JP2010088269A - アキシャルギャップ型モータ、ロータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】渦電流の発生と磁石磁束の短絡を抑制しつつ、製造が容易なアキシャルギャップ型モータ、ロータ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】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部４１と、回転軸方向少なくとも一方側において主磁石部４１に隣接して配置された複数の磁性部材４２とを備え、回転軸周りに回転可能なロータ１１と、回転軸方向の少なくとも一方側からロータ１１に対向配置されるステータ１２と、を備えるアキシャルギャップ型モータ１０であって、磁性部材４２は、テープ状の磁性板１４を捲回した積層体を分割して構成される。
【選択図】図９

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータ、ロータ及びその製造方法に関する。

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、一対の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、２参照）。

図２０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１００は、回転軸周りに回転可能なロータ１０１と、回転軸方向の両側から挟み込むようにして対向配置される一対のステータ１０２と、を備え、ロータ１０１は、主磁石片１０３、副磁石片１０４及び磁性部材１０５などの磁気回路要素が非磁性材料からなるロータフレーム１０６に収容されて構成されている。また、ロータフレーム１０６は、周方向に所定間隔をおいて配置されて径方向に延びる複数のリブ１０７と、複数のリブ１０７によって接続されるシャフト部１０８及びリム部１０９と、を備える。また、磁性部材１０５は、図２１に示すように、湾曲した磁性板１０５ａを積層して形成されており、ロータフレーム１０６内に軸方向両側から主磁石片１０３を挟みこむことでロータコアを形成している。

また、上記特許文献２に記載のアキシャルギャップ型モータ２００は、図２２に示すように、ロータコア２０１がテープ状の磁性板２０２を捲回し、捲回したロータコア２０１に磁石片２０３を収容する開口２０４を周方向に等間隔に設け、開口２０４内に磁石片２０３を装着することで形成されている。

特開２００８−１０４２７８号公報 特開２００６−１６６６３５号公報

この特許文献１には、磁性部材１０５の製造方法については具体的な言及がなされておらず、仮に一枚一枚磁性板１０５ａを積層する場合には、積層される磁性板１０５ａは一枚一枚曲率を変えて形成する必要があり、工数がかかり、製造コストが嵩むという問題があった。

また、特許文献２に記載のアキシャルギャップ型モータ２００では、周方向で隣り合う磁石片２０３、２０３間が磁性板２０２により形成されているため、周方向で隣り合う磁石間２０３、２０３で渦電流が発生するとともにロータコア２０１内で磁石磁束が短絡してしまい、これにより、モータ２００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、渦電流の発生と磁石磁束の短絡を抑制しつつ、製造が容易なアキシャルギャップ型モータ、ロータ及びそ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、
回転軸方向に着磁され周方向に配置された複数の主磁石片（例えば、後述の実施形態における主磁石部４１）と、回転軸方向少なくとも一方側において前記主磁石片に隣接して配置された複数の磁性部材（例えば、後述の実施形態における磁性部材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）と、
前記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（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、
前記磁性部材は、テープ状の磁性板（例えば、後述の実施形態における磁性板１４）を捲回した積層体（例えば、後述の実施形態における積層体１５）を分割して構成される、
ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、回転軸方向及び径方向に直交する方向に磁化され、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、周方向で隣り合う前記磁性部材間にそれぞれ配置される複数の副磁石片（例えば、後述の実施形態における副磁石部４３）をさらに備える、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に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、前記磁性部材を構成する径方向に積層された前記磁性板は、それぞれ内周面と外周面に嵌合部（例えば、後述の実施形態における凸部４２ｂ、凹部４２ｄ）を有し、前記磁性板の内周面に形成された前記嵌合部は内径側に隣接する前記磁性板の外周面に形成された前記嵌合部と嵌合し、前記磁性板の外周面に形成された前記嵌合部は外径側に隣接する前記磁性板の内周面に形成された前記嵌合部と嵌合する、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、前記積層体は、前記テープ状の磁性板の巻き始め（例えば、後述の実施形態における巻き始め１４ｄ）と巻き終わり（例えば、後述の実施形態における巻き終わり１４ｅ）が前記積層体の中心から径方向略同一位置にある、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アキシャルギャップ型モータにおいて、前記テープ状の磁性板には、前記磁性部材を構成する部分間に打ち抜き部（例えば、後述の実施形態における打ち抜き部１４ａ、１４ｂ）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６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（例えば、後述の実施形態における主磁石部４１）と、回転軸方向少なくとも一方側において前記主磁石片に隣接して配置された複数の磁性部材（例えば、後述の実施形態における磁性部材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）と、
前記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（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、
テープ状の磁性板（例えば、後述の実施形態における磁性板１４）を捲回して積層体（例えば、後述の実施形態における積層体１５）を形成する積層体形成工程と、
前記積層体を分割して前記磁性部材を形成する積層体分割工程と、を備える、
ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６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において、前記テープ状の磁性板のうち分割して前記磁性部材を構成する部分の内周面と外周面に嵌合部（例えば、後述の実施形態における凸部４２ｂ、凹部４２ｄ）を形成する嵌合部形成工程と、をさらに備える、ことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６又は７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において、前記積層体形成工程において、前記積層体は、前記テープ状の磁性板の巻き始め（例えば、後述の実施形態における巻き始め１４ｄ）と巻き終わり（例えば、後述の実施形態における巻き終わり１４ｅ）が前記積層体の中心から径方向略同一位置とする、ことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれか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において、前記積層体形成工程の前に、前記テープ状の磁性板の前記磁性部材を構成する部分間に打ち抜き部（例えば、後述の実施形態における打ち抜き部１４ａ、１４ｂ）を設ける打ち抜き部形成工程と、をさらに備える、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（例えば、後述の実施形態における主磁石部４１）と、
回転軸方向少なくとも一方側において前記主磁石片に隣接して配置された複数の磁性部材（例えば、後述の実施形態における磁性部材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）であって、
前記磁性部材は、テープ状の磁性板（例えば、後述の実施形態における磁性板１４）を捲回した積層体（例えば、後述の実施形態における積層体１５）を分割して構成される、
ことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のロータにおいて、回転軸方向及び径方向に直交する方向に磁化され、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、周方向で隣り合う前記磁性部材間にそれぞれ配置される複数の副磁石片（例えば、後述の実施形態における副磁石部４３）をさらに備える、ことを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は１１に記載のロータにおいて、前記磁性部材を構成する径方向に積層された前記磁性板は、それぞれ内周面と外周面に嵌合部（例えば、後述の実施形態における凸部４２ｂ、凹部４２ｄ）を有し、前記磁性板の内周面に形成された前記嵌合部は内径側に隣接する前記磁性板の外周面に形成された前記嵌合部と嵌合し、前記磁性板の外周面に形成された前記嵌合部は外径側に隣接する前記磁性板の内周面に形成された前記嵌合部と嵌合する、ことを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１０〜１２のいずれかに記載のロータにおいて、前記積層体は、前記テープ状の磁性板の巻き始め（例えば、後述の実施形態における巻き始め１４ｄ）と巻き終わり（例えば、後述の実施形態における巻き終わり１４ｅ）が前記積層体の中心から径方向略同一位置にある、ことを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１０〜１３のいずれかに記載のロータにおいて、 前記テープ状の磁性板には、前記磁性部材を構成する部分間に打ち抜き部（例えば、後述の実施形態における打ち抜き部１４ａ、１４ｂ）が設けられる、ことを特徴とする。

請求項１、請求項６及び請求項１０の発明によれば、磁性板を一枚一枚曲率を変えて形成して積層する必要がなく、捲回した積層体は、同一工程で一括して製造されるためバラツキが少なく容易に製造することができ、製造効率を飛躍的に向上させることができる。また、磁性部材は積層体を分割して形成されるので、隣り合う磁性部材間で渦電流の発生と磁束の短絡を防止することができる。

請求項２及び請求項１１の発明によれば、主磁石片と副磁石片により略ハルバッハ構造となり、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３、請求項７、及び請求項１２の発明によれば、積層体を分割する際に、径方向に隣接する磁性板がずれたり、ばらけたりといった不具合を防止することができる。

請求項４、請求項８及び請求項１３の発明によれば、分割した磁性部材同士で積層枚数にばらつきがなく、磁気的、質量的にバランスを確保することができる。

請求項５、請求項９及び請求項１４の発明によれば、積層体を分割する際に容易に分割することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

＜第１実施形態＞
まず、図１〜図９を参照して、本発明に係るアキシャルギャップ型モータの第１実施形態について説明する。

本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０は、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の回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられる略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏの軸方向（以後、単に軸方向と言う）の両側からロータ１１を挟み込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一対のステータ１２，１２と、を備える。

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のロータ１１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に伝達されて、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軸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−極が軸方向で対向するように設定されている。例えば、軸方向で対向する一対のステータ１２，１２に対し、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極及び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＋極及び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、が軸方向で対向するように設定され、軸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に示すように、複数（図に示す実施形態では１２個）の磁極ユニット３０と、非磁性材からなるロータフレーム３３と、を備え、磁極ユニット３０がロータフレーム３３内に収容されている。

図３及び図４に示すように、ロータフレーム３３は、非磁性材である例えば、ステンレス鋼やアルミニウムなどによって形成されており、周方向に所定間隔をおいて配置されて径方向に延びる複数の径方向リブ３４，…，３４と、径方向リブ３４，…，３４によって接続される内周側筒状部３５及び外周側筒状部３６と、内周側筒状部３５の内周面上から内方に向かい突出する円環板状に形成され、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）に接続される接続部３７と、を備える。そして、本実施形態では、ロータフレーム３３の接続部３７が外部の駆動軸に接続されることから、内周側筒状部３５がシャフト部となり、外周側筒状部３６がリム部となる。

外周側筒状部３６の内周面には、径方向リブ３４に対して軸方向両側にそれぞれ円環状溝３８が形成されている。また、内周側筒状部３５の外周面には、隣接する径方向リブ３４，３４間に円弧状凸部３９が形成されている。

図５及び図６も参照して、磁極ユニット３０は、厚さ方向（つまり、軸方向）に磁化された略扇形板状の主磁石部４１と、この主磁石部４１を厚さ方向の両側から挟み込む一対の磁性部材４２と、磁性部材４２の周方向両側方に配置されて、軸方向及び径方向に直交する方向（即ち、略周方向）に磁化された２つの副磁石部４３と、を備え、主磁石部４１、一対の磁性部材４２、及び２つの副磁石部４３が、一対の支持プレートである外側支持プレート４４及び内側支持プレート４５によって径方向側方（外周側及び内周側）から保持されて一体化されて組み付けられている。

磁性部材４２は、複数の磁性板４２ａが径方向に積層された構成を有し、それぞれの磁性板４２ａの略中央部には、各磁性板４２ａの内周面には略円弧状の凸部４２ｂが、また外周面には略円弧状の凹部４２ｄが形成される。

また、磁性部材４２の軸方向外側となる径方向角部は、面取り加工されて面取り部４２ｃが形成されている。この面取り部４２ｃは、磁性部材４２と副磁石部４３の軸方向側面が段差なく連続するように構成されるもので、これにより、コギングトルク及びトルクリップルを低減する効果を有する。

外側支持プレート４４は、例えば、ステンレス鋼板などの非磁性材から形成されており、主磁石部４１と一対の磁性部材４２の外周面に当接する略矩形形状の外周押え部４４ａと、外周押え部４４ａの軸方向一端に設けられて周方向両側に延設された端面支持面４４ｂと、この端面支持面４４ｂから径方向内側に屈曲形成された側面支持面４４ｃと、を備える。端面支持面４４ｂは副磁石部４３の外周面を支持し、側面支持面４４ｃは副磁石部４３の軸方向側面を支持する。

外側支持プレート４４の外周押え部４４ａには、磁性部材４２の凹部４２ｄに対応する位置に、凹部４２ｄと嵌合する一対の嵌合凸部４４ｅがその内周面に形成されている。また、軸方向両端部には、半径方向外方に切りおこされた４個の突起部４４ｄが形成されており、磁極ユニット３０をロータフレーム３３に組み付けるとき、突起部４４ｄが外周側筒状部３６の円環状溝３８に嵌合して位置決めされる。

内側支持プレート４５は、外側支持プレート４４と同様に、例えば、ステンレス鋼板などの非磁性材から形成されており、主磁石部４１と一対の磁性部材４２の内周面に当接する略Ｔ字型の内周押え部４５ａと、内周押え部４５ａの軸方向一端に設けられて周方向両側に延設された端面支持面４５ｂと、この端面支持面４５ｂから径方向外側に屈曲形成された側面支持面４５ｃと、を備える。内周押え部４５ａには、磁性部材４２の内周面に形成された凸部４２ｂに対応する位置に、この凸部４２ｂに嵌合する一対の嵌合孔４６が形成されている。また、略Ｔ字型に形成された内周押え部４５ａの根元部は、半径方向内側に屈曲形成される位置決め部４５ｅが設けられている。

主磁石部４１、一対の磁性部材４２、及び２つの副磁石部４３は、外側支持プレート４４と内側支持プレート４５とによって、径方向両側から保持されてユニット化され、磁極ユニット３０となる。即ち、外側支持プレート４４は、両側から主磁石部４１を狭持する一対の磁性部材４２の凹部４２ｄを嵌合凸部４４ｅに嵌合させると共に、２つの副磁石部４３の端面及び側面を端面支持面４４ｂ及び側面支持面４４ｃに当接させ、更に、内側支持プレート４５が、主磁石部４１、一対の磁性部材４２、及び２つの副磁石部４３の内周面側に当接して狭持する。このとき、内側支持プレート４５の一対の嵌合孔４６は、一対の磁性部材４２の凸部４２ｂにそれぞれ嵌合して位置決めする。

このように組み付けられた複数の磁極ユニット３０は、図３及び図４に示すように、周方向で隣り合う磁極ユニット３０が、軸方向において互いに異なる方向からロータフレーム３３に挿入されて組み付けられる。このとき、周方向で隣り合う主磁石部４１，４１は、磁化方向が互いに異方向となるように設定される。

具体的には、磁極ユニット３０は、外周側筒状部３６、内周側筒状部３５、及び径方向リブ３４，３４によって画成される空間に側方から挿入され、外側支持プレート４４の突起部４４ｄを外周側筒状部３６の円環状溝３８に係合させて外周側筒状部３６の内周面に当接させる。

これにより、主磁石部４１は、径方向の両側から内周側筒状部３５と外周側筒状部３６とにより挟み込まれると共に、２つの径方向リブ３４によって周方向の両側から挟み込まれる。また、２つの副磁石部４３は、径方向の両側から内周側筒状部３５と外周側筒状部３６とにより挟み込まれて、径方向リブ３４の一方の軸方向側方に位置する。

次いで、内側支持プレート４５と内周側筒状部３５との間に、軸方向からリング５０を圧入して、内側支持プレート４５の位置決め部４５ｅを円弧状凸部３９とリング５０とで狭持する。これによって、磁極ユニット３０にかかる軸方向力に抗して、磁極ユニット３０がロータフレーム３３から抜け出ることが防止される。なお、磁極ユニット３０には、両側に配置された一対のステータ１２，１２から吸引力が作用するが、磁極ユニット３０が一対のステータ１２，１２の中間位置にあれば両側からの吸引力は釣り合い状態にある。従って、ロータフレーム３３としては、回転時に作用する遠心力などに対する十分な強度を有し、一対のステータ１２，１２の中間位置に位置するようになる。

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。

磁性部材４２と同一幅を有するテープ状の電磁鋼板からなる磁性板１４に、例えばプレス成型機を用いてプレス加工を施すことで、図７に示すように、幅方向一方側に矩形状の打ち抜き部１４ａと幅方向他方側に外側にテーパ面４２ｃを有する打ち抜き部１４ｂを形成する（打ち抜き部形成工程）とともに、幅方向略中央部であって隣り合う打ち抜き部１４ａ、１４ａ（１４ｂ、１４ｂ）間で磁性部材４２を構成する部分の上面に凹部４２ｄ（嵌合部）、下面に凸部４２ｂ（嵌合部）を形成する（嵌合部形成工程）。このプレス加工により、テープ状の磁性板１４には、隣り合う打ち抜き部間１４ａ、１４ａ（１４ｂ、１４ｂ）に凹部４２ｄ及び凸部４２ｂを有する磁性板４２ａが連結部１４ｃにより連結された状態で形成される。

このテープ状の磁性板１４は、図８に示すように、巻芯７０上に仮止めされ、巻芯７０が回転することで捲回される（積層体形成工程）。なお、巻芯７０の外表面には、磁性板１４の下面に形成された凸部４２ｂと嵌合する凹部７１が形成され、凸部４２ｂと凹部７１を嵌合させながら磁性板１４が巻芯７０に捲回される。

磁性板１４は巻芯７０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において隣り合う磁性板４２ａ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、磁性板４２ａは略扇形板状を有するため、磁性板４２ａ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、隣り合う磁性板４２ａ、４２ａ間の連結部１４ｃの周方向長さは、副磁石部４３の周方向長さと略同一長さに設定されている。

捲回する際、図８の矢印で示すように、かしめプレスにより、磁性板４２ａの凸部４２ｂが内径側に隣接して捲回された磁性板４２ａの凹部４２ｄに嵌合し、径方向に積層される磁性板４２ａの位置決めがなされる。そして、所定の大きさに捲回された磁性板１４の巻き始め１４ｄと巻き終わり１４ｅが巻芯７０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１４ｄと巻き終わり１４ｅを溶接することで積層体１５が形成される。なお、溶接後、磁性板１４の各層を接着してもよい。
なお、予め磁性板１４に凹部４２ｄと凸部４２ｂをプレス加工せずに、捲回しながらかしめプレスにより、凹部４２ｄと凸部４２ｂの形成と嵌合を同時に行なうこともできる。さらに、磁性板１４の巻き始め１４ｄと巻き終わり１４ｅを磁性部材４２ではなく連結部１４ｃとしてもよい。

このように製造された積層体１５は、連結部１４ｃにより連結された磁性板４２ａがその中心から径方向に放射状に等間隔で設けられる。

次に、図９に示すように、連結部１４ｃの周方向両側を、例えばワイヤーカットにより切断することで積層体１５から磁性部材４２が分割される（積層体分割工程）。

続いて、上述したように、主磁石部４１、一対の磁性部材４２、及び２つの副磁石部４３は、外側支持プレート４４と内側支持プレート４５とによって、径方向両側から保持されてユニット化され、磁極ユニット３０となり、ロータフレーム３３内に収容され、ロータ１１が製造される。

以上説明したように、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０によれば、磁性部材４２は、テープ状の磁性板１４を捲回した積層体１５を分割して形成されるので、磁性板を一枚一枚曲率を変えて形成して積層する必要がなく、捲回した積層体１５は、同一工程で一括して製造されるためバラツキが少なく容易に製造することができる。また、磁性部材４２は積層体１５を分割して形成され、周方向で隣り合う磁性部材４２、４２間に副磁石部４３を設けるので渦電流の発生と磁石磁束の短絡を抑制することができる。
つまり、従来、略扇形板状の磁性部材４２を製造するためには、一枚一枚円弧状に曲げくせをつけた状態で内側・外側の曲率を規制する型枠の中で積層し接着した後、周方向端部をワイヤーカットなどで切り揃えて略扇形板状を作らなければならず、非常に工数がかかり製造コストが高くなっていたが、捲回巻きにより製造することで分割された各々の磁性部材４２は同一形状に製造できると共に、周方向で隣り合う磁性部材４２、４２間の周方向の端部同士が副磁石部４３と略等しい周方向長さを有する連結部１４ｃにより細く繋がっているので、連結部１４ｃを切り落とすことで位置関係を正確に維持した形状を形成できる。

また、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０によれば、回転軸Ｏ方向及び径方向に直交する方向に磁化され、周方向で隣り合う磁性部材４２、４２間にそれぞれ配置される複数の副磁石部４３を備えるので略ハルバッハ構造となり、主磁石部４１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。

また、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０によれば、磁性板４２ａの内周面には略円弧状の凸部４２ｂが、また外周面には略円弧状の凹部４２ｄが形成され、内周面の凸部４２ｂが内径側に隣接する磁性板４２ａの外周面の凹部４２ｄと嵌合し、外周面の凹部４２ｄが外径側に隣接する磁性板４２ａの内周面の凸部４２ｂに嵌合する。従って、積層体１５を分割する際に、径方向に隣接する磁性板４２ａがずれたり、ばらけたりといった不具合を防止することができる。また、温度上昇や経年劣化などによって径方向に積層された磁性板４２ａ同士の接着力が低下した場合であっても、それぞれの磁性板４２ａの凸部４２ｂと凹部がそれぞれ隣接する凹部と凸部４２ｂと嵌合することにより、分割した磁性部材４２であっても上記不具合を防止することができる。

また、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０によれば、テープ状の磁性板１４の巻き始め１４ｄと巻き終わり１４ｅが積層体１５の中心から径方向略同一位置にあるので、磁性部材４２の磁性板４２ａの積層枚数にばらつきをもつことがなく、磁気的、質量的にバランスを確保することができる。なお、巻き始め１４ｄと巻き終わり１４ｅを連結部１４ｃとすることにより、分割された磁性部材４２に段差ができるのを防止することができる。

また、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０によれば、磁性部材４２を構成する部分間に打ち抜き部１４ａ、１４ｂを形成し幅方向距離の短い連結部１４ｃで隣り合う磁性板４２ａ、４２ａ間を連結するので、積層体１５を分割する際に容易に分割することができる。

さらに、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１０によれば、磁極ユニット３０は、主磁石部４１と、主磁石部４１の両側面に配置された一対の磁性部材４２と、周方向で隣り合う磁性部材４２間にそれぞれ配置される２つの副磁石部４３とが、支持プレート４４，４５によって保持されてユニット化されているので、多数の構成部品からなる略ハルバッハタイプのアキシャルギャップ型モータ１０を、少ない工数で容易に組み付けることができる。また、これによって、ロータ１１の製作コストを抑制してアキシャルギャップ型モータ１０を安価に提供することができる。これにより、例えば、６極対の略ハルバッハタイプモータ１０の場合、構成部材である１２個の主磁石部４１と、２４個の副磁石部４３と、２４個の磁性部材４２とがユニット化されることにより、１２個の磁極ユニット３０の組付けで組み付けることができる。

なお、第１実施形態の第１変形例として、図１０に示すように、ロータ１１は、外周押え部４４ａに形成された嵌合凸部４４ｅ及び磁性部材４２の内周面に形成された凸部４２ｂの突出量を大きくするとともに、内側支持プレート４５と内周側筒状部３５との間に、軸方向からリング５０を圧入してリング５０を凸部４２ｂに当接させる。これにより、内側支持プレート４５の位置決め部４５ｅを設けずに、磁極ユニット３０にかかる軸方向力に抗して、磁極ユニット３０がロータフレーム３３から抜け出ることが防止される。

また、第１実施形態の第２変形例として、図１１に示すように、ロータ１１は、ロータフレーム３３の内周側筒状部（シャフト部）を別部材とし、この別部材をボルト締結することで磁極ユニットを固定するようにしてもよい。即ち、ロータ１１は、接続部３７と別体に設けられた、断面略Ｌ字型の一対のリング部材５５を備える。このリング部材５５の外周側角部には、位置決め部４５ｅを収容するための押え凹部５６がリング状に形成されている。

したがって、このロータ１１では、第１実施形態と同様に、外側支持プレート４４の突起部４４ｄを外周側筒状部３６の円環状溝３８に係合させて磁極ユニット３０をロータフレーム３３に挿入する。そして、内側支持プレート４５の内周面にリング部材５５を当接して、リング部材５５をボルト５７によって接続部３７に固定する。これにより、内側支持プレート４５の位置決め部４５ｅが、接続部３７とリング部材５５によって狭持されて、磁極ユニット３０がロータフレーム３３に固定される。

また、第１実施形態の第３変形例として、図１２に示すように、副磁石部４３は、その軸方向外側両端に、支持プレート４４，４５の板厚と略同じ深さの凹部４３ａが形成されてもよい。これにより、副磁石部４３は、凹部４３ａに当接する側面支持面４４ｃ、４５ｃによって保持されるので、副磁石部４３と側面支持面４４ｃ、４５ｃとの軸方向側面が同一面となり、側面支持面４４ｃ、４５ｃが副磁石部４３から突出することがない。これにより、ロータ１１とステータ１２とのギャップを小さくして高トルクを発生させることができる。

（第２実施形態）
次に、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について、図１３〜図１５を参照して説明する。なお、第２実施形態のアキシャルギャップ型モータは、内側支持プレートの位置決め部の構造が、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータと異なる。このため、第１実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図１３〜図１５に示すように、第２実施形態のアキシャルギャップ型モータのロータ１１は、複数（図に示す実施形態では１２個）の磁極ユニット１３０と、非磁性材からなるロータフレーム３３と、を備え、磁極ユニット１３０がロータフレーム３３内に収容されている。磁極ユニット１３０は、外側支持プレート４４及び内側支持プレート１４５によって、主磁石部４１、一対の磁性部材４２、及び２つの副磁石部４３を保持することで構成される。

ロータフレーム３３の内周側筒状部３５に設けられた円弧状凸部３９には、隣接する径方向リブ３４，３４の略中間に軸方向に貫通する軸方向溝６１が形成されている。また、内側支持プレート１４５には、内周押え部４５ａの主磁石部４１に対応する位置、即ち、円弧状凸部３９の軸方向溝６１に対応して径方向内側に切りおこされた一対のリブ状の位置決め部４５ｆが設けられている。これら位置決め部４５ｆは、その板厚方向が周方向とされ、軸方向に沿って延びる。

このような内側支持プレート１４５を有する磁極ユニット１３０は、図１４に示すように、位置決め部４５ｆを軸方向溝６１に嵌合させた状態でロータフレーム３３の外周側筒状部３６と内周側筒状部３５との間に挿入され、内側支持プレート１４５と内周側筒状部３５との間に軸方向両側からリング５０を圧入することで、内側支持プレート１４５の位置決め部４５ｆが一対のリング５０で狭持される。これにより、磁極ユニット１３０がロータフレーム３３に固定される。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０と同様である。

（第３実施形態）
次に、本発明に係るアキシャルギャップ型モータの第３実施形態について図１６及び図１７に基づいて説明する。第１及び第２実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、副磁石部を備えた略ハルバッハタイプのものについて説明したが、第３実施形態のアキシャルギャップ型モータでは、副磁石部を備えずに、磁極ユニットが主磁石部、主磁石部の両側面に配置された一対の磁性部材、及び、内、外側支持プレートによって構成されている。なお、それ以外の部分については、本発明の第１実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様であるので、同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図１６及び図１７に示すように、本実施形態の磁極ユニット２３０は、軸方向に磁化された略扇形板状の主磁石部４１と、この主磁石部４１を厚さ方向の両側から挟み込む一対の磁性部材４２と、を備え、主磁石部４１、及び一対の磁性部材４２が、外側支持プレート２４４及び内側支持プレート２４５によって径方向側方（外周側及び内周側）から保持されて一体に組み付けられている。

外側支持プレート２４４及び内側支持プレート２４５は、図６に示す第１実施形態の外側支持プレート４４及び内側支持プレート４５に対して、それぞれ端面支持面４４ｂ、４５ｂ、及び側面支持面４４ｃ、４５ｃを有しない形状に形成されている。

即ち、外側支持プレート２４４は、例えば、ステンレス鋼板などの非磁性材から形成されており、主磁石部４１と一対の磁性部材４２の外周面に当接する略矩形形状の外周押え部４４ａを備え、この外周押え部４４ａに、磁性部材４２の凹部４２ｄと嵌合する一対の嵌合凸部４４ｅ、及び半径方向外方に切りおこされ、ロータフレーム３３の円環状溝３８に嵌合する４個の突起部４４ｄが軸方向端部に形成されている。

また、内側支持プレート２４５は、例えば、ステンレス鋼板などの非磁性材から形成されており、主磁石部４１と一対の磁性部材４２の内周面に当接する略Ｔ字型の内周押え部４５ａを備え、この内周押え部４５ａに、磁性部材４２の内周面に形成された凸部４２ｂに嵌合する一対の嵌合孔４６が形成されている。また、略Ｔ字型に形成された内周押え部４５ａの根元部は、半径方向内側に屈曲形成される位置決め部４５ｅが設けられている。

このような磁極ユニット２３０は、図１６に示すように、周方向で隣り合う磁極ユニット２３０が、軸方向において互いに異なる方向からロータフレーム３３に挿入され、内側支持プレート２４５と内周側筒状部３５との間に軸方向からリング５０を圧入する。これによって、内側支持プレート２４５の位置決め部４５ｅが、円弧状凸部３９とリング５０とで狭持されて固定される。
その他の構成及び作用については第１実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０と同様である。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るアキシャルギャップ型モータについて、図１８及び図１９を参照して説明する。なお、第４実施形態のアキシャルギャップ型モータは、内側支持プレートの位置決めの構造が第２実施形態の磁極ユニットと同様である以外は、第３実施形態のアキシャルギャップ型モータと同様である。このため、第３実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

図１８及び図１９に示すように、本実施形態の磁極ユニット３３０は、第３実施形態と同様、主磁石部４１、及び一対の磁性部材４２とを、外側支持プレート２４４及び内側支持プレート３４５によって径方向側方（外周側及び内周側）から保持することで構成される。

ロータフレーム３３の内周側筒状部３５に設けられた円弧状凸部３９には、隣接する径方向リブ３４，３４の略中間に軸方向溝６１が形成される。また、外側支持プレート２４４と共に主磁石部４１、及び一対の磁性部材４２を径方向両側から保持する内側支持プレート３４５は、円弧状凸部３９の軸方向溝６１に対応する位置に、板厚方向が周方向とされて径方向内側に切りおこされた一対の位置決め部４５ｆが設けられている。

磁極ユニット３３０は、位置決め部４５ｆを軸方向溝６１に嵌合してロータフレーム３３の外周側筒状部３６と内周側筒状部３５との間に挿入され、軸方向両側から圧入された一対のリング５０によって位置決め部４５ｆが狭持されて固定される。

本実施形態の磁極ユニット３３０は、実質的に軸方向に左右対称形となるので、第１実施形態〜第３実施形態のロータ１１と異なり、周方向で隣り合う磁極ユニット３０を軸方向において互いに異なる方向からロータフレーム３３に挿入する必要はなく、ロータフレーム３３のいずれか一方の軸方向から挿入することができる。なお、内側支持プレート３４５は、上記実施形態と同様に、略Ｔ字型に形成されているが、主磁石部４１、及び一対の磁性部材４２の下面の形状に沿って軸方向に左右対称形に形成されてもよい。
なお、その他の構成及び作用については、第３実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０と同様であるので、説明を省略する。

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。
なお、本発明では、ロータフレームのシャフト部又はリム部と嵌合する嵌合部を外側支持プレート又は内側支持プレートのいずれかに設ければよいが、ロータが回転すると、磁極ユニットには半径方向外方に遠心力が作用するので、磁極ユニットを安定して支持するには、外側支持プレートをロータフレームのリム部と嵌合させることが好ましい。

また、本発明では、嵌合部が嵌合するシャフト部又はリム部の他方の部材と支持プレートとの間にリングが介在されればよいが、同じく、磁極ユニットに作用する遠心力のため、シャフト部と内側支持プレートとの間にリングを挿入して、磁極ユニットをリム部に当接させて固定することが好ましい。

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を説明するため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２に示すロータの縦断面図である。 図２に示すロータの分解斜視図である。 図４に示す磁極ユニットの拡大斜視図である。 図５に示す磁極ユニットの分解斜視図である。 打ち抜き部と凹部が形成されたテープ状の磁性板を周方向から見た図である。 図７のテープ状の磁性板を捲回する工程を説明する説明図である。 図８の捲回した磁性板を分解する工程を説明図である。 第１実施形態の第１変形例のロータの縦断面図である。 第１実施形態の第２変形例のロータの縦断面図である。 第１実施形態の第３変形例の磁極ユニットの拡大斜視図である。 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を説明するための部分破断分解斜視図である。 図１３に示すロータの縦断面図である。 図１３に示す磁極ユニットの分解斜視図である。 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を説明するための分解斜視図である。 図１６に示す磁極ユニットの分解斜視図である。 本発明の第４実施形態に係るアキシャルギャップ型モータを説明するための部分破断分解斜視図である。 図１８に示す磁極ユニットの分解斜視図である。 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。 図２０に示す磁性部材の正面図である。 特許文献２に示すロータの斜視図である。

符号の説明

１０ アキシャルギャップ型モータ
１１ ロータ
１２ ステータ
１４ テープ状の磁性板
１４ａ、１４ｂ 打ち抜き部
１５ 積層体
３０，１３０，２３０，３３０ 磁極ユニット
３３ ロータフレーム
３４ 径方向リブ
３５ 内周側筒状部（シャフト部）
３６ 外周側筒状部（リム部）
３９ 円弧状凸部
４１ 主磁石部（主磁石片）
４２ 磁性部材
４２ａ 磁性板
４２ｂ 凸部（嵌合部）
４２ｄ 凹部（嵌合部）
４３ 副磁石部（副磁石片）
５０ リング
Ｏ 回転軸

Claims (14)

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、回転軸方向少なくとも一方側において前記主磁石片に隣接して配置された複数の磁性部材とを備え、回転軸周りに回転可能なロータと、
   前記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、
   前記磁性部材は、テープ状の磁性板を捲回した積層体を分割して構成される、
   ことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 回転軸方向及び径方向に直交する方向に磁化され、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、周方向で隣り合う前記磁性部材間にそれぞれ配置される複数の副磁石片をさらに備える、
   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. 前記磁性部材を構成する径方向に積層された前記磁性板は、それぞれ内周面と外周面に嵌合部を有し、前記磁性板の内周面に形成された前記嵌合部は内径側に隣接する前記磁性板の外周面に形成された前記嵌合部と嵌合し、前記磁性板の外周面に形成された前記嵌合部は外径側に隣接する前記磁性板の内周面に形成された前記嵌合部と嵌合する、
   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. 前記積層体は、前記テープ状の磁性板の巻き始めと巻き終わりが前記積層体の中心から径方向略同一位置にある、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
5. 前記テープ状の磁性板には、前記磁性部材を構成する部分間に打ち抜き部を有する、
   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. 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、回転軸方向少なくとも一方側において前記主磁石片に隣接して配置された複数の磁性部材とを備え、回転軸周りに回転可能なロータと、
   前記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であって、
   テープ状の磁性板を捲回して積層体を形成する積層体形成工程と、
   前記積層体を分割して前記磁性部材を形成する積層体分割工程と、を備える、
   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。
7. 前記テープ状の磁性板のうち分割して前記磁性部材を構成する部分の内周面と外周面に嵌合部を形成する嵌合部形成工程と、をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項６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。
8. 前記積層体形成工程において、前記積層体は、前記テープ状の磁性板の巻き始めと巻き終わりが前記積層体の中心から径方向略同一位置とする、
   ことを特徴とする請求項６又は７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。
9. 前記積層体形成工程の前に、前記テープ状の磁性板の前記磁性部材を構成する部分間に打ち抜き部を設ける打ち抜き部形成工程と、をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか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。
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、
    回転軸方向少なくとも一方側において前記主磁石片に隣接して配置された複数の磁性部材とを備え、回転軸周りに回転可能なロータであって、
    前記磁性部材は、テープ状の磁性板を捲回した積層体を分割して構成される、
    ことを特徴とするロータ。
11. 回転軸方向及び径方向に直交する方向に磁化され、前記回転軸方向の少なくとも一方側において、周方向で隣り合う前記磁性部材間にそれぞれ配置される複数の副磁石片をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のロータ。
12. 前記磁性部材を構成する径方向に積層された前記磁性板は、それぞれ内周面と外周面に嵌合部を有し、前記磁性板の内周面に形成された前記嵌合部は内径側に隣接する前記磁性板の外周面に形成された前記嵌合部と嵌合し、前記磁性板の外周面に形成された前記嵌合部は外径側に隣接する前記磁性板の内周面に形成された前記嵌合部と嵌合する、
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のロータ。
13. 前記積層体は、前記テープ状の磁性板の巻き始めと巻き終わりが前記積層体の中心から径方向略同一位置にある、
    ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。
14. 前記テープ状の磁性板には、前記磁性部材を構成する部分間に打ち抜き部が設けられる、
    ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータ。

Images