JP2015154589A - アキシャルギャップ形モータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の軸方向の移動を抑制できるアキシャルギャップ形モータを提供する。
【解決手段】回転子３は、磁石磁極部３１および軟磁性体３２よりも外周側に設けられる軟磁性の外環３３を有する。外環３３の外周面には、回転軸Ｐに沿う軸方向に沿って並んで設けられ、径方向外側に突出する複数の第１突部３３４が形成される。短絡用環３６は、第１バックヨーク１２および第２バックヨーク２２の各々と、その外縁側において磁気的に短絡される。短絡用環３６には、径方向内側に突出して、外環３３と空隙を介して対向する複数の第２突部３６１が、複数の第１突部３３４と略等しいピッチで前記軸方向に沿って並んで設けられる。
【選択図】図１

Description

この発明はアキシャルギャップ形モータに関し、特にその界磁磁束を供給する技術に関する。

モータにおける界磁磁束の供給源として、永久磁石と界磁巻線とを併用する技術が公知である。界磁巻線に流れる電流によって強さが可変となる界磁磁束（以下、「副界磁磁束」と仮称する）は、永久磁石が供給して（減磁効果を考慮しなければ）強さが固定した界磁磁束（以下、「主界磁磁束」と仮称する）に対する、いわゆる弱め界磁、あるいは強め界磁として作用する。

主界磁磁束と共に副界磁磁束を採用することにより、副界磁磁束を採用しない場合と比較して、広い運転範囲(例えばトルクや回転速度の範囲)で、効率よく運転させることができる。

特開２００６−１４１１０６号公報 特開２００８−０４３０９９号公報 特開２００８−１８７８２６号公報 特開２０１２−１５７１８２号公報 特開２０１２−１８２９４４号公報 特開２０１２−１８２９４５号公報

小坂、松井、「省希土類系磁石ハイブリッド界磁モータのＨＥＶ応用への可能性」、平成２２年電気学会産業応用部門大会、２−Ｓ８−４、Ｐ．II-81−II-86、平成２２年

他方、モータの用途によっては、例えばインホイールモータとして、その回転軸方向に扁平なモータが望まれる場合がある。かかる観点では、固定子たる電機子と、回転子たる界磁子とが回転軸方向において対向する、アキシャルギャップ形モータが適している。

このようなアキシャルギャップ形モータにおいては、固定子と回転子との間を軸方向に磁束が流れるので、回転子に軸方向のスラスト力が生じる。当該スラスト力によって、回転子が軸方向に移動、或いは、振動する。

そこでこの発明は、回転子の軸方向における移動（或いは振動）を抑制できるアキシャルギャップ形モータを提供することを目的とする。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第１の態様は、所定の回転軸（Ｐ）の周りで回転し、永久磁石を含む磁石磁極部（３１）と、軟磁性体（３２）と、前記磁石磁極部および前記軟磁性体よりも外周側に設けられる軟磁性の外側部材（３３）とを有し、前記磁石磁極部と前記軟磁性体とが前記回転軸に対する周方向において交互に配列され、前記磁石磁極部（３１）の全てが、前記回転軸の両側において同じ第１極性の極性面を、前記回転軸についての径方向の外側に向かって前記第１極性とは異なる第２極性の磁極面を、それぞれ呈し、前記外側部材の外周面には、前記回転軸に沿う軸方向に沿って並んで設けられ、前記径方向の外側に突出する複数の第１突部（３３４）が形成される回転子（３）と、前記回転軸の一方側から前記回転子に対向し、第１電機子巻線（１３）と、前記第１電機子巻線が巻回される複数の第１ティース（１１）と、前記回転子とは反対側で前記複数の第１ティースを磁気的に短絡させる第１バックヨーク（１２）とを有する第１固定子（１）と、前記回転軸の他方側から前記回転子に対向し、第２電機子巻線（２３）と、前記第２電機子巻線が巻回される複数の第２ティース（２１）と、前記回転子とは反対側で前記複数の第２ティースを磁気的に短絡させる第２バックヨーク（２２）とを有する第２固定子（２）と、前記第１バックヨークと前記回転子との間において前記回転軸の周りに配置され、前記回転軸に沿う第１方向に磁界を発生させる第１界磁巻線（４１）と、前記第２バックヨークと前記回転子との間において前記回転軸の周りに配置され、前記第１方向とは反対方向に磁界を発生させる第２界磁巻線（４２）と、前記第１バックヨークおよび前記第２バックヨークの各々と、その外縁側において磁気的に短絡されるとともに、前記径方向の内側に突出して、前記外側部材と空隙を介して対向する複数の第２突部（３６１）が、前記複数の第１突部と略等しいピッチで前記軸方向に沿って並んで設けられる、短絡用環（３６）とを備える。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第２の態様は、第１の態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記外側部材（３３）および前記短絡用環（３６）の少なくともいずれか一方は、前記軸方向に積層した電磁鋼板によって形成される。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第３の態様は、第２の態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記第１突部（３３４）および前記第２突部（３６１）のうち、前記外側部材（３３）および前記短絡用環（３６）の前記少なくともいずれか一方に属する突部の、前記軸方向における厚みは、前記電磁鋼板の厚みの整数倍である。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記外側部材（３３）のうち、前記磁石磁極部（３１）と前記軟磁性体（３２）との間に相当する部分には、非磁性体（３３５）が形成される。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第５の態様は、第１から第４のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記第１固定子（１）は、前記短絡用環（３６）と前記第１バックヨーク（１２）とを磁気的に短絡する第１環（１４）を更に有し、前記第２固定子（２）は、前記短絡用環（３６）と前記第２バックヨーク（２２）とを磁気的に短絡する第２環（２４）を更に有し、前記第１環または前記第２環は電磁鋼板を前記回転軸の周りで巻回した鉄心である。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第６の態様は、第１から第５の何れか一つの態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記磁石磁極部（３２）の各々は、第２軟磁性体（３１７）と、前記第２軟磁性体よりも外周側に位置し、前記径方向に着磁された第１永久磁石（３１６）とを有する。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第７の態様は、第６の態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記磁石磁極部（３１）の各々は、前記第２軟磁性体（３１７）に対して前記周方向の一方側から隣り合う第２の永久磁石（３１４）と、前記第２軟磁性体に対して前記周方向の他方側から隣り合う第３の永久磁石（３１４）とを更に有し、前記第２および前記第３の永久磁石は、前記第１永久磁石が前記第２軟磁性体に向ける磁極面と同じ極性の磁極面を前記第２軟磁性体に向けて配置される。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第８の態様は、第１から第５の何れか一つの態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記磁石磁極部の各々は、第２軟磁性体（３１３）と、前記第２軟磁性体よりも前記第１固定子（１）側に位置した第１永久磁石（３１１）と、前記第２軟磁性体よりも前記第２固定子（２）側に位置した第２永久磁石（３１２）とを有し、前記第２永久磁石は、前記第１永久磁石が前記第２軟磁性体に向ける磁極面と同じ極性の磁極面を、前記第２軟磁性体に向けて配置される。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第９の態様は、第１から第８のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記第１突部（３３４）同士の間および前記第２突部（３６１）同士の間の少なくともいずれか一方には、樹脂が設けられる。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第１０の態様は、第１から第９のいずれか一つの態様にかかるアキシャルギャップ形モータであって、前記外側部材（３３）と前記短絡用環（３６）との間の前記径方向の距離は、前記回転子（３）と前記第１固定子（１）または前記第２固定子（２）との間のエアギャップよりも小さい。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第１の態様によれば、外側部材と短絡用環との間に磁束が流れるので、回転子が突部に対して軸方向の一方側に移動すると、回転子には、軸方向の他方側に向かう力が働く。しかもこの磁束は複数の第１突部と複数の第２突部との間をそれぞれ流れる。これにより、実施の形態で示すように、軸方向の他方側の力を増大することができ、回転子の軸方向における移動を抑制できる。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第２の態様によれば、主界磁磁束または副界磁磁束に起因して生じる渦電流を低減できる。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第３の態様によれば、製造が容易である。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第４の態様によれば、磁石磁極部から外側部材へと流れる磁束を、軟磁性体よりも短絡用環へと流しやすい。よって、外側部材と短絡用環との間の磁束を増やすことができ、ひいては、当該磁束に起因して回転子に生じる力（軸方向の他方側の力）を増大させることができる。したがって回転子の移動を更に抑制できる。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第５の態様によれば、電磁鋼板を巻回した鉄心は軸方向において小さい磁気抵抗を有するので、第１および第２のバックヨークの各々と、突部との磁気的な短絡に適している。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第６の態様によれば、第１永久磁石からの磁束が回転子と突部との間を流れる。よって回転子に生じる力（軸方向の他方側の力）が増大する。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第７の態様によれば、第２および第３の永久磁石は軟磁性体の着磁に寄与する。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第８の態様によれば、比較的簡単な構成で磁石磁極部を構成できる。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第９の態様によれば、回転子あるいは短絡用環の強度を向上することができる。

本発明にかかるアキシャルギャップ形モータの第１０の態様によれば、回転子と突部との間の磁気抵抗を低減できるので、回転子と突部との間の磁束を増やすことができ、ひいては、当該磁束に起因して回転子に生じる力（他方側の力）を増大させることができる。よって回転子の移動を更に抑制できる。

第１の実施の形態にかかるアキシャルギャップ形モータの構成を示す斜視図である。 界磁子の構成の一部を示す斜視図である。 保持体の構成の一部を示す斜視図である。 第１の実施の形態にかかるアキシャルギャップ形モータの構成を例示する断面図である。 界磁子の断面を展開した図である。 界磁子と短絡用環とを概念的に示す断面図である。 界磁子と短絡用環とを概念的に示す断面図である。 界磁子と短絡用環とを概念的に示す断面図である。 界磁子と短絡用環とを概念的に示す断面図である。 界磁子と短絡用環とを概念的に示す断面図である。 界磁子と短絡用環とを概念的に示す断面図である。 界磁子と短絡用環とを概念的に示す断面図である。 界磁子に作用する力を示すグラフである。 第２の実施の形態にかかる界磁子の構成の一部を示す斜視図である。 第２の実施の形態にかかるアキシャルギャップ形モータの構成を例示する断面図である。 界磁子の断面を展開した図である。 第３の実施の形態にかかるアキシャルギャップ形モータの界磁子の構成を示す斜視図である。

第１の実施の形態．
図１は第１の実施の形態にかかるアキシャルギャップ形モータの構成を概念的に示す斜視図である。構造の理解を容易にするため、モータを回転軸Ｐに沿って分解して示している。但し、モータの分野の通常の技術知識を有する者であれば、当該アキシャルギャップ形モータの構造を図１から認識することができる。

当該アキシャルギャップ形モータは、固定子たる電機子１，２と、回転子たる界磁子３と、界磁巻線４１，４２と、短絡用環３６とを備える。電機子１，２が供給する回転磁界と、主界磁磁束と、副界磁磁束とによって界磁子３は回転軸Ｐの周りで回転する。

電機子１は回転軸Ｐの一方側（図１では上側）から界磁子３に、電機子２は回転軸Ｐの他方側（図１では下側）から界磁子３に、それぞれいわゆるエアギャップと称される空隙を空けて対向する。

界磁子３は保持体３０と、永久磁石を有する磁石磁極部３１と、軟磁性体３２とを有する。磁石磁極部３１は、減磁を考慮しなければ大きさが一定となる、主界磁磁束を供給する。

磁石磁極部３１と軟磁性体３２とは、回転軸Ｐに対する周方向において交互に配列される。本実施の形態では磁石磁極部３１と軟磁性体３２とはそれぞれ１０個設けられる場合を例示する。

保持体３０は例えば軟磁性であり、外環３３（外側部材に相当）、内環３４、隔壁３５を有している。隔壁３５は磁石磁極部３１と軟磁性体３２との間に位置してこれらを周方向で保持する。外環３３は回転軸Ｐの径方向の外側から、内環３４は回転軸Ｐの径方向の内側から、それぞれ磁石磁極部３１と軟磁性体３２を保持する。

図２は界磁子３のより詳細な構成の一部を示す斜視図である。ここでは当該構成を視認し易くするため、周方向において１８０°で拡がる部分を除去して示した。図２では、磁石磁極部３１の断面が現れている。図３は、図２の界磁子３において、磁石磁極部３１と軟磁性体３２とを省略した図である。図３は保持体３０の一部を示す斜視図としても把握することができる。

図４は当該アキシャルギャップ形モータの構成を例示する断面図である。当該断面は回転軸Ｐを含み、回転軸Ｐに平行な面であり、かつ磁石磁極部３１が現れる位置にある。

回転軸Ｐの一方側において磁石磁極部３１の全てが同じ第１の極性（図２ではＮ極）の磁極面を呈する。また回転軸Ｐの他方側においても、磁石磁極部３１の全てが同じ第１の極性の磁極面を呈する。また磁石磁極部３１は、径方向外側に向かって、第１の極性とは異なる第２の極性（例えばＳ極）の磁極面を呈する。例えば磁石磁極部３１の各々は、永久磁石３１１，３１２と軟磁性体３１３とを備えている。永久磁石３１１，３１２および軟磁性体３１３は、いずれも平板の形状を有しており、軸方向において互いに重ね合わさって配置される。軟磁性体３１３は軸方向において永久磁石３１１，３１２の間に位置する。永久磁石３１１，３１２はいずれも軸方向に着磁されており、軟磁性体３１３へと、互いに同じ第２の極性（例えばＳ極）の磁極面を向けて、配置される。

図３の例示では、隔壁３５の各々は、上隔壁３５１と下隔壁３５２と中隔壁３５３とを有している。上隔壁３５１および下隔壁３５２は軸方向において互いに離間しており、内環３４と一体に形成されて、径方向に延在する。中隔壁３５３は、上隔壁３５１と下隔壁３５２との間に設けられて、径方向に延在する。

図３の例示では、外環３３は、上外環３３１と下外環３３２と主外環３３３とを有している。上外環３３１は、内環３４とは反対側において、上隔壁３５１の各々と一体で形成される。上外環３３１は上隔壁３５１を周方向で連結する。下外環３３２は、内環３４とは反対側において、下隔壁３５２の各々と一体で形成される。下外環３３２は、下隔壁３５２を周方向で連結する。主外環３３３は、上外環３３１と下外環３３２との間から、外周側へと張り出しており、軟磁性体３１３と径方向で隣接する（図２も参照）。

内環３４、上隔壁３５１、下隔壁３５２、上外環３３１および下外環３３２は、任意の材質で形成されてもよいものの、比較的強度の高い材質（例えばステンレス鋼など）で形成されるとよい。これにより、界磁子３の強度を向上できる。この場合、内環３４は、軸方向で２つに分離されてもよい。これにより、内環３４の上部と上隔壁３５１と上外環３３１との第１部材と、内環３４の下部材と下隔壁３５２と下外環３３２との第２部材とで、主外環３３３の一部を軸方向で挟み込んで、保持体３０を組み立てることができる。

中隔壁３５３は周方向で軟磁性体３１３と隣接しており、中隔壁３５３には、後に詳述するように、主界磁磁束φｍの一部が流れる（図５）。よって中隔壁３５３は、軟磁性材によって形成されることが望ましい。これにより、中隔壁３５３が非磁性材で形成される場合に比して、主界磁磁束φｍを増大させることができる。また中隔壁３５３は例えば軸方向または径方向に積層した電磁鋼板によって形成されてもよい。これにより、主界磁磁束φｍに起因する渦電流の発生を低減できる。

主外環３３３は軟磁性材によって形成される。例えば主外環３３３は軸方向に積層された電磁鋼板によって形成される。主外環３３３には、後に詳述するように、主界磁磁束φｍの他の一部および副界磁磁束φａが流れる（図４）ところ、主外環３３３が電磁鋼板で形成されることにより、主界磁磁束φｍおよび副界磁磁束φａの少なくともいずれか一方に起因する渦電流の発生を低減できる。

また主外環３３３の外周面には複数の突部３３４が形成される。複数の突部３３４は軸方向に沿って間隔を空けて設けられ、径方向外周側に突出する。図２から図４の例示では、突部３３４は３個設けられており、またそれぞれが全周に渡って連続する。

主外環３３３が軸方向に沿った電磁鋼板で形成される場合には、突部３３４の各々の軸方向における幅、および、突部３３４同士の間の軸方向における間隔は、電磁鋼板１枚あたりの厚みの整数倍であることが望ましい。これにより、突部３３４形成のために電磁鋼板を厚み方向で削る必要がなく、単に径の大きい電磁鋼板と、径の小さい電磁鋼板とを積み重ねることで、突部３３４および突部３３４同士の間の部分（凹部）を形成できる。よって製造が容易である。

内環３４には回転シャフトが挿入され、かつ固定される。図１から図４では回転シャフトは省略される。当該回転シャフトは界磁子３の回転と共に回転する。

電機子１は、ティース１１と、バックヨーク１２と、電機子巻線１３とを備える。ティース１１は環状に複数設けられる。ティース１１には電機子巻線１３が巻回される。バックヨーク１２は界磁子３とは反対側でティース１１を磁気的に短絡させる。

例えばティース１１はバックヨーク１２に対して貫通する底部を有しており、図１ではその底部が現れている。

バックヨーク１２は回転軸Ｐにおいて内環３４と対向する位置に孔１０が空いている。回転シャフト（不図示）が孔１０において回転可能に挿入される。電機子巻線１３には交流電流が流れ、界磁子３に対して回転磁界を供給する。

電機子２は、ティース２１と、バックヨーク２２と、電機子巻線２３とを備える。ティース２１は環状に複数設けられる。ティース２１には電機子巻線２３が巻回される。バックヨーク２２は界磁子３とは反対側でティース２１を磁気的に短絡させる。バックヨーク２２は回転軸Ｐにおいて内環３４と対向する位置に孔２０が空いている。回転シャフト（不図示）が孔２０において回転可能に挿入される。電機子巻線２３には交流電流が流れ、界磁子３に対して回転磁界を供給する。

本実施の形態ではティース１１，２１のいずれもが２４個設けられる場合を例示する。

電機子１はその外縁に短絡用環１４を、電機子２はその外縁に短絡用環２４を、それぞれ更に備える。短絡用環３６は、界磁子３と径方向において間隙を介して対向する。換言すれば、短絡用環３６は界磁子３よりも外周側に配置される。短絡用環１４，２４，３６は図１では回転軸Ｐに沿って離れて示されるが、実際のアキシャルギャップ形モータでは互いに接触して短絡する。

ただし、短絡用環１４，２４の各々は、短絡用環３６とバックヨーク１２，２２の各々とを磁気的に短絡させるためのものである。よって、必ずしも短絡用環１４，２４の各々と短絡用環３６との接触を前提としない。

短絡用環３６の径方向内側の端面は、短絡用環１４，２４の各々の径方向内側の端面よりも回転軸Ｐに近い。換言すれば、短絡用環３６は短絡用環１４，２４よりも界磁子３へと突出する突出部と把握することができる。

短絡用環３６の径方向内側の端面には、内周側に突出する複数の突部３６１が形成されている。複数の突部３６１は、軸方向に沿って並んで形成される。短絡用環３６は径方向において空隙を介して主外環３３３と対向する。主外環３３３の突部３３４同士のピッチと、短絡用環３６の突部３６１同士のピッチは同程度である。図２から図４の例示では、突部３６１は、突部３３４と同じく３個設けられている。図２から図４の例示では、突部３３４の各々は突部３６１の各々と対向しており、また互いに対向する突部３３４と突部３３６との軸方向における幅は同程度である。

また当該アキシャルギャップ形モータのケースがバックヨーク１２，２２をその径方向外側から保持する場合、当該ケースによって、バックヨーク１２，２２の各々と短絡用環３６とを磁気的に短絡してもよい。この場合、短絡用環１４，２４は省略可能である。また短絡用環３６を当該ケースの一部として構成してもよい。

本実施の形態において、界磁巻線４１はバックヨーク１２と界磁子３との間において回転軸Ｐの周りに配置される。より詳細には、周方向に配置された一群の電機子巻線１３よりも径方向外側に設けられ、短絡用環１４よりも回転軸Ｐ寄りに配置される。界磁巻線４２はバックヨーク２２と界磁子３との間において回転軸Ｐの周りに配置される。より詳細には、周方向に配置された一群の電機子巻線２３よりも径方向外側に設けられ、短絡用環２４よりも回転軸Ｐ寄りに配置される。換言すれば、短絡用環１４，２４は界磁巻線４１，４２の径方向外側に位置する。

界磁巻線４１，４２に電流が流れることにより、回転軸Ｐに沿って磁界を発生させる。当該磁界によって副界磁磁束が得られるので、以下では簡単に、界磁巻線４１，４２によって副界磁磁束が発生する、との表現を採用する。

但し、界磁巻線４１，４２によって発生する副界磁磁束は、回転軸Ｐに沿った方向において互いに反対である。

なお、電機子巻線１３，２３及び界磁巻線４１，４２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。

図５は界磁子３の、隔壁３５が存在する径方向の位置での周方向の断面を展開した図であり、電機子巻線１３，２３が省略される。

図４および図５では主界磁磁束φｍの流れと、副界磁磁束φａの流れとを、模式的に示している。

主界磁磁束φｍの一部は、ティース１１，２１、バックヨーク１２，２２を介して、磁石磁極部３１と軟磁性体３２との間を流れる。これにより軟磁性体３２は主界磁磁束φｍによって着磁される。

他方、副界磁磁束φａの大部分は、ティース１１，２１、バックヨーク１２，２２及び短絡用環１４，２４，３６を介して、軟磁性体３２を流れる。これにより、軟磁性体３２は副界磁磁束φａの大部分によっても着磁される。

即ち、軟磁性体３２は、主界磁磁束φｍの一部と副界磁磁束φａの大部分とによって着磁され、誘発された磁極（以下「軟磁性極」と仮称）として機能する。よって副界磁磁束φａの大きさや向きを変えることにより、軟磁性極の強さは増減する。副界磁磁束φａは界磁巻線４１，４２に流れる電流によって制御されるので、当該電流によって界磁子３に対して弱め界磁、あるいは強め界磁を施すことができる。

図５で示された態様では、ティース１１と軟磁性体３２とに流れる主界磁磁束φｍの向きと、ティース１１と軟磁性体３２とに流れる副界磁磁束φａの向きとは互いに反対であり、ティース２１と軟磁性体３２とに流れる主界磁磁束φｍの向きと、ティース２１と軟磁性体３２とに流れる副界磁磁束φａの向きとは、互いに反対である。よって、図５の副界磁磁束φａは、弱め界磁が施されている場合に対応する。

上述のように、副界磁磁束φａは界磁子３と短絡用環３６との間を流れる。また主界磁磁束φｍの一部は上述の経路を流れるものの、他の一部は副界磁磁束φａと同じ経路を流れる。よって、界磁子３と短絡用環３６との間には、主界磁磁束φｍと副界磁磁束φａとの両方が流れる。

図６および図７は、径方向に沿った断面図であって、両図は、界磁子３と短絡用環３６との軸方向の位置関係が異なった状態における、界磁子３と短絡用環３６とを示している。また磁束の流れを模式的に破線で示している。以下では、３個の突部３３４を、軸方向の一方から突部３３４Ａ〜３３４Ｃと呼び、３個の突部３６１を、軸方向の一方から突部３６１Ａ〜３６１Ｃと呼ぶ。またここでは、図６に示すように、突部３３４Ａ〜３３４Ｃがそれぞれ突部３６１Ａ〜３６１Ｃと軸方向において同じ高さに位置する状態を、基準状態と仮定する。

基準状態において磁束は、突部３３４Ａ，３６１Ａの間、突部３３４Ｂ，３６１Ｂの間および突部３３４Ｂ，３６１Ｂの間を、それぞれ略径方向に沿って流れる。

図７の例示では、界磁子３が短絡用環３６よりも軸方向の一方側（紙面上側）に位置している。つまり、突部３３４Ａ〜３３４Ｃは、それぞれ突部３６１Ａ〜３６１Ｃよりも軸方向の一方側に位置する。ただし、突部３３４Ｂは突部３６１Ａよりも突部３６１Ｂに近く、突部３３４Ｃは突部３６１Ｂよりも突部３６１Ｃに近い。

この場合にも、磁束は、突部３３４Ａ，３６１Ａの間、突部３３４Ｂ，３６１Ｂの間および突部３３４Ｂ，３６１Ｂの間を流れる。ただし、磁束はこれらの間を斜めに流れることになる。

一般的に、磁束が流れる２つの磁性体には、当該磁束の経路を最小化するように、即ち互いが近づくように力が作用する。よって、図７の場合にも、界磁子３が短絡用環３６に近づくように、力が作用する。よって界磁子３には、基準状態に戻ろうとする力、即ち軸方向の他方側に力（以下、抑制力と呼ぶ）が作用する（図７においてブロック矢印参照）。これにより、界磁子３の軸方向における移動（或いは振動、以下同様）を抑制することができる。

図８の例示でも、界磁子３が短絡用環３６よりも軸方向の一方側に位置する。ただし、突部３３４Ｂは突部３６１Ｂよりも突部３６１Ａに近く、突部３３４Ｃは突部３６１Ｃよりも突部３６１Ｂに近い。磁束は最短距離を流れるので、図７とは違って、磁束は、突部３３４Ｂ，３６１Ａの間、および突部３３４Ｃ，３６１Ｂの間を流れる。よってこの場合には、当該磁束に起因して、軸方向の一方側に向かう力が界磁子３に作用する（図８においてブロック矢印参照）。これは、界磁子３が基準状態から遠ざかる力であるので好ましくない。

よって、界磁子３が基準状態から軸方向に移動できる最大距離は、突部３３４，３６１のピッチの２分の１未満である必要がある。言い換えれば、突部３３４，３６１のピッチは上記最大距離の２倍を超えて設定される。この最大距離は、アキシャルギャップ形モータの仕様によって決定されるものであり、予めシミュレーションまたは実験により求めることができる。或いは、シャフトを支持する軸受によって、当該最大距離が規定されると考えてもよい。例えば軸受の外輪に対する内輪の軸方向における移動可能距離の半値を、当該最大距離と把握してもよい。

これにより図８の状態を回避することができ、図７に示すように界磁子３が基準状態に復帰しようとする力が作用する。

図９から図１２は、それぞれ３〜５個の突部３３４，３６１が設けられたモータと、突部３３４，３６１が設けられないモータとについての、界磁子３および短絡用環３６を概念的に示す断面図である。

図１３は、図９から図１２の界磁子３に働く抑制力が示されている。図１３では、突部３３４，３６１が設けられていないモータと、それぞれ３〜５個の突部３３４，３６１が設けられたモータとを、Ａ〜Ｄの符号で区別している。Ａは突部３３４，３６１が設けられていないモータを示し、Ｂ〜Ｄは、それぞれ３〜５個の突部３３４，３６１が設けられたモータを示している。モータＡ〜Ｄの界磁子３および短絡用環３６の軸方向における幅は１４．５ｍｍであり、モータＡ〜Ｃの突部３３４，３６１の軸方向の幅は、それぞれ２．０ｍｍ、１．５ｍｍおよび１．２ｍｍである。図１３では、界磁子３に生じる力の正負の極性を次のように定義している。すなわち、界磁子３の軸方向における移動方向と同じ方向の力を正と定義している。

図１３から理解できるように、突部３３４，３３６が設けられることによって、抑制力を大幅（約５倍）に増大することができる。

なお本実施の形態では、界磁巻線４１，４２に電流を流さないときであっても、即ち界磁子３と短絡用環３６との間に副界磁磁束φａが流れないときであっても、界磁子３と短絡用環３６との間には主界磁磁束φｍが流れる。よって、主界磁磁束φｍによって界磁子３の軸方向の移動を抑制できる。したがって、弱め界磁も強め界磁も行なわない場合であっても（即ち、界磁巻線４１，４２に電流を流さない場合であっても）、界磁子３の軸方向における移動は抑制される。

突部３３４と，３６１の間の径方向の距離は、界磁子３と電機子１，２との間の軸方向の距離（いわゆるエアギャップ）よりも短いことが望ましい。これにより、界磁子３と短絡用環３６との間の磁気抵抗を低減することができ、界磁子３の軸方向の移動を効果的に抑制できる。

また上述の例において、複数の突部３３４の相互間を充填する非磁性の樹脂が設けられても良い。このような樹脂は、例えばモールド成形によって設けられる。より詳細には、複数の突部３６１の間に隙間を生じさせる金型に、界磁子３を収納し、当該隙間に樹脂を流し込んで、これを硬化させる。このように樹脂が設けられれば、界磁子３の強度を向上することができる。複数の突部３６１の相互間にも樹脂が設けられても良く、その場合には短絡用環３６の強度を向上することができる。

第２の実施の形態．
第２の実施の形態にかかるアキシャルギャップ形モータは、界磁子３の構成という点で第１の実施の形態と相違する。

図１４は第２の実施の形態にかかる界磁子３の構成の一部の一例を示す斜視図である。ここでは当該構成を視認し易くするため、周方向において１８０°で拡がる部分を除去して示した。図１４の界磁子３は、磁石磁極部３１の構成という点で図２の界磁子３と相違する。

図１４の例示では、磁石磁極部３１は、永久磁石３１４〜３１６と軟磁性体３１７とを備えている。軟磁性体３１７は周方向において永久磁石３１４，３１５の間に位置する。言い換えれば、永久磁石３１４は周方向において軟磁性体３１７の一方側から隣り合い、永久磁石３１５は周方向において軟磁性体３１７の他方側から隣り合う。例えば軸方向から見た軟磁性体３１７の面積は、軸方向から見た軟磁性体３２の面積よりも小さい。

永久磁石３１４，３１５は例えば平板状の形状を有しており、径方向に延在する。永久磁石３１６は軟磁性体３１７よりも外周側に配置される。永久磁石３１６は例えば平板状の形状を有しており、周方向に延在する。

永久磁石３１４，３１５はいずれも軟磁性体３１７に対して互いに同じ第１極性の磁極面（例えばＮ極）を向けて配置される。例えば永久磁石３１４，３１５はいずれも周方向に着磁されてかかる配置が実現される。永久磁石３１６は軟磁性体３１７に対して第１極性の磁極面を向けて配置される。例えば永久磁石３１６は径方向に着磁されてかかる配置が実現される。これにより、軟磁性体３１７は軸方向の両側において互いに同じ第１極性の磁極面を呈することになる。

保持体３０の隔壁３５は、永久磁石３１４〜３１６と軟磁性体３２，３１７との相互間に設けられ、外環３３および内環３４と協働して、これらを保持する。

外環３３の外周面には図２と同様に突部３３４が設けられる。

図１５は当該アキシャルギャップ形モータの構成を例示する断面図である。当該断面は回転軸Ｐを含み、回転軸Ｐに平行な面であり、かつ軟磁性体３１７が現れる位置にある。図１６は界磁子３の、軟磁性体３１７が存在する径方向の位置での周方向の断面を展開した図であり、電機子巻線１３，２３が省略される。

図１５および図１６では、主界磁磁束φｍの流れと、副界磁磁束φａの流れとを、模式的に示している。主界磁磁束φｍの一部は、ティース１１，２１、バックヨーク１２，２２を介して磁石磁極部３１と軟磁性体３２との間を流れる。この主界磁磁束φｍは主として永久磁石３１４，３１５によって生じる。よって永久磁石３１４，３１５は、軟磁性体３２の着磁に寄与する。主界磁磁束φｍの他の一部は、ティース１１，２１、バックヨーク１２，２２、短絡用環１４，２４を介して、界磁子３と短絡用環３６との間を流れる。この主界磁磁束φｍの一部は、主として永久磁石３１６によって生じる。

副界磁磁束φａは、ティース１１，２１、バックヨーク１２，２２、短絡用環１４，２４を介して、界磁子３と短絡用環３６との間を流れる。

以上のように、界磁子３と短絡用環３６との間に磁束が流れるので、界磁子３が短絡用環３６に対して軸方向の一方側に移動した場合に、軸方向の他方側に向かう力が界磁子３に作用する。これにより、図７と同様にして、界磁子３を軸方向の移動を抑制できる。

また、図１５および図１６に示すように、軟磁性体３１７の外周側において、径方向に着磁された永久磁石３１６が設けられているので、界磁子３と短絡用環３６との間を流れる主界磁磁束φｍを増大させることができる。これにより、界磁子３と短絡用環３６とを流れる磁束に起因して界磁子３に生じる力が増大する。よって、図２の界磁子３に比して、界磁子３の軸方向の移動を更に抑制することができる。

第３の実施の形態．
第３の実施の形態にかかるアキシャルギャップ形モータは、界磁子３の構成という点で第１の実施の形態と相違する。

第２の実施の形態では、図１７に例示するように、保持体３０の外環３３に、非磁性部３３５が設けられている。図１７の例示では、非磁性部３３５は、外環３３の外周側表面に形成される凹部によって形成される。ただし、非磁性部３３５はこれに限らず、樹脂等であってもよい。非磁性部３３５は、周方向における磁石磁極部３１と軟磁性体３２との間（境界）に相当する位置に設けられており、軸方向において例えば外環３３の端から端まで延在する。

外環３３付近を流れる主界磁磁束φｍは、次の２つの経路を流れることができる。第１の経路は、外環３３において、磁石磁極部３１と軟磁性体３２との間を周方向に沿って流れる経路である。第２の経路は、外環３３を径方向に沿って流れて、空隙を介して短絡用環３６へと流れる経路（副界磁磁束φａが流れる経路）である。

第２の実施の形態では、外環３３のうち、磁石磁極部３１と軟磁性体３２との間（境界）には、非磁性部３３５が設けられているので、外環３３付近を流れる主界磁磁束φｍは、第２経路を通りやすい。したがって、界磁子３と短絡用環３６との間を流れる磁束を増大することができる。ひいては界磁子３に作用する力を増大させることができ、界磁子３の軸方向における移動を更に抑制することができる。

上記いずれの実施の形態においても、短絡用環１４，２４としては、回転軸Ｐの周りで電磁鋼板を巻回した鉄心を採用することができる。かかる鉄心は軸方向において磁気抵抗が小さいためバックヨーク１２，２２の各々と、短絡用環３６との磁気的な短絡に適している。

上述の例では、主外環３３３および短絡用環３６の両方が全周に渡って設けられているものの、いずれか一方のみが周方向において分離して形成されてもよい。例えば主外環３３３が全周に渡って設けられ、短絡用環３６が周方向で分離してもよい。この場合、短絡用環３６は、周方向において互いに等間隔に分離されることが望ましい。これにより、界磁子３に対して回転対称に力を作用させることができるからである。

同様に、短絡用環３６が全周に渡って設けられ、主外環３３３が周方向で分離しても良い。この場合も、主外環３３３は周方向において互いに等間隔に分離されることが望ましい。これにより、界磁子３に対して回転対称に力を作用させることができるからである。

また、主外環３３３および短絡用環３６の両方が全周に渡って設けられていれば、界磁子３には全周に渡って抑制力が作用する。よって、バランスよく界磁子３の軸方向への移動を抑制できる。

上記の種々の実施の形態は、互いの機能を損なわない限り、適宜に組み合わせることができる。

適用．
上述の実施の形態、変形はアキシャルギャップ形モータにおいて構成される。よってこれらは、例えばインホイールモータなど、自動車用モータに適用することができる。

１，２ 電機子
１１，２１ ティース
１２，２２ バックヨーク
１３，２３ 電機子巻線
１４，２４，３６ 短絡用環
３ 界磁子
３０ 保持体
３１ 磁石磁極部
３２ 軟磁性体
３３ 外環
３１１，３１２，３１４〜３１６ 永久磁石
３１３，３１７ 軟磁性体
４１，４２ 界磁巻線

Claims (10)

1. 所定の回転軸（Ｐ）の周りで回転し、永久磁石を含む磁石磁極部（３１）と、軟磁性体（３２）と、前記磁石磁極部および前記軟磁性体よりも外周側に設けられる軟磁性の外側部材（３３）とを有し、前記磁石磁極部と前記軟磁性体とが前記回転軸に対する周方向において交互に配列され、前記磁石磁極部（３１）の全てが、前記回転軸の両側において同じ第１極性の極性面を、前記回転軸についての径方向の外側に向かって前記第１極性とは異なる第２極性の磁極面を、それぞれ呈し、前記外側部材の外周面には、前記回転軸に沿う軸方向に沿って並んで設けられ、前記径方向の外側に突出する複数の第１突部（３３４）が形成される回転子（３）と、
   前記回転軸の一方側から前記回転子に対向し、第１電機子巻線（１３）と、前記第１電機子巻線が巻回される複数の第１ティース（１１）と、前記回転子とは反対側で前記複数の第１ティースを磁気的に短絡させる第１バックヨーク（１２）とを有する第１固定子（１）と、
   前記回転軸の他方側から前記回転子に対向し、第２電機子巻線（２３）と、前記第２電機子巻線が巻回される複数の第２ティース（２１）と、前記回転子とは反対側で前記複数の第２ティースを磁気的に短絡させる第２バックヨーク（２２）とを有する第２固定子（２）と、
   前記第１バックヨークと前記回転子との間において前記回転軸の周りに配置され、前記回転軸に沿う第１方向に磁界を発生させる第１界磁巻線（４１）と、
   前記第２バックヨークと前記回転子との間において前記回転軸の周りに配置され、前記第１方向とは反対方向に磁界を発生させる第２界磁巻線（４２）と、
   前記第１バックヨークおよび前記第２バックヨークの各々と、その外縁側において磁気的に短絡されるとともに、前記径方向の内側に突出して、前記外側部材と空隙を介して対向する複数の第２突部（３６１）が、前記複数の第１突部と略等しいピッチで前記軸方向に沿って並んで設けられる、短絡用環（３６）と
   を備える、アキシャルギャップ形モータ。
2. 前記外側部材（３３）および前記短絡用環（３６）の少なくともいずれか一方は、前記軸方向に積層した電磁鋼板によって形成される、請求項１に記載のアキシャルギャップ形モータ。
3. 前記第１突部（３３４）および前記第２突部（３６１）のうち、前記外側部材（３３）および前記短絡用環（３６）の前記少なくともいずれか一方に属する突部の、前記軸方向における厚みは、前記電磁鋼板の厚みの整数倍である、請求項２に記載のアキシャルギャップ形モータ。
4. 前記外側部材（３３）のうち、前記磁石磁極部（３１）と前記軟磁性体（３２）との間に相当する部分には、非磁性体（３３５）が形成される、請求項１から３のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ形モータ。
5. 前記第１固定子（１）は、前記短絡用環（３６）と前記第１バックヨーク（１２）とを磁気的に短絡する第１環（１４）を更に有し、
   前記第２固定子（２）は、前記短絡用環（３６）と前記第２バックヨーク（２２）とを磁気的に短絡する第２環（２４）を更に有し、
   前記第１環または前記第２環は電磁鋼板を前記回転軸の周りで巻回した鉄心である、請求項１から４のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ形モータ。
6. 前記磁石磁極部（３２）の各々は、
   第２軟磁性体（３１７）と、
   前記第２軟磁性体よりも外周側に位置し、前記径方向に着磁された第１永久磁石（３１６）と
   を有する、請求項１から５の何れか一つに記載のアキシャルギャップ形モータ。
7. 前記磁石磁極部（３１）の各々は、前記第２軟磁性体（３１７）に対して前記周方向の一方側から隣り合う第２の永久磁石（３１４）と、前記第２軟磁性体に対して前記周方向の他方側から隣り合う第３の永久磁石（３１４）とを更に有し、
   前記第２および前記第３の永久磁石は、前記第１永久磁石が前記第２軟磁性体に向ける磁極面と同じ極性の磁極面を前記第２軟磁性体に向けて配置される、請求項６に記載のアキシャルギャップ形モータ。
8. 前記磁石磁極部の各々は、
   第２軟磁性体（３１３）と、
   前記第２軟磁性体よりも前記第１固定子（１）側に位置した第１永久磁石（３１１）と、
   前記第２軟磁性体よりも前記第２固定子（２）側に位置した第２永久磁石（３１２）と
   を有し、
   前記第２永久磁石は、前記第１永久磁石が前記第２軟磁性体に向ける磁極面と同じ極性の磁極面を、前記第２軟磁性体に向けて配置される、請求項１から５の何れか一つに記載のアキシャルギャップ形モータ。
9. 前記第１突部（３３４）同士の間および前記第２突部（３６１）同士の間の少なくともいずれか一方には、樹脂が設けられる、請求項１から８のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ形モータ。
10. 前記外側部材（３３）と前記短絡用環（３６）との間の前記径方向の距離は、前記回転子（３）と前記第１固定子（１）または前記第２固定子（２）との間のエアギャップよりも小さい、請求項１から９のいずれか一つに記載のアキシャルギャップ形モータ。

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