁性体板３３及び磁石３２と、磁性体板３００と、フレーム３５と、短絡鋼板３８とが回転軸に沿ってずれて示されている。磁性体板３００は、いわゆるq軸インダクタンスを高くすることで、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差に起因して発生するリラクタンストルクを増す働きを有する。従って、適切な電流位相で駆動することにより、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを有効に利用でき、同じ電流でより高いトルクを実現することができる。

図１３（ａ）に示すように界磁部３１は、回転軸（図示せず）の周りで周方向に沿って環状に配置され、磁性体板３００は、界磁部３１を設けないスポーク３６の間に配置されている。そして、界磁部３１及び磁性体板３００のそれぞれは、周方向に沿って互いに離間し、その間にスポーク３６が配置されている。このとき、磁石３２についてみれば、磁石３２も回転軸の周りで周方向に沿って環状に配置される。そして、周方向において互いに隣接する磁石３２は、互いに異なる極性を呈する。つまり、隣接する一方の磁石３２が軸方向の一方の側に第１磁極面を向けている場合、隣接する他方の磁石３２は同じ軸方向の一方の側には第２磁極面を向けている。軸方向の他方側においても同様である。

また、図１３（ｂ）に示すロータ３０は、フレーム３５の内周部及び外周部にツバ部３０１を設け、このツバ部３０１が各界磁部３１及び各磁性体板３００の短絡鋼板３８と反対側（図中上側）の端部を押さえると共に、短絡鋼板３８が各界磁部３１及び各磁性体板３００の短絡鋼板３８側（図中下側）全面を押さえることで、各界磁部３１及び各磁性体板３００をフレーム３５の所定の位置で保持している。さらに、図１３（ｂ）に示すロータ３０でも、実施の形態１と同じように、フレーム３５のツバ部３０１が設けられていない位置に、第１ステータ１０に設けたティース１２が対向配置されるように構成する。なお、フレーム３５と短絡鋼板３８との固定方法は、上述の例以外にも実施の形態４で述べたネジ３９を用いる方法がある。

また、別の固定方法を用いたロータ３０のスポーク３６が存在する位置での軸方向に平行な面での断面図を図１５（ａ）（ｂ）に示す。図１５（ａ）に示すようにフレーム３５の外周部に突起部３０８を設け、当該突起部３０８に対応する短絡鋼板３８側に設けた孔に通し、図１５（ｂ）に示すように、当該突起部３０８を潰すこと（潰した後の突起部３０８ａ）で、フレーム３５と短絡鋼板３８とを固定する方法がある。なお、突起部３０８を潰して固定する場合、当該突起部３０８を潰しやすいようにフレーム３５の材料にはアルミを用いることが望ましい。

さらに、別の固定方法を用いたロータ３０の分解斜視図を図１６（ａ）に、当該ロータの３０短絡鋼板３８側から見た完成斜視図の一部を図１６（ｂ）にそれぞれ示している。図１６（ａ）に示すように、延在方向に垂直な断面形状がＴ字状の磁性体板３００をフレーム３５に設けたスポーク３６に嵌合させ、当該磁性体板３００を短絡鋼板３８に接合することで、フレーム３５と短絡鋼板３８とを固定する方法がある。なお、磁性体板３００と短絡鋼板３８との接合は、レーザ溶接を用いても、接着剤を用いても、ネジ等を用いても良い。図１６（ｂ）はレーザ溶接の例であり、短絡鋼板３８側にある２箇所のレーザ溶接痕３０７の場所で接合されている例である。これにより、磁性体板３００の幅広部と、短絡鋼板３８で、フレームと界磁部を挟み込み固定する形となる。

次に、本実施の形態に係るロータ３０の変形例として、図１４に示す構成が考えられる。図１４は、本変形例に係るロータ３０の分解斜視図である。図１４に示すロータ３０は、図１３（ａ）に示すロータ３０と異なり、外周側に開くＹ字形状を呈したスポーク３６にフレーム３５の外側から磁性体板３００を挿入する構成になっている。そのため、図１４に示す界磁部３１は、外周近傍が内側に面取りされた形状を呈し、当該面取りされた部分に磁性体板３００が配置できる。さらに、図１４に示すロータ３０では、磁性体板３００にネジ３９が通る孔が設けられている。そのため、短絡鋼板３８の下側からネジ３９で、短絡鋼板３８、磁性体板３００及びフレーム３５を固定することができる。なお、図１４では、フレーム３５側にナットを図示していないが、ネジ３９に対応するナットを設けても良いし、フレーム３５にネジ３９に対応するネジ穴を形成しても良い。

以上のように、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０では、磁性体板３００を有する構成以外は、基本的に実施の形態４に係るロータ３０と同じであるため、実施の形態４と同様の効果を有する。なお、本実施の形態で説明したロータ３０は短絡鋼板３０を用いる構成であったが、図１に示すロータ３０のように２つのフレーム３５ａ，３５ｂを用いる構成に対しても同様に磁性体板３００を設けても良い。また、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータは、上述したロータ３０の構成以外は図１７に示す構成と基本的に同じであるため、詳細な説明は省略する。

以上の種々の実施の形態は相互に独立することは前提とされない。換言すれば複数の実施の形態にかかるアキシャルギャップ形モータの構成は、それぞれの実施の形態にかかる構成を毀損しない限り自由に組み合わせられる。例えば実施の形態４においても、図５や図６を用いて説明された構成を併用することができる。

また、フレーム３５に対してツバ部３０１が別体となっていて、ネジ・溶接・接着等任意の接合手段で一体化されてなってもよい。

本発明の実施の形態１に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータ及びロータに近接する位置でのステータの一部の断面を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるティースの斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの断面図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられる界磁部の概略図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられる別の界磁部の概略図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられる別の界磁部の概略図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの断面図である。 本発明の実施の形態３に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータのスポークが存在する位置での軸方向に平行な断面図である。 本発明の実施の形態３に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの断面図である。 本発明の実施の形態４に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるフレームの斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るアキシャルギャップ型モータに用いられる別のロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータのフレームと短絡鋼板とを固定する方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態５に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータのフレームと短絡鋼板とを固定する別の方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１乃至５に係るアキシャルギャップ型モータの断面図である。 一般的なアキシャルギャップ型モータに用いられるロータ及びロータに近接する位置でのステータの一部の断面を示す図である。

符号の説明

３ アキシャルギャップ型モータ
４ 回転軸
１０ 第１ステータ
１１，２１ バックヨーク
１２，２２ ティース
１３，２３ コイル
２０ 第２ステータ
３０ ロータ
３１ 界磁部
３２ 磁石
３３，３４，３００ 磁性体板
３５ フレーム
３６ スポーク
３７，３５５ 凸部
３８ 短絡鋼板
３９ ネジ
３０１ ツバ部
３０２ ナット
３０３，３２１ 凹部
３０７ レーザ溶接痕
３０８ 突起部
３２０ スペーサ
３３１ 面取り部
３３２ 第１ステータ側に最も近接する面

Claims (7)

1. 回転軸を中心として回転自在に配設された回転子（３０）と、前記回転軸の方向にギャップを隔てて、前記回転子（３０）に対向配設された固定子（１０，２０）とを備えるアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記回転子（３０）は、
   前記回転軸の周りで周方向に沿って環状に配置され、前記周方向に沿って互いに離間し、いずれも前記所定の方向において互いに異なる極性を呈する複数の磁石（３２）と、
   前記回転軸の方向に位置する前記磁石（３２）の磁極面の少なくとも一方に設けられ、且つ少なくとも前記磁石（３２）に対して前記固定子側に設けられる磁性体板（３３，３４）と、
   前記磁性体板（３３，３４）の内周部及び外周部の一部を押さえる押さえ部（３０１）を前記磁性体板の前記固定子側に有し、前記磁性体板及び（３３，３４）前記磁石（３２）を保持するフレーム（３５）とを備え、
   前記固定子（１０，２０）が有する磁心（１２）は、前記回転軸に対する径方向において、前記押さえ部（３０１）が設けられていない位置で前記磁性体板（３３，３４）と対向することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記磁性体板（３３，３４）は前記磁芯（１２）と対向する側で前記回転軸に垂直な平面を呈し、
   前記押さえ部（３０１）は、前記平面で前記磁性体板（３３，３４）の内周部及び外周部の一部を押さえることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
3. 請求項１又は請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記フレーム（３５）は、前記磁石（３２）を前記回転軸の方向に投影した位置を避けて設けられることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記固定子（１０，２０）の前記磁心（１２）は、前記回転子（３０）の前記磁性体板（３３，３４）と対向する側に前記固定子の周方向に広がるツバ部（１２ａ）を有していることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
5. 請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記磁心（１２）の前記ツバ部（１２ａ）は、前記押さえ部（３０１）の厚みよりも厚いことを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記押さえ部（３０１）を有する面と反対側にある前記フレーム（３５）の面に設けられ、前記磁性体板及び（３３，３４）前記磁石（３２）を前記押さえ部（３０１）と共に挟持する板をさらに備えることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   ２つの前記フレーム（３５ａ，３５ｂ）を有し、
   一方の前記フレーム（３５ａ）の前記押さえ部（３０１）と、他方の前記フレーム（３５ｂ）の前記押さえ部（３０１）とで前記磁性体板（３３，３４）及び前記磁石（３２）を挟持することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。

Images