JP2010004634A - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシャルギャップ型回転電機において軸方向の力を相殺する構成において、渦電流を低減しつつも、磁束が流れる経路の磁気抵抗をも低減する。
【解決手段】アキシャルギャップ型回転電機１０は、回転軸２８ａの周囲で回転する界磁子２０と、回転軸上で相互に反対側から界磁子に対して対向する電機子３０及び固定子４０とを備える。固定子４０は電機子巻線３６を有さず、所定厚を有して回転軸の周囲で巻回されてその厚み方向に積層された鋼板９１を有する。界磁子２０は、各々が固定子４０及び電機子３０に対向する一対の磁極面を呈して回転軸の周囲に配置される永久磁石２２を有する。永久磁石２２の固定子４０と対向する側における磁極面２１ｂの、回転軸２８ａを中心とした内径は、固定子４０の内径に所定厚の２倍を加算した値よりも大きい。
【選択図】図４

Description

この発明はアキシャルギャップ型回転電機に関し、特に電機子巻線が設けられない固定子の構成に関する。

下記特許文献１には、ロータ、ステータ、補助ヨークを備えたアキシャルギャップ型回転電機が開示されている。当該回転電機において、ステータはロータと対向し、補助ヨークは、ステータと反対側でロータと対向し、それぞれ配置される。

当該ロータには複数個の永久磁石が、円周方向に等間隔に配設される。ステータには電磁コイルが巻装されたステータコアが複数個、円周方向に等間隔に配設される。補助ヨークは磁性体によって構成される。

ロータとステータとの間で軸方向に働く力（スラスト力）に対抗して、ロータと補助ヨークとの間で軸方向に力を働かせることにより、ロータ及びその軸受の負担が軽減される。

補助ヨークの直径はロータの直径以上にすることが望ましいことや、補助ヨークを電磁鋼板の渦巻き積層体で構成して渦電流を低減することが開示されている。

なお、アキシャルギャップ型回転電機は、例えば下記特許文献２，３にも開示されている。

特開２００６−３５３０７８号公報 特開昭６１−１８５０４０号公報 特開平１−１７４２４８号公報

しかしながら、特許文献１では、補助ヨークの内径と永久磁石の径方向の位置との関係についての考察が欠けている。特に補助ヨークを電磁鋼板の渦巻き積層体で構成した場合に、その内周側で発生しうる問題についての観点に欠けている。

図１８は、特許文献１にいう補助ヨークを特許文献１にいう電磁鋼板の渦巻き積層体で形成する場合に必要な工程を示す図であり、電磁鋼板を巻回する軸方向に沿って見た平面図である。

電磁鋼板９１を渦巻き状に積層するためには、軸２８ａを中心とした半径Ｒｉの円筒９０に電磁鋼板９１を巻き付けていく工程が必要である。即ち補助ヨークは最内周となる位置から外側へと順次に形成されることになる。電磁鋼板９１を補助ヨークの最外周となる位置から順に内側へと巻き込んで積層する工程は大きな困難を伴うからである。

そして上記の工程を実施すれば、円筒９０に最も近い電磁鋼板９１が円筒９０をほぼ一周して巻回することで第１層を形成した後、円筒９０とは反対側から第１層に電磁鋼板９１が更に巻回されて第２層を形成することになる。

この第２層の形成においては、円筒９０から見て第１層の端部に乗り上げる態様で電磁鋼板９１が巻回される。つまり、電磁鋼板９１が第１層から第２層へと向かう位置において、電磁鋼板９１の厚みｔで円筒９０から離れて第１層の端部へと至ることになる。そしてこのような乗り上げは、軸２８ａを中心とした径Ｒｉと径Ｒｉ＋ｔの間の領域で、第１層が存在しないギャップＧｉを形成してしまう。

図１９はギャップＧｉ近傍で電磁鋼板９１が積層される態様を拡大して部分的に示す平面図である。通常、アキシャルギャップ型回転電機では、ロータの磁石やステータコアが円周方向に配置されるため、補助ヨークに流れる磁束もほぼ円周方向に沿って流れることになる。

そしてもし、補助ヨークの最内周である、径Ｒｉと径Ｒｉ＋ｔの間の領域にも磁束Φｉが流れることになれば、第１層を流れていた磁束Φｉは大きな磁気抵抗を有する経路を流れることになる。即ち、第１層を流れていた磁束Φｉは、ギャップＧｉを経由するか、あるいは電磁鋼板９１同士の境界を超えて第２層の電磁鋼板９１へと流れ、当該電磁鋼板９１が第２層から第１層へと移るに従って再び第１層に流れることになる。

一方、電磁鋼板９１が第１層の端部に乗り上げることによって、円周方向から歪む現象は、電磁鋼板９１が積層される位置が外周側にあるほど緩和される。よって補助ヨークの最外周において積層された電磁鋼板９１はほぼ円周状を呈している。

しかしながら、その最外周の層（以下「最外層」と称す）の端部は、最外層と隣接して円筒９０側に近い側にある層の電磁鋼板９１とギャップを形成することになる。

図２０はかようなギャップＧｏ近傍で電磁鋼板９１が積層される態様を拡大して部分的に示す平面図である。

そしてもし、補助ヨークの最外周である、径Ｒｏと径Ｒｏ−ｔの間の領域にも磁束Φｉが流れることになれば、最外層を流れていた磁束Φｏは大きな磁気抵抗を有する経路を流れることになる。即ち、最外層を流れていた磁束Φｏは、ギャップＧｏを経由するか、あるいは電磁鋼板９１同士の境界を超えて隣接する電磁鋼板９１へと流れ、当該電磁鋼板９１が最外層へと移るに従って再び最外層に流れることになる。

補助ヨークにおいて、このように磁気抵抗が大きい経路を磁束が通ることは、当該磁束がロータとステータとの間をも通って回転電機の動作に直接に影響することに鑑みれば、当然に望ましくない。また、積層方向に磁束が流れると渦電流が電磁鋼板９１の面内を流れ、渦電流損が増大する。

そこで、本発明は、アキシャルギャップ型回転電機において軸方向の力を相殺する構成において、渦電流を低減しつつも、磁束が流れる経路の磁気抵抗をも低減することを目的とする。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１の態様は、回転軸（２８ａ）の周囲で回転する界磁子（２０）と、前記回転軸上で相互に反対側から前記界磁子に対して対向する電機子（３０）及び固定子（４０）とを備える。前記電機子は電機子巻線（３６）を有する。前記固定子は電機子巻線を有さず、所定厚（ｔ）を有して前記回転軸の周囲で巻回されてその厚み方向に積層された鋼板（９１）を有する。前記界磁子は、各々が前記固定子及び前記電機子に対向する一対の磁極面を呈して前記回転軸の周囲に配置される界磁発生部（２２；２２，２５；２２，２７）を有する。前記固定子と対向する側における前記界磁発生部の前記回転軸を中心とした内径（ｒｉ１；ｒｉ２；ｒｉ３）が前記固定子の内径（Ｒｉ）に前記所定厚の２倍を加算した値（Ｒｉ＋２ｔ）よりも大きい。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記固定子と対向する側における前記界磁発生部の前記回転軸を中心とした内径（ｒｉ１；ｒｉ２；ｒｉ３）が前記固定子の内径（Ｒｉ）に前記所定厚の３倍を加算した値（Ｒｉ＋３ｔ）よりも大きい。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第３の態様は、その第１の態様又は第２の態様であって、前記固定子と対向する側における前記界磁発生部の前記回転軸を中心とした外径（ｒｏ１；ｒｏ２；ｒｏ３）が前記固定子の外径（Ｒｏ）から前記所定厚の２倍を減算した値（Ｒｏ−２ｔ）よりも小さい。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第４の態様は、その第１の態様又は第２の態様であって、前記固定子と対向する側における前記界磁発生部の前記回転軸を中心とした外径（ｒｏ１；ｒｏ２；ｒｏ３）が前記固定子の外径（Ｒｏ）から前記所定厚の３倍を減算した値（Ｒｏ−３ｔ）よりも小さい。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第５の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子（４０）において前記鋼板（９１）は、非磁性かつ非金属材料で一体化されて積層される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第６の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子（４０）において前記鋼板（９１）の外周側端が、前記外周側端と隣接する前記鋼板とスポット溶接される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第７の態様は、その第１乃至第４の態様又は第６の態様のいずれかであって、前記固定子（４０）において前記鋼板（９１）の内周側端が、前記内周側端と隣接する前記鋼板とスポット溶接される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第８の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子（４０）は、前記鋼板（９１）の最外周を保持する外壁を含む保持部（９４，９７）を更に有する。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第９の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子（４０）は、前記鋼板（９１）を前記界磁子（２０）と反対側から支持する底を含む保持部（９３，９５，９７）を更に有する。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１０の態様は、その第８又は第９の態様であって、前記保持部（９５，９６，９７）は、前記鋼板（９１）の最内周を保持する内壁を更に含む。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１１の態様は、その第８の態様であって、前記外壁と前記鋼板（９１）の最外周とが溶接にて固定される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１２の態様は、その第９の態様であって、前記底と前記鋼板（９１）の最外周とが溶接にて固定される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１３の態様は、その第１２の態様であって、前記底と前記鋼板（９１）の最内周とが溶接にて固定される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１４の態様は、その第１０の態様であって、前記内壁と前記鋼板（９１）の最内周とが溶接にて固定される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１５の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子（４０）は、前記鋼板（９１）の最外周を保持する外壁と、前記鋼板を前記界磁子（２０）と反対側から支持する底とを含む保持部（９７）を更に有する。前記保持部に対して前記固定子が焼き填め、又は圧入にて固定される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１６の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子（４０）は、前記鋼板（９１）の最内周を保持する内壁と、前記鋼板を前記界磁子（２０）と反対側から支持する底とを含む保持部（９５）を更に有する。前記保持部に対して前記固定子が焼き填め、又は圧入にて固定される。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１７の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子（４０）は、前記鋼板（９１）を保持するダイキャスト製の保持部を更に有する。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第１の態様によれば、電機子と界磁子との間に働くスラスト力を、固定子と界磁子との間に働く力でキャンセルする。しかも固定子を周方向に流れる磁束に起因した渦電流を低減できる。更に、固定子の内周において鋼板の間に発生するギャップの影響を避けることができる。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第２の態様によれば、所定厚程度と考えられる固定子の公差があっても、第１の態様の効果を得ることができる。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第３の態様によれば、固定子の外周において鋼板の間に発生するギャップの影響を避けることができる。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第４の態様によれば、所定厚程度と考えられる固定子の公差があっても、第４の態様の効果を得ることができる。

この発明にかかるアキシャルギャップ型回転電機の第５乃至第１７の態様によれば、渦巻き状に積層された鋼板を解けないように固定する。このとき鋼板に応力がかかって歪んでも、固定子に流れる磁束は歪んだ位置を避けるので、磁気特性が劣化しにくい。

特に第６，第８，第１１，第１２の態様によれば、解けやすい外周側の鋼板を解けないように固定する。

第１の実施の形態．
図１は本発明の第１の実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機１０を示す分解斜視図であり、回転軸２８ａに沿って分解して構成を示している。図２は同回転電機を示す側面図であり、図３は同回転電機を示す斜視図であり、図４は同回転電機を概念的に示す断面図である。図２〜図４は回転軸２８ａ方向に分解して描いてはいない。ここではアキシャルギャップ型回転電機１０として、３相交流で駆動される構成を例示した。アキシャルギャップ型回転電機１０は、例えば冷媒を圧縮する圧縮機の駆動源として採用される。

アキシャルギャップ型回転電機１０は、１つの回転子２０と、２つの固定子３０，４０とを備えている。回転子２０は略円盤状に形成されており、固定子３０，４０も略円盤状に形成されている。２つの固定子３０，４０は、回転子２０の両面側に配設されている。

固定子３０は電機子巻線たるコイル３６を有して電機子として機能する。固定子４０は電機子巻線を有さず、特許文献１で紹介された補助ヨークとして機能する。

図４を参照して、回転子２０はシャフト２８に固定され、シャフト２８は軸受２９によって回転自在に支持されている。よって回転子２０はシャフト２８を介して回転軸２８ａ周りに回転自在に配設されている。図１〜図３ではシャフト２８の図示を省略している。

回転子２０は回転軸２８ａの周囲に配置される界磁発生部を有して界磁子として機能する。界磁発生部の各々は、固定子３０，４０に対向する一対の磁極面２１ａ，２１ｂを呈している。

具体的には回転子２０は、回転軸２８ａ周りに間隔をあけて複数の永久磁石２２を有している。各永久磁石２２は、回転軸２８ａ周りのドーナツ板状部材を複数（ここでは８つ）に分割した形状、即ち、回転軸２８ａ周りに延びる弧状かつ帯状の板形状に形成されている。各永久磁石２２は、回転軸２８ａに沿った方向、即ち、永久磁石２２の厚み方向に着磁されている。これらの永久磁石２２は、回転軸２８ａの周囲で環状かつ交互の磁極を呈するように配設されている。本実施の形態ではこれらの永久磁石２２によって、回転子２０の両面に、固定子３０，４０に対してそれぞれ磁極を呈する磁極面２１ａ，２１ｂが形成されている場合が例示されている。

更に各永久磁石２２の固定子３０側には、回転子磁心２４が設けられている。各回転子磁心２４は、各永久磁石２２の形状に対応する弧状かつ帯状の板形状に形成されており、永久磁石２２の一方面に重ね合せ状に配設されている。永久磁石２２の固定子３０側の磁極面は、回転子磁心２４によって実質的に固定子３０側に移動するので、永久磁石２２と回転子磁心２４とが相まって界磁発生部を構成していると把握できる。

これらの各永久磁石２２及び各回転子磁心２４は、非磁性体によって形成されるホルダ２６によって上記配設形態で保持される。またシャフト２８もホルダ２６に固定されている。図１〜図３ではホルダ２６の図示を省略している。

固定子３０からの外部磁界によって回転子２０に減磁界が作用した場合に、各回転子磁心２４によって、各永久磁石２２に作用する減磁界の影響を緩和し、もって、各永久磁石２２が減磁するのを防止している。

回転子磁心２４は、抵抗率が高い材質、例えば、圧粉鉄心で形成されていることが好ましい。これは次の理由による。つまり、各永久磁石２２が焼結の希土類磁石等、抵抗率が小さい材質で形成され、さらに、回転子磁心２４も抵抗率が小さい材質で形成されていると、これら永久磁石２２や回転子磁心２４で生じた渦電流の減少効果はあまり期待できない。ところが、回転子磁心２４が高抵抗率の材料で形成されていると、回転子磁心２４で生じた渦電流の減少効果を期待できる。

特に、例えば、ＰＷＭインバータ駆動によって固定子３０が発生させるキャリア高周波数成分の磁束は、永久磁石２２まで作用し難く、その磁束による渦電流は表皮効果によって回転子磁心２４の表面近傍で発生し易い。そこで、回転子磁心２４を高抵抗率の材料で形成することで、そのような高周波数成分の渦電流を有効に減少させることができる。永久磁石の渦電流損の低減は鉄損の低減に加え、ネオジム系の磁石など高温で減磁する材料を用いた場合における、永久磁石の発熱による熱減磁を防止できるという効果を有する。

２つの固定子３０，４０は、回転軸２８ａ方向における回転子２０の両側に、当該回転子２０に対してギャップを隔てて対向するように配設されている。各固定子３０，４０は、図示省略のケーシング等に固定されている。

固定子３０は、第１バックヨーク３２と、複数のティース３４と、複数のコイル３６とを有している。

第１バックヨーク３２は、磁性体によって構成されており、略中央部に孔部３２ｈが形成された略円盤板状に形成されている。孔部３２ｈは、シャフト２８の端部が、固定子３０の非貫通な位置に設けられている場合は必須ではない。第１バックヨーク３２は、圧粉鉄心、積層鋼板等のいずれで形成されていてもよい。この第１バックヨーク３２は、ティース３４を、上記回転子２０とは反対側で支持している。

各ティース３４は、第１バックヨーク３２の回転子２０側の面に、回転軸２８ａ周りの周方向に沿って間隔をあけて環状に配設されている。各ティース３４は、回転軸２８ａと略直交する平面において、２等辺三角形状の各頂点を丸めた形状を有する板状に形成されており、回転軸２８ａから外方向に向けて順次幅広になる姿勢で配設されている。このティース３４は、圧粉鉄心、積層鋼板等のいずれで形成されていてもよい。なお、互いに周方向に隣接する各ティース３４間は、略等間隔である。

各コイル３６は、各ティース３４に巻回されている。なお、各コイル３６同士を結線する渡り配線部３７は、第１バックヨーク３２の略中央部であって回転子２０側の部分に設けられている。また、この渡り配線部３７からの外部配線３７ａは、孔部３２ｈを通って外部に引き出されている。

本願で特に断らない限り、コイル３６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、巻き始め及び巻き終わりの引き出し線、及びそれらの結線も図面においては省略した。

シャフト２８は、固定子４０の軸挿通孔部４２ｈに挿通されて、回転子２０を回転自在に支持しており、固定子３０に達しない程度の長さに形成されているため、第１バックヨーク３２の略中央部であって回転子２０側の部分に結線用の空間を設けることができる。

なお、各コイル３６同士を結線する渡り配線部３７は、各ティース３４及びコイル３６の外周側に設けられてもよく、この渡り配線部３７からの外部配線３７ａも、第１バックヨーク３２の外側または、第１バックヨーク３２の外側に設けられた切り欠き等を通して外部に引き出されてもよい。

固定子３０では、各ティース３４の回転子２０側の面に幅広磁心３８がそれぞれ設けられている。各幅広磁心３８は、回転軸２８ａと略直交する平面において、ティース３４よりも大きな広がりを有する板状に形成されている。

幅広磁心３８は、固定子３０と回転子２０との対向面積を増す機能を果す。よって回転子２０と固定子３０との間で、磁束密度の向上を図ることができる。また幅広磁心３８は、回転子２０に対する固定子３０の平面度を高めることにも資するので、回転子２０と固定子３０との間の実質的なギャップ長をより小さくできる。但し各幅広磁心３８は必ずしも必須ではないし、幅広磁心３８がティース３４と一体化されていてもよい。

ここでは各幅広磁心３８は、固定子３０の内周側と外周側で薄肉の連結部３８ａにより連結されており、全ての幅広磁心３８を一体物として取扱えるようになっている。もっとも、連結部３８ａは、各幅広磁心３８間で容易に磁気飽和するように、薄肉に仕上げる等、十分に断面積が小さくなるように形成されている。よって連結部３８によって機構的には連結されているものの、各幅広磁心３８は磁気的には実質的に分離している。但し連結部３８ａは必須ではない。

固定子４０は磁界を発生させるための電機子巻線を持たず、実質的には略円盤状の第２バックヨーク４２のみ有している。

第２バックヨーク４２には、その略中央部にシャフト２８を挿通可能な軸挿通孔部４２ｈが形成されている。第２バックヨーク４２は特許文献１に記載された補助ヨークと同様に、渦巻き状に積層された電磁鋼板９１で構成されている。これにより、固定子４０を周方向に流れる磁束に起因した渦電流を低減できる。

なお、軸受２９は軸挿通孔部４２ｈにまで伸びていてもよく、軸挿通孔部４２ｈにて軸受２９を保持しても良い。また負荷が固定子３０側に設けられる場合、シャフト２８は固定子４０を貫通する必要はないので、軸挿通孔部４２ｈを省略する事もできる。この場合、シャフト２８が固定子３０を貫通すべく、固定子３０の孔部３２ｈはシャフト２８の外形よりも大きく設定される。また渡り配線部３７の占める位置がシャフト２８の占める位置と干渉しないように、渡り配線は固定子３０の外周側に配置することが望ましい。

アキシャルギャップ型回転電機１０は、回転軸２８ａ方向に沿って１つの回転子２０の両側に２つの固定子３０，４０を設けた構成であるため、回転子を２つ設けてスラスト力を軽減する構成と比べて、軸受構成の簡易化、及び、回転軸部の短尺化を図ることができ、また、回転軸部のねじり振動を防止できる。

また、かかる構成を前提として、回転軸２８ａ方向における回転子２０の両側に、固定子３０及び固定子４０が配設されており、固定子３０，４０は、回転子２０を介して共通の磁気回路を形成しているため、回転子２０の両側のギャップを通過する磁束量はほぼ同じとなる。これにより、両ギャップで働く磁気吸引力が可及的にキャンセルされ、回転子２０及びシャフト２８に作用するストラス力を小さくすることができる。これにより、軸受損失を低減し、また、軸受寿命を延すこともできる。

また、固定子３０だけがコイル３６を有し、固定子４０が電機子巻線を有していないので、コイル数の増加を抑制することもできる。また固定子４０側には、回転子磁心を設ける必要が無く、回転子２０を薄型化し易い。

さて、特許文献１の補助ヨークに関して図１８乃至図２０を用いて説明したように、第２バックヨーク４２を用いると、ギャップＧｉ，Ｇｏにおいて磁束Φｉ，Φｏに対する磁気抵抗が増大する。

そこで、本実施の形態では、固定子４０（より具体的には第２バックヨーク４２）に対向する磁極面２１ｂと第２バックヨーク４２との配置関係を規定する。

図５は図４の磁極面２１ｂ近傍を拡大して示す断面図であり、図６は図４の第２バックヨーク４２近傍を拡大して示す断面図である。但し図５及び図６においてシャフト２８は側面図として描いている。

磁極面２１ｂは回転軸２８ａを基準として、内径ｒｉ１、外径ｒｏ１を呈している（図５参照）。また、第２バックヨーク４２は回転子２０側（但し図６では回転子２０を図示省略）に対向面４２ａを呈しており、対向面４２ａは回転軸２８ａを基準として、内径Ｒｉ、外径Ｒｏを呈している（図５参照）。

図１９を参照して、第２バックヨーク４２を流れる磁束がギャップＧｉの影響を受けやすいのは、径Ｒｉ〜Ｒｉ＋２ｔの範囲である。また、図２０を参照して、第２バックヨーク４２を流れる磁束がギャップＧｏの影響を受けやすいのは、径Ｒｏ−２ｔ〜Ｒｏの範囲である。

固定子３０と回転子２０との間のスラスト力を相殺するために、磁極面２１ｂと固定子４０との間は、固定子３０と回転子２０との間のギャップ程度にしか空けられない。よって磁極面２１ｂと対向面４２ａとの間で、磁束は回転軸２８ａに対してほぼ平行に流れる。このことに鑑みると、当該磁束が第２バックヨーク４２を周方向に流れる際にギャップＧｉ，Ｇｏの影響を避けるためには、Ｒｉ＋２ｔ＜ｒｉ１＜ｒｏ１＜Ｒｏ−２ｔを満足することが望ましい。

なお、電磁鋼板９１を渦巻き状に積層して形成される第２バックヨーク４２の公差は電磁鋼板９１の厚さｔ程度と考えられる。よってこの公差が存在し得ることを考えれば、Ｒｉ＋３ｔ＜ｒｉ１＜ｒｏ１＜Ｒｏ−３ｔを満足することが望ましい。

第２の実施の形態．
図７は第２の実施の形態にかかる回転電機１０の構成を概念的に示す断面図であり、図８は回転子２０の構成を示す分解斜視図であり、図９は回転子２０の構成を示す断面図である。当該構成においては、永久磁石２２の固定子４０側にも回転子磁心２５を設けており、界磁発生部は永久磁石２２と回転子磁心２４，２５で構成されていると把握される。

但し図８ではホルダ２６及びシャフト２８を省略し、かつ永久磁石２２と回転子磁心２４，２５を回転軸２８ａに沿って分解して示している。また図９ではシャフト２８を側面図として示している。

回転子磁心２５は固定子４０側に磁極面２１ｃを呈し、磁極面２１ｃは回転軸２８ａを基準として、内径ｒｉ２、外径ｒｏ２を呈している（図９参照）。よって磁極面２１ｂの内径ｒｉ１、外径ｒｏ１（図５参照）と同様にして、Ｒｉ＋２ｔ＜ｒｉ２＜ｒｏ２＜Ｒｏ−２ｔを満足することが望ましい。

なお、上述の公差が存在し得ることを考えれば、Ｒｉ＋３ｔ＜ｒｉ２＜ｒｏ２＜Ｒｏ−３ｔを満足することが望ましい。

第３の実施の形態．
図１０は第３の実施の形態にかかる回転電機１０の構成を概念的に示す断面図であり、図１１は回転子２０の構成を示す分解斜視図であり、図１２は回転子２０の構成を示す断面図である。当該構成においては、永久磁石２２の固定子４０側に磁性体からなる界磁短絡板２７を設けており、界磁発生部は永久磁石２２と回転子磁心２４及び界磁短絡板２７で構成されていると把握される。

但し図１１ではホルダ２６及びシャフト２８を省略し、かつ永久磁石２２及び回転子磁心２４と、界磁短絡板２７とを回転軸２８ａに沿って分解して示している。また図１２ではシャフト２８を側面図として示している。

界磁短絡板２７は、固定子４０と永久磁石２２との間の磁気吸引力が、固定子３０と回転子２０との間の磁気吸引力よりも大きい場合に採用される。つまり固定子４０側で永久磁石２２の界磁を短絡することにより、固定子４０と回転子２０との間の磁気吸引力を弱める目的で、界磁短絡板２７が採用される。

界磁短絡板２７は固定子４０側に磁極面２１ｄを呈し、磁極面２１ｄは回転軸２８ａを基準として、内径ｒｉ３、外径ｒｏ３を呈している（図１２参照）。よって磁極面２１ｂの内径ｒｉ１、外径ｒｏ１（図５参照）と同様にして、Ｒｉ＋２ｔ＜ｒｉ３＜ｒｏ３＜Ｒｏ−２ｔを満足することが望ましい。

なお、上述の公差を考慮すれば、Ｒｉ＋３ｔ＜ｒｉ３＜ｒｏ３＜Ｒｏ−３ｔを満足することが望ましい。

第４の実施の形態．
本実施の形態では、電磁鋼板９１を渦巻き状に積層し、これを解けないように固定して第２バックヨーク４２、ひいては固定子４０を得る態様について説明する。第４の実施の形態は第１乃至第３の実施の形態のいずれに対しても併せて適用することができる。

図１３は、第４の実施の形態の第１のタイプにかかる固定子４０を示す断面図である。固定子４０は電磁鋼板９１を界磁子２０（図４、図７、図１０参照）と反対側から支持する底として機能する保持部９３を有している。

渦巻き状に積層された電磁鋼板９１は、内周側よりも外周側で解け易い。弧状に巻かれた電磁鋼板９１が平板状に戻ろうとする力は径方向外側に働くため、内周側では電磁鋼板９１の巻き付けを強固にするが、外周側では電磁鋼板９１を解く方向に働くからである。

よって保持部９３と電磁鋼板９１の最外周とを、両者が隣接する位置Ｊ１で溶接にて固定することが望ましい。更に電磁鋼板９１が解けないようにするためには、保持部９３と電磁鋼板９１の最内周とが両者が隣接する位置Ｊ２で溶接にて固定することが望ましい。

図１４は、第４の実施の形態の第２のタイプにかかる固定子４０を示す断面図である。固定子４０は電磁鋼板９１の最外周を保持する外壁として機能する保持部９４を有している。上述のように電磁鋼板９１は内周側よりも外周側で解け易いので、保持部９４によって電磁鋼板９１の最外周を保持することで、電磁鋼板９１が解けることを効果的に防止できる。この効果を高めるためには、更に、電磁鋼板９１の最外周と保持部９４とを、両者が隣接する位置Ｊ３もしくは位置Ｊ４で溶接にて固定することが望ましい。

図１５は、第４の実施の形態の第３のタイプにかかる固定子４０を示す断面図である。固定子４０は電磁鋼板９１を界磁子２０（図４、図７、図１０参照）と反対側から支持する底及び電磁鋼板９１の最内周を保持する内壁として機能する保持部９５を有している。

第１のタイプで採用された保持部９３と同様にして、保持部９５と電磁鋼板９１の最外周とを、両者が隣接する位置Ｊ１で溶接にて固定することが望ましい。また電磁鋼板９１をより堅固に保持するためには、保持部９５と電磁鋼板９１の最内周とを両者が隣接する位置Ｊ５で溶接にて固定することが望ましい。

固定子４０は保持部９５に対して圧入にて固定されてもよい。また予め弧状に巻かれた電磁鋼板９１を加熱し、保持部９５へと焼き填めを行ってもよい。かかる圧入や焼き填めの影響は、保持部９５から電磁鋼板９１の厚さの２〜３倍以上離れた位置には及びにくく、従ってその影響は界磁子２０と対抗する固定子４０の領域には及びにくい。換言すれば固定子４０を流れる磁束は圧入や焼き填めに起因して歪んだ位置を避けるので、磁気特性の劣化が少ない。

図１６は、第４の実施の形態の第４のタイプにかかる固定子４０を示す断面図である。固定子４０は電磁鋼板９１の最外周を保持する外壁として機能する保持部９４と、電磁鋼板９１の最内周を保持する内壁として機能する保持部９６とを有している。上述のように電磁鋼板９１の最外周と保持部９４とを位置Ｊ３もしくは位置Ｊ４で溶接にて固定することが望ましい。また電磁鋼板９１の最内周と保持部９６とを両者が隣接する位置Ｊ５もしくは位置Ｊ６で溶接にて固定することが望ましい。

図１７は、第４の実施の形態の第５のタイプにかかる固定子４０を示す断面図である。固定子４０は電磁鋼板９１を界磁子２０（図４、図７、図１０参照）と反対側から支持する底及び電磁鋼板９１の最外周を保持する外壁として機能する保持部９７を有している。

第１のタイプで採用された保持部９３と同様にして、保持部９７と電磁鋼板９１の最内周とを、両者が隣接する位置Ｊ２で溶接にて固定することが望ましい。また電磁鋼板９１をより堅固に保持するためには、保持部９７と電磁鋼板９１の最外周とを両者が隣接する位置Ｊ４で溶接にて固定することが望ましい。

このように位置Ｊ１〜Ｊ６で溶接が行われても、界磁子２０と対抗する固定子４０の領域はスポット溶接の位置から電磁鋼板９１の厚さの２〜３倍離れているので、当該溶接の影響を受けにくい。換言すれば固定子４０を流れる磁束は溶接に起因して歪んだ位置を避けるので、磁気特性の劣化が少ない。

固定子４０は保持部９７に対して圧入にて固定されてもよい。また弧状に巻かれた電磁鋼板９１を、予め加熱された保持部９７へと焼き填めを行ってもよい。保持部９７への圧入や焼き填めを行っても、保持部９５への圧入や焼き填めと同様に、固定子４０を流れる磁束は溶接に起因して歪んだ位置を避けるので、磁気特性の劣化が少ない。

あるいは固定子４０において電磁鋼板９１は、非磁性かつ非金属材料で一体化されて積層される。かかる材料としてはモールド樹脂、ワニスを採用することができる。また一体化する手法としては電着絶縁を採用することもできる。

あるいは固定子４０において、アルミなどで電磁鋼板９１の外延を保持する保持部をダイキャストにて作製しても良い。この場合も、ダイキャストによって電磁鋼板９１の内周側あるいは外周側が歪んでも、固定子４０を流れる磁束は当該歪んだ位置を避けるので、磁気特性の劣化が少ない。

上述のように渦巻き状に積層された電磁鋼板９１は、内周側よりも外周側で解け易い。よって固定子４０において電磁鋼板９１の外周側端が、当該外周側端と隣接する電磁鋼板９１とスポット溶接されることが望ましい。具体的には例えば、ギャップＧｏの近傍で溶接する。

もちろん、固定子４０において電磁鋼板９１の内周側端が、当該内周側端と隣接する電磁鋼板９１とスポット溶接されることが望ましい。具体的には例えば、ギャップＧｉの近傍で溶接する。

このようにギャップＧｏ，Ｇｉの近傍でスポット溶接が行われても、位置Ｊ１〜Ｊ６での溶接と同様に、固定子４０を流れる磁束は溶接に起因して歪んだ位置を避けるので、磁気特性の劣化が少ない。

本発明の第１の実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機を概念的に示す断面図である。 図４の磁極面近傍を拡大して示す断面図である。 図４の第２バックヨーク近傍を拡大して示す断面図である。 第２の実施の形態にかかるアキシャルギャップ型回転電機の構成を概念的に示す断面図である。 第２の実施の形態における回転子の構成を示す分解斜視図である。 第２の実施の形態における回転子の構成を示す断面図である。 第３の実施の形態にかかるアキシャルギャップ型回転電機の構成を概念的に示す断面図である。 第３の実施の形態における回転子の構成を示す分解斜視図である。 第３の実施の形態における回転子の構成を示す断面図である。 第４の実施の形態の第１のタイプにかかる固定子を示す断面図である。 第４の実施の形態の第２のタイプにかかる固定子を示す断面図である。 第４の実施の形態の第３のタイプにかかる固定子を示す断面図である。 第４の実施の形態の第４のタイプにかかる固定子を示す断面図である。 第４の実施の形態の第５のタイプにかかる固定子を示す断面図である。 特許文献１にいう補助ヨークを特許文献１にいう電磁鋼板の渦巻き積層体で形成する場合に必要な工程を示す平面図である。 内周側で電磁鋼板が積層される態様を拡大して部分的に示す平面図である。 外周側で電磁鋼板が積層される態様を拡大して部分的に示す平面図である。

符号の説明

１０ アキシャルギャップ型回転電機
２０ 界磁子
２２ 永久磁石
２４，２５ 回転子磁心
２７ 界磁短絡板
２８ａ 回転軸
３０ 電機子
３６ 電機子巻線
４０ 固定子
４２ 第２バックヨーク
９１ 電磁鋼板
９４〜９７ 保持部

Claims (17)

1. 回転軸（２８ａ）の周囲で回転する界磁子（２０）と、
   前記回転軸上で相互に反対側から前記界磁子に対して対向する電機子（３０）及び固定子（４０）と
   を備え、
   前記電機子は電機子巻線（３６）を有し、
   前記固定子は電機子巻線を有さず、所定厚（ｔ）を有して前記回転軸の周囲で巻回されてその厚み方向に積層された鋼板（９１）を有し、
   前記界磁子は、各々が前記固定子及び前記電機子に対向する一対の磁極面を呈して前記回転軸の周囲に配置される界磁発生部（２２；２２，２５；２２，２７）を有し、
   前記固定子と対向する側における前記界磁発生部の前記回転軸を中心とした内径（ｒｉ１；ｒｉ２；ｒｉ３）が前記固定子の内径（Ｒｉ）に前記所定厚の２倍を加算した値（Ｒｉ＋２ｔ）よりも大きい、アキシャルギャップ型回転電機。
2. 前記固定子と対向する側における前記界磁発生部の前記回転軸を中心とした内径（ｒｉ１；ｒｉ２；ｒｉ３）が前記固定子の内径（Ｒｉ）に前記所定厚の３倍を加算した値（Ｒｉ＋３ｔ）よりも大きい、請求項１記載のアキシャルギャップ型回転電機。
3. 前記固定子と対向する側における前記界磁発生部の前記回転軸を中心とした外径（ｒｏ１；ｒｏ２；ｒｏ３）が前記固定子の外径（Ｒｏ）から前記所定厚の２倍を減算した値（Ｒｏ−２ｔ）よりも小さい、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。
4. 前記固定子と対向する側における前記界磁発生部の前記回転軸を中心とした外径（ｒｏ１；ｒｏ２；ｒｏ３）が前記固定子の外径（Ｒｏ）から前記所定厚の３倍を減算した値（Ｒｏ−３ｔ）よりも小さい、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。
5. 前記固定子（４０）において前記鋼板（９１）は、非磁性かつ非金属材料で一体化されて積層される、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
6. 前記固定子（４０）において前記鋼板（９１）の外周側端が、前記外周側端と隣接する前記鋼板とスポット溶接される、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
7. 前記固定子（４０）において前記鋼板（９１）の内周側端が、前記内周側端と隣接する前記鋼板とスポット溶接される、請求項１乃至４及び請求項６のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
8. 前記固定子（４０）は、
   前記鋼板（９１）の最外周を保持する外壁を含む保持部（９４，９７）
   を更に有する、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
9. 前記固定子（４０）は、
   前記鋼板（９１）を前記界磁子（２０）と反対側から支持する底を含む保持部（９３，９５，９７）
   を更に有する、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
10. 前記保持部（９５，９６，９７）は、
    前記鋼板（９１）の最内周を保持する内壁
    を更に含む、請求項８又は請求項９記載のアキシャルギャップ型回転電機。
11. 前記外壁と前記鋼板（９１）の最外周とが溶接にて固定される、請求項８記載のアキシャルギャップ型回転電機。
12. 前記底と前記鋼板（９１）の最外周とが溶接にて固定される、請求項９記載のアキシャルギャップ型回転電機。
13. 前記底と前記鋼板（９１）の最内周とが溶接にて固定される、請求項１２記載のアキシャルギャップ型回転電機。
14. 前記内壁と前記鋼板（９１）の最内周とが溶接にて固定される、請求項１０記載のアキシャルギャップ型回転電機。
15. 前記固定子（４０）は、
    前記鋼板（９１）の最外周を保持する外壁と、前記鋼板を前記界磁子（２０）と反対側から支持する底とを含む保持部（９７）
    を更に有し、
    前記保持部に対して前記固定子が焼き填め、又は圧入にて固定される、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
16. 前記固定子（４０）は、
    前記鋼板（９１）の最内周を保持する内壁と、前記鋼板を前記界磁子（２０）と反対側から支持する底とを含む保持部（９５）
    を更に有し、
    前記保持部に対して前記固定子が焼き填め、又は圧入にて固定される、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。
17. 前記固定子（４０）は、
    前記鋼板（９１）を保持するダイキャスト製の保持部
    を更に有する、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ型回転電機。

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