JP2022024534A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータを効率良く冷却し、高出力高密度の要求に応えることが可能なアキシャルギャップ型のモータを提供する。【解決手段】回転軸２周りに隣接する磁石３１同士の間に、磁石３１のうちギャップＳ１に臨むギャップ対向面３１ａを基準としてステータ４側に突出する凸部６１Ｔ,６１Ｕを形成し、ロータ３の回転によって回転軸２の周囲から少なくともギャップＳ１内に流入した空気を周方向に隣り合う凸部６１Ｔ同士及び凸部６１Ｕ同士の間において露出するギャップ対向面３１ａに沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるギャップ冷却流路Ｒ１を備えた構成にした。【選択図】図５

Description

本発明は、ステータとロータが回転軸の軸方向にギャップを介して配置されるアキシャルギャップ型モータに関するものである。

従来より、コイルが設けられたステータと、磁石（永久磁石）が設けられているロータとが回転軸の軸方向に沿ってギャップを介して設置されているアキシャルギャップ型モータが知られている。

例えば、下記特許文献１には、アキシャルギャップ型回転機の冷却性能を十分に向上させるために、冷却風を生ずるブレードを設けた構成が開示されている。具体的には、ロータにブレードを取り付けて、ロータの回転によって冷却風が生じるように構成し、この冷却風がロータとステータとのギャップにおいて回転軸の径方向内側から外側に流れる気流を形成している。

同特許文献には、ロータに対するブレードを取付箇所として、ロータの内周面であってステータとのギャップよりも径方向内側の箇所と、ロータの外周面を覆う位置に設けられる環状のガイドであってステータとのギャップよりも径方向外側の箇所が挙げられている。

特開２０１５－４７０３４号公報

なお、上記特許文献には、ロータを構成する磁石のうちステータに対面する面（ギャップに臨む面）に所定の高さを有するブレードを取り付ける構成も開示されている。具体的には、回転軸周りに所定の曲線形状に設定されたブレードを回転方向に隣り合う複数の磁石に跨がった状態で取り付けた構成が開示されている。このような構成であれば、ギャップを流れる冷却風の量を増やすことができるものの、複数の磁石に跨がった状態で取り付ける作業が面倒である。

本発明は、このような点に着目してなされたものであって、主たる目的は、ロータを効率良く冷却し、高出力高密度の要求に応えることが可能なアキシャルギャップ型のモータを提供することにある。

すなわち本発明は、回転軸周りに複数の磁石が環状に配置されたロータと、コイルが設けられているステータとを回転軸の軸方向にギャップを介して配置しているアキシャルギャップ型のモータに関する。

そして、本発明に係るアキシャルギャップ型モータは、回転軸周り（周方向）に隣接する磁石同士の間に、磁石のうちギャップに臨むギャップ対向面を基準としてステータから離間する方向に凹没する凹部またはステータ側に突出する凸部を形成する凹凸形成部を設定し、ロータの回転によって回転軸の周囲から少なくともギャップ内に流入した空気を周方向に隣り合う凹部同士の間に露出するギャップ対向面または凸部同士の間に露出するギャップ対向面に沿って径方向内側から外側に向かう冷却風として流通させるギャップ冷却流路を備えていることを特徴としている。

このような本発明に係るアキシャルギャップ型モータであれば、回転軸周り（周方向）に隣接する磁石同士の間に凹凸形成部を設け、各磁石のギャップ対向面が周方向において凹部同士または凸部同士に区画された状態でギャップに露出する面になるように設定し、このような凹部同士または凸部同士に周方向に挟まれたギャップ対向面に区画されるギャップ冷却流路に冷却風が流れるように構成しているため、ロータの回転時に、周方向において凹部同士または凸部同士に挟まれていないフラットなロータのギャップ対向面とステータの空隙である従来のギャップを冷却風が流れる構成では奏し得ない遠心ファン効果によって、ギャップ冷却流路の径方向内側から径方向外側へと大量の冷却風が流動する径方向気流が発生し、ギャップに臨むロータ及びステータからの発熱を効率良く放熱してロータ及びステータを冷却することができる。特に、本発明に係るアキシャルギャップ型モータであれば、上述のブレードを複数の磁石に跨がった状態で取り付ける構成と比較して、特殊形状を有するブレードが不要であり、磁石に対するブレードの煩雑な取付処理も要求されない。

アキシャルギャップ型モータとして、回転軸周りにロータを構成する複数の磁石を環状に保持する保持部材（リブとしても機能する部材）を備えているものがある。なお、保持部材はロータの構成部品として捉えることもできる一方、ロータとは別のモータ構成部品として捉えることもできる。本発明者は、このような保持部材を利用して本発明における凹凸形成部を実現する斬新な構成を着想するに至った。

すなわち、本発明に係るアキシャルギャップ型モータが、少なくとも隣接する磁石同士の間に配置されるスペーサを有し且つ隣接する磁石同士の相対位置を位置決めした状態で磁石を保持する保持部材を備えたものであれば、この保持部材のスペーサを磁石のギャップ対向面に対して凹部または凸部となる状態で配置することで、ブレードのような専用品を用いたり、わざわざ取り付けることなく、スペーサを凹凸形成部として機能させることができ、部品点数の増加を招来することなく、遠心ファン効果を奏し、ギャップ冷却流路に冷却風を径方向内側から外側に向かって効率良く流通させて、ロータ及びステータに発生した熱量を奪い去り、冷却することができる。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータにおいて、保持部材が、磁石を上下方向から挟む上側保持部材と下側保持部材で構成されたものである場合には、上側保持部材及び下側保持部材のスペーサである上側スペーサ及び下側スペーサをそれぞれギャップ対向面に対して凸部となる状態で配置することで、各磁石のギャップ対向面を周方向に隣り合う凸部同士に区画された面に設定することができ、このようなギャップ対向面が臨むギャップにロータの回転時に遠心ファン効果で冷却風の気流を形成することができる。

特に、本発明において、保持部材が、磁石を上下方向から挟む上側保持部材と下側保持部材で構成されたものである場合には、周方向に隣接する磁石同士の間に上側スペーサと下側スペーサによって区画され且つ径方向に延伸するロータ内部空間を形成することができ、ロータの回転によって回転軸の周囲から少なくともロータ内部空間内に流入した空気をロータ内部空間に沿って径方向内側から外側に向かう冷却風として流通させるロータ内部空間冷却流路を備えた構成にすることができる。このような構成であれば、ギャップに加えてロータ内部も好適に冷却することができ、冷却性能をさらに向上させることができる。

また、本発明に係るアキシャルギャップ型モータにおいて、保持部材が、周方向に隣接する磁石同士の高さ方向中央部に配置されるスペーサである中央スペーサを有するものである場合には、中央スペーサをギャップ対向面に対して凹部となる状態で配置することで、各磁石のギャップ対向面を周方向に隣り合う凹部部同士に区画された面に設定することができ、このようなギャップ対向面が臨むギャップにロータの回転時に遠心ファン効果で冷却風の気流を形成することができる。

さらに、本発明において、保持部材が中央スペーサを有するものである場合には、周方向に隣接する磁石同士の間に中央スペーサによって高さ方向に二分され且つそれぞれ径方向に延伸するロータ内部空間を形成することができ、ロータの回転によって回転軸の周囲から少なくともロータ内部空間内に流入した空気をロータ内部空間に沿って径方向内側から外側に向かう冷却風として流通させるロータ内部空間冷却流路を備えた構成にすることができる。このような構成であれば、ギャップに加えて高さ方向に二分されるロータ内部にも好適に冷却風を流通させることができ、冷却性能の向上に貢献する。

本発明で用いる保持部材が、磁石を回転軸から径方向に所定寸法離間させた位置に保持するものである場合には、保持部材のうち磁石よりも径方向において回転軸に近い部分に軸方向に貫通する貫通孔を形成することで、保持部材自体の軽量化を図ることができるとともに以下のような作用効果を奏する。つまり、保持部材が磁石を上下方向から挟む上側保持部材と下側保持部材で構成されたものである場合には、各保持部材に形成した貫通孔を通じて回転軸の周囲の空気をギャップ冷却流路にスムーズに流入させることができる。一方、保持部材が中央スペーサを有するものである場合には、隣接する磁石同士の間に形成される中央スペーサによって高さ方向に分断された２つのロータ内部空間冷却流路のうち一方のロータ内部空間冷却流路への空気供給口（吸気口）が塞がるアクシデントが生じても、他方のロータ内部空間冷却流路への空気供給口（吸気口）が塞がっていなければ、当該吸気口から吸い込んだ空気を貫通孔を経由して一方のロータ内部空間冷却流路へ供給することができる。

本発明によれば、隣接する磁石同士の間に、ギャップ対向面を基準としてステータから離間する方向に凹没する凹部またはステータ側に突出する凸部を形成する凹凸形成部を設定して、ロータの回転時に遠心ファン効果によりギャップに流れる冷却風の風量が増加し、冷却効果を高めることが可能なアキシャルギャップ型モータを提供できる。

本発明の一実施形態（第１実施形態）に係るアキシャルギャップ型モータの模式図。 同実施形態におけるロータを回転軸周りに設けた状態を示す斜視図。 図２を一部断面にして示す図。 同実施形態におけるロータを回転軸周りに設けた状態を示す図。 同実施形態に係るモータにおける冷却風の流れを図１に対応して示す図。 本発明の他の実施形態（第２実施形態）に係るアキシャルギャップ型モータの模式図。 同実施形態におけるロータを回転軸周りに設けた状態を示す斜視図。 図７を一部断面にして示す図。 同実施形態におけるロータを回転軸周りに設けた状態を示す図。 同実施形態に係るモータにおける冷却風の流れを図１に対応して示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

〈第１実施形態〉
本実施形態に係るモータ１は、図１に示すように、回転軸２と、回転軸２周りに配置されたロータ３と、ロータ３との間に回転軸２の軸方向Ｄ１（高さ方向Ｄ１）にギャップＳ１（エアギャップとも称される）を介して配置されたステータ４とを備えたアキシャルギャップ型のモータである。本実施形態では、共通のハウジング５の内部空間にロータ３及びステータ４を設けている。また、本実施形態の回転軸２は、中空円筒状のものを適用し、図示しない軸受に回転自在に支持されている。

ロータ３は、図２乃至図４に示すように、部分円環状の磁石３１（永久磁石）を周方向に複数並べて配置したものであり、磁石３１同士の相対位置を位置決めした状態で全ての磁石３１を保持する保持部材６と、環状に並ぶ磁石３１の外周面を覆う位置に設けたリングカバー７とを備えている。本実施形態では、３４個の磁石３１を周方向に並べて配置し、各磁石３１同士の間に保持部材６のスペーサ６１が介在するように設定している。各磁石３１のうちギャップＳ１に臨むギャップ対向面３１ａはフラットな面である。なお、図２はロータ３を回転軸２周りに設けた状態を示す斜視図であり、図３は図２を一部断面にして示す図であり、図４（ａ），（ｂ）は同実施形態におけるロータ３を回転軸２周りに設けた状態の平面図、側面図である。

本実施形態の保持部材６は、磁石３１を上下方向Ｄ１から挟む上側保持部材６Ｔと下側保持部材６Ｕとを用いて構成している。本実施形態における上側保持部材６Ｔ及び下側保持部材６Ｕは相互に同一形状であり、相互に上下反転させた姿勢にすることで、上側保持部材６Ｔまたは下側保持部材６Ｕとして機能するものである。

上側保持部材６Ｔは、スペーサ６１である上側スペーサ６１Ｔを備え、この上側スペーサ６１Ｔがギャップ対向面３１ａを基準としてステータ４側に突出する凸部（上方に突出する凸部）となる状態で配置されたものである。上側スペーサ６１Ｔのうち、ギャップ対向面３１ａよりも上側の部分は、ギャップ対向面３１ａのうち径方向Ｄ２に延伸する縁部（ギャップ対向面３１ａの内周縁と外周縁とを結ぶ線分として特定可能な縁部）を上方から覆う上側鍔部６２Ｔとして機能する。具体的には、上側スペーサ６１Ｔとして、横断面Ｔ字状をなし、上端部側の上側鍔部６２Ｔと、上側鍔部６２Ｔの幅方向中央部から下方に所定距離突出する上側スペーサ本体６３Ｔとを有するものを適用している（図３参照）。

下側保持部材６Ｕは、スペーサ６１である下側スペーサ６１Ｕを備え、この下側スペーサ６１Ｕがギャップ対向面３１ａを基準としてステータ４側に突出する凸部（下方に突出する凸部）となる状態で配置されたものである。下側スペーサ６１Ｕのうち、ギャップ対向面３１ａよりも下側の部分は、ギャップ対向面３１ａのうち径方向Ｄ２に延伸する縁部を下方から覆う下側鍔部６２Ｕとして機能する。具体的には、下側スペーサ６１Ｕとして、横断面逆Ｔ字状をなし、下端部側の下側鍔部６２Ｕと、下側鍔部６２Ｕの幅方向中央部から上方に所定距離突出する下側スペーサ６３Ｕとを有するものを適用している（図３参照）。

これら上側保持部材６Ｔ及び下側保持部材６Ｕは、回転軸２の所定高さ位置に設けた取付部２１を上下方向Ｄ１から挟んだ状態で取り付けることで回転軸２と一体に回転可能になる。上側保持部材６Ｔ及び下側保持部材６Ｕは、磁石３１を回転軸２から径方向Ｄ２に所定寸法離間させた位置に保持するものであり、上側保持部材６Ｔ及び下側保持部材６Ｕのうち磁石３１よりも径方向Ｄ２において回転軸２に近い部分に軸方向Ｄ１に貫通する貫通孔６４を形成している。本実施形態では、各保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）にそれぞれ２０個の貫通孔６４を周方向に等ピッチで並ぶように形成している。なお、貫通孔６４の形成箇所は、各保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）のうち取付部２１に接触する部分よりも回転軸２から径方向Ｄ２外側の位置であって且つ上側スペーサ６１Ｔ及び下側スペーサ６１Ｕよりも径方向Ｄ２内側の位置である。

保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）によって平面視扇状の磁石３１を環状に複数並べて保持した状態で、磁石３１の外周面を覆う位置にリングカバー７を適宜の手段で取り付ける。リングカバー７の上向き面及び下向き面は、それぞれギャップ対向面３１ａに連続するフラットな面に設定されている。

このような磁石３１、保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）及びリングカバー７を一体的に組み付けたモータ１は、回転軸２と一体に回転可能であり、回転中に磁石３１同士の相対位置がずれたり、磁石３１が径方向Ｄ２外側に飛んでしまう事態が生じないものである。

そして、本実施形態に係るモータ１は、隣接する磁石３１同士の間に、上側スペーサ６１Ｔと下側スペーサ６１Ｕによって区画され且つ径方向Ｄ２に真っ直ぐ延伸するロータ内部空間Ｓ２を形成している。このロータ内部空間Ｓ２は、隣接する磁石３１同士の間において磁石３１の高さ方向Ｄ１中央部分に形成されることから、ロータ内部中央空間Ｓ２と捉えることができる。本実施形態では、回転軸２を中心として計３４本のロータ内部空間Ｓ２が放射状に延伸するレイアウトを採用している。ロータ内部空間Ｓ２の径方向Ｄ２内側は、回転軸２の周囲の空間であって上側保持部材６Ｔと下側保持部材６Ｕが軸方向Ｄ１に向き合う空間に連通している。また、リングカバー７のうち、ロータ内部空間Ｓ２に対応する箇所には径方向Ｄ２に貫通するカバー孔７１を形成している。これにより、ロータ内部空間Ｓ２の径方向Ｄ２外側は、ロータ３の外部空間に連通している。

本実施形態のモータ１は、軸方向Ｄ１においてロータ３を挟む位置にそれぞれステータ４を設けている（図１参照）。ステータ４は、図示しないコイルを有するものであり、ロータ３との間にギャップＳ１を形成する位置に設けられている。本実施形態では、ハウジング５にステータ４を収容するスペースを設けている。また、本実施形態のモータ１は、図示しない油冷回路によってステータ４を冷却可能に構成している。

本実施形態のモータ１は、ハウジング５のうち、ステータ４の収容スペースよりも回転軸２に近い位置に軸方向Ｄ１に貫通する吸気口５１を周方向に所定ピッチで複数形成している（図１参照）。また、ハウジング５のうち、外周面の所定箇所に、径方向Ｄ２に貫通する排気口５２を周方向に所定ピッチで複数形成している。特に、本実施形態では、径方向Ｄ２においてロータ内部空間Ｓ２に直線的に連通する位置に排気口５２を設けている。

以上の構成を有する本実施形態に係るモータ１は、図１及び図５に示すように、ロータ３の回転によってハウジング５の外部から吸気口５１を通じて回転軸２の周囲に空気が流れ、そこからギャップＳ１内に流入した空気を周方向に隣り合う凸部同士（上側スペーサ６１Ｔ同士、下側スペーサ６１Ｕ同士）の間に露出するギャップ対向面３１ａに沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるギャップ冷却流路Ｒ１を備えた構成になる。また、本実施形態に係るモータ１は、ロータ３の回転によってハウジング５の外部から吸気口５１を通じて回転軸２の周囲に流れた空気がさらに保持部材６の貫通孔６４を通じてロータ内部空間Ｓ２内に流入し、この流入した空気をロータ内部空間Ｓ２に沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるロータ内部空間冷却流路Ｒ２を備えた構成になる。本実施形態に係るモータ１は、ロータ３の回転によって遠心ファン効果を奏し、ギャップ冷却流路Ｒ１及びロータ内部空間冷却流路Ｒ２に高風量の冷却風を流通させることができ、優れた冷却効果を発揮する。ギャップ冷却流路Ｒ１を通過した冷却風及びロータ内部空間冷却流路Ｒ２を通過した冷却風は、排気口５２を通じてハウジング５の外部に放出される。図５では冷却風の流れを相対的に太い線で模式的に示している。

このように、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１によれば、回転軸２周り（周方向）に隣接する磁石３１同士の間に、磁石３１のうちギャップＳ１に臨むギャップ対向面３１ａを基準としてステータ４側に突出する凸部（上側スペーサ６１Ｔ、下側スペーサ６１Ｕ）を形成し、ロータ３の回転によって回転軸２の周囲から少なくともギャップＳ１内に流入した空気を周方向に隣り合う凸部同士（上側スペーサ６１Ｔ同士、下側スペーサ６１Ｕ同士）の間において露出するギャップ対向面３１ａに沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるギャップ冷却流路Ｒ１を備えているため、ロータ３の回転時に、周方向において凸部同士に挟まれていないフラットなロータのギャップ対向面とステータの空隙である従来のギャップを冷却風が流れる構成では奏し得ない遠心ファン効果によって、ギャップ冷却流路の径方向Ｄ２内側から径方向Ｄ２外側へと大量の冷却風が流動する気流が発生し、ギャップＳ１に臨むロータ３及びステータ４からの発熱を効率良く放熱してロータ３及びステータ４を冷却することができる。

特に、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１は、回転軸２周りに複数の磁石３１を環状に保持する保持部材６（リブとしても機能する部材）を用いて凸部を形成している。具体的には、ギャップ対向面３１ａを基準としてステータ４側に突出する凸部を形成する凹凸形成部を保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）によって実現し、保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）のスペーサ６１（上側スペーサ６１Ｔ、下側スペーサ６１Ｕ）によって凸部を形成しているため、ブレードのような専用品を用いることなく、遠心ファン効果を奏することができ、ギャップ冷却流路Ｒ１に冷却風を径方向Ｄ２内側から外側に向かって効率良く流通させて、ロータ３及びステータ４に発生した熱を奪って冷却することが可能である。

加えて、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１では、保持部材６として、磁石３１を上下方向Ｄ１から挟む上側保持部材６Ｔと下側保持部材６Ｕを適用し、上側保持部材６Ｔ及び下側保持部材６Ｕの上側スペーサ６１Ｔ及び下側スペーサ６１Ｕをそれぞれギャップ対向面３１ａに対して凸部となる状態で配置することで、簡単な構成でありながら各磁石３１のギャップ対向面３１ａを周方向に隣り合う凸部同士（上側スペーサ６１Ｔ同士、下側スペーサ６１Ｕ同士）に区画された面に設定することができ、このようなギャップ対向面３１ａが臨むギャップＳ１において径方向Ｄ２内側から外側に向かって流れる冷却風の気流を、ロータ３の回転時に遠心ファン効果で形成することができ、冷却風の風量が増加し、冷却効果を高めることができる。

さらに、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１によれば、周方向に隣接する磁石３１同士の間に上側スペーサ６１Ｔと下側スペーサ６１Ｕによって区画され且つ径方向Ｄ２に延伸するロータ内部空間Ｓ２（ロータ内部中央空間Ｓ２）を形成し、ロータ３の回転によって回転軸２の周囲からロータ内部空間Ｓ２内に流入した空気をロータ内部空間Ｓ２に沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるロータ内部空間冷却流路Ｒ２を備えているため、ギャップＳ１に加えてロータ３の内部も好適に冷却することができ、冷却性能をさらに向上させることができる。

また、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１では、保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）として、磁石３１を回転軸２から径方向Ｄ２に所定寸法離間させた位置に保持するものを適用し、保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）のうち磁石３１よりも径方向Ｄ２において回転軸２に近い部分に軸方向Ｄ１に貫通する貫通孔６４を形成しているため、保持部材６（上側保持部材６Ｔ、下側保持部材６Ｕ）自体の軽量化を図ることができるとともに、貫通孔６４を通じて回転軸２の周囲の空気をロータ内部空間冷却流路Ｒ２にスムーズに流入させることができる。

以上のように、本実施形態に係る構成を採用することによって、比較的簡単な構造でありながらモータ１の冷却性能、特にロータ３の冷却性能を向上させることができる。

〈第２実施形態〉
第２実施形態に係るモータ１は、図６に示すように、第１実施形態と同様に、ロータ３とステータ４とを回転軸２の軸方向Ｄ１にギャップＳ１を介して配置しているアキシャルギャップ型のモータであり、第１実施形態と比較して、適用する保持部材６が異なり、それに伴う変更点を中心に以下に説明する。なお、ステータ４、回転軸２、ハウジング５は第１実施形態と同様のものを適用することができるため、詳細な説明は省略する。また、各実施形態において相互に対応するパーツや部分には同じ符号を付している。

第２実施形態に係るモータ１では、図６乃至図９に示すように、ロータ３を構成する部分円環状の磁石３１（永久磁石）同士の相対位置を位置決めした状態で全ての磁石３１（図示例では３４個の磁石３１）を保持する保持部材６として、周方向に隣接する磁石３１同士の間であって且つ磁石３１の高さ方向Ｄ１中央部に配置されるスペーサ６１（中央スペーサ６１Ｃ）を有するものを適用している。そして、磁石３１のうちギャップＳ１に臨むフラットなギャップ対向面３１ａに対して中央スペーサ６１Ｃをステータ４から離間する方向に凹没する凹部となる状態で配置している。本実施形態における保持部材６は、横断面矩形状の中央スペーサ６１Ｃを有するものである。なお、図７はロータ３を回転軸２周りに設けた状態を示す斜視図であり、図８は図７を一部断面にして示す図であり、図９（ａ），（ｂ）は同実施形態におけるロータ３を回転軸２周りに設けた状態の平面図、側面図である。

保持部材６は、内周面近傍部位を回転軸２の所定高さ位置に設けた取付部２１に適宜の手段で取り付けることで回転軸２と一体に回転可能になる。本実施形態では円環状の台座である取付部２１に保持部材６の内周面近傍部分を載置した状態で、上方から押さえ板２２で押圧した状態で保持部材６を取付部２１に固定している。保持部材６は、磁石３１を回転軸２から径方向Ｄ２に所定寸法離間させた位置に保持するものであり、保持部材６のうち磁石３１よりも径方向Ｄ２において回転軸２に近い部分に軸方向Ｄ１に貫通する貫通孔６４を形成している。本実施形態では、保持部材６に２０個の貫通孔６４を周方向に等ピッチで並ぶように形成している。なお、貫通孔６４の形成箇所は、保持部材６のうち取付部２１に接触する部分よりも回転軸２から径方向Ｄ２外側の位置であって且つ中央スペーサ６１Ｃよりも径方向Ｄ２内側の位置である。

保持部材６によって平面視扇状の磁石３１を環状に複数並べて保持した状態で、磁石３１の外周面を覆う位置にリングカバー７を適宜の手段で取り付ける。リングカバー７の上向き面及び下向き面は、それぞれギャップ対向面３１ａに連続するフラットな面に設定され、中央スペーサ６１Ｃに対応する部分は中央スペーサ６１Ｃの上向き面及び下向き面に連続する位置まで凹状に凹ませたスリット７２を形成している。

そして、本実施形態に係るモータ１は、隣接する磁石３１同士の間に、中央スペーサ６１Ｃによって高さ方向Ｄ１に二分され且つそれぞれ径方向Ｄ２に真っ直ぐ延伸するロータ内部空間Ｓ２を形成している。この２段状のロータ内部空間Ｓ２は、隣接する磁石３１同士の間において磁石３１の高さ方向Ｄ１中央部分を除く箇所に形成されることから、相対的に上側のロータ内部空間Ｓ２をロータ内部上側空間Ｓ２Ｔと捉え、相対的に下側のロータ内部空間Ｓ２をロータ内部下側空間Ｓ２Ｕと捉えることができる。本実施形態では、平面視において、回転軸２を中心として計３４本のロータ内部空間Ｓ２が放射状に延伸するレイアウトを採用している。各ロータ内部空間Ｓ２が、高さ方向Ｄ１に２段状をなすロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ及びロータ内部下側空間Ｓ２Ｕを有するため、径方向Ｄ２に延伸するロータ内部空間Ｓ２の数は、３４の２倍、つまり６８になる。

ロータ内部空間Ｓ２の径方向Ｄ２内側は、回転軸２の周囲の空間に連通している。また、リングカバー７のうち、ロータ内部空間Ｓ２（ロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ、ロータ内部下側空間Ｓ２Ｕ）に対応する箇所には上述したように凹状に凹ませたスリット７２を形成している。これにより、ロータ内部空間Ｓ２（ロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ、ロータ内部下側空間Ｓ２Ｕ）の径方向Ｄ２外側は、ロータ３の外部空間に連通している。

本実施形態のモータ１は、ハウジング５のうち、ステータ４の収容スペースよりも回転軸２に近い位置に軸方向Ｄ１に貫通する吸気口５１を周方向に所定ピッチで複数形成している（図１参照）。また、ハウジング５のうち、外周面の所定箇所に、径方向Ｄ２に貫通する排気口５２を周方向に所定ピッチで複数形成している。特に、本実施形態では、径方向Ｄ２においてロータ内部空間Ｓ２（ロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ、ロータ内部下側空間Ｓ２Ｕ）に直線的に連通する位置に排気口５２を設けている。

以上の構成を有する本実施形態に係るモータ１は、図６及び図１０に示すように、ロータ３の回転によってハウジング５の外部から吸気口５１を通じて回転軸２の周囲に空気が流れ、そこからギャップＳ１内に流入した空気を周方向に隣り合う凹部同士（中央スペーサ６１Ｃ同士）の間に露出するギャップ対向面３１ａに沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるギャップ冷却流路Ｒ１を備えた構成になる。また、本実施形態に係るモータ１は、ロータ３の回転によってハウジング５の外部から吸気口５１を通じて回転軸２の周囲に空気が流れてロータ内部空間Ｓ２（ロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ、ロータ内部下側空間Ｓ２Ｕ）内に流入し、この流入した空気をロータ内部空間Ｓ２（ロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ、ロータ内部下側空間Ｓ２Ｕ）に沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるロータ内部空間冷却流路Ｒ２を備えた構成になる。本実施形態に係るモータ１は、ロータ３の回転によって遠心ファン効果を奏し、ギャップ冷却流路Ｒ１及びロータ内部空間冷却流路Ｒ２に高風量の冷却風を流通させることができ、優れた冷却効果を発揮する。ギャップ冷却流路Ｒ１を通過した冷却風及びロータ内部空間冷却流路Ｒ２を通過した冷却風は、排気口５２を通じてハウジング５の外部に放出される。図１０では冷却風の流れを相対的に太い線で模式的に示している。

このように、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１によれば、回転軸２周りに隣接する磁石３１同士の間に、磁石３１のうちギャップＳ１に臨むギャップ対向面３１ａを基準としてステータ４から離間する方向に凹没する凹部（中央スペーサ６１Ｃ）を形成し、ロータ３の回転によって回転軸２の周囲から少なくともギャップＳ１内に流入した空気を周方向に隣り合う凹部同士（中央スペーサ６１Ｃ同士）の間において露出するギャップ対向面３１ａに沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるギャップ冷却流路Ｒ１を備えているため、ロータ３の回転時に、周方向において凹部同士（中央スペーサ６１Ｃ同士）に挟まれていないフラットなロータのギャップ対向面とステータの空隙である従来のギャップを冷却風が流れる構成では奏し得ない遠心ファン効果によって、ギャップ冷却流路Ｒ１の径方向Ｄ２内側から径方向Ｄ２外側へと大量の冷却風が流動する気流が発生し、ギャップＳ１に臨むロータ３及びステータ４からの発熱を効率良く放熱してロータ３及びステータ４を冷却することができる。

特に、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１は、回転軸２周りに複数の磁石３１を環状に保持する保持部材６（リブとしても機能する部材）を用いて凹部を形成している。具体的には、ギャップ対向面３１ａを基準としてステータ４から離間する方向に凹没する凹部を形成する凹凸形成部を保持部材６によって実現し、保持部材６のスペーサ６１（中央スペーサ６１Ｃ）によって凹部を形成しているため、ブレードのような専用品を用いることなく、遠心ファン効果を奏することができ、ギャップ冷却流路Ｒ１に冷却風を径方向Ｄ２内側から外側に向かって効率良く流通させて、ロータ３及びステータ４に発生した熱を奪って冷却することが可能である。

加えて、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１では、保持部材６として、周方向に隣接する磁石３１同士の高さ方向Ｄ１中央部に配置される中央スペーサ６１Ｃを有するものを適用し、中央スペーサ６１Ｃをギャップ対向面３１ａに対して凹部となる状態で配置することで、簡単な構成でありながら各磁石３１のギャップ対向面３１ａを周方向に隣り合う凹部同士（中央スペーサ６１Ｃ同士）に区画された面に設定することができ、このようなギャップ対向面３１ａが臨むギャップＳ１において径方向Ｄ２内側から外側に向かって流れる冷却風の気流を、ロータ３の回転時に遠心ファン効果で形成することができ、冷却風の風量が増加し、冷却効果を高めることができる。

さらに、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１によれば、周方向に隣接する磁石３１同士の間に中央スペーサ６１Ｃによって区画され且つ径方向Ｄ２に延伸するロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ及びロータ内部下側空間Ｓ２Ｕを形成し、ロータ３の回転によって回転軸２の周囲からロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ内及びロータ内部下側空間Ｓ２Ｕ内に流入した空気をロータ内部上側空間Ｓ２Ｔ及びロータ内部下側空間Ｓ２Ｕに沿って径方向Ｄ２内側から外側に向かう冷却風として流通させるロータ内部空間冷却流路Ｒ２を備えているため、ギャップＳ１に加えてロータ３内部も好適に冷却することができ、冷却性能をさらに向上させることができる。特に、本実施形態に係るモータ１によれば、ロータ内部空間冷却流路Ｒ２を軸方向Ｄ１に２段状に形成することができ、ロータ冷却機能のさらなる向上を図ることができる。

また、本実施形態に係るアキシャルギャップ型モータ１では、保持部材６として、磁石３１を回転軸２から径方向Ｄ２に所定寸法離間させた位置に保持するものを適用し、保持部材６のうち磁石３１よりも径方向Ｄ２において回転軸２に近い部分に軸方向Ｄ１に貫通する貫通孔６４を形成しているため、保持部材６自体の軽量化を図ることができるとともに、保持部材６よりも上方に形成されている吸気口５１または保持部材６よりも下方に形成されている吸気口５１の何れか一方が塞がる事態になった場合であっても、塞がっていない他方の吸気口５１から吸い込んだ空気を貫通孔６４を経由して２段状のロータ内部空間冷却流路Ｒ２にスムーズに流入させることができる。

以上のように、本実施形態に係る構成を採用することによって、比較的簡単な構造でありながらモータ１の冷却性能、特にロータ３の冷却性能を向上させることができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、保持部材のスペーサを隣接する磁石同士に介在させた状態で、磁石同士の間にスペーサによって軸方向に３つ以上に区画されたモータ内部空間が形成されるように設定することもできる。

保持部材のスペーサを隣接する磁石同士に介在させた状態で、磁石同士の間にスペーサによって軸方向に２以上に区画されたモータ内部空間が形成される構成を採用する場合、２以上に区画された各モータ内部空間の軸方向の寸法（軸長）が等しくなるように設定してもよいし、各モータ内部空間の軸長が異なるように設定してもよい。

本発明に係るモータは、種々の用途で使用することができ、例えばエンジン相当の高い出力と軽量化が求められる電動航空機の推進用モータとしても使用することができる。このような高出力高密度の要求に応えることができる。

また、上述の実施形態ではハウジング内にステータ及びロータを配置した構成を例示したが、ハウジングを備えていないモータ（開放型のモータ）であっても構わない。

ロータを構成する磁石の分割数は適宜選択・変更することができ、磁石の分割数に応じて保持部材の数も適宜変更することができる。

保持部材のスペーサの形状は、磁石のギャップ対向面を基準としてステータから離間する方向に凹没する凹部またはステータ側に突出する凸部を形成するという条件を満たす範囲で適宜変更してもよい。例えば、磁石のギャップ対向面に対して凸部を形成するスペーサの形状が、断面Ｔ字状または断面逆Ｔ字状ではなく、断面矩形状、断面円形状、断面楕円形状等の形状のものであってもよい。

上述の実施形態では、保持部材のスペーサを凹凸形成部として機能させる態様を例示したが、保持部材ではない他のパーツによって本発明における凹凸形成部を実現した構成も本発明に含まれる。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータでは、軸方向に離間して設けた２つのロータの間にステータを配置した構成（ロータ２つ、ステータ１のダブルギャップの構成）を採用したり、１つのロータと１のステータとを軸方向に離間して設けた構成（シングルギャップの構成）を採用することもできる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…モータ
２…回転軸
３…ロータ
３１…磁石
３１ａ…ギャップ対向面
４…ステータ
６…保持部材
６Ｔ…上側保持部材
６Ｕ…下側保持部材
６１…スペーサ
６１Ｔ…上側スペーサ
６１Ｕ…下側スペーサ
６１Ｃ…中央スペーサ
６４…貫通孔
Ｓ１…ギャップ
Ｓ２…ロータ内部空間
Ｒ１…ギャップ冷却流路
Ｒ２…ロータ内部空間冷却流路

Claims (7)

1. 回転軸周りに複数の磁石が環状に配置されたロータと、コイルが設けられているステータとを前記回転軸の軸方向にギャップを介して配置しているアキシャルギャップ型のモータであって、
   隣接する前記磁石同士の間に、前記磁石のうち前記ギャップに臨むギャップ対向面を基準として前記ステータから離間する方向に凹没する凹部または前記ステータ側に突出する凸部を形成する凹凸形成部を設定し、
   前記ロータの回転によって前記回転軸の周囲から少なくとも前記ギャップ内に流入した空気を周方向に隣り合う前記凹部同士の間に露出する前記ギャップ対向面または前記凸部同士の間に露出する前記ギャップ対向面に沿って径方向内側から外側に向かう冷却風として流通させるギャップ冷却流路を備えていることを特徴とするモータ。
2. 少なくとも隣接する前記磁石同士の間に配置されるスペーサを有し且つ隣接する前記磁石同士の相対位置を位置決めした状態で前記磁石を保持する保持部材を備え、
   前記スペーサを前記磁石の前記ギャップ対向面に対して前記凹部または前記凸部となる状態で配置している請求項１に記載のモータ。
3. 前記保持部材は、前記磁石を上下方向から挟む上側保持部材と下側保持部材で構成され、前記上側保持部材及び前記下側保持部材の前記スペーサである上側スペーサ及び下側スペーサをそれぞれ前記ギャップ対向面に対して前記凸部となる状態で配置している請求項２に記載のモータ。
4. 隣接する前記磁石同士の間に前記上側スペーサと前記下側スペーサによって区画され且つ径方向に延伸するロータ内部空間を有し、
   前記ロータの回転によって前記回転軸の周囲から少なくとも前記ロータ内部空間内に流入した空気を前記ロータ内部空間に沿って径方向内側から外側に向かう冷却風として流通させるロータ内部空間冷却流路を備えている請求項３に記載のモータ。
5. 前記保持部材は、隣接する前記磁石同士の高さ方向中央部に配置される前記スペーサである中央スペーサを有するものであり、前記中央スペーサを前記ギャップ対向面に対して前記凹部となる状態で配置している請求項２に記載のモータ。
6. 隣接する前記磁石同士の間に前記中央スペーサによって高さ方向に二分され且つそれぞれ径方向に延伸するロータ内部空間を有し、
   前記ロータの回転によって前記回転軸の周囲から少なくとも前記ロータ内部空間内に流入した空気を前記ロータ内部空間に沿って径方向内側から外側に向かう冷却風として流通させるロータ内部空間冷却流路を備えている請求項５に記載のモータ。
7. 前記保持部材は、前記磁石を前記回転軸から径方向に所定寸法離間させた位置に保持するものであり、当該保持部材のうち前記磁石よりも径方向において前記回転軸に近い部分に軸方向に貫通する貫通孔を形成している請求項２乃至６の何れかに記載のモータ。

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