JP2018007301A - アキシャルギャップ型回転電機、及びアキシャルギャップ型回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコア５１の高効率化を図るとともに、軸トルクを増加できるアキシャルギャップ型回転電機１、及びアキシャルギャップ型回転電機１の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】回転軸２１に一体的に設けたロータ２と、ロータ２の回転方向Ｒに沿って配置された複数のステータコア５１を有するステータ５とが、回転軸２１の軸方向に沿って対向配置されたアキシャルギャップ型回転電機１であって、ステータコア５１が、アモルファス合金製の鉄心５５と、鉄心５５に巻き付けたコイル５７とを備え、鉄心５５の磁化容易軸Ｅ１が、鉄心５５のロータ２側において、径方向Ｙに延びる仮想直線ＶＬ１へ向けて集束するように傾斜したことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

この発明は、例えばモータ、発電機、あるいはモータ兼発電機として用いられる回転電機であって、回転軸の軸方向でロータとステータとが対向配置されたようなアキシャルギャップ型回転電機、及びアキシャルギャップ型回転電機の製造方法に関する。

モータ、発電機、あるいはモータ兼発電機のような回転電機として、回転軸の軸方向でロータとステータとが、エアギャップを介して対向配置されたアキシャルギャップ型回転電機がある（特許文献１参照）。

このアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸の軸方向でロータとステータとが対向配置されているため、回転軸に直交する方向でロータとステータとが対向配置されたラジアルギャップ型回転電機に比べて、軸方向の長さを短くし易いというメリットがある。このため、アキシャルギャップ型回転電機は、例えば、搭載空間が限られているハイブリッド自動車や電気自動車における走行用モータに好適とされている。

ところで、このような走行用モータは、小型乗用車や中型乗用車だけでなく、小型乗用車に比べて車両重量が重くなり易い大型乗用車や商用車への搭載も増加している。しかしながら、車両重量が重くなり易い大型乗用車や商用車の場合、小型乗用車用の走行モータよりもより高性能の走行モータが必要となる。

このため、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車における走行用モータとして用途が期待されるアキシャルギャップ型回転電機にも、高効率化や軸トルクの向上が求められている。

特開２０１５−１８０１４７号公報

本発明は、上述の問題に鑑み、ステータコアの高効率化を図るとともに、軸トルクを増加できるアキシャルギャップ型回転電機、及びアキシャルギャップ型回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、回転軸に一体的に設けたロータと、該ロータの回転方向に沿って配置された複数のステータコアを有するステータとが、前記回転軸の軸方向に沿って対向配置されたアキシャルギャップ型回転電機であって、前記ステータコアが、アモルファス合金製の鉄心と、該鉄心に巻き付けたコイルとを備え、前記鉄心の磁化容易軸が、前記鉄心の前記ロータ側において、前記軸方向に対して略直交する直交方向に延びる仮想直線へ向けて集束するように傾斜したことを特徴とする。

この発明により、ステータコアの高効率化を図るとともに、軸トルクを増加することができる。
具体的には、例えば、電磁鋼板の鉄損に比べてアモルファス合金の鉄損が小さいため、アキシャルギャップ型回転電機は、電磁鋼板製の鉄心で構成されたステータコアに比べて、ステータコアの高効率化を図ることができる。

さらに、ロータが回転している際、ステータコアで生じた磁束が、軸方向に対して傾斜した方向に流れることが出願人の調査によって確認されている。
そこで、鉄心のロータ側において、軸方向に対して略直交する直交方向に延びる仮想直線へ向けて集束するように鉄心の磁化容易軸を傾斜させたことで、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータコアで生じた磁束を、軸方向に対して傾斜した方向へ流れ易くすることができる。

これにより、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータコアで生じた磁束をより集束させることができるため、漏れ磁束を抑制できるとともに、ステータコアのロータ側における磁束密度、すなわちトルク密度を向上することができる。
従って、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータコアの高効率化を図るとともに、軸トルクを増加することができる。

この発明の態様として、前記磁化容易軸が、前記回転方向とは逆方向における前記鉄心の端部近傍において、前記直交方向に延びる前記仮想直線へ向けて集束するように傾斜した構成とすることができる。
この発明により、アキシャルギャップ型回転電機は、より大きな軸トルクを発生させることができる。

具体的には、ロータが回転している際、ステータコアで生じた磁束の磁束密度が、ステータコアのロータ側で、かつロータの回転方向とは逆方向側ほど高くなることが出願人の調査によって確認されている。

そこで、回転方向とは逆方向における鉄心の端部近傍において、直交方向に延びる仮想直線へ向けて集束するように磁化容易軸を傾斜させたことにより、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータコアで生じた磁束を、磁束密度が高くなる部分へより流れ易くすることができる。

これにより、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータコアのロータ側で、かつロータの回転方向とは逆方向側における磁束密度をより高くすることができる。このため、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータコアの吸引力を増加させて、ステータとロータとが引き合う力をより向上させることができる。

従って、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータコアで生じた磁束が、磁束密度が高くなる部分へより流れ易くしたことで、より大きな軸トルクを発生させることができる。

またこの発明の態様として、前記磁化容易軸が、前記回転方向における前記鉄心の略中央において、前記直交方向に延びる前記仮想直線へ向けて集束するように傾斜した構成とすることができる。
この発明により、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータコアで生じた磁束の流れを制御して、回転方向略中央におけるステータコアの磁束密度を向上させることができる。

このため、ロータに配置された隣接する永久磁石の境界が、回転方向における鉄心の略中央を通過する際、アキシャルギャップ型回転電機は、ステータとロータとが引き合う力をより向上させる一方で、ステータとロータとが反発する力をより向上させることができる。

従って、アキシャルギャップ型回転電機は、回転方向における鉄心の略中央において、直交方向に延びる仮想直線へ向けて集束するように磁化容易軸を傾斜させたことにより、より大きな軸トルクを発生させることができる。

またこの発明は、回転軸に一体的に設けたロータと、該ロータの回転方向に沿って配置された複数のステータコアを有するステータとが、前記回転軸の軸方向に沿って対向配置されたアキシャルギャップ型回転電機の製造方法であって、アモルファス合金製の鉄心と、該鉄心に巻き付けたコイルとを備えた前記ステータコアの製造工程に、前記ロータと対向する前記鉄心の一方の面側において、前記軸方向に対して略直交する直交方向に延びる仮想直線へ向けて、前記鉄心の他方の面から磁場を印加して、前記鉄心に磁気異方性を付加する磁気異方性付加工程を備えたことを特徴とする。

上記鉄心は、例えば、アモルファス合金製の薄板材を、接着剤を介在させて一体的に積層した状態、または、積層した薄板材を結束バンドや接着剤で仮止めした状態とすることができる。

この発明により、鉄心の磁化容易軸を、仮想直線へ向けて集束するように傾斜させることができる。このため、ステータコアで生じた磁束を、軸方向に対して傾斜した方向へ流れ易くすることができる。
従って、アキシャルギャップ型回転電機の製造方法は、高効率化を図るとともに、軸トルクを増加できるステータコアを容易に構成することができる。

本発明により、ステータコアの高効率化を図るとともに、軸トルクを増加できるアキシャルギャップ型回転電機、及びアキシャルギャップ型回転電機の製造方法を提供することができる。

軸方向に沿った回転電機の縦断面を示す縦断面図。 分解状態における回転電機の構成要素を示す分解斜視図。 ステータコアの外観を示す外観斜視図。 軸方向視におけるステータコアの平面を示す平面図。 鉄心に対するロータの回転位置を説明する説明図。 図５中の回転位置におけるステータコアの磁束密度を説明する説明図。 鉄心の磁化容易軸を説明する説明図。 磁気異方性付加工程を説明する説明図。 実施例２における鉄心の磁化容易軸を説明する説明図。 実施例２における磁気異方性付加工程を説明する説明図。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。

本実施形態におけるアキシャルギャップ型回転電機１は、出力軸となる回転軸２１の軸方向に沿ってロータ２とステータ５とが対向配置されたアキシャルギャップ型の回転電機である。このアキシャルギャップ型回転電機１は、例えば、自動車の走行用モータなどとして用いられるものとする。このようなアキシャルギャップ型回転電機１について、図１及び図２を用いて詳しく説明する。

なお、図１は軸方向に沿ったアキシャルギャップ型回転電機１の縦断面図を示し、図２はアキシャルギャップ型回転電機１の構成要素の分解斜視図を示している。
また、図２中において図示を明確にするため、ネジ１１，１２，１３，１４，１５，１６の図示を省略している。
また、図中において、矢印Ｘｒ及び矢印Ｘｓは回転軸２１の軸方向を示し、矢印Ｘｒは、軸方向におけるロータ２側を示し、矢印Ｘｓは軸方向にけるステータ５側を示している。

本実施形態におけるアキシャルギャップ型回転電機１は、図１及び図２に示すように、回転軸２１が一体的に設けられたロータ２と、回転軸２１を支持するベアリング３，４と、回転軸２１の軸方向でロータ２と対向するステータ５と、これらを収容保持するハウジング６とで構成している。
なお、ロータ２とステータ５とは、図１に示すように、ハウジング６の内部において、軸方向に所定間隔を隔てて対向配置されている。この軸方向における所定間隔を、エアギャップとする。

ロータ２は、図１及び図２に示すように、略円柱状の回転軸２１と、回転軸２１と一体回転可能に接合された略円板状のロータ本体２２と、ロータ本体２２におけるステータ５と対向する面に固定された永久磁石２３とで構成されている。

回転軸２１は、所定の外径を有する略円柱状であって、ロータ本体２２との連結部分が、ベアリング３，４の内径よりも大径に形成されている。この回転軸２１における大径部分は、軸方向におけるベアリング３，４の位置決めのために設けている。

ロータ本体２２は、回転軸２１の軸方向から見た軸方向視が略円形の円板状であって、回転軸２１と同軸上に配置されている。なお、ロータ本体２２は、永久磁石２３に対するバックヨークを兼ねている。

永久磁石２３は、軸方向視略円環状となるようにロータ本体２２の周方向に沿って配置された８つの永久磁石によって構成されている。
より詳しくは、永久磁石２３は、軸方向に所定の厚みを有する軸方向視略扇状の第１永久磁石２３１と第２永久磁石２３２とを、ロータ本体２２の周方向に沿って交互に配置している。

この永久磁石２３のうち、第１永久磁石２３１は、ステータ５と対向する平面側がＮ極に磁化されている。一方、第２永久磁石２３２は、ステータ５と対向する平面側がＳ極に磁化されている。なお、第１永久磁石２３１、及び第２永久磁石２３２は、接着剤や凹凸嵌合によってロータ本体２２に固定されているものとする。

ベアリング３，４は、図１及び図２に示すように、例えば、ボールベアリングであって、軸方向における所定位置において、回転軸２１に圧入されている。より詳しくは、ベアリング３は、回転軸２１におけるステータ５側の大径部分と当接する軸方向の位置に圧入されている。一方、ベアリング４は、回転軸２１における他方の大径部分と当接する軸方向の位置に圧入されている。

ステータ５は、図１及び図２に示すように、軸方向視略円環状に配置された１２個のステータコア５１と、ステータコア５１の内部空間に配置された円筒部材５２と、ステータコア５１を軸方向で挟持する保持部材５３、及びバックヨーク５４とで構成されている。

ステータコア５１は、軸方向視略扇状であって、軟磁性材料であるアモルファス合金製の鉄心５５と、鉄心５５を覆うボビン５６と、ボビン５６に巻き回されたコイル５７とで構成されている。このステータコア５１は、ボビン５６における軸方向の両端から鉄心５５が突出するように形成されている。なお、ステータコア５１については、後ほど詳しく説明する。

円筒部材５２は、図１及び図２に示すように、オーステナイト系ステンレスやアルミなどの非磁性材料製であって、軸方向におけるステータコア５１の長さと略同等の軸方向の長さを有する略円筒状に形成されている。この円筒部材５２は、軸方向視略円環状に配置されたステータコア５１の内径と略同等の外径と、後述する保持部材５３におけるベアリング保持部６２１の外径と略同等の内径を有している。

さらに、円筒部材５２には、軸方向における一方の端面に、保持部材５３を締結固定するためのネジ１１が螺合するネジ孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ形成されている。加えて、円筒部材５２には、軸方向における他方の端面に、バックヨーク５４を締結固定するためのネジ１２が螺合するネジ孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ形成されている。

保持部材５３は、図１及び図２に示すように、オーステナイト系ステンレスやアルミなどの非磁性材料で形成された略円板状であって、ロータ２とステータコア５１との間に配置されている。
より詳しくは、保持部材５３は、軸方向に所定の厚みを有するとともに、軸方向視円環状に配置されたステータコア５１の外径、及びロータ本体２２の外径よりも大径の略円板状に形成されている。

この保持部材５３には、回転軸２１が挿通される軸挿通孔５３ａが軸方向視略中央に開口形成されるとともに、ステータコア５１の鉄心５５が嵌合する１２個の嵌合孔５３ｂが周方向に所定間隔を隔てて開口形成されている。

さらに、保持部材５３には、軸挿通孔５３ａと嵌合孔５３ｂとの間において、上述したネジ１１が挿通されるネジ挿通孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ開口形成されるとともに、嵌合孔５３ｂよりも径方向外側において、ハウジング本体６１に螺合するネジ１３が挿通されるネジ挿通孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ開口形成されている。

そして、保持部材５３には、ベアリング３を嵌合保持するベアリング保持部５３１が、ロータ２と対向する面に立設されている。
このベアリング保持部５３１は、ベアリング３の外径と略同等の内径を有する略円筒状であって、その中心が軸挿通孔５３ａと同軸上に位置するよう形成されている。

バックヨーク５４は、図１及び図２に示すように、電磁鋼板で形成された略円板状であって、ステータコア５１を挟んで保持部材５３と対向するよう配置されている。
より詳しくは、バックヨーク５４は、軸方向に所定の厚みを有するとともに、保持部材５３と略同径の略円板状であって、薄板状の電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。

このバックヨーク５４には、回転軸２１が挿通される軸挿通孔５４ａが軸方向視略中央に開口形成されるとともに、ステータコア５１の鉄心５５が嵌合する１２個の嵌合部５４ｂが周方向に所定間隔を隔てて凹設されている。

さらに、バックヨーク５４には、軸挿通孔５４ａと嵌合部５４ｂとの間において、上述したネジ１２が挿通されるネジ挿通孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ開口形成されるとともに、嵌合部５４ｂよりも径方向外側において、ハウジング本体６１に螺合するネジ１４が挿通されるネジ挿通孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ開口形成されている。

ハウジング６は、図１及び図２に示すように、軸方向に延びる略円筒状のハウジング本体６１と、ハウジング本体６１におけるロータ２側の開口を閉塞する第１エンドカバー６２と、ハウジング本体６１におけるステータ５側の開口を閉塞する第２エンドカバー６３とで構成している。

ハウジング本体６１は、図１及び図２に示すように、保持部材５３の外径と略同径の内径を有する第１大径部分６１１と、軸方向視略円環状に配置されたステータコア５１の外径と略同径の内径を有する小径部分６１２と、バックヨーク５４の外径と略同径の内径を有する第２大径部分６１３とを、この順番で同軸上に配置した略円筒状に形成されている。

第１大径部分６１１は、エアギャップを挟んで対向配置された保持部材５３、及びロータ本体２２を収容可能な軸方向の長さで形成されている。この第１大径部分６１１の端面には、第１エンドカバー６２を締結固定するためのネジ１５が螺合するネジ孔が、周方向に所定間隔を隔てて６つ形成されている。

小径部分６１２は、軸方向におけるステータコア５１の長さと略同等の軸方向の長さで形成されている。この小径部分６１２には、第１エンドカバー６２側の端面に、上述したネジ１３が螺合するネジ孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ形成されるとともに、第２エンドカバー６３側の端面に、上述したネジ１４が螺合するネジ孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ形成されている。

第２大径部分６１３は、軸方向におけるバックヨーク５４の長さと略同等の軸方向の長さで形成されている。この第２大径部分６１３の端面には、第２エンドカバー６３を締結固定するためのネジ１６が螺合するネジ孔が、周方向に所定間隔を隔てて６つ形成されている。

第１エンドカバー６２は、図１及び図２に示すように、ベアリング４を嵌合保持するベアリング保持部６２１と、軸方向視略円環状の円環部６２２とが同軸上に配置されて一体形成されている。

ベアリング保持部６２１は、ベアリング４の外径と略同等の内径を有するとともに、ハウジング本体６１側が開口した有底の略円筒状に形成されている。このベアリング保持部６２１には、回転軸２１が挿通される軸挿通孔６２ａが軸方向視略中央に開口形成されている。

円環部６２２は、ハウジング本体６１の外径と略同等の外径を有する軸方向視略円環状であって、ベアリング保持部６２１におけるハウジング本体６１側の端部に一体形成されている。この円環部６２２における外周縁近傍には、上述したネジ１５が挿通されるネジ挿通孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ開口形成されている。

第２エンドカバー６３は、図１及び図２に示すように、ハウジング本体６１の外径と略同等の外径を有する略円板状に形成されている。この第２エンドカバー６３には、回転軸２１が挿通される軸挿通孔６３ａが軸方向視略中央に開口形成されている。

さらに、第２エンドカバー６３の外周縁近傍には、上述したネジ１４が挿通されるネジ挿通孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ開口形成されるとともに、上述したネジ１６が挿通されるネジ挿通孔が周方向に所定間隔を隔てて６つ開口形成されている。

次に、上述したステータコア５１について、図３から図８を用いて詳しく説明する。
なお、図３はステータコア５１の外観斜視図を示し、図４は軸方向視におけるステータコア５１の平面図を示し、図５は鉄心５５に対するロータ２の回転位置を説明する説明図を示している。

さらに、図６は図５中の回転位置におけるステータコア５１の磁束密度を説明する説明図を示し、図７は鉄心５５の磁化容易軸を説明する説明図を示し、図８は磁気異方性付加工程を説明する説明図を示している。

また、図６中において図示を明確にするため、ロータ２、ボビン５６、及びコイル５７の図示を省略している。また、図中において、矢印Ｙは回転軸２１の径方向を示している（以下、「径方向Ｙ」とする）。

ステータコア５１は、上述したようにアモルファス合金製の鉄心５５と、鉄心５５を覆うボビン５６と、ボビン５６に巻き回されたコイル５７とで構成されている。
鉄心５５は、図３及び図４に示すように、軸方向視において、回転軸２１の径方向Ｙに直交する直交方向の長さが異なる複数の積層体５５ａ〜５５ｈを、径方向Ｙに重ね合せて径方向外側が長辺となる軸方向視略台形状に一体形成されている。

より詳しくは、積層体５５ａ〜５５ｈは、それぞれ、回転軸２１の径方向Ｙに厚みを有するとともに、直交方向の長さが同じアモルファス合金製の薄板材を、一体的に重ね合わせて形成されている。

そして、鉄心５５は、隣接する積層体のうち、径方向外側の積層体の方が直交方向の長さが長くなるよう配置した積層体５５ａ〜５５ｈを、重ね合わせて一体的に形成されている。
なお、積層体５５ａ〜５５ｈを構成する薄板材同士、及び隣接する積層体５５ａ〜５５ｈ同士は、含侵によって介在させた接着剤によって一体的に接合している。
このような構成の鉄心５５は、磁気異方性を有しており、バックヨーク５４側からロータ２側への方向が、磁化容易軸となるよう形成されている。

ここで、ステータコア５１で生じた磁束の磁束密度について、図５及び図６を用いてより詳しく説明する。
まず、アキシャルギャップ型回転電機１は、図５及び図６に示すように、例えば、コイル５７に交流電流が供給されると、ステータコア５１で生じた磁力によって、第１エンドカバー６２側から見て軸方向視時計回りの回転方向Ｒにロータ２が回転するものする。

さらに、交流電流は、図５に示すように、回転方向Ｒにおける鉄心５５の略中央を、隣接する第１永久磁石２３１と第２永久磁石２３２の境界が通過する際、ステータコア５１で生じる磁力が最大となるようコイル５７に供給されているものとする。

そして、回転方向Ｒにおける鉄心５５（図６中の中央手前）の略中央を、隣接する第１永久磁石２３１と第２永久磁石２３２の境界が通過する際、ステータコア５１で生じた磁束の磁束密度は、図６に示すように、回転方向Ｒにおけるバックヨーク５４側の端部ほど低く、回転方向Ｒとは逆方向の逆回転方向におけるロータ２側の端部ほど高くなることが確認できる。
つまり、電力が供給されたステータコア５１で生じた磁束は、回転軸２１の軸方向に対して傾斜した方向に流れており、かつその磁束密度が磁極間側に偏っている。

そこで、本実施形態における鉄心５５は、その磁化容易軸Ｅ１が、回転軸２１の軸方向に対して傾斜するように形成されている。
具体的には、鉄心５５は、図７に示すように、逆回転方向の端部近傍において、ロータ２と対向する対向面上を径方向Ｙに延びる仮想直線ＶＬ１に、バックヨーク５４側からロータ２側へ向かう磁化容易軸Ｅ１が集束するよう構成されている。

この磁化容易軸Ｅ１は、図７に示すように、径方向に直交する直交方向において、仮想直線ＶＬ１に近いほど軸方向に対する傾きが小さく、仮想直線ＶＬ１から離間するほど、軸方向に対する傾きが大きくなっている。すなわち、バックヨーク５４側からロータ２側へ向かう磁化容易軸Ｅ１は、逆回転方向の端部近傍ほど軸方向に対する傾きが小さく、回転方向Ｒ側の端部へ向かうほど軸方向に対する傾きが大きくなっている。

また、ボビン５６は、図１及び図３に示すように、絶縁性を有する合成樹脂製であって、軸方向における鉄心５５の長さよりも短い軸方向の長さに形成されている。このボビン５６は、鉄心５５を囲繞する囲繞部５６１と、囲繞部５６１における軸方向の両端に設けた鍔部５６２とで一体形成されている。なお、ボビン５６は、鉄心５５に対してインサート成形によって形成されている。
また、コイル５７は、図１に示すように、導電性を有する金属線材であって、ボビン５６の囲繞部５６１に所定回数だけ巻き回している。

引き続き、上述したステータコア５１の製造工程について簡単に説明する。
ステータコア５１の製造工程は、重ね合わせたアモルファス合金製の薄板材を焼鈍する焼鈍処理工程と、薄板材の束に磁気異方性を付加する磁気異方性付加工程と、薄板材の間に接着剤を含浸させ接着剤含浸工程と、ボビン５６を形成するインサート成形工程と、コイル５７を巻き付けるコイル巻き付け工程とを備えている。

より詳しくは、焼鈍処理工程は、アモルファス合金製の薄板材を重ね合せるとともに、結束バンド５８ａで仮止めされた薄板材の束５８（図８参照）に対して、キューリー温度未満の温度で焼鈍処理を行い、薄板材の残留歪を除去する。なお、結束バンド５８ａに代えて、薄板材の間に部分的に介在させた接着剤によって、仮止めされた薄板材の束５８としてもよい。

次に、磁気異方性付加工程は、図８に示すように、焼鈍処理した薄板材の束５８に磁場を付加する付加装置１００を用いて行う。なお、図８中における薄板材の束５８は、径方向外側の端面を図示している。

この付加装置１００は、図８に示すように、重ね合わせた薄板材の束５８を挟持可能に対向配置されたバックヨーク側磁極部１０１、及びロータ側磁極部１０２と、バックヨーク側磁極部１０１、及びロータ側磁極部１０２を連結する一対の電磁石部１０３とで構成されている。

バックヨーク側磁極部１０１は、バックヨーク５４に対向する対向面となる薄板材の束５８における一方の面に当接する磁極板１０１ａを備えている。
この磁極板１０１ａは、薄板材の束５８における一方の面の全面と略同等の大きさの平面を有する形状に形成されている。

ロータ側磁極部１０２は、ロータ２に対向する対向面となる薄板材の束５８における他方の面に当接する磁極板１０２ａを備えている。
この磁極板１０２ａは、薄板材の束５８における他方の面よりも小さい面積で、かつ逆回転方向における鉄心５５の端部近傍に相当する部分、換言すると、上述した仮想直線ＶＬ１の近傍に対応する部分と当接可能な平面を有する形状に形成されている。

一対の電磁石部１０３は、電磁石部１０３のコイル１０３ａに電気を流した際、薄板材の束５８を介して、バックヨーク側磁極部１０１からロータ側磁極部１０２へ向けて磁場が発生するように構成されている。

そして、磁気異方性付加工程は、図８に示すように、バックヨーク側磁極部１０１とロータ側磁極部１０２とで挟持された薄板材の束５８を、１５０度以上、キューリー温度以下の温度で加熱しながら、一対の電磁石部１０３による磁力を加えることで薄板材の束５８に所望される磁気異方性を付加する。これにより、磁気異方性付加工程は、回転軸２１の軸方向に対して傾斜した磁化容易軸を有する薄板材の束５８を形成する。

磁気異方性付加工程が完了すると、接着剤含浸工程として、薄板材の間に真空引きによって接着剤を含浸させることで、薄板材同士を接合して鉄心５５を形成する。
その後、インサート成形工程と、コイル巻き付け工程とをこの順番で行うことにより、磁気異方性を有する鉄心５５を備えたステータコア５１を構成する。

以上のような磁気異方性を有する鉄心５５を備えたアキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１の高効率化を図るとともに、軸トルクを増加することができる。
具体的には、例えば、電磁鋼板の鉄損に比べてアモルファス合金の鉄損が小さいため、アキシャルギャップ型回転電機１は、電磁鋼板製の鉄心で構成されたステータコアに比べて、ステータコア５１の高効率化を図ることができる。

さらに、電力が供給されたステータコア５１で生じた磁束が、軸方向に対して傾斜した方向に流れることが出願人の調査によって確認されている。
そこで、鉄心５５のロータ２側において、径方向Ｙに延びる仮想直線ＶＬ１へ向けて集束するように鉄心５５の磁化容易軸Ｅ１を傾斜させたことで、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１で生じた磁束を、軸方向に対して傾斜した方向へ流れ易くすることができる。

これにより、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１で生じた磁束をより集束させることができるため、漏れ磁束を抑制できるとともに、ステータコア５１のロータ２側における磁束密度、すなわちトルク密度を向上することができる。
従って、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１の高効率化を図るとともに、軸トルクを増加することができる。

また、逆回転方向における鉄心５５の端部近傍において、径方向Ｙに延びる仮想直線ＶＬ１へ向けて集束するように磁化容易軸Ｅ１が傾斜した構成としたことにより、アキシャルギャップ型回転電機１は、より大きな軸トルクを発生させることができる。

具体的には、ロータ２が回転している際、ステータコア５１で生じた磁束の磁束密度が、ステータコア５１のロータ２側で、かつロータ２の回転方向Ｒとは逆回転方向側ほど高くなることが出願人の調査によって確認されている。

そこで、逆回転方向における鉄心５５の端部近傍において、径方向Ｙに延びる仮想直線ＶＬ１へ向けて集束するように磁化容易軸Ｅ１を傾斜させたことにより、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１で生じた磁束を、磁束密度が高くなる部分へより流れ易くすることができる。

これにより、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１のロータ２側で、かつロータ２の回転方向Ｒとは逆回転方向側における磁束密度をより高くすることができる。このため、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１の吸引力を増加させて、ステータ５とロータ２とが引き合う力をより向上させることができる。

従って、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１で生じた磁束が、磁束密度が高くなる部分へより流れ易くしたことで、より大きな軸トルクを発生させることができる。

また、ロータ５と対向する鉄心５５の他方の面側において、径方向に延びる仮想直線ＶＬ１へ向けて、薄板材の束５８の一方の面から磁場を印加して、鉄心５５に磁気異方性を付加する磁気異方性付加工程を、ステータコア５１の製造工程に備えたアキシャルギャップ型回転電機１の製造方法は、鉄心５５の磁化容易軸を、仮想直線ＶＬ１へ向けて集束するように傾斜させることができる。

このため、ステータコア５１で生じた磁束を、軸方向に対して傾斜した方向へ流れ易くすることができる。
従って、アキシャルギャップ型回転電機１の製造方法は、高効率化を図るとともに、軸トルクを増加できるステータコア５１を容易に構成することができる。

上述した実施例１に対して、バックヨーク５４側からロータ２側へ向かう磁化容易軸の傾きが異なる鉄心５９を備えてアキシャルギャップ型回転電機１について説明する。

なお、鉄心の磁化容易軸が異なる点を除けば、上述の実施例１と同一の構成のため、アキシャルギャップ型回転電機１の詳細な説明を省略して、ここでは実施例２における鉄心５９の磁化容易軸について、図９及び図１０を用いて説明する。
また、図９は実施例２における鉄心５９の磁化容易軸を説明する説明図を示し、図１０は実施例２における磁気異方性付加工程を説明する説明図を示している。

実施例２における鉄心５９は、上述した実施例１と同様に、磁気異方性を有しており、その磁化容易軸Ｅ２が、回転軸２１の軸方向に対して傾斜するように形成されている。

具体的には、鉄心５９は、図９に示すように、回転方向Ｒにおける鉄心５９の略中央において、ロータ２と対向する対向面上を径方向Ｙに延びる仮想直線ＶＬ２に、バックヨーク５４側からロータ２側へ向かう磁化容易軸Ｅ２が集束するよう構成されている。

この磁化容易軸Ｅ２は、図９に示すように、径方向に直交する直交方向において、仮想直線ＶＬ２に近いほど軸方向に対する傾きが小さく、仮想直線ＶＬ２から離間するほど、軸方向に対する傾きが大きくなっている。すなわち、バックヨーク５４側からロータ２側へ向かう磁化容易軸Ｅ２は、回転方向Ｒにおける鉄心５９の略中央ほど軸方向に対する傾きが小さく、回転方向Ｒ、及び逆回転方向の端部へ向かうほど軸方向に対する傾きが大きくなっている。

このような鉄心５９は、上述の実施例１におけるステータコア５１の製造工程と同様の方法によって、焼鈍処理工程を完了した薄板材の束５８に磁気異方性を付加する。
この際、磁気異方性付加工程で用いられる付加装置１００は、図１０に示すように、上述した実施例１に対して、ロータ側磁極部１０４の構成が異なっている。

具体的には、ロータ側磁極部１０４は、ロータ２に対向する対向面となる薄板材の束５８における他方の面に当接する磁極板１０４ａを備えている。
この磁極板１０４ａは、薄板材の束５８における他方の面よりも小さい面積で、かつ回転方向Ｒにおける鉄心５９の略中央近傍に相当する部分、換言すると、上述した仮想直線ＶＬ２の近傍に対応する部分と当接可能な平面を有する形状に形成されている。

このような付加装置１００を用いて、磁気異方性付加工程は、図１０に示すように、バックヨーク側磁極部１０１とロータ側磁極部１０４とで挟持された薄板材の束５８を、１５０度以上、キューリー温度以下の温度で加熱しながら、一対の電磁石部１０３による磁力を加えることで、薄板材の束５８に所望される磁気異方性を付加する。

その後、接着剤含浸工程と、インサート成形工程と、コイル巻き付け工程とをこの順番で行うことにより、磁気異方性を有する鉄心５９を備えたステータコア５１を構成する。

以上のような磁気異方性を有する鉄心５９を備えたアキシャルギャップ型回転電機１は、上述の実施例１と同様、ステータコア５１の高効率化を図るとともに、軸トルクを増加することができる。

さらに、回転方向Ｒにおける鉄心５９の略中央において径方向Ｙに延びる仮想直線ＶＬ２に、バックヨーク５４側からロータ２側へ向かう磁化容易軸Ｅ２が集束するよう構成された鉄心５９を備えたことにより、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータコア５１で生じた磁束の流れを制御して、回転方向略中央におけるステータコア５１の磁束密度を向上させることができる。

このため、隣接する第２永久磁石２３２と第１永久磁石２３１との境界が、回転方向Ｒにおける鉄心５９の略中央を通過する際、アキシャルギャップ型回転電機１は、ステータ５とロータ２とが引き合う力をより向上させる一方で、ステータ５とロータ２とが反発する力をより向上させることができる。

従って、アキシャルギャップ型回転電機１は、回転方向における鉄心５９の略中央において、径方向Ｙに延びる仮想直線ＶＬ２へ向けて集束するように磁化容易軸Ｅ２を傾斜させたことにより、より大きな軸トルクを発生させることができる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の軸方向に対して略直交する直交方向は、実施形態の回転軸２１の径方向Ｙに対応し、
以下同様に、
回転方向とは逆方向は、逆回転方向に対応し、
鉄心の一方の面は、ロータ２に対向する対向面となる薄板材の束５８における他方の面に対応し、
鉄心の他方の面は、バックヨーク５４に対向する対向面となる薄板材の束５８における一方の面に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

例えば、上述した実施形態において、保持部材５３とバックヨーク５４とでステータコア５１を挟持する構成のステータ５としたが、これに限定せず、バックヨーク５４に代えて、ステータコア５１の鉄心５５を嵌合保持する非磁性材料製の保持部材を備えたステータとしてもよい。

さらに、バックヨーク５４に代えて配置した保持部材と、第２エンドカバー６３との間に、ステータとの対向面に永久磁石を設けるとともに、回転軸２１と一体的に回転するロータ本体を配置したアキシャルギャップ型回転電機としてもよい。

また、１つのステータ５を備えたアキシャルギャップ型回転電機１としたが、これに限定せず、ロータ本体２２の両面に永久磁石２３を備え、ロータ本体２２を挟んで対向配置された２つのステータ５を備えたアキシャルギャップ型回転電機としてもよい。

上述したような構成のアキシャルギャップ型回転電機であっても、回転軸２１の軸方向に対して傾斜した磁化容易軸を有する鉄心によって、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、アモルファス合金製の薄板材を積層した鉄心としたが、これに限定せず、アモルファス合金製の板材から削り出した鉄心としてもよい。
また、アモルファス合金製の薄板は、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ成分を含む鉄基原料を、液体状態から急冷法により作られる厚さ０．０５ｍｍ以下のアモルファス状態の極薄軟磁性材料であり、結晶化発現成分（Ｐ，Ｃｕ，Ｎｂ等）を核剤にして熱処理によりナノ結晶化させた磁性材料をも含むものとする。
また、磁気異方性付加工程後、接着剤含浸工程を行うステータコア５１の製造工程としたが、これに限定せず、接着剤含浸工程後、磁気異方性付加工程を行うステータコア５１の製造工程としてもよい。

本発明は、各種装置や自動車における駆動用モータ、電力を出力する発電機、あるいはモータ兼発電機としてのアキシャルギャップ型回転電機に適用することができる。

１…アキシャルギャップ型回転電機
２…ロータ
５…ステータ
２１…回転軸
５１…ステータコア
５５…鉄心
５７…コイル
５９…鉄心
Ｅ１…磁化容易軸
Ｅ２…磁化容易軸
Ｒ…回転方向
ＶＬ１…仮想直線
ＶＬ２…仮想直線
Ｙ…径方向

Claims (4)

1. 回転軸に一体的に設けたロータと、該ロータの回転方向に沿って配置された複数のステータコアを有するステータとが、前記回転軸の軸方向に沿って対向配置されたアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記ステータコアが、
   アモルファス合金製の鉄心と、
   該鉄心に巻き付けたコイルとを備え、
   前記鉄心の磁化容易軸が、
   前記鉄心の前記ロータ側において、前記軸方向に対して略直交する直交方向に延びる仮想直線へ向けて集束するように傾斜した
   アキシャルギャップ型回転電機。
2. 前記磁化容易軸が、
   前記回転方向とは逆方向における前記鉄心の端部近傍において、前記直交方向に延びる前記仮想直線へ向けて集束するように傾斜した
   請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
3. 前記磁化容易軸が、
   前記回転方向における前記鉄心の略中央において、前記直交方向に延びる前記仮想直線へ向けて集束するように傾斜した
   請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
4. 回転軸に一体的に設けたロータと、該ロータの回転方向に沿って配置された複数のステータコアを有するステータとが、前記回転軸の軸方向に沿って対向配置されたアキシャルギャップ型回転電機の製造方法であって、
   アモルファス合金製の鉄心と、該鉄心に巻き付けたコイルとを備えた前記ステータコアの製造工程に、
   前記ロータと対向する前記鉄心の一方の面側において、前記軸方向に対して略直交する直交方向に延びる仮想直線へ向けて、前記鉄心の他方の面から磁場を印加して、前記鉄心に磁気異方性を付加する磁気異方性付加工程を備えた
   アキシャルギャップ型回転電機の製造方法。

Images