JP4720982B2 - アキシャルエアギャップ型電動機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータとロータとがロータの出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向配置されているアキシャルエアギャップ型電動機に関し、さらに詳しく言えば、ロータのリラクタンストルクを利用して、高トルク、高出力化できるアキシャルエアギャップ型電動機に関する。

例えば特許文献１に示すように、アキシャルエアギャップ型電動機は、ステータ（固定子）のティース部空隙面の一方または両方にロータ（回転子）を所定の空隙をもって対向的に配置してなる電動機であって、インナーロータ型などのラジアルギャップ型電動機に比べて回転軸方向の厚さを薄くする、すなわち扁平にすることができるという特徴がある。

特許文献１において、ロータは、左右一対のステータの間に挟まれるように設けられている。今までのアキシャルエアギャップ型電動機のロータは、強磁性体からなる円盤状のバックヨークの表面に焼結型永久磁石を貼り付けたり、プラスチックマグネットをインサート成形して、ＳＰＭ構造（表面磁石形同期モータ）をとっていた。

しかしながら、従来のＳＰＭ構造のアキシャルエアギャップ型電動機の場合は、ロータのｄ軸とｑ軸のインダクタンスの差がほとんどなかったため、リラクタンストルクを利用できず、モータ出力をマグネットトルクのみに頼っており、高トルク化、高速化、高出力化の弊害になっていた。

特開２００１−１３６７２１号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、リラクタンストルクを利用して、高トルク、高出力可能なアキシャルエアギャップ型電動機を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、ステータのティース空隙面とロータのマグネット面とが上記ロータの出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向配置されているアキシャルエアギャップ型電動機において、上記ロータは、上記出力軸に同軸的に取り付けられるバックヨークと、上記バックヨークに円周方向に沿って配置される複数の磁極マグネットとを含み、上記バックヨークには、上記各磁極マグネットが収納されるマグネット収納部が複数設けられており、上記各マグネット収納部は、上記磁極マグネットの表面積よりも大きな開口面積を有し、上記マグネット収納部の中央に上記磁極マグネットが配置され、上記各磁極マグネットの周囲を取り囲むようにフラックスバリアが設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記磁極マグネットの前面にはさらにフロントヨークが設けられており、上記フロントヨークは強磁性体からなることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２において、上記磁極マグネットおよび／または上記フロントヨークの前面にはさらに、非磁性体からなる磁極カバーが設けられており、上記磁極カバーにより上記磁極マグネットおよび／または上記フロントヨークが上記バックヨークに固定されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１，２または３において、上記フラックスバリアは、その開口幅が上記ステータと上記ロータとの空隙面の面間距離よりも大きく形成されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項において、上記マグネット収納部は、上記バックヨークの表面と上記磁極マグネットの表面とが同一平面上になるように形成されていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、上記請求項３において、上記マグネット収納部は、上記バックヨークの表面と上記磁極マグネットに取り付けられる上記フロントヨークおよび／または上記磁極カバーの表面とが同一平面上になるように形成されていることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項において、隣接する上記磁極マグネットの間には、上記バックヨークと一体の突極が設けられていることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、上記請求項１〜７のいずれか１項において、上記各磁極マグネットは、複数個のマグネットメンバーに分割されており、それらが上記ロータの半径方向および／または円周方向に沿って配置されていることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、上記請求項１〜８のいずれか１項において、上記マグネット収納部には、上記磁気マグネットが載置されるマグネット取付面が設けられており、上記マグネット取付面は、上記ロータの半径方向および／または円周方向に沿って、その軸線方向に傾けられた傾斜面からなることを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、上記請求項９において、第１取付面と第２取付面の２つの取付面を含み、上記第１，第２取付面は、円周方向の両端から中央に向かうにつれて、その軸線方向の高さが漸次低くなる断面Ｖ字状に形成されていることを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、ステータのティース空隙面とロータのマグネット面とが上記ロータの出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向配置されているアキシャルエアギャップ型電動機において、上記ロータは、上記出力軸に同軸的に取り付けられるバックヨークと、上記バックヨークに円周方向に沿って配置される複数の磁極マグネットとを含み、上記バックヨークには、上記各磁極マグネットが収納されるマグネット収納部が複数設けられており、上記マグネット収納部には、上記磁気マグネットが載置されるマグネット取付面が設けられており、上記マグネット取付面は、第１取付面と第２取付面の２つの取付面を含み、上記第１，第２取付面は、円周方向の両端から中央に向かうにつれて、その軸線方向の高さが漸次低くなる断面Ｖ字状に形成されているとともに、上記第１，第２取付面は、内径側から外径側に向かうにつれて、その軸線方向の高さが漸次深くなるように傾斜されていることを特徴としている。

請求項１２に記載の発明は、上記請求項１１において、上記磁極マグネットは所定厚さの板状片からなり、それらを上記各第１，第２面に沿って配置することにより、上記各磁極マグネットの突き当て面の間および／または上記磁極マグネットと上記マグネット収納部の間には、断面Ｖ字状のフラックスバリアが形成されることを特徴としている。

請求項１３に記載の発明は、請求項１または１１において、上記磁極マグネットの円周方向の端部には、スキューが設けられていることを特徴としている。

請求項１４に記載の発明は、上記請求項１または１１において、上記磁極マグネットの半径方向の端部は、円弧状に形成されていることを特徴としている。

請求項１５に記載の発明は、上記請求項１または１１において、上記磁極マグネットの外径側と、上記バックヨークの外周部に設けた外壁との間には、所定の機械的強度を有する非磁性体のスペーサが挿入されることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、磁極マグネットの周囲にフラックスバリアを設けたことにより、磁極マグネットの磁束（フラックス）の漏れを低減して、トルクの低減を防止することができ、リラクタンストルクを利用して高出力化することができる。また、バックヨークの磁極マグネットよりも大きな開口面積を有するマグネット収納部を設けたことにより、マグネット収納部の中央に磁極マグネットを載置することで、その周囲にフラックスバリアを簡単に形成することができる。

請求項２に記載の発明によれば、磁極マグネットの前面にフロントヨークをさらに設けることにより、ＩＰＭ構造（内部磁石形同期モータ）とすることで、リラクタンストルクを利用して、さらに高トルク、高出力化が可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、磁極マグネット（またはフロントヨーク）の前面を磁極カバーで覆うことにより、磁極マグネットまたはフロントヨークの脱落を防止できる。また、磁束漏れを防止するため、材質は非磁性体が好ましく、さらには渦電流などの発生を防止するため、体積固有抵抗率の高い材料が好ましい。

請求項４に記載の発明によれば、フラックスバリアの開口幅をステータとロータのエアギャップの面間距離よりも大きくしたしたことにより、磁極マグネットの端部からバックヨークにフラックスが漏れるのを防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、バックヨークの磁極マグネットよりも大きな開口面積を有するマグネット収納部を設けたことにより、マグネット収納部の中央に磁極マグネットを載置することで、その周囲にフラックスバリアを簡単に形成することができる。

請求項５または６に記載の発明によれば、マグネット収納部の深さを磁極マグネット（またはフロントヨーク）の表面とバックヨークの表面とを同一平面上になるように設定することにより、フラックスの漏れを防ぐことができる。

請求項７に記載の発明によれば、隣接する磁極マグネットの間に突極を設けたことにより、ＩＰＭ構造（内部磁石形同期モータ）によってｑ軸インダクタンスＬｑを大きくすることができ、ｄ軸インダクタンスＬｄとの差（Ｌｑ−Ｌｄ）を大きくすることで、トルク定数を大きくして、トルクの増大を図ることができる。また、誘起起電力定数を低減させることもできる。

請求項８に記載の発明によれば、磁極マグネットを複数個（例えばｎ個：ｎは正の整数）に分割することにより、磁極マグネット（とくに焼結型希土類マグネット）に交流磁束が通ると発生する渦電流によるエネルギー損失を約１／ｎに減少させることができる。

請求項９に記載の発明によれば、マグネット収納部のマグネット取付面を円周方向または半径方向に沿って傾けて形成したことにより、平置きした場合よりもマグネット面積を増やすことができ、より高出力化を図ることができるばかりでなく、さらにその表面にフロントヨークを備えることで、ＩＰＭ構造となりさらに高出力化することができる。

請求項１０および１１に記載の発明によれば、２つのマグネット取付面をＶ字状に配置することにより、マグネットの磁極面積をできるだけ大きく設けることができるばかりでなく、渦電流の発生によるエネルギー損失を低減させることができる。

請求項１２に記載の発明によれば、各取付面に沿って板状の磁極マグネットを取り付けることにより、その突き当て面または隙間にフラックスバリアを簡単に形成することができる。

請求項１３に記載の発明によれば、磁極マグネットの円周方向の端部にスキューを形成することにより、磁束変化をスムーズにすることができ、コギングトルクの発生を低下させることができる。

請求項１４に記載の発明によれば、磁極マグネットの半径方向の端部を円弧状に形成したことにより、磁極マグネットが扇形状になり、半径方向のフラックスの振れを低減させることができ、高効率なモータを得ることができる。

請求項１５に記載の発明によれば、磁極マグネットやフロントヨークがモータの回転に伴う遠心力で飛び出したり、強磁性体であるバックヨークの壁に接触して漏れ磁束が増え、トルクが低下することを防ぐことができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るアキシャルエアギャップ型電動機の断面図であり、図２（ａ）は、そのロータの正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

このアキシャルエアギャップ型電動機１は、円盤状に形成されたステータ２と、ステータ２の両側面に所定の空隙（エアギャップ）をもって対向的に配置される一対のロータ３，３とを備える。各ロータ３，３は回転駆動力を出力するロータ出力軸４に同軸的に固定される。

ステータ２およびロータ３は、円筒状のハウジング（モータブラケット）１０内に収納される。この例において、ハウジング１０の両端には、図１に示すように、円盤状の蓋部材１０ａ、１０ｂが設けられ、その内部に各モータ機構部が格納される。

蓋部材１０ａ、１０ｂ中心部には、それぞれ軸挿通孔１１が配置され、そこからロータ出力軸４が引き出されているが、軸挿通孔１１に変えて、ロータ出力軸４を軸受けする軸受部を形成してもよい。

ステータ２は、３ｎ個（ｎは正の整数）のコアメンバー２１を含み、この例ではコアメンバーを１２個として、それらがロータ出力軸４の軸線に沿って環状に配置されている。各コアメンバー２１は、その外周にコイル５が巻回されており、ステータ２のティース部空隙面２２を除く全体がモールド樹脂２４により一体的に固められる。

ステータ２の中心には、ロータ出力軸４を軸受けする軸受部２３が配置される。この例において、軸受部２３は、一対のラジアルボールベアリング２３１，２３２を有し、その内輪はロータ出力軸４に圧入嵌めされ、外輪側はモールド樹脂２４に収納されている。本発明において軸受部２３の構成は任意であってよい。

本発明において、ステータ２の構成はアキシャルエアギャップ型電動機を構成するに必要な最低限のステータ構成を備えていればよく、その具体的な構成は任意的事項である。本発明の特徴はロータ３の構造にある。

次に、図２（ａ），（ｂ）を参照してロータ３，３について説明する。なお、ロータ３，３は同一構成のため、この例では一方のロータ３を例にとって説明する。この例において、ステータ２のティース空隙面２２に対向する側の面をロータ３の正面とする。

図２（ａ）に示すように、ロータ３は、ステータ２に同軸的に配置される円盤体からなるバックヨーク３１と、このバックヨーク３１にロータ回転軸４を中心に円周方向に沿って環状に配置される２ｎ個（ｎは正の整数）の磁極マグネット３２ａ〜３２ｈ（この例では８個）とを備えている。

バックヨーク３１は、例えば冷延鋼板などの磁性材料からなり、中央にはロータ出力軸４に圧入固定される軸固定孔３３が設けられている。軸固定孔３３は、バックヨーク３１の軸方向（図２（ａ）では紙面垂直方向）に貫通した貫通孔であり、そこにロータ出力軸４が圧入されている。

なお、これら軸固定孔３３はプラスチックマグネットによって磁極マグネット３２をインサート成型する際にインサート成型機の金型への位置出しを行うための、ガイド孔としても利用可能である。

バックヨーク３１には、磁極マグネット３２ａ〜３２ｈを収納するためのマグネット収納部３４ａ〜３４ｈが出力軸４を中心に円周方向に沿って配置されている。この例において、各マグネット収納部３４ａ〜３４ｈは、バックヨーク３１の正面（ステータ対向面）から軸線方向に向けて所定深さで凹まされた凹部からなり、各セグメント毎に８カ所設けられている。

各マグネット収納部３４ａ〜３４ｈは、それぞれ同一構成であるため、１つのマグネット収納部３４ａを例にとって説明する。マグネット収納部３４ａは、正面（図２（ａ））から見て扇形状に形成されており、さらに半径方向の内周面および外周面は円弧状に形成されていることが好ましい。

マグネット収納部３４ａは、その中央に磁極マグネット３２ａが配置されるが、その形状は、磁極マグネット３２ａに相似形であり、その開口面積は磁極マグネット３２ａの表面積よりも大きく形成されていることが好ましい。

すなわち、磁極マグネット３２ａに対して相似形であり、かつ、開口面積を大きくすることにより、マグネット収納部３４ａの中央には、磁極マグネット３２ａの周囲を取り囲むようにして一定幅Ｌｂのフラックスバリア３５が形成される。

図１に示すように、フラックスバリア３５は、その幅Ｌｂがステータ２とロータ３のエアギャップの面間距離Ｌａよりも大きく形成されていることが好ましい。これによれば、フラックスバリア３５の幅Ｌｂは、面間距離Ｌａよりも大きく形成することにより、磁極マグネット３２ａの端部からバックヨーク３１にフラックスが漏れるのをより確実に防止することができる。

マグネット収納部３４ａは、磁極マグネット３２ａの磁極面と、バックヨーク３１の表面とが同一平面上になるに必要な深さを備えていることが好ましい。これによれば、磁極マグネット３２ａをバックヨーク３１内に収納することで、軸方向の長さを短くすることができるばかりでなく、ＩＰＭ構造によって、リラクタンストルクを利用して高出力化を図ることができる。

図２（ａ）に示すように、隣接するマグネット収納部（例えば３２ａと３２ｂ）との間には、突極３６が形成されている。突極３６は、フラックスバリア３５，３５を挟んでバックヨーク３１の一部に半径方向に沿って形成されるリブからなる。

突極３６を形成することにより、突極３６で発生する電磁力によって、ｑ軸インダクタンスＬｑを大きくでき、ｄ軸インダクタンスＬｄとの差（Ｌｑ−Ｌｄ）が大きくなり、その結果、下式に示すようにリラクタンストルクを利用して、トルクが増大する。「『埋込磁石同期モータの設計と制御』（竹田洋次、松井信行、森本茂雄、本田幸男 共著，オーム社出版，平成１３年１０月２５日刊）による。」

その結果、リラクタンストルクを利用することができるため、高トルク・高出力なモータを得ることができるばかりでなく、誘起起電力（逆起電力）が低くなるので、モータの高速化も可能となる。

磁極マグネット３２ａ〜３２ｈは、上述したように８セグメントから構成されているが、各磁極マグネット３２ａ〜３２ｈはそれぞれ同一構成であるため、１つのマグネットメンバー３２ａを例にとって説明する。

磁極マグネット３２ａは、磁束密度が飽和しない磁石材料から構成されていることが好ましく、例えば焼結磁石やプラスチックマグネットなどが用いられている。材質は、フェライト磁石や希土類磁石など仕様に応じて任意に用いられる。

磁極マグネット３２ａは、正面側から見てステータ２に沿ってほぼ平行な磁極面を有する台形状に形成されており、上述したようにマグネット収納部３４ａと相似形となっている。磁極マグネット３２ａの半径方向の両端は円弧状に形成されている。

この例において、磁極マグネット３２ａは、図２（ａ）に示すように、半径方向に沿って左右対称形状の扇形状に形成されているが、図３に示すように、磁極マグネット３２ａの円周方向の両端面を傾斜させたスキュー３２１，３２２を設けてもよい。これによれば、磁束変化がよりスムーズになり、コギングトルクの発生を低減させることができる。

磁極マグネット３２ａは、マグネット収納部３４ａに接着剤などを介して固定されているが、より磁極マグネット３２ａを強固に固定する方法の一例としては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、磁極マグネット３２ａの前面に磁極カバー３８を設けて固定してもよい。

すなわち、この例において、磁極カバー３８は、アルミニウムなどの非磁性体金属板の成形品からなり、磁極マグネット３２ａを覆うように断面コ字状に形成されている。この磁極カバー３８は、同じく非磁性体からなるネジ３８ａを介してバックヨーク３１に固定される。なお、ネジ３８ａ以外にリベットなどを用いて固定してもよい。

磁極マグネット３２ａを焼結型希土類磁石で構成した場合、その磁極マグネット３２ａに交流磁束が通ると、磁極マグネット３２ａの周りには渦電流によるエネルギー損失が発生する。この渦電流損を防止する方法としては、図５（ａ），（ｂ）に示すように、磁極マグネット３２ａを円周方向および／または半径方向に沿って複数個（例えばｎ個：ｎは正の整数）個に分割することが好ましい。

この例において、磁極マグネット３２ａは、円周方向および半径方向の中心線に沿って均等に４分割（３２ａ１〜３２ａ４）されている。これによれば、磁極マグネット３２ａを４分割することにより、発生する渦電流損も約１／４に減らすことができる。

すなわち、磁極マグネット３２ａをｎ個に分割することにより、渦電流損は逆に約１／ｎに減少させることができる。なお、磁極マグネット３２ａの分割数や分割形状については、仕様に応じて任意に変更可能である。

この例において、ロータ３は、バックヨーク３１と磁極マグネット３２ａとから構成されているが、図６に示すように、バックヨーク３１の前面にさらに例えば電磁鋼板などの強磁性体からなるフロントヨーク３７を設けてもよい。

これによれば、フロントヨーク３７をさらに備えることにより、磁極マグネット３２ａがマグネット収納部３４ａ内に完全に埋もれてるため、ＩＰＭ構造（内部磁石形同期モータ）となり、リラクタンストルクを利用してより高出力なモータを得ることができる。

なお、図６において、フロントヨーク３７は磁極マグネット３２ａの上に接着剤などによって貼り合わせられているが、図４（ｂ）に示すように、磁極カバー３８を介して固定してもよい。

この例において、ロータ３，３は同一のロータ出力軸４を共有しているが、各ロータ３，３ごとに、ロータ出力軸を有する２出力軸タイプであってもよい。また、ロータ出力軸４を持たずにステータ２に対してロータ３，３をラジアルボールベアリングを介して直に支持させるシャフトレス型としてもよい。さらには、ロータ３は１つであってもよい。

次に、図７および図８（ａ）〜（ｄ）を参照して、本発明のアキシャルエアギャップ型電動機の第２実施形態について説明する。なお、上述した第１実施形態と同一もしくは同一と見なされる箇所には同じ参照符号を付し、その具体的な説明は省略する。

この第２実施形態のアキシャルエアギャップ型電動機１Ａは、上記第１実施形態と同じく円盤状に形成されたステータ２と、同ステータ２の両側面に所定の空隙（ギャップ）をもって対向的に配置される一対のロータ３，３とを備えている。

この第２実施形態においても、各ロータ３は、円盤状のバックヨーク３１を有し、そのステータ２の対向面には、８個のマグネット収納部３４Ａ〜３４Ｈが一体に形成され、そこに磁極マグネット３２Ａ〜３２Ｈが環状に配置されている。なお、マグネット収納部３４Ａ〜３４Ｈおよび磁極マグネット３２Ａ〜３２Ｈは同一の構成であるため、マグネット収納部３４Ａ，磁極マグネット３２Ａにより説明する。

マグネット収納部３４Ａは、バックヨーク３１のステータ２の対向面から所定深さに凹まされた凹部からなり、図８（ｂ）に示すように、底部が内周側から外周側に向けてその深さが漸次深くなるように傾斜されている。

図９は、第２実施形態のバックヨーク単体の正面図である。マグネット収納部３４Ａは、その底部が後述する２つのマグネットメンバー３２１Ａ，３２２Ａからなる磁極マグネット３２Ａを載置するため、一対のマグネット取付面３４１Ａ，３４２Ａ（第１取付面、第２取付面）が設けられている。

図８（ｃ），（ｄ）および図９に示すように、各マグネット取付面３４１Ａ，３４２Ａは、マグネット収納部３４Ａの円周方向の両端から中央に向かうについて漸次その深さを増すよう断面Ｖ字状に形成されている。各マグネット取付面３４１Ａ，３４２Ａは、この例では左右対称形であるが、スキューなどを設けた場合には、左右非対称形となる。

図１０は、図９のバックヨークに磁極マグネットを取り付けた状態の正面図である。磁極マグネット３２Ａは、上述した各マグネット取付面３４１Ａ，３４２Ａに取り付けられる２つのマグネットメンバー３２１Ａ，３２２Ａからなる。

マグネットメンバー３２１Ａ，３２２Ａは、所定厚さの磁石板からなり、台形状に形成されている。この例において、マグネットメンバー３２１Ａ，３２２Ａは、ともに同一形状であり、それらが中央を挟んで左右対称に配置される。

各マグネットメンバー３２１Ａ，３２２Ａの円周方向の端部には、フラックスバリア３５，３５が形成されている。フラックスバリア３５，３５は、マグネット取付面３４１Ａ，３４２Ａの角度を利用することにより、各マグネットメンバー３２１Ａ，３２２Ａを互いに付き合わせることで、三角形状に形成される。

図８（ｂ）に示すように、フラックスバリア３５は、磁極マグネット３２Ａの半径方向の両端にも形成されており、その開口幅Ｌｂは、第１実施形態と同様に、ステータ２とロータ３の面間距離Ｌａよりも大きく形成されていることが好ましい。

再び、図７および図８（ａ）〜（ｄ）を参照して、磁極マグネット３２Ａの上部にはさらに、フロントヨーク３７が設けられている。フロントヨーク３７は、電磁鋼板をロータ３の半径方向に沿って積層した積層体からなり、磁極マグネット３２Ａの表面に沿って合致する二等辺三角形状に形成されている。

これによれば、磁極マグネット３２Ａがバックヨーク３１とフロントヨーク３７との間に挟まれることにより、磁極マグネット３２Ａがマグネット収納部３４Ａ内に埋もれてＩＰＭ構造が形成され、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを利用することができ、より高出力なモータを得ることができる。

この実施形態において、フロントヨーク３７は、電磁鋼板の積層体から構成されているが、これ以外に粉末成形されたものであってもよい。すなわち、図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、このフロントヨーク３７は、磁性材料からなる金属粉末を圧縮成型したものからなり、磁極マグネット３２Ａ全体を覆うように扇形状に形成されている。

これによれば、粉末成形の方が積層体に比べてより自由度を高く設計ができるため、磁極マグネット３２Ａの全体を覆う形状とすることができ、さらにリラクタンストルクを効率的に利用することができる。

上述した第２実施形態において、隣接する磁極マグネット３２Ａ，３２Ｂの間には、フラックスバリア３５が形成されるが、よりモータの出力を向上させるには、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、各磁極マグネット３２Ａ，３２Ｂの間に突極３６が設けられていることが好ましい。

すなわち、隣接する各モータ収納部３４Ａ〜３４Ｈの間には、バックヨーク３１の一部としての突極３６が半径方向に沿って放射状に形成されている。これによれば、突極３６によってｑ軸インダクタンスＬｑを大きくすることができ、結果、リラクタンストルクをさらに大きくすることができる。

上述した第２実施形態において、磁極マグネット３２Ａおよびフロントヨーク３７は、マグネット収納部３２Ａに接着剤などによって一体的に固定されているが、より確実に固定するため、磁極カバー３８を使用してもよい。

すなわち、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、フロントヨーク３７の前面には、磁極マグネット３２Ａおよびフロントヨーク３７を覆うように磁極カバー３８が取り付けられている。磁極カバー３８は、バックヨーク３１の正面に沿って平行な板状体からなり、両端がフラックスバリア３５に沿ってＶ字状に折り曲げられている。

磁極カバー３８は、その周縁がネジ３８ａによってネジ止めされることで、固定される。これによれば、磁極マグネット３２Ａおよびフロントヨーク３７を確実に固定できるため、高出力化しても、ステータ２とロータ３のエアギャップを一定に保つことができる。なお、磁極カバー３８およびネジ３８ａの材質は非磁性体が用いられる。

上述した第１および第２実施形態において、磁極マグネット３２ａ（３２Ａ）の半径方向の外周面とバックヨーク３１の外壁との間には、フラックスバリア３５が形成されているが、このフラックスバリア３５の一部に非磁性体からなるスペーサ部材６を挟み込んでもよい。

すなわち、図１４に示すように、磁極マグネット３２ａとフロントヨーク３７の半径方向の外周面とマグネット収納部３４ａとの間に形成された空間（図１４では、フラックスバリア３５）には、ブロック状のスペーサ部材６が設けられている。スペーサ部材６は、アルミニウムや黄銅などの非磁性体からなる。

これによれば、スペーサ部材６を圧入することによって、磁極マグネット３２ａとフロントヨーク３７とを挟み込み、モータの回転に伴う遠心力で磁極マグネット３２ａやフロントヨーク３７が飛び出したり、バックヨーク３１の壁に接触して漏れ磁束が増加による、トルクの低下を防ぐことができる。

上述した実施形態において、フロントヨーク３７は電磁鋼板の積層体または圧粉鉄心の場合を例にとって説明したが、これ以外に、鉄系焼結金属、鋼板、鋳物などの各種強磁性体が任意に選択される。また、積層体の場合、その積層方向は、エアギャップ面に対して平行であれば、渦電流が低減できるため、その積層方向は特に限定されない。

上述した実施形態において、ロータ３，３は同一のロータ出力軸４を共有しているが、各ロータ３，３ごとに、ロータ出力軸を有する２出力軸タイプであってもよい。また、ロータ出力軸４を持たずにステータ２に対してロータ３，３をラジアルボールベアリングを介して直に支持させるシャフトレス型としてもよい。さらには、ロータ３は１つであってもよい。

本発明のアキシャルエアギャップ型電動機は高出力で信頼性が高いことから、高効率化が求められている家電用，産業用，輸送機器用などのモータとして、また、発電機として広く利用することができる。

本発明の第１実施形態に係るアキシャルエアギャップ型電動機の要部断面図。 （ａ）上記第１実施形態のロータの正面図、（ｂ）ロータのＡ−Ａ線断面図。 スキューが付けられた磁極マグネットを示す正面図。 （ａ）磁極カバーが装着された状態のロータの正面図、（ｂ）ロータのＢ−Ｂ線断面図。 （ａ）分割した磁極マグネットを用いたロータの正面図、（ｂ）ロータのＣ−Ｃ線断面図。 磁極マグネットにフロントヨークを取り付けた状態の部分断面図。 本発明の第２実施形態に係るアキシャルエアギャップ型電動機の要部断面図。 （ａ）上記第２実施形態のロータの正面図、（ｂ）ロータのＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）ロータのＥ−Ｅ線断面図、（ｄ）ロータのＦ−Ｆ線断面図。 バックヨークの正面図。 磁極マグネットを取り付けたバックヨークの正面図。 （ａ）粉体成形したフロンヨークを備えたロータの正面図、（ｂ）Ｇ−Ｇ線断面図、（ｃ）Ｈ−Ｈ線断面図、（ｄ）Ｉ−Ｉ線断面図。 （ａ）突極を備えたロータの正面図、（ｂ）Ｊ−Ｊ線断面図。 （ａ）磁極カバーを取り付けたロータの正面図、（ｂ）Ｋ−Ｋ線断面図。 スペーサ部材を備えたロータの要部断面図。

符号の説明

１，１Ａ アキシャルエアギャップ型電動機
２ ステータ
２１ コアメンバー
３ ロータ
３１ バックヨーク
３２ａ〜３２ｈ（３２Ａ〜３２Ｈ） 磁極マグネット
３３ 軸固定孔
３４ａ〜３４ｈ（３４Ａ〜４３Ｈ） マグネット収納部
３４１，３４２ マグネット取付面
３５ フラックスバリア
３６ 突極
３７ フロントヨーク
３８ 磁極カバー
４ ロータ出力軸
５ コイル
６ スペーサ部材

Claims (15)

1. ステータのティース空隙面とロータのマグネット面とが上記ロータの出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向配置されているアキシャルエアギャップ型電動機において、
   上記ロータは、上記出力軸に同軸的に取り付けられるバックヨークと、上記バックヨークに円周方向に沿って配置される複数の磁極マグネットとを含み、
   上記バックヨークには、上記各磁極マグネットが収納されるマグネット収納部が複数設けられており、上記各マグネット収納部は、上記磁極マグネットの表面積よりも大きな開口面積を有し、上記マグネット収納部の中央に上記磁極マグネットが配置され、上記各磁極マグネットの周囲を取り囲むようにフラックスバリアが設けられていることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。
2. 上記磁極マグネットの前面にはさらにフロントヨークが設けられており、上記フロントヨークは強磁性体からなることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
3. 上記磁極マグネットおよび／または上記フロントヨークの前面にはさらに、非磁性体からなる磁極カバーが設けられており、上記磁極カバーにより上記磁極マグネットおよび／または上記フロントヨークが上記バックヨークに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
4. 上記フラックスバリアは、その開口幅が上記ステータと上記ロータとの空隙面の面間距離よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
5. 上記マグネット収納部は、上記バックヨークの表面と上記磁極マグネットの表面とが同一平面上になるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
6. 上記マグネット収納部は、上記バックヨークの表面と、上記磁極マグネットに取り付けられる上記フロントヨークおよび／または上記磁気カバーの表面とが同一平面上になるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
7. 隣接する上記磁極マグネットの間には、上記バックヨークと一体の突極が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
8. 上記各磁極マグネットは、複数個のマグネットメンバーに分割されており、それらが上記ロータの半径方向および／または円周方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
9. 上記マグネット収納部には、上記磁気マグネットが載置されるマグネット取付面が設けられており、上記マグネット取付面は、上記ロータの半径方向および／または円周方向に沿って、その軸線方向に傾けられた傾斜面からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
10. 上記マグネット取付面は、第１取付面と第２取付面の２つの取付面を含み、上記第１，第２取付面は、円周方向の両端から中央に向かうにつれて、その軸線方向の高さが漸次低くなる断面Ｖ字状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
11. ステータのティース空隙面とロータのマグネット面とが上記ロータの出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向配置されているアキシャルエアギャップ型電動機において、
    上記ロータは、上記出力軸に同軸的に取り付けられるバックヨークと、上記バックヨークに円周方向に沿って配置される複数の磁極マグネットとを含み、
    上記バックヨークには、上記各磁極マグネットが収納されるマグネット収納部が複数設けられており、上記マグネット収納部には、上記磁気マグネットが載置されるマグネット取付面が設けられており、
    上記マグネット取付面は、第１取付面と第２取付面の２つの取付面を含み、上記第１，第２取付面は、円周方向の両端から中央に向かうにつれて、その軸線方向の高さが漸次低くなる断面Ｖ字状に形成されているとともに、上記第１，第２取付面は、内径側から外径側に向かうにつれて、その軸線方向の高さが漸次深くなるように傾斜されていることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。
12. 上記磁極マグネットは所定厚さの板状片からなり、それらを上記第１、第２取付面に沿って配置することにより、上記各磁極マグネットの突き当て面の間および／または上記磁極マグネットと上記マグネット収納部の間には、断面Ｖ字状のフラックスバリアが形成されることを特徴とする請求項１１に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
13. 上記磁極マグネットの円周方向の端部には、スキューが設けられていることを特徴とする請求項１または１１に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
14. 上記磁極マグネットの半径方向の端部は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または１１に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
15. 上記磁極マグネットの外径側と、上記バックヨークの外周部に設けた外壁との間には、所定の機械的強度を有する非磁性体のスペーサが挿入されることを特徴とする請求項１または１１に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。

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