JP2022073240A - 回転型モーターおよびローターの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石の位置ずれに伴う磁気特性の悪化が発生しにくく、組み立てが容易な回転型モーター、および、磁石の位置ずれに伴う磁気特性の悪化を発生させにくく、作業性に優れたローターの製造方法を提供すること。【解決手段】ステーターと、回転軸まわりに回転するローターと、を備え、前記ローターは、前記ステーターに臨む第１面と、前記回転軸まわりの周方向に沿って配列され、前記第１面に開口する複数の第１凹部と、を有し、円環状をなすフレームと、前記第１凹部内および前記第１凹部間のうちの一方に配置されている主磁石と、前記第１凹部内および前記第１凹部間のうちの他方に配置されている副磁石と、を備えることを特徴とする回転型モーター。【選択図】図２

Description

本発明は、回転型モーターおよびローターの製造方法に関するものである。

特許文献１には、回転子鉄心と、回転子鉄心の外周面に沿って環状に固定された永久磁石と、を備える回転子が開示されている。また、特許文献１には、この回転子と、固定子と、を備えるＡＣモーターが開示されている。そして、回転子が備える永久磁石は、ハルバッハ磁石配列と呼ばれる配列になっている。ハルバッハ磁石配列では、１極の永久磁石が複数個に分割され、分割された永久磁石の磁化方向が少しずつ変えられることによって、高い磁束密度を得ることができる。

特開２００４－７２８２０号公報

特許文献１に記載の回転子では、円柱状をなす回転子鉄心の側面に複数の永久磁石が配置されている。前述したように、ハルバッハ磁石配列では、１極の永久磁石が複数個に分割されている。このため、多数の永久磁石を高密度に配置し、回転子鉄心の側面に接着する作業が必要となる。

ところが、永久磁石は多少の寸法誤差を含むことが避けられない。このような寸法誤差を含む永久磁石を回転子の周方向に沿って並べると、寸法誤差も周方向に累積する。その結果、周方向における永久磁石の位置ずれによって、回転子の磁気特性が設計値から悪化しやすいという課題がある。

本発明の適用例に係る回転型モーターは、
ステーターと、
回転軸まわりに回転するローターと、
を備え、
前記ローターは、
前記ステーターに臨む第１面と、前記回転軸まわりの周方向に沿って配列され、前記第１面に開口する複数の第１凹部と、を有し、円環状をなすフレームと、
前記第１凹部内および前記第１凹部間のうちの一方に配置されている主磁石と、
前記第１凹部内および前記第１凹部間のうちの他方に配置されている副磁石と、
を備えることを特徴とする。

本発明の適用例に係るローターの製造方法は、
第１面、および、回転軸まわりの周方向に配列され前記第１面に開口する複数の第１凹部を有し、円環状をなすフレーム、未着磁の第１磁石、および、未着磁の第２磁石を用意するステップと、
前記第１磁石を前記第１凹部内に配置するステップと、
前記第２磁石を前記第１凹部間に配置するステップと、
前記第１磁石および前記第２磁石のうちの一方に対し、前記第１面と交差する縦方向に磁界をかけて着磁させるステップと、
前記第１磁石および前記第２磁石のうちの他方に対し、前記縦方向と異なる横方向に磁界をかけて着磁させるステップと、
を有することを特徴とする。

第１実施形態に係る回転型モーターであ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に示すローターを径方向と直交する面で切断したときの部分断面図である。 図１のフレームのみを示す斜視図である。 図３に示すフレームに、補助極磁石（副磁石）を加えた構成を示す斜視図である。 図４に示すフレームに、主磁極磁石（主磁石）を加えた構成を示す斜視図である。 主磁極磁石および補助極磁石の周囲に形成される磁力線を示す図である。 図２のローターの変形例を径方向Ｒと直交する面で切断したときの部分断面図である。 第２実施形態に係る回転型モーターであるアキシャルギャップモーターが備えるローターを径方向Ｒと直交する面で切断したときの部分断面図である。 図８のローターが備える隔壁部の第１変形例を示す斜視図である。 図８のローターが備える隔壁部の第２変形例および貫通孔と係合する主磁極磁石を示す断面図である。 図１０に示す隔壁部と係合する主磁極磁石を示す斜視図である。 第３実施形態に係る回転型モーターであるラジアルギャップモーターが備えるローターのシャフトおよびフレームのみを示す斜視図である。 図１２に示すフレームに、補助極磁石（副磁石）を加えた構成を示す斜視図である。 図１３に示す構成に、主磁極磁石（主磁石）を加えた構成を示す斜視図である。 第４実施形態に係るローターの製造方法を説明するためのフローチャートである。 図２に示すローターの製造方法を説明するための断面図である。 図２に示すローターの製造方法を説明するための断面図である。 図２に示すローターの製造方法を説明するための断面図である。

以下、本発明の回転型モーターおよびローターの製造方法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
まず、第１実施形態に係る回転型モーターについて説明する。

図１は、第１実施形態に係る回転型モーターであ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に示すアキシャルギャップモーター１は、ダブルステーター構造を採用したモーターである。具体的には、図１に示すアキシャルギャップモーター１は、回転軸ＡＸまわりに回転する円環状をなすローター３と、回転軸ＡＸに沿ってローター３の両側に配置されている一対のステーター４、５と、を備える。なお、以下の説明では、回転軸ＡＸに沿う方向を「軸方向Ａ」といい、ローター３の周方向を「周方向Ｃ」といい、ローター３の径方向を「径方向Ｒ」という。また、特に、ステーター５からステーター４に向かう方向を「下方向Ａ１」といい、ステーター４からステーター５に向かう方向を「上方向Ａ２」といい、下方向Ａ１から上方向Ａ２を見たときの時計回りの方向を「第１周方向Ｃ１」という。

図１に示すローター３は、フレーム３０と、フレーム３０に支持された永久磁石６と、を備えている。なお、ローター３については、後に詳述する。

ステーター４、５は、図１に示すように、ローター３を軸方向Ａの両側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の下方向Ａ１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の上方向Ａ２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。

ステーター４は、円環状をなすボトムケース４１と、複数のステーターコア４２と、各ステーターコア４２に配置されているコイル４３と、を有する。ステーターコア４２は、ボトムケース４１の上方向Ａ２に配置されている。

ステーター５は、円環状をなすトップケース５１と、複数のステーターコア５２と、各ステーターコア５２に配置されているコイル５３と、を有する。ステーターコア５２は、トップケース５１の下方向Ａ１に配置されている。

以下、ステーター４、５の構成について説明するが、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を代表にして説明し、ステーター５については、その説明を省略する。

ボトムケース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。なお、ボトムケース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４は、前述したように、複数のステーターコア４２を有している。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、溶接等によってボトムケース４１に固定されていてもよいし、各種係合構造を用いてボトムケース４１に係合していてもよい。

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に巻き付けた導線であってもよいし、あらかじめ導線をボビン状に巻き取っておき、これをステーターコア４２の外周に嵌め込んだものであってもよい。

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、所定の周期または所定のパターンで通電される。例えば、各コイル４３に三相交流を印加すると、電磁石から磁束が生じ、対向する永久磁石６に対して磁力が作用する。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ＡＸ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、ボトムケース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。

ステーター４とステーター５との間は、センターケース８を介して接続されている。センターケース８は、ローター３の外側に位置し、円筒状をなしている。

ボトムケース４１とフレーム３０との間は、クロスローラーベアリング７を介して接続されている。クロスローラーベアリング７は、内輪７１と、外輪７２と、コロ７３と、を備えている。ボトムケース４１は、内輪７１と接続され、フレーム３０は、外輪７２と接続されている。内輪７１および外輪７２は、コロ７３を介して互いに回転する。これにより、ローター３は、ステーター４、５に対して回転可能に支持される。なお、クロスローラーベアリング７は、別の種類のベアリングで置き換えられてもよい。

次に、ローター３の構成について説明する。
図１に示すローター３は、前述したように、フレーム３０と、永久磁石６と、を備えている。

図２は、図１に示すローター３を径方向Ｒと直交する面で切断したときの部分断面図である。なお、図２に示す矢印Ｍは、永久磁石６の磁極の向きを表している。また、図３は、図１のフレーム３０のみを示す斜視図である。

フレーム３０は、ハブ３１と、ハブ３１の外側に位置し、ハブ３１と接続された隔壁部３２と、を有し、円環状をなしている。

ハブ３１は、図１に示すように、回転軸ＡＸに沿う厚さが隔壁部３２よりも厚い部位である。ハブ３１は、図３に示すように、上方向Ａ２に開口する複数のボルト孔３１０を有している。このボルト孔３１０に図示しないボルトを挿入することにより、ハブ３１に対して図示しない出力軸を接続することができる。また、ハブ３１を厚くすることにより、高トルクに対するフレーム３０の耐久性を高めることができる。

隔壁部３２は、図１に示すように、回転軸ＡＸを中心とする円環状の部位である。隔壁部３２は、図２に示すように、下方向Ａ１に臨む第１面３２１と、上方向Ａ２に臨む第２面３２２と、を有する。また、隔壁部３２は、図２および図３に示すように、第１面３２１に開口する複数の第１凹部３２５と、第２面３２２に開口する複数の第２凹部３２６と、を有する。

第１凹部３２５は、周方向Ｃに沿って等間隔に配置されている。また、第１凹部３２５同士に挟まれた第１面３２１は、第１凹部３２５よりも突出した部位となる。このため、隔壁部３２には、第１凹部３２５と、第１凹部３２５同士に挟まれた第１面３２１と、が周方向Ｃに沿って繰り返し並ぶことになる。

第２凹部３２６は、周方向Ｃに沿って等間隔に配置されている。また、第２凹部３２６同士に挟まれた第２面３２２は、第２凹部３２６よりも突出した部位となる。このため、隔壁部３２には、第２凹部３２６と、第２凹部３２６同士に挟まれた第２面３２２と、が周方向Ｃに沿って繰り返し並ぶことになる。

図４は、図３に示すフレーム３０に、補助極磁石６２（副磁石）を加えた構成を示す斜視図である。

本実施形態では、フレーム３０の第１凹部３２５内および第２凹部３２６内に、それぞれ補助極磁石６２が配置されている。このように、第１凹部３２５内および第２凹部３２６内に補助極磁石６２を配置することにより、補助極磁石６２や主磁極磁石６１の寸法誤差が累積するのを防止し、補助極磁石６２の位置精度を高めることができる。なお、補助極磁石６２は、後述する主磁極磁石６１とは磁化方向が異なる永久磁石６であり、本実施形態では、特に、磁極が周方向Ｃと平行になっている永久磁石６である。そして、補助極磁石６２の厚さは、第１凹部３２５や第２凹部３２６の深さよりも十分に厚い。このため、第１凹部３２５内および第２凹部３２６内に配置された補助極磁石６２は、図４に示すように、第１面３２１や第２面３２２よりも突出した状態となる。

図５は、図４に示す構成に、主磁極磁石６１（主磁石）を加えた構成を示す斜視図である。

本実施形態では、フレーム３０の第１凹部３２５間および第２凹部３２６間に、それぞれ主磁極磁石６１が配置されている。前述したように、第１凹部３２５内および第２凹部３２６内に配置された補助極磁石６２は、第１面３２１および第２面３２２から突出する。このため、主磁極磁石６１は、突出した補助極磁石６２同士の間に配置される。その結果、主磁極磁石６１や補助極磁石６２の寸法誤差が累積するのを防止し、主磁極磁石６１の位置精度も高めることができる。これにより、主磁極磁石６１や補助極磁石６２の位置ずれに伴うローター３の磁気特性の低下、例えば主磁極磁石６１同士のピッチまたは補助極磁石６２同士のピッチが一定にならないことによる磁束密度のバラつきを防止し、振動やトルク低下の発生を防止することができる。なお、主磁極磁石６１は、前述した補助極磁石６２とは磁化方向が異なる永久磁石６であり、本実施形態では、特に、磁極が軸方向Ａと平行になっている永久磁石６である。

以上のように、フレーム３０を用いることで、主磁極磁石６１と補助極磁石６２を周方向Ｃに沿って目的とするピッチで交互に配置することができる。主磁極磁石６１と補助極磁石６２とを交互に配置した磁石配列の一例として、ハルバッハ磁石配列と呼ばれる配列がある。以下、ハルバッハ磁石配列について説明する。

図２に示す永久磁石６のうち、隔壁部３２より下方向Ａ１に配置された永久磁石６は、第１凹部３２５内に配置された補助極磁石６２、および、第１凹部３２５間（第１面３２１上）に配置された主磁極磁石６１を含んでいる。これらの永久磁石６の磁極の向きは、図２に示す第１周方向Ｃ１に向かって時計回りに回転するように設定されている。このように磁極の向きが一定方向に回転するように設定された永久磁石６の配置をハルバッハ磁石配列という。隔壁部３２より下方向Ａ１では、第１周方向Ｃ１に向かって磁極の向きが時計回りに回転するように設定されることで、ローター３より下方向Ａ１に形成される磁場強度を高めることができる。

また、隔壁部３２の上方向Ａ２に配置された永久磁石６は、第２凹部３２６内に配置された補助極磁石６２、および、第２凹部３２６間（第２面３２２上）に配置された主磁極磁石６１を含んでいる。これらの永久磁石６の磁極の向きは、図２に示す第１周方向Ｃ１に向かって反時計回りに回転するように、つまり、ハルバッハ磁石配列になるように設定されている。隔壁部３２の上方向Ａ２では、第１周方向Ｃ１に向かって磁極が反時計回りに回転するように設定されることで、ローター３より上方向Ａ２に形成される磁場強度を高めることができる。

以上のようにして、ハルバッハ磁石配列が採用されたアキシャルギャップモーター１では、ローター３より下方向Ａ１と上方向Ａ２の双方に形成される磁場強度が高くなる。これにより、ローター３とステーター４、５との間で、より大きな磁力を発生させることができ、アキシャルギャップモーター１の高トルク化を図ることができる。

なお、本実施形態では、周方向Ｃにおける第１凹部３２５の位置と、周方向Ｃにおける第２凹部３２６の位置と、が同じである。つまり、図２において、第１凹部３２５および第２凹部３２６が、周方向Ｃにおいて同じ位置にある。これにより、周方向Ｃにおける主磁極磁石６１の位置と、周方向Ｃにおける補助極磁石６２の位置と、を揃えることができる。その結果、隔壁部３２の下方向Ａ１と上方向Ａ２とで、主磁極磁石６１の厚さを等しくすることができ、かつ、補助極磁石６２の厚さも等しくすることができるので、磁場強度も等しくすることができる。これにより、ローター３とステーター４との間に発生する磁力と、ローター３とステーター５との間に発生する磁力と、を等しくすることができる。その結果、磁力の差に伴って発生する振動が抑制され、回転安定性に優れたアキシャルギャップモーター１を実現することができる。

図２に示すように、主磁極磁石６１の周方向Ｃにおける幅をＷ１とし、補助極磁石６２の周方向Ｃにおける幅をＷ２としたとき、幅Ｗ１は、幅Ｗ２以下であってもよいし、幅Ｗ２超であってもよい。特に後者の場合には、前者の場合に比べて、ローター３の周囲に形成される磁場強度を高めることができる。

なお、幅Ｗ２に対する幅Ｗ１の比Ｗ１／Ｗ２は、特に限定されないが、好ましくは１．１以上５．０以下とされ、より好ましくは１．５以上３．０以下とされる。これにより、磁場強度を特に高めることができる。

フレーム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、チタン合金のような金属材料、アルミナ、ジルコニアのようなセラミックス材料、エンジニアリングプラスチックのような樹脂材料、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）のような各種繊維強化プラスチック、ＦＲＣ（Fiber Reinforced Ceramics）、ＦＲＭ（Fiber Reinforced Metallics）のような繊維強化複合材料等が挙げられる。

また、フレーム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、フレーム３０が磁束の影響を受けにくくなり、トルクの低下等の問題が発生しにくくなる。なお、非磁性材料とは、比透磁率が０．９以上３．０以下程度となる材料のことをいう。

さらに、フレーム３０は、絶縁性を有することが好ましい。これにより、フレーム３０を通過する磁束が変化したとしても、渦電流が発生しにくくなる。その結果、アキシャルギャップモーター１において渦電流損失に伴うエネルギー変換効率の低下を抑制することができる。なお、絶縁性とは、例えばＪＩＳ Ｋ ６９１１：２００６に規定された方法による体積抵抗率が１０^６Ωｃｍ以上であることをいう。

さらに、セラミックス材料は、伸びが少なく、剛性が高い。このため、フレーム３０の構成材料としてセラミックス材料を用いた場合、変形の少ないフレーム３０を実現することができる。フレーム３０の変形が抑えられることにより、ローター３が回転するときにトルクが周期的に変化した場合でも、ローター３に振動が発生しにくくなるため、振動に伴う騒音の発生も抑制することができる。

また、セラミックス材料は、透磁率が特に低いため、その観点でもフレーム３０の構成材料として有用である。

永久磁石６は、例えば、接着剤、締結具、緊縛具等を用いて、隔壁部３２に固定される。また、接着剤とその他の手段とを併用するようにしてもよい。さらに、永久磁石６同士を接着剤で接着するようにしてもよいし、永久磁石６を覆うように接着剤やモールド樹脂を配置してもよい。

また、接着剤を用いる場合、第１面３２１および第２面３２２、ならびに、第１凹部３２５内および第２凹部３２６内を、それぞれ粗面化するようにしてもよい。これにより、アンカー効果に基づいて接着剤による接着力を高めることができる。

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（回転型モーター）は、ステーター４、５と、回転軸ＡＸまわりに回転するローター３と、を備える。ローター３は、フレーム３０と、主磁極磁石６１（主磁石）と、補助極磁石６２（副磁石）と、を備える。フレーム３０は、円環状をなし、ステーター４に臨む第１面３２１と、回転軸ＡＸまわりの周方向Ｃに沿って配列され、第１面３２１に開口する複数の第１凹部３２５と、を有する。主磁極磁石６１は、第１凹部３２５間に配置され、補助極磁石６２は、第１凹部３２５内に配置されている。

このような構成によれば、補助極磁石６２を第１凹部３２５内に配置することによって、補助極磁石６２や主磁極磁石６１の寸法誤差が累積するのを防止することができるので、フレーム３０に対する補助極磁石６２の位置精度を高めることができる。これにより、主磁極磁石６１や補助極磁石６２の位置ずれに伴うローター３の磁気特性の低下を防止することができる。

また、第１凹部３２５内に補助極磁石６２を配置するだけで位置決めを行うことができるので、ローター３の組立作業を容易に行うことができる。

さらに、第１凹部３２５内に補助極磁石６２を配置することにより、第１凹部３２５と補助極磁石６２との接触面積を増やすことができる。その結果、例えば接着剤を用いて補助極磁石６２を第１凹部３２５内に接着するとき、接着強度を高めることができる。

また、本実施形態では、隔壁部３２に永久磁石６を固定することができるので、ステーター４、５と永久磁石６との間に、永久磁石６を固定するための部材を配置する必要がない。つまり、永久磁石６とステーター４、５との間を空隙にすることができる。その結果、何らかの部材を配置することによる弊害、例えば部材を配置することによってトルクが低下したり、磁気抵抗の増加によって永久磁石６の減磁が発生したりする弊害を防止することができる。

ここで、第１凹部３２５の有無が、ローター３の周囲の磁場強度に及ぼす影響について説明する。

図６は、主磁極磁石６１および補助極磁石６２の周囲に形成される磁力線を示す図である。図６では、フレーム３０が第１凹部３２５を備える場合、すなわち実施例Ｅ１と、フレーム３０が第１凹部３２５を備えていない場合、すなわち比較例Ｅ２と、で磁力線の密度を比べている。

比較例Ｅ２では、主磁極磁石６１の隔壁部３２側の上面６１ｕと、補助極磁石６２の隔壁部３２側の上面６２ｕと、が揃っている。このため、隔壁部３２側（図６の上側）に発生する磁力線ＭＦ２は、密度が低くなる。また、比較例Ｅ２では、上面６１ｕと上面６２ｕとが揃っているため、破線で示すような主磁極磁石６１の上面６１ｕからの磁力線ＭＦ’が発生しにくい。このため、比較例Ｅ２では、隔壁部３２側とは反対側、つまり、ステーター４側（図６の下側）に発生する磁力線ＭＦ１の密度を十分に高めることができない。

これに対し、実施例Ｅ１では、主磁極磁石６１の隔壁部３２側の上面６１ｕと、補助極磁石６２の隔壁部３２側の上面６２ｕと、が揃っていない。具体的には、補助極磁石６２が第１凹部３２５内に配置されているため、その分、補助極磁石６２の上面６２ｕが、主磁極磁石６１の上面６１ｕよりも上方向Ａ２に位置している。このような段差を生じさせることにより、隔壁部３２側には、主磁極磁石６１と補助極磁石６２とをつなぐ磁力線ＭＦ３を新たに発生させることができる。その結果、実施例Ｅ１では、ステーター４側に発生する磁力線ＭＦ１の密度を高めることができる。したがって、実施例Ｅ１では、さらなる高トルク化が図られたアキシャルギャップモーター１を実現することができる。

第１凹部３２５の深さおよび第２凹部３２６の深さは、それぞれ特に限定されないが、隔壁部３２の厚さの１％以上４０％以下であるのが好ましく、５％以上３５％以下であるのがより好ましく、１０％以上３０％以下であるのがさらに好ましい。これにより、磁力線ＭＦ１の密度を高めるという効果を十分に享受しつつ、フレーム３０の機械的強度を確保することができる。

また、図６の実施例Ｅ１では、主磁極磁石６１の厚さが、補助極磁石６２の厚さより薄い。このため、図６の実施例Ｅ１では、主磁極磁石６１の下面６１ｄおよび補助極磁石６２の下面６２ｄが、段差のない、互いに同一の面になっている。これにより、主磁極磁石６１および補助極磁石６２の双方と、ステーター４と、をより近づけやすくなり、さらなる高トルク化に寄与する。ただし、この構成は、必須ではなく、主磁極磁石６１の下面６１ｄと補助極磁石６２の下面６２ｄとの間に段差があってもよい。

また、本実施形態は、前述したように、ダブルステーター構造を有していることから、図２に示すフレーム３０は、その下方向Ａ１に設けられた第１面３２１および第１凹部３２５に加え、さらに、上方向Ａ２に設けられた、第１面３２１とは反対の第２面３２２と、回転軸ＡＸまわりの周方向Ｃに沿って配列され、第２面３２２に開口する複数の第２凹部３２６と、を有する。そして、図２では、周方向Ｃにおける第１凹部３２５の位置と第２凹部３２６の位置とが同じになっている。

このような構成によれば、隔壁部３２の下方向Ａ１と上方向Ａ２とで、主磁極磁石６１の厚さを等しくすることができ、かつ、補助極磁石６２の厚さも等しくすることができ、したがって、磁場強度も等しくすることができる。その結果、ローター３とステーター４との間に発生する磁力と、ローター３とステーター５との間に発生する磁力と、を等しくすることができ、磁力の差に伴う振動の発生が抑制された、回転安定性が良好なアキシャルギャップモーター１を実現することができる。

なお、本実施形態に係るアキシャルギャップモーター１は、前述したようにダブルステーター構造を有しているが、シングルステーター構造を有していてもよい。この場合、例えばステーター５を省略し、それとともに、隔壁部３２より上方向Ａ２に配置された永久磁石６を省略すればよい。

さらに、本実施形態では、前述したように、主磁極磁石６１（主磁石）が第１凹部３２５間に配置され、補助極磁石６２（副磁石）が第１凹部３２５内に配置されている。これにより、図６の実施例Ｅ１に示すように、補助極磁石６２の上面６２ｕを、主磁極磁石６１の上面６１ｕよりも上方向Ａ２に位置させることができる。その結果、図６の実施例Ｅ１に示すような、主磁極磁石６１と補助極磁石６２とをつなぐ磁力線ＭＦ３を新たに発生させることができ、ローター３のステーター４側に発生する磁力線ＭＦ１の密度を高めることができる。

また、本実施形態では、ダブルステーター構造を有していることから、主磁極磁石６１が第２凹部３２６間にも配置され、補助極磁石６２が第２凹部３２６内にも配置されている。これにより、ローター３のステーター５側に発生する磁力線の密度も高めることができる。

なお、本実施形態に係る回転型モーターは、特にアキシャルギャップモーター１であることが好ましい。アキシャルギャップモーター１は、軸方向Ａの長さを容易に短くすることができるので、扁平化が容易である。このため、アキシャルギャップモーター１を用いることにより、例えば、ロボットアームの小型化および軽量化に寄与するアーム駆動用モーターや、小型化および軽量化が図られた電気自動車用インホイールモーター等を実現することができる。また、本実施形態に係る回転型モーターが適用されたアキシャルギャップモーター１は、扁平でも高トルク化が図られているため、減速機を用いることなく、ダイレクトドライブにも適用可能である。

２．変形例
図７は、図２のローター３の変形例を径方向Ｒと直交する面で切断したときの部分断面図である。

以下、第１実施形態の変形例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７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１実施形態の変形例は、補助極磁石６２（副磁石）が第１凹部３２５に係合する副磁石係合構造６２５を有する以外、第１実施形態と同様である。図７に示す副磁石係合構造６２５は、補助極磁石６２のうち、第１凹部３２５に収まっている部分の周方向Ｃにおける幅Ｗ６２が、隔壁部３２の中心線ＣＬに向かって広がるように変化している構造である。中心線ＣＬとは、図７において、隔壁部３２の第１凹部３２５と第２凹部３２６との中間点をつないだ線である。

一方、図７に示す第１凹部３２５の周方向Ｃにおける幅Ｗ３２５も、隔壁部３２の中心線ＣＬに向かって広がっている。このように幅Ｗ３２５が軸方向Ａに沿って変化している構造を凹部係合構造３３とする。図７に示す第１凹部３２５は、このような凹部係合構造３３を有する。なお、図７に示す凹部係合構造３３は、いわゆる蟻溝である。

補助極磁石６２が副磁石係合構造６２５を有する場合、例えば、第１凹部３２５に凹部係合構造３３を形成し、副磁石係合構造６２５と凹部係合構造３３とを係合させることによって、第１凹部３２５と補助極磁石６２とを機械的に固定することができる。その結果、第１凹部３２５に対する補助極磁石６２の固定および位置合わせを、より確実に行うことができる。特に図７に示す構造では、軸方向Ａにおいてより強固に固定することができるので、磁力に伴う補助極磁石６２の脱落をより確実に防止することができる。なお、このような機械的な固定は、接着剤による固定と併用するようにしてもよい。
以上のような変形例においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

３．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る回転型モーターについて説明する。

図８は、第２実施形態に係る回転型モーターであるアキシャルギャップモーター１が備えるローター３Ａを径方向Ｒと直交する面で切断したときの部分断面図である。

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、フレーム３０Ａが、第１凹部３２５および第２凹部３２６を回転軸ＡＸ（軸方向Ａ）に沿ってつなげた貫通孔３４を有する以外、第１実施形態と同様である。なお、貫通孔３４は、第１凹部３２５と第２凹部３２６を一体化したものであるとみなすことができる。したがって、本実施形態に係るフレーム３０Ａは、互いにつながった第１凹部３２５および第２凹部３２６を有している。

フレーム３０Ａが貫通孔３４を備えることにより、ローター３Ａの軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、主磁極磁石６１Ａ（主磁石）が、第１凹部３２５および第２凹部３２６とみなすことができる貫通孔３４内に配置されている。さらに、補助極磁石６２（副磁石）は、第１凹部３２５間および第２凹部３２６間にそれぞれ配置されている。

主磁極磁石６１Ａを貫通孔３４内に配置することで、第１実施形態における２つの主磁極磁石６１を、１つの主磁極磁石６１Ａに併合することができる。つまり、１つの主磁極磁石６１Ａで、第１実施形態における２つの主磁極磁石６１と同じ機能を実現することができる。これにより、ローター３Ａの部品点数の削減を図ることができ、組み立て工数を減らすことができる。
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。

４．変形例
図９は、図８のローター３Ａが備える隔壁部３２の第１変形例を示す斜視図である。

以下、第２実施形態の第１変形例について説明するが、以下の説明では、第２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９では、第２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実施形態の第１変形例は、主磁極磁石６１Ｂ（主磁石）が貫通孔３４に係合する主磁石係合構造６１５Ｂを有する以外、第２実施形態と同様である。図９に示す主磁石係合構造６１５Ｂは、主磁極磁石６１Ｂに設けられた溝である。この溝は、貫通孔３４を取り囲む隔壁部３２を差し込むことのできる幅を有している。

図９に示す挿入方向Ｄ６１１に沿って主磁極磁石６１Ｂを貫通孔３４に挿入した後、図９に示す係合方向Ｄ６１２に沿って主磁極磁石６１Ｂをずらすように移動させる。これにより、主磁極磁石６１の主磁石係合構造６１５Ｂに対して、貫通孔３４を取り囲む隔壁部３２を嵌める（係合させる）ことができる。その結果、貫通孔３４と主磁極磁石６１Ｂとを機械的に固定することができる。そして、貫通孔３４に対する主磁極磁石６１の固定および位置合わせを、より確実に行うことができる。なお、このような機械的な固定は、接着剤による固定と併用するようにしてもよい。

図１０は、図８のローター３Ａが備える隔壁部３２の第２変形例および貫通孔３４と係合する主磁極磁石６１Ｃを示す断面図である。図１１は、図１０に示す隔壁部３２と係合する主磁極磁石６１Ｃを示す斜視図である。なお、図１０の断面図は、隔壁部３２の厚さの中心面で切断したときの断面図である。

以下、第２実施形態の第２変形例について説明するが、以下の説明では、第２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１０および図１１では、第２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実施形態の第２変形例は、主磁極磁石６１Ｃ（主磁石）が貫通孔３４に係合する主磁石係合構造６１５Ｃを有する以外、第２実施形態と同様である。図１１に示す主磁石係合構造６１５Ｃは、主磁極磁石６１Ｃに設けられた溝である。この溝は、貫通孔３４を取り囲む隔壁部３２を差し込むことのできる幅を有している。

図１０には、貫通孔３４に対する主磁極磁石６１Ｃの姿勢が異なっている２つの状態として、挿入直後状態Ｓ１と、係合状態Ｓ２と、を示している。挿入直後状態Ｓ１は、図１１に示す挿入方向Ｄ６１３に沿って貫通孔３４に主磁極磁石６１Ｃを挿入した直後の状態である。また、係合状態Ｓ２は、挿入直後状態Ｓ１にある主磁極磁石６１Ｃを回転させ、主磁石係合構造６１５Ｃに貫通孔３４を取り囲む隔壁部３２を嵌めた状態である。

図１０に示す貫通孔３４の形状は、主磁極磁石６１Ｃが図１１の挿入直後状態Ｓ１で示す姿勢にある場合に、主磁極磁石６１Ｃを挿入可能な形状である。そして、挿入直後状態Ｓ１にある主磁極磁石６１Ｃを、時計方向Ｄ６１４に回転させると、係合状態Ｓ２に移行する。係合状態Ｓ２では、主磁石係合構造６１５Ｃに対して、貫通孔３４を取り囲む隔壁部３２が嵌っている。これにより、貫通孔３４と主磁極磁石６１Ｃとを機械的に固定することができる。そして、貫通孔３４に対する主磁極磁石６１Ｃの固定および位置合わせを、より確実に行うことができる。なお、このような機械的な固定は、接着剤による固定と併用するようにしてもよい。
以上のような変形例においても、第２実施形態と同様の効果が得られる。

５．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る回転型モーターについて説明する。

図１２は、第３実施形態に係る回転型モーターであるラジアルギャップモーターが備えるローター３Ｄのシャフト３９およびフレーム３０Ｄのみを示す斜視図である。図１３は、図１２に示すフレーム３０Ｄに、補助極磁石６２（副磁石）を加えた構成を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す構成に、主磁極磁石６１（主磁石）を加えた構成を示す斜視図である。

以下、第３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１２ないし図１４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。

ラジアルギャップモーターは、ローターとステーターとの間に存在するギャップが、ローターの径方向に位置しているモーターである。図１２ないし図１４に示すローター３Ｄは、ラジアルギャップモーター用の構造を有していること以外、第１、第２実施形態と同様である。

図１２に示すローター３Ｄは、シャフト３９と、フレーム３０Ｄと、を備えている。シャフト３９は、回転軸ＡＸに沿って延在する円柱状の部材である。フレーム３０Ｄは、シャフト３９の外側に位置し、シャフト３９と接続された円環状の部材である。

シャフト３９は、円柱状をなす中実の部材である。シャフト３９は、圧入等によりフレーム３０Ｄに固定されている。

フレーム３０Ｄは、図１２に示すように、径方向Ｒに向いた側面である第１面３２１Ｄと、第１面３２１Ｄに開口する複数の第１凹部３２５Ｄと、を有する。

第１凹部３２５Ｄは、周方向Ｃに沿って等間隔に配置されている。また、第１凹部３２５Ｄ同士に挟まれた第１面３２１Ｄは、第１凹部３２５Ｄよりも突出した部位となる。このため、フレーム３０Ｄの側面には、第１凹部３２５Ｄと、第１凹部３２５Ｄ同士に挟まれた第１面３２１Ｄと、が周方向Ｃに沿って繰り返し並ぶことになる。

図１３では、フレーム３０Ｄの第１凹部３２５Ｄ内に補助極磁石６２が配置されている。このように、第１凹部３２５Ｄ内に補助極磁石６２を配置することにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

図１４では、フレーム３０Ｄの第１凹部３２５Ｄ間に主磁極磁石６１が配置されている。このように、第１凹部３２５Ｄ間に主磁極磁石６１を配置することにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。

以上のように、フレーム３０Ｄを用いることで、主磁極磁石６１と補助極磁石６２を周方向Ｃに沿って目的とするピッチで交互に配置してなるハルバッハ磁石配列を容易に得ることができる。
以上のような第３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．第４実施形態
次に、第４実施形態に係るローターの製造方法について説明する。

図１５は、第４実施形態に係るローターの製造方法を説明するためのフローチャートである。図１６ないし図１８は、図２に示すローターの製造方法を説明するための断面図である。

以下、第４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１６ないし図１８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。

図１５に示すローター３の製造方法は、準備ステップＳ１０２と、第１磁石配置ステップＳ１０４と、第２磁石配置ステップＳ１０６と、第１着磁ステップＳ１０８と、第２着磁ステップＳ１１０と、を有する。以下、各ステップについて説明する。

準備ステップＳ１０２では、図１６に示すように、フレーム３０、第１磁石９１および第２磁石９２を用意する。第１磁石９１は、後述する着磁処理を経て、フレーム３０の第１凹部３２５内および第２凹部３２６内に配置する永久磁石６となり得るものであり、第１実施形態に係るローター３を製造する場合には、未着磁の状態にある補助極磁石６２である。第２磁石９２は、後述する着磁処理を経て、フレーム３０の第１凹部３２５間および第２凹部３２６間に配置する永久磁石６となり得るものであり、第１実施形態に係るローター３を製造する場合には、未着磁の状態にある主磁極磁石６１である。

なお、第２実施形態に係るローター３Ａを製造する場合には、第１磁石９１は、未着磁の状態にある主磁極磁石６１Ａであり、第２磁石９２は、未着磁の状態にある補助極磁石６２である。

第１磁石配置ステップＳ１０４では、図１６に示すように、未着磁の第１磁石９１を、第１凹部３２５内および第２凹部３２６内にそれぞれ配置する。この配置作業は、第１凹部３２５および第２凹部３２６によって第１磁石９１の位置を決めることができるので、効率よく行うことができる。また、未着磁の状態であれば、第１磁石９１にほとんど磁力が発生しないので、第１磁石９１同士が互いに引き合うことがなく、配置作業は容易である。その後、配置した第１磁石９１を、第１凹部３２５内および第２凹部３２６内に固定する。

第２磁石配置ステップＳ１０６では、図１７に示すように、未着磁の第２磁石９２を、第１凹部３２５間および第２凹部３２６間にそれぞれ配置する。この配置作業は、第１磁石９１同士の隙間に第２磁石９２を差し込む作業であるため、効率よく行うことができる。また、未着磁の状態であれば、第２磁石９２にほとんど磁力が発生しないので、第２磁石９２同士、ならびに、第１磁石９１および第２磁石９２、がそれぞれ互いに引き合うことがなく、配置作業は容易である。その後、配置した第２磁石９２を、第１凹部３２５間および第２凹部３２６間に固定する。

第１着磁ステップＳ１０８では、第２磁石９２に対し、第１面３２１と交差する縦方向に磁界をかける。これにより、第２磁石９２を着磁させ、図１８に矢印Ｍで示すように、軸方向Ａと平行な向きの磁極を有する主磁極磁石６１を得る。

第２着磁ステップＳ１１０では、第１磁石９１に対し、縦方向と異なる横方向に磁界をかける。これにより、第１磁石９１を着磁させ、図１８に矢印Ｍで示すように、周方向Ｃと平行な向きの磁極を有する補助極磁石６２を得る。

なお、上記ステップの順序は入れ替わってもよい。例えば、第１磁石配置ステップＳ１０４と第２磁石配置ステップＳ１０６との間に第２着磁ステップＳ１１０を設けるようにしてもよい。これにより、第１磁石配置ステップＳ１０４で配置した未着磁の第１磁石９１に対して横方向に磁界をかけるとき、着磁ヨークと第２磁石９２との干渉が発生しないため、着磁ヨークの配置が容易になる。

また、第２実施形態に係るローター３Ａでは、上記の第４実施形態とは異なり、未着磁の第１磁石９１が図８に示す貫通孔３４に挿入され、これに縦方向の磁界をかけて着磁することで主磁極磁石６１Ａが得られる。また、未着磁の第２磁石９２が図８に示す第１凹部３２５間および第２凹部３２６間にそれぞれ配置され、これに横方向の磁界をかけて着磁することで補助極磁石６２が得られる。したがって、第２実施形態に係るローター３Ａを製造する場合には、第１着磁ステップＳ１０８では、第１磁石９１に対して縦方向の磁界をかけ、第２着磁ステップＳ１１０では、第２磁石９２に対して横方向の磁界をかければよい。

以上のように、図１５に示すローター３の製造方法は、準備ステップＳ１０２と、第１磁石配置ステップＳ１０４と、第２磁石配置ステップＳ１０６と、第１着磁ステップＳ１０８と、第２着磁ステップＳ１１０と、を有する。準備ステップＳ１０２では、第１面３２１と、回転軸ＡＸまわりの周方向Ｃに配列され、第１面３２１に開口する複数の第１凹部３２５と、を有し、円環状をなすフレーム３０、未着磁の第１磁石９１、および、未着磁の第２磁石９２を用意する。第１磁石配置ステップＳ１０４では、第１磁石９１を第１凹部３２５内に配置する。第２磁石配置ステップＳ１０６では、第２磁石９２を第１凹部３２５間に配置する。第１着磁ステップＳ１０８では、第１磁石９１および第２磁石９２のうちの一方に対し、第１面３２１と交差する縦方向に磁界をかけて着磁させる。第２着磁ステップＳ１１０では、第１磁石９１および第２磁石９２のうちの他方に対し、縦方向と交差する横方向に磁界をかけて着磁させる。

以上のような構成によれば、第１磁石９１および第２磁石９２を配置した後、着磁処理を行うため、第１磁石９１および第２磁石９２の配置作業を効率よく行うことができる。また、フレーム３０には、第１凹部３２５が設けられているため、第１磁石９１を精度よく位置合わせすることができる。その結果、主磁極磁石６１や補助極磁石６２の位置ずれに伴う磁気特性の悪化が発生しにくいローター３を、効率よく製造することができる。

以上、本発明の回転型モーターおよびローターの製造方法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い。

例えば、本発明の回転型モーターは、前記実施形態の各部が同様の機能を有する任意の構成物に置換されたものであってもよく、前記実施形態に任意の構成物が付加されたものであってもよい。

また、本発明のローターの製造方法は、前記実施形態に任意の目的の工程が追加されたものであってもよい。

１…アキシャルギャップモーター、３…ローター、３Ａ…ローター、３Ｄ…ローター、４…ステーター、５…ステーター、６…永久磁石、７…クロスローラーベアリング、８…センターケース、３０…フレーム、３０Ａ…フレーム、３０Ｄ…フレーム、３１…ハブ、３２…隔壁部、３３…凹部係合構造、３４…貫通孔、３９…シャフト、４１…ボトムケース、４２…ステーターコア、４３…コイル、５１…トップケース、５２…ステーターコア、５３…コイル、６１…主磁極磁石、６１Ａ…主磁極磁石、６１Ｂ…主磁極磁石、６１Ｃ…主磁極磁石、６１ｄ…下面、６１ｕ…上面、６２…補助極磁石、６２ｄ…下面、６２ｕ…上面、７１…内輪、７２…外輪、７３…コロ、９１…第１磁石、９２…第２磁石、３１０…ボルト孔、３２１…第１面、３２１Ｄ…第１面、３２２…第２面、３２５…第１凹部、３２５Ｄ…第１凹部、３２６…第２凹部、６１５Ｂ…主磁石係合構造、６１５Ｃ…主磁石係合構造、６２５…副磁石係合構造、Ａ…軸方向、Ａ１…下方向、Ａ２…上方向、ＡＸ…回転軸、Ｃ…周方向、Ｃ１…第１周方向、ＣＬ…中心線、Ｄ６１１…挿入方向、Ｄ６１２…係合方向、Ｄ６１３…挿入方向、Ｄ６１４…時計方向、Ｅ１…実施例、Ｅ２…比較例、Ｍ…矢印、ＭＦ’…磁力線、ＭＦ１…磁力線、ＭＦ２…磁力線、ＭＦ３…磁力線、Ｒ…径方向、Ｓ１…挿入直後状態、Ｓ２…係合状態、Ｓ１０２…準備ステップ、Ｓ１０４…第１磁石配置ステップ、Ｓ１０６…第２磁石配置ステップ、Ｓ１０８…第１着磁ステップ、Ｓ１１０…第２着磁ステップ

Claims (10)

1. ステーターと、
   回転軸まわりに回転するローターと、
   を備え、
   前記ローターは、
   前記ステーターに臨む第１面と、前記回転軸まわりの周方向に沿って配列され、前記第１面に開口する複数の第１凹部と、を有し、円環状をなすフレームと、
   前記第１凹部内および前記第１凹部間のうちの一方に配置されている主磁石と、
   前記第１凹部内および前記第１凹部間のうちの他方に配置されている副磁石と、
   を備えることを特徴とする回転型モーター。
2. 前記フレームは、さらに、
   前記第１面とは反対の第２面と、
   前記周方向に沿って配列され、前記第２面に開口する複数の第２凹部と、
   を有し、
   前記周方向における前記第１凹部の位置と前記第２凹部の位置とが同じである請求項１に記載の回転型モーター。
3. 前記主磁石は、前記第１凹部間に配置され、前記副磁石は、前記第１凹部内に配置されている請求項１または２に記載の回転型モーター。
4. 前記副磁石は、前記第１凹部に係合する副磁石係合構造を有する請求項３に記載の回転型モーター。
5. 前記フレームは、前記第１凹部および前記第２凹部が前記回転軸に沿ってつながった貫通孔を有する請求項２に記載の回転型モーター。
6. 前記主磁石は、前記貫通孔内に配置され、前記副磁石は、前記第１凹部間および前記第２凹部間に配置されている請求項５に記載の回転型モーター。
7. 前記主磁石は、前記貫通孔に係合する主磁石係合構造を有する請求項６に記載の回転型モーター。
8. 前記フレームの構成材料は、非磁性材料である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回転型モーター。
9. 前記フレームは、絶縁性を有する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の回転型モーター。
10. 第１面、および、回転軸まわりの周方向に配列され前記第１面に開口する複数の第１凹部を有し、円環状をなすフレーム、未着磁の第１磁石、および、未着磁の第２磁石を用意するステップと、
    前記第１磁石を前記第１凹部内に配置するステップと、
    前記第２磁石を前記第１凹部間に配置するステップと、
    前記第１磁石および前記第２磁石のうちの一方に対し、前記第１面と交差する縦方向に磁界をかけて着磁させるステップと、
    前記第１磁石および前記第２磁石のうちの他方に対し、前記縦方向と異なる横方向に磁界をかけて着磁させるステップと、
    を有することを特徴とするローターの製造方法。

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