JPWO2018138914A1 - アキシャルギャップ型回転電機 - Google Patents

Abstract

ロータベースや永久磁石などに加工誤差による歪み・凹凸があっても、ロータを構成する永久磁石のステータ対向面とステータとの間隔を均一にすることができるアキシャルギャップ型回転電機を提供する。ステータと、該ステータと回転軸方向に所定のエアギャップを介して対向する少なくとも１つのロータとを備えるアキシャルギャップ型回転電機であって、前記ロータは、ロータベースと、該ロータベースに取り付けられる磁石と、前記磁石を前記ロータベースに接続する接続部材とを備え、前記磁石の前記ステータと対向する面は、ロータの回転軸線に対して垂直であり、前記接続部材の回転軸方向の厚さは、前記磁石の前記ステータと対向する面がロータの回転軸線に対して垂直となるように、前記ロータベースの磁石の取付面上で変化していることを特徴とする。

Description

本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に関する。

アキシャルギャップ型の回転電機は、円筒状の固定子（ステータ）と円盤状の回転子(ロータ)を回転軸方向に所定のエアギャップを介して対向して配置したものである。固定子は、ハウジングの内周方向に沿って配置した複数のコアと、これに巻き回したコイルから構成される。また、回転子は、周方向に交互に異なる磁極を配置した永久磁石と、これを支持するロータベースから構成される。

電動機(モータ)のトルクは、回転子と固定子の対向面であるギャップ面積に比例する。そのため、アキシャルギャップ型のモータは、回転子の大径化によりギャップ面積を拡大することができ、モータの高出力化、高効率化を図ることができる。したがって、一般に用いられている円筒状の固定子と回転子とが径方向に対向したラジアルギャップ型のモータに比較し、薄型、扁平化に向いている。

特許文献１には、アキシャルギャップ型回転電機において、磁石の接着面とヨークの接着面との隙間に介在する接着剤を容易に食み出させることを目的として、「固定子に対向配置された磁石と、磁石の被接着面が接着部材を介して接着固定された接着面を含む回転子側ヨークとを備え、回転子側ヨークを、被接着面および接着面間の接着部材が介在する隙間が接着面の一端部側へ向かってテーパー状となる形状に形成したことを特徴とする回転子。（要約参照）」が記載されている。

特開２００４−８０８９８号公報

しかしながら、特許文献１記載のアキシャルギャップ型回転電機は、磁石とヨークとの接着をより強固にするため、ヨークを回転軸線に対して斜めになるように対称に形成している。このヨーク形状は、接着剤をはみ出させることを目的としており、ヨークの加工誤差等の問題は考慮されていない。

実際にアキシャルギャップ型回転電機を製造する際は、性能向上や回転のムラを防ぐなどのために、ロータを構成する永久磁石のステータ対向面とステータとの間隔を均一にする必要がある。そのために、永久磁石のステータ対向面を、回転軸の回転軸線に対して垂直にする必要がある。ロータにおいて、永久磁石はロータベースに押圧して接着剤などで取り付けられるが、ロータベースや永久磁石の表面は加工誤差などにより、必ずしも均一にはできず、歪みや凹凸が生じてしまう。このような部品を用いてステータとの間隔を均一に構成することは困難である。また、ロータベースなどの加工精度を上げると、加工時間が長くなり、生産性やコスト面の課題が生じる。

このように、ロータベースや永久磁石などに加工誤差による歪み・凹凸があっても、ロータを構成する永久磁石のステータ対向面とステータとの間隔を均一にすることができるアキシャルギャップ型回転電機を提供することが望まれる。

上記課題を解決するために、請求の範囲に記載の構成を採用する。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の一例を挙げるならば、
ステータと、該ステータと回転軸方向に所定のエアギャップを介して対向する少なくとも１つのロータとを備えるアキシャルギャップ型回転電機であって、
前記ロータは、ロータベースと、該ロータベースに取り付けられる磁石と、前記磁石を前記ロータベースに接続する接続部材とを備え、前記磁石の前記ステータと対向する面は、ロータの回転軸線に対して垂直であり、前記接続部材の回転軸方向の厚さは、前記磁石の前記ステータと対向する面がロータの回転軸線に対して垂直となるように、前記ロータベースの磁石の取付面上で変化していることを特徴とするものである。

本発明によれば、ロータベースや永久磁石などに加工誤差があっても、ロータを構成する永久磁石のステータ対向面とステータとの間隔を均一にすることができる。また、ロータベースや永久磁石などの加工精度を上げる必要がないので、生産性が向上し、製造コストを低減することができる。

上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

アキシャルギャップ型回転電機の一例を示す概略断面図である。 本発明を適用した実施例に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータの回転軸方向断面図である。 図２Ａに示したアキシャルギャップ型回転電機のロータの変形例の回転軸方向断面図である。 本発明を適用した実施例に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータの他の回転軸方向断面図である。 本発明を適用した実施例に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータの他の回転軸方向断面図である。 本発明を適用した実施例に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータの他の回転軸方向断面図である。 本発明を適用した実施例に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータの他の回転軸方向断面図である。 本発明を適用した実施例に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータの他の回転軸方向断面図である。 本発明を適用した実施例に係るアキシャルギャップ型回転電機のロータの他の回転軸方向断面図である。

以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態を説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において、当業者による様々な変更及び修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１に、本発明を適用した、ダブルロータ型のアキシャルギャップ型モータの一例の概略断面図を示す。

モータ１００は、ハウジング１の内周面に沿って配置された円筒状のステータ６を、円盤状の２つのロータ１０が、回転軸方向に所定のエアギャップを介して挟むように、各々面対向して配置される。ロータ１０は、円盤中央が回転軸４に固定されている。回転軸４は、円筒状のステータ６の中央部分を貫通して配置され、両端部が軸受３を介してブラケット２に回転可能に固定されている。ブラケット２は、概略円筒形のハウジング１の両開口端部付近に固定されている。

ステータ６は、回転軸４を中心として、複数のステータコア７を円周方向に等間隔に配置して構成されている。それぞれのステータコア７には、ステータコイル８を巻き回したボビン(図示せず)が設けられ、ステータコア７とステータコイル８は、モールド樹脂９でモールド成形されている。

ロータ１０は、円盤状のロータベース（基台、基部）１２と、永久磁石１１から構成されている。永久磁石１１は、１枚の環状の磁石でも良いし、複数に分割されていても良い。永久磁石１１は、回転軸方向に、かつ、周方向にＮ極とＳ極とが交互に位置するように着磁されている。ロータベース１２は、非磁性体でも、或いは、磁性体から成るヨーク(継鉄)でも良い。また、非磁性体のロータベース１２と永久磁石１１との間に、磁性体から成るヨークを配置しても良い。永久磁石１１は、例えば希土類磁石、フェライト磁石などから成る。永久磁石１１は、ロータベース１２に接着剤等の接続部材（図示せず）により取り付けられる。

図２Ａに、本実施例のロータ１０の拡大断面図の一例を示す。永久磁石２０は、環状で均一な厚さの平板磁石から成り、ロータベース接続面２０ａとステータ対向面２０ｂを備えている。ロータベース２１は、中央の回転軸部２１ａと、その外周側の磁石支持部２１ｂを備えている。回転軸部２１ａの中心孔には、組立時に回転軸４が嵌め込まれる。永久磁石２０を支持する磁石支持部２１ｂは、永久磁石接続面２１ｃを備えており、ここに永久磁石２０が取り付けられ、保持する。

なお、符号２１ｄは、永久磁石２０を取り付ける際の治具であるシャフトを取り付ける基準面である、第１のシャフト取付基準面を示す。第１のシャフト取付基準面は、回転軸線３０に平行な円筒面であり、後に回転軸が取り付けられる。また、符号２１ｅは、永久磁石２０を取り付ける際の治具であるシャフトを取り付ける基準面である、第２のシャフト取付基準面を示す。第２のシャフト取付基準面は、回転軸線３０に垂直な、ステータ対向面である。

ロータベース２１の永久磁石接続面２１ｃは、回転軸線３０に垂直な平面として設計されるが、加工誤差により、回転軸線３０に対して真に垂直とはならないことがある。図２Ａの例は、ロータベース２１の外周側で、磁石支持部２１ｂの厚さが薄くなるとともに、中心側の厚さにもバラツキがある例である。

アキシャルギャップ型モータにおいては、性能向上や回転のムラを防ぐなどのために、ロータを構成する永久磁石２０のステータ対向面２０ｂとステータとの間隔を均一にする必要がある。そのために、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にする必要がある。本実施例では、接着剤等の接続部材２２の厚さを、加工誤差に応じて、径方向及び／又は周方向で変えることで、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にする。

詳細には、磁石支持部２１ｂの永久磁石接続面２１ｃに、接着剤等の接続部材２２を塗布する。そして、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保ちつつ、永久磁石２０を回転軸線３０に平行にロータベース２１に向けて押圧する。接着剤等の接続部材２２が押圧されると、接続部材２２が流動して、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隔が狭まる。そして、中央側において、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが一部で接触するか或いは所定時間が経過したところで永久磁石２０の押圧を止め、この状態で接続部材２２を硬化して接続する。図２Ａの例は、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが接触しない状態で、永久磁石２０の押圧を所定時間が経過したところで止めた例である。そのため、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間に接続部材２２が残っている。これに対し、図２Ｂのロータ１０の拡大断面図の例は、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが一部で接触するまで永久磁石２０を押圧した例である。本発明において、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが一部で接触していても或いは両者の間に接着剤等の接続部材２２が介在して接続されていても、良い。

永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保つには、例えば、回転軸線３０に平行な第１のシャフト取付基準面２１ｄを基準として、ロータベース２１に治具であるシャフト(図示せず)を取り付け、シャフトを案内として永久磁石２０を挿入する、或いは、回転軸線３０に垂直な第２のシャフト取付基準面２１ｅを基準として、ロータベースに治具であるシャフト(図示せず)を取り付け、シャフトを案内として永久磁石２０を挿入すれば、良い。

ロータベースの永久磁石接続面２１ｃと永久磁石のロータベース接続面２０ａとが一部で接触した後も、永久磁石２０を押圧し続けると、ロータベース２１の永久磁石接続面２１ｃに沿って永久磁石２０が傾き、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂが回転軸線３０に対して垂直でなくなる。

本実施例では、ロータベース２１の加工誤差によるロータベースの厚さのバラツキを、接着剤等の接続部材２２の厚さを変えることにより、加工誤差を補償し、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保つことができる。

図３に、本実施例のロータ１０の拡大断面図の他の一例を示す。図３の例は、ロータベース２１の内周側で、磁石支持部２１ｂの厚さが薄くなるとともに、外周側の厚さにもバラツキがある例である。

本例でも、接着剤等の接続部材２２の厚さを、加工誤差に応じて、径方向及び／又は周方向で変えることで、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にする。詳細には、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保ちつつ、永久磁石２０を回転軸線３０に平行にロータベース２１に向けて押圧する。接着剤等の接続部材２２が押圧されると、接続部材２２が流動して、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隔が狭まる。そして、ロータベース２１の外周側において、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが一部で接触するか或いは所定時間が経過したところで永久磁石２０の押圧を止め、この状態で接続部材２２を硬化して接続する。図３は、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが接触しない状態で接続部材２２を硬化した例を示す。

図４に、本実施例のロータ１０の拡大断面図の他の一例を示す。図４の例は、ロータベース２１の外周側の一端から外周側の他端に向かって次第に、磁石支持部２１ｂの厚さが薄くなる例である。

本例でも、接着剤等の接続部材２２の厚さを、加工誤差に応じて、径方向及び／又は周方向で変えることで、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にする。詳細には、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保ちつつ、永久磁石２０を回転軸線３０に平行にロータベース２１に向けて押圧する。接着剤等の接続部材２２が押圧されると、接続部材２２が流動して、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隔が狭まる。そして、ロータベース２１の外周側の一端において、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが一部で接触するか或いは所定時間が経過したところで永久磁石２０の押圧を止め、この状態で接続部材２２を硬化して接続する。図４は、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが接触しない状態で接続部材２２を硬化した例を示す。

図５に、本実施例のロータ１０の拡大断面図の他の一例を示す。図５の例は、ロータベース２１の永久磁石接続面２１ｃが湾曲し、１つ或いは複数の凹凸を備える例である。

本例でも、接着剤等の接続部材２２の厚さを、加工誤差に応じて変えることで、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にする。詳細には、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保ちつつ、永久磁石２０を回転軸線３０に平行にロータベース２１に向けて押圧する。接着剤等の接続部材２２が押圧されると、接続部材２２が流動して、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隔が狭まる。そして、ロータベース２１の湾曲した凸部において、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが一部で接触するか或いは所定時間が経過したところで永久磁石２０の押圧を止め、この状態で接続部材２２を硬化して接続する。

図６に、本実施例のロータ１０の拡大断面図の他の一例を示す。図６の例は、ロータ１０の回転軸が傾いた例、即ち、ロータベース２１の中央の回転軸部２１ａに設けた回転軸取付用の孔の回転軸線３０が加工誤差により傾いた例である。

本例でも、接着剤等の接続部材２２の厚さを、加工誤差に応じて、径方向及び／又は周方向で変えることで、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にする。詳細には、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保ちつつ、永久磁石２０を回転軸線３０に平行にロータベース２１に向けて押圧する。接着剤等の接続部材２２が押圧されると、接続部材２２が流動して、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隔が狭まる。そして、ロータベース２１の一端において、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが一部で接触するか或いは所定時間が経過したところで永久磁石２０の押圧を止め、この状態で接続部材２２を硬化して接続する。図６は、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが接触しない状態で接続部材２２を硬化した例を示す。

図７に、本実施例のロータ１０の拡大断面図の他の一例を示す。図７の例は、永久磁石２０の厚さが不均一で、一端から他端へ向かって厚さが次第に変化する例である。

本例でも、接着剤等の接続部材２２の厚さを、加工誤差に応じて、径方向及び／又は周方向で変えることで、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にする。詳細には、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保ちつつ、永久磁石２０を回転軸線３０に平行にロータベース２１に向けて押圧する。接着剤等の接続部材２２が押圧されると、接続部材２２が流動して、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隔が狭まる。そして、永久磁石２０の一端において、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが一部で接触するか或いは所定時間が経過したところで永久磁石２０の押圧を止め、この状態で接続部材２２を硬化して接続する。図７は、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとが接触しない状態で接続部材２２を硬化した例を示す。

図８に、本実施例のロータ１０の拡大断面図の他の一例を示す。図８の例は、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隙に隙間調整部材２３を入れた例である。

本例でも、接着剤等の接続部材２２の厚さを、加工誤差に応じて、径方向及び／又は周方向で変えることで、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にする。詳細には、磁石支持部２１ｂの永久磁石接続面２１ｃに、隙間調整部材２３を配置し、接着剤等の接続部材２２を塗布する。永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保ちつつ、永久磁石２０を回転軸線３０に平行にロータベース２１に向けて押圧する。接着剤等の接続部材２２が押圧されると、接続部材２２が流動して、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隔が狭まる。そして、隙間調整部材２３のところにおいて、隙間調整部材２３とロータベース接続面２０ａとが一部で接触するか或いは所定時間が経過したところで永久磁石２０の押圧を止め、この状態で接続部材２２を硬化して接続する。図８は、隙間調整部材２３とロータベース接続面２０ａとが接触しない状態で接続部材２２を硬化した例を示す。

本実施例では、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを、回転軸の回転軸線３０に対して垂直にすることができるとともに、永久磁石接続面２１ｃとロータベース接続面２０ａとの間隔を隙間調整部材２３で調節することができる。

上記のとおり、本実施例によれば、ロータベース２１や永久磁石２０の加工誤差によるロータベースや永久磁石の厚さのばらつきなどを、接着剤等の接続部材２２の厚さを変えることにより、加工誤差を補償し、永久磁石２０のステータ対向面２０ｂを回転軸線３０に対して垂直に保つことができ、ロータを構成する永久磁石のステータ対向面とステータとの間隔を均一にすることができる。そして、ロータベースや永久磁石などの加工精度を上げる必要がないので、生産性が向上し、製造コストを低減することができる。

なお、本実施例では、ダブルロータ型のモータを例として説明したが、他構造のアキシャルギャップ型モータ、例えばシングルロータ型のモータに適用することもできる。更には、電動機であっても発電機であっても良い。

１ ハウジング
２ ブラケット
３ 軸受
４ 回転軸
６ ステータ
７ ステータコア
８ ステータコイル
９ モールド樹脂
１０ ロータ
１１ 永久磁石
１２ ロータベース
２０ 永久磁石
２０ａ ロータベース接続面
２０ｂ ステータ対向面
２１ ロータベース
２１ａ 回転軸部
２１ｂ 磁石支持部
２１ｃ 永久磁石接続面
２１ｄ 第１のシャフト取付基準面
２１ｅ 第２のシャフト取付基準面
２２ 接続部材
２３ 隙間調整部材
３０ 回転軸線
１００ モータ。

Claims (10)

1. ステータと、該ステータと回転軸方向に所定のエアギャップを介して対向する少なくとも１つのロータとを備えるアキシャルギャップ型回転電機であって、
   前記ロータは、ロータベースと、該ロータベースに取り付けられる磁石と、前記磁石を前記ロータベースに接続する接続部材とを備え、
   前記磁石の前記ステータと対向する面は、ロータの回転軸線に対して垂直であり、
   前記接続部材の回転軸方向の厚さは、前記磁石の前記ステータと対向する面がロータの回転軸線に対して垂直となるように、前記ロータベースの磁石の取付面上で変化していることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
2. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記接続部材は、接着剤であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
3. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記ロータベースの磁石の取付面は、ロータの回転軸線に対してほぼ垂直であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
4. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記接続部材の回転軸方向の厚さは、前記ロータベースの磁石の取付面や磁石の表面の加工誤差を吸収するように、前記ロータベースの磁石の取付面上で変化していることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
5. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記磁石の前記ステータと対向する面がロータの回転軸線に対して垂直とは、前記ロータベースの回転軸部の回転軸取付面である第１のシャフト取付基準面を基準に規定されていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
6. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記磁石の前記ステータと対向する面がロータの回転軸線に対して垂直とは、ロータベースの回転軸部のステータ対向面である第２のシャフト取付基準面を基準に規定されていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
7. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記磁石は、環状の平板磁石であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
8. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記磁石は、分割された平板磁石であることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
9. 請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
   前記ロータベースの磁石の取付面と、前記磁石のロータベース接続面との間に隙間調整部材が配置されていることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
10. ステータと、該ステータと回転軸方向に所定のエアギャップを介して対向する少なくとも１つのロータとを備えるアキシャルギャップ型回転電機であって、
    前記ロータは、ロータベースと、該ロータベースに取り付けられる磁石と、前記磁石を前記ロータベースに接着する接着剤とを備え、
    前記磁石の前記ステータと対向する面は、ロータの回転軸線に対して垂直であり、
    前記接着剤の回転軸方向の厚さは、前記ロータベースの前記磁石の取付面の加工誤差、前記磁石の厚みの加工誤差、或いは、前記ロータベースの回転軸取付用孔の加工誤差を吸収するように、前記ロータベースの磁石の取付面上で変化していることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。

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