JP4678549B2 - アキシャルギャップ型モータ - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータに関する。

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（例えば、特許文献１）。

図１０に示すように、上記特許文献１に記載のアキシャルギャップ型モータでは、ロータコア１０１がテープ状の電磁鋼板１０２を捲回し、捲回したロータコア１０１に磁石片１０３を格納する開口１０４を周方向に等間隔に設けることで形成されている。

特開２００６−１６６６３５号公報

この特許文献１に記載のアキシャルギャップ型モータでは、周方向で隣り合う磁石片１０３、１０３間が電磁鋼板１０２により形成されているため、周方向で隣り合う磁石間１０３、１０３で磁束が短絡してしまい、これにより、モータの発生トルクの減少や効率低下を防止することができなかった。

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、磁束の短絡を抑制できるアキシャルギャップ型モータ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、
回転軸方向に着磁され周方向に配置された複数の主磁石片（後述の実施形態における主永久磁石片４１）と、それぞれ前記主磁石片を保持する複数の主磁石片用孔部（後述の実施形態における主磁石片用孔部１５）を有するロータコア（後述の実施形態におけるロータコア１３）を備え、回転軸周りに回転可能なロータ（後述の実施形態におけるロータ１１）と、
回転軸方向の少なくとも一方側から前記ロータに対向配置されるステータ（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（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、１０Ａ）であって、
前記ロータコアは、テープ状の磁性板（後述の実施形態における磁性板１４）を捲回して構成され、径方向に隣り合う第１捲回層と第２捲回層を有し、
前記第１捲回層と前記第２捲回層の前記ロータコアの回転中心から同位相に位置する部分において、前記第１捲回層は、磁束の短絡を抑制する磁束短絡抑制部（後述の実施形態における外側磁束短絡抑制部６２、内側磁束短絡抑制部５２）を有し、前記第２捲回層は、前記磁性板の強度を確保する機械強度維持部（後述の実施形態における外側連結部６１、内側連結部５１）を有する、
ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記磁束短絡抑制部は、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部を連通する連通部（後述の実施形態における内側磁束短絡抑制部５２）であり、
前記機械強度維持部は、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部を閉塞する閉塞部（後述の実施形態における内側連結部５１）である、
ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、
前記ロータは、回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された複数の副磁石片（後述の実施形態における副永久磁石片４３）を備え、
前記ロータコアは、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部間で前記回転軸方向の少なくとも一方側に、それぞれ前記副磁石片を保持する複数の副磁石片用孔部（後述の実施形態における副磁石片用孔部１７）を有する、
ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成に加えて、
前記磁束短絡抑制部は、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、前記副磁石片用孔部の回転軸方向外側が開口した開口部（後述の実施形態における外側磁束短絡抑制部６２）であり、
前記機械強度維持部は、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、前記副磁石片用孔部の回転軸方向外側が閉塞した閉塞部（後述の実施形態における外側連結部６１）である、
ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加えて、
前記ロータコアを構成する前記テープ状の磁性板に形成された前記磁束短絡抑制部と前記機械強度維持部の配列が、所定のパターンで繰り返される、ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の構成に加えて、
前記ロータコアにおいて、前記ロータコアを構成する前記テープ状の磁性板に形成された前記磁束短絡抑制部と前記機械強度維持部の配列が、前記主磁石片の総数に対し約数とならない整数個を１つのパターンとして繰り返される、
ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の構成に加えて、
前記機械強度維持部を熱処理により非磁性化した、
ことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の構成に加えて、
前記テープ状の磁性板の前記機械強度維持部を予め非磁性化した後、捲回される、
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、
回転軸方向に着磁され周方向に配置された複数の主磁石片（後述の実施形態における主永久磁石片４１）と、それぞれ前記主磁石片を保持する複数の主磁石片用孔部（後述の実施形態における主磁石片用孔部１５）を有するロータコア（後述の実施形態におけるロータコア１３）を備え、回転軸周りに回転可能なロータ（後述の実施形態におけるロータ１１）と、
回転軸方向の少なくとも一方側から前記ロータに対向配置されるステータ（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（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、１０Ａ）のロータ製造方法において、
前記主磁石片用孔部をテープ状の磁性板（後述の実施形態における磁性板１４）に形成する打ち抜き工程と、
前記主磁石片用孔部が形成された前記磁性板を捲回する捲回工程と、を備え、
前記打ち抜き工程において、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部を連通する磁束短絡抑制部（後述の実施形態における内側磁束短絡抑制部５２）と、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部を閉塞する機械強度維持部（後述の実施形態における内側連結部５１）を形成する、
ことを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、
回転軸方向に着磁され周方向に配置された複数の主磁石片（後述の実施形態における主永久磁石片４１）と、それぞれ前記主磁石片を保持する複数の主磁石片用孔部（後述の実施形態における主磁石片用孔部１５）を有するロータコア（後述の実施形態におけるロータコア１３）を備え、回転軸周りに回転可能なロータ（後述の実施形態におけるロータ１１）と、
回転軸方向の少なくとも一方側から前記ロータに対向配置されるステータ（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（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、１０Ａ）のロータ製造方法において、
前記主磁石片用孔部と、周方向に隣り合う前記主磁石片孔部間で前記回転軸方向の少なくとも一方側に回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された複数の副磁石片（後述の実施形態における副永久磁石片４３）をそれぞれ保持する副磁石片用孔部（後述の実施形態における副磁石片用孔部１７）と、をテープ状の磁性板に形成する打ち抜き工程と、
前記主磁石片用孔部と前記副磁石片用孔部が形成された前記磁性板を捲回する捲回工程と、を備え、
前記打ち抜き工程において、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、前記副磁石片用孔部の回転軸方向外側が開口した磁束短絡抑制部（後述の実施形態における外側磁束短絡抑制部６２）と、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、前記副磁石片用孔部の回転軸方向外側が閉塞した機械強度維持部（後述の実施形態における外側連結部６１）を形成する、
ことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の構成に加えて、
前記捲回工程前に、前記機械強度維持部を熱処理により非磁性化する熱処理工程を備える、
ことを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の構成に加えて、
前記打ち抜き工程において、前記テープ状の磁性板に形成された前記磁束短絡抑制部と前記機械強度維持部の配列が、前記主磁石片の総数に対し約数とならない整数個を１つのパターンとして繰り返される、
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ロータコアは径方向に隣り合う第１捲回層と第２捲回層を有し、第１捲回層と第２捲回層のロータコアの回転中心から同位相に位置する部分において、第１捲回層は、磁束の短絡を抑制する磁束短絡抑制部を有し、第２捲回層は、磁性板の強度を確保する機械強度維持部を有するので、捲回巻きされたロータコアの回転中心から同一位相部分で磁気短絡の抑制と機械強度の維持の両立を図ることができる。すなわち、機械強度維持部により磁性板が繋がっているため、ロータコアを捲回巻きで製造することができるとともに、磁束短絡抑制部により磁束の短絡を抑制することができ、モータの発生トルクが低下するのを抑制することができる。

請求項２及び請求項９の発明によれば、周方向に隣り合う主磁石片用孔部を連通する連通部である第１捲回層の磁束短絡抑制部により、第１捲回層の周方向に隣り合う主磁石片間が連通しているので、周方向に隣り合う主磁石片間における磁束の短絡を抑制することができる。また、周方向に隣り合う主磁石片用孔部を閉塞する閉塞部である第２捲回層の機械強度維持部により、主磁石片を主磁石片用孔部に保持することができる。

請求項３の発明によれば、略ハルバッハ構造とすることで、主磁石片の磁束の方向を規制する磁束レンズ効果により有効磁束発生量を相対的に増やすことができる。

請求項４及び請求項１０の発明によれば、回転軸方向の少なくとも一方側において、副磁石片用孔部の回転軸方向外側が開口した開口部である第１捲回層の磁束短絡抑制部により、副磁石片の外側における磁束の短絡を抑制することができる。また、回転軸方向の少なくとも一方側において、副磁石片用孔部の回転軸方向外側が閉塞した閉塞部である第２捲回層の機械強度維持部により、副磁石片を副磁石片用孔部に保持することができ、副磁石片が回転軸方向外側に抜け出ることを防止することができる。加えて、磁束短絡抑制部によりロータとステータ間に生じる渦電流の発生を抑制することができる。

請求項５の発明によれば、ロータコアを構成するテープ状の磁性板に形成された磁束短絡抑制部と機械強度維持部の配列が、所定のパターンで繰り返されるので、容易に製造することができる。

請求項６及び請求項１２の発明によれば、ロータコアを構成するテープ状の磁性板に形成された磁束短絡抑制部と機械強度維持部の配列が、主磁石片の総数に対し約数とならない整数個を１つのパターンとして繰り返されるので、ある位相において磁束短絡抑制部のみが形成されたり、機械強度維持部のみが形成されるといった不具合を解消することができる。

請求項７の発明によれば、機械強度維持部を熱処理により非磁性化したので、機械強度を維持するため繋がっている部分においても非磁性化することにより磁束の短絡を抑制することができる。

請求項８及び請求項１１の発明によれば、テープ状の磁性板の機械強度維持部を予め非磁性化した後捲回されるので、捲回後に熱処理する場合に比べて、容易に精度よく製造することができる。また、熱処理するためのスペースが少なくてすみ、小型の熱処理施設で加工が可能となる。

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＞
本実施の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および図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１２，１２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。

各ステータ１２は、略円環板状のヨーク部２１と、ロータ１１に対向するヨーク部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、例えば図２に示すように、ロータコア１３と、複数の主磁石部３１，…，３１と、複数の副磁石部３２，…，３２と、非磁性材からなるロータフレーム３３とを備えて構成され、ロータコア１３内で主磁石部３１と副磁石部３２が周方向において交互に配置された状態で、ロータコア１３がロータフレーム３３内に収容されている。

そして、ロータフレーム３３は、周方向に所定間隔をおいて配置された複数の径方向リブ３５，…，３５によって接続された内周側円環状のシャフト部３６と外周側円環状のリム部３７とを備えて構成され、シャフト部３６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）に接続される出力軸が接続可能とされている。

ロータコア１３は、テープ状の電磁鋼板からなる磁性部材１４を捲回してなり、図３に示すように、その幅方向中央部に後述する主永久磁石片４１を収容する略扇形形状の主永久磁石片用孔部１５と柱状の磁束漏れ抑制空間１６が周方向において所定の間隔で交互に形成され、また磁束漏れ抑制空間１６の回転軸Ｏ方向両側には、後述する副永久磁石片４３を収容する柱状の副永久磁石片用孔部１７、１７が形成されている。言い換えると、ロータコア１３は、周方向に所定の間隔で主永久磁石片４１を回転軸Ｏ方向両側から挟むように配置されたヨーク部４２，…，４２と、主永久磁石片用孔部１５と磁束漏れ抑制空間１６の間に形成され回転軸Ｏ方向に隣り合うヨーク部４２、４２間を連結する一対の内側軸方向連結部１４ａ、１４ａと、磁束漏れ抑制空間１６と副永久磁石片用孔部１７の間に形成され周方向に隣り合うヨーク部４２、４２間を連結する一対の内側周方向連結部１４ｂ、１４ｂと、を備え、内側軸方向連結部１４ａ、１４ａと内側周方向連結部１４ｂ、１４ｂからなる内側連結部５１が積層された全ての層に形成され（図５（ｃ）参照）、ロータコア１３が単一部材として構成されている。

なお、図５に示すように、磁束漏れ抑制空間１６の軸方向長さは、主永久磁石片用孔部１５の軸方向長さと略等しく、磁束漏れ抑制空間１６の周方向長さは、副永久磁石片用孔部１７の周方向長さと略等しく設定されている。

また、ロータコア１３は、図５（ｂ）に示すように、積層された一部の層（本実施形態においては４ｎ層、ｎは整数）の副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側に、副磁石片用孔部１７を挟んで周方向に隣り合うヨーク部４２、４２間を連結する外側連結部６１（機械強度維持部）を有し、残りの層（４ｎ−３、４ｎ−２、４ｎ−１、ｎは整数）の副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側に、副永久磁石片４３の回転軸Ｏ方向外側が開口した外側磁束短絡抑制部６２（磁束短絡抑制部）を有する。

主磁石部３１は、厚さ方向（つまり、回転軸Ｏ方向）に磁化された略扇形板状の主永久磁石片４１が主永久磁石片用孔部１５に配置されて構成され、周方向で隣り合う主磁石部３１，３１の各主永久磁石片４１，４１は、図６に示すように磁化方向が互いに異方向となるように設定されている。

副磁石部３２は、図６に示すようにそれぞれ回転軸Ｏ方向および径方向に直行する方向（略周方向）に磁化された１対の副永久磁石片４３，４３が磁束漏れ抑制空間１６の幅方向両側に形成された副永久磁石片用孔部１７、１７に配置されて構成され、回転軸Ｏ方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３は互いに磁化方向が異方向とされている。

また、主磁石部３１を介して周方向で対向する１対の副永久磁石片４３，４３同士は、互いに磁化方向が異方向とされている。そして、回転軸Ｏ方向の一方側に配置された１対の副永久磁石片４３，４３同士は、回転軸Ｏ方向に磁化された主永久磁石片４１の一方側の磁極と同極の磁極を対向させ、回転軸Ｏ方向の他方側に配置された１対の副永久磁石片４３，４３同士は、回転軸Ｏ方向に磁化された主永久磁石片４１の他方側の磁極と同極の磁極を対向させるように配置されている。

つまり、図６に示すように、例えば回転軸Ｏ方向の一方側がＮ極かつ他方側がＳ極とされた主永久磁石片４１に対して、回転軸Ｏ方向の一方側においてヨーク部４２を周方向の両側から挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３は、互いのＮ極が周方向で対向するように配置され、回転軸Ｏ方向の他方側においてヨーク部４２を周方向の両側から挟み込む１対の副永久磁石片４３，４３は、互いのＳ極が周方向で対向するように配置されている。 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永久磁石片４１および各副永久磁石片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。

図４に示すように、ロータフレーム３３において、シャフト部３６は径方向リブ３５が装着される円形状の貫通孔であるシャフト部側リブ装着穴３６ａが周方向に等間隔で複数形成され、リム部３７は径方向リブ３５が装着される矩形状の貫通孔であるリム部側リブ装着穴３７ａが周方向に等間隔で複数形成されている。

また、径方向リブ３５は、略Ｔ字形状を有し、この径方向内方側端部３５ａは略円形断面を有し雄ねじ部が形成され、径方向外方側端部３５ｂ及び径方向中途部３５ｃは矩形断面を有し、径方向外方側端部３５ｂは径方向中途部３５ｃから径方向外側に向かうにつれて周方向長さが次第に長くなるとともに、一様な軸方向長さを有するように構成されている。

そして、内径側と外径側からシャフト部３６とリム部３７に主永久磁石片４１と副永久磁石片４３を備えたロータコア１３を挟んで、リム部３７のリム部側リブ装着穴３７ａから挿入された径方向リブ３５が、径方向中途部３５ｃを磁束漏れ抑制空間１６に内嵌され、径方向内方側端部３５ａがシャフト部側リブ装着穴３６ａに装着され、シャフト部３６の内径側からナット３８を螺合され、径方向リブ３５がシャフト部３６に固定されている。

次に、本発明のアキシャルギャップ型モータ１０のロータ１１の製造方法について説明する。なお、磁性板１４の幅方向がロータ１１の回転軸Ｏ方向であり、磁性板１４の長手方向がロータ１１の周方向である。

ロータコア１３は、図７（ａ）に示すように、テープ状の電磁鋼板からなる磁性板１４の幅方向中央部に主永久磁石片用孔部１５と磁束漏れ抑制空間１６を、磁束漏れ抑制空間１６の幅方向両側に副永久磁石片用孔部１７を、例えばプレス成型機を用いて打ち抜き加工により形成する（打ち抜き工程）。このとき、全ての層の磁束漏れ抑制空間１６は内側軸方向連結部１４ａ、１４ａと内側周方向連結部１４ｂ、１４ｂからなる内側連結部５１に囲繞される。また、図７（ａ）において、捲回時に内径側から１〜３（例えば、４ｎ−３、４ｎ−２、４ｎ−１、ｎは整数）層目となる部分には、副永久磁石片用孔部１７の幅方向外側が開口した開口部である外側磁束短絡抑制部６２が形成され、一方、図７（ａ）において、捲回時に内径側から４（例えば、４ｎ、ｎは整数）層目となる部分には、副磁石片用孔部１７の外側を閉塞する閉塞部である外側連結部６１が形成される。

このように主永久磁石片用孔部１５、磁束漏れ抑制空間１６及び副永久磁石片用孔部１７が形成されたテープ状の磁性板１４は、巻芯上に仮止めされ、巻芯が回転することで捲回される。

磁性板１４は巻芯上で捲回されるので、最内径側から一層目、二層目、三層目、・・・と長手方向長さが長くなる。そのため、図７（ａ）において隣り合う磁束漏れ抑制空間１６、１６の中心間距離をピッチＰとすると、ピッチＰは最内径側から一層目、二層目、三層目、・・・と次第に大きくなるように設定されている。また、主永久磁石片４１は略扇形板状を有するため、主永久磁石片用孔部１５の長手方向長さも最内径側から一層目、二層目、三層目、・・・と次第に大きくなるように設定されている。なお、図７においては簡略化のため１〜４層目を全て同じ長手方向長さとして記載している（図８についても同じ）。そして、所定の大きさに捲回された磁性板１４の巻き始めと巻き終わりが巻芯の中心から径方向において同じ位置で捲回を終了し、捲回された磁性板１４の巻き始めと巻き終わりを溶接することでロータコア１３が形成される（捲回工程）。なお、溶接後、磁性板１４の各層を接着してもよい。

このように製造されたロータコア１３は、テープ状の電磁鋼板からなる磁性板１４を捲回してなり、その幅方向中央部に主永久磁石片４１を収容する略扇形形状の主永久磁石片用孔部１５と柱状の磁束漏れ抑制空間１６が周方向において交互に形成され、また磁束漏れ抑制空間１６の回転軸Ｏ方向両側には、副永久磁石片４３を収容する柱状の副永久磁石片用孔部１７が形成される。

また、副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側には、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、副磁石片用孔部１７を挟んで周方向に隣り合うヨーク部４２、４２間を連結する外側連結部６１と、副永久磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側が開口した外側磁束短絡抑制部６２とが、径方向に所定の間隔で形成される。

そして、ロータコア１３の主永久磁石片用孔部１５に主永久磁石片４１を装着し、副永久磁石片用孔部１７に副永久磁石片４３を装着する。

続いて、主永久磁石片４１と副永久磁石片４３を備えたロータコア１３の内径側にシャフト部３６を設け、外径側にリム部３７を設け、リム部３７のリム部側リブ装着穴３７ａから径方向リブ３５を挿入する。このとき、径方向リブ３５の径方向中途部３５ｃは磁束漏れ抑制空間１６に内嵌され、径方向内方側端部３５ａがシャフト部側リブ装着穴３６ａに装着され、シャフト部３６の内径側からナット３８を螺合することにより径方向リブ３５がシャフト部３６に固定される。このようにして、ロータコア１３がロータフレーム３３内に収容され、ロータ１１が製造される。

上述したように、本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０によれば、ロータコア１３は径方向に隣り合う捲回層、例えば、図７の第３、４層目において、ロータコア１３の回転中心から同位相に位置する部分において、第３層目は副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側が開口した開口部である外側磁束短絡抑制部６２を有し、第４層目は副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側が閉塞した閉塞部である外側連結部６１を有するので、捲回巻きされたロータコア１３の回転中心から同一位相部分で磁気短絡の抑制と機械強度の維持の両立を図ることができる。

より具体的には、第３層目においては外側磁束短絡抑制部６２により副永久磁石片４３の回転軸Ｏ方向外側が開口しているので、副永久磁石片４３を挟んで周方向で隣り合うヨーク部４２、４２間における磁束の短絡を抑制することができ、モータの発生トルクが低下するのを抑制することができる。また、第４層目においては外側連結部６１により周方向で隣り合うヨーク部４２、４２が繋がっているため、副永久磁石片４３を副磁石片用孔部１７に保持することができ、副永久磁石片４３が回転軸Ｏ方向外側に抜け出ることを防止することができる。
また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、副永久磁石片４３の回転軸Ｏ方向外側は一部が外側連結部６１により周方向で隣り合うヨーク部４２、４２間が連結され、残りが外側磁束短絡抑制部６２として間引きされた開口部となっている。従って、ロータ１１とステータ１２間に生じる渦電流が外側磁束短絡抑制部６２では生じず、外側連結部６１でのみ生じることとなり、ロータ１１とステータ１２間に生じる渦電流を最小限に抑制することができる。

また、本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０によれば、ロータコア１３を構成するテープ状の磁性板１４に形成された外側磁束短絡抑制部６２と外側連結部６１の配列が、所定のパターン、ここでは積層される層ごとに繰り返されるので、容易に製造することができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図８は、第２実施形態のアキシャルギャップ型モータのロータコアを周方向に見た模式図である。なお、第２実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０Ａは、ロータコア１３の構造以外は第１実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０と同一の構造を有し、図中、第１実施形態と同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

図９（ａ）に示すように、ロータコア１３の１層目に対応する部分を構成する磁性板１４は、図中左側から外側連結部６１（機械強度維持部）が形成された１つの副永久磁石片用孔部１７と、外側磁束短絡抑制部６２（磁束短絡抑制部）が形成された４つの副永久磁石片用孔部１７と、が配置され、これを１つのパターンとして周方向に連続して配列される。

本実施形態においては、１２個の主永久磁石片４１と回転軸Ｏ方向片側１２個（両側で２４個）の副永久磁石片４３を備えるので、２、３、・・層目においては、その隣接する内径側の層とはパターンがずれて配列される。すなわち、図９（ａ）の１層目では左から１番目の副永久磁石片用孔部１７に外側連結部６１が形成されるのに対し、２層目では左から２番目の副永久磁石片用孔部１７、３層目では左から３番目の副永久磁石片用孔部１７、４層目では左から４番目の副永久磁石片用孔部１７にそれぞれ外側連結部６１が形成される。

外側連結部６１が形成された回転軸Ｏ方向両側の副永久磁石片用孔部１７、１７に挟まれる磁束漏れ抑制空間１６には、磁束漏れ抑制空間１６と主永久磁石片用孔部１５及び副永久磁石片用孔部１７を連通する内側磁束短絡抑制部５２（磁束短絡抑制部）が形成され、磁束漏れ抑制空間１６を挟んで周方向に隣り合う主永久磁石片用孔部１５、１５及び磁束漏れ抑制空間１６を回転軸Ｏ方向に挟んで隣り合う副永久磁石片用孔部１７、１７とが１つの開口として形成されている。

一方、外側磁束短絡抑制部６２が形成された回転軸Ｏ方向両側の副永久磁石片用孔部１７に挟まれる磁束漏れ抑制空間１６には、主永久磁石片用孔部１５と磁束漏れ抑制空間１６の間に形成され回転軸Ｏ方向に隣り合うヨーク部４２、４２間を連結する一対の内側軸方向連結部１４ａ、１４ａと、磁束漏れ抑制空間１６と副永久磁石片用孔部１７の間に形成され周方向に隣り合うヨーク部４２、４２間を連結する一対の内側周方向連結部１４ｂ、１４ｂとからなる内側連結部５１（機械強度維持部）が形成され、主永久磁石片用孔部１５、磁束漏れ抑制空間１６、副永久磁石片用孔部１７とがそれぞれ独立した開口として形成されている。従って、外側連結部６１又は内側連結部５１によりテープ状の磁性板１４を捲回することにより、１つのロータコア１３が形成される。

このように主永久磁石片用孔部１５、磁束漏れ抑制空間１６及び副永久磁石片用孔部１７が形成されたテープ状の磁性板１４を捲回することにより、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側には、副磁石片用孔部１７を挟んで周方向に隣り合うヨーク部４２、４２間を連結する外側連結部６１と、副永久磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側が開口した外側磁束短絡抑制部６２とが、径方向に所定のパターンで形成されるとともに、磁束漏れ抑制空間１６を囲繞する内側連結部５１と、磁束漏れ抑制空間１６と主永久磁石片用孔部１５及び副永久磁石片用孔部１７を連通する内側磁束短絡抑制部５２も径方向に所定のパターンで形成される。

これにより、本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０Ａによれば、副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側に、外側連結部６１と外側磁束短絡抑制部６２を備えるので、外側連結部６１により副磁石片用孔部１７に収容された副永久磁石片４３の抜け出しを防止しつつ、外側磁束短絡抑制部６２により副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側における磁束の短絡を抑制し、モータ１０の発生トルクが低下するのを抑制することができる。
また、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、副永久磁石片４３の回転軸Ｏ方向外側は一部が外側連結部６１により周方向で隣り合うヨーク部４２、４２間が連結され、残りが外側磁束短絡抑制部６２として間引きされた開口部となっている。従って、ロータ１１とステータ１２間に生じる渦電流が外側磁束短絡抑制部６２では生じず、外側連結部６１でのみ生じることとなり、ロータ１１とステータ１２間に生じる渦電流を最小限に抑制することができる。

また、本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０Ａによれば、磁束漏れ抑制空間１６の周囲に、内側磁束短絡抑制部５２と内側連結部５１を備えるので、内側連結部５１により永久主磁石片４１を保持しつつ、内側磁束短絡抑制部５２により磁束漏れ抑制空間１６の周囲における磁束の短絡を防止し、モータの発生トルクが低下するのを抑制することができる。

なお、本実施形態においては、周方向に並ぶ５つの副永久磁石片用孔部１７、１７、１７、１７、１７の回転軸Ｏ方向外側に周方向に図中左側から順に１つの外側連結部６１と４つの磁束漏れ抑制空間１６を形成し、これを１つのパターンとして構成したが、これに限られず、複数の主永久磁石片４１を有するロータ１１に対し、主永久磁石片４１の総数に対し約数とならない整数個を１つのパターンとすることで、積層した状態で外側磁束短絡抑制部６２と外側連結部６１、及び内側連結部５１と内側磁束短絡抑制部５２が偏ることなくバランスよく配置することができる。

＜第３実施形態＞
以下、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態のアキシャルギャップ型モータは、第２実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０Ａの内側連結部５１及び外側連結部６１を熱処理により非磁性化したものである。これにより、内側連結部５１及び外側連結部６１を介して磁束が短絡するのを抑制することができる。

この場合、テープ状の磁性板１４に主永久磁石片用孔部１５、磁束漏れ抑制空間１６及び副永久磁石片用孔部１７を形成した後、捲回前に内側連結部５１及び外側連結部６１に熱処理を施し非磁性化（熱処理工程）後捲回することで、モータの性能劣化を抑制しつつ、磁束の短絡を抑制することができる。

なお、第３実施形態は、第２実施形態の内側連結部５１及び外側連結部６１に熱処理を施し非磁性化したが、第１実施形態の内側連結部５１及び外側連結部６１に熱処理を施し非磁性化してもよい。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

第１〜第３実施形態において、周方向に隣り合う主磁石片用孔部１５、１５間に磁束漏れ抑制空間１６を形成したが、磁束漏れ抑制空間１６を設けずに略四角形状の内側連結部５１としてもよい。この場合、内側連結部５１を熱処理により非磁性化することが好ましく、ロータフレーム３３のシャフト部３６及びリム部３７は圧入又は焼きばめ等により固定することができる。

第１〜第３実施形態において、磁束漏れ抑制空間１６内は、径方向リブ３５の代わりに空隙にしてもよく又は非磁性部材からなる仕切り部材を設けてもよい。空隙又は非磁性材からなる仕切り部材にしても磁束漏れを抑制できる。この場合、ロータコア１３にシャフト部３６とリム部３７を圧入又は焼きばめ等により固定することができる。特に、第２実施形態において、副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側に外側磁束短絡抑制部６２と外側連結部６１を形成したが、副磁石片用孔部１７に非磁性部材を装着し、副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側は全ての層及び位相部分において外側連結部６１を形成し、周方向に隣り合う主永久磁石片４１、４１間において内側連結部５１と内側磁束短絡抑制部５２を形成してもよい。

これにより、副永久磁石片４３の代わりに非磁性部材を備えるので、副磁石片用孔部１７の回転軸Ｏ方向外側においては磁束の短絡は生じず、周方向に隣り合う主磁石片用孔部１５、１５を連通する連通部である内側磁束短絡抑制部５２により、周方向に隣り合う主永久磁石片４１、４１間が連通しているので、周方向に隣り合う主永久磁石片４１、４１間における磁束の短絡を抑制することができる。また、周方向に隣り合う主磁石片用孔部１５、１５を閉塞する閉塞部である内側連結部５１により、主永久磁石片４１を主磁石片用孔部１５に保持することができる。

さらに、第１〜第３実施形態において、回転軸Ｏ方向の一方側にのみステータ１２を備えてもよい。この場合、回転軸Ｏ方向の一方側にのみ副永久磁石片４３を設け、他方側には副永久磁石片用孔部１７を形成せずに全体をバックヨークとしてもよい。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータの第１実施形態の全体斜視図である。 図１に示すアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 図１に示すアキシャルギャップ型モータのロータコアと磁石片の分解斜視図である。 図１に示すアキシャルギャップ型モータのロータフレームの分解斜視図である。 磁石片を備えたロータコアを説明する図であり、（ａ）は磁石片を備えたロータコアを周方向から見た模式図であり、（ｂ）は（ａ）を側方から見た模式図であり、（ｃ）は（ａ）のＶＣ−ＶＣ線断面図である。 図１に示すアキシャルギャップ型モータのロータを構成する磁石片部分の分解斜視図である。 図５のロータコアの積層構造を説明する説明図であり、（ａ）は各層を周方向から見た模式図であり、（ｂ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線断面図である。 第２実施形態に係る磁石片を備えたロータコアを説明する図であり、（ａ）は磁石片を備えたロータコアを周方向から見た模式図であり、（ｂ）は（ａ）を側方から見た模式図であり、（ｃ）は（ａ）のＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ線断面図である。 図８のロータコアの積層構造を説明する説明図であり、（ａ）は各層を周方向から見た模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。 特許文献１に記載の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 アキシャルギャップ型モータ
１１ ロータ
１２ ステータ
１３ ロータコア
１４ テープ状の磁性板
１５ 主永久磁石片用孔部
１６ 磁束漏れ抑制空間
１７ 副永久磁石片用孔部
３３ ロータフレーム
３５ 径方向リブ
３６ シャフト部
３７ リム部
４１ 主永久磁石片（主磁石片）
４２ ヨーク部
４３ 副永久磁石片（副磁石片）
５１ 内側連結部（機械強度維持部）
５２ 内側磁束短絡抑制部（磁束短絡抑制部）
６１ 外側連結部（機械強度維持部）
６２ 外側磁束短絡抑制部（磁束短絡抑制部）
Ｏ 回転軸

Claims (12)

1. 回転軸方向に着磁され周方向に配置された複数の主磁石片と、それぞれ前記主磁石片を保持する複数の主磁石片用孔部を有するロータコアを備え、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側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、
   前記ロータコアは、テープ状の磁性板を捲回して構成され、径方向に隣り合う第１捲回層と第２捲回層を有し、
   前記第１捲回層と前記第２捲回層の前記ロータコアの回転中心から同位相に位置する部分において、前記第１捲回層は、磁束の短絡を抑制する磁束短絡抑制部を有し、前記第２捲回層は、前記磁性板の強度を確保する機械強度維持部を有する、ことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 前記磁束短絡抑制部は、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部を連通する連通部であり、
   前記機械強度維持部は、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部を閉塞する閉塞部である、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. 前記ロータは、回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された複数の副磁石片を備え、
   前記ロータコアは、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部間で前記回転軸方向の少なくとも一方側に、それぞれ前記副磁石片を保持する複数の副磁石片用孔部を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
4. 前記磁束短絡抑制部は、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、前記副磁石片用孔部の回転軸方向外側が開口した開口部であり、
   前記機械強度維持部は、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、前記副磁石片用孔部の回転軸方向外側が閉塞した閉塞部である、ことを特徴とする請求項３に記載のアキシャルギャップ型モータ。
5. 前記ロータコアを構成する前記テープ状の磁性板に形成された前記磁束短絡抑制部と前記機械強度維持部の配列が、所定のパターンで繰り返される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
6. 前記ロータコアにおいて、前記ロータコアを構成する前記テープ状の磁性板に形成された前記磁束短絡抑制部と前記機械強度維持部の配列が、前記主磁石片の総数に対し約数とならない整数個を１つのパターンとして繰り返される、ことを特徴とする請求項５に記載のアキシャルギャップ型モータ。
7. 前記機械強度維持部を熱処理により非磁性化した、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
8. 前記テープ状の磁性板の前記機械強度維持部を予め非磁性化した後、捲回される、ことを特徴とする請求項７に記載のアキシャルギャップ型モータ。
9. 回転軸方向に着磁され周方向に配置された複数の主磁石片と、それぞれ前記主磁石片を保持する複数の主磁石片用孔部を有するロータコアを備え、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側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において、
   前記主磁石片用孔部をテープ状の磁性板に形成する打ち抜き工程と、
   前記主磁石片用孔部が形成された前記磁性板を捲回する捲回工程と、を備え、
   前記打ち抜き工程において、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部を連通する磁束短絡抑制部と、周方向に隣り合う前記主磁石片用孔部を閉塞する機械強度維持部を形成する、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。
10. 回転軸方向に着磁され周方向に配置された複数の主磁石片と、それぞれ前記主磁石片を保持する複数の主磁石片用孔部を有するロータコアを備え、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側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において、
    前記主磁石片用孔部と、周方向に隣り合う前記主磁石片孔部間で前記回転軸方向の少なくとも一方側に回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化された複数の副磁石片をそれぞれ保持する副磁石片用孔部と、をテープ状の磁性板に形成する打ち抜き工程と、
    前記主磁石片用孔部と前記副磁石片用孔部が形成された前記磁性板を捲回する捲回工程と、を備え、
    前記打ち抜き工程において、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、前記副磁石片用孔部の回転軸方向外側が開口した磁束短絡抑制部と、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、前記副磁石片用孔部の回転軸方向外側が閉塞した機械強度維持部を形成する、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。
11. 前記捲回工程前に、前記機械強度維持部を熱処理により非磁性化する熱処理工程を備える、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のアキシャルギャップ型モータのロータ製造方法。
12. 前記打ち抜き工程において、前記テープ状の磁性板に形成された前記磁束短絡抑制部と前記機械強度維持部の配列が、前記主磁石片の総数に対し約数とならない整数個を１つのパターンとして繰り返される、ことを特徴とする請求項１１に記載のアキシャルギャップ型モータのロータ製造方法。

Images