JP2009038897A - アキシャルギャップ型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ティース内部の磁束密度を均一にして径方向の磁束の流れを低減させると共に、マグネットトルクの極端な減少を抑制する。また、リラクタンストルクを増加させると共に、バックヨークを設けた場合であってもバックヨークの磁気飽和に起因する問題を抑制する。
【解決手段】磁極面２２とティース３４とが回転軸９０の方向で対向する環状の領域４０は、磁極面２２の周方向長さＬＲ１，ＬＲ２とティース３４の周方向長さＬＳ１，ＬＳ２との比率が、回転軸９０を中心とした径方向の位置に依存せず、径方向に所定の幅｜Ｒ１−Ｒ２｜を有する円環を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステータとロータとが回転軸方向に所定の空隙を介して対向するアキシャルギャップ型モータに関する。

アキシャルギャップ型モータは、厚みを薄くしても磁極面の面積を十分に確保できると共に、電機子のアキシャルコイルを整列巻することが容易であるので、銅損を減ずることができるという利点を有している。近年では、圧粉磁芯等の、透磁率が高く鉄損が小さい等方性の磁性材料を利用することができるようになったため、高出力、高効率が要求される用途にアキシャルギャップ型モータを採用するための研究も進んでいる。

さらに、リラクタンストルクを利用することにより銅損を低減し、トルクを向上させることができると共に、大きな突極比を利用してセンサレス制御を行うことが可能な埋込磁石型のアキシャルギャップ型モータの研究も進んでいる。

これに関連するアキシャルギャップ型モータの製造方法については、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平１０−０７０８７５号公報

アキシャルギャップ型モータでは、極数に応じて永久磁石が略扇形に形成され、スロット数に応じてティースもまた略扇形、又は略三角形に形成されている。したがって、永久磁石やティースの周方向の長さは、回転軸を中心とする半径の大きさに応じて異なる。例えば、電磁鋼板を径方向に積層してティースを構成した場合、ティースの径方向の位置に応じて、電磁鋼板の周方向の長さが異なる。これにより磁束密度が径方向で不均一になる場合がある。例えば、ティースの径方向の最内周部では、多くの磁石が対向する割には、ティースの周方向長さが極めて小さくなる。そのため、この部分が磁気飽和し、または、磁束の流れが径方向に傾斜した流れとなる。

この不均一によって、磁束が径方向成分を多く有することになるため、積層鋼鈑を用いたとしても、磁気抵抗が高く、渦電流損が多く発生してしまう。また、積層鋼鈑に代えて圧粉鉄心を用いた場合には、ティース内を、径方向成分を含む傾斜した方向に磁束が流れるため、磁路が長くなり、鉄損の増大、磁気抵抗の増大等の問題を招来する。

さらに、従来のアキシャルギャップ型モータの界磁子において、リラクタンストルクを増大させるために、該トルクの発生に資する磁束の磁路を十分に確保しようとすると、永久磁石の占有面積を縮小しなければならず、マグネットトルクが減少してしまうという問題がある。逆に、界磁子において、マグネットトルクの極端な減少を抑制しようとすると、リラクタンストルクを発生させる磁束の磁路を十分に確保できないという問題がある。この問題は、極数の増加に伴って顕著になる。

さらに、従来のアキシャルギャップ型モータに限らず、全てのリラクタンストルクを利用するモータでは、以下のような問題がある。すなわち、界磁子の永久磁石にバックヨークを設け、バックヨークが磁気飽和するような状況において、いわゆる「クロスサチュレーション」と呼ばれる現象が起こり、回転子位置の推定精度の低下及びセンサレス制御の安定性の低下を招く。

クロスサチュレーションとは、モータのバックヨークが磁気飽和するような状況において、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとが、それぞれｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑの両者に依存することをいう。この現象が起きると、電機子電流を増加させたときに、突極比が減少する。また、リラクタンストルクも減少し、ｄ軸インダクタンスＬｄやｑ軸インダクタンスＬｑを用いた回転子位置の推定精度が低下する。これに伴って、センサレス制御の安定性も低下する。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、アキシャルギャップ型モータにおいて、ティース内部の磁束密度を均一にして径方向の磁束成分を低減させると共に、マグネットトルクの極端な減少を抑制する技術を提供することを目的とする。また、リラクタンストルクを増加させると共に、バックヨークを設けた場合であってもバックヨークの磁気飽和に起因する問題を抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、第１の発明は、回転軸（９０）を中心として環状に、かつ磁極を交番させて配置された複数の磁極面（２２，２２ａ〜２２ｅ）を有するロータ（２０，２０ａ〜２０ｅ）と、前記回転軸を中心として環状に配置される複数の電機子巻線（３２）を保持するティース（３４）を有して、前記回転軸の方向に沿って、前記ロータと所定の空隙を介して対向するステータ（３０）とを備えるアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ａ〜１０ｅ）であって、前記磁極面と前記ティースとが前記回転軸の方向で対向する環状の領域（４０）は、前記磁極面の前記回転軸を中心とした周方向長さ（ＬＲ１，ＬＲ２）と前記ティースの周方向長さ（ＬＳ１，ＬＳ２）との比率が、前記回転軸を中心とした径方向の位置に依存せず、径方向に所定の幅（｜Ｒ２−Ｒ１｜）を有する円環を含む、アキシャルギャップ型モータである。

第２の発明は、第１の発明であって、前記ティース（３４）は、前記周方向に延在する薄板（３６）を、前記径方向に積層して構成される。

第３の発明は、第１の発明であって、前記ティース（３４）は、前記径方向に直交する方向に延在する薄板（３７）を、前記径方向に積層して構成される。

第４の発明は、第１ないし第３の何れかの発明であって、前記ロータ（２０，２０ｃ）は前記磁極面（２２，２２ｃ）を表面として呈する永久磁石（２３，２３ｃ）を有し、前記ティース（３４）と前記永久磁石とが、前記空隙を介して直接対向する。

第５の発明は、第１ないし第３の何れかの発明であって、前記ロータ（２０ａ，２０ｂ，２０ｄ，２０ｅ）は、永久磁石（２３ａ，２３ｃ）と、前記永久磁石のうち前記ティース（３４）と対向する側に、前記磁極面（２２ａ，２２ｂ，２２ｄ，２２ｅ）を呈するロータ磁芯（２４ａ，２４ｂ，２４ｄ）とを更に有する。

第６の発明は、第５の発明であって、前記ロータ磁芯（２４ａ，２４ｂ，２４ｄ）は、前記周方向に延在する薄板（２６）を、前記径方向に積層して構成される。

第７の発明は、第５の発明であって、前記ロータ磁芯（２４ａ，２４ｂ，２４ｄ）は、前記径方向に直交する方向に延在する薄板（２７）を、前記径方向に積層して構成される。

第８の発明は、第１ないし第７の何れかの発明であって、前記周方向で隣接する複数の前記ティース（３４）は、前記周方向で対向する辺同士が略平行である。

第９の発明は、第４又は第５の発明であって、前記ロータ（２０，２０ａ，２０ｃ〜２０ｅ）は、隣接する前記磁極面（２２，２２ａ，２２ｃ〜２２ｅ）の間に第１磁性体（２８）を更に有する。

第１０の発明は、第９の発明であって、前記第１磁性体（２８）は、前記磁極面（２２，２２ａ，２２ｃ〜２２ｅ）の最外周よりも内周側に偏在する。

第１１の発明は、第９又は第１０の発明であって、前記第１磁性体（２８）を、前記径方向の内周側で互いに連結する第２磁性体（２９）を更に有する。

第１の発明によれば、磁束密度が均一になる領域が増加する。特に、ティースの内周側において、径方向の磁束の流れを低減でき、磁気飽和を回避又は抑制できる。また、鉄損を低減できる。

第２及び第３の発明によれば、磁束の流れ方向と電磁鋼板の延在方向が一致するため、磁気抵抗を低くしつつ、鉄損を低減できる。

第４の発明によれば、ティース内部の磁束密度をより均一にできる。

第５の発明によれば、ステータに大電流が流れたときでも、減磁界がロータ磁芯により緩和されるので、減磁に強いモータを提供できる。また、保磁力を必要としないので、磁束密度の高い永久磁石を使用することができる。

第６及び第７の発明によれば、ロータ磁芯内部で径方向に移動する磁束を低減して磁束密度を均一にし、磁気抵抗を低減できる。また、鉄損を低減できる。

第８の発明によれば、電機子巻線が収納されるティース間のスペースが径方向で一定になり、電機子巻線の占積率が向上する。

第９の発明によれば、磁性体がいわゆるｑ軸インダクタンスを高めるので、リラクタンストルクを利用するモータに資することができる。

第１０の発明によれば、ロータのうち、永久磁石の設けられない部分を有効に利用でき、ｑ軸インダクタンスを高めることができる。さらに、ロータの磁極面の周方向の辺が径方向に対して傾斜することにより、ロータの磁極の急激な交番を緩和することができるので、コギングトルクを抑制できる。

第１１の発明によれば、ｑ軸インダクタンスを更に高めることができる。また、ロータにバックヨークを設けた場合でも、マグネットトルクを発生させる磁束の経路と、リラクタンストルクを発生させる磁束の経路とを分離できるので、バックヨークの磁気飽和を回避又は抑制できる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈第１実施形態〉
図１は、本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０の分解斜視図であり、回転軸９０に沿って分解して示している。また、図２は、ロータ２０を電機子側から斜めに見た斜視図であり、図３は、ステータ３０が有するティース３４の拡大図である。さらに、図４は、アキシャルギャップ型モータ１０を回転軸９０方向から見た平面透視図である。なお、本実施形態では、極数が「８」（極対数が「４」）、スロット数が「１２」の場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。また、図１を初めとする以下の図には、電機子巻線３２が一のティース３４にのみ巻回されて示されているが、実際には全てのティース３４に電機子巻線３２が設けられている。

図１及び図２に示すように、アキシャルギャップ型モータ１０は、回転軸９０を中心として環状に配置された複数の磁極面２２を有するロータ２０と、回転軸９０を中心として環状に配置される複数の電機子巻線３２を保持するティース３４を有して、回転軸９０の方向に沿って、ロータ２０と対向するステータ３０とを備える。ここで、ロータ２０は磁極面２２を表面として呈する永久磁石２３を有し、ティース３４と永久磁石２３とは、該所定の空隙を介して直接対向している。磁極面２２は周方向において磁極を交番させて配置されている。図１では分解して示されているが、アキシャルギャップ型モータ１０として組み立てられた状態では、ステータ３０とロータ２０とは、所定の空隙を介して対向する。

具体的には、ロータ２０は、回転軸９０に沿って配設されるシャフト（図示省略）と締結する孔２５を中心として略環状に形成されたバックヨーク２１と、バックヨーク２１のステータ３０側の面に配設される複数の永久磁石２３とを備える。永久磁石２３は、回転軸９０を法線とする断面形状が略アーチ状に形成されており、永久磁石２３の面のうち、回転軸９０を法線とする面上で磁極面２２を呈する。そして、永久磁石２３は、該アーチの焦点と回転軸９０とが一致する位置で、かつ磁極を交番させて環状に配置される。つまり、極数が「８」の場合には、環状に配置された永久磁石２３に対する回転軸９０が８回対称軸となる。

また、ロータ２０は、隣接する磁極面２２の間に第１磁性体２８を更に有する。磁性体２８は、磁極面２２の最外周よりも内周側に偏在し、内周側で第２磁性体２９によって互いに連結されている。つまり、本実施形態では、第１磁性体２８及び第２磁性体２９に対しても、回転軸９０が８回対称軸となる。図２では、隣接する磁極面２２の間に形成される第１磁性体２８と、第１磁性体２８同士を内周側で連結する第２磁性体２９との間に二点鎖線を付して両者を区別しているが、一体に形成されていることが望ましい。

これらバックヨーク２１、第１磁性体２８及び第２磁性体２９は、軟磁性体で形成されるか又は、両者を一体とする圧粉磁芯で形成される。ここで、第１磁性体２８及び第２磁性体２９と永久磁石２３とは、磁気的な短絡を防止するために所定の間隙を有して配置される。なお、第１磁性体２８及び第２磁性体２９は、リラクタンストルクを発生させる磁束を導く役割を担うため、「リラクタンスコア」２８Ａと称する。又は、第１磁性体２８及び第２磁性体２９が配置される位置に磁束のｑ軸方向の成分が流れることに由来して「ｑ軸コア」とも称する。リラクタンスコア２８Ａの形状については、永久磁石２３との関係と共に後に詳述する。

ステータ３０は、回転軸９０に沿って配設されるシャフトが貫通する貫通孔３５を中心として略環状に形成された基板３１と、基板３１がロータ２０と対向する側の面で、貫通孔３５を中心として放射状に複数（例えば、１２個）配設されるティース３４と、各ティース３４によって保持される電機子巻線３２とを備える。具体的には、基板３１には、ロータ２０と対向する側の面において、貫通孔３５と外端縁部との間で、貫通孔３５を中心として放射状に１２個の嵌合孔（又は、嵌合凹部）が設けられ、該嵌合孔にティース３４がそれぞれ立設される。つまり、スロット数が「１２」の場合には、放射状に配置されたティース３４に対する回転軸９０が１２回対称軸となる。

ここで、基板３１の材質は、軟磁性体又は非磁性体の何れでも良い。なお、基板３１を軟磁性体で形成することにより、基板３１をティース３４のバックヨークとして適用できるため、透磁率の高い軟磁性体を用いることが望ましい。例えば、ティース３４を埋設する埋設孔を設けた形状で、回転軸９０の方向に積層した電磁鋼板で構成できる。

図３（ａ）に示すように、ステータ３０に立設されるティース３４は、ステータ３０の周方向に延在する薄板３６を、ステータ３０の径方向に積層して構成される。又は、図３（ｂ）に示すように、径方向に直交する方向に延在する薄板３７を、径方向に積層して構成される。何れの場合であっても、周方向で隣接する複数のティース３４は、周方向で対向する辺同士が略平行である。

また、ティース３４は、その上端面（磁極面２２と対向する端面）から少なくとも周方向に張出した鍔部３８を有していても良い。鍔部３８を有していれば、鍔部３８の上面（磁極面２２と対向する端面）３８Ｓを、ステータ３０の磁極面とみなすことができるようになるので、電機子巻線３２が巻回されている領域までステータ３０の磁極面を拡大することができる。したがって、より多くの磁束をステータ巻線に鎖交させることができる。また、鍔部３８を有していれば、電機子巻線３２を、基板３１と鍔部３８との間で、確実に保持できる。ここで、ティース３４と鍔部３８とは一体形成されている。

本実施形態では、１つの電機子巻線３２が１つのティース３４に巻回される集中巻方式を採用している。集中巻方式を採用することにより、巻線長を短くすることができるので銅損を抑制でき、ティース３４の回転軸９０の方向の長さを短くすることもできる。なお、１つの電機子巻線３２が複数のティース３４にまたがって巻回される分布巻き方式が採用されても良い。

なお、本願では特に断らない限り、電機子巻線３２は、これを構成する導線の一本一本を指すのではなく、導線が一纏まりに巻回された態様を指す。これは、図面においても同様である。また、巻始め及び巻終わりの引出線、及びそれらの結線も図面においては省略した。

また、図３（ａ）、（ｂ）何れの場合であっても、磁極面２２とティース３４とが回転軸９０の方向で対向する環状の領域４０は、回転軸９０を中心とした磁極面２２の周方向長さＬＲ１，ＬＲ２とティース３４の周方向長さＬＳ１，ＬＳ２との比率が、回転軸９０を中心とした径方向の位置に依存せず、径方向に所定の幅｜Ｒ１−Ｒ２｜を有する円環を含む。

具体的には、図４に示すように、該環状の領域４０において、領域４０の外径と磁極面２２とが回転軸９０の方向で重複する長さＬＲ１と、該外径とティース３４とが回転軸９０の方向で重複する長さＬＳ１との比率は、領域４０の内径と磁極面２２とが回転軸９０の方向で重複する長さＬＲ２と、該内径とティース３４とが回転軸９０の方向で重複する長さＬＳ２との比率に等しい。このことは、半径Ｒ１，Ｒ２の大きさによらず成立する。換言すれば、上記のような比率を満足するように磁極面２２及びティース３４が形成される。ここで、図４に示した磁極面２２及びティース３４は、実際には、バックヨーク２１に隠れており、破線で示すべきであるが、各要素の識別を明確にするため、一部を実線で示している。

なお、本発明を効率的に実施する観点からすると、磁極面２２及びティース３４の理想的な形状としては、磁極面２２及びティース３４が回転軸９０の方向で重複する領域全体に亘って上記のような比率を満足することが望ましい。しかし、実際には、電機子巻線３２の巻回しを効率的かつ容易にするため、或いは、製造工程での便宜を考慮して、それぞれの角部が径方向に面取り加工され、または曲面状のフィレットを設けられることが多い。したがって、このような加工がなされる領域を除く領域について上記のような比率を満足する。本実施形態では、ティース３４は、回転軸９０方向の断面が略アーチ状の柱形状を呈しているが、これに限定されるものではない。

〈リラクタンスコアの平面形状について〉
本実施形態におけるアキシャルギャップ型モータ１０は、電機子巻線３２に対して、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流を供給することにより、鍔部３８の上面３８Ｓから流出する磁束、又は上面３８Ｓへ流入する磁束を発生させ、該磁束をロータ２０に作用させることにより、ロータ２０を回転軸９０の周りで回転させる。ここで、アキシャルギャップ型モータ１０では、一のリラクタンスコア２８Ａに流入した磁束が、永久磁石２３を迂回してバックヨーク２１を経由し、他のリラクタンスコア２８Ａから流出することによりリラクタンストルクを発生させる。したがって、アキシャルギャップ型モータ１０においてリラクタンストルクを増加させるためには、リラクタンスコア２８Ａの占有面積を広くして、リラクタンストルクの発生に資する磁路を確保し、ｑ軸インダクタンスを増加させれば良い。

本発明では、周方向で隣接する複数のティース３４は、周方向で対向する辺同士が略平行である。すなわち、各ティース３４は、略アーチ状又は略台形状に形成されている。

そこで、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０では、リラクタンスコア２８Ａを、ロータ２０において、略アーチ状に形成された複数の永久磁石２３が配設される領域を除く略全域に亘って形成する。これにより、リラクタンスコア２８Ａの占有面積を広くしてリラクタンストルク、ひいては全トルクを増加させることができる。

さらに、第２磁性体２９をロータ２０の内周側に偏在させると、リラクタンストルクの発生に資する磁束の磁路は、マグネットトルクの発生に資する磁束の磁路よりも内周側になるので、両者を分離できる。これにより、バックヨーク２１の磁気飽和を抑制することができ、ｄ軸インダクタンスの低下及びｑ軸インダクタンスの低下等のバックヨーク２１の磁気飽和に起因する問題を抑制できる。

なお、リラクタンスコア２８Ａは、内周部（磁性体２９）で、回転軸９０に沿って配設されるシャフトと締結される締結孔２５の一部ともなるので、ロータ２０とシャフトとの締結力が増大し、ロータ２０の傾きを抑制又は回避できる。

〈第１実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の発明によれば、磁極面２２とティース３４とが回転軸９０の方向で対向する環状の領域４０は、磁極面２２の回転軸９０を中心とした周方向長さＬＲ１，ＬＲ２とティース３４の周方向長さＬＳ１，ＬＳ２との比率が、回転軸９０を中心とした径方向の位置に依存せず、径方向に所定の幅｜Ｒ２−Ｒ１｜を有する円環を含むので、磁束密度が均一になる領域が増加する。特に、ティース３４の内周側において、磁束の径方向成分を低減でき、磁気飽和を回避又は抑制できる。また、鉄損を低減できる。

また、ティース３４は、周方向に延在する薄板３６又は、径方向に直交する方向に延在する薄板３７を、径方向に積層して構成されるので、磁束の径方向成分を低減できる。

また、ティース３４と永久磁石２３とが、所定の空隙を介して直接対向するので、ティース３４内部の磁束密度をより均一にできる。

周方向で隣接する複数のティース３４は、周方向で対向する辺同士が略平行なので、電機子巻線３２が収納されるティース３４間のスペースが径方向で一定になり、電機子巻線３２の占積率が向上する。

また、ロータ２０は、隣接する磁極面２２の間に第１磁性体２８を更に有するので、磁性体２８がいわゆるｑ軸インダクタンスを高め、リラクタンストルクを利用するモータに資することができる。

また、リラクタンスコア２８Ａは磁極面２２の最外周よりも内周側に偏在するので、永久磁石２３の設けられない部分を有効に利用でき、ｑ軸インダクタンスを高めることができる。さらに、ロータ２０の磁極の急激な交番を緩和することができる。

さらにまた、第１磁性体２８を、径方向の内周側で互いに連結する第２磁性体２９を更に有するので、ｑ軸インダクタンスを高めることができる。また、ロータ２０にバックヨーク２１を設けた場合でも、マグネットトルクを発生させる磁路と、リラクタンストルクを発生させる磁路とを分離できるので、バックヨーク２１の磁気飽和を回避又は抑制できる。

〈第２実施形態〉
上記第１実施形態では、磁極面２２とティース３４とが直接対向する態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは、本発明の第２実施形態として、ロータ磁芯２４ａを適用する態様について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の説明において、特に断りのない限り、上記第１実施形態と同様の機能を有する要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

図５は、本発明の第２実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０ａの分解斜視図であり、回転軸９０に沿って分解して示している。また、図６は、ロータ磁芯２４ａ，２４ｄの拡大図である。なお、本実施形態でも、８極１２スロットの場合を例に説明する。

図５に示すように、アキシャルギャップ型モータ１０ａのロータ２０ａは、バックヨーク２１と、永久磁石２３と、永久磁石２３のうちティース３４と対向する側に磁極面２２ａを呈するロータ磁芯２４ａとを有する。具体的には、ステータ３０と対向する永久磁石２３の一の面に、永久磁石２３と略同一形状に形成されたロータ磁芯２４ａを、例えば、接着等により配設する。

図６（ａ）に示すように、ロータ磁芯２４ａは、回転軸９０に対して周方向に延在する薄板２６を、回転軸９０からの径方向に積層して構成される。又は、図６（ｂ）に示すように、ロータ磁芯２４ｄは、径方向に直交する方向に延在する薄板２７を、径方向に積層して構成される。なお、本実施形態では、図６（ａ）に示した態様を採用している。ロータ磁芯２４ａは、軟磁性体で形成され、ロータ磁芯２４ａ回転軸９０を法線とする面のうち、ステータ３０と対向する面がロータ２０ａの磁極面２２ａとなる。

〈第２実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態の発明によれば、ロータ２０ａは、永久磁石２３と、永久磁石２３のうちティース３４と対向する側に、磁極面２２ａを呈するロータ磁芯２４ａを有するので、ステータ３０に大電流が流れたときでも、減磁界が永久磁石２３に直接作用しなくなるので、永久磁石２３が消磁しにくくなる。したがって、抵抗率が低いネオジウム系の焼結磁石により永久磁石２３が構成されている場合に、永久磁石２３の内部で発生する渦電流による損失や発熱を回避又は抑制できる。換言すれば、減磁界がロータ磁芯２４ａにより緩和されるので、減磁に強いアキシャルギャップ型モータ１０ａを提供できる。また、高い保磁力を必要としないので、磁束密度の高い永久磁石２３を使用することができる。

また、ロータ磁芯２４ａは、周方向に延在する薄板２６又は、径方向に直交する方向に延在する薄板２７を、径方向に積層して構成されるので、ロータ磁芯２４ａ内部で径方向に移動する磁束を低減して磁束密度を均一にし、磁気抵抗を低減できる。また、鉄損を低減できる。

〈第３実施形態〉
上記第２実施形態では、ロータ磁芯２４ａが、複数の永久磁石２３のそれぞれに別体で配設される態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは、本発明の第３実施形態として、ロータ磁芯２４ｂを一体に形成する態様について、図面を参照しながら説明する。

図７は、本発明の第３実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０ｂの分解斜視図であり、回転軸９０に沿って分解して示している。なお、本実施形態でも、８極１２スロットの場合を例に説明する。

図７に示すように、例えば、バックヨーク２１に環状に配設された略アーチ状の永久磁石２３の外周及び内周によって形成される円環と略同一サイズの環状磁性体５０ｂに、回転軸９０を中心とする放射状のスリット５２ｂを、極数と同数（本実施形態においては８個）形成する。スリット５２ｂは、環状磁性体５０ｂを等分しており、径方向の端部には、薄肉部５４ｂが形成されている。２つのスリット５２ｂの間の領域が、永久磁石２３と重なるように配設することによりロータ磁芯２４ｂとして機能し、該領域が、ロータ２０ｂの磁極面２２ｂとなる。ここで、隣接するロータ磁芯２４ｂ、すなわち、磁極面２２ｂは、薄肉部５４ｂによって互いに連結されているが、容易に磁気飽和するために、磁極面２２ｂ同士が磁気的に短絡することはない。

なお、本実施形態のロータ２０ｂには、上記実施形態で示したリラクタンスコア２８Ａを設けていないが、ロータ磁芯２４ｂを一体に形成してもリラクタンスコア２８Ａを設けることは可能である。また、ロータ磁芯２４ｂとリラクタンスコア２８Ａとを一体に形成することも可能である。

〈第３実施形態の効果〉
このように、ロータ磁芯２４ｂを一体に形成することにより、永久磁石２３への取付けを容易に行うことができる。

〈第１の変形例〉
上記第１ないし第３実施形態では、磁極面２２，２２ａ，２２ｂ及びティース３４が、それぞれ略アーチ状に形成されている態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ここでは、本発明の第１実施形態の変形例として、回転軸９０に垂直な面内で、両者がそれぞれ略台形状に形成されている態様について、図面を参照しながら説明する。

図８は、本発明の第１の変形例に係るアキシャルギャップ型モータ１０ｃの分解斜視図であり、回転軸９０に沿って分解して示している。また、図９は、アキシャルギャップ型モータ１０ｃを回転軸９０方向から見た平面透視図である。

図８及び図９に示すように、アキシャルギャップ型モータ１０ｃのロータ２０ｃでは、バックヨーク２１の一の面上で環状に配設された永久磁石２３ｃの上面が磁極面２２ｃを呈している。そして、この磁極面２２ｃが略台形状に形成されている。具体的には、磁極面２２ｃは、上記第１実施形態の磁極面２２において径方向の両端でアーチを形成している部位が、径方向に直交する方向に延在する直線に替わった形状を呈している。また、ティース３４は、上記第１実施形態の図３（ｂ）で説明した形状を適用している。ここで、磁極面２２ｃは周方向において磁極を交番させて配置されている。また、図９に示した磁極面２２ｃ及びティース３４は、実際には、バックヨーク２１に隠れており、破線で示すべきであるが、各要素の識別を明確にするため、一部を実線で示している。

上述のように、磁極面２２ｃとティース３４の断面形状とが、それぞれ略台形状に形成されている場合、半径Ｒ１，Ｒ２における磁極面２２ｃの周方向長さＬＲ１，ＬＲ２と、半径Ｒ１，Ｒ２におけるティース３４の周方向長さＬＳ１，ＬＳ２とは、それぞれの長さを示す線分の中心で半径Ｒ１又は半径Ｒ２の仮想的な円に接しているときの接線方向の磁極面２２ｃ又はティース３４の長さであっても良いし、該線分の端部が、仮想的な円に接しているときの接線方向の磁極面２２ｃ又はティース３４の長さであっても良い。

このように、磁極面２２ｃとティース３４の断面形状とが、それぞれ略台形状に形成されている場合であっても、本発明を実施することができる。したがって、これらをそれぞれ略アーチ状に形成するよりも簡単に製作できる。

〈第２の変形例〉
図１０は、本発明の第２の変形例に係るアキシャルギャップ型モータ１０ｄの分解斜視図であり、回転軸９０の方向に沿って分解して示している。図１０に示すように、本発明の更なる変形例としては、上記第２実施形態と上記第１の変形例とを組み合わせた態様として、ロータ２０ｄが以下のように構成されていても良い。すなわち、バックヨーク２１ｄの一の面上において、断面形状が略台形状に形成された永久磁石２３ｄを環状かつ磁極を交番させて配設し、それらの上に、各永久磁石２３ｄの断面形状と略同一形状に形成されたロータ磁芯２４ｄを配設して、ロータ磁芯２４ｄの上面をロータ２０の磁極面２２ｄとする。

このように、磁極面２２ｄとティース３４の断面形状とが、それぞれ略台形状に形成され、ロータ磁芯２４ｄが採用されることにより、製作工程が簡単でかつ減磁に強いアキシャルギャップ型モータ１０ｄを提供できる。

〈第３の変形例〉
図１１は、本発明の第３の変形例に係るアキシャルギャップ型モータ１０ｅの分解斜視図であり、回転軸９０の方向に沿って分解して示している。図１１に示すように、本発明の更なる変形例としては、２つのステータ３０を、それぞれのステータ３０が有するティース３４が配設されている側の面同士を対向させて配置し、両ステータ３０の間で、所定の空隙を介してロータ２０ｅを配設する態様も可能である。

本変形例のロータ２０ｅは、上記実施形態で示したバックヨーク２１に相当する要素を用いず、永久磁石２３ｃと、ロータ磁芯２４ｄと、リラクタンスコア２８Ａｅとを備え、リラクタンスコア２８Ａｅの内周と、回転軸９０の方向に沿って配設されるシャフト（図示省略）とが嵌合して固定されている。

ロータ磁芯２４ｄは、永久磁石２３ｃの回転軸９０を法線とする両端面それぞれに配設されており、永久磁石２３ｃとロータ磁芯２４ｄとは、例えば、接着等により接合されている。つまり、本実施形態では、永久磁石２３ｃを介して接合される２つのロータ磁芯２４ｄの両端面が磁極面２２ｅを呈している。

また、永久磁石２３ｃ及びロータ磁芯２４ｄと、リラクタンスコア２８Ａｅとは、容易に磁気飽和する薄肉部（図示省略）によって連結されている。つまり、永久磁石２３ｅ及びロータ磁芯２４ｄと、リラクタンスコア２８Ａｅとは、磁気的に独立な状態を保った状態で連結されている。

なお、永久磁石２３ｃ及びロータ磁芯２４ｄと、リラクタンスコア２８Ａｅとは、樹脂モールド成形されたホルダ等を含む非磁性体ホルダによって保持されていても良い。リラクタンスコア２８Ａｅの回転軸９０方向の長さは、２つのロータ磁芯２４ｄの間に永久磁石２３ｃを挟んで接合されたときの回転軸９０方向の長さに略等しい。

このような態様の場合、ロータ２０ｅの両側に設けられる空隙（エアギャップ）により、軸受への負荷が相殺されるために、機械損を低減できる。

本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 ロータを電機子側から斜めに見た斜視図である。 ステータが有するティースの拡大図である。 アキシャルギャップ型モータを回転軸方向から見た平面透視図である。 本発明の第２実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 ロータ磁芯の拡大図である。 本発明の第３実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 本発明の第１の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 アキシャルギャップ型モータを回転軸方向から見た平面透視図である。 本発明の第２の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 本発明の第３の変形例に係るアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。

符号の説明

１０，１０ａ〜１０ｅ アキシャルギャップ型モータ
２０，２０ａ〜２０ｅ ロータ
２２，２２ａ〜２２ｅ 磁極面
２３，２３ｃ 永久磁石
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｄ ロータ磁芯
２６ 薄板
２７ 薄板
２８ 第１磁性体
２９ 第２磁性体
３０ ステータ
３２ 電機子巻線
３４ ティース
３６ 薄板
３７ 薄板
４０ 領域
９０ 回転軸
ＬＲ１，ＬＲ２ 周方向長さ
ＬＳ１，ＬＳ２ 周方向長さ
Ｒ１，Ｒ２ 半径

Claims (11)

1. 回転軸（９０）を中心として環状に、かつ磁極を交番させて配置された複数の磁極面（２２，２２ａ〜２２ｅ）を有するロータ（２０，２０ａ〜２０ｅ）と、
   前記回転軸を中心として環状に配置される複数の電機子巻線（３２）を保持するティース（３４）を有して、前記回転軸の方向に沿って、前記ロータと所定の空隙を介して対向するステータ（３０）と
   を備えるアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ａ〜１０ｅ）であって、
   前記磁極面と前記ティースとが前記回転軸の方向で対向する環状の領域（４０）は、
   前記磁極面の前記回転軸を中心とした周方向長さ（ＬＲ１，ＬＲ２）と前記ティースの周方向長さ（ＬＳ１，ＬＳ２）との比率が、前記回転軸を中心とした径方向の位置に依存せず、径方向に所定の幅（｜Ｒ２−Ｒ１｜）を有する円環
   を含む、アキシャルギャップ型モータ。
2. 請求項１記載のアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ａ〜１０ｅ）であって、
   前記ティース（３４）は、前記周方向に延在する薄板（３６）を、前記径方向に積層して構成される、アキシャルギャップ型モータ。
3. 請求項１記載のアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ａ〜１０ｅ）であって、
   前記ティース（３４）は、前記径方向に直交する方向に延在する薄板（３７）を、前記径方向に積層して構成される、アキシャルギャップ型モータ。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか記載のアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ｃ）であって、
   前記ロータ（２０，２０ｃ）は前記磁極面（２２，２２ｃ）を表面として呈する永久磁石（２３，２３ｃ）を有し、
   前記ティース（３４）と前記永久磁石とが、前記空隙を介して直接対向する、アキシャルギャップ型モータ。
5. 請求項１ないし請求項３の何れか記載のアキシャルギャップ型モータ（１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅ）であって、
   前記ロータ（２０ａ，２０ｂ，２０ｄ，２０ｅ）は、永久磁石（２３ａ，２３ｃ）と、前記永久磁石のうち前記ティース（３４）と対向する側に、前記磁極面（２２ａ，２２ｂ，２２ｄ，２２ｅ）を呈するロータ磁芯（２４ａ，２４ｂ，２４ｄ）とを更に有する、アキシャルギャップ型モータ。
6. 請求項５記載のアキシャルギャップ型モータ（１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅ）であって、
   前記ロータ磁芯（２４ａ，２４ｂ，２４ｄ）は、前記周方向に延在する薄板（２６）を、前記径方向に積層して構成される、アキシャルギャップ型モータ。
7. 請求項５記載のアキシャルギャップ型モータ（１０ａ，１０ｂ，１０ｄ，１０ｅ）であって、
   前記ロータ磁芯（２４ａ，２４ｂ，２４ｄ）は、前記径方向に直交する方向に延在する薄板（２７）を、前記径方向に積層して構成される、アキシャルギャップ型モータ。
8. 請求項１ないし請求項７の何れか記載のアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ａ〜１０ｅ）であって、
   前記周方向で隣接する複数の前記ティース（３４）は、前記周方向で対向する辺同士が略平行である、アキシャルギャップ型モータ。
9. 請求項４又は請求項５記載のアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ａ，１０ｃ〜１０ｅ）であって、
   前記ロータ（２０，２０ａ，２０ｃ〜２０ｅ）は、隣接する前記磁極面（２２，２２ａ，２２ｃ〜２２ｅ）の間に第１磁性体（２８）を更に有する、アキシャルギャップ型モータ。
10. 請求項９記載のアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ａ，１０ｃ〜１０ｅ）であって、
    前記第１磁性体（２８）は、前記磁極面（２２，２２ａ，２２ｃ〜２２ｅ）の最外周よりも内周側に偏在する、アキシャルギャップ型モータ。
11. 請求項９又は請求項１０記載のアキシャルギャップ型モータ（１０，１０ａ，１０ｃ〜１０ｅ）であって、
    前記第１磁性体（２８）を、前記径方向の内周側で互いに連結する第２磁性体（２９）を更に有する、アキシャルギャップ型モータ。

Images