JPH0638418A

JPH0638418A - アキシャルギャップ回転電機

Info

Publication number: JPH0638418A
Application number: JP4183328A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Sakai; 和人堺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3207251B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】小型，軽量，急加減速回転を比較的容易とし、
または数万回転／分の超高速回転を可能とし、さらには
大出力化を容易にする。【構成】ステータ21は、ステータフレーム23の軸方向中
心にボルトを介して取付けられ、ロータ22の軸心を含む
平面内で上下に２分割されたモールドコイル25Ａと、こ
のモールドコイル25Ａとロータ円盤29を介して対向する
ようにブラケット24内に埋設されるモールドコイル25Ｂ
と、バックヨーク26とにより構成される。また、ロータ
22は、回転軸27に一対に回転するように取付けられ、軸
方向中間部でモールドコイル25Ａ，25Ｂと空隙28，28を
形成するように配置され、繊維強化樹脂をモールドして
円盤状に形成し、軸方向に磁化された円柱状の永久磁石
30を１極当り10箇分散して取付けたロータ円盤29とによ
り構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット用の小型・軽
量のアキシャルギャップ回転電機または動力，発電用の
超高速回転・大出力のアキシャルギャップ回転電機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】10000rpm以上の一般の円筒形超高速回転
電機は、回転時の遠心力が相当大きくなるため、界磁に
永久磁石を用いた回転電機の場合には、永久磁石が飛散
しないように相当の厚さの非磁性の保持環を永久磁石の
外周面に設けており、ロータにコイルを設けた回転電機
の場合には、コイルエンドリングを保持環境で押さえて
いる。

【０００３】一方、アキシャルギャップ回転電機は、１
個のロータ円盤と電機子コイルを設けたステータ円盤が
１個のロータ円盤と空隙を介して対向し、同一の回転軸
方向に構成されている。そして、このロータ円盤には、
界磁の極を形成するためのコイルまたは永久磁石が設け
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の円筒形回転電機が10000rpm以上の超高速
回転を行うと、回転時の遠心力が相当大きくなるため、
ロータのコイルは強度的に耐えられず破損する恐れがあ
る。また、図14に示すように、界磁に永久磁石１を用い
た場合、この永久磁石１が飛散しないように相当の厚さ
を有する非磁性の保持環２が必要となる。この保持環２
は磁気回路が短絡にならないように非磁性材を用いるた
め、必然的に磁気的な空隙長が長くなり、空隙部間で消
費される起磁力が大きくなり、回転電機の出力が低下す
る。なお、同図において、３はステータフレーム，４は
ステータ鉄心，５はコイル，６はロータ，７はロータヨ
ーク，８は回転軸，９は空隙を示す。

【０００５】一方、アキシャルギャップ回転電機は、図
15に模式的示すように円盤状のロータヨーク10が磁性材
の金属である軟鉄等で構成されるため、通常よく用いら
れている円筒形の回転電機と比較して、ロータのイナー
シャが相当大きくなる。したがって、起動から目標速度
に達するまでの時間、回転から停止に至るまでの時間が
相当長くなり、ロボット・自動機械等に要求される急加
減速運転は不適当とされている。なお、同図において、
11はモータフレーム，12はステータヨーク，13はＵ相13
ａ，Ｖ相13ｂ，Ｗ相13ｃより成るコイル，14は軸受，15
は回転軸，16は永久磁石を示す。

【０００６】大容量・高速回転の構成として、従来のア
キシャルギャップ回転電機の構造でロータの円盤を多段
にすると、コイルのあるステータ円盤とロータ円盤が交
互に回転軸方向に並ぶため、製作が不可能となる。した
がって、ロータ円盤が１個のみの構成で大容量化を図る
ためロータ外径が大きくなり、高速、大出力化が困難と
なる。

【０００７】さらに、電磁気的な構成として、磁束を通
す磁路のためロータは、軟鉄のような磁性材をロータヨ
ーク10に用いるが、これにより、ロータ重量が重くな
り、耐遠心力によるロータ材の機械的強度に問題が生
じ、また、軸受けにかかる荷重も増大し、回転軸の回転
限界速度である危険速度も低下し、高速回転が不可能に
なる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、小型，軽量，加
減速回転を比較的容易とし、または数万回転／分の超高
速回転を可能とし、さらには大出力化を容易としたアキ
シャルギャップ回転電機を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、円盤状に形成したコイルおよびこのコイ
ルに近接して磁性鋼板を渦巻状に巻回しスロットを有し
ないバックヨークをステータフレームの軸方向両端部に
配設して成るステータと、樹脂で円盤状に形成され、コ
イルと軸方向に空隙を形成するように配置され、かつ軸
方向に磁化された永久磁石を軸方向に貫通して固定した
円盤体を回転軸に一体に回転するように装着して成るロ
ータとから構成したものである。

【００１０】

【作用】まず、機械的な構造面について説明する。

【００１１】(1) 軽量・加減速について、回転電機は、
ロータに磁束を通す磁路として磁性材のヨークが必要不
可欠であり、容量が大きくなると比較的イナーシャが大
きくなる。さらに、アキシャルギャップ回転電機は、円
盤体が金属で形成されると、ロータのイナーシャが相当
大きくなり、急加減速運転には不利である。

【００１２】ところが、本発明においては、ロータの円
盤体は非磁性材で構成できるため、比重が金属より小さ
い樹脂で形成した円盤体を用いることにより、ロータの
イナーシャが非常に小となり、急加減速運転に有利とな
る。

【００１３】また、回転電機の重量に関しては、ロータ
は、回転軸と永久磁石を除いては、樹脂のみで構成さ
れ、非常に軽くなる。ステータフレーム，ブラケットも
樹脂で形成することにより、金属部分は、ステータのバ
ックヨーク、コイル、永久磁石、回転軸のみとなり、大
幅な軽量化が実現できる。さらに、本発明の回転電機
は、大容量化の項で説明するように多段にして大容量化
することができる。したがって、ステータのバックヨー
クおよびブラケットはそのままの寸法，重量で、主に多
段部のコイルと永久磁石のみを増加するだけでよく、軽
量の効果がより著しく現れる。

【００１４】(2) 高速回転について、本発明の回転電機
は、界磁となる永久磁石が円盤体のロータ平面に対し
て、軸方向に貫通して固定されている。そのため、ロー
タの円盤体は、高速時に永久磁石が遠心力により飛び出
すのを押さえるように作用する。耐遠心力を強くするた
め、円盤体部材の厚みを十分に厚くする必要がある。従
来の円筒型で径周方向に界磁、コイルを持つ径方向磁気
回路の回転電機は、耐遠心力のため設けられているロー
タ外周の保持環を厚くすると、磁気的な空隙長が長くな
る。ところが、本発明の回転電機では、円盤体の厚みを
十分に厚くしても、動作磁気回路が軸方向に形成される
ため、動作部の空隙長とは成らず、出力を低下させるこ
となく高速回転が可能となる。

【００１５】界磁の極を形成する永久磁石は、１極当た
り１個の永久磁石ではなく、複数の永久磁石を分散させ
てロータ円盤の複数の穴に埋め込むことにより、永久磁
石の遠心力による応力が円盤体の一部に集中することを
避けることが可能となり、超高速回転に耐え得る。

【００１６】また、内周側永久磁石より外周側の永久磁
石の直径を小さくすることにより、耐遠心力を向上さ
せ、ロータのイナーシャも効果的に小さくでき、回転電
機の特性が向上することができる。

【００１７】(3) 大容量化について、従来のアキシャル
ギャップ回転電機を大容量化すると、ロータ半径が大き
くなる。これにより、機械が大形化したり、ロータイナ
ーシャの大幅な増大、耐遠心力ロータ材強度による許容
回転速度の大幅な低下がおこる。電磁気の面で説明する
ように本発明回転電機では、ロータに鉄心が無いため、
磁気回路はステータフレームの軸方向両端部にそれぞれ
設けた２個のバックヨーク，永久磁石および空隙のみか
らなり、磁路を作る磁性部分が両側の２個のバックヨー
クのみとなる。したがって、２分割以上可能なステータ
のコイルとロータの円盤体をこの２個のバックヨーク間
に順次設けるだけで、多段の回転電機の動作部が形成さ
れ、高出力が実現できる。

【００１８】大容量化のため本発明の回転電機は、ロー
タが多段になるが、円盤体を樹脂または非磁性の軽金属
で形成することにより、ロータのイナーシャは、従来に
比較して大幅に小さくなり、多段の円盤体は全て同一の
外径であるため、遠心力による機械的応力は増加せず、
機械的な面でもアキシャルギャップ回転電機の大容量化
が実現できる。

【００１９】また、本発明の回転電機は、アキシャルギ
ャップのため、ロータが、フライホイールに似た独楽の
形状となり、ロータの円盤体を支える両サイドの軸受間
の距離も相当短くなる関係上、回転軸の剛性が高くな
る。したがって、軸のねじり振動周波数が高くなり、超
高速回転においても軸の振動が少なく安定して回転でき
る。次に、電磁気的な面について、説明する。

【００２０】コイルは、導線と成形樹脂のみからなり、
ロータの鉄心も無いため、磁気回路はステータフレーム
の軸方向両端部の内面にそれぞれ設けた２個のバックヨ
ーク，永久磁石および空隙のみからなり、磁路を作る磁
性部分が両端部側の２個のバックヨークのみとなる。し
たがって、２分割以上可能なステータのコイルとロータ
の円盤体を２個のバックヨーク間に順次設けるだけで、
多段の回転電機の動作部が形成され、高出力化が可能で
ある。

【００２１】ステータのバックヨークには、歯が無く、
ロータの鉄心も無いため、磁気回路は、バックヨーク永
久磁石および空隙のみからなり、磁路を作る磁性部分が
両端部側の２個のバックヨークのみで多段の回転電機の
動作部を形成できる。したがって、鉄損は、大幅に減少
し、効率の上昇および回転電機の動作時の上昇温度の低
下が可能となる。

【００２２】アキシャルギャップ回転電機では、内径側
の円周が当然短くなるため、コイルの端部のスペースが
狭くなり、コイルの巻回数が多くできない問題点があ
る。しかしながら、上述した鉄損の低下により、高周波
駆動の超高速・多極の回転電機を製作することが可能と
なり、多極数にすると、コイルの端部は短くなりコイル
の巻回数を増加し、高出力となる。バックヨークは、薄
い磁性鋼板を渦巻状の巻回して構成するため、渦電流の
発生による鉄損を抑えている。

【００２３】高速回転時には、従来の回転電機ではステ
ータ鉄心の歯により、空隙磁束が脈動して、ロータ表面
に相当大きな渦電流が発生する。ところが、本発明の回
転電機は、バックヨークに歯がないため、この渦電流が
発生せず、効率が良くなる。

【００２４】コイルに於いては、磁路を構成する軟磁性
材は、バックヨークのみであるから、コイルからみた磁
気的な空隙は、相当大きくなる。したがって、コイルの
インダクタンスは、相当小さくなり、インダクタンスの
電圧降下が小さくなり、同時に端子電圧が小さくなる。
したがって、駆動電源の小形化が可能である。

【００２５】また、磁気的な空隙が大となると、コイル
による電機子反作用も小さくなるため、ロータにある永
久磁石の減磁を防ぐことができ、大電流を流すことも可
能となる。次に、ステータ分割について説明する。

【００２６】本発明の回転電機は、大出力化のため、多
段の動作部とし、ロータの円盤体と成形されたコイルを
交互に軸方向に配列することが可能な構成である。そこ
で、ステータを回転軸の軸心を含む平面内で上下に２分
割することにより、分割された状態でロータを収めるこ
とが可能となる。同時にステータのコイルも２分割可能
にする必要があり、一方巻き方法を採用し、実極と実極
間に虚極を形成するコイルとし、虚極の中心がステータ
の２分割線上とする。このようにすることにより、ステ
ータが２分割されても、モールドコイル内の導線が切断
されることがなくなり、本発明の回転電機を構成するこ
とが可能となる。

【００２７】本発明はアキシャルギャップであり、回転
軸の軸心を含む平面内で上下に２分割することにより、
ロータを容易に取出すことができ、メンテナンスを容易
とすることが可能となる。

【００２８】さらに、コイルは、鉄心の歯に巻き付けず
に、コイル単独で形成されているため、ステータを分割
して、コイルのみを容易に取出すことができ、コイルの
交換が容易である。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例の上半部を切断して示
す断面図である。

【００３０】同図において、20はアキシャルギャップ回
転電機で、このアキシャルギャップ回転電機20は、ステ
ータ21と、このステータ21に軸受を介して回転自在に支
持されているロータ22で構成される。

【００３１】この構成において、ステータ21は、繊維強
化エポキシ樹脂でモールドして形成され、ロータ22の軸
心を含む平面内で上下に２分割した構造としているステ
ータフレーム23と、このステータフレーム23の軸方向両
端にボルト（図示しない）を介して取付けられ、繊維強
化エポキシ樹脂でモールドして形成されたブラケット2
4，24と、ステータフレーム23の軸方向中心にボルトそ
の他適宜の固定手段（図示しない）に取付けられ、全体
として略円盤状とし、ロータ22の軸心を含む平面内で上
下に２分割した構造としているモールドコイル25Ａと、
このモールドコイル25Ａと後述するロータ円盤を介して
対向するようにブラケット24の内部に埋設されたモール
ドコイル25Ｂと、このモールドコイル25Ｂよりも外側と
なるようにブラケット24内に埋設またはボルトを介して
取付けられたバックヨーク26とにより構成されている。
ここで、モールドコイル25Ａは、図２に示すようにＵ，
Ｖ，Ｗ各相巻線を有し、一方巻き方法（または同心巻き
方法）を採用し、エポキシ樹脂等でモールドしており、
２分割構造となる。なお、モールドコイル25Ｂも実質的
に同様のＵ，Ｖ，Ｗ各相の巻線を有するが、２分割はし
ない。また、バックヨーク26は、図３および図４に示す
ように厚さ 0.2mmのけい素鋼板26ａを渦巻状に巻回し、
外周側と内周側をそれぞれリング26ｂ，26ｃで挟んで固
定した構造としている。

【００３２】また、ロータ22は、回転軸27と、この回転
軸27の軸方向中間部でモールドコイル25Ａ，25Ｂと空隙
28，28を形成するように配置され、繊維強化樹脂をモー
ルドして円盤状に形成されて回転軸27と一体に回転する
ように取付けられた２個のロータ円盤29，29とにより構
成されている。ここで、ロータ円盤29には、図５に示す
ように、永久磁石30が等配された12箇所で、１箇所（１
極）当り10箇が分散して取付けられている。この永久磁
石30は、円柱形状に形成され、かつ軸方向に沿って磁化
されており、ロータ円盤29の穴を貫通して固定されてい
る。また、ロータ円盤29の中心側には回転軸27と一体に
回転させるためキー（図示しない）に係合させる金属製
のリング（図示しない）が一体に設けられている。さら
に、ロータ円盤29相互の間にはスペーサ31が挿入され、
各ロータ円盤29の外側はリング状押え金具32により中心
側に押し付けられている。次に、以上のように構成され
た実施例の作用を説明する。まず、機械的な構造面から
説明する。

【００３３】(1) 軽量・加減速について、周知のように
回転電機は、ロータに磁束を通す磁路として磁性材のヨ
ークが必要不可欠であり、容量が大きくなると比較的イ
ナーシャが大きくなる。さらに、図15に示すように従来
のアキシャルギャップ回転電機は円盤が軟鉄等の磁性材
金属であると、ロータが円盤状のためイナーシャが相当
大きくなり、急加減速運転には不利である。

【００３４】ところが、本実施例においては、ロータは
回転軸や永久磁石30を除き非磁性材で構成できるため、
比重が 1.5の繊維強化樹脂でモールドして成形したロー
タ円盤29をロータに用いることにより、ロータのイナー
シャが非常に小さくなる。

【００３５】回転電機の重量に関しては、ロータ円盤2
9，ステータフレーム23およびブラケット24も樹脂で構
成されており、金属部分は、主たる部分がバックヨーク
26，モールドコイル25Ａ，25Ｂの巻線，永久磁石30，回
転軸27のみとなり、大幅な軽量化が実現できる。さら
に、本実施例の回転電機は、大容量化の項で説明するよ
うに多段にして大容量化することができる。したがっ
て、ステータのバックヨーク26とブラケツト24はそのま
まの寸法・重量で、主に多段部のモールドコイル25Ａと
永久磁石30のみを増加するだけでよく、軽量の効果がよ
り著しく現れる。

【００３６】(2) 高速回転について、回転時の耐遠心力
を強化するにはロータ外周部材の厚みを十分に厚くする
必要がある。図14に示すように円筒型で径周方向に界
磁、コイルを持つ径方向磁気回路の従来の回転電機は、
耐遠心力のため設けられているロータ外周の保持環２を
厚くすると、磁気的な空隙９が長くなる。

【００３７】ところが、本実施例においては、界磁とな
る永久磁石30がロータ円盤29の平面に対して、軸方向に
貫通して埋め込まれている。そのため、ロータ円盤29
は、高速時に永久磁石30が遠心力により飛び出すのを押
さえるように作用する。さらに、本実施例では、ロータ
円盤29のロータ外周部分の厚みを十分に厚くしても、永
久磁石30の作る磁界が回転軸方向に形成されるため、磁
気回路の磁気的な空隙が増加することはない。したがっ
て、耐遠心力として機械強度を上げることにより、出力
が低下することはなく、高速回転が可能となる。また、
界磁の極を形成する永久磁石30は、１極当たり１個の永
久磁石ではなく、１極あたり複数個（例えば10個）の永
久磁石30を分散させて、ロータ円盤29の複数個（例えば
10個）の穴に埋め込むため、永久磁石30の遠心力による
応力がロータ円盤29の一部に集中することを避けること
が可能となり、超高速回転に耐え得る。

【００３８】(3) 大容量化について、従来のアキシャル
ギャップ回転電機を大容量化すると、ロータ半径が大き
くなり、必然的に機械が大形化したり、ロータのイナー
シャの大幅な増大、耐遠心力ロータ材強度による許容回
転速度の大幅な低下がおこる。後の電磁気の面で説明す
るように本実施例では、ロータ鉄心も無いため、磁気回
路は両ブラケットに24，24の内部に設けた２個のバック
ヨーク26，26と永久磁石30と空隙28のみからなり、磁路
を作る磁性部分が両側の２個のバックヨーク26，26のみ
となる。したがって、２分割以上可能なモールドコイル
25Ａとロータ円盤29を２個のバックヨーク26，26間に順
次設けるだけで、多段の回転電機の動作部が形成され、
高出力が実現できる。

【００３９】大容量化のため本実施例ではロータ22が多
段構成になるが、樹脂で構成されたロータ円盤29を取付
けたロータ22のイナーシャは、従来に比較して大幅に小
さくなり、多段のロータ円盤29は全て同一の外径である
ため、遠心力による機械的応力は増加せず、機械的な面
でもアキシャルギャップ回転電機の大容量化が実現でき
る。

【００４０】また、本実施例は、アキシャルギャップ回
転のため、ロータ22は、フライホイールに似た独楽の形
状となり、ロータ円盤29を支える両サイドの軸受間の距
離も相当短くなる関係上、回転軸の剛性が高くなる。し
たがって、軸のねじり振動周波数が高くなり、超高速回
転においても軸の振動が少なく安定して回転できる。図
６に示す本実施例の回転軸振動解析結果より、回転軸１
次の振動モードは、33000rpmあり、十分に高速回転特性
の良好なことが分かる。

【００４１】図７に示す本実施例の回転強度試験結果よ
り、20000rpmにおいても回転軸の変動はわずかでロータ
は安定して回転しており、機械強度も十分にあることが
確認された。次に、電磁気的な面について、説明する。

【００４２】モードコイルは25Ａ，25ＢはＵ，Ｖ，Ｗ各
相の巻線と繊維強化エポキシ樹脂のみからなり、ロータ
の鉄心も無いため、磁気回路はブラケット24の内部に設
けた２個のバックヨーク26，26とロータ円盤29に設けた
永久磁石30と空隙の28のみとからなり、磁路を作る磁性
部分が両側の２個のバックヨーク26，26のみとなる。し
たがって、２分割以上可能なモードコイル25Ａとロータ
の円盤体29を２個のバックヨーク間に次々と交互に設け
るだけで、多段の回転電機の動作部が形成され、高出力
化が可能である。

【００４３】ステータ鉄心の歯が無く、ロータの鉄心も
無いため、磁気回路は、バックヨーク26と永久磁石30と
空隙28のみからなり、磁路を作る磁性部分が両側の２個
のバックヨーク26，26のみで多段の回転電機の動作部を
形成できる。したがって、鉄損は、大幅に減り、効率の
上昇、回転電機の動作時の上昇温度の低下が可能とな
る。ステータ鉄心に歯があると、高速回転時に空隙磁束
が脈動して、ロータ表面に相当大きな渦電流が発生す
る。ところが、本実施例では、鉄心の歯がないため、こ
の渦電流が発生せず、効率が向上する。

【００４４】アキシャルギャップ回転電機では、内径側
の円周が当然短くなるため、モールドコイル25Ａ端部の
スペースが狭くなり、コイルの巻回数が多くできない問
題点がある。しかし、上述した鉄損の低下の効果によ
り、高周波駆動の超高速で多極の回転電機を製作するこ
とが可能となり、多極数にするとモールドコイル25Ａの
端部は短くなり，コイルの巻回数を増やし、高出力とな
る。

【００４５】バックヨーク26は、帯状の厚さ 0.2mmのけ
い素鋼板26ａを渦巻状に巻いて、外周のリング26ｂと内
周のリング26ｃ間に挟み、固定して、渦電流の発生によ
る鉄損を抑えている。

【００４６】モールド25Ａ，25Ｂにおいては、磁路を構
成する軟磁性材は、バックヨーク26のみとなり、モール
ドコイル25Ａ，25Ｂからみた磁気的な空隙は、かなり大
きくなる。したがって、モールドコイル25Ａ，25Ｂのイ
ンダクタンスは、かなり小となり、インダクタンスの電
圧降下が小さくなり、同時に端子電圧が小さくなる。し
たがって、駆動電源の小形化が可能である。

【００４７】さらに、磁気的な空隙が大きくなると、モ
ールドコイル25Ａ，25Ｂによる電機子反作用も小さくな
るため、ロータにある永久磁石30の減磁を防ぐこともで
き、大電流を流すことも可能となる。

【００４８】なお、以上説明した実施例は、ロータ22に
ロータ円盤29を２個取付けている場合を示したが、ロー
タ円盤29を１個取付けた構成も可能であることは説明す
るまでもない。当然この場合には、モールドコイル25Ａ
は設けられず、ステータフレーム23も２分割する必要は
ない。

【００４９】次に、ステータを図８に示すように２分割
し、ブラケット側に取付けるモールドコイルおよびバッ
クヨークを、ブラケットとは別個に製作し、ボルトを介
してブラケットに取付けるようにした実施例について説
明する。図９は、この実施例の上半部を切断した断面図
である。

【００５０】図９においては、35はアキシャルギャップ
回転電機で、このアキシャルギャップ回転電機35は、ス
テータ36と、このステータ36に軸受を介して回転自在に
取付けられているロータ37とにより構成される。

【００５１】この構成において、ステータ36は、繊維強
化エポキシ樹脂でモールドで形成され、ロータ37の軸心
を含む平面内で上下に２分割した構造としているステー
タフレーム38と、このステータフレーム38の軸方向両端
にボルトを介して取付けられ、繊維強化エポキシ樹脂で
モールドして形成され、ロータ37の軸心を含む水平面内
で上下に２分割した構造としているブラケット39，39
と、ステータフレーム38の軸方向中心にボルトを介して
取付けられ、上下方向に２分割された図２に示すモール
ドコイル25Ａと、このモールドコイル25Ａと後述するロ
ータ円盤を介して対向するようにブラケット39にボルト
を介して取付けられたモールドコイル25Ｃと、このモー
ルドコイル25Ｃより外側となるようにブラケット39に設
けた凹部に挿入され、ボルトを介してブラケット39に取
付けられたバックヨーク40とにより構成されている。こ
こで、バックヨーク40は、図10および図11に示すように
中心で上下に２分割され、厚さ 0.2mmのけい素鋼板40ａ
を渦巻状に巻回し、外周側と内周側をそれぞれリング40
ｂ，40ｃで挟んで固定した構造としている。

【００５２】また、ロータ37は、回転軸41と、この回転
軸41の軸方向中間部でモールドコイル25Ａ，25Ｃとそれ
ぞれ空隙42，42を形成するように配置され、回転軸41と
一体に回転するように取付けられた２個のロータ円盤2
9，29とにより構成されている。ここで、ロータ円盤29
には、軸方向に磁化されている複数の棒状の永久磁石30
が軸方向に貫通して一体になるように取付けられてお
り、中心には回転軸41と一体に回転させるためのキー
（図示しない）に係合させるキー溝（図示しない）を有
するリング（図示しない）が一体に設けられている。ま
た、ロータ円盤29相互の間にはスペーサ31を挿入し、各
ロータ円盤29の外側面はリング状押え金具32により中心
側に押し付けられている。

【００５３】次に、ステータを２分割し、ステータ側に
取付けるモールドコイルを４個、これに対応しロータ側
に取付けるロータ円盤を３個、ブラケット側に取付ける
モールドコイルおよびバックヨークを、それぞれブラケ
ットとは別体に製作した実施例について説明する。図12
は、この実施例の上半部を切断した断面図である。

【００５４】図12において、45はアキシャルギャップ回
転電機で、このアキシャルギャップ回転電機45は、ステ
ータ46と、このステータ46に軸受けを介して回転自在に
取付けられているロータ47とにより構成される。

【００５５】この構成において、ステータ46は、繊維強
化エポキシ樹脂でモールドして形成され、ロータ47の軸
心を含む平面内で上下に２分割した構造としているステ
ータフレーム48と、このステータフレーム48の軸方向両
端にボルトを介して取付けられ、繊維強化エポキシ樹脂
でモールドして形成され、ロータ47の軸心を含む平面内
で上下に２分割した構造としているブラケット49，49
と、ステータフレーム48の軸方向中間部にボルトを介し
て後述するロータ円盤を介して対向するように取付けら
れ、上下方向に２分割された図２に示すモールドコイル
25Ａ，25Ａと、各モールドコイル25Ａと後述するロータ
円盤を介して対向するようにブラケット49にボルトを介
して取付けられたモールドコイル25Ｄと、このモールド
コイル25Ｄおよびブラケット49に設けた凹部に挿入さ
れ、ボルトを介してブラケット49に取付けられたバック
ヨーク40とにより構成されている。

【００５６】また、ロータ47は、回転軸50と、この回転
軸50の軸方向中間部で、モールドコイル25Ａ，25Ｃとそ
れぞれ空隙55，51を形成するように配置され、回転軸50
と一体に回転するように取付けられた３個のロータ円盤
29，29，29とにより構成されている。ここで、ロータ円
盤29には、軸方向に磁化されている複数の棒状の永久磁
石30が軸方向に貫通して一体となるように取付けられて
おり、中心には回転軸50と一体に回転させるためのキー
（図示しない）に係合させるキー溝（図示しない）を有
するリング（図示しない）が一体に設けられている。ま
た、ロータ円盤29相互の間にはスペーサ31を挿入し、外
側には配置されるロータ円盤29の外側面はリング状押え
金具32により中心側に押し付けられている。

【００５７】その他、さらに高速回転に耐え得るように
するため、図13に示すようにロータ円盤29に取付ける永
久磁石30を、外周側と内周側で直径を異らせるようにし
てもよい。すなわち、外周側の永久磁石30ａの直径を内
周側の永久磁石30ｂの直径より小さくする。また、ロー
タ円盤を繊維強化樹脂の代りに、例えばジュラルミンの
ような非磁性で比重の小さい金属を用いるようにしても
よく、モールドコイルを樹脂でモールドする代りに、半
導体技術を応用し、薄い電気絶縁物の基板に導線をプリ
ント配線した半円状のコイルを積層して構成してもよ
い。さらに、ステータにバックヨークのみでなく、一般
の回転電機と同様に歯を設けたステータ鉄心の構成とし
ても、大容量化，高速回転における本発明の効果は得ら
れる。ただし、鉄損の増加，電機子反作用の影響，スラ
スト方向の磁気吸引力の増加による軸受け荷重の増大等
の問題点はある。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ータの主構成部である円盤体を樹脂で形成するので、ロ
ータのイナーシャを大幅に小さくし、超高速回転，急速
加減速，小型化等を実現できる。また、ステータフレー
ム，ブラケット等を樹脂で形成することにより、金属部
分が僅かに限られた部分のみとなり、重量を大幅に軽減
することも可能となり、回転電機自体の重量も負荷とな
るようなロボットのサーボモータ，電気自動車の駆動用
モータ等に適用した場合に出力を有効に利用することが
できる。さらに、ステータを分割構造とすることによ
り、ステータのコイルとロータの円盤体を交互に空隙を
介して多段とし、大出力化とメンテナンスを容易とした
アキシャルギャップ回転電機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の上半部を切断して示す断面
図。

【図２】本発明の一実施例に用いるモールドコイルの構
成図。

【図３】本発明の一実施例に用いるバックヨークの正面
図。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図。

【図５】本発明の一実施例に用いるロータ円盤の構成
図。

【図６】本発明の一実施例の作用を示す説明図。

【図７】図６と異なる本発明の一実施例の作用を示す説
明図。

【図８】本発明の他の実施例の概略構成を示す説明図。

【図９】本発明の他の実施例の上半部を切断して示す断
面図。

【図１０】本発明の他の実施例に用いるバックヨークの
正面図。

【図１１】図10のＢ−Ｂ矢視図。

【図１２】本発明のさらに異なる他の実施例の上半部を
切断した断面図。

【図１３】本発明の各実施例に用いるロータ円盤で図５
と異なるロータ円盤の構成図。

【図１４】従来の円筒型永久磁石回転電機の上半部を切
断した断面図。

【図１５】従来のアキシャルギャップ回転電機の概略構
成を示す説明図。

【符号の説明】

20，35，45…アキシャルギャップ回転電機、21，36，46
…ステータ、22，37，47…ロータ、23，38，48…ステー
タフレーム、24，39，49…ブラケット、25Ａ，25Ｂ，25
Ｃ，25Ｄ…モールドコイル、26，40…バックヨーク、2
7，41，50…回転軸、28，42，51…空隙、29…ロータ円
盤、30…永久磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円盤状に形成したコイルおよびこのコイ
ルに近接して磁性鋼板を渦巻状に巻回しスロットを有し
ないバックヨークをステータフレームの軸方向両端部に
配設して成るステータと、樹脂で円盤状に形成され、前
記コイルと軸方向に空隙を形成するように配置され、か
つ軸方向に磁化された永久磁石を軸方向に貫通して固定
した円盤体を回転軸に一体に回転するように装着して成
るロータとから構成したことを特徴とするアキシャルギ
ャップ回転電機。
【請求項２】円盤状に形成された３個以上のコイルを
有し、このコイルの内２個はステータフレームの軸方向
両端部のブラケットに磁性鋼板を渦巻状に巻回しスロッ
トを有しないバックヨーク上に配設し、他のコイルは回
転軸の軸心を含む平面内で上下に２分割し、ステータフ
レームの軸方向中間部に配設して成るステータと、樹脂
で円盤状に形成され、前記コイルと軸方向に空隙を形成
するように配置され、かつ軸方向に磁化された永久磁石
を軸方向に貫通して固定した２個以上の円盤体を前記回
転軸に一体に回転するように装着して成るロータとから
構成したことを特徴とするアキシャルギャップ回転電
機。
【請求項３】円盤状に形成された３個以上のコイルを
有し、このコイルの内２個は軸方向両端部のブラケット
に薄鋼板を渦巻状に巻回しスロットを有しないバックヨ
ーク上に配設し、他のコイルをステータフレームの中間
部に配設し、前記コイル，ブラケット，バックヨークお
よびステータフレームを回転軸の軸心を含む平面内に上
下に２分割して成るステータと、樹脂で円盤状に形成さ
れ、前記コイルと軸方向に空隙を形成するように配置さ
れ、かつ軸方向に磁化された永久磁石を軸方向に貫通し
て固定した２個以上の円盤体を前記回転体に一体に回転
するように装着して成るロータとから構成したことを特
徴とするアキシャルギャップ回転電機。
【請求項４】前記円盤体を非磁性の軽金属で形成した
請求項１乃至請求項３いずれかに記載のアキシャルギャ
ップ回転電機。
【請求項５】前記ステータフレームおよびブラケット
を樹脂で形成した請求項１乃至請求項３いずれかに記載
のアキシャルギャップ回転電機。
【請求項６】１極ごとに前記永久磁石を複数個に分割
して前記円盤体に軸方向に貫通して固定した請求項１乃
至請求項３いずれかに記載のアキシャルギャップ回転電
機。
【請求項７】１極ごとに円柱状永久磁石を複数個に分
割して前記円盤体に軸方向に貫通して固定した請求項１
乃至請求項３いずれかに記載のアキシャルギャップ回転
電機。
【請求項８】１極ごとに円柱状永久磁石を複数個に分
割し、かつ前記円盤体の内周側より外周側に固定される
ものの直径を小さくした請求項１乃至請求項３いずれか
に記載のアキシャルギャップ回転電機。
【請求項９】１極ごとに円柱状永久磁石を複数個に分
割し、かつそれぞれの円柱状永久磁石を所定の配列で前
記円盤体に貫通して固定すると共に、この円盤体を複数
個設け、各円盤体の磁極中心を少しずらしてトルクリッ
プルを減少させたことを特徴とする請求項１乃至請求項
３いずれかに記載のアキシャルギャップ回転電機。
【請求項１０】薄い磁性鋼板を渦巻性に巻回して円盤
状とし、かつスロットを有しないバックヨークを装着し
た請求項１乃至請求項３いずれかに記載のアキシャルギ
ャップ回転電機。
【請求項１１】周方向に分割可能な一方巻きとしたコ
イルを装着した請求項１乃至請求項３いずれかに記載の
アキシャルギャップ回転電機。
【請求項１２】周方向に分割可能な同心巻きとしたコ
イルを装着した請求項１乃至請求項３いずれかに記載の
アキシャルギャップ回転電機。