JP5046051B2 - アキシャルギャップ型モータ - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップ型モータに関する。

従来、例えば回転軸方向の両側からロータを挟み込むようにして対向配置された１対のステータを備え、ロータの永久磁石による界磁磁束に対して、１対のステータを介した磁束ループを形成するアキシャルギャップ型の回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１５及び図１６に示すように、上記特許文献１に記載のアキシャルギャップ型モータ１００は、回転軸周りに回転可能なロータ１０１と、回転軸方向の両側からロータ１０１を挟んで対向配置される一対のステータ１０２、１０２と、を備え、ロータ１０１は、周方向に所定の間隔で配置される磁石極部１０３，…，１０３と、周方向で隣り合う磁石極部１０３、１０３間に配置される磁性材極部１０４と、を備え、これら磁石極部１０３，…，１０３と磁性材極部１０４，…，１０４がロータフレーム１０５に収容されて構成されている。

特開２００１−１３６７２１号公報

しかしながら、このアキシャルギャップ型モータ１００においては、各磁石極部１０３が回転軸方向に磁化された１つの磁石片から構成されるため、隣り合う磁性材極部１０４との間で、図１６中矢印で示すように磁束の閉ループを形成する。このため、磁石極部１０３から各ステータ１０２に向かう磁束が短絡し、モータの発生トルクが減少したり効率が低下するおそれがあった。なお、これを回避するためには、ロータフレーム１０５のスポーク１０６の厚さを厚くする必要があるが、スポーク１０６の厚さを厚くすると、磁石極部１０３と磁性材極部１０４を小さくせざるを得ずトルクを向上することができなかった。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、磁束の短絡を抑制し、モータの発生トルクの減少や効率低下を抑制することができるアキシャルギャップ型モータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
回転軸周りに回転可能なロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１１）と、
回転軸方向の両側から前記ロータを挟んで対向配置される一対のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ１２）と、を備えるアキシャルギャップ型モータ（例えば、後述の実施形態におけるアキシャルギャップ型モータ１０）であって、
前記ロータは、
周方向に所定の間隔で配置される磁石極部（例えば、後述の実施形態における磁石極部３１）と、
周方向で隣り合う前記磁石極部間に配置される磁性材極部（例えば、後述の実施形態における磁性材極部３２）と、を備え、
前記磁石極部は、
回転軸方向に磁化された主磁石片（例えば、後述の実施形態における主永久磁石片４１）と、回転軸方向一方側であって前記主磁石片の周方向両側に配置され、それぞれ回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化され前記主磁石片の回転軸方向一方側の磁極と同極の磁極が対向する一対の副磁石片（例えば、後述の実施形態における副永久磁石片４２、４２）と、回転軸方向他方側であって前記主磁石片の周方向両側に配置され、それぞれ回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化され前記主磁石片の回転軸方向他方側の磁極と同極の磁極が対向する一対の副磁石片（例えば、後述の実施形態における副永久磁石片４３、４３）と、が一体となった一体化磁石（例えば、後述の実施形態における一体化磁石４４）から構成され、
前記副磁石片は、それぞれ前記主磁石片の略中央部（例えば、後述の実施形態における中央部４１０）に向かって次第に厚さが漸減するテーパ部（例えば、後述の実施形態におけるテーパ面４２１、４３１）を有し、
前記主磁石片の略中央部が前記一対のステータに露出する、
ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、
前記主磁石片と、回転軸方向一方側に配置された前記一対の副磁石片と、回転軸方向他方側に配置された前記一対の副磁石片とは、接着材により、又は焼結により一体化される、
ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加えて、
前記磁性材極部は、珪素鋼板を積層した、又は軟磁性体の磁性部材（例えば、後述の実施形態における磁性部材４５）で構成され、回転軸方向に磁気突極性を有する、
ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明の構成に加えて、
前記磁性部材は、回転軸方向に貫通する貫通孔（例えば、後述の実施形態におけるスリット４５０）を有する、
ことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記ロータは、前記磁石極部と前記磁性材極部間に配置されて径方向に延びる複数のスポーク（例えば、後述の実施形態におけるスポーク３５）と、前記複数のスポークの内径側及び外径側にそれぞれ設けられるシャフト部（例えば、後述の実施形態におけるシャフト部３６）及びリム部（例えば、後述の実施形態におけるリム部３７）と、を有する非磁性のロータフレーム（例えば、後述の実施形態におけるロータフレーム３３）を備える、
ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明の構成に加えて、
前記ロータフレームは、前記磁石極部と前記磁性材極部間に配置されて径方向に延びる複数のスポーク（例えば、後述の実施形態におけるスポーク３５ａ、３５ｂ）と、前記複数のスポークの内径側及び外径側にそれぞれ設けられるシャフト部（例えば、後述の実施形態におけるシャフト部３６ａ、３６ｂ）及びリム部（例えば、後述の実施形態におけるリム部３７ａ、３７ｂ）と、をそれぞれ有する第１及び第２フレーム（例えば、後述の実施形態における第１及び第２フレーム３３Ａ、３３Ｂ）から構成され、前記第１及び第２フレームを軸方向に組付けて構成される
ことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明の構成に加えて、
前記第１及び第２フレームの前記シャフト部及び前記リム部の回転軸方向外側に前記磁性材極部を保持する保持部（例えば、後述の実施形態における保持部３６１、３７１）を有する、
ことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明の構成に加えて、
前記磁性材極部には、前記保持部と係合する周方向に伸びる逃げ溝（例えば、後述の実施形態における逃げ溝４５１、４５２）が設けられる、
ことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記第１及び第２フレームの前記スポークの回転軸方向外側には前記磁石極部を固定する爪部（例えば、後述の実施形態における爪部３５１）が設けられる、
ことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明の構成に加えて、
前記磁石極部には、前記スポークの爪部と係合する径方向に伸びる逃げ溝（例えば、後述の実施形態における逃げ溝４２２、４３２）が設けられる、
ことを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記スポークの板厚は、前記ロータと前記ステータ間に形成される空隙よりも厚い、
ことを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項５〜１１のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記スポークの表面に絶縁層を設けた、
ことを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項５〜１２のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記スポークは、前記シャフト部に沿って延設された内径側延設部（例えば、後述の実施形態における内径側延設部３８２）と前記リム部に沿って延設された外径側延設部（例えば、後述の実施形態における外径側延設部３８３）と一体に構成され、
前記内径側延設部と前記外径側延設部は、それぞれ前記シャフト部及び前記リム部に溶接により接合される、
ことを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項６〜１３のいずれかに記載の発明の構成に加えて、
前記第１及び第２フレームのリム部には、外周リング（例えば、後述の実施形態における外周リング５０）が嵌合される、
ことを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項９に記載の発明の構成に加えて、
前記スポークは前記爪部とともにプレス成形により形成される、
ことを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項７に記載の発明の構成に加えて、
前記シャフト部及び前記リム部はそれぞれ前記保持部とともにプレス成形により形成される、
ことを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、請求項１〜１６のいずれかに記載の発明のアキシャルギャ
ップ型モータが車両に用いられる、
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、主磁石片の一方側と他方側にそれぞれ一対の副磁石片を配置して磁石極部を略ハルバッハ配置の一体化磁石で構成したので、各ステータに鎖交する有効磁束が相対的に増大するとともに、各ステータに向かう磁束以外の磁束が磁石極部内部で収束する。従って、周方向で隣り合う磁性材極部との磁束の短絡を抑制することができ、これによりモータの発生トルクの減少や効率低下を抑制することができる。
また、各ステータに向かう磁束以外の磁束が磁石極部内部で収束するため、ロータフレームのスポーク部の厚さを薄くすることができ、磁石極部及び磁性材極部の占有率を向上させてモータの発生トルクを増大させることができる。
さらに、磁石極部を予め主磁石片の一方側と他方側にそれぞれ一対の副磁石片を配置した略ハルバッハ配置の一体化磁石で構成したので、ロータフレームへの取付け性が向上し、製造工程を簡略化することができる。

また、副磁石片は主磁石片の略中央部に向かって次第に厚さが漸減するテーパ部を有するので、テーパ部の傾きを調整することで極弧角を容易に調整することができる。

請求項２の発明によれば、容易に主磁石片と副磁石片を一体化した一体化磁石を製造することができる。

請求項３の発明によれば、容易に磁性材極部を構成する磁性部材を製造することができる。

請求項４の発明によれば、貫通孔を形成することで磁性部材に容易に磁気突極性を付与することができる。

請求項５の発明によれば、ロータの回転トルクがロータフレームを介してシャフトに伝達される。

請求項６の発明によれば、ロータフレームを軸方向に分割することで組付け性を向上させることができる。

請求項７の発明によれば、磁性材極部をロータフレーム内に確実に保持することができる。

請求項８の発明によれば、保持部と係合する係合部を逃げ溝とすることでロータとステータ間の空隙を最小限に設定することができる。

請求項９の発明によれば、磁石極部をロータフレーム内に確実に保持することができる。

請求項１０の発明によれば、爪部と係合する係合部を逃げ溝とすることでロータとステータ間の空隙を最小限に設定することができる。

請求項１１の発明によれば、スポークの板厚は、前記ロータと前記一対のステータ間に形成される空隙よりも厚くすることで、周方向で隣り合う磁石極部と磁性材極部との磁束流れを抑制することができる。

請求項１２の発明によれば、スポークの表面に絶縁層を設けることにより、周方向で隣り合う磁石極部と磁性材極部間で渦電流を抑制することができる。

請求項１３の発明によれば、スポークを平板状の板材をプレス成形してシャフト部とリム部に溶接することで、ロータフレームを一部材（円柱又は円筒形状からなる無垢材）から削り出して加工する場合に比べ、製造時間を短縮することができる。

請求項１４の発明によれば、リム部に外周リングを嵌合することでロータフレームの剛性を高くすることができるとともに、リム部を薄くすることができ容易にプレス成形で製造することができる。

請求項１５及び１６の発明によれば、プレス成形による加工硬化で強度を高くすることができる。

請求項１７の発明によれば、効率の良いモータを小型化することができ、車両搭載性に優れる。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータの一実施形態の全体斜視図である。 図１に示すアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 図１に示すアキシャルギャップ型モータの分解斜視図である。 （ａ）はロータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図であり、（ｃ）はＩＶＣ−ＩＶＣ線断面図である。 磁石極部を構成する一体化磁石の全体斜視図である。 磁性材極部を構成する磁性部材の全体斜視図である。 ロータフレームを構成する第１フレームの部分斜視図である。 ロータフレーム内に収容された磁石極部と磁性材極部を周方向から見た図である。 ロータの組付け方法を説明する説明図であり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。 ロータの組付け方法を説明する説明図であり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＸＢ−ＸＢ線断面図である。 ロータの組付け方法を説明する説明図であり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線断面図である。 ロータの組付け方法を説明する説明図であり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線断面図である。 ロータの組付け方法を説明する説明図であり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線断面図である。 ロータの組付け方法を説明する説明図であり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線断面図である。 特許文献１に記載のアキシャルギャップ型モータの斜視図である。 図１５に記載のアキシャルギャップ型モータを周方向から見た図である。

以下、本発明に係るアキシャルギャップ型モータの一実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

本実施の形態によるアキシャルギャップ型モータ１０は、例えば図１に示すように、このアキシャルギャップ型モータ１０の回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏ方向両側からロータ１１を挟みこむようにして対向配置され、ロータ１１を回転させる回転磁界を発生する複数相の各固定子巻線を有する１対のステータ１２，１２とを備えて構成されている。

このアキシャルギャップ型モータ１０は、例えばハイブリッド車両や電動車両等の車両に駆動源として搭載され、出力軸がトランスミッション（図示略）の入力軸に接続されることで、アキシャルギャップ型モータ１０の駆動力がトランスミッションを介して車両の駆動輪（図示略）に伝達されるようになっている。

また、車両の減速時に駆動輪側からアキシャルギャップ型モータ１０に駆動力が伝達されると、アキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、例えばハイブリッド車両においては、アキシャルギャップ型モータ１０の回転軸が内燃機関（図示略）のクランクシャフトに連結されると、内燃機関の出力がアキシャルギャップ型モータ１０に伝達された場合にもアキシャルギャップ型モータ１０は発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

各ステータ１２は、略円環板状のヨーク部２１と、ロータ１１に対向するヨーク部２１の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸Ｏ方向に沿ってロータ１１に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数のティース２２，…，２２と、適宜のティース２２，２２間に装着される固定子巻線（図示略）とを備えて構成されている。

各ステータ１２は、例えば主極が６個（例えば、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ）とされた６Ｎ型であって、一方のステータ１２の各Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極に対して、他方のステータ１２の各Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−極が回転軸Ｏ方向で対向するように設定されている。例えば回転軸Ｏ方向で対向する１対のステータ１２，１２に対し、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の一方に対応する一方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２と、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極およびＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の他方に対応する他方のステータ１２の３個のティース２２，２２，２２とが、回転軸Ｏ方向で対向するように設定され、回転軸Ｏ方向で対向する一方のステータ１２のティース２２と、他方のステータ１２のティース２２とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。

ロータ１１は、例えば図２〜図４に示すように、複数の磁石極部３１，…，３１と、複数の磁性材極部３２，…，３２と、非磁性材からなるロータフレーム３３と、外周リング５０と、を備えて構成され、磁石極部３１と磁性材極部３２とは、周方向において交互に配置された状態で、外周リング５０が装着されたロータフレーム３３内に収容されている。

磁石極部３１は、図５に示すように、略扇形板状の主永久磁石片４１と、回転軸Ｏ方向一方側であってこの主永久磁石片４１の周方向両側に配置された一対の第１副永久磁石片４２、４２と、回転軸Ｏ方向他方側であってこの主永久磁石片４１の周方向両側に配置された一対の第２副永久磁石片４３、４３とが、例えば、接着材又は焼結により一体形成された一体化磁石４４から構成されている。

主永久磁石片４１は回転軸Ｏ方向に磁化され、磁性材極部３２を挟んで周方向で隣り合う磁石極部３１，３１の各主永久磁石片４１，４１は、磁化方向が互いに異方向となるように設定されている。

副永久磁石片４２（４３）は、それぞれ主永久磁石片４１の半分以下の周方向長さの略扇形板状を有する。一対の副永久磁石片４２、４２（４３、４３）の対向側面には、主永久磁石片４１の中央部４１０に向かって次第に厚さが漸減するテーパ面４２１（４３１）が形成され、テーパ面４２１（４３１）とは反対側の面の主永久磁石片４１と接しない角部には径方向に伸びる断面略Ｌ字形状の逃げ溝４２２（４３２）が形成されている。そして、一対の副永久磁石片４２、４２（４３、４３）は主永久磁石片４１の磁石中心線Ｐを挟んで左右対称に設けられている。ここで、中心線Ｐからテーパ面４２１（４３１）までの距離をｄとし、テーパ面の角度をθとすると、ｄ＞０、０＜θ＜９０°に設定されている。なお、距離ｄは図５に示すように内径側から外径側に向かって次第に長くなるように設定してもよく、一定としてもよい。距離ｄを内径側から外径側に向かって次第に長くすることで、ステータ１２のティース２２のボリュームが大きくなるに従って主永久磁石片４１の中央部４１０の面積も広がるため磁束が均一化でき、より効率的に磁束のやりとりを行うことができる。また、副永久磁石片４２、４２（４３、４３）の磁石量を低減することができる。一方、距離ｄを一定にして主永久磁石片４１の中央部４１０の面積をステータ１２のティース２２、２２間に形成されるスロットの形状と対応させることで、発電量や駆動力の制御を簡易に行なうことができる。

第１副永久磁石片４２、４２は、それぞれ回転軸方向および径方向に直交する方向（略周方向）に磁化されるとともに、第１副永久磁石片４２、４２同士が主永久磁石片４１の回転軸方向一方側の磁極と同極の磁極が対向するように配置され、第２副永久磁石片４３、４３は、それぞれ回転軸方向および径方向に直交する方向（略周方向）に磁化されるとともに、第２副永久磁石片４３、４３同士が主永久磁石片４１の回転軸方向他方側の磁極と同極の磁極が対向するように配置されている。

つまり、例えば回転軸Ｏ方向の一方側がＮ極かつ他方側がＳ極とされた主永久磁石片４１に対して、回転軸Ｏ方向の一方側に配置された一対の第１副永久磁石片４２，４２は、互いのＮ極が周方向で対向するように配置され、回転軸Ｏ方向の他方側に配置された一対の第２副永久磁石片４３，４３は、互いのＳ極が周方向で対向するように配置されている。 これにより、所謂永久磁石の略ハルバッハ配置による磁束レンズ効果により主永久磁石片４１および各副永久磁石片４２、４２、４３、４３の各磁束が主永久磁石片４１の中央部４１０で収束し、各ステータ１２，１２に鎖交する有効磁束が相対的に増大するようになっている。

また、各副永久磁石片４２，４２、４３、４３は、主永久磁石片４１の周方向端部側で主永久磁石片４１の磁極に対して異極となるように主永久磁石片４１と回転軸Ｏ方向で対向している。つまり、例えば回転軸Ｏ方向の一方側がＮ極かつ他方側がＳ極とされた主永久磁石片４１に対して、回転軸Ｏ方向の一方側に配置された各第１副永久磁石片４２，４２は、主永久磁石片４１の周方向端部側でＳ極が、主永久磁石片４１と回転軸Ｏ方向で対向し、回転軸Ｏ方向の他方側に配置された各第２副永久磁石片４３，４３は、主永久磁石片４１の周方向端部側でＮ極が、主永久磁石片４１と回転軸Ｏ方向で対向している。これにより、一体化磁石４４内部で主永久磁石片４１と各副永久磁石片４２、４２、４３、４３の磁束が収束するようになっている。

磁性材極部３２は、図６に示すように、回転軸Ｏ方向と平行な方向に貫通する複数のスリット４５０，…，４５０を備えた磁性部材４５から構成され、磁性部材４５は、周方向において一様幅を有し、複数の珪素鋼板が積層されて、又は鉄粉などの軟磁性体を成形・焼結して製作される。スリット４５０は、例えば回転軸Ｏ方向に対する断面形状が径方向を長手方向とする長穴状とされ、周方向に所定間隔をおいて複数（ここでは４本）配置されている。また、磁性部材４５の内周側角部及び外周側角部には周方向に伸びる断面Ｌ字形状の逃げ溝４５１、４５２が形成されている。

ロータフレーム３３は、例えば図３及び図４に示すように周方向で隣り合う磁石極部３１と磁性材極部３２間に配置され径方向に伸びる複数のスポーク３５，…，３５と、このスポーク３５，…，３５によって接続された内周側円環状のシャフト部３６と外周側円環状のリム部３７と、シャフト部３６の内周部に形成された外部の駆動軸（例えば、車両のトランスミッションの入力軸等）に接続される接続部と、を備えて構成されている。

より具体的に、ロータフレーム３３は、それぞれシャフト部３６ａ（３６ｂ）とリム部３７ａ（３７ｂ）と、シャフト部３６ａ（３６ｂ）とリム部３７ａ（３７ｂ）間に配置され径方向に伸びる一対のスポーク３５ａ、３５ａ（３５ｂ、３５ｂ）を有する複数のスポーク形成部材３８ａ，…，３８ａ（３８ｂ，…，３８ｂ）と（図７参照）、を備える第１及び第２フレーム３３Ａ、３３Ｂが軸方向で対向するように組み合わせて構成され、第１フレーム３３Ａのシャフト部３６ａと第２フレーム３３Ｂのシャフト部３６ｂによりロータフレーム３３のシャフト部３６が構成され、第１フレーム３３Ａのリム部３７ａと第２フレーム３３Ｂのシャフト部３７ｂによりロータフレーム３３のリム部３７が構成され、第１フレーム３３Ａのスポーク３５ａと第２フレーム３３Ｂのスポーク３５ｂによりロータフレーム３３のスポーク３５，…，３５が構成されている。ここで、シャフト部３６ａ（３６ｂ）とリム部３７ａ（３７ｂ）と複数のスポーク形成部材３８ａ，…，３８ａ（３８ｂ，…，３８ｂ）は、それぞれ薄板状の板材からプレス成形により形成される。

そして、一体化磁石４４と磁性部材４５がスポーク３５を介して周方向で隣り合うように配置され、径方向両側からシャフト部３６とリム部３７とにより挟み込まれている。

シャフト部３６の回転軸Ｏ方向両端部、即ちシャフト部３６ａの回転軸Ｏ方向一方側端部とシャフト部３６ｂの回転軸Ｏ方向他方側端部には、磁性材極部３２の磁性部材４５を収容する位置に径方向外側に伸びる保持部３６１、３６１が設けられ、磁性部材４５に形成された逃げ溝４５１、４５１に係合する。同様にリム部３７の回転軸Ｏ方向両端部、即ちリム部３７ａの回転軸Ｏ方向一方側端部とリム部３７ｂの回転軸Ｏ方向他方側端部には、磁性材極部３２の磁性部材４５を収容する位置に径方向内側に伸びる保持部３７１、３７１が設けられ、磁性部材４５に形成された逃げ溝４５２、４５２に係合する。これにより、磁性部材４５は保持部３６１、３７１によりロータフレーム３３内で回転軸Ｏ方向の位置決めがなされ、ロータフレーム３３内に確実に保持される。このとき、磁性部材４５と保持部３６１、３７１は軸直交方向の断面視で面一となるように構成されている。なお、保持部３６１、３７１はそれぞれシャフト部３６ａ（３６ｂ）、リム部３７ａ（３７ｂ）とともにプレス成形により形成される。

スポーク形成部材３８ａ（３８ｂ）は、例えば図７に示すように、一体化磁石４４を周方向及び径方向から囲うように軸直交方向断面視で略扇型形状を有し、外径側略中央部に開口３８１が形成されている。すなわち、スポーク形成部材３８ａ（３８ｂ）は、周方向両側に設けられた一対のスポーク３５ａ、３５ａ（３５ｂ、３５ｂ）と、スポーク３５ａ、３５ａ（３５ｂ、３５ｂ）の内径側からシャフト部３６ａ（３６ｂ）に沿って延設され一対のスポーク３５ａ、３５ａ（３５ｂ、３５ｂ）を互いに接続する内径側延設部３８２と、一対のスポーク３５ａ、３５ａ（３５ｂ、３５ｂ）の外径側からリム部３７ａに沿って延設され開口３８１を挟んで互いに対向する外径側接続部３８３、３８３を備えて構成されている。そして、シャフト部３６ａ（３６ｂ）と内径側延設部３８２が内径側延設部３８２の両端で溶接して接合されるとともにリム部３７ａ（３７ｂ）と外径側延設部３８３、３８３が溶接して接合される。

また、スポーク形成部材３８ａのスポーク３５ａ、３５ａの回転軸Ｏ方向一方側端部とスポーク形成部材３８ｂのスポーク３５ｂ、３５ｂの回転軸Ｏ方向他方側端部には、周方向内側、即ち収容する一体化磁石４４に向かって折り曲げられた爪部３５１、３５１が設けられ、一体化磁石４４の各副永久磁石片４２、４２、４３、４３に形成された逃げ溝４２２、４２２、４３２、４３２に係合する。これにより、一体化磁石４４は爪部３５１、３５１によりロータフレーム３３内で回転軸Ｏ方向の位置決めがなされ、ロータフレーム３３内で確実に保持される。このとき、副永久磁石片４２、４２、４３、４３と爪部３５１、３５１、３５１、３５１は軸直交方向の断面視で面一となるように構成されている。なお、爪部３５１はスポーク３５ａ（３５ｂ）とともにプレス成形により形成される。スポーク３５ａの板厚（周方向長さ）はロータ１１とステータ１２との空隙より厚く、さらにスポーク３５ａ（３５ｂ）の表面には絶縁層を設けてもよい。これにより周方向で隣り合う磁石極部３１と磁性材極部３２間の磁束流れを抑制するとともに、渦電流を抑制することができる。

外周リング５０は、例えば、ステンレス鋼板などの非磁性材料からなり、ロータフレーム３３のリム部３７の外周面に装着され、ロータフレーム３３に圧縮応力が発生するように取り付けられている。なお、装着方法は、ロータフレーム３３に圧縮応力が発生するように取り付けられればよく、圧入や焼きばめ等により取り付けられる。

次に本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１０のロータ１１の組付け方法について説明する。
図９に示すように、シャフト部３６ａの外周側に所定の間隔で複数のスポーク形成部材３８ａ，…，３８ａを配置し、シャフト部３６ａの外周面に各内径側延設部３８２の両端で溶接してシャフト部３６ａとスポーク形成部材３８ａ，…，３８ａを接合する。このとき、シャフト部３６ａに形成された保持部３６１とスポーク３５に形成された爪部３５１が回転軸Ｏ方向で同じ側となるように接合する。続いて、図１０に示すように、スポーク形成部材３８ａ，…，３８ａの外径側にリム部３７ａに形成された保持部３７１がシャフト部３６ａに形成された保持部３６１と回転軸Ｏ方向で同じ側となるようにリム部３７ａを配置し、外径側延設部３８３、３８３で溶接してスポーク形成部材３８ａ，…，３８ａにリム部３７ａを接合して第１フレーム３３Ａを製造する。

続いて、図１１に示すように、一体化磁石４４の副永久磁石部４２に形成された逃げ溝４２２、４２２がスポーク３５ａに形成された爪部３５１、３５１と係合するように、第１フレーム３３Ａのスポーク形成部材３８ａ，…，３８ａ内にそれぞれ一体化磁石４４，…，４４を装着する。続いて、図１２に示すように、磁性部材４５に形成された逃げ溝４５１、４５２がシャフト部３６に形成された保持部３６１とリム部３７ａに形成された保持部３７１と係合するように、周方向で隣り合うスポーク形成部材３８ａ、３８ａ間にそれぞれ磁性部材４５，…，４５を装着する。

そして、図１３に示すように、第１フレーム３３Ａと同様に製造された第２フレーム３３Ｂを第１フレーム３３Ａに対し回転軸Ｏ方向反対側から装着し、図１４に示すように、リム部３７ａ、３７ｂの外周面に外周リング５０を圧入する。

以上説明したように、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、主永久磁石片４１の一方側と他方側にそれぞれ一対の副永久磁石片４２、４２、４３、４３を配置して磁石極部３１を略ハルバッハ配置の一体化磁石４４で構成したので、各ステータ１２，１２に鎖交する有効磁束が相対的に増大するとともに、各ステータ１２，１２に向かう磁束以外の磁束が磁石極部３１を構成する一体化磁石４４内部で収束する。従って、周方向で隣り合う磁性材極部３２の磁性部材４５との磁束の短絡を抑制することができ、これによりモータの発生トルクの減少や効率低下を抑制することができる。
また、各ステータ１２、１２に向かう磁束以外の磁束が一体化磁石４４内部で収束するため、ロータフレーム３３のスポーク部３５の厚さを薄くすることができ、磁石極部３１及び磁性材極部３２の占有率を向上させてモータの発生トルクを増大させることができる。
さらに、磁石極部３１を予め主永久磁石片４１の一方側と他方側にそれぞれ一対の副永久磁石片４２、４２、４３、４３を配置した略ハルバッハ配置の一体化磁石４４で構成したので、ロータフレーム３３への取付け性が向上し、製造工程を簡略化することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、副永久磁石片４２、４２（４３、４３）は主永久磁石片４１の略中央部４１０に向かって次第に厚さが漸減するテーパ面４２１（４３１）を有するので、テーパ面４２１（４３１）の傾きを調整することで極弧角を容易に調整することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、主永久磁石片４１と副永久磁石片４２、４２、４３、４３を接着材により、又は焼結により一体化することで、容易に一体化磁石４４を製造することができる。また、磁性材極部３２を構成する磁性部材４５は、珪素鋼板を積層、又は軟磁性体で成形・焼結して製造することで、磁性部材４５を容易に製造することができ、さらにスリット４５０を形成することで、磁性部材４５に容易に磁気突極性を付与することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、回転トルクを伝達するロータフレーム３３を軸方向に分割することで組付け性を向上することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、シャフト部３６ａ（３６ｂ）及びリム部３７ａ（３７ｂ）の回転軸Ｏ方向外側に磁性材極部３２の磁性部材４５を保持する保持部３６１、３７１を設け、磁性部材４５に保持部３６１、３７１と係合する逃げ溝４５１、４５２を設けたので、磁性部材４５をロータフレーム３３内に確実に保持することができる。また、保持部３６１、３７１と係合する係合部を逃げ溝４５１、４５２とすることでロータ１１とステータ１２間の空隙を最小限に設定することができる。さらに、シャフト部３６ａ（３６ｂ）及びリム部３７ａ（３７ｂ）はそれぞれ保持部３６１、３７１とともにプレス成形により形成されるので、プレス成形による加工硬化で強度を高くすることができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、スポーク３５ａ（３５ｂ）の回転軸Ｏ方向外側には磁石極部３１の一体化磁石４４を固定する爪部３５１が設けられ、一体化磁石４４に爪部３５１、３５１と係合する逃げ溝４２２、４３２を設けたので、一体化磁石４４をロータフレーム３３内に確実に保持することができる。また、爪部３５１と係合する係合部を逃げ溝４５１、４５２とすることでロータ１１とステータ１２間の空隙を最小限に設定することができる。さらに、スポーク３５ａ（３５ｂ）は爪部３５１とともにプレス成形により形成されるので、プレス成形による加工硬化で強度を高くすることができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、スポーク３５ａ（３５ｂ）の板厚をロータ１１とステータ１２間に形成される空隙よりも厚く設定しているので、周方向で隣り合う磁石極部３１の一体化磁石４４と磁性材極部３２の磁性部材４５との磁束流れを抑制することができる。また、スポーク３５ａ（３５ｂ）の表面に絶縁層を設けることで渦電流の発生を抑制することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、スポーク３５ａ（３５ｂ）はシャフト部３６ａ（３６ｂ）に沿って延設された内径側延設部３８２とリム部３７ａ（３７ｂ）に沿う外径側延設部３８３、３８３と一体に構成され、内径側延設部３８２と外径側延設部３８３、３８３は、それぞれシャフト部３６ａ（３６ｂ）及びリム部３７ａ（３７ｂ）に溶接により接合されるので、スポーク３５ａ（３５ｂ）、シャフト部３６ａ（３６ｂ）及びリム部３７ａ（３７ｂ）をプレス加工で製造することができ、ロータフレーム３３を一部材（円柱又は円筒形状からなる無垢材）から削り出して加工する場合に比べ、製造時間を短縮することができる
さらに、周方向で隣り合うスポーク３５ａ、３５ａ（３５ｂ、３５ｂ）を内径側延設部３８２及び/又は外径側延設部３８３、３８３で一体化し、一枚の平板からスポーク形成部材３８ａ（３８ｂ）として形成することにより部品点数を削減することができ、組付け工程を簡易化することができる。

また、本実施形態のアキシャルギャップ型モータ１００によれば、ロータフレーム３３のリム部３７に外周リング５０が嵌合することでロータフレーム３３の剛性を高くすることができるとともに、リム部３７を薄くすることができ容易にプレス成形で製造することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、副永久磁石片４２、４２（４３、４３）にテーパ面４２１（４３１）を形成したが、必ずしもテーパ面４２１（４３１）を形成する必要はない。
また、周方向で隣り合うスポーク３５ａ、３５ａ（３５ｂ、３５ｂ）は、スポーク形成部材３８ａ（３８ｂ）の内径側延設部３８２によって互いに接続されているが、外側延設部３８３によって接続されても、内径側延設部３８２と外側延設部３８３の両方によって接続されていてもよく、また、各スポーク３５ａ、３５ｂはそれぞれ独立に設けられていてもよい。

１０ アキシャルギャップ型モータ
１１ ロータ
１２ ステータ
３１ 磁石極部
３２ 磁性材極部
３３ ロータフレーム
３３Ａ 第１フレーム、
３３Ｂ 第２フレーム
３５、３５ａ、３５ｂ スポーク
３５１ 爪部
３６、３６ａ、３６ｂ シャフト部
３６１ 保持部
３７、３７ａ、３７ｂ リム部
３７１ 保持部
３８ａ、３８ｂ スポーク形成部材
３８２ 内径側延設部
３８３ 外径側延設部
４１ 主永久磁石片（主磁石片）
４１０ 中央部
４２ 副磁永久磁石片（副磁石片）
４２１ テーパ面（テーパ部）
４２２ 逃げ溝
４３ 副磁永久磁石片（副磁石片）
４３１ テーパ面（テーパ部）
４３２ 逃げ溝
４４ 一体化磁石
４５ 磁性部材
４５０ スリット（貫通孔）
４５１ 逃げ溝
４５２ 逃げ溝
５０ 外周リング
Ｏ 回転軸

Claims (17)

1. 回転軸周りに回転可能なロータと、
   回転軸方向の両側から前記ロータを挟んで対向配置される一対のステータと、を備えるアキシャルギャップ型モータであって、
   前記ロータは、
   周方向に所定の間隔で配置される磁石極部と、
   周方向で隣り合う前記磁石極部間に配置される磁性材極部と、を備え、
   前記磁石極部は、
   回転軸方向に磁化された主磁石片と、回転軸方向一方側であって前記主磁石片の周方向両側に配置され、それぞれ回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化され前記主磁石片の回転軸方向一方側の磁極と同極の磁極が対向する一対の副磁石片と、回転軸方向他方側であって前記主磁石片の周方向両側に配置され、それぞれ回転軸方向および径方向に直交する方向に磁化され前記主磁石片の回転軸方向他方側の磁極と同極の磁極が対向する一対の副磁石片と、が一体となった一体化磁石から構成され、
   前記副磁石片は、それぞれ前記主磁石片の略中央部に向かって次第に厚さが漸減するテーパ部を有し、
   前記主磁石片の略中央部が前記一対のステータに露出する、
   ことを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
2. 前記主磁石片と、回転軸方向一方側に配置された前記一対の副磁石片と、回転軸方向他方側に配置された前記一対の副磁石片とは、接着材により、又は焼結により一体化される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
3. 前記磁性材極部は、珪素鋼板を積層した、又は軟磁性体の磁性部材で構成され、回転軸方向に磁気突極性を有する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
4. 前記磁性部材は、回転軸方向に貫通する貫通孔を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のアキシャルギャップ型モータ。
5. 前記ロータは、前記磁石極部と前記磁性材極部間に配置されて径方向に延びる複数のスポークと、前記複数のスポークの内径側及び外径側にそれぞれ設けられるシャフト部及びリム部と、を有する非磁性のロータフレームを備える、
   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ギャップ型モータ。
6. 前記ロータフレームは、前記磁石極部と前記磁性材極部間に配置されて径方向に延びる複数のスポークと、前記複数のスポークの内径側及び外径側にそれぞれ設けられるシャフト部及びリム部と、をそれぞれ有する第１及び第２フレームから構成され、前記第１及び第２フレームを軸方向に組付けて構成される
   ことを特徴とする請求項５に記載のアキシャルギャップ型モータ。
7. 前記第１及び第２フレームの前記シャフト部及び前記リム部の回転軸方向外側に前記磁性材極部を保持する保持部を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のアキシャルギャップ型モータ。
8. 前記磁性材極部には、前記保持部と係合する周方向に伸びる逃げ溝が設けられる、
   ことを特徴とする請求項７に記載のアキシャルギャップ型モータ。
9. 前記第１及び第２フレームの前記スポークの回転軸方向外側には前記磁石極部を固定する爪部が設けられる、
   ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
10. 前記磁石極部には、前記スポークの爪部と係合する径方向に伸びる逃げ溝が設けられる、ことを特徴とする請求項９に記載のアキシャルギャップ型モータ。
11. 前記スポークの板厚は、前記ロータと前記ステータ間に形成される空隙よりも厚い、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
12. 前記スポークの表面に絶縁層を設けた、
    ことを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
13. 前記スポークは、前記シャフト部に沿って延設された内径側延設部と前記リム部に沿って延設された外径側延設部と一体に構成され、
    前記内径側延設部と前記外径側延設部は、それぞれ前記シャフト部及び前記リム部に溶接により接合される、
    ことを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
14. 前記第１及び第２フレームのリム部には、外周リングが嵌合される、
    ことを特徴とする請求項６〜１３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
15. 前記スポークは前記爪部とともにプレス成形により形成される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のアキシャルギャップ型モータ。
16. 前記シャフト部及び前記リム部はそれぞれ前記保持部とともにプレス成形により形成される、
    ことを特徴とする請求項７に記載のアキシャルギャップ型モータ。
17. 車両に用いられることを特徴とする請求項１〜１６に記載のアキシャルギャップ型モータ。

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