JP6835692B2

JP6835692B2 - 電動機

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Publication number: JP6835692B2
Application number: JP2017198452A
Authority: JP
Inventors: 俊平林; 貴士徳山; 烈宮崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-10-12
Also published as: JP2019075848A

Description

本発明は、永久磁石を可動子に備える電動機に関する。

特許文献１には、回転子の中心軸から放射状に板状の永久磁石を周方向に複数配置し、各永久磁石の間に鉄心を配置した回転電機が開示されている。この回転電機では、１つの鉄心に対して２つの永久磁石が同一磁極を向けて取り付けられる。

特開２０１５−２７１６０号公報

電動機の出力を向上させるためには、電機子と可動子との間のギャップに生じる磁束数を増大させることが必要である。しかしながら、特許文献１に開示された回転電機では、１つの鉄心に対して出入りする磁束数はこれに取り付けられた２つの永久磁石が寄与するのみであり、磁束数の増大には限界がある。

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、上記課題を解決することができる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に、本発明の一の態様の電動機は、電機子コイルを有する電機子と、前記電機子と対向して配置される鉄心と、前記電機子との対向面を開放して前記鉄心を囲繞する複数の永久磁石とを具備する磁極ブロックを複数有する可動子とを備え、前記磁極ブロックにおいて、前記複数の永久磁石が前記鉄心に同一の磁極を向けて配置されており、複数の前記磁極ブロックのそれぞれは、前記可動子の可動方向及び当該可動方向に交差する方向の両方向において１つずつ磁極が反転するように配置され、一の前記磁極ブロックの開放された側の面から出た磁束が、前記可動方向及び前記交差する方向に分岐し、当該一の前記磁極ブロックと前記可動方向及び前記交差する方向で隣り合う他の前記磁極ブロックに進入する。

この態様において、隣り合う前記磁極ブロックは、永久磁石の一面を互いに接して接続されてもよい。

また、上記態様において、前記磁極ブロックは、直方体形状をなす前記鉄心の５つの面のそれぞれに前記永久磁石が取り付けられて構成されており、前記可動方向は直線方向であり、複数の前記磁極ブロックのそれぞれは、前記可動方向と交差する一方向に前記磁極のそれぞれが向くように、前記可動方向に並べて配置されてもよい。

また、上記態様において、前記磁極ブロックは、先端が欠落した扇形板状をなす前記鉄心の外側円弧面以外の５つの面のそれぞれに前記永久磁石が取り付けられて構成されており、前記可動子は、回転軸を有し、前記回転軸を中心とした環状方向である前記可動方向に回転可能であり、複数の前記磁極ブロックのそれぞれは、前記回転軸の半径方向外側に前記磁極のそれぞれが向くように、前記可動方向に並べて配置されてもよい。

また、上記態様において、前記磁極ブロックは、先端が欠落した扇形板状をなす前記鉄心の１つの扇形面以外の５つの面のそれぞれに前記永久磁石が取り付けられて構成されており、前記可動子は、回転軸を有し、前記回転軸を中心とした環状方向である前記可動方向に回転可能であり、複数の前記磁極ブロックのそれぞれは、前記回転軸に平行な一方向に前記磁極のそれぞれが向くように、前記可動方向に並べて配置されてもよい。

本発明によれば、従来に比して電機子と可動子との間のギャップに生じる磁束数を増大させることができる。

実施の形態１に係る直動電動機の構成を示す斜視図。実施の形態１に係る直動電動機の電機子の構成を示す斜視図。実施の形態１に係る直動電動機の可動子の構成を示す斜視図。実施の形態１に係る直動電動機の磁極ブロックの構成を示す分解斜視図。実施の形態１に係る直動電動機の可動子における磁路を説明するための正面断面図。実施の形態１に係る直動電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す正面断面図。評価試験において検証した従来手法における可動子の構成を示す断面図。実施の形態２に係る直動電動機の構成を示す斜視図。実施の形態２に係る直動電動機の電機子の構成を示す平面図。実施の形態２に係る直動電動機の可動子の構成を示す平面図。実施の形態２に係る直動電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す正面断面図。実施の形態３に係る直動電動機の構成を示す正面図。実施の形態３に係る直動電動機の構成を示す部分断面側面図。実施の形態３に係る直動電動機の可動子の構成を示す側面断面図。実施の形態３に係る直動電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す正面断面図。実施の形態４に係るラジアルギャップ電動機の構成を示す側面断面図。実施の形態４に係るラジアルギャップ電動機の構成を示す平面断面図。実施の形態４に係るラジアルギャップ電動機の磁極ブロックの構成を示す分解斜視図。実施の形態４に係るラジアルギャップ電動機の回転子における磁路を説明するための平面断面図。図１９のＡ−Ａ線による断面図。実施の形態４に係るラジアルギャップ電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す断面図。実施の形態５に係るアキシャルギャップ電動機の構成を示す側面断面図。実施の形態５に係るアキシャルギャップ電動機の電機子の構成を示す平面図。実施の形態５に係るアキシャルギャップ電動機の磁極ブロックの構成を示す分解斜視図。実施の形態５に係るアキシャルギャップ電動機の回転子の構成を示す底面図。実施の形態５に係るアキシャルギャップ電動機の回転子における磁路を説明するための底面図。図２６におけるＢ−Ｂ線による断面図。実施の形態５に係るアキシャルギャップ電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す側面断面図。実施の形態６に係るアキシャルギャップ電動機の構成を示す側面断面図。実施の形態６に係るアキシャルギャップ電動機の回転子の構成を示す平面図。図３０におけるＣ−Ｃ線による断面図。図３０におけるＤ−Ｄ線による断面図。実施の形態６に係るアキシャルギャップ電動機の電機子コイルから生じた磁路を示す側面断面図。ダブルステータ型のアキシャルギャップ電動機における可動子の構成の変形例を示す平面図。図３４のＥ−Ｅ線による断面図。

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）
本実施の形態では、直方体形状をなす鉄心の５つの面のそれぞれに永久磁石が取り付けられた複数の磁極ブロックを直線方向である可動方向及び可動方向に交差する横方向のそれぞれに並べて構成された可動子と、可動子に対向配置された電機子とを有する横方向磁束型の直動電動機について説明する。

図１は、本実施の形態に係る直動電動機の構成を示す斜視図である。直動電動機１００は、電機子１１０と、可動子１２０とを備える。なお、以下の説明において、可動子１２０の可動方向を前後方向、電機子１１０と可動子１２０とが並ぶ方向を上下方向、可動方向に直交する水平方向を横方向（左右方向）という。

図２を参照して、電機子１１０の構成について説明する。図２は、電機子の構成を示す斜視図である。電機子１１０は、電機子コイル１１１と、ティース部１１２と、ヨーク部１１３とを有する。ヨーク部１１３は水平な板状をなしており、その上面からは前後方向及び横方向に行列状に並ぶように複数のティース部１１２が上方に突出している。

ヨーク部１１３とティース部１１２とは電機子部材１１５として一体的に形成されている。かかる電機子部材１１５は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部１１２は、直方体形状をなしており、各ティース部１１２には導線が巻回され電機子コイル１１１が形成される。電機子コイル１１１は、横方向に４列ずつ、各列に３個ずつの合計１２個設けられている。

次に、可動子１２０の構成について説明する。図１に示すように、可動子１２０は、電機子１１０の上方に配置される。図３は、可動子の構成を示す斜視図である。図３に示すように、可動子１２０は、水平方向に延びる板状をなしている。かかる可動子１２０は、複数の磁極ブロック１２１を有しており、これらの磁極ブロック１２１が前後方向及び横方向にそれぞれ並べられたマトリックス状の構造となっている。

図４は、磁極ブロック１２１の構成を示す分解斜視図である。磁極ブロック１２１は、直方体形状の軟磁性体の鉄心１２２と、５つの板状の永久磁石１２３とを有している。各永久磁石１２３は、鉄心１２２の一面と同じ又は若干大きい主面を有しており、鉄心１２２の一面を隠すようにこれに取り付けられる。鉄心１２２には、その５つの面に永久磁石１２３が取り付けられる。つまり、鉄心１２２には、一面を開放して囲繞するように永久磁石１２３が取り付けられる。また、各永久磁石１２３は、鉄心１２２に同一の磁極を向けて配置される。鉄心１２２の開放された一面は可動子磁極１２４となる。後述するように、可動子磁極１２４は、各永久磁石１２３が鉄心１２２を向く面の磁極と同一磁極となる。また、各永久磁石１２３の外側を向く面（鉄心１２２とは反対側の面）は可動子磁極１２４の反対磁極となる。

図３を参照する。直方体形状の磁極ブロック１２１のそれぞれは、面と面とを接して互いに接続される。隣接する２つの磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４は互いに異なる磁極とされる。つまり、可動子磁極１２４が交互に反転するように各磁極ブロック１２１がマトリックス状に並べられる。このため、隣り合う２つの磁極ブロック１２１の接合面は一方がＳ極となり他方がＮ極となる。したがって、隣り合う２つの磁極ブロック１２１が磁力によって互いに引きつけ合い、複数の磁極ブロック１２１を容易にマトリックス状に配置することができる。

また、複数の磁極ブロック１２１が並んだ構造体は、直方体の箱状の軟磁性体からなるヨーク１２５に収容される。したがって、各磁極ブロック１２１は可動子磁極１２４以外の磁極が外部に露出されず、このためヨーク１２５内に磁路が形成される。

上記のようにして配置された磁極ブロック１２１は、可動子磁極１２４が下方を向き、４つの側面のそれぞれが前方、後方、右方、左方を向くように配置される。つまり、可動方向及び横方向のそれぞれに、可動子磁極１２４が１つずつ反転する。

図５は、可動子１２０の正面断面図である。図５において、矢印は磁化方向を示しており、極性はＳ→Ｎとなっている。鉄心１２２は、その周囲を取り囲む永久磁石１２３によって磁化される。Ｓ極が鉄心１２２に面する永久磁石１２３から出た磁束が鉄心１２２内を進む。鉄心１２２には５面に永久磁石１２３が取り付けられているため、これらの５つの永久磁石のそれぞれから出た磁束が鉄心１２２の内部を進み、それぞれの磁束が下方に進行して可動子磁極１２４から外側の空間（電機子１１０とのギャップ）に出る。かかる磁束は放射状に分岐し、隣の磁極ブロック１２１のＮ極の可動子磁極１２４（隣がヨーク１２５の場合はヨーク１２５）から鉄心１２２の内部に進入する。Ｎ極の可動子磁極１２４には、隣り合う全ての磁極ブロック１２１からの磁束が進入する。この鉄心１２２には永久磁石のＮ極が面しているため、磁束はさらにこの鉄心１２２の内部を進み、前方、左方、右方、後方、及び上方のそれぞれに分岐して永久磁石１２３に入る。鉄心１２２の前方、左方、右方、及び後方のそれぞれに配置された永久磁石１２３からは隣接する永久磁石１２３（ヨーク１２５に隣接する永久磁石１２３からはヨーク１２５）へと磁束が進む。また、鉄心１２２の上方に配置された永久磁石１２３から出た磁束はヨーク１２５を進行し、隣の磁極ブロック１２１の上側の永久磁石１２３に入る。

可動子磁極１２４は、当該可動子磁極１２４を含む鉄心１２２に面した永久磁石１２３の磁極と同一極性となる。つまり、鉄心１２２に永久磁石１２３のＳ極が面している場合、当該鉄心１２２の可動子磁極１２４はＳ極となり、鉄心１２２に永久磁石１２３のＮ極が面している場合、当該鉄心１２２の可動子磁極１２４はＮ極となる。

上記のような構成の直動電動機１００において、電機子コイル１１１に電流を流すと、電機子コイル１１１の周囲に磁界が発生する。図６は、電機子コイル１１１から生じた磁路を示す正面断面図である。横方向に隣り合う２つの電機子コイル１１１には、互いに逆向きに電流が流れる。これにより、これらの電機子コイル１１１が巻回された２つのティース部１１２と、ヨーク部１１３と、ティース部１１２の間の空間とを通る磁路が形成される。このとき、ティース部１１２の可動子１２０との対向面が磁極（電機子磁極１１４）となる。隣り合う２つのティース部１１２のうち、一方のティース部１１２の電機子磁極１１４がＳ極となり、他方のティース部１１２の電機子磁極１１４がＮ極となる。

各電機子磁極１１４の横方向の位置と、各可動子磁極１２４の横方向の位置とは一致している。つまり、正面視において、電機子磁極１１４と可動子磁極１２４とが一対一で対向している。したがって、電機子コイル１１１に電流が流れると、電機子磁極１１４とこれに対応する可動子磁極１２４とが磁力によって吸引又は反発される（図６には、電機子磁極１１４と可動子磁極１２４とが吸引される場合の磁路を示している。）。電機子コイル１１１に流れる電流が制御されることで、電機子コイル１１１によって生じる磁界が変化し、これによって可動子１２０が前後方向に移動する。

上記のようにして電機子コイル１１１から生じた磁束は、可動子１２０の内部を通過する。つまり、Ｓ極の電機子磁極１１４から出た磁束がＮ極の可動子磁極１２４に入り、この可動子磁極１２４を有する鉄心１２２に接する全ての永久磁石１２３を通過する。永久磁石１２３を出た磁束は、隣の磁極ブロック１２１の永久磁石１２３に入り、Ｓ極の可動子磁極１２４から出てＮ極の電機子磁極１１４に入る。つまり、本実施の形態に係る直動電動機１００では、電機子１１０によって生じた磁束が可動子ブロック１２１の全ての永久磁石１２３を通過する。可動子１２０では、各鉄心１２２を永久磁石１２３が取り囲んでいるため、従来型の鉄心の２面にのみ永久磁石が取り付けられた構造の可動子に比べて、可動子磁極１２４に生じる磁束が増大される。したがって、直動電動機１００における磁気効率が向上する。

＜評価試験＞
発明者は、本実施の形態に係る直動電動機１００の性能を評価する試験を行った。試験では、従来型の可動子（以下、「従来手法」という）によって生じるギャップでの磁束密度と、本実施の形態に係る可動子（以下、「本手法」という）によって生じるギャップでの磁束密度とを検証し、両者を比較評価した。まず、従来手法について説明する。図７は、本試験において検証した従来手法における可動子の構成を示す断面図である。複数の板状の永久磁石１５０を磁化方向が上下方向となり、且つ、隣り合う永久磁石１５０の磁化方向が互いに逆向きとなるように水平方向に並べて配置し、これらの下側にヨークに相当する軟磁性体１５１を取り付け、簡易的に従来型の可動子を構成した。また、永久磁石１５０の上方に１ｍｍの間隙を設けて電機子のティース部に相当する軟磁性体１５２を配置した。各永久磁石１５０の大きさは１３×８×３［ｍｍ^３］、永久磁石１５０の数は６個である。上記構成の場合のギャップに生じる磁束密度を計算すると、その結果は０．９５〜１．０１Ｔとなった。また、上記構成の従来手法の実験機におけるギャップの磁束密度を計測したところ、その結果は０．９６Ｔとなった。

他方、複数の磁極ブロック１２１を作成し、本手法における可動子を構成した。可動子の上方にはティース部に相当する軟磁性体を配置し、ギャップの大きさは上記の従来手法と同じ１ｍｍとした。各永久磁石の大きさは側面に２０×２０×３［ｍｍ^３］と底面に２５×２５×４［ｍｍ^３］、永久磁石の数は３０個である。上記構成の場合のギャップに生じる磁束密度を計算すると、その結果は１．５９〜１．７６Ｔとなった。また、上記構成の本手法の実験機におけるギャップの磁束密度を計測したところ、その結果は１．７４Ｔとなった。つまり、本手法では、ギャップにおける磁束密度が従来手法の約１．７倍となることが分かった。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る直動電動機は、複数の磁極ブロックを横方向に同極が並び、可動方向に交互に異極が並ぶように配置した可動子を備える縦方向磁束型の直動電動機である。

図８は、本実施の形態に係る直動電動機の構成を示す斜視図であり、図９は、その電機子の構成を示す平面図である。図８に示すように、直動電動機２００は、電機子２１０と、可動子２２０とを備える。また、図９に示すように、電機子２１０は、電機子コイル２１１と、ティース部２１２と、ヨーク部２１３とを有する。ヨーク部２１３は水平な板状をなしており、その上面からは横方向に長く延びたティース部２１２が上方に突出している。かかるティース部２１２は、前後方向に並ぶように複数設けられている。

ヨーク部２１３とティース部２１２とは電機子部材２１５として一体的に形成されている。かかる電機子部材２１５は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部２１２は、直方体形状をなしており、各ティース部２１２には導線が巻回され電機子コイル２１１が形成される。電機子コイル２１１は、前後方向に３個設けられている。

次に、可動子２２０の構成について説明する。図８に示すように、可動子２２０は、電機子２１０の上方に配置される。図１０は、可動子２２０の構成を示す平面図である。可動子２２０は、水平方向に延びる板状をなしており、複数の磁極ブロック１２１を有している。なお、磁極ブロック１２１の構成は、実施の形態１において説明した磁極ブロック１２１の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

実施の形態１と同様に、直方体形状の磁極ブロック１２１のそれぞれは、面と面とを接して互いに接続される。隣接する２つの磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４は互いに異なる磁極とされる。各磁極ブロック１２１は、可動子磁極１２４が下方を向き、可動子磁極１２４の１つの対角線が前後方向を向き、もう一つの対角線が左右方向を向くように配置される。即ち、菱形の可動子磁極１２４が前後左右方向に並ぶような可動子２２０が構成される。以下の説明では、菱形の可動子磁極１２４が頂点を突き合わせるようにして横方向に一列に並んだ一群の磁極ブロック１２１を、磁極ブロック１２１の「列」という。１つの列に含まれる全ての可動子磁極１２４は同極とされる。また、隣り合う列は互いに異極とされる。図１０に示すように、１列目（最も前方の列）はＳ極とされ、２列目（前から２番目の列）はＮ極とされ、３列目はＳ極とされ、４列目はＮ極とされ、５列目はＳ極とされ、６列目はＮ極とされる。換言すれば、可動子２２０において、前後方向に１列ずつ可動子磁極１２４が反転し、一列の左右方向に同一の可動子磁極１２４が並ぶ。

また、複数の磁極ブロック１２１が並んだ構造体は、箱状の軟磁性体からなるヨーク２２５に収容される。したがって、各磁極ブロック１２１は可動子磁極１２４以外の磁極が外部に露出されず、このためヨーク２２５内に磁路が形成される。

上記のような構成の直動電動機２００において、電機子コイル２１１に電流を流すと、電機子コイル２１１の周囲に磁界が発生する。図１１は、電機子コイル２１１から生じた磁路を示す正面断面図である。なお、図１１では、可動子磁極１２４がＮ極の列における断面を示している。各電機子コイル２１１の断面の回りに環状の磁路が形成される。このとき、ティース部２１２の可動子２２０との対向面が磁極（電機子磁極２１４）となる。

電機子コイル２１１に電流が流れると、電機子磁極２１４と可動子磁極１２４とが磁力によって吸引又は反発される。電機子コイル２１１に流れる電流が制御されることで、電機子コイル２１１によって生じる磁界が変化し、これによって可動子２２０が前後方向に移動する。Ｓ極の電機子磁極２１４から出た磁束はＮ極の可動子磁極１２４に入り、この可動子磁極１２４を有する鉄心１２２に接する全ての永久磁石１２３を通過する。永久磁石１２３を出た磁束は、隣の磁極ブロック１２１の永久磁石１２３に入り、Ｓ極の可動子磁極１２４から出てＮ極の電機子磁極１１４に入る。つまり、本実施の形態に係る直動電動機２００では、電機子２１０によって生じた磁束が可動子ブロック１２１の全ての永久磁石１２３を通過する。可動子２２０では、各鉄心１２２を永久磁石１２３が取り囲んでいるため、従来型の鉄心の２面にのみ永久磁石が取り付けられた構造の可動子に比べて、可動子磁極１２４に生じる磁束が増大される。したがって、直動電動機１００における磁気効率が向上する。

（実施の形態３）
本実施の形態では、複数の磁極ブロックを可動方向に交互に異極が並ぶように配置した可動子を備え、可動子を上下に挟むように電機子が配置された横方向磁束型の直動電動機について説明する。

図１２は本実施の形態に係る直動電動機の正面図であり、図１３はその部分断面側面図である。直動電動機３００は、電機子３１０と、可動子３２０とを有する。図１２に示すように、電機子３１０は２つの電機子コイル３１１が上下方向に対向配置され、その間に可動子３２０が配置される。

電機子３１０は、電機子コイル３１１と、ティース部３１２と、ヨーク部３１３とを有する。ヨーク部３１３は四角筒状をなしており、その上側内面及び下側内面からは複数のティース部が前後方向にそれぞれ一列に並ぶように内側に突出している。

ヨーク部３１３とティース部３１２とは電機子部材３１５として一体的に形成されている。かかる電機子部材３１５は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部３１２は、直方体形状をなしており、各ティース部３１２には導線が巻回され電機子コイル３１１が形成される。電機子コイル３１１は、上側に３個、下側に３個の合計６個設けられている。

図１３に示すように、可動子３２０は、複数の磁極ブロック１２１を有しており、これらの磁極ブロック１２１が前後方向に列状に並べられた構造となっている。なお、磁極ブロック１２１の構成は、実施の形態１において説明した磁極ブロック１２１の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

直方体形状の磁極ブロック１２１のそれぞれは、前側の磁極ブロック１２１の背面と後側の磁極ブロック１２１の正面とを接して互いに接続される。隣接する２つの磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４は互いに異なる磁極とされる。つまり、可動子磁極１２４が交互に反転するように各磁極ブロック１２１が前後に一列に並べられる。また、磁極ブロック１２１は上下方向にも隣り合う。上側の磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４が上向きに、下側の磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４が下向きになるように、２つの磁極ブロック１２１が上下方向に並べられる。これらの上下方向に隣り合う磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４は互いに反対とされる。このため、隣り合う２つの磁極ブロック１２１の接合面は一方がＳ極となり他方がＮ極となる。したがって、隣り合う２つの磁極ブロック１２１が磁力によって互いに引きつけ合い、複数の磁極ブロック１２１を容易に並べて配置することができる。

また、複数の磁極ブロック１２１が並んだ構造体は、上下方向に開放された四角枠状の軟磁性体からなるヨーク３２５に収容される。したがって、各磁極ブロック１２１は可動子磁極１２４以外の磁極が外部に露出されず、このためヨーク３２５内に磁路が形成される。

上記のようにして配置された磁極ブロック１２１は、可動子磁極１２４が上方及び下方を向き、上下方向に並んだ一対の磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４は互いに反対となる。つまり、一方の可動子磁極１２４がＳ極となり、他方の可動子磁極１２４はＮ極となる。また、前後方向に一列に並んだ磁極ブロック１２１の各可動子磁極１２４は可動方向に１つずつ反転する。つまり、上側の可動子磁極１２４は可動方向に１つずつ反転し、下側の可動子磁極１２４も可動方向に１つずつ反転する。

図１４は可動子３２０の側面断面図である。図１４において、矢印は磁化方向を示しており、極性はＳ→Ｎとなっている。鉄心１２２は、その５つの側面を取り囲む永久磁石１２３によって磁化される。Ｓ極が鉄心１２２に面する永久磁石１２３から出た磁束が鉄心１２２内を進む。鉄心１２２には５面に永久磁石１２３が取り付けられているため、これらの５つの永久磁石１２３のそれぞれから出た磁束が鉄心１２２の内部を進む。上側に設けられた磁極ブロック１２１では、それぞれの磁束が上方に進行して上側の可動子磁極１２４から外側の空間（電機子３１０との上側のギャップ）に出る。かかる磁束は放射状に水平方向に分岐し、隣の磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４（Ｎ極）から鉄心１２２の内部に進入する。この鉄心１２２には、前後方向に隣り合う２つの磁極ブロック１２１それぞれからの磁束が進入する。この鉄心１２２には永久磁石１２３のＮ極が面しているため、磁束はさらにこの鉄心１２２の内部を進み、前方、左方、右方、後方のそれぞれに分岐して永久磁石１２３に入る。鉄心１２２の左方及び右方に設けられた永久磁石１２３から出た磁束はヨーク３２５内に入る。また、鉄心１２２の前方及び後方に設けられた永久磁石１２３から出た磁束は、この永久磁石１２３が隣の磁極ブロック１２１の永久磁石１２３に接していれば、その永久磁石１２３に入り、ヨーク３２５に接していれば、ヨーク３２５内に入る。ヨーク３２５内に入った磁束は、ヨーク３２５内を進んで隣の磁極ブロック１２１の永久磁石１２３に入る。

また、Ｎ極の可動子磁極１２４を有する上側の磁極ブロック１２１では、鉄心１２２内で磁束が下方にも進み、下側の永久磁石１２３に入る。さらに磁束は、この永久磁石１２３から下方の磁極ブロック１２１の上側の永久磁石１２３に入る。この下方の磁極ブロック１２１は、Ｓ極の可動子磁極１２４を有しており、各永久磁石１２３のＳ極が鉄心１２２に面している。このため、それぞれ永久磁石１２３から出た磁束が下方に進行して下側の可動子磁極１２４から外側の空間（電機子３１０との上側のギャップ）に出る。かかる磁束は放射状に水平方向に分岐し、隣の磁極ブロック１２１の可動子磁極１２４（Ｎ極）から鉄心１２２の内部に進入する。

上記のような構成の直動電動機３００において、電機子コイル３１１に電流を流すと、電機子コイル３１１の周囲に磁界が発生する。図１５は、電機子コイル３１１から生じた磁路を示す正面断面図である。各電機子コイル３１１の断面の回りに環状の磁路が形成される。このとき、ティース部３１２の可動子３２０との対向面が磁極（電機子磁極３１４）となる。

電機子コイル３１１に電流が流れると、電機子磁極３１４と可動子磁極１２４とが磁力によって吸引又は反発される。電機子コイル３１１に流れる電流が制御されることで、電機子コイル３１１によって生じる磁界が変化し、これによって可動子３２０が前後方向に移動する。Ｓ極の電機子磁極３１４から出た磁束はＮ極の可動子磁極１２４に入り、この可動子磁極１２４を有する鉄心１２２に接する全ての永久磁石１２３を通過する。永久磁石１２３を出た磁束は、隣の磁極ブロック１２１の永久磁石１２３に入り、Ｓ極の可動子磁極１２４から出てＮ極の電機子磁極３１４に入る。つまり、本実施の形態に係る直動電動機３００では、電機子３１０によって生じた磁束が磁極ブロック１２１の全ての永久磁石１２３を通過する。可動子３２０では、各鉄心１２２を永久磁石１２３が取り囲んでいるため、従来型の鉄心の２面にのみ永久磁石が取り付けられた構造の可動子に比べて、可動子磁極１２４に生じる磁束が増大される。したがって、直動電動機３００における磁気効率が向上する。

（実施の形態４）
本実施の形態では、先端が欠落した扇形板状をなす鉄心の外側円弧面以外の５つの面のそれぞれに永久磁石が取り付けられた複数の磁極ブロックが回転軸を中心とした環状方向である可動方向に並べて構成された回転子と、回転子の外側を囲繞するように配置された電機子とを有するラジアルギャップ電動機について説明する。

図１６は本実施の形態に係るラジアルギャップ電動機の構成を示す側面断面図であり、図１７はその平面断面図である。ラジアルギャップ電動機４００は、電機子４１０と、可動子である回転子４２０とを備える。回転子４２０は、軟磁性体の回転軸４２６を有しており、回転軸４２６を中心として回転可能である。なお、以下の説明において、回転子４２０の回転方向を周方向、回転子４２０の回転半径方向を半径方向、回転軸４２６の長手方向を軸方向という。

電機子４１０は、電機子コイル４１１と、ティース部４１２と、ヨーク部４１３とを有する。ヨーク部４１３は円環状をなしており、その内周面からは周方向に等間隔に並ぶように複数のティース部４１２が半径方向内側に突出している。

ヨーク部４１３とティース部４１２とは電機子部材４１５として一体的に形成されている。かかる電機子部材４１５は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部４１２は、断面視において四角形状をなしており、各ティース部４１２には導線が巻回され電機子コイル４１１が形成される。電機子コイル４１１は、周方向に６個設けられている。

次に、回転子４２０の構成について説明する。図１７に示すように、回転子４２０は、電機子４１０の半径方向内側に配置される。回転子４２０は、円盤乃至円柱状をなしている。かかる回転子４２０は、複数の磁極ブロック４２１を有しており、これらの磁極ブロック４２１が周方向に並べられた構造となっている。

図１８は、磁極ブロック４２１の構成を示す分解斜視図である。磁極ブロック４２１は、軸方向視において先端が円弧状に欠落した扇形（以下、「円環扇形」という）の板状をなしており、円環扇形の板状をなす軟磁性体の鉄心４２２と、５つの板状の永久磁石４２３ａ〜４２３ｅとを有している。永久磁石４２３ａ及び４２３ｂは、鉄心４２２の一面と同じ又は若干大きい円環扇形の主面を有しており、鉄心４２２の円環扇形の２つの面を隠すようにそれぞれに取り付けられる。永久磁石４２３ｃ及び４２３ｄは、鉄心の厚さと同一又は若干大きい幅を有しており、鉄心４２２の側面を隠すようにそれぞれに取り付けられる（図１８では永久磁石４２３ｄを示していない。）。また、永久磁石４２３ｅは、鉄心４２２の小さい方の円弧面、即ち内側円弧面と同一の外径の円弧板状をなしており、鉄心４２２の内側円弧面を隠すようにこれに取り付けられる。つまり、鉄心４２２には、外側円弧面を開放して囲繞するように永久磁石４２３ａ〜４２３ｅが取り付けられる。また、各永久磁石４２３ａ〜４２３ｅは、鉄心４２２に同一の磁極を向けて配置される。鉄心４２２の開放された外側円弧面は回転子磁極４２４となる。後述するように、回転子磁極４２４は、各永久磁石４２３ａ〜４２３ｅが鉄心４２２を向く面の磁極と同一磁極となる。また、各永久磁石４２３ａ〜４２３ｅの外側を向く面（鉄心４２２とは反対側の面）は回転子磁極４２４の反対磁極となる。

図１７を参照する。円環扇形板状の磁極ブロック４２１のそれぞれは、側面同士を接して互いに接続される。隣接する２つの磁極ブロック４２１の回転子磁極４２４は互いに異なる磁極とされる。つまり、回転子磁極４２４が交互に反転するように各磁極ブロック４２１が周方向に並べられる。このため、隣り合う２つの磁極ブロック４２１の接合面は一方がＳ極となり他方がＮ極となる。したがって、隣り合う２つの磁極ブロック４２１が磁力によって互いに引きつけ合い、複数の磁極ブロック４２１を容易に周方向に並べて配置することができる。

また、複数の磁極ブロック４２１が並んだ構造体は、軸長方向の両側から円盤状の軟磁性体からなるヨーク４２５に挟まれる。したがって、各磁極ブロック４２１は回転子磁極４２４以外の磁極が外部に露出されず、このためヨーク４２５内に磁路が形成される。

また、図１７に示すように、鉄心４２２における回転子磁極４２４の面の幅は、ティース部４１２の幅と同一とされる。このため、電機子４１０によって生じた磁束の全てが回転子磁極４２４に漏れることなく出入りする。また、電機子コイル４１１の半径方向内側に対向するように、永久磁石４２３ａ、４２３ｂ及びヨーク４２５が配置される。電機子コイル４１１の半径方向内側の空間は、従来ではトルク発生に寄与しない空間であったが、本実施の形態に係るラジアルギャップ電動機４００では、この空間に永久磁石４２３ａ、４２３ｂ及びヨーク４２５を配置することができ、磁気効率を向上させることができる。

図１９は回転子４２０の磁路を説明するための平面断面図であり、図２０は図１９のＡ−Ａ線による断面図である。図１９及び図２０において、矢印は磁化方向を示しており、極性はＳ→Ｎとなっている。鉄心４２２は、その周囲を取り囲む永久磁石４２３ａ〜４２３ｅによって磁化される。Ｓ極が鉄心４２２に面する永久磁石４２３ａ〜４２３ｅから出た磁束が鉄心４２２内を進む。鉄心４２２には５面に永久磁石４２３ａ〜４２３ｅが取り付けられているため、これらの５つの永久磁石４２３ａ〜４２３ｅのそれぞれから出た磁束が鉄心４２２の内部を進み、それぞれの磁束が半径方向外向きに進行して回転子磁極４２４から外側の空間（電機子４１０とのギャップ）に出る。かかる磁束は放射状に周方向及び軸方向に分岐し、隣の磁極ブロック４２１のＮ極の回転子磁極４２４から鉄心４２２の内部に進入する。この鉄心４２２には、隣り合う２つの磁極ブロック４２１からの磁束が進入する。この鉄心４２２には永久磁石４２３ａ〜４２３ｅのＮ極が面しているため、磁束はさらにこの鉄心４２２の内部を進み、軸方向、周方向、及び半径方向内向きのそれぞれに分岐して永久磁石４２３ａ〜４２３ｅに入る。永久磁石４２３ｃ及び４２３ｄからは隣接する永久磁石４２３ｃ及び４２３ｄへと磁束が戻る。永久磁石４２３ａ及び４２３ｂから出た磁束はヨーク４２５を進行し、隣の磁極ブロック４２１の永久磁石４２３ａ及び４２３ｂに入る。また、永久磁石４２３ｅから出た磁束は回転軸４２６を進行し、隣の磁極ブロック４２１の永久磁石４２３ｅに入る。

回転子磁極４２４は、当該回転子磁極４２４を含む鉄心４２２に面した永久磁石４２３ａ〜４２３ｅの磁極と同一極性となる。つまり、鉄心４２２に永久磁石４２３ａ〜４２３ｅのＳ極が面している場合、当該鉄心４２２の回転子磁極４２４はＳ極となり、鉄心４２２に永久磁石４２３ａ〜４２３ｅのＮ極が面している場合、当該鉄心４２２の回転子磁極４２４はＮ極となる。

上記のような構成のラジアルギャップ電動機４００において、電機子コイル４１１に電流を流すと、電機子コイル４１１の周囲に磁界が発生する。図２１は、電機子コイル４１１から生じた磁路を示す断面図である。各電機子コイル４１１の断面の回りに環状の磁路が形成される。このとき、ティース部４１２の回転子４２０との対向面が磁極（電機子磁極４１４）となる。

電機子コイル４１１によって生じた磁束は、ギャップを通じて回転子磁極４２４から鉄心４２２に入り、永久磁石４２３ａ〜４２３ｄを通過する。永久磁石４２３ａ，４２３ｂを通過した磁束はヨーク４２５から空気中に出て電機子コイル４１１の外側を通り、ヨーク部４１３に入る。また、永久磁石４２３，４２３ｄを通過した磁束は、隣の磁極ブロック４２１の永久磁石４２３ｃ，４２３ｄを介して鉄心４２２に入り、Ｓ極の回転子磁極４２４からギャップに出て、これに対向するＮ極の電機子磁極４１４に入る。なお、電機子コイル４１１によって生じた磁束が永久磁石４２３ｅを通過してもよいし、通過しなくてもよい。当該磁束が永久磁石４２３ｅを通過するか否かはラジアルギャップ電動機４００の構成による。例えば、鉄心４２２の半径方向寸法が小さく電機子磁極４１４と永久磁石４２３ｅとの距離が短ければ、電機子磁極４１４から生じた磁束が永久磁石４２３ｅを通過しやすく、鉄心４２２の半径方向寸法が大きく電機子磁極４１４と永久磁石４２３ｅとの距離が長ければ、電機子磁極４１４から生じた磁束が永久磁石４２３ｅを通過しにくい。本実施の形態に係るラジアルギャップ電動機４００は、各鉄心４２２を永久磁石４２３ａ〜４２３ｅが取り囲んでいるため、従来型の鉄心の２面にのみ永久磁石が取り付けられた構造の回転子に比べて、回転子磁極４２４に生じる磁束が増大される。したがって、ラジアルギャップ電動機４００における磁気効率が向上する。

（実施の形態５）
本実施の形態では、円環扇形板状をなす鉄心の１つの主面以外の５つの面のそれぞれに永久磁石が取り付けられた複数の磁極ブロックが回転軸を中心とした環状方向である可動方向に並べて構成された回転子と、回転子と軸方向に向き合うように配置された円盤状の電機子とを有するアキシャルギャップ電動機について説明する。

図２２は本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機の構成を示す側面断面図である。アキシャルギャップ電動機５００は、電機子５１０と、可動子である回転子５２０とを備える。回転子５２０は、軟磁性体の回転軸５２６を有しており、回転軸５２６を中心として回転可能である。電機子５１０と回転子５２０とのそれぞれは円盤状をなしており、軸方向に所定距離のギャップを介して配置されている。

電機子５１０は、電機子コイル５１１と、ティース部５１２と、ヨーク部５１３とを有する。図２３は、電機子５１０の構成を示す平面図である。ヨーク部５１３は円盤状をなしており、その片面からは周方向に等間隔に並ぶように実質的に扇形の複数のティース部５１２が軸方向に突出している。

ヨーク部５１３とティース部５１２とは電機子部材５１５として一体的に形成されている。かかる電機子部材５１５は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部５１２は、平面視において実質的に扇形をなしており、各ティース部５１２には導線が巻回され電機子コイル５１１が形成される。電機子コイル５１１は、周方向に６個設けられている。

次に、回転子５２０の構成について説明する。図２２に示すように、回転子５２０は、電機子５１０と軸方向に対向して配置される。かかる回転子５２０は、複数の磁極ブロック５２１を有しており、これらの磁極ブロック５２１が周方向に並べられた構造となっている。

図２４は、磁極ブロック５２１の構成を示す分解斜視図である。磁極ブロック５２１は、軸方向視において円環扇形の板状をなしており、円環扇形の板状をなす軟磁性体の鉄心５２２と、５つの板状の永久磁石５２３ａ〜５２３ｅとを有している。永久磁石５２３ａは、鉄心５２２の内側円弧面と同一の外径の円弧板状をなしており、鉄心５２２の内側円弧面を隠すようにこれに取り付けられる。永久磁石５２３ｂは、鉄心５２２の外側円弧面と同一の内径の円弧板状をなしており、鉄心５２２の外側円弧面を隠すようにこれに取り付けられる。永久磁石５２３ｃ及び５２３ｄは、鉄心の厚さと同一又は若干大きい幅を有しており、鉄心５２２の側面を隠すようにそれぞれに取り付けられる。永久磁石５２３ｅは、鉄心５２２の一面と同じ又は若干大きい円環扇形の主面を有しており、鉄心５２２の円環扇形の片面を隠すように取り付けられる。つまり、鉄心５２２には、円環扇形の１つの主面を開放して囲繞するように永久磁石５２３ａ〜５２３ｅが取り付けられる。また、各永久磁石５２３ａ〜５２３ｅは、鉄心５２２に同一の磁極を向けて配置される。鉄心５２２の開放された一面は回転子磁極５２４となる。後述するように、回転子磁極５２４は、各永久磁石５２３ａ〜５２３ｅが鉄心５２２を向く面の磁極と同一磁極となる。また、各永久磁石５２３ａ〜５２３ｅの外側を向く面（鉄心５２２とは反対側の面）は回転子磁極５２４の反対磁極となる。

図２５は、回転子５２０の構成を示す底面図である。円環扇形板状の磁極ブロック５２１のそれぞれは、側面同士を接して互いに接続される。隣接する２つの磁極ブロック５２１の回転子磁極５２４は互いに異なる磁極とされる。つまり、回転子磁極５２４が交互に反転するように各磁極ブロック５２１が周方向に並べられる。このため、隣り合う２つの磁極ブロック５２１の接合面は一方がＳ極となり他方がＮ極となる。したがって、隣り合う２つの磁極ブロック５２１が磁力によって互いに引きつけ合い、複数の磁極ブロック５２１を容易に周方向に並べて配置することができる。

また、複数の磁極ブロック５２１が並んだ構造体は、軸方向の一方側が円環凹状に窪んだ円盤状の軟磁性体からなるヨーク５２５に収容される。したがって、各磁極ブロック５２１は回転子磁極５２４以外の磁極が外部に露出されず、このためヨーク５２５内に磁路が形成される。

また、図２２に示すように、鉄心５２２における回転子磁極５２４の面の半径方向長さは、ティース部５１２の半径方向長さと同一とされる。このため、電機子５１０によって生じた磁束の全てが漏れることなく回転子磁極５２４に出入りする。また、電機子コイル５１１と軸方向に対向するように、永久磁石５２３ａ及び５２３ｂが配置される。電機子コイル５１１の軸方向に対向する空間は、従来ではトルク発生に寄与しない空間であったが、本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機５００では、この空間に永久磁石５２３ａ、５２３ｂを配置することができ、磁気効率を向上させることができる。

図２６及び図２７は、回転子５２０の磁路を説明するための図であり、図２６は回転子５２０の底面図であり、図２７は図２６におけるＢ−Ｂ線による断面図である。図２６及び図２７において、矢印は磁化方向を示しており、極性はＳ→Ｎとなっている。鉄心５２２は、その周囲を取り囲む永久磁石５２３ａ〜５２３ｅによって磁化される。Ｓ極が鉄心５２２に面する永久磁石５２３ａ〜５２３ｅから出た磁束が鉄心５２２内を進む。鉄心５２２には５面に永久磁石５２３ａ〜５２３ｅが取り付けられているため、これらの５つの永久磁石５２３ａ〜５２３ｅのそれぞれから出た磁束が鉄心５２２の内部を進み、それぞれの磁束が軸方向（前方）に進行して回転子磁極５２４から外側の空間（電機子５１０とのギャップ）に出る。かかる磁束は放射状に周方向及び半径方向に分岐し、一部は隣の磁極ブロック５２１のＮ極の回転子磁極５２４から鉄心５２２の内部に進入し、その他はヨーク５２５に入り、永久磁石５２３ａ，５２３ｂ，及び５２３ｅに戻る。Ｎ極の回転子磁極５２４を有する鉄心５２２には、隣り合う２つの磁極ブロック５２１からの磁束が進入する。この鉄心５２２には永久磁石５２３ａ〜５２３ｅのＮ極が面しているため、磁束はさらにこの鉄心５２２の内部を進み、半径方向外側及び内側、周方向両側、後方のそれぞれに分岐して永久磁石５２３ａ〜５２３ｅに入る。永久磁石５２３ｃ及び５２３ｄからは隣接する永久磁石５２３ｃ及び５２３ｄへと磁束が戻る。永久磁石５２５ａ、５２３ｂ及び５２３ｅから出た磁束はヨーク５２５を進行し、一部は隣の磁極ブロック５２１の永久磁石５２５ａ、５２３ｂ及び５２３ｅに入り、その他はヨーク５２５から外部へ出て電機子５１０側へと進行する。

回転子磁極５２４は、当該回転子磁極５２４を含む鉄心５２２に面した永久磁石５２３ａ〜５２３ｅの磁極と同一極性となる。つまり、鉄心５２２に永久磁石５２３ａ〜５２３ｅのＳ極が面している場合、当該鉄心５２２の回転子磁極５２４はＳ極となり、鉄心５２２に永久磁石５２３ａ〜５２３ｅのＮ極が面している場合、当該鉄心５２２の回転子磁極５２４はＮ極となる。

上記のような構成のアキシャルギャップ電動機５００において、電機子コイル５１１に電流を流すと、電機子コイル５１１の周囲に磁界が発生する。図２８は、電機子コイル５１１から生じた磁路を示す側面断面図である。各電機子コイル５１１の断面の回りに環状の磁路が形成される。このとき、ティース部５１２の回転子５２０との対向面が磁極（電機子磁極５１４）となる。

電機子コイル５１１によって生じた磁束は、ギャップを通じて回転子磁極５２４から鉄心５２２に入り、永久磁石５２３ａ〜５２３ｄを通過する。永久磁石５２３ａ，５２３ｂを通過した磁束はヨーク５２５から空気中に出てヨーク部５１３に入り、電機子コイル５１１の外側を通ってＳ極の電機子磁極５１４に戻る。また、永久磁石５２３ｃ，５２３ｄを通過した磁束は、隣の磁極ブロック５２１の永久磁石５２３ｃ，５２３ｄを介して鉄心５２２に入り、Ｓ極の回転子磁極５２４からギャップに出て、これに対向するＮ極の電機子磁極５１４に入る。なお、電機子コイル５１１によって生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過してもよいし、通過しなくてもよい。当該磁束が永久磁石５２３ｅを通過するか否かはアキシャルギャップ電動機５００の構成による。例えば、鉄心５２２の軸方向寸法が小さく電機子磁極５１４と永久磁石５２３ｅとの距離が短ければ、電機子磁極５１４から生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過しやすく、鉄心５２２の軸方向寸法が大きく電機子磁極５１４と永久磁石５２３ｅとの距離が長ければ、電機子磁極５１４から生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過しにくい。本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機５００は、各鉄心５２２を永久磁石５２３ａ〜５２３ｅが取り囲んでいるため、従来型の円環扇形板状の永久磁石が電機子に対向配置された構造の回転子に比べて、回転子磁極５２４に生じる磁束が増大される。したがって、アキシャルギャップ電動機５００における磁気効率が向上する。

（実施の形態６）
本実施の形態では、両面に磁極を有する円盤状の回転子と、その両側にそれぞれギャップを隔てて配置される電機子とを有するダブルステータ型のアキシャルギャップ電動機について説明する。

図２９は本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機の構成を示す側面断面図である。アキシャルギャップ電動機６００は、電機子５１０と、可動子である回転子６２０とを備える。回転子６２０は、回転軸６２７を有しており、回転軸６２７を中心として回転可能である。本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機６００は、回転子６２０の軸方向両側のそれぞれに実施の形態５と同様の構成の電機子５１０を有する。

回転子６２０の構成について説明する。図２９に示すように、回転子６２０は、電機子５１０と軸方向に対向して配置される。かかる回転子６２０は、複数の磁極ブロック５２１を有しており、これらの磁極ブロック５２１が軸方向の両面それぞれにおいて周方向に並べられた構造となっている。なお、磁極ブロック５２１の構成は、実施の形態５において説明した磁極ブロック５２１の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

図３０は回転子６２０の構成を示す平面図であり、図３１は図３０におけるＣ−Ｃ線による断面図であり、図３２は図３０におけるＤ−Ｄ線による断面図である。円環扇形板状の磁極ブロック５２１のそれぞれが側面同士を接して互いに接続され、２つの円盤が構成される。これらの円盤が、互いに永久磁石５２３ｅ同士を固着することにより接合される。ここで、２つの円盤の一方の永久磁石５２３ｅのＳ極の面と、他方の永久磁石５２３ｅのＮ極の面とが接合される。つまり、実施の形態５において説明した回転子５２０のヨーク５２５を取り除いた部分が、互いに背中合わせで接合されたごとき構成となる。かかる２つの円盤が接合された構造体の周囲に環状のヨーク６２５が配置され、また回転軸６２７に取り付けられた環状のヨーク６２６が前記構造体の内側に配置されて、回転子６２０が構成される。

図３０乃至図３２に、回転子６２０の磁路を示す。図３０乃至図３２において、矢印は磁化方向を示しており、極性はＳ→Ｎとなっている。鉄心５２２は、その周囲を取り囲む永久磁石５２３ａ〜５２３ｅによって磁化される。Ｓ極が鉄心５２２に面する永久磁石５２３ａ〜５２３ｅから出た磁束が鉄心５２２内を進む。鉄心５２２には５面に永久磁石５２３ａ〜５２３ｅが取り付けられているため、これらの５つの永久磁石５２３ａ〜５２３ｅのそれぞれから出た磁束が鉄心５２２の内部を進み、それぞれの磁束が軸方向（前方）に進行して回転子磁極５２４から外側の空間（電機子５１０とのギャップ）に出る。かかる磁束の殆どが周方向に分岐し、隣の磁極ブロック５２１のＮ極の回転子磁極５２４から鉄心５２２の内部に進入する。Ｎ極の回転子磁極５２４を有する鉄心５２２には、永久磁石５２３ａ〜５２３ｅのＮ極が面しているため、磁束はさらにこの鉄心５２２の内部を進み、半径方向外側及び内側、周方向両側、軸方向のそれぞれに分岐して永久磁石５２３ａ〜５２３ｅに入る。永久磁石５２３ｃ及び５２３ｄからは隣接する永久磁石５２３ｃ及び５２３ｄへと磁束が進み、永久磁石５２３ｅからは隣接する永久磁石５２３ｅへと磁束が進む。永久磁石５２３ａ及び５２３ｂから出た磁束はヨーク６２５及び６２６を進行し、軸方向に隣の永久磁石５２３ａ及び５２３ｂに入る。

上記のような構成のアキシャルギャップ電動機６００において、電機子コイル５１１に電流を流すと、電機子コイル５１１の周囲に磁界が発生する。図３３は、電機子コイル５１１から生じた磁路を示す側面断面図である。各電機子コイル５１１の断面の回りに環状の磁路が形成される。このとき、ティース部５１２の回転子６２０との対向面が磁極（電機子磁極５１４）となる。

電機子コイル５１１によって生じた磁束は、ギャップを通じて回転子磁極５２４から鉄心５２２に入り、永久磁石５２３ａ〜５２３ｄを通過する。永久磁石５２３ａ，５２３ｂを通過した磁束はヨーク６２５から空気中に出てヨーク部５１３に入り、電機子コイル５１１の外側を通ってＳ極の電機子磁極５１４に戻る。また、永久磁石５２３ｃ，５２３ｄを通過した磁束は、隣の磁極ブロック５２１の永久磁石５２３ｃ，５２３ｄを介して鉄心５２２に入り、Ｓ極の回転子磁極５２４からギャップに出て、これに対向するＮ極の電機子磁極５１４に入る。なお、電機子コイル５１１によって生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過してもよいし、通過しなくてもよい。当該磁束が永久磁石５２３ｅを通過するか否かはアキシャルギャップ電動機６００の構成による。例えば、鉄心５２２の軸方向寸法が小さく電機子磁極５１４と永久磁石５２３ｅとの距離が短ければ、電機子磁極５１４から生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過しやすく、鉄心５２２の軸方向寸法が大きく電機子磁極５１４と永久磁石５２３ｅとの距離が長ければ、電機子磁極５１４から生じた磁束が永久磁石５２３ｅを通過しにくい。本実施の形態に係るアキシャルギャップ電動機６００は、各鉄心５２２を永久磁石５２３ａ〜５２３ｅが取り囲んでいるため、従来型の円環扇形板状の永久磁石が電機子に対向配置された構造の回転子に比べて、回転子磁極５２４に生じる磁束が増大される。したがって、アキシャルギャップ電動機６００における磁気効率が向上する。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態１乃至６においては、磁極ブロックのそれぞれが固有の永久磁石を有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。隣り合う磁極ブロックが１つの永久磁石を共有する構成であってもよい。図３４はダブルステータ型のアキシャルギャップ電動機における可動子の構成の変形例を示す平面図であり、図３５は図３４のＥ−Ｅ線による断面図である。図３４に示すように、この例に示す回転子７２０では、半径方向に延びる板状の永久磁石７２３ａが、周方向に隣り合う磁極ブロック７２１によって共有される。つまり、周方向に隣り合う２つの鉄心７２２の間には、１つの永久磁石７２３ａが配置される。この永久磁石７２３ａのＳ極の面は１つの鉄心７２２に接合されており、この鉄心７２２の回転子磁極７２４がＳ極とされる。他方、永久磁石７２３ａのＮ極の面はもう一つの鉄心７２２に接合されており、この鉄心７２２の回転子磁極７２４がＮ極とされる。また図３５に示すように、この例に示す回転子７２０では、円環扇形板状の永久磁石７２３ｂもまた、軸方向に隣り合う磁極ブロック７２１によって共有される。詳細に説明すると、軸方向に隣り合う２つの鉄心７２２の間に１つの永久磁石７２３ｂが配置される。この永久磁石７２３ｂのＳ極の面は１つの鉄心７２２に接合されており、この鉄心７２２の回転子磁極７２４がＳ極とされる。他方、永久磁石７２３ｂのＮ極の面はもう一つの鉄心７２２に接合されており、この鉄心７２２の回転子磁極７２４がＮ極とされる。

本発明の電動機は、永久磁石を可動子に備える電動機として有用である。

１００，２００，３００直動電動機
４００ラジアルギャップ電動機
５００，６００アキシャルギャップ電動機
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０電機子
１１１，２１１，３１１，４１１，５１１電機子コイル
１１２，２１２，３１２，４１２，５１２ティース部
１１４，２１４，３１４，４１４，５１４電機子磁極
１２０，２２０，３２０可動子
４２０，５２０，６２０回転子
１２１，４２１，５２１磁極ブロック
１２２，４２２，５２２鉄心
１２３，４２３ａ〜４２３ｅ，５２３ａ〜５２３ｅ永久磁石
１２４可動子磁極
４２４，５２４回転子磁極

Claims

電機子コイルを有する電機子と、
前記電機子と対向して配置される鉄心と、前記電機子との対向面を開放して前記鉄心を囲繞する複数の永久磁石とを具備する磁極ブロックを複数有する可動子と
を備え、
前記磁極ブロックにおいて、前記複数の永久磁石が前記鉄心に同一の磁極を向けて配置されており、
複数の前記磁極ブロックのそれぞれは、前記可動子の可動方向及び当該可動方向に交差する方向の両方向において１つずつ磁極が反転するように配置され、
一の前記磁極ブロックの開放された側の面から出た磁束が、前記可動方向及び前記交差する方向に分岐し、当該一の前記磁極ブロックと前記可動方向及び前記交差する方向で隣り合う他の前記磁極ブロックに進入する、
電動機。
隣り合う前記磁極ブロックは、永久磁石の一面を互いに接して接続される、
請求項１に記載の電動機。
前記磁極ブロックは、直方体形状をなす前記鉄心の５つの面のそれぞれに前記永久磁石が取り付けられて構成されており、
前記可動方向は直線方向であり、
複数の前記磁極ブロックのそれぞれは、前記可動方向と交差する一方向に前記磁極のそれぞれが向くように、前記可動方向に並べて配置される、
請求項１または２に記載の電動機。
前記磁極ブロックは、先端が欠落した扇形板状をなす前記鉄心の外側円弧面以外の５つの面のそれぞれに前記永久磁石が取り付けられて構成されており、
前記可動子は、回転軸を有し、前記回転軸を中心とした環状方向である前記可動方向に回転可能であり、
複数の前記磁極ブロックのそれぞれは、前記回転軸の半径方向外側に前記磁極のそれぞれが向くように、前記可動方向に並べて配置される、
請求項１または２に記載の電動機。
前記磁極ブロックは、先端が欠落した扇形板状をなす前記鉄心の１つの扇形面以外の５つの面のそれぞれに前記永久磁石が取り付けられて構成されており、
前記可動子は、回転軸を有し、前記回転軸を中心とした環状方向である前記可動方向に回転可能であり、
複数の前記磁極ブロックのそれぞれは、前記回転軸に平行な一方向に前記磁極のそれぞれが向くように、前記可動方向に並べて配置される、
請求項１または２に記載の電動機。