JP2010110166A - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、回転子に磁石を安定的に保持可能で、且つ渦電流損の発生を抑えることができるアキシャルギャップ型回転電機を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の１つの実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸４を中心として回転自在に配設された回転子３０と、回転軸４の方向にギャップを隔てて、回転子３０に対向配設された固定子１０，２０とを備える。回転子３０は、回転子３０の周方向に配置することで複数の極対を構成する複数の界磁部３１と、非鉄金属で形成され、界磁部３１を直接保持する第１フレーム３５と、一方側で磁極が第１極性を呈する界磁部３１と、当該界磁部３１に対して周方向の一方向側から隣接してかつ第１極性とは異なる第２極性を一方側で磁極が呈する界磁部３１との間においてのみ設けられ、第１フレーム３５の内周部と外周部とを繋ぐスポーク３６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に係る発明である。

アキシャルギャップ型回転電機は、固定子と、この固定子の軸方向両側にエアギャップを介して配置された回転子とを備える回転電機である。このアキシャルギャップ型回転電機は、その構造から薄型化できる点や、磁極面積を大きくすることでトルク密度を向上できる点で他の構造の回転電機より望ましい。

このアキシャルギャップ型回転電機に関する技術については、特許文献１乃至４に開示されている。特に特許文献１では、回転子の剛性を向上させるとともに回転子に発生する渦電流を抑えるアキシャルギャップ型回転電機が開示されている。

特開２００７−８９２７０号公報 特開２００１−１３６７２１号公報 特開２００１−４６２８５号公報 特開平２−２６２８６３号公報

回転子には、回転子を通る磁束量の変動により渦電流損が発生する。そのため、特許文献１に係る回転子では、各々が一対の磁極により構成された複数の極対であって、回転子の周方向に配列された複数の極対と、固定子からの磁束が通る透磁部と、各々が回転子の径方向に延設された複数の梁状補強部材であって、回転子の周方向において極対おきに複数の梁状補強部材を配置することで、当該渦電流損を低減している。

しかし、特許文献１では、固定子からの磁束が通る透磁部を設け、当該透磁部を回転子の枠部で保持することで、極対に配列された磁石を固定する構成である。そのため、特許文献１では、透磁部を設ける必要性から磁石を配置する領域が狭くなる問題があった。また、特許文献１では、枠部で保持する透磁部の強度が必要となり、当該強度が低いと磁石を回転子に保持できない問題があった。

そこで、本発明は、界磁部の占有面積を大きく確保しつつ、回転子に界磁部を保持可能で、且つ渦電流損の発生を抑えることができるアキシャルギャップ型回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明のアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、回転軸の方向にギャップを隔てて、回転子に対向配設された固定子とを備える。回転子は、回転子の周方向に配置することで複数の極対を構成する複数の界磁部と、非鉄金属で形成され、界磁部を直接保持する第１フレームと、一方側で磁極が第１極性を呈する界磁部と、当該界磁部に対して周方向の一方向側から隣接してかつ第１極性とは異なる第２極性を一方側で磁極が呈する界磁部との間においてのみ設けられ、第１フレームの内周部と外周部とを繋ぐスポークとを備える。

また、非鉄金属で形成され、界磁部の内周側及び外周側にそれぞれ設けられる内周部及び外周部を有し、第１フレームと反対側に配置され界磁部を直接保持する第２フレームと、一方側で磁極が第１極性を呈する界磁部と、当該界磁部に対して周方向の一方向側から隣接してかつ第１極性とは異なる第２極性を一方側で磁極が呈する界磁部との間においてのみ設けられ、第２フレームの内周部と外周部とを繋ぐスポークとをさらに備えても良い。

また、第１フレーム及び第２フレームは、相互に対向する面が相互に絶縁されていても良い。

また、界磁部の回転軸の方向の少なくとも１つの面上に配置されるコアをさらに備え、コアと界磁部との境界面と、第１フレームと第２フレームとの合わせ面とが同一平面上に存在しないこと特徴としても良い。

また、第１フレームに設けたスポークの周方向における位置と、第２フレームに設けたスポークの周方向における位置とが異なることを特徴としても良い。

また、周方向においてスポークが存在せず、前記回転軸の方向において第１フレーム又は第２フレームが存在する位置に、界磁部の周方向の位置を制限する位置決め部をさらに備えても良い。

また、２本のスポークの間に位置する界磁部に対向する固定子は、３ｎ相分（ｎ：自然数）の磁極を有することを特徴としても良い。

このアキシャルギャップ型回転電機によると、回転子が、界磁部を直接保持する第１フレームと、一方側で磁極が第１極性を呈する界磁部と、当該界磁部に対して周方向の一方向側から隣接してかつ第１極性とは異なる第２極性を一方側で磁極が呈する界磁部との間においてのみ設けられ、第１フレームの内周部と外周部とを繋ぐスポークとを備えるので、界磁部の占有面積を大きく確保しつつ、回転子に界磁部を保持可能で、且つ渦電流損の発生を抑えることができる。

また、フレームが、界磁部に対して一方側に配置される第１フレームと、界磁部に対して第１フレームと反対側に配置される第２フレームとを有し、第１フレームと第２フレームとで界磁部を挟持すると、回転子に界磁部を安定的に保持可能となる。

また、非鉄金属で形成され、界磁部の内周側及び外周側にそれぞれ設けられる内周部及び外周部を有し、第１フレームと反対側に配置され界磁部を直接保持する第２フレームと、一方側で磁極が第１極性を呈する界磁部と、当該界磁部に対して周方向の一方向側から隣接してかつ第１極性とは異なる第２極性を一方側で磁極が呈する界磁部との間においてのみ設けられ、第２フレームの内周部と外周部とを繋ぐスポークとをさらに備えると、第１フレームと、第２フレームとの間で電流が流れることを防止できるので、渦電流損の発生を抑えることができる。

また、コアと界磁部との境界面と、第１フレームと第２フレームとの合わせ面とが同一平面上に存在しないことにより、フレームとコア又は界磁部とが一体となって回転軸対して垂直な方向にずれることがないので、回転子に界磁部を安定的に保持可能である。

また、第１フレームに設けたスポークの周方向における位置と、第２フレームに設けたスポークの周方向における位置とを異ならせると、回転子の強度を向上させることができる。

また、周方向においてスポークが存在せず、前記回転軸の方向において第１フレーム又は第２フレームが存在する位置に、界磁部の周方向の位置を制限する位置決め部をさらに備えることにより、界磁部の位置決めが容易になる。

また、２本のスポークの間に位置する界磁部に対向する固定子は、３ｎ相分（ｎ：自然数）の磁極を有することにより、２本のポークと、外周部と内周部により囲まれる部分を貫通する磁束量がS極とN極で相殺され、常に一定となるため、２本のポークと、外周部と内周部により作られる経路を流れる渦電流損を低減することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０の分解斜視図を示している。ロータ３０は、界磁部３１と、フレーム３５と、短絡鋼板３８と、フレーム３５と短絡鋼板３８とを固定するネジ３９とを備え、回転軸中心９１に対し回転可能である。なお、図１では、界磁部３１と、フレーム３５と、短絡鋼板３８と、ネジ３９とが回転軸に沿ってずれて示されている。

本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの断面図を図１０に示す。図１０に示すアキシャルギャップ型モータ３においては、回転軸４に固定されたロータ３０が、軸方向の一方側及び他方側から各々エアギャップを介して、第１ステータ１０と第２ステータ２０とにより挟まれた状態で配置される。第１ステータ１０, 第２ステータ２０の中央部は回転軸４が貫通する。またロータ３０は回転軸４に外嵌して固定される。

第１ステータ１０は、バックヨーク１１と、そのバックヨーク１１のロータ３０側に立設されたティース１２と、ティース１２に巻回されたコイル１３とを有している。また、第２ステータ２０は、バックヨーク２１のみを有している。バックヨーク１１，２１はいずれも円板形状を呈する。コイル１３は三相コイルである。

なお、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータ３では、第１ステータ１０にのみコイル１３を有する構成であるとして説明を続けるが、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機はこれに限られない。第１ステータ１０及び 第２ステータ２０のいずれにもコイルを有する構成でも良い。またコイル１３，２３の相数は三に限定されない。

次に、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０について、詳しく説明する。まず、図１に示す界磁部３１の各々は、磁石３２と、磁石３２を軸方向の上から覆う磁性体鉄心の一例としての磁性体板３３とを有する。磁石３２は、軸方向両側に互いに異なる極性を呈する第１磁極面及び第２磁極面を有する。例えば、第１磁極面はＮ極を呈し、第２磁極面はＳ極を呈する。

磁石３２には、磁束密度を大きくするため、焼結された希土類磁石を採用することが望ましい。この場合、希土類磁石、特に焼結した磁石は導電率が高く、渦電流損が生じやすいが、磁性体板３３に、希土類磁石に比べて導電率の小さい磁性材を用いることで、渦電流損の発生を抑制することができる。特に、ＰＷＭ制御のキャリア成分の磁束の変化による渦電流損を低減できる。磁性体板３３には、磁気的に等方性を有する圧粉磁心を採用すること、特に圧粉鉄心を採用することにより、磁性体板３３で渦電流損が生じにくくできる。磁性体板３３は、磁石３２の第１磁極面又は第２磁極面のいずれかに設けられる。このとき、磁性体板３３は、例えば、接着剤等を用いて磁石３２に固定しても良い。接着剤には、磁性材から成るものを採用することが望ましい。磁性材からなる接着剤を用いることにより、磁性体板３３と、磁石３２との間の接着剤層の厚みを低減したことによる磁気特性の低下を補うことができる。

図１に示すように界磁部３１は、回転軸中心９１の周りで周方向に沿って環状に配置され、周方向に沿って互いに離間している。このとき、磁石３２についてみれば、磁石３２も回転軸の周りで周方向に沿って環状に配置される。そして、周方向において互いに隣接する磁石３２は、一方の側（図１では上側として例示される）に対して互いに異なる極性の磁極を呈する。つまり、隣接する一方の磁石３２が軸方向の一方の側に第１磁極面を向けている場合、隣接する他方の磁石３２は同じ軸方向の一方の側には第２磁極面を向けている。軸方向の他方側においても同様である。

また、フレーム３５は、非磁性体から成り、界磁部３１を保持する。スポーク３６は、図１に示すようにフレーム３５の内周部と外周部とを接続しており、図１の例では３本のスポーク３６が配置されている。従来のロータでは、周方向において各界磁部ごとにスポークを配置することで、ロータ位置や通電の違いによる磁石の動作点の時間的変化により磁束量が変化し、当該スポークを含むループで過電流が発生していた。しかし、本実施の形態に係るロータ３０では、図１に示すようにスポーク３６間に１つの極対を成す２つの界磁部３１を配置することで、ロータ３の回転位置変化に対してスポーク３６間を通る磁束量の変化をなくすことで、当該スポーク３６を含むループで過電流の発生を抑え、渦電流損をさらに低減させる。例えば一方の側から見て、Ｎ極を呈する界磁部３１に対して周方向の時計回り側から隣接してＳ極を呈する界磁部３１との間にのみスポーク３６が設けられる。

さらに、フレーム３５は、各界磁部３１の周方向における位置合わせが可能なように外周部に凸部３７を有している。また、フレーム３５は、図１に示すように内周部及び外周部にツバ部３１０を有している。このツバ部３１０が各界磁部３１の一方の側（図中上側）の端部を押さえると共に、短絡鋼板３８が各界磁部３１の他方の側（図中下側）の全面を押さえることで、各界磁部３１をフレーム３５の所定の軸方向の位置で保持している。また、本実施の形態に係るロータ３０は、各界磁部３１がフレーム３５の内周部及び外周部に直接保持される構成有する。そのため、本実施の形態に係るロータ３０では、磁石３２を配置できる領域を大きく確保できると共に、他の部分（透磁部等）に磁石３２を保持させる構成等が不要になるので、磁石３２の保持構成を簡略化できる。

なお、フレーム３５及びスポーク３６は非磁性体であり、樹脂などの非金属であっても良いが、強度上からアルミやステンレスなどの金属であることがのぞましい。フレーム３５及びスポーク３６，凸部３７に非金属を採用すれば、フレーム３５等で渦電流損が生じない。他方、フレーム３５及びスポーク３６，凸部３７に金属を採用すれば、ロータ３０自身の強度が高まる反面、フレームに渦電流が発生する。この渦電流による損失（渦電流損）を、本発明により低減することができる。また、図１に示すロータ３０では、フレーム３５と短絡鋼板３８とをネジ３９で固定する構成について説明したが、本発明はこれに限られず、例えばボルトとナットで両者を固定する構成でも良い。

なお、第２ステータ２０と回転子３０との間に働く磁気吸引力が、第１ステータ１０と回転子３０との間に働く磁気吸引力より強い場合に、第２ステータ２０と回転子３０との間に働く磁気吸引力を弱めるために短絡鋼板３８が採用される。

また上記説明では第１ステータ１０に採用されるコアとの兼用の便宜を考えた第２ステータ２０の構成が例示された。しかし第２ステータ２０は、バックヨーク２１として例示された磁性体板をロータ３０に対して第１ステータ１０と反対側に配置すれば、要求される機能を果たすことができる。

（実施の形態２）
図２に、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータのロータ３０の分解斜視図を示す。図２に示すロータ３０は、図１に示すロータ３０と異なり、軸方向の上下２分割したフレーム３５ａ，３５ｂを有する。本実施形態に係るロータ３０は、界磁部３１と、フレーム３５ａ，３５ｂとを備え、回転軸(図示せず)を中心として回転可能である。なお、図２では、界磁部３１と、フレーム３５ａ，３５ｂとが回転軸に沿ってずれて示されている。

本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータの断面図を図１１に示す。図１１に示すアキシャルギャップ型モータ３においては、回転軸４に固定されたロータ３０が、軸方向の一方側及び他方側から各々エアギャップを介して、第１ステータ１０と第２ステータ２０とにより挟まれた状態で配置される。第１ステータ１０, 第２ステータ２０の中央部は回転軸４が貫通する。またロータ３０は回転軸４に外嵌して固定される。

第１ステータ１０は、バックヨーク１１と、そのバックヨーク１１のロータ３０側に立設されたティース１２と、ティース１２に巻回されたコイル１３とを有している。また、第２ステータ２０は、バックヨーク２１と、そのバックヨーク２１のロータ３０側に立設されたティース２２と、ティース２２に巻回されたコイル２３とを有している。バックヨーク１１，２１はいずれも円板形状を呈する。コイル１３，２３は三相コイルである。 フレーム３５ａ，３５ｂには、図２に示すように内周部及び外周部にツバ部３１０を設けている。フレーム３５ａのツバ部が各界磁部３１の図中上側の端部を押さえると共に、フレーム３５ｂのツバ部が各界磁部３１の図中下側の端部を押さえることで、各界磁部３１をフレーム３５ａ，３５ｂの所定の位置で挟持している。なお、本実施の形態に係る各界磁部３１も、図２に示すようにフレーム３５の内周部及び外周部に直接保持される構成である。また、図２に示すフレーム３５ａ，３５ｂは、図示していないがボルトとナットで固定する。図２では、フレーム３５ａ，３５ｂにボルトを通す孔が図示されている。

さらに、本実施の形態に係るロータ３０では、フレーム３５ａとフレーム３５ｂとの合わせ面同士が互いに絶縁されている。具体的な絶縁方法としては、フレーム３５ａとフレーム３５ｂとの間に絶縁シート（フィルム）を挟むことや、合わせ面となるフレーム３５ａ及びフレーム３５ｂの少なくとも一方の面に絶縁処理を施す。この絶縁処理としては、絶縁材料を電着塗装したり、絶縁材料を粉体塗装したり、ワニス処理することが考えられる。なお、絶縁処理には、絶縁性の接着剤を利用して、フレーム３５ａとフレーム３５ｂとを接合する構成も含まれる。

また、本実施の形態に係るロータ３０では、図２に示すようにフレーム３５ａのスポーク３６ａの周方向の位置と、フレーム３５ｂのスポーク３６ｂの周方向の位置とをずらして接合している。しかし、スポーク３６ａの軸方向の高さは、磁性体板３４まで届かず磁石３２の位置までであり、フレーム３５ｂ側から界磁部３１を見ると、２本のスポーク３６ｂの間に１つの極対を形成する２つの磁石３２が配置される構成になっている。同様に、スポーク３６ｂの軸方向の高さは、磁性体板３３まで届かず磁石３２の位置までであり、フレーム３５ａ側から界磁部３１を見ると、２本のスポーク３６ａの間に１つの極対を形成する２つの界磁部３１が配置される構成になっている。図２に示すように、フレーム３５ａのスポーク３６ａの位置と、フレーム３５ｂのスポーク３６ｂの位置とをずらして接合することでロータ３０の強度を向上させることができる。なお、界磁部３１が磁性体板３３と磁石３２とで構成される場合は、フレーム３５ａのスポーク３６ａは磁石３２まで届かず磁性体板３３の位置までであり、フレーム３５ｂのスポーク３６ｂは磁性体板３３まで届かず磁石３２の位置までとなる。ただし、スポーク３６ａ，３６ｂが反対側の磁性体板３３の位置まであっても、他方のフレームと電気的に接触していなければいい。

図２に示すロータ３０の変形例として、例えば図３に示すロータ３０が考えられる。図３に示すロータ３０は、図２に示すロータ３０と異なり、フレーム３５ａ側にのみツバ部を設け、フレーム３５ｂ側にはツバ部を設けない構成である。そのため、界磁部３１をフレーム３５ａ，３５ｂに保持しておくために短絡鋼板３８を備え、フレーム３５ａのツバ部が各界磁部３１の図中上側の端部を押さえると共に、短絡鋼板３８が各界磁部３１の図中下側全面を押さえることで、各界磁部３１をフレーム３５ａ，３５ｂの所定の位置で保持している。なお、短絡鋼板３８をフレーム３５ａに固定するために、図３ではネジ３９を用いている。フレーム３５ｂには、当該ネジ３９が貫通する孔が設けられ、フレーム３５ａには図示していないがネジ３９と噛み合うネジ穴が設けられている。

さらに、図３に示すロータ３０では、界磁部３１の位置あわせのためにフレーム３５ａの内周及び外周に凸部３７ａを、フレーム３５ｂの内周及び外周に凸部３７ｂをそれぞれ有している。

次に、図２に示すロータ３０の断面図を図４に示す。ロータ３０は、図４から分かるように、フレーム３５ａとフレーム３５ｂとの接合面３０１と、磁性体板３３と磁石３２との接合面３０２及び磁性体板３４と磁石３２との接合面３０３とが同一平面上に存在しないように構成されている。これにより、図２に示すロータ３０は、磁石３２及び磁性体板３３，３４がフレーム３５ａ，３５ｂと一体になってロータ３０の径方向でずれることを防止することができる。なお、図４では磁石３２を２つの磁性体板３３，３４で挟んだ界磁部３１の場合を示したが、本発明はこれに限られず界磁部３１を磁石３２と１つの磁性体板３３とで構成する場合でも、フレーム３５ａとフレーム３５ｂとの接合面３０１と、磁性体板３３と磁石３２との接合面３０２とが同一平面上に存在しないように構成すれば良い。

さらに、ロータ３０は、図４から分かるように、フレーム３５ａのツバ部３１０ａと磁性体板３３に設けた段差部３１１ａとが嵌合することで、フレーム３５ａの面と磁性体板３３との面とが同一面上にあるように構成している。同様に、フレーム３５ｂのツバ部３１０ｂと磁性体板３４に設けた段差部３１１ｂとが嵌合することで、フレーム３５ｂの面と磁性体板３４との面とが同一面上にあるように構成している。なお、図４で図示したロータ３０は、回転軸中心９２の右側半分のみ図示しているので、本来は同じ構成が左側半分にも存在する。

また、図２に示すロータ３０では、フレーム３５ａ及びフレーム３５ｂのそれぞれに３本のスポーク３６ａ，３６ｂを有する構成であったが、本発明はこれに限られず、図５に示すようにフレーム３５ａ及びフレーム３５ｂのそれぞれに２本のスポーク３６ａ，３６ｂを有する構成でも良い。つまり、図５に示すロータ３０は、図示していないがスポーク３６ａ，３６ｂ間に１つの極対をなす２つの界磁部３１を有する４極対機である。

（実施の形態３）
実施の形態１，２では、界磁部３１のみで構成されているロータ３０について説明したが、本実施の形態に係るロータ３０は、界磁部３１以外に軸方向には磁石と積層されない磁性体板を有する構成を有する。当該磁性体板は、界磁部３１と交互に周方向に配置される。具体的に、本実施の形態に係るロータ３０を図６及び図７に示す。図６は、本実施の形態に係るロータ３０の分解斜視図で、図７は、本実施の形態に係るロータ３０の完成斜視図である。本実施の形態に係るロータ３０は、界磁部３１と、軸方向には磁石と積層されない磁性体板３００と、フレーム３５と、短絡鋼板３８とを備え、回転軸(図示せず)を中心として回転可能である。なお、図６では、界磁部３１を構成する磁性体板３３及び磁石３２と、磁性体板３００と、フレーム３５と、短絡鋼板３８とが回転軸に沿ってずれて示されている。

また、フレーム３５は、非磁性体から成り、界磁部３１及び磁石と積層されない磁性体板３００を保持する。フレーム３５は、図６に示すように内周部と外周部とを接続するスポーク３６を有しており、図６の例では３本のスポーク３６を有している。そして、本実施の形態に係るロータ３０では、図６に示すようにスポーク３６間に１つの極対を形成する２つの磁石３２を配置することで、ロータ３の回転位置変化に対してスポーク３６間を通る磁束量の変化をなくし、渦電流損をさらに低減させる。

図６に示すように界磁部３１は、回転軸（図示せず）の周りで周方向に沿って環状に配置され、磁性体板３００は、界磁部３１の間でスポーク３６が存在しない位置に配置されている。このため、ロータ３０の強度を低下させることなく、磁性体板３００を設けることができる。そして、界磁部３１及び磁性体板３００のそれぞれは、周方向に沿って互いに離間している。このとき、磁石３２についてみれば、磁石３２も回転軸の周りで周方向に沿って環状に配置される。そして、周方向において互いに隣接する磁石３２（磁性体板３００の有無に関係なく）は、互いに異なる極性を呈する。つまり、隣接する一方の磁石３２が軸方向の一方の側に第１磁極面を向けている場合、隣接する他方の磁石３２は同じ軸方向の一方の側には第２磁極面を向けている。軸方向の他方側においても同様である。

さらに、フレーム３５には、各界磁部３１の周方向における位置合わせが可能なように内周部及び外周部に凸部３７が設けられている。図６に示すロータ３０では、内周部及び外周部の４つの凸部３７で磁性体板３００を挟んでいる。また、フレーム３５には、図６に示すように内周部及び外周部にツバ部を設けている。このツバ部が各界磁部３１及び各磁性体板３００の図中上側の端部を押さえると共に、短絡鋼板３８が各界磁部３１及び各磁性体板３００の図中下側全面を押さえることで、各界磁部３１及び各磁性体板３００をフレーム３５の所定の位置で保持している。各界磁部３１は、図６に示すように同形の磁石３２と磁性体板３３とで構成されているので、本実施の形態に係るロータ３０では、磁石３２がフレーム３５の内周部及び外周部に直接保持される構成である。磁性体板３００は、圧粉磁心または軸方向に直交する方向に積層された電磁鋼板からなるとよい。磁性体板３００は、いわゆるｑ軸インダクタンスを高めることにより、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスの差に起因して発生するリラクタンストルクを発生させる。通常、全ての磁極の間に磁性体板３００を設けるのが望ましいが、磁束が第２のステータに貫通するため、本実施形態のように２極毎に設けられていても良い。

なお、図６，７で示したロータ３０では、スポーク３６を設けた場所での隣接する界磁部３１の距離を、スポーク３６を設けない場所（磁性体板３００を設けた場所）での隣接する界磁部３１の距離とほぼ同じになっている。しかし、スポーク３６を設けた場所での隣接する界磁部３１の距離を、スポーク３６を設けない場所での隣接する界磁部３１の距離より大きくし、スポーク３６を設けた場所とスポーク３６を設けない場所とで隣接する界磁部３１の距離を異ならせることで、界磁部３１の周方向でのピッチを不等にしてコギングを低減することができる。なお、スポーク３６を太くすることで、ロータ３０の強度も向上させることができる。

また、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータは、上述したロータ３０の構成以外は図１０に示す構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。

（実施の形態４）
実施の形態１乃至３で述べてきたロータ３０では、２本のスポーク３６間に２つの界磁部３１を配置して１極対の磁石３２を設ける構成が開示されていた。しかし、本発明に係るアキシャルギャップ型モータ３に用いられるロータ３０は、これに限られず、２本のスポーク３６間に２極対以上の磁石３２を設ける構成であっても良い。具体的に、本実施の形態に係るロータ３０に斜視図を図８に示す。図８に示すロータ３０では、フレーム３５に３本のスポーク３６が設けられ、隣り合う２本のスポーク３６間に４つの界磁部３１を配置している。そして、周方向において互いに隣接する磁石３２は、互いに異なる極性を呈する。つまり、隣接する一方の磁石３２が軸方向の一方の側に第１磁極面を向けている場合、隣接する他方の磁石３２は同じ軸方向の一方の側には第２磁極面を向けている。そのため、図８に示すロータ３０は、隣り合う２本のスポーク３６間に２つの極対を有することになる。なお、図８に示すロータ３０は、隣接する界磁部３１の間のうちスポーク３６が存在しない部分には位置決め用の凸部３７を設けている。

次に、ロータ３０の極数と、ステータ１０，２０のティース１２，２２の数との関係について説明する。図９は、ロータ３０のフレーム３５及びスポーク３６と、ステータ１０のティース１２との位置関係を示した概念図である。図９に示すロータ３０では、図示していないが隣り合う２本のスポーク３６間に２つの界磁部３１が配置され、１極対を形成している。一方、図９に示すステータ１０は、隣り合う２本のスポーク３６間に対向する位置に３つのティース１２が設けられている。つまり、図９に示すロータ３０では、１極対の界磁部３１に対して、３相分のステータ１０が対向する関係を有しており、磁石３２の極数とティース数との割合が２対３となっている。なお、当該割合は、ティース１２にコイル１３を集中巻きした場合の割合であり、ティース１２にコイル１３を分布巻きした場合は磁石３２の極数とティース数との割合が２対６ｎとなる（ｎは自然数で、分巻きするティースの数に対応した自然数となる）。なお、図８に示したように、４つの磁石３２（極数＝４）で２つの極対を有するロータ３０の場合は、２本のスポーク３６間に対向するティース１２の数は６となる。

以上のように、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータ３では、少なくともロータ３０の隣り合う２本のスポーク３６間に、３ｎ相分のステータ１０が対向する関係を有していれば良い。通常、三相の電流の和は０となるため、三相分の巻線が施されたティースの磁束の和もゼロとなるからである。なお、上述の説明では、ステータ１０のティース１２についてのみ説明したが、ステータ２０のティース２２についても同様の関係を有している。また、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータ３では、２本のスポーク３６間の磁石３２の周方向のピッチやティース１２，２２の周方向のピッチは等ピッチであったが、本発明はこれに限られない。また、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータは、上述したロータ３０の構成以外は図１１に示す構成と同じであるため、詳細な説明は省略する。

本発明の実施の形態１に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられる別のロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの断面図である。 本発明の実施の形態２に係るアキシャルギャップ型モータに用いられる別のロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの分解斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るアキシャルギャップ型モータに用いられるロータの極数とステータのティース数との関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１又は３に係るアキシャルギャップ型モータの断面図である。 本発明の実施の形態２又は４に係るアキシャルギャップ型モータの断面図である。

符号の説明

３ アキシャルギャップ型モータ
４ 回転軸
１０ 第１ステータ
１１，２１ バックヨーク
１２，２２ ティース
１３，２３ コイル
２０ 第２ステータ
３０ ロータ
３１ 界磁部
３２ 磁石
３３，３４ 磁性体板
３５ フレーム
３６ スポーク
３７ 凸部
３８ 短絡鋼板
３９ ネジ
９１ 回転軸中心
９２ 回転軸方向
３００ 磁性体板
３１０ ツバ部
３１１ 磁性体板の段差部

Claims (7)

1. 回転軸を中心として回転自在に配設された回転子（３０）と、前記回転軸の方向にギャップを隔てて、前記回転子（３０）に対向配設された固定子（１０，２０）とを備えるアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記回転子（３０）は、
   前記回転軸の方向における一方側に磁極を呈し、前記回転子の周方向に配置されて複数の極対を構成する複数の界磁部（３１）と、
   非鉄金属で形成され、前記界磁部（３１）の内周側及び外周側にそれぞれ設けられる内周部及び外周部を有し、前記界磁部（３１）を直接保持する第１フレーム（３５，３５ａ）と、
   前記一方側で前記磁極が第１極性を呈する前記界磁部（３１）と、当該界磁部（３１）に対して前記周方向の一方向側から隣接してかつ前記第１極性とは異なる第２極性を前記一方側で前記磁極が呈する前記界磁部（３１）との間においてのみ設けられ、前記第１フレーム（３５，３５ａ）の前記内周部と前記外周部とを繋ぐスポーク（３６）とを備えるアキシャルギャップ型回転電機。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   非鉄金属で形成され、前記界磁部（３１）の内周側及び外周側にそれぞれ設けられる内周部及び外周部を有し、前記第１フレーム（３５ａ）と反対側に配置され前記界磁部（３１）を直接保持する第２フレーム（３５ｂ）と、
   前記一方側で前記磁極が第１極性を呈する前記界磁部（３１）と、当該界磁部（３１）に対して前記周方向の一方向側から隣接してかつ前記第１極性とは異なる第２極性を前記一方側で前記磁極が呈する前記界磁部（３１）との間においてのみ設けられ、前記第２フレーム（３５ｂ）の前記内周部と前記外周部とを繋ぐスポーク（３６ｂ）とをさらに備えるアキシャルギャップ型回転電機。
3. 請求項２に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記第１フレーム（３５ａ）及び前記第２フレーム（３５ｂ）は、相互に対向する面が相互に絶縁されていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
4. 請求項２又は請求項３に記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記界磁部（３１）の前記回転軸の方向の少なくとも１つの面上に配置されるコア（３３，３４）をさらに備え、
   前記コア（３３，３４）と前記界磁部（３１）との境界面（３０２，３０３）と、前記第１フレーム（３５ａ）と前記第２フレーム（３５ｂ）との合わせ面（３０１）とが同一平面上に存在しないこと特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記第１フレーム（３５ａ）に設けた前記スポーク（３６ａ）の前記周方向における位置と、前記第２フレーム（３５ｂ）に設けた前記スポーク（３６ｂ）の前記周方向における位置とが異なることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記周方向において前記スポーク（３６）が存在せず、前記回転軸の方向において前記第１フレーム（３５ａ）又は第２フレーム（３５ｂ）が存在する位置に、前記界磁部（３１）の前記周方向の位置を制限する位置決め部（３７）
   をさらに備えることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載のアキシャルギャップ型回転電機であって、
   ２本の前記スポーク（３６）の間に位置する前記界磁部（３１）に対向する前記固定子（１０，２０）は、３ｎ相分（ｎ：自然数）の磁極を有することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。

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