JP5311668B2 - アキシャルギャップ型モータ及びそのロータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータ及びそのロータ製造方法に関する。

従来、例えば、回転軸周りに回転可能なロータと、回転軸方向の少なくとも一方側からロータに対向配置されたステータとを備え、ロータの永久磁石による界磁磁束に対して、ステータを介した磁束ループを形成するアキシャルギャップ型モータが知られている。

このアキシャルギャップ型モータを構成するロータの製造方法としては、テープ状の電磁鋼板を捲回巻きした積層体によりヨーク部を構成したものが種々考案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。図１４に示すように、特許文献１に記載のアキシャルギャップ型モータでは、テープ状の電磁鋼板を捲回した積層体によってヨーク部１０２を構成し、この積層体に形成された開口１０３に磁石１０４が収容されている。

特開２００６−１６６６３５号公報（第２図） 特開２００５−１６８１２４号公報（第１図） 特開２００２−１０５３７号公報（第１図）

ところで、ヨーク部を構成する積層体はその内側でシャフト、或いはロータフレームに取り付けられる。この積層体にシャフト、或いはロータフレームを剛性を確保した上で取り付ける場合には、ヨーク部が分割されたロータ構造に比べ、組み付け構造が複雑になりやすい。また、特許文献１〜３に記載のロータの製造方法には、具体的なシャフトとの取り付けについて記載されていない。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ヨーク部が電磁鋼板を捲回巻きして形成された積層体により構成される場合でも、回転による遠心力やステータからの磁気吸引力に耐えうる剛性を確保することができ組み付けやすいロータを備えるアキシャルギャップ型モータ及びそのロータの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
回転軸周りに回転可能なロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１１、１１Ａ、１１Ｂ）と、
回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１２）と、を備えるアキシャルギャップ型モータ（例えば、後述の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータ１０）であって、
前記ロータは、
前記回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部（例えば、後述の実施形態における主磁石部４１）と、
テープ状の電磁鋼板（例えば、後述の実施形態における電磁鋼板６０）を捲回巻きした積層体（例えば、後述の実施形態における積層体７１）により構成され、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部（例えば、後述の実施形態におけるヨーク部４２）と、
前記積層体の内径側に取り付けられる内径側押圧部材（例えば、後述の実施形態におけるインナープレート３１Ａ、３１Ｂ）と、
前記積層体の外径側に取り付けられる外径側押圧部材（例えば、後述の実施形態におけるダイカストリング３３、アウターリング５０）と、を備え、
前記内径側押圧部材を前記積層体の内径側に圧入した後、前記外径側押圧部材を前記積層体に内径側への圧縮力を作用させるように取り付けることで、前記内径側押圧部材と前記外径側押圧部材により前記ロータ内部に径方向の圧縮力を作用させてトルク伝達可能に構成されたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、
前記積層体は、環状の芯金（例えば、後述の実施形態における芯金３２）に前記電磁鋼板を捲回して構成され、
前記内径側押圧部材は、前記芯金の内周部に圧入により取り付けられるインナープレート（例えば、後述の実施形態におけるインナープレート３１Ａ、３１Ｂ）からなり、
前記外径側押圧部材は、前記積層体の外周部に圧接するダイカスト合金からなるダイカストリング（例えば、後述の実施形態におけるダイカストリング３３）と、前記ダイカストリングの外周部に焼ばめにより取り付けられるアウターリング（例えば、後述の実施形態におけるアウターリング５０）からなることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明の構成に加えて、
前記インナープレートと前記芯金間、前記芯金と前記積層体間、前記積層体と前記ダイカストリング間、及び前記ダイカストリングと前記アウターリング間それぞれの必要面圧Ｐは、最大負荷トルクＴ、締結部半径をｒ、締結面積Ａ、摩擦係数μとしたとき、
Ｐ ≧ Ｔ ／ （ｒ×Ａ×μ）
を満たすことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明の構成に加えて、
前記インナープレートは軸方向に２分割され、前記芯金の内周部に軸方向一方側と軸方向他方側から圧入されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明の構成に加えて、
前記積層体には、周方向で隣り合う前記主磁石部間に磁束短絡抑制部（例えば、後述の実施形態における磁束短絡抑制部７３）が設けられ、
前記芯金には、前記磁束短絡抑制部に対応する位置にスポーク用貫通孔（例えば、後述の実施形態におけるスポーク用貫通孔３２ａ）が設けられ、
前記ロータは、前記芯金の内側から前記スポーク用貫通孔を通って前記磁束短絡抑制部に収容され、且つ、前記芯金に前記テープ状の電磁鋼板を捲回巻きするときに位置決め部材として使用される少なくとも１つのスポークピン（例えば、後述の実施形態におけるスポークピン３５）を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の発明の構成に加えて、
前記ダイカストリングは、非磁性なダイカスト合金を鋳込むことで構成されることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明の構成に加えて、
前記ロータは、前記インナープレートに固定されるシャフト部（例えば、後述の実施形態におけるシャフト部５５）をさらに備え、
前記シャフト部、前記内径側押圧部材、前記積層体及び前記外径側押圧部材には、冷却通路（例えば、後述の実施形態における冷却通路９０）が設けられ、
前記シャフト部から供給された冷媒が前記冷却通路を介して前記ステータに供給されることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明の構成に加えて、
前記ロータは、前記回転軸方向および前記径方向に直交する方向に磁化され、周方向に隣り合う前記主磁石部間であって前記回転軸方向の少なくとも一方側に配置された複数の副磁石部（例えば、後述の実施形態における副磁石部４３）を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、
回転軸方向に磁化され周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部（例えば、後述の実施形態における主磁石部４１）と、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部（例えば、後述の実施形態におけるヨーク部４２）とを備え、回転軸周りに回転可能なロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１１、１１Ａ、１１Ｂ）と、
回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１２）と、を備えるアキシャルギャップ型モータ（例えば、後述の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータ１０）のロータ製造方法であって、
テープ状の電磁鋼板（例えば、後述の実施形態における電磁鋼板６０）を環状の芯金（例えば、後述の実施形態における芯金３２）に捲回して、前記複数のヨーク部（例えば、後述の実施形態におけるヨーク部４２）を構成する積層体（例えば、後述の実施形態における積層体７１）を形成する工程と、
前記積層体に前記主磁石部を装着する工程と、
前記芯金の内周部にインナープレート（例えば、後述の実施形態におけるインナープレート３１Ａ、３１Ｂ）を圧入により取り付ける工程と、
金型（例えば、後述の実施形態における金型８０、８１）に前記インナープレートを取り付けた積層体を配置した状態で前記積層体の外周部にダイカスト合金を鋳込むことでダイカストリング（例えば、後述の実施形態におけるダイカストリング３３）を形成する工程と、
前記ダイカストリングの外周部にアウターリング（例えば、後述の実施形態におけるアウターリング５０）を焼ばめにより取り付ける工程と、を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、主磁石部を収容した積層体の内径側に内径側押圧部材を圧入した後、外径側押圧部材を積層体に内径側への圧縮力を作用させるように取り付けることにより、ロータ内部に面圧（径方向圧縮応力）を発生させることができる。これにより、各部材間に摩擦力が発生し、この摩擦力によりトルク伝達が可能となるとともに磁気吸引力に耐えうる剛性を確保することができる。
また、各部材間に摩擦力でトルク伝達を可能とするため、複雑な構造のロータフレームが不要となり、部品点数を削減できるとともに組み付け性が向上し、ロータの重量増加を抑制し製造コストを低減することができる。

請求項２の発明によれば、簡易な構成で組み付けやすいロータを製造することができる。

請求項３の発明によれば、最大負荷トルクがロータに作用してもロータの回転による遠心力やステータからの磁気吸引力に耐えうる剛性を確保することができる。

請求項４の発明によれば、圧入時の圧入荷重を小さくでき、組立て作業が容易になる。

請求項５の発明によれば、スポークを位置決め部材とすることで電磁鋼板を積層する際の位置ずれを抑制することができる。

請求項６の発明によれば、アウターリングを比較的安価な炭素鋼で構成しても磁石磁束の短絡を抑え誘起電圧の低下を抑制することができる。

請求項７の発明によれば、ロータ側からステータを冷却することができるとともに、ロータの回転速度に応じた潤滑油が遠心力によりステータに供給することができる。これによりステータ側に冷却構造を設ける必要がなく、装置の小型化、軽量化を図ることができる。

請求項８の発明によれば、所謂永久磁石の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により主磁石部と副磁石部の各磁束が収束し、ステータに鎖交する有効磁束が相対的に増大させることができる。

請求項９の発明によれば、芯金の内周部にインナープレートを圧入により取り付けた後、積層体の外周部にダイカスト合金を鋳込むことでダイカストリングを形成するとともに、ダイカストリングの外周部にアウターリングを焼ばめにより取り付けることにより、ロータ内部に面圧（径方向圧縮応力）を発生させることができる。これにより、各部材間に摩擦力が発生し、この摩擦力によりトルク伝達が可能となるとともに磁気吸引力に耐えうる剛性を確保することができる。
また、各部材間に摩擦力でトルク伝達を可能とするため、複雑な構造のロータフレームが不要となり、部品点数を削減できるとともに組立工数の削減でき、これによりロータの重量増加を抑制し製造コストを低減することができる。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータの全体斜視図である。 図１のアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 第１実施形態のロータの分解斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 ロータの一部を切り欠いた部分斜視図である。 主磁石部と副磁石部を収容した積層体の部分斜視図である。 （ａ）は最内層と中間層をからなる主要層を周方向に展開した図であり、（ｂ）は最外層を周方向に展開した図である。 電磁鋼板を捲回して積層体を形成する工程を説明する説明図である。 ダイカストリングを形成する工程を説明する説明図である。 第２実施形態のロータの部分断面図である。 第３実施形態のロータの分解斜視図である。 図１１のロータの部分断面図である。 （ａ）は、ダイカストリングの厚さと誘起電圧定数（Ｋｅ）の関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）を比で表わしたものである。 特許文献１のアキシャルギャップ型モータのロータの説明図である。

以下、本発明に係るアキシャルギャップ型モータの各実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態によるアキシャルギャップ型モータ１０は、例えば図１及び図２に示すように、このアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏ方向の両側からロータ１１を挟みこむようにして対向配置され、ロータ１１を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する１対のステータ１２とを備えて構成されている。

このアキシャルギャップ型モータ１０は、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、出力軸がトランスミッション（図示略）の入力軸に接続されることで、アキシャルギャップ型モータ１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。

また、車両の減速時に駆動輪側からアキシャルギャップ型モータ１０に駆動力が伝達されると、アキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、アキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏが内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されると、内燃機関の出力がアキシャルギャップ型モータ１０に伝達された場合にもアキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

図２も参照して、各ステータ１２は、略円環板状のステータヨーク部２１と、ロータ１１に対向するステータヨーク部２１の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸Ｏ方向に沿ってロータ１１に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数のティース２２，…，２２と、適宜のティース２２，２２間に装着される固定子巻線（図示略）とを備えて構成されている。

各ステータ１２は、例えば主極が６個（例えば、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−）とされた６Ｎ型であって、一方のステータ１２の各Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極に対して、他方のステータ１２の各Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−極が回転軸Ｏ方向で対向するように設定されている。例えば回転軸Ｏ方向で対向する１対のステータ１２，１２に対し、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の一方に対応する一方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２と、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の他方に対応する他方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２とが、回転軸Ｏ方向で対向するように設定され、回転軸Ｏ方向で対向する一方のステータ１２のティース２２と、他方のステータ１２のティース２２とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。

ロータ１１は、図２〜図５に示すように、一対のインナープレート３１Ａ、３１Ｂ（内径側押圧部材）と、芯金３２と、複数の主磁石部４１，…，４１と、複数の副磁石部４３，…，４３と、複数のヨーク部４２，…，４２と、ダイカストリング３３（外径側押圧部材）と、アウターリング５０（外径側押圧部材）と、を備えて構成される。

複数のヨーク部４２，…，４２は、図６〜図８に示すように、テープ状の電磁鋼板６０を芯金３２上に捲回巻きした積層体７１により構成される。テープ状の電磁鋼板６０には、例えば、プレス成型機を用いて打ち抜き加工を施すことで、最外層７１ａを除く最内層と中間層（以下、主要層７１ｂと呼ぶ。）には、図７（ａ）に示すように、主磁石部用切欠き６１、副磁石部用切欠き６２、磁束短絡抑制部用切欠き６３が形成されている。このテープ状の電磁鋼板６０は、図８に示すように、巻き始め部６４を芯金３２上に溶接し、電磁鋼板６０に張力を付与しながら芯金３２を回転させることで捲回し、巻き終わり部６５でカットして溶接することで積層体７１を構成する。芯金３２は、ステンレス鋼板（例えばＳＵＳ３０４）などの非磁性材料から構成され環状部材である。

また、テープ状の電磁鋼板６０は、環状の芯金３２上で捲回されるので、最内層から一層目、二層目、三層目、・・・と長手方向長さが長くなる。このため、図７（ａ）において、磁束短絡抑制部用切欠き６３の中心間距離をピッチＰとすると、各層のピッチＰは径方向外方に向かって次第に大きくなるように設定されている。

このように捲回巻きされた積層体７１において、図６に示すように、回転軸方向中間部では、主磁石部用切欠き６１によって形成される略扇形形状の複数の主磁石部挿入穴７２，…，７２と、磁束短絡抑制部用切欠き６３によって形成される略直方体形状の複数の磁束短絡抑制部７３，…，７３とがそれぞれ周方向に所定の間隔で交互に設けられ、また、回転軸方向両側では、略扇形形状の複数のヨーク部４２，…，４２と、副磁石部用切欠き６２によって形成される軸方向外側に開口した略直方体形状の複数の副磁石部収容部７４，…，７４とがそれぞれ周方向に所定の間隔で交互に設けられる（図３参照）。

また、複数のヨーク部４２，…，４２は、複数の主磁石部挿入穴７２，…，７２の回転軸方向両側にそれぞれ配置され、複数の副磁石部収容部７４，…，７４は、複数の磁束短絡抑制部７３，…，７３の回転軸方向両側にそれぞれ配置される。主磁石部挿入穴７２と磁束短絡抑制部７３とは、軸方向両側のヨーク部４２同士を連結する軸方向連結部７５によって仕切られており、また、副磁石部収容部７４と磁束短絡抑制部７３とは、周方向両側のヨーク部４２同士を連結する周方向連結部７６によって仕切られている。

このように構成された積層体７１の各主磁石部挿入穴７２，…，７２には、該挿入穴７２，…，７２と略同一寸法を有する略扇形形状の複数の主磁石部４１，…，４１が挿入され、各副磁石部収容部７４，…，７４には、該収容部７４，…，７４と略同一寸法を有する略直方体状の複数の副磁石部４３，…，４３が挿入される。
なお、本実施形態は、電磁鋼板６０の主要層７１ｂを捲回し、各主磁石部４１，…，４１と各副磁石部４３，…，４３が挿入された後に、各主磁石部挿入穴７２，…，７２、各副磁石部収容部７４，…，７４及び各磁束短絡抑制部７３，…，７３を封止する最外層７１ａを捲回する。

また、副磁石部収容部７４は、図６に示すように、隣接するヨーク部４２間の周方向連結部７６と、ヨーク部４２の周方向端部に形成された傾斜面７７の先端部に形成される突起部７８とで、副磁石部４３を軸方向に位置決めし、且つ、隣接するヨーク部４２の周方向側面間で周方向に位置決めする。

これにより、複数の主磁石部４１，…，４１は、周方向に所定の間隔で配置され、且つ、その磁化方向は、周方向で隣り合う主磁石部４１，４１毎に異なるように回転軸Ｏ方向に向けられている。また、複数の副磁石部４３，…，４３は、周方向に隣り合うヨーク部４２間に配置され、その磁化方向が回転軸方向および径方向に直交する方向に向けられている。周方向で隣り合う副磁石部４３，４３は、磁化方向が互いに異なっており、また、回転軸方向に隣り合う副磁石部４３，４３も、磁化方向が互いに異なっている。

さらに、各主磁石部４１に対して、回転軸Ｏ方向の一方側に位置するヨーク部４２を周方向両側から挟み込む副磁石部４３，４３同士は、該主磁石部４１の一方側の磁極と同極の磁極を対向させて配置され、回転軸方向の他方側に位置するヨーク部４２を周方向両側から挟み込む副磁石部４３，４３同士は、該主磁石部４１の他方側の磁極と同極の磁極を対向させて配置される。これにより、所謂永久磁石の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により、主磁石部４１および各副磁石部４３，４３の各磁束が収束し、各ステータ１２，１２に鎖交する有効磁束が相対的に増大するようになっている。
また、各ヨーク部４２，…，４２には、その周方向端部に傾斜面７７が形成されているので、極弧角が調整され、ステータ１２，１２間での磁気抵抗の急激な変化を抑制し、トルクリップルの発生を抑制できる。

各インナープレート３１Ａ、３１Ｂは、炭素鋼（例えばＳ４５Ｃ）などの磁性材料から構成され、芯金３２の内周側に配置されて芯金３２を介して積層体７１を外径側に押圧する。より具体的に説明すると、各インナープレート３１Ａ、３１Ｂは回転軸Ｏ方向一方側と他方側から芯金３２の内周部に圧入されることで芯金３２と圧接する。これにより、芯金３２は僅かに拡径するとともに積層体７１に外径側への圧縮力が作用する。

また、インナープレート３１Ａ、３１Ｂの内周部には、外部の駆動軸（例えば、車両のトランスミッションの入力軸等）に接続されるシャフト部５５との締結に使用されるボルト締結孔３６が形成され（図２及び図３参照）、図４に示すように、シャフト部５５にボルト４５で締結される（図４参照）。

ダイカストリング３３は、図９に示すように、主磁石部４１，…，４１と副磁石部４３，…，４３とが挿入されるとともにインナープレート３１Ａ、３１Ｂが芯金３２に圧入された状態の積層体７１を第１及び第２の金型８０，８１内に収容し、アルミニウム合金（例えばＡＤＣ１２）等の非磁性のダイカスト合金を溶融して所定のダイカスト圧を加えながら鋳込むことによって形成される。

第１及び第２の金型８０，８１は、回転軸方向に二分割され、それぞれインナープレート３１Ａ、３１Ｂ、芯金３２、ヨーク部４２、副磁石部４３の軸方向側面にそれぞれ対応する各側面８０ａ，８１ａを有し、また、第１及び第２の金型８０，８１は、ダイカストリング３３の側面及び外周面に対応する内周面８０ｂ，８１ｂ，８０ｃ，８１ｃを有する。

そして、主磁石部４１，…，４１、副磁石部４３，…，４３、積層体７１、芯金３２及びインナープレート３１Ａ、３１Ｂが収容された状態で、第１及び第２の金型８０，８１を閉じ、これら金型８０，８１間に形成された空間内に第２の金型８１に設けられた湯口８４からダイカスト合金を流し込む。湯口８４は、ダイカストリング３３に対応する径方向位置に開口するように設けられている。このため、湯口８４から流し込まれたダイカスト合金は、ダイカストリング３３を構成する空間に流れ込み、ダイカストリング３３が鋳込みにより形成される。

加えて、鋳込み時には、その圧力によって積層体７１の最外層７１ａが内径側へ押し付けられるので、積層体７１には内径側への圧縮力が作用する。これにより、積層体７１に対し外径側から圧接するダイカストリング３３が形成される。

なお、ダイカスト合金は、最外層７１ａによって、各磁石部４１，…，４１，４３，…，４３と直接接触することが防止されるので、各磁石部４１，…，４１，４３，…，４３の保磁力が劣化するのを抑制することができる。

また、ダイカストリング３３の外周部には、ステンレス鋼板（例えばＳＵＳ３０４）、炭素鋼（例えばＳ４５Ｃ）などの高強度材からなる環状のアウターリング５０が取り付けられている。このアウターリング５０は焼ばめによりダイカストリング３３の外周部に取り付けられるため、アウターリング５０によってもダイカストリング３３を介して積層体７１には内径側への圧縮力が作用する。

従って、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０を構成するロータ１１は、主磁石部４１，…，４１と副磁石部４３，…，４３とが挿入された積層体７１に対し、芯金３２を介して内径側からインナープレート３１Ａ、３１Ｂが圧入され、外径側からダイカストリング３３とアウターリング５０が内径側に圧縮力を作用させるように取り付けられるので、ロータ内部に面圧（径方向圧縮応力）が発生している。
ここで、インナープレート３１Ａ、３１Ｂと芯金３２間、芯金３２と積層体７１間、積層体７１とダイカストリング３３間、及びダイカストリング３３とアウターリング５０間それぞれの必要面圧Ｐは、最大負荷トルクＴ、締結部半径をｒ、締結面積Ａ、摩擦係数μとしたとき、次式（１）を満たすように設定される。
Ｐ ≧ Ｔ ／ （ｒ×Ａ×μ） （１）
かかる必要面圧Ｐは、芯金３２に対するインナープレート３１Ａ、３１Ｂの圧入代、ダイカストリング３３形成時のダイカスト圧、アウターリング５０の焼ばめ代により調整されうる。
これにより、最大負荷トルクがロータ１１に作用してもロータ１１の回転による遠心力やステータ１２からの磁気吸引力に耐えうる剛性を確保することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、複数のヨーク部４２，…，４２を構成する積層体７１の内径側から内径側押圧部材としてのインナープレート３１Ａ、３１Ｂを取り付けた後、外径側押圧部材としてのダイカストリング３３とアウターリング５０を積層体７１に内径側への圧縮力を作用させるように取り付けることで、積層体７１を径方向両側から締め上げることになり、ロータ内部に面圧（径方向圧縮応力）を発生させることができる。これにより、各部材間に摩擦力が発生し、この摩擦力によりトルク伝達が可能となるとともに磁気吸引力に耐えうる剛性を確保することができる。
また、各部材間に摩擦力でトルク伝達を可能とするため、複雑な構造のロータフレームが不要となり、部品点数を削減できるとともに組立工数を削減でき、これによりロータの重量増加を抑制し製造コストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、環状の芯金３２に電磁鋼板６０を捲回して積層体７１を構成し、内径側押圧部材を、芯金３２の内周面に圧入により取り付けられるインナープレート３１Ａ、３１Ｂで構成し、外径側押圧部材を、積層体７１の外周面に圧接するダイカスト合金からなるダイカストリング３３と、ダイカストリング３３の外周面に焼ばめにより取り付けられるアウターリング５０で構成するので、簡易な構成で組み付けやすいロータ１１を製造することができる。

また、本実施形態によれば、インナープレート３１Ａ、３１Ｂは軸方向に２分割され、芯金３２の一方側と他方側から圧入されるので、圧入時の圧入荷重を小さくでき、組立て作業が容易になる。

また、本実施形態によれば、ロータ１１は、回転軸Ｏ方向および前記径方向に直交する方向に磁化され、周方向に隣り合う主磁石部４１、４１間であって回転軸Ｏ方向の少なくとも一方側に配置された複数の副磁石部４３を有するので、所謂永久磁石の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により主磁石部と副磁石部の各磁束が収束し、ステータに鎖交する有効磁束が相対的に増大させることができる。

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態によるアキシャルギャップ型モータ１０について、図１０を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一又は同等の構成部分には同一又は同等の符号を付して説明を省略する。
本実施形態のロータ１１Ａは、第１実施形態のロータ１１に、さらにシャフト部５５から供給される潤滑油を１対のステータ１２に供給するための冷却通路９０を有するものである。

本実施形態のシャフト部５５には、回転軸Ｏと同心状に形成された軸心冷媒路９１と該軸心冷媒路９１から分岐して径方向に貫通形成された径方向冷媒路９２と、が形成される。ここで、径方向冷媒路９２は、積層体７１に形成された放射状に延びる複数の磁束短絡抑制部７３，…，７３の少なくとも１つ（以下、冷却用磁束短絡抑制部９３と呼ぶ。）に対応する位置に形成される。また、インナープレート３１Ａとインナープレート３１Ｂとの合わせ面には、径方向冷媒路９２と連通する凹溝９４が形成され、芯金３２には、凹溝９４と冷却用磁束短絡抑制部９３を連通させる内径側貫通孔９５が形成され、さらに積層体７１の最外層７１ａとダイカストリング３３には、冷却用磁束短絡抑制部９３から外径側に穿設された外径側貫通孔９６が形成される。そして、外径側貫通孔９６は、アウターリング５０の内周面とダイカストリング３３の外周面との間に形成されたガイド通路９７に連通する。

このように、軸心冷媒路９１、径方向冷媒路９２、凹溝９４、内径側貫通孔９５、冷却用磁束短絡抑制部９３、外径側貫通孔９６及びガイド通路９７により冷却通路９０が構成され、シャフト部５５から供給される冷媒が、図１０の矢印で示したように、冷却通路９０を介してガイド通路９７からステータ１２に供給される。

なお、インナープレート３１Ｂに形成される凹溝９４、芯金３２に形成される内径側貫通孔９５、アウターリング５０に形成されるガイド通路９７は、予め組み付け前に形成されたものであるが、積層体７１の最外層７１ａとダイカストリング３３に形成される外径側貫通孔９６はダイカストリング３３を鋳込んだ後、切削加工により形成される。

本実施形態によれば、ロータ１１側からステータ１２を冷却することができるとともに、ロータ１１の回転速度に応じた潤滑油が遠心力によりステータ１２に供給することができる。これによりステータ１２側に冷却構造を設ける必要がなく、装置の小型化、軽量化を図ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態によるアキシャルギャップ型モータ１０について、図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一又は同等の構成部分には同一又は同等の符号を付して説明を省略する。
本実施形態のロータ１１Ｂは、インナープレート３１Ａ、３１Ｂとの間に周方向に所定の間隔で配置され径方向に伸びる複数のスポークピン３５が介装される。各スポークピン３５は、インナープレート３１Ａ、３１Ｂに形成されたボルト締結孔３６と連通するボルト貫通孔３５ａを有するスポーク基部３５ｂと、スポーク基部３５ｂから外径側に伸びて電磁鋼板６０に形成される磁束短絡抑制部用切欠き６３と略等しい断面形状を有するスポーク部３５ｃと、を備えて構成される。

また、芯金３２には、周方向に所定の間隔でスポーク部３５ｃが貫通するスポーク用貫通孔３２ａが形成され、芯金３２の内径側からスポーク用貫通孔３２ａを通ってスポークピン３５のスポーク部３５ｃが積層体７１の磁束短絡抑制部７３に収容される。

このスポークピン３５は、テープ状の電磁鋼板６０が芯金３２上で捲回される際の位置決め部材として使用されるもので、張力を付与しながら芯金３２に電磁鋼板６０を捲回する際に、芯金３２の内径側から挿入し、磁束短絡抑制部用切欠き６３から突出させて各層の主磁石部用切欠き６１、副磁石部用切欠き６２、磁束短絡抑制部用切欠き６３がずれて積層されることを抑制する。なお、本実施形態のスポークピン３５は、各磁束短絡抑制部７３，…，７３に対応するように１２本設けられているが、必ずしも全ての磁束短絡抑制部７３，…，７３に設ける必要はなく、少なくとも２本のスポークピン３５がロータ１１に偏心を生じさせないように周方向で等配されることが好ましい。

このロータ１１Ｂの製造方法は、先ず、芯金３２上に電磁鋼板６０の主要層７１ｂをスポークピン３５で位置決めしながら捲回し、各主磁石部４１，…，４１と各副磁石部４３，…，４３を挿入した後に、各主磁石部挿入穴７２，…，７２、各副磁石部収容部７４，…，７４及びスポークピン３５のスポーク部３５ｃを収容した各磁束短絡抑制部７３，…，７３を封止する最外層７１ａを捲回する。その後、芯金３２の内径側にスポークピン３５のボルト貫通孔３５ａとインナープレート３１Ａ、３１Ｂに形成されたボルト締結孔３６とが連通するようにインナープレート３１Ａ、３１Ｂを圧入し、第１実施形態と同様に、積層体７１の外径側にダイカストリング３３を鋳込むとともにさらにアウターリング５０を焼ばめにより外径側から装着する。

このように構成された本実施形態によれば、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０と同様に、各部材間に摩擦力が発生し、この摩擦力によりトルク伝達が可能となるとともに磁気吸引力を受けることができる。また、これに加えて、テープ状の電磁鋼板６０が芯金３２上で捲回する際にスポークピン３５を位置決め部材として使用するので、電磁鋼板６０がずれて積層されることを抑制することができる。さらに、シャフト部５５との締結時における基準の位置だしを容易に行うことができる。

続いて、このように構成されたアキシャルギャップ型モータの成立性について検討するため、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータを用いて、シミュレーションを行なった。シミュレーションは、摩擦係数μ＝０．１２、周方向における最大負荷トルクを３００Ｎｍ、スラスト力５０００Ｎ（積層体と芯金間、芯金とインナープレート間のみ）として先ず各要素間にスリップがないことを満足させるための各要素間の必要面圧を上記（１）式から求めた。

＜ロータ仕様＞
インナープレート（Ｓ４５Ｃ）外径：７４ｍｍ
芯金（ＳＵＳ３０４）外径：７９ｍｍ
積層体外径：１１７．２ｍｍ
ダイカストリング（ＡＤＣ１２）外径：１２３．２ｍｍ
ロータ幅：２０ｍｍ

＜アウターリングとダイカストリング間の必要面圧Ｐ_ＯＤ＞
Ｐ_ＯＤ＝（トルク）／（半径×締結面積×摩擦係数）
＝（３００×１０００）／（１２３．２×締結面積×０．１２）
締結面積＝２×π×１２３．２×２０＝１５４８２ｍｍ^２
Ｐ_ＯＤ＝（３００×１０００）／（１２３．２×１５４８２×０．１２）
＝１．３１ＭＰａ
≒１．４ＭＰａ

＜積層体とダイカストリング間の必要面圧Ｐ_ＹＤ＞
ヨーク部表面積９１７７．６ｍｍ^２、主磁石部表面積３９７４．４ｍｍ^２であるので、
Ｐ_ＹＤ＝（トルク）／（半径×締結面積×摩擦係数）
＝（３００×１０００）／（１１７．２×締結面積×０．１２）
締結面積＝９１７７．６＋３９７４．４＝１３１５２ｍｍ^２
Ｐ_ＹＤ＝（３００×１０００）／（１１７．２×１３１５２×０．１２）
＝１．６２ＭＰａ
≒１．７ＭＰａ

＜積層体と芯金の必要面圧Ｐ_ＹＣ＞
ヨーク部表面積５８１７．６ｍｍ^２、主磁石部表面積２５３９．２ｍｍ^２であるので、
Ｐ_ＹＣ（周方向）＝（トルク）／（半径×締結面積×摩擦係数）
＝（３００×１０００）／（７９．０×締結面積×０．１２）
締結面積＝５８１７．６＋２５３９．２＝８３５７．２ｍｍ^２
Ｐ_ＹＣ（周方向）＝（３００×１０００）／（７９．０×８３５７．２×０．１２）
＝３．７９ＭＰａ
Ｐ_ＹＣ（スラスト方向）＝（スラスト力）／（締結面積×摩擦係数）
＝（５０００）／（８３５７．２×０．１２）
＝４．９９ＭＰａ
積層体と芯金の必要面圧Ｐ_ＹＣはＰ_ＹＣ（周方向）とＰ_ＹＣ（スラスト方向）の合力として
Ｐ_ＹＣ＝√（Ｐ_ＹＣ（周方向）^２＋Ｐ_ＹＣ（スラスト方向）^２）
＝√（３．７９^２＋４．９９^２）
＝６．２７ＭＰａ
≒６．３ＭＰａ

＜芯金とインナープレートの必要面圧Ｐ_ＣＩ＞
Ｐ_ＣＩ（周方向）＝（トルク）／（半径×締結面積×摩擦係数）
＝（３００×１０００）／（７４．０×締結面積×０．１２）
締結面積＝２×π×７４．０×２０＝９２９９．１ｍｍ^２
Ｐ_ＣＩ（周方向）＝（３００×１０００）／（７４．０×９２９９．１×０．１２）
＝３．６４ＭＰａ
Ｐ_ＣＩ（スラスト方向）＝（スラスト力）／（締結面積×摩擦係数）
＝（５０００）／（９２９９．１×０．１２）
＝４．４８ＭＰａ
積層体と芯金の必要面圧Ｐ_ＹＣはＰ_ＹＣ（周方向）とＰ_ＹＣ（スラスト方向）の合力として
Ｐ_ＣＩ＝√（Ｐ_ＣＩ（周方向）^２＋Ｐ_ＣＩ（スラスト方向）^２）
＝√（３．６４^２＋４．４８^２）
＝５．７７ＭＰａ
≒５．８ＭＰａ

続いて、各必要面圧に対し、インナープレートの圧入代をΦ０．０５ｍｍ、ダイカスト圧を６５ＭＰａ、アウターリングの焼ばめ代Φ０．３ｍｍとして、アキシャルギャップ型モータを最低温度から最高温度まで温度を変化させつつ最高回転数で運転し、そのときの各要素間の面圧を測定した。結果を表１に示す。

以上の結果から、いずれの条件においても、各要素間の面圧は算出した必要面圧より大きい値を示し最大負荷トルクが作用した場合且つ温度が最低温度から最高温度まで変位したとしてもロータとして必要な剛性を満たしていることが確認された。

続いて、上記シミュレーションにおいてダイカストリングの厚みは６．０ｍｍに設定された。なお、このダイカストリングの厚みは誘起電圧の関係で任意に設定することができ、１．５ｍｍ以上であることが好ましい。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）から、ＳＵＳ３０４で形成したアウターリングと比較して、Ｓ４５Ｃからなるアウターリングを使用した場合であってもアウターリングの内周部に非磁性なダイカスト合金（ここでは、アルミダイカストリング（図中、ＡＤＣと表記する。））を鋳込んだダイカストリングを設けることで、誘起電圧の低下を抑制できることが確認できる。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）では、アルミダイカストリングの厚さが３．３ｍｍの場合であれば誘起電圧は約３％しか低下せず、５．０ｍｍの場合は約１％しか低下せず、６．５ｍｍの場合は同等程度の誘起電圧を示している。

このように本実施形態によれば、アウターリングの内周部に非磁性なダイカスト合金を鋳込むことで構成されるダイカストリングを設けることで、アウターリングを比較的安価な炭素鋼で構成しても磁石磁束の短絡を抑え誘起電圧の低下を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、インナープレート３１Ａ、３１Ｂは必ずしも軸方向に分割する必要はなく、軸方向一方側から圧入してもよい。

１０ アキシャルギャップ型モータ
１１、１１Ａ、１１Ｂ ロータ
１２ ステータ
３１Ａ インナープレート（内径側押圧部材）
３１Ｂ インナープレート（内径側押圧部材）
３２ 芯金
３２ａ スポーク用貫通孔
３３ ダイカストリング（外径側押圧部材）
３５ スポークピン
４１ 主磁石部
４２ ヨーク部
４３ 副磁石部
５０ アウターリング（外径側押圧部材）
５５ シャフト部
７１ 積層体
７２ 主磁石部挿入穴
７３ 磁束短絡抑制部
７４ 副磁石部収容部
Ｏ 回転軸

Claims (9)

1. 回転軸周りに回転可能なロータと、
   回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータと、を備えるアキシャルギャップ型モータであって、
   前記ロータは、
   前記回転軸方向に磁化され、周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部と、
   テープ状の電磁鋼板を捲回巻きした積層体により構成され、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部と、
   前記積層体の内径側に取り付けられる内径側押圧部材と、
   前記積層体の外径側に取り付けられる外径側押圧部材と、を備え、
   前記内径側押圧部材を前記積層体の内径側に圧入した後、前記外径側押圧部材を前記積層体に内径側への圧縮力を作用させるように取り付けることで、前記内径側押圧部材と前記外径側押圧部材により前記ロータ内部に径方向の圧縮力を作用させてトルク伝達可能に構成されたことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 前記積層体は、環状の芯金に前記電磁鋼板を捲回して構成され、
   前記内径側押圧部材は、前記芯金の内周部に圧入により取り付けられるインナープレートからなり、
   前記外径側押圧部材は、前記積層体の外周部に圧接するダイカスト合金からなるダイカストリングと、前記ダイカストリングの外周部に焼ばめにより取り付けられるアウターリングからなることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
3. 前記インナープレートと前記芯金間、前記芯金と前記積層体間、前記積層体と前記ダイカストリング間、及び前記ダイカストリングと前記アウターリング間それぞれの必要面圧Ｐは、最大負荷トルクＴ、締結部半径をｒ、締結面積Ａ、摩擦係数μとしたとき、
   Ｐ ≧ Ｔ ／ （ｒ×Ａ×μ）
   を満たすことを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
4. 前記インナープレートは軸方向に２分割され、前記芯金の内周部に軸方向一方側と軸方向他方側から圧入されることを特徴とする請求項２又は３に記載のアキシャルギャップ型モータ。
5. 前記積層体には、周方向で隣り合う前記主磁石部間に磁束短絡抑制部が設けられ、
   前記芯金には、前記磁束短絡抑制部に対応する位置にスポーク用貫通孔が設けられ、
   前記ロータは、前記芯金の内側から前記スポーク用貫通孔を通って前記磁束短絡抑制部に収容され、且つ、前記芯金に前記テープ状の電磁鋼板を捲回巻きするときに位置決め部材として使用される少なくとも１つのスポークピンを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
6. 前記ダイカストリングは、非磁性なダイカスト合金を鋳込むことで構成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
7. 前記ロータは、前記インナープレートに固定されるシャフト部をさらに備え、
   前記シャフト部、前記内径側押圧部材、前記積層体及び前記外径側押圧部材には、冷却通路が設けられ、
   前記シャフト部から供給された冷媒が前記冷却通路を介して前記ステータに供給されることを特徴とする請求項１〜６に記載のアキシャルギャップ型モータ。
8. 前記ロータは、前記回転軸方向および前記径方向に直交する方向に磁化され、周方向に隣り合う前記主磁石部間であって前記回転軸方向の少なくとも一方側に配置された複数の副磁石部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
9. 回転軸方向に磁化され周方向に所定の間隔で配置される複数の主磁石部と、前記複数の主磁石部の前記回転軸方向の少なくとも一方にそれぞれ配置される複数のヨーク部とを備え、回転軸周りに回転可能なロータと、
   回転軸方向の少なくとも一方から前記ロータに対向配置されるステータと、を備えるアキシャルギャップ型モータのロータ製造方法であって、
   テープ状の電磁鋼板を環状の芯金に捲回して、前記複数のヨーク部を構成する積層体を形成する工程と、
   前記積層体に前記主磁石部を装着する工程と、
   前記芯金の内周部にインナープレートを圧入により取り付ける工程と、
   金型に前記インナープレートを取り付けた積層体を配置した状態で前記積層体の外周部にダイカスト合金を鋳込むことでダイカストリングを形成する工程と、
   前記ダイカストリングの外周部にアウターリングを焼ばめにより取り付ける工程と、を有することを特徴とするアキシャルギャップ型モータのロータ製造方法。

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