JP2021087305A - アキシャルギャップモーター - Google Patents

Abstract

【課題】ローターの変形に伴う振動や騒音が発生しにくいアキシャルギャップモーターを提供すること。【解決手段】回転軸に沿って延在するシャフトと、ハブ、環状のリム、前記ハブと前記リムとを繋ぐ連結部、および、前記リムに保持されている磁石、を有し、前記シャフトとともに前記回転軸まわりに回転するローターと、前記ローターに対し、前記回転軸と平行な軸方向にギャップを隔てて配置されるステーターと、を備え、前記連結部に補強部材が設けられていることを特徴とするアキシャルギャップモーター。【選択図】図１

Description

本発明は、アキシャルギャップモーターに関する。

特許文献１に記載されているアキシャルギャップ型モーターは、回転軸周りに回転可能に設けられるローターと、ローターを挟み込むようにして対向配置されたステーターと、を備えている。このうち、ローターは、ローターサポートと、磁石と、を備えている。ローターサポートは、環状のリム部およびシャフト部と、リム部とシャフト部とに挟まれた磁石と、シャフト部から回転軸側に延びる円環板状の接続部と、を備えている。この接続部は、例えば車両のトランスミッションの入力軸等の駆動軸と、リブ等の中間部分と、を接続している。

特開２００９−２９６７０１号公報

特許文献１に記載のローターサポートでは、接続部によって磁石を保持するシャフト部と駆動軸とが接続されている。このため、ローターにトルクが与えられると、接続部には曲げモーメントが集中し、変形が発生しやすくなる。その結果、接続部の変形に伴う振動や騒音等が発生するという課題がある。

本発明の適用例に係るアキシャルギャップモーターは、
回転軸に沿って延在するシャフトと、
ハブ、環状のリム、前記ハブと前記リムとを繋ぐ連結部、および、前記リムに保持されている磁石、を有し、前記シャフトとともに前記回転軸まわりに回転するローターと、
前記ローターに対し、前記回転軸と平行な軸方向にギャップを隔てて配置されるステーターと、
を備え、
前記連結部に補強部材が設けられていることを特徴とする。

第１実施形態に係るアキシャルギャップモーターの概略構成を示す縦断面図である。 図１のローターおよびシャフトを示す分解斜視図である。 図２のローターの一部のみを示す平面図である。 図３のＸ１−Ｘ１線断面図である。 図４のローターの第１変形例を示す断面図である。 図４のローターの第２変形例を示す断面図である。 図４のローターの第３変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係るアキシャルギャップモーターの概略構成を示す縦断面図である。 従来例であるローターおよびシャフトを示す分解斜視図である。 従来例であるローターおよびシャフトを示す分解斜視図である。

以下、本発明に係るアキシャルギャップモーターを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係るアキシャルギャップモーターの概略構成を示す縦断面図である。図２は、図１のローターおよびシャフトを示す分解斜視図である。図３は、図２のローターの一部のみを示す平面図である。図４は、図３のＸ１−Ｘ１線断面図である。なお、図１は、図３のＸ２−Ｘ２線断面図である。

図１に示すアキシャルギャップモーター１は、回転軸Ｊまわりに回転するシャフト２と、シャフト２に固定され、シャフト２とともに回転軸Ｊまわりに回転するローター３と、回転軸Ｊに沿ってローター３の軸方向Ａにおける両側に配置されている一対のステーター４、５と、を備えた、ダブルステーター構造を採用している。このようなアキシャルギャップモーター１は、回転軸Ｊを中心としてローター３およびシャフト２を回転させ、シャフト２に連結された駆動対象部材に回転力を伝達する。なお、本明細書では、説明の便宜上、回転軸Ｊに沿う方向を「軸方向Ａ」とも言い、軸方向Ａに直交する方向を「径方向Ｒ」とも言い、ローター３やステーター４、５の周方向を「周方向Ｃ」とも言う。また、軸方向Ａの矢印先端側を「上」とも言い、反対側を「下」とも言う。さらに、軸方向Ａに沿って上から見た平面視を単に「平面視」とも言う。また、径方向Ｒの矢印先端側を「外」とも言い、矢印基端側を「中央」とも言う。

シャフト２は、部分的に外径が異なる略円柱状であり、中実である。これにより、シャフト２の機械的強度が向上する。ただし、シャフト２は、中空であってもよい。この場合、シャフト２の内部にアキシャルギャップモーター１用の配線を通すことができる。

シャフト２には、円盤状のローター３がシャフト２と同心的に固定されている。ローター３は、図１ないし図３に示すように、その中央部に位置するハブ３１と、ハブ３１よりも外側に位置する環状のリム３２と、ハブ３１とリム３２とを繋ぐ連結部３３と、を有する。また、リム３２には、複数の永久磁石６が保持されている。なお、ローター３については、後に詳述する。

シャフト２には、軸受け７１、７２を介してステーター４、５が取り付けられる。軸受け７１、７２によって、シャフト２およびローター３は、ステーター４、５を側面ケース８で結合して構成されるモーターケース１０に対して回転可能に支持される。なお、本実施形態では、軸受け７１、７２としてラジアルボールベアリングを用いているが、これに限定されず、例えば、アキシャルボールベアリング、アンギュラボールベアリング、テーパーローラーベアリング等、各種ベアリングを用いることができる。

ステーター４、５は、図１に示すように、ローター３を上下から挟み込むように配置されている。具体的には、ローター３の下側には隙間（ギャップ）を介してステーター４が配置され、ローター３の上側には隙間（ギャップ）を介してステーター５が配置されている。これらのステーター４、５は、ローター３に対して上下対称的に配置されている。

ステーター４は、シャフト２と同心的に配置されている環状のバックヨーク４１と、バックヨーク４１の上面に支持され、永久磁石６と対向して配置されている複数のステーターコア４２と、各ステーターコア４２に配置されている複数のコイル４３と、を有する。同様に、ステーター５は、シャフト２と同心的に配置されている環状のバックヨーク５１と、バックヨーク５１の下面に支持され、永久磁石６と対向して配置されている複数のステーターコア５２と、各ステーターコア５２に配置されている複数のコイル５３と、を有する。このように、ステーター４、５に複数のステーターコア４２、５２を配置することにより、シャフト２の回転がより滑らかで、優れた駆動効率を有するアキシャルギャップモーター１となる。

次に、ステーター４、５の構成について詳細に説明するが、ステーター４、５は、互いに同様の構成であるため、以下では、ステーター４について代表して説明し、ステーター５については、その説明を省略する。

バックヨーク４１は、例えば、電磁鋼板の積層体、磁性粉末の圧粉体等の各種磁性材料、特に軟磁性材料で構成される。また、バックヨーク４１は、複数の部位の集合体で構成されていてもよい。

ステーターコア４２は、バックヨーク４１の上面に配置されている。ステーター４は、複数のステーターコア４２を有している。複数のステーターコア４２は、周方向Ｃに沿って等間隔に並んでいる。各ステーターコア４２は、例えば、電磁鋼板の積層体、磁性粉末の圧粉体等の各種磁性材料、特に軟磁性材料で構成される。

各ステーターコア４２は、例えば、溶融、接着剤、溶接等によってバックヨーク４１に固着されていてもよいし、各種係合手段によってバックヨーク４１に係合していてもよい。

各ステーターコア４２に配置されているコイル４３は、ステーターコア４２の外周に巻き付けられている。そして、ステーターコア４２およびコイル４３で電磁石が構成される。コイル４３は、ステーターコア４２に個々に巻き付けてもよいし、あらかじめボビン状に巻き取っておき、これをステーターコア４２の外周に嵌め込む構造となっていてもよい。

アキシャルギャップモーター１は、図示しない通電回路を有し、各コイル４３は、この通電回路に接続されている。各コイル４３へは、所定の周期あるいは所定のパターンで通電される。各コイル４３へ例えば三相交流のような通電がなされると、前記電磁石から磁束が生じ、対向する永久磁石６に対し電磁力が作用する。この状態が周期的に繰り返されることにより、ローター３が回転軸Ｊまわりに回転する。

以上、ステーター４について説明したが、ステーター４は、その全体が樹脂でモールドされていてもよい。このように、樹脂でモールドすることにより、バックヨーク４１とステーターコア４２とを互いに固定することができ、より安定したステーター４を得ることができる。

次に、ローター３の構成について詳細に説明する。
ローター３は、前述したように、その中央部に位置するハブ３１と、ハブ３１よりも外側に位置する環状のリム３２と、ハブ３１とリム３２とを繋ぐ連結部３３と、を有するローターサポート３０を備えている。

ハブ３１は、図１に示すように、回転軸Ｊに沿って、上面３１１ａと下面３１１ｂとの間を貫通する貫通孔３１１を有している。貫通孔３１１には、シャフト２が、例えば圧入等により固定されている。これにより、シャフト２とローター３とが固定されている。また、回転軸Ｊに沿ったハブ３１の長さ、つまりハブ３１の軸方向Ａにおける長さは、リム３２や連結部３３の軸方向Ａにおける長さよりも長くなっている。これにより、ハブ３１は、シャフト２との接触面積をより広く確保し、固定の強度を高めている。ただし、シャフト２とローター３との固定方法は、特に限定されず、ハブ３１の形状等も上記に限定されない。

リム３２は、図３に示すように、回転軸Ｊ上に中心を持つ円環状をなしており、周方向Ｃに沿って等間隔に設けられた複数の貫通孔３２１を有している。貫通孔３２１は、回転軸Ｊに沿って、リム３２の上面３２１ａと下面３２１ｂとの間を貫通している。貫通孔３２１には、それぞれ永久磁石６が挿入されている。永久磁石６の数は、アキシャルギャップモーター１の相数と極数とにより定められ、例えば、本実施形態では２４個である。なお、永久磁石６としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等が挙げられるが、これらには限定されない。

連結部３３は、図３に示すように、径方向Ｒに沿って延在する複数の梁３３１を備えている。複数の梁３３１は、回転軸Ｊを中心にして径方向Ｒに沿って放射状に延びるとともに、ハブ３１とリム３２との間を連結している。つまり、連結部３３は、ハブ３１から放射状に延びる複数の梁３３１を含む。これにより、複数の梁３３１は、周方向Ｃに沿って等間隔に配置されることになる。また、梁３３１同士の間には、空隙３３２が形成される。このような梁３３１および空隙３３２を有することにより、ローター３の剛性を著しく損なうことなく、軽量化を図ることができる。

なお、梁３３１の延在パターンは、放射状に限定されない。例えば、梁３３１同士が交差して格子状になっていてもよいし、空隙３３２の平面視形状が六角形等の多角形をなすように、梁３３１がハニカム構造をなしていてもよい。

各梁３３１の平面視形状は、特に限定されないが、図３では、線状をなしている。そして、梁３３１は、線状に延びる梁３３１の幅、すなわち、梁３３１の、回転軸Ｊおよび梁３３１が延びる軸（径方向Ｒ）の双方に直交する方向（周方向Ｃ）の長さが、徐々に変化している部分を含んでいる。具体的には、梁３３１は、幅が互いに異なっている第１部分３３１１および第２部分３３１２を含んでおり、第１部分３３１１の幅は第２部分３３１２に比べて広くなっている。このような梁３３１は、図３に示すように、第１部分３３１１をハブ３１との接続部に設けることにより、接続部に応力が集中した場合でも、梁３３１がより変形しにくくなる。これにより、ローター３における振動や騒音の発生をより確実に抑えることができる。そして、応力が相対的に集中しにくい第２部分３３１２では、その幅を狭くすることによって、ローター３のさらなる軽量化を図ることができる。なお、梁３３１の平面視形状は、線状に限定されず、いかなる形状であってもよい。

ローター３は、図１、図２および図４に示すように、ローターサポート３０の上側に設けられた補強部材９１と、ローターサポート３０の下側に設けられた補強部材９２と、を備えている。

補強部材９１、９２は、それぞれ平面視形状が円環状をなす板状の部材である。このうち、補強部材９１は、リム３２の上面３２１ａおよび連結部３３の上面３３１ａに接するように設けられている。また、補強部材９２は、リム３２の下面３２１ｂおよび連結部３３の下面３３１ｂに接するように設けられている。これにより、２枚の補強部材９１、９２の間にローターサポート３０が挟まれた状態になっている。

このような補強部材９１、９２を設けることにより、ローターサポート３０を補強して、曲げ変形やねじり変形が発生するのを抑制する。曲げ変形の例としては、例えば、図４に矢印Ｔ１で示すような、軸方向Ａに沿った曲げ変形、図４に矢印Ｔ２で示すような、周方向Ｃに沿った曲げ変形等が挙げられる。ねじり変形の例としては、例えば、図４に矢印Ｔ３で示すような、径方向Ｒに延在する軸まわりのねじり変形が挙げられる。補強部材９１、９２を設けることにより、これらの変形を抑制することができる。

また、補強部材９１、９２の構成材料として、特に限定されないが、ローターサポート３０の構成材料よりもヤング率の高い材料が好ましく用いられる。このような材料を用いることにより、ローター３の軽量化を図りつつ、軽量化に伴う機械的強度の低下を抑制することができる。その結果、軽量化と低変形性とを両立したローター３を実現することができる。

また、アキシャルギャップモーター１では、永久磁石６とステーター４、５との相互作用によって大きなトルクが発生する。このトルクは、周期的に変動することがあり、その場合には、ローター３に振動が発生し、それに伴って騒音も発生する。これに対し、補強部材９１、９２を設けることにより、ローターサポート３０の変形を抑えることができる。ローターサポート３０の変形が抑えられることにより、ローター３の回転時に生じる振動や騒音を抑制することができる。

ローターサポート３０の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金等の金属材料が挙げられる。また、ローターサポート３０の構成材料は、非磁性材料であるのが好ましい。これにより、ローターサポート３０が永久磁石６やコイル４３による磁束に影響を与えにくくなり、トルクの低下等の問題が発生しにくくなる。非磁性材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼等が挙げられる。

また、補強部材９１は、その中心部に貫通孔９１１を有し、補強部材９２は、その中心部に貫通孔９２１を有している。貫通孔９１１、９２１には、それぞれローターサポート３０のハブ３１が挿入されている。

補強部材９１、９２の構成材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、炭素繊維、ガラス繊維、樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上の複合材料が挙げられる。

また、補強部材９１、９２は、電磁鋼板を含んでいるのが好ましい。電磁鋼板は、比較的ヤング率が高いため、ローターサポート３０の剛性が低い場合でも、ローターサポート３０に剛性を付与する。これにより、ローターサポート３０の変形を特に抑制することができる。さらに、電磁鋼板は、軟磁性材料であるため、周方向Ｃに沿ってＮ極磁石とＳ極磁石とが交互に並ぶことによるトルクの変動、特にコギングトルクを緩和し、前述したローター３の振動や、振動に伴う騒音の発生を抑制する。

なお、補強部材９１、９２は、電磁鋼板以外の磁性材料を含んでいてもよい。この場合でも、上記と同様の効果が得られる。電磁鋼板以外の磁性材料としては、例えば、アモルファス金属、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、純鉄等の軟磁性材料が挙げられる。

補強部材９１、９２の平均厚さは、特に限定されないが、０．１０ｍｍ以上１．５０ｍｍ以下であるのが好ましく、０．２０ｍｍ以上１．００ｍｍ以下であるのがより好ましい。このような補強部材９１、９２は、ローター３の厚さが増加するのを抑えつつ、ローターサポート３０に対して十分な補強効果を付与する。このため、ローター３の軽量化および大型化を避けつつ、振動や騒音の少ないローター３を実現することができる。

補強部材９１、９２は、いかなる方法でローターサポート３０に固定されていてもよい。固定方法としては、例えば、接着剤、接合金属、溶接等が挙げられるが、接着剤が好ましく用いられる。接着剤を用いることにより、ローターサポート３０と補強部材９１、９２との間だけでなく、永久磁石６と補強部材９１、９２との間も接着することができる。その結果、補強部材９１、９２により、ローター３を一体化することができ、ローター３の変形を特に小さく抑えることができる。

回転軸Ｊに沿った永久磁石６の長さ、つまり永久磁石６の厚さは、回転軸Ｊに沿った貫通孔３２１の長さ、つまり貫通孔３２１の厚さとほぼ等しくなっている。また、永久磁石６の平面視形状は、貫通孔３２１の平面視形状とほぼ等しくなっている。これにより、永久磁石６は、貫通孔３２１をほぼ隙間なく充填している。また、永久磁石６の上面を、リム３２の上面３２１ａと揃えることができるので、補強部材９１をリム３２と永久磁石６の双方に接着することが可能になる。同様に、永久磁石６の下面を、リム３２の下面３２１ｂと揃えることができるので、補強部材９２をリム３２と永久磁石６の双方に接着することが可能になる。その結果、ローター３を特に一体化することが可能になる。

なお、補強部材９１は、連結部３３の上面３３１ａ（第１面）に接している。同様に、補強部材９２は、連結部３３の下面３３１ｂ（第２面）に接している。つまり、補強部材９１、９２は、連結部３３の、回転軸Ｊの一端側（上端側）に臨む上面３３１ａおよび回転軸Ｊの他端側（下端側）に臨む下面３３１ｂの双方に設けられている。これにより、変形しやすい梁３３１を含む連結部３３の変形を抑制し、振動や騒音の発生を抑制することができる。また、連結部３３が梁３３１を有する構成の場合、ローター３の回転に伴って風損が発生しやすくなるが、補強部材９１、９２によって連結部３３が覆われることにより、かかる風損の低減にも寄与する。なお、本明細書において「接している」とは、直接、または、接着剤等の介在物を介して間接的に接している状態を指す。

また、補強部材９１、９２は、それぞれ前述したように板状をなしており、かつ、梁３３１同士を繋いでいる。これにより、梁３３１同士を一体化することができるため、梁３３１同士の間に空隙３３２を設けた状態でも連結部３３を十分に補強することができる。その結果、軽量化と低変形性とを両立させることができる。

連結部３３は、前述したように、梁３３１同士の間に位置する空隙３３２を有している。このような梁３３１および空隙３３２を有することにより、ローター３の軽量化を図ることができる。

なお、空隙３３２は、有底の凹部で代替されてもよい。その場合、その凹部は、上面３３１ａに開口していてもよいし、下面３３１ｂに開口していてもよい。その場合でも、ローター３の軽量化を図ることができる。

また、空隙３３２には、必要に応じて、空隙３３２の少なくとも一部に充填材が収容されていてもよい。充填材としては、例えば、接着剤、樹脂モールド材、樹脂フォーム、発泡材等が挙げられる。充填材を設けることにより、軽量化を大きく損なうことなく、ローター３をより補強することができ、低変形性を高めることができる。

また、図１および図２に示す補強部材９１、９２は、連結部３３だけでなく、リム３２にも設けられている。つまり、補強部材９１、９２は、連結部３３からリム３２にかけて設けられている。具体的には、補強部材９１は、リム３２の上面３２１ａに接している。同様に、補強部材９２は、リム３２の下面３２１ｂに接している。これにより、磁力によって変形しやすいリム３２をより強固に補強することができる。その結果、連結部３３およびリム３２の変形に伴うローター３の振動や騒音の発生を抑制することができる。なお、本実施形態では、前述したように、補強部材９１、９２が、リム３２だけでなく、永久磁石６にも接している。これにより、リム３２の変形を特に小さく抑えることができる。

この場合、補強部材９１は、永久磁石６とステーター５との間に設けられる。同様に、補強部材９２は、永久磁石６とステーター４との間に設けられる。このように配置した場合、補強部材９１、９２が磁性体である場合には、コギングトルクを緩和することができ、ローター３における振動や騒音の発生を抑制することができる。

さらに、図１および図２に示す補強部材９１、９２は、ハブ３１にも設けられている。具体的には、補強部材９１は、ハブ３１の上面３１１ａに接している。同様に、補強部材９２は、ハブ３１の下面３１１ｂに接している。これにより、補強部材９１、９２は、ハブ３１から連結部３３を経てリム３２まで跨るように配置される。その結果、ローター３のほぼ全体を一体化することができ、ローター３の変形を特に小さく抑えることができる。

以上のように、本実施形態に係るアキシャルギャップモーター１は、シャフト２と、ローター３と、ステーター４、５と、を備えている。シャフト２は、回転軸Ｊに沿って延在している。ローター３は、ハブ３１、環状のリム３２、ハブ３１とリム３２とを繋ぐ連結部３３、および、リム３２に保持されている永久磁石６、を有し、シャフト２とともに回転軸Ｊまわりに回転する。ステーター４、５は、それぞれローター３に対し、回転軸Ｊと平行な軸方向Ａにギャップを隔てて配置されている。そして、ローター３の連結部３３に補強部材９１、９２が設けられている。

このようなアキシャルギャップモーター１では、補強部材９１、９２を設けることにより、連結部３３の変形を抑えることができ、その結果、ローターサポート３０の変形を抑えることができる。そして、ローターサポート３０の変形が抑えられることにより、ローター３の回転時に生じる振動や騒音を抑制することができる。

２．第１変形例
図５は、図４のローター３の第１変形例を示す断面図である。なお、図５では、図４と同じ部位の断面を示している。

図４に示すローター３では、梁３３１の断面は中実になっている。これに対し、図５に示す梁３３１Ａは、断面が中空になっている。つまり、図５に示す梁３３１Ａは、径方向Ｒに沿って延在し、かつ、梁３３１Ａの側面には露出していない中空部３３３を梁３３１Ａの内部に有している。このような梁３３１Ａは、曲げ強度を大きく損なうことなく、軽量化を図ることができる。その結果、振動や騒音の発生を抑えつつ、より軽量化が図られたローター３Ａを実現することができる。
以上のような第１変形例においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

３．第２変形例
図６は、図４のローター３の第２変形例を示す断面図である。なお、図６では、図４と同じ部位の断面を示している。

図６に示すローター３Ｂでは、連結部３３Ｂの梁３３１Ｂが、その上面３３１ａに開口する凹部３３４ａおよび下面３３１ｂに開口する凹部３３４ｂを有している。このような梁３３１Ｂは、曲げ強度を大きく損なうことなく、軽量化を図ることができる。その結果、振動や騒音の発生を抑えつつ、より軽量化が図られたローター３Ｂを実現することができる。なお、凹部３３４ａ、３３４ｂのいずれか一方は、省略されていてもよい。
以上のような第２変形例においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

４．第３変形例
図７は、図４のローター３の第３変形例を示す断面図である。なお、図７では、図４と同じ部位の断面を示している。

図７に示すローター３Ｃでは、梁３３１Ｃが、その側面３３１ｄに開口する凹部３３５を有している。このような梁３３１Ｃは、曲げ強度を大きく損なうことなく、軽量化を図ることができる。その結果、振動や騒音の発生を抑えつつ、より軽量化が図られたローター３Ｃを実現することができる。
以上のような第３変形例においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

５．第２実施形態
図８は、第２実施形態に係るアキシャルギャップモーターの概略構成を示す縦断面図である。

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図８では、第１実施形態と同様の構成について、同一の符号を付している。

第２実施形態では、ローター３およびステーター５の構成が異なる以外、第１実施形態と同様である。

前述した第１実施形態に係るステーター５は、ステーターコア５２およびコイル５３を備えている。これに対し、本実施形態に係るステーター５Ｄでは、ステーターコア５２およびコイル５３が省略されている。したがって、本実施形態に係るアキシャルギャップモーター１Ｄは、シングルステーター構造を有している。

また、前述した第１実施形態に係るローター３では、ローターサポート３０を上下から挟むように、補強部材９１、９２が設けられている。これに対し、本実施形態に係るローター３Ｄでは、補強部材９２が省略されている。このようにして、本実施形態では、補強部材９１、９２のうちの一方を省略することにより、ローター３Ｄの軽量化を図ることができる。また、本実施形態に係るステーター４には、ステーターコア４２およびコイル４３が設けられているが、ローターサポート３０において、ステーターコア４２やコイル４３とは反対側の面、すなわちローターサポート３０の上面に位置する補強部材９１を設けることにより、換言すれば、補強部材９２のみを省略することにより、ローター３Ｄの軽量化を図りつつ、ローター３Ｄを十分に補強することができる。

このような効果は、次のような理由で得られる。ステーターコア４２およびコイル４３は、磁力によってローター３Ｄの永久磁石６を吸引するため、ローターサポート３０が図８の下方に曲げられやすい。これに対し、ローターサポート３０の上面に補強部材９１を設けることにより、補強部材９１には、その面内で引っ張られる張力が加わる。補強部材９１では、張力に対する十分な耐力を有している。このため、ローターサポート３０の変形を十分に抑制することができる。

したがって、前述した第１実施形態および本実施形態の双方を踏まえると、補強部材９１、９２は、連結部３３の、回転軸Ｊの一端側に臨む上面３３１ａ（第１面）および回転軸Ｊの他端側に臨む下面３３１ｂ（第２面）の少なくとも一方に設けられている。これにより、変形しやすい梁３３１を含む連結部３３の変形を抑制し、振動や騒音の発生を抑制する。

また、本実施形態に係るローター３Ｄでは、補強部材９１の外径が小さくなっている。そして、補強部材９１は、永久磁石６よりもシャフト２側に設けられている。これにより、補強部材９１の面積を小さくすることができ、軽量化および低コスト化を図ることができる。また、永久磁石６は、それ自身が十分な剛性を有しており、ローターサポート３０の変形を抑制する補強体として機能する。このため、補強部材９１によって永久磁石６を覆わなくても、ローター３Ｄの変形を十分に抑制することができる。

なお、補強部材９１の大きさは、上記の大きさに限定されず、永久磁石６の全部または一部を覆う大きさであってもよい。また、補強部材９２を省略することなく設けるようにしてもよい。その場合も、永久磁石６を避けるように設けるようにしてもよいし、永久磁石６を覆うように設けるようにしてもよい。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

６．構造解析
ここで、ローターの構成の違いによる変形量の差を評価するため、構造解析によるシミュレーション結果について説明する。

シミュレーションでは、図２に示すローター３、図９に示すローター３Ｙ、および、図１０に示すローター３Ｚについて、並進力や回転力（トルク）を加えた場合の変位量を比較した。シミュレーション結果を以下の表１に示す。

図９は、従来例であるローター３Ｙおよびシャフト２を示す分解斜視図である。図１０は、従来例であるローター３Ｚおよびシャフト２を示す分解斜視図である。

図９に示すローター３Ｙは、連結部３３Ｙが備える空隙３３２Ｙの平面視形状が、図２に示すローター３の連結部３３が備える空隙３３２の平面視形状と異なる。また、図９に示す補強部材９１Ｙ、９２Ｙは、それぞれ、ローター３Ｙのリム３２Ｙのみに設けられている。

図１０に示すローター３Ｚは、連結部３３Ｚが備える空隙３３２Ｚの平面視形状が、図２に示すローター３の連結部３３が備える空隙３３２の平面視形状と同じである。一方、連結部３３Ｚの厚さは、図２に示すローター３の連結部３３の厚さより厚くなっている。また、図１０に示す補強部材９１Ｚ、９２Ｚは、それぞれ、ローター３Ｚのリム３２Ｚのみに設けられている。

なお、表１の「重量」は、ローター３、３Ｙ、３Ｚの各重量である。また、表１の「変位量（１）」は、軸方向Ａに沿って永久磁石６の全体に１００Ｎの並進力を加えたときの、永久磁石６の軸方向Ａに沿った変位量である。さらに、表１の「変位量（２）」は、周方向Ｃに沿って永久磁石６の全体に６Ｎ・ｍの回転力を加えたときの、永久磁石６の周方向Ｃに沿った変位量である。

表１に示すように、実施例に相当する図２に示すローター３は、比較例に相当する図９に示すローター３Ｙや図１０に示すローター３Ｚに比べて、軽量化が図られている。

その一方、シミュレーションの結果、ローター３の変位量（１）は、それよりも重量が重いローター３Ｙの変位量（１）やローター３Ｚの変位量（１）と比べても、十分に小さく抑えられている。また、ローター３の変位量（２）も、ローター３Ｙの変位量（２）やローター３Ｚの変位量（２）に比べて小さく抑えられている。

この結果から、連結部３３に補強部材９１、９２を設けることにより、軽量化を図りつつ、変位量（１）および変位量（２）を十分に小さく抑えられることが明らかとなった。

特に、図９に示すローター３Ｙは、連結部３３Ｙにおける空隙３３２Ｙの面積比が小さいため、連結部３３Ｙ単体では、図２に示す連結部３３よりも剛性が高くなることが期待されるが、図２に示すローター３は、連結部３３が補強部材９１、９２による補強作用の十分な恩恵を受けることによって、ローター３Ｙと同等以上の剛性を有していることが認められた。

同様に、図１０に示すローター３Ｚは、連結部３３Ｚの厚さが厚くなっているため、連結部３３Ｚ単体では、図２に示す連結部３３よりも剛性が高くなることが期待されるが、図２に示すローター３は、連結部３３が補強部材９１、９２による補強作用の十分な恩恵を受けることによって、ローター３Ｚと同等以上の剛性を有していることが認められた。

したがって、補強部材９１、９２は、少なくとも連結部３３に設けることが有効であると認められた。なお、補強部材９１、９２を連結部３３に設ける限り、連結部３３に、連結部３３Ｙのような円形状の空隙３３２Ｙを設けてもよく、連結部３３を、連結部３３Ｚのようなリム３２Ｚより厚い形状としてもよい。

なお、表１には示していないが、図８に示すローター３Ｄについても、比較例に比べて、変位量（１）および変位量（２）を小さく抑えられることが認められた。

以上、本発明のアキシャルギャップモーターを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した変形例や実施形態を適宜組み合わせてもよい。また、シャフトを固定し、ローターとステーターとの配置を逆にして、シャフトまわりにローターが回転する形態とすることもできる。

１…アキシャルギャップモーター、１Ｄ…アキシャルギャップモーター、２…シャフト、３…ローター、３Ａ…ローター、３Ｂ…ローター、３Ｃ…ローター、３Ｄ…ローター、３Ｙ…ローター、３Ｚ…ローター、４…ステーター、５…ステーター、５Ｄ…ステーター、６…永久磁石、８…側面ケース、１０…モーターケース、３０…ローターサポート、３１…ハブ、３２…リム、３２Ｙ…リム、３２Ｚ…リム、３３…連結部、３３Ｂ…連結部、３３Ｙ…連結部、３３Ｚ…連結部、４１…バックヨーク、４２…ステーターコア、４３…コイル、５１…バックヨーク、５２…ステーターコア、５３…コイル、７１…軸受け、７２…軸受け、９１…補強部材、９１Ｙ…補強部材、９１Ｚ…補強部材、９２…補強部材、９２Ｙ…補強部材、９２Ｚ…補強部材、３１１…貫通孔、３１１ａ…上面、３１１ｂ…下面、３２１…貫通孔、３２１ａ…上面、３２１ｂ…下面、３３１…梁、３３１Ａ…梁、３３１Ｂ…梁、３３１Ｃ…梁、３３１ａ…上面、３３１ｂ…下面、３３１ｄ…側面、３３２…空隙、３３２Ｙ…空隙、３３２Ｚ…空隙、３３３…中空部、３３４ａ…凹部、３３４ｂ…凹部、３３５…凹部、９１１…貫通孔、９２１…貫通孔、３３１１…第１部分、３３１２…第２部分、Ａ…軸方向、Ｃ…周方向、Ｊ…回転軸、Ｒ…径方向、Ｔ１…矢印、Ｔ２…矢印、Ｔ３…矢印

Claims (10)

1. 回転軸に沿って延在するシャフトと、
   ハブ、環状のリム、前記ハブと前記リムとを繋ぐ連結部、および、前記リムに保持されている磁石、を有し、前記シャフトとともに前記回転軸まわりに回転するローターと、
   前記ローターに対し、前記回転軸と平行な軸方向にギャップを隔てて配置されるステーターと、
   を備え、
   前記連結部に補強部材が設けられていることを特徴とするアキシャルギャップモーター。
2. 前記補強部材は、前記連結部から前記リムにかけて設けられている請求項１に記載のアキシャルギャップモーター。
3. 前記補強部材は、前記磁石と前記ステーターとの間に設けられている請求項１または２に記載のアキシャルギャップモーター。
4. 前記補強部材は、前記磁石よりも前記シャフト側に設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモーター。
5. 前記補強部材は、電磁鋼板を含んでいる請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモーター。
6. 前記補強部材は、前記連結部の、前記回転軸の一端側に臨む第１面および前記回転軸の他端側に臨む第２面の少なくとも一方に設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモーター。
7. 前記連結部は、前記第１面または前記第２面に開口する凹部を有する請求項６に記載のアキシャルギャップモーター。
8. 前記連結部は、前記ハブから放射状に延びる複数の梁を含む請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアキシャルギャップモーター。
9. 前記補強部材は、板状をなし、前記梁同士を繋いでいる請求項８に記載のアキシャルギャップモーター。
10. 前記連結部は、前記回転軸および前記梁が延びる軸の双方に直交する方向の長さが、互いに異なっている第１部分および第２部分を含んでいる請求項８または９に記載のアキシャルギャップモーター。

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