JP6628658B2 - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に関する。

特許文献１には、エアギャップを介して回転軸の軸長方向にロータとステータとが対向配置されたアキシャルギャップ型回転電機が開示されている。この特許文献１に開示されたアキシャルギャップ型回転電機においては、円盤状のバックヨークであるステータ基盤に複数のステータコアが周方向に並べられ、各ステータコアにコイルが巻回されてステータが構成され、バックヨークを兼ねるロータ円盤の両面に複数の永久磁石が周方向に並べられてロータが構成される。

特開２０１５−１８６３６６号公報

ステータ基盤に対するステータコアの固定、およびバックヨークに対する永久磁石の固定には、接着剤が用いられる。しかしながら、ステータ基盤とステータコアとの間、およびバックヨークと永久磁石との間には接着剤が介在するため間隙が生じ、これが磁気特性の劣化の原因となっていた。また、アキシャルギャップ型回転電機が動作するとケイ素鋼製のバックヨーク、ステータコア等の導電体に渦電流が生じ発熱する。このような発熱によって接着剤が劣化し、永久磁石、ステータコアの脱落等の故障の原因となっていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、従来に比して磁気特性の劣化を抑制でき、且つ、永久磁石、ステータコア等を確実に固定できるアキシャルギャップ型回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の一の態様のアキシャルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転可能なロータと、前記回転軸の軸長方向に、前記ロータに対向して配置されるステータとを備え、前記ロータ又は前記ステータは、バックヨークと、前記バックヨークにおける前記ステータ又は前記ロータとの対向面上に前記回転軸を中心とした周方向に並べて配置された磁極部と、前記磁極部を前記バックヨークに固定するための固定部材とを有し、前記固定部材は、前記磁極部の磁束が通らない位置に貫通されることにより、前記バックヨークに前記磁極部を固定するように構成されている。

この態様において、前記磁極部は、前記回転軸を中心とした半径方向に延びる対称面に関して面対称な形状であり、前記対称面に沿って前記固定部材が貫通されるように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記ロータは、前記磁極部として永久磁石を有してもよい。

また、上記態様において、前記ロータは、永久磁石と、前記永久磁石の前記バックヨークと反対側の面に配置される軟磁性体のヨーク部材とを有し、前記磁極部は、前記ヨーク部材であってもよい。

また、上記態様において、前記永久磁石は、前記対称面に関して面対称な形状を有し、前記固定部材は、前記ヨーク部材および前記永久磁石を貫通するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記永久磁石は、前記バックヨーク側の面が前記対称面に関して面対称な凸状に形成されており、前記バックヨークは、前記対称面に関して面対称な、前記凸状に対応する凹状部を有し、前記永久磁石は、前記凹状部に適合するように前記バックヨークに配置されてもよい。

また、上記態様において、前記永久磁石は、前記バックヨークと反対側の面が前記対称面に関して面対称な凹状に形成されており、前記ヨーク部材は、前記凹状に対応する形状を有しており、前記凹状に適合するように前記永久磁石に配置されてもよい。

また、上記態様において、前記ヨーク部材の前記バックヨークと反対側の面は、前記永久磁石の前記凹状の部分よりも面積が小さくてもよい。

また、上記態様において、前記ヨーク部材は、前記永久磁石側の面が前記永久磁石を覆うように凹状に形成されてもよい。

また、上記態様において、複数の前記永久磁石は、前記対称面を挟むように互いに所定距離を隔てて面対称に配置され、１つの前記ヨーク部材は、前記複数の永久磁石に接するように配置され、前記固定部材は、前記対称面に沿って前記ヨーク部材を貫通し、前記複数の永久磁石の間を通ることにより、前記バックヨークに前記磁極部を固定するように構成されていてもよい。

また、上記態様において、前記複数の永久磁石のそれぞれは前記バックヨークと反対側に平面部を有し、各平面部が前記対称面に関して面対称となるように前記軸長方向に対して傾斜しており、前記ヨーク部材は、前記平面部のそれぞれと同一角度で前記軸長方向に対して傾斜し、各平面部と面接触する複数の傾斜面を前記永久磁石側に有し、前記軸長方向に直交し、前記傾斜面のそれぞれの面積の総和よりも面積が小さい平面を前記ステータ側に有してもよい。

本発明によれば、従来に比して磁気特性の劣化を抑制でき、且つ、永久磁石、ステータコア等の磁極部を確実に固定できる。

実施の形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の構成を示す分解斜視図。 ロータの構成を示す正面図。 ステータの構成を示す正面断面図。 実施の形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するためのロータの断面図。 実施の形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の形状を説明するための斜視図。 実施の形態２に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するための斜視図。 実施の形態２に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するためのロータの断面図。 実施の形態３に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するための斜視図。 実施の形態３に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するためのロータの断面図。 実施の形態４に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するための斜視図。 実施の形態４に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するためのロータの断面図。 永久磁石の形状の変形例を示す断面図。 永久磁石の形状の変形例を示す断面図。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機の構成を示す分解斜視図である。なお、ここでいう「回転電機」とは、回転部を有する電気機械であり、電動機、発電機、電動機兼発電機を含む。

図１に示すように、アキシャルギャップ型回転電機１００は、２つのロータ１１０と、ステータ１２０とを備え、ステータ１２０の両側それぞれにロータ１１０が配置されたシングルステータダブルロータ構造のアキシャルギャップ型回転電機である。ロータ１１０は、図示しない回転軸を中心にして回転可能である。また、ロータ１１０とステータ１２０とは、回転軸の軸長方向にエアギャップを介して対向配置されている。なお、以下の説明において、回転軸の軸長方向を「軸長方向」、回転軸を中心とする円の周方向を「周方向」、その半径方向を「径方向」という。

ロータ１１０は、バックヨーク１１１と、磁極部である永久磁石１１２とを備える。図２は、ロータ１１０の構成を示す正面図である。バックヨーク１１１は、一面がステータ１２０側を向いた円盤状をなす。このバックヨーク１１１は、軟磁性体である複数の電磁鋼板が軸長方向に積層されて構成されている。かかるバックヨーク１１１におけるステータ１２０との対向面には、図２に示すように複数の永久磁石１１２が周方向に等間隔に並べられる。各永久磁石１１２は、正面視において中心側部分が円弧状に欠落した扇形をなしており、厚さ（軸長方向長さ）が一定の板状である。かかる永久磁石１１２は、扇形の中心が回転軸軸心と一致するように配置される。また、永久磁石１１２の数は１６個である。なお、永久磁石の数は偶数であれば１６個以外でもよい。

永久磁石１１２は、フェライト磁石、アルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石等の硬磁性体である。各永久磁石１１２は一方の面がＮ極、反対側の面がＳ極となっている。かかる永久磁石１１２は、隣り合う永久磁石１１２とは磁極が反対になるように配置される。つまり、ステータ１２０との対向面（以下、「表面」という。また、表面の反対側の面を「裏面」という。）がＮ極となっている永久磁石１１２の隣の永久磁石は、表面がＳ極となっている。このように、各永久磁石１１２は、表面の磁極が交互に反対になるように配置されている。各永久磁石１１２はバックヨーク１１１に固定されている。永久磁石１１２の固定方法については後述する。

次に、ステータ１２０の構成について説明する。図３は、ステータ１２０の構成を示す正面断面図である。ステータ１２０は、ステータコア１２２と、コイル１２３とを備える。

ステータコア１２２は、軟磁性体である複数の電磁鋼板が径方向に積層されて構成されている。かかる複数のステータコア１２２が、周方向に等間隔に並べられる。各ステータコア１２２は、正面視が台形のブロック状をなしており、短辺側が回転軸側、長辺側が外周側となるように配置される。また、ステータコア１２２の個数は、ロータ１１０における永久磁石１１２の個数と同じであり、１６個である。なお、ステータコア１２２の個数は１６個以外の偶数とすることもできる。また、各ステータコア１２２は、絶縁体で構成されたボビン（図示せず）に保持されている。

上記のようなステータコア１２２に導線が巻回され、コイル１２３が形成される。ステータコア１２２およびコイル１２３は電磁石１２１を構成する。コイル１２３に電流が流れると、電磁石１２１のロータ１１０と対向する側がＮ極又はＳ極となるように磁界が発生する。また、電磁石１２１は、隣り合う電磁石１２１とは反対向きの磁極が生じるように構成されている。つまり、隣り合うコイル１２３には反対向きの電流が供給され、隣り合うステータコア１２２は反対の磁極に励磁される。

次に、バックヨーク１１１に対する永久磁石１１２の固定方法について説明する。図４は、永久磁石１１２の固定方法を説明するためのロータ１１０の断面図である。図４には、ロータ１１０を周方向に切断したときの断面図を示している。図２に示すように、永久磁石１１２の幅方向中央の２箇所に、固定部材１１３が取り付けられている。固定部材１１３は、非磁性材料、例えば、合成樹脂、炭素繊維、ガラス繊維、炭素繊維又はガラス繊維と合成樹脂の母材とを組み合わせた複合材料、オーステナイト系ステンレス鋼、銅、アルミニウム等によって構成される。なお、ここでいう「非磁性」とは、実質的に磁化されない性質をいい、永久磁石に吸着しない程度に微弱に磁化される場合を含む。

図４に示すように、永久磁石１１２（図４における１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ）の上記の２箇所には、貫通孔１１６が設けられており、この貫通孔１１６を固定部材１１３が貫通する。固定部材１１３はボルト１１４とナット１１５とによって構成されており、永久磁石１１２の表面側にはボルト１１４の頭部を収容するための凹部が形成されている。一方、バックヨーク１１１の裏面にはナット１１５を収容するための凹部が形成されている。ボルト１１４をナット１１５に締め付けることで、永久磁石１１２がバックヨーク１１１に固定される。

図５は、永久磁石１１２の形状を説明するための斜視図である。上述したように永久磁石１１２は正面視が概略扇形の板状をなしている。かかる永久磁石１１２は、径方向および軸長方向に延びる平面（以下、「対称面」という）１３０に関して面対称な形状を有している。貫通孔１１６は、この対称面１３０に沿って設けられる。

永久磁石１１２からは磁界が発生し、隣り合う永久磁石１１２との間で磁束が往来する。永久磁石１１２によって発生する磁界について図４を参照してさらに詳しく説明する。永久磁石１１２ａの裏面（Ｓ極）からは、幅方向中央を境にして両側に広がるように磁束が出る。つまり、永久磁石１１２ａの裏面（Ｓ極）の図中右半分から出た磁束は、バックヨーク１１１の内部を右方に通って右隣の永久磁石１１２ｂの裏面（Ｎ極）の左半分に入る。同様に、永久磁石１１２ａの裏面（Ｓ極）の図中左半分から出た磁束は、バックヨーク１１１の内部を左方に通って左隣の永久磁石１１２ｃの裏面（Ｎ極）の左半分に入る。また、永久磁石１１２ａの表面（Ｎ極）には、幅方向中央を境にして両側から集まるように磁束が入る。永久磁石１１２ｂの表面（Ｓ極）の左半分から出た磁束は、ロータ１１０とステータ１２０との間のエアギャップを左方に進んで永久磁石１１２ａの表面（Ｎ極）の右半分に入る。同様に、永久磁石１１２ｃの表面（Ｓ極）の右半分から出た磁束は、エアギャップを右方に進んで永久磁石１１２ａの表面（Ｎ極）の左半分に入る。ここで、永久磁石１１２の幅方向中央部分においては磁束の出入りが無い。

電磁石１２１により磁界が形成されると、当該磁界が永久磁石１１２から生じた磁界に影響を及ぼす。これにより、電磁石１２１と永久磁石１１２との間で吸引力又は反発力が生じ、ロータ１１０が回転する。このとき、永久磁石１１２の幅方向中央、即ち対称面１３０の位置には上記のように磁束が通らず、当該位置は磁気回路的に利用されない。つまり、当該位置は磁路を横切らず、当該位置に非磁性体があったとしても、これが磁路に干渉することはない。このため、固定部材１１３を設けても、磁気特性の劣化は最小限に止まる。

その一方で、永久磁石１１２の固定に接着剤を用いる必要がない。固定部材１１３により永久磁石１１２をバックヨーク１１１に機械的に固定しているため、永久磁石１１２およびバックヨーク１１１における渦電流による発熱によって、永久磁石１１２の固定力が低下することがない。なお、永久磁石１１２の固定を補助する目的で接着剤を用いてもよい。

（実施の形態２）
図６および７は、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するための斜視図および断面図である。図７には、ロータ２１０を周方向に切断したときの断面図を示している。

図６および図７に示すように、磁極部である永久磁石２１２（図７における２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）は、径方向視において五角形をなすように、その裏側に２つの傾斜面２１３（図７における２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ）が設けられ、裏面が凸状に形成されている。２つの傾斜面２１３は、径方向および軸長方向に延びる対称面２３０に関して互いに面対称となっている。つまり、２つの傾斜面２１３は、対称面２３０に対して互いに反対側に同一角度傾斜している。また、永久磁石２１２の表面は、軸長方向に直交する平面２１４（図７における２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ）となっている。上記のように、永久磁石２１２は、対称面２３０に関して面対称な形状を有している。

一方、バックヨーク２１１には、永久磁石２１２の裏側の形状に対応する凹状部分２１５が設けられている。つまり、凹状部分２１５は、対称面２３０に関して面対称な形状である。さらに詳細に説明すると、凹状部分２１５は、永久磁石２１２の２つの傾斜面２１３のそれぞれと同一角度の２つの傾斜面２１６を有している。永久磁石２１２は、かかる凹状部分２１５に嵌合するようにバックヨーク２１１に配置される。この場合、永久磁石２１２の傾斜面２１３が凹状部分２１５の傾斜面２１６に面接触する。

上記のように永久磁石２１２がバックヨーク２１１に設置された状態で、固定部材２１７によって永久磁石２１２がバックヨーク２１１に固定される。２つの固定部材２１７は、永久磁石２１２の幅方向中央の２箇所に取り付けられる。固定部２１７は、実施の形態１と同様に、ボルトおよびナットにより構成される。なお、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機のその他の構成は、実施の形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機１００の構成と同様であるので、その説明を省略する。

上述したように永久磁石２１２は、対称面２３０に関して面対称な形状を有している。固定部材２１７は、この対称面２３０に沿って永久磁石２１２を貫通する。

永久磁石２１２からは磁界が発生し、隣り合う永久磁石２１２との間で磁束が往来する。永久磁石２１２によって発生する磁界について図７を参照してさらに詳しく説明する。永久磁石２１２ａの裏面（Ｓ極）からは、幅方向中央を境にして両側に広がるように磁束が出る。つまり、永久磁石２１２ａの右側の傾斜面２１３ａ（Ｓ極）から出た磁束は、バックヨーク２１１の内部を右方に通って右隣の永久磁石２１２ｂの左側の傾斜面２１３ｂに入る。同様に、永久磁石２１２ａの左側の傾斜面２１３ａ（Ｓ極）から出た磁束は、バックヨーク２１１の内部を左方に通って左隣の永久磁石２１２ｃの右側の傾斜面２１３ｃに入る。また、永久磁石２１２ａの平面２１４ａ（Ｎ極）には、幅方向中央を境にして両側から集まるように磁束が入る。永久磁石２１２ｂの平面２１４ｂ（Ｓ極）の左半分から出た磁束は、ロータ２１０とステータとの間のエアギャップを左方に進んで永久磁石２１２ａの平面２１４ａ（Ｎ極）の右半分に入る。同様に、永久磁石２１２ｃの平面２１４ｃ（Ｓ極）の右半分から出た磁束は、エアギャップを右方に進んで永久磁石２１２ａの平面２１４ａ（Ｎ極）の左半分に入る。ここで、永久磁石２１２の幅方向中央部分においては磁束の出入りが無い。

ステータ側の電磁石により磁界が形成されると、当該磁界が永久磁石２１２から生じた磁界に影響を及ぼす。これにより、電磁石と永久磁石２１２との間で吸引力又は反発力が生じ、ロータ２１０が回転する。このとき、永久磁石２１２の幅方向中央、即ち対称面２３０の位置には磁束が通らず、当該位置は磁気回路的に利用されない。つまり、当該位置は磁路を横切らず、当該位置に非磁性体があったとしても、これが磁路に干渉することはない。このため、固定部材２１７を設けても、磁気特性の劣化は最小限に止まる。

その一方で、永久磁石２１２の固定に接着剤を用いる必要がない。固定部材２１７により永久磁石２１２をバックヨーク２１１に機械的に固定しているため、永久磁石２１２およびバックヨーク２１１における渦電流による発熱によって、永久磁石２１２の固定力が低下することがない。なお、永久磁石２１２の固定を補助する目的で接着剤を用いてもよい。

（実施の形態３）
図８および９は、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するための斜視図および断面図である。図９には、ロータ３１０を周方向に切断したときの断面図を示している。なお、永久磁石３１２およびバックヨーク３１１の構成については、実施の形態２において説明した永久磁石２１２およびバックヨーク２１１の構成と同様であるので、説明を省略する。

図８および図９に示すように、ロータ３１０は、永久磁石３１２の表面側に配置されるヨーク部材３５０を有している。ヨーク部材３５０は、永久磁石３１２側の面が永久磁石３１２の表面側の形状に対応する凹状に形成されており、永久磁石３１２の表面側を覆うように配置される。かかるヨーク部材３５０の内面は、永久磁石３１２の表面と面接触する。

上記のようなヨーク部材３５０は、対称面３３０に関して面対称な形状を有しており、軟磁性体である複数の電磁鋼板が積層されて構成されている。ヨーク部材３５０は軟磁性体であるため、永久磁石３１２によってヨーク部材３５０が磁化され、磁極として機能する。このように、ヨーク部材３５０は磁極部である。

上記のように永久磁石３１２およびヨーク部材３５０がバックヨーク３１１に設置された状態で、固定部材３１７によってヨーク部材３５０および永久磁石３１２がバックヨーク３１１に固定される。２つの固定部材３１７は、ヨーク部材３５０および永久磁石３１２の幅方向中央の２箇所を貫通する。固定部材３１７は、実施の形態１と同様に、ボルトおよびナットにより構成される。なお、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機のその他の構成は、実施の形態２に係るアキシャルギャップ型回転電機の構成と同様であるので、その説明を省略する。

ヨーク部材３５０および永久磁石３１２は、対称面３３０に関して面対称な形状を有している。固定部材３１７は、この対称面３３０に沿ってヨーク部材３５０および永久磁石３１２を貫通する。

永久磁石３１２からは磁界が発生し、隣り合う永久磁石３１２との間で磁束が往来する。永久磁石３１２によって発生する磁界について図９を参照してさらに詳しく説明する。永久磁石３１２ａの右側の傾斜面３１３ａ（Ｓ極）から出た磁束は、バックヨーク３１１の内部を右方に通って右隣の永久磁石３１２ｂの左側の傾斜面３１３ｂに入る。同様に、永久磁石３１２ａの左側の傾斜面３１３ａ（Ｓ極）から出た磁束は、バックヨーク３１１の内部を左方に通って左隣の永久磁石３１２ｃの右側の傾斜面３１３ｃに入る。また、永久磁石３１２ｂの表面（Ｓ極）の左半分から出た磁束は、ヨーク部材３５０ｂの内部を通ってヨーク部材３５０ｂの表面（Ｓ極）の左半分から出る。この磁束は、ロータ３１０とステータとの間のエアギャップを左方に進んでヨーク部材３５０ａの表面（Ｎ極）の右半分に入り、ヨーク部材３５０ａの内部を通って永久磁石３１２ａの表面の右半分に入る。同様に、永久磁石３１２ｃの表面の右半分から出た磁束は、ヨーク部材３５０ｃの内部を通ってヨーク部材３５０ｃの表面（Ｓ極）の右半分から出る。この磁束は、エアギャップを右方に進んでヨーク部材３５０ａの表面（Ｎ極）の左半分に入り、ヨーク部材３５０ａの内部を通って永久磁石３１２ａの表面の左半分に入る。ここで、ヨーク部材３５０ａおよび永久磁石３１２ａの幅方向中央部分においては磁束の出入りが無い。

ステータ側の電磁石により磁界が形成されると、当該磁界が永久磁石３１２から生じた磁界に影響を及ぼす。これにより、電磁石と永久磁石３１２との間で吸引力又は反発力が生じ、ロータ３１０が回転する。このとき、ヨーク部材３５０の幅方向中央、即ち対称面３３０の位置には磁束が通らず、当該位置は磁気回路的に利用されない。つまり、当該位置は磁路を横切らず、当該位置に非磁性体があったとしても、これが磁路に干渉することはない。このため、固定部材３１７を設けても、磁気特性の劣化は最小限に止まる。

その一方で、ヨーク部材３５０および永久磁石３１２の固定に接着剤を用いる必要がない。固定部材３１７によりヨーク部材３５０および永久磁石３１２をバックヨーク３１１に機械的に固定しているため、ヨーク部材３５０、永久磁石３１２およびバックヨーク３１１における渦電流による発熱によって、ヨーク部材３５０および永久磁石３１２の固定力が低下することがない。なお、ヨーク部材３５０および永久磁石３１２の固定を補助する目的で接着剤を用いてもよい。

また、本実施の形態では永久磁石３１２がヨーク部材３５０で覆われる。一般に高磁束密度の永久磁石は電磁鋼板、鉄粉等の軟磁性材料に比べて導電率が高い。磁極部の表面を永久磁石よりも電気抵抗が高い軟磁性体とすることで、高周波の磁束が磁極部の表面に発生した場合に磁極部の表面に生じる渦電流を小さくすることができ、損失を抑制できる。

（実施の形態４）
図１０および１１は、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機における磁極部の固定方法を説明するための斜視図および断面図である。図１１には、ロータ４１０を周方向に切断したときの断面図を示している。

図１０および図１１に示すように、本実施の形態では、１つの磁極に２つの永久磁石４１２を用いる。一対の永久磁石４１２のそれぞれは、直方体の板状をなしており、一方の面がＳ極、他方の面がＮ極となっている。かかる一対の永久磁石４１２は、同一の磁極を表側に向けた状態で、対称面４３０を挟むようにして周方向に互いに所定距離を隔ててバックヨーク４１１上に並べられる。このとき、２つの永久磁石４１２は、対称面４３０に関して面対称となるように軸長方向に対して傾斜し、径方向視において実質的にＶ字状に配置される。つまり、一対の永久磁石４１２のそれぞれは、対称面４３０に対して互いに反対側に同一角度傾斜して配置される。

一方、バックヨーク４１１には、一対の永久磁石４１２を配置するための凹状部分４１５が設けられている。凹状部分４１５には、対称面４３０に関して面対称となるように軸長方向に対して傾斜する一対の傾斜面４１６が径方向視において実質的にＶ字状に設けられている。さらに詳細に説明すると、凹状部分４１５の２つの傾斜面４１６は、２つの永久磁石４１２の裏面（平面部）のそれぞれと同一角度で軸長方向に対して傾斜している。各永久磁石４１２は、かかる凹状部分４１５の各傾斜面４１６上に配置される。この場合、永久磁石４１２の裏面が凹状部分４１５の傾斜面４１６に面接触する。

また、ロータ４１０は、一対の永久磁石４１２の表面側に配置されるヨーク部材４５０を有している。ヨーク部材４５０の裏面は、径方向視において実質的にＶ字状となるよう凸状に形成されており、さらに具体的には、対称面４３０に関して面対称となるように軸長方向に対して傾斜する一対の傾斜面４５１が設けられている。ヨーク部材４５０の２つの傾斜面４５１は、２つの永久磁石４１２の表面のそれぞれと同一角度で軸長方向に対して傾斜している。一対の永久磁石４１２の表側にヨーク部材４５０が配置された場合、永久磁石４１２の表面がヨーク部材４５０の傾斜面４５１に面接触する。

また、ヨーク部材４５０は、その表面側に、軸長方向に対して直交する平面部４５２を有している。かかるヨーク部材４５０は、上記のように対称面４３０に関して面対称な形状を有しており、軟磁性体である複数の電磁鋼板が積層されて構成されている。ヨーク部材４５０は軟磁性体であるため、永久磁石４１２によってヨーク部材４５０が磁化され、磁極として機能する。このように、ヨーク部材４５０は磁極部である。

上記のように永久磁石４１２およびヨーク部材４５０がバックヨーク４１１に設置された状態で、固定部材４１７によってヨーク部材４５０および永久磁石４１２がバックヨーク４１１に固定される。２つの固定部材４１７は、ヨーク部材４５０の幅方向中央の２箇所を貫通し、一対の永久磁石４１２の間を通る。固定部４１７は、実施の形態１と同様に、ボルトおよびナットにより構成される。なお、本実施の形態に係るアキシャルギャップ型回転電機のその他の構成は、実施の形態１に係るアキシャルギャップ型回転電機の構成と同様であるので、その説明を省略する。

ヨーク部材４５０は対称面４３０に関して面対称な形状を有しており、一対の永久磁石４１２は、対称面４３０に関して面対称に配置されている。固定部材４１７は、この対称面４３０に沿ってヨーク部材４５０を貫通し、一対の永久磁石４１２の間を通る。

一対の永久磁石４１２のそれぞれからは磁界が発生し、隣り合う永久磁石４１２との間で磁束が往来する。永久磁石４１２によって発生する磁界について図１１を参照してさらに詳しく説明する。１つの磁極部に対応する一対の永久磁石４１２ａ，４１２ｂのうちの右側の永久磁石４１２ａの裏面（Ｓ極）からは右方に、左側の永久磁石４１２ｂの裏面（Ｓ極）からは左方に磁束が出る。永久磁石４１２ａの裏面（Ｓ極）から出た磁束は、バックヨーク４１１の内部を右方に通って右隣の永久磁石４１２ｃの裏面（Ｎ極）に入る。同様に、永久磁石４１２ｂの裏面（Ｓ極）から出た磁束は、バックヨーク４１１の内部を左方に通って左隣の永久磁石４１２ｄの裏面（Ｎ極）に入る。また、永久磁石４１２ｃの表面から出た磁束は、ヨーク部材４５０ｃの内部を通ってヨーク部材４５０ｃの平面部４５２ｃ（Ｓ極）の左半分から出る。この磁束は、ロータ４１０とステータとの間のエアギャップを左方に進んでヨーク部材４５０ａの平面部４５２ａ（Ｎ極）の右半分に入り、ヨーク部材４５０ａの内部を通って永久磁石４１２ａの表面に入る。同様に、永久磁石４１２ｄの表面から出た磁束は、ヨーク部材４５０ｄの内部を通ってヨーク部材４５０ｄの平面部４５２ｄ（Ｓ極）の右半分から出る。この磁束は、エアギャップを右方に進んでヨーク部材４５０ａの平面部４５２ａ（Ｎ極）の左半分に入り、ヨーク部材４５０ａの内部を通って永久磁石４１２ｂの表面に入る。ここで、ヨーク部材４５０ａの幅方向中央部分および一対の永久磁石４１２ａおよび４１２ｂの間の部分においては磁束の出入りが無い。

ステータ側の電磁石により磁界が形成されると、当該磁界が永久磁石４１２から生じた磁界に影響を及ぼす。これにより、電磁石とヨーク部材４５０との間で吸引力又は反発力が生じ、ロータ４１０が回転する。このとき、ヨーク部材４５０の幅方向中央、即ち対称面４３０の位置には磁束が通らず、当該位置は磁気回路的に利用されない。つまり、当該位置は磁路を横切らず、当該位置に非磁性体があったとしても、これが磁路に干渉することはない。このため、固定部材４１７を設けても、磁気特性の劣化は最小限に止まる。また、永久磁石４１２には固定部材４１７の貫通孔を設ける必要がない。このため、磁気特性の劣化をさらに抑制できる。

その一方で、ヨーク部材４５０および永久磁石４１２の固定に接着剤を用いる必要がない。固定部材４１７によりヨーク部材４５０および永久磁石４１２をバックヨーク４１１に機械的に固定しているため、ヨーク部材４５０、永久磁石４１２およびバックヨーク４１１における渦電流による発熱によって、ヨーク部材４５０および永久磁石４１２の固定力が低下することがない。なお、ヨーク部材４５０および永久磁石４１２の固定を補助する目的で接着剤を用いてもよい。

さらに、ヨーク部材４５０の平面部４５２の面積は、２つの傾斜面４５１の面積の総和よりも小さい。傾斜面４５１の全面には永久磁石４１２の表面が面接触するため、一対の永久磁石４１２から出る磁束は、その数が変化することなく、面積が小さい平面部４５２から出ることになる。つまり、上記構成とすることで、磁束密度を増加させることができる。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態１乃至４においては、磁極部が、径方向および軸長方向に延びる対称面に関して面対称な形状とする構成について述べたが、これに限定されるものではない。磁極部を対称面に関して面対称な形状としない場合、磁極の形状等を解析することにより磁極部の磁束が通らない位置を特定し、この磁極部の磁束が通らない位置に固定部材を貫通させ、磁極部をバックヨークに固定すればよい。

また、上記の実施の形態１乃至４においては、ロータにおける磁極の固定構造について述べたが、これに限定されるものではない。例えば、ダブルステータシングルロータ構造のアキシャルギャップ型回転電機において、バックヨークに磁極部であるステータコアを固定する場合に、ステータコアの磁束が通らない位置に固定部材を貫通させる構成とすることができる。この場合、ステータコアを径方向および軸方向に延びる対称面に関して面対称な形状とし、この対称面に沿って固定部材を貫通させてもよい。つまり、永久磁石ではなく電磁石における磁極部の固定についても、固定部材を用いることができる。

また、上記の実施の形態１乃至４においては、磁極の２箇所それぞれに固定部材を貫通させる構成について述べたが、これに限定されるものではない。磁極の磁束が通らない３以上の箇所に固定部材を貫通させることもできる。また、実施の形態２乃至４のように、永久磁石およびバックヨークに凹凸が設けられ、互いに嵌合することにより周方向への移動が制限されている場合は、磁極の磁束が通らない１箇所に固定部材を貫通させてもよい。

また、上記の実施の形態１乃至４においては、固定部材をボルトおよびナットで構成することについて述べたが、これに限定されるものではない。固定部材を棒状にし、その両端を磁極部およびバックヨークにカシメ、嵌合等によって固定する構成とすることもできる。また、固定部材を雄ネジとし、バックヨークに形成された雌ネジに螺号することによって磁極部を固定してもよい。また、固定部材の形状は棒状に限られず、例えば板状とすることもできる。ただし、固定部材を永久磁石に貫通させる場合、永久磁石に設けられる貫通孔の幅（対称面に直交する方向の長さ）が短いほど磁気特性の劣化を抑制できる。このため、固定部材を板状とする場合、対称面に沿って延びるように細長い形状とし、厚さを小さくすることが好ましい。

また、永久磁石の形状を、上記の実施の形態１乃至４において述べた以外の形状としてすることもできる。図１２および図１３は、永久磁石の形状の変形例を示す断面図である。図１２に示す各例のように、永久磁石の裏面側を凸状に形成することもできる。この場合、上記のように１つの固定部材で永久磁石をバックヨークに固定することができ、固定部材の数を抑制できる。また、図１２の（ｃ）および（ｄ）のように、永久磁石の表面側に凹状部分を設けてもよい。この場合、図１３に示す各例のように、当該凹状部分に嵌合するヨーク部材を設け、ヨーク部材および永久磁石を固定部材が貫通する構成とすることもできる。また、ヨーク部材の表面、即ちバックヨークと反対側の面の面積を、ヨーク部材の凹状部分の面積よりも小さくすることもできる。この場合、ヨーク部材における永久磁石との接触面（凹状部分）の面積よりも磁極面（ヨーク部材の表面）の面積が小さいので、磁束密度を増加させることができる。

本発明のアキシャルギャップ型回転電機は、バックヨークに磁極部を固定したロータ又はステータを有するアキシャルギャップ型回転電機として有用である。

１００ アキシャルギャップ型回転電機
１１０，２１０，３１０，４１０ ロータ
１１１，２１１，３１１，４１１ バックヨーク
１１２，２１２，３１２，４１２ 永久磁石
１１３，２１７，３１７，４１７ 固定部材
１１６ 貫通孔
１２０ ステータ
１２１ 電磁石
１２２ ステータコア
１２３ コイル
１３０，２３０，３３０，４３０ 対称面
３５０，４５０ ヨーク部材

Claims (6)

1. 回転軸を中心として回転可能なロータと、
   前記回転軸の軸長方向に、前記ロータに対向して配置されるステータと
   を備え、
   前記ロータ又は前記ステータは、バックヨークと、前記バックヨークにおける前記ステータ又は前記ロータとの対向面上に前記回転軸を中心とした周方向に並べて配置された磁極部と、前記磁極部を前記バックヨークに固定するための固定部材とを有し、
   前記固定部材は、前記磁極部の磁束が通らない位置に貫通されることにより、前記バックヨークに前記磁極部を固定するように構成されており、
   前記磁極部は、前記回転軸を中心とした半径方向に延びる対称面に関して面対称な形状であり、前記対称面に沿って前記固定部材が貫通されるように構成されており、
   前記ロータは、永久磁石と、前記永久磁石の前記バックヨークと反対側の面に配置される軟磁性体のヨーク部材とを有し、
   前記磁極部は、前記ヨーク部材であり、
   前記永久磁石は、前記対称面に関して面対称な形状を有し、
   前記固定部材は、前記ヨーク部材および前記永久磁石を貫通するように構成されており、
   前記永久磁石は、前記バックヨークと反対側の面が前記対称面に関して面対称な凹状に形成されており、
   前記ヨーク部材は、前記凹状に対応する形状を有しており、前記凹状に適合するように前記永久磁石に配置される、
   アキシャルギャップ型回転電機。
2. 前記ヨーク部材の前記バックヨークと反対側の面は、前記永久磁石の前記凹状の部分よりも面積が小さい、
   請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
3. 回転軸を中心として回転可能なロータと、
   前記回転軸の軸長方向に、前記ロータに対向して配置されるステータと
   を備え、
   前記ロータ又は前記ステータは、バックヨークと、前記バックヨークにおける前記ステータ又は前記ロータとの対向面上に前記回転軸を中心とした周方向に並べて配置された磁極部と、前記磁極部を前記バックヨークに固定するための固定部材とを有し、
   前記固定部材は、前記磁極部の磁束が通らない位置に貫通されることにより、前記バックヨークに前記磁極部を固定するように構成されており、
   前記磁極部は、前記回転軸を中心とした半径方向に延びる対称面に関して面対称な形状であり、前記対称面に沿って前記固定部材が貫通されるように構成されており、
   前記ロータは、永久磁石と、前記永久磁石の前記バックヨークと反対側の面に配置される軟磁性体のヨーク部材とを有し、
   前記磁極部は、前記ヨーク部材であり、
   前記永久磁石は、前記対称面に関して面対称な形状を有し、
   前記固定部材は、前記ヨーク部材および前記永久磁石を貫通するように構成されており、
   前記ヨーク部材は、前記永久磁石側の面が前記永久磁石を覆うように凹状に形成されている、
   アキシャルギャップ型回転電機。
4. 回転軸を中心として回転可能なロータと、
   前記回転軸の軸長方向に、前記ロータに対向して配置されるステータと
   を備え、
   前記ロータ又は前記ステータは、バックヨークと、前記バックヨークにおける前記ステータ又は前記ロータとの対向面上に前記回転軸を中心とした周方向に並べて配置された磁極部と、前記磁極部を前記バックヨークに固定するための固定部材とを有し、
   前記固定部材は、前記磁極部の磁束が通らない位置に貫通されることにより、前記バックヨークに前記磁極部を固定するように構成されており、
   前記磁極部は、前記回転軸を中心とした半径方向に延びる対称面に関して面対称な形状であり、前記対称面に沿って前記固定部材が貫通されるように構成されており、
   前記ロータは、永久磁石と、前記永久磁石の前記バックヨークと反対側の面に配置される軟磁性体のヨーク部材とを有し、
   前記磁極部は、前記ヨーク部材であり、
   複数の前記永久磁石は、前記対称面を挟むように互いに所定距離を隔てて面対称に配置され、
   １つの前記ヨーク部材は、前記複数の永久磁石に接するように配置され、
   前記固定部材は、前記対称面に沿って前記ヨーク部材を貫通し、前記複数の永久磁石の間を通ることにより、前記バックヨークに前記磁極部を固定するように構成されている、
   アキシャルギャップ型回転電機。
5. 前記複数の永久磁石のそれぞれは前記バックヨークと反対側に平面部を有し、各平面部が前記対称面に関して面対称となるように前記軸長方向に対して傾斜しており、
   前記ヨーク部材は、前記平面部のそれぞれと同一角度で前記軸長方向に対して傾斜し、各平面部と面接触する複数の傾斜面を前記永久磁石側に有し、前記軸長方向に直交し、前記傾斜面のそれぞれの面積の総和よりも面積が小さい平面を前記ステータ側に有する、
   請求項４に記載のアキシャルギャップ型回転電機。
6. 前記永久磁石は、前記バックヨーク側の面が前記対称面に関して面対称な凸状に形成されており、
   前記バックヨークは、前記対称面に関して面対称な、前記凸状に対応する凹状部を有し、
   前記永久磁石は、前記凹状部に適合するように前記バックヨークに配置される、
   請求項１ないし３の何れかに記載のアキシャルギャップ型回転電機。

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