TWI420783B

TWI420783B - Axial motor

Info

Publication number: TWI420783B
Application number: TW099120439A
Authority: TW
Inventors: Masatsugu Takemoto; Hiroyuki Mitani; Hirofumi Houjou; Koji Inoue; Osamu Ozaki
Original assignee: Univ Hokkaido Nat Univ Corp; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2013-12-21
Also published as: US9071118B2; TW201105004A; JP2011010375A; US20120104880A1; EP2448089A4; EP2448089A1; WO2010150492A1; KR101355257B1; KR20120023825A; CN102460905B; CN102460905A

Description

軸向型馬達

本發明係關於將定子的磁極、及設置在轉子的永久磁石，以與旋轉軸呈平行的方向相對向配置的軸向型馬達。

已知一種將定子的磁極與轉子的永久磁石以相對旋轉軸呈平行的方向相對向配置的構成的軸向型馬達。如上所示之軸向型馬達係具有可小型化、且亦可高輸出化的優點。因此，軸向型馬達係被用在各種用途。

軸向型馬達係形成例如專利文獻1或專利文獻2等所示之構成。更具體而言，軸向型馬達係具備有：在以軟鐵等所構成的鐵心表面以圓環狀配置有扇形的複數永久磁石的轉子；及具備有用以形成相對該等永久磁石，以與旋轉軸呈平行的方向相對向的磁極的線圈的定子所構成。各永久磁石的磁極方向(連結N極與S極的方向)係與旋轉軸呈平行，鄰接的永久磁石係配置成彼此磁極方向呈相反。接著，在如上所示之構成的軸向型馬達中，藉由定子的線圈使旋轉磁場發生，藉此使各永久磁石產生磁性吸引力及推斥力，結果產生扭矩而使轉子旋轉。

如上所示之軸向型馬達雖然有容易發生扭矩脈動(齒槽效應轉矩(cogging torque))的問題，但是防止該問題的方法係藉由例如專利文獻3等而被提出。專利文獻3中係記載一種軸向型馬達，其將在線圈的輪廓線及永久磁石的輪廓線之中分別與轉子旋轉方向呈交叉的方向的輪廓線形成為大致直線狀，此外，在轉子正在旋轉時，以線圈的輪廓線與永久磁石的輪廓線在彼此呈非平行狀態下朝轉子旋轉方向接近分離的方式予以設定。在該軸向型馬達中，在轉子正在旋轉時，藉由永久磁石所得之磁場通過藉由定子的線圈所得之磁場時的磁通量的變動，係伴隨著轉子的旋轉而慢慢變化。結果，抑制急遽的扭矩變動，使齒槽效應轉矩獲得緩和。

此外，軸向型馬達係以僅有藉由永久磁石所得之磁石扭矩的作用而得馬達扭矩的構造，因此為了使扭矩增加，必須使永久磁石的量增加。因此，當所希望的扭矩較大時，會有軸向型馬達的容積增大而大型化的問題。此外，伴隨著大型化，成本亦會增大。因此，關於防止如上所示之問題的方法，亦即，在軸向型馬達中，用以使為增大扭矩所需的永久磁石的量減低的方法，已有各種提案被提出。例如，在專利文獻4中係記載一種在轉子中，在各永久磁石間配置有磁性體之構成的軸向型馬達。如上所示，在各永久磁石間設置磁性體，藉此僅因設有磁性體，而可減低永久磁石的量。僅因減低永久磁石，磁石扭矩亦會減少，但是藉由設置磁性體，變得可利用磁阻扭矩，因此可維持合計的馬達扭矩。藉此，以全體而言不會使扭矩減少，而可減少永久磁石的量。

此外，在專利文獻4中，關於在各永久磁石的至少表面具備有磁性體之構成的軸向型馬達亦已被提出。藉由形成為如上所示之構成，可使磁阻扭矩更加增大。藉此，可一面減少永久磁石的量，一面全體而言可更加抑制扭矩減少。

於是，藉由上述專利文獻4所記載的技術，來實現經減低永久磁石的量的軸向型馬達，但是受到最近有關環境問題的意識高漲等，由省資源及省能量的觀點來看，在軸向型馬達中，亦圖求更進一步的高輸出化、高效率化。

(先前技術文獻) (專利文獻)

(專利文獻1)日本特開平6-38418號公報

(專利文獻2)日本特開2001-57753號公報

(專利文獻3)日本特開2005-130692號公報

(專利文獻4)日本特開2005-94955號公報

本發明係鑑於上述情形而硏創的發明，其目的在提供可達成高輸出化(高扭矩化)、高效率化(小型化)的軸向型馬達。

本發明之軸向型馬達係具備有轉子，其被配置在具備有線圈的一對定子間，並且其在旋轉方向配置有複數個永久磁石與第2磁性體，該永久磁石與該第2磁性體被夾在一對第1磁性體間以交替地隔著間隔而被設置。如上所示之構成的軸向型馬達由於使永久磁石被夾在第1磁性體，因此可進行弱場磁體控制，而且由於設有第2磁性體，因此可產生磁阻扭矩，接著，由於設有間隙，因此可使由永久磁石所發生的磁通量朝線圈側大量流出。故此，如上所示之構成的軸向型馬達可達成高輸出化(高扭矩化)、高效率化(小型化)。

上述以及其他之本發明之目的、特徵及優點係可由以下的詳細記載與所附圖示得知。

以下根據圖示，說明本發明之實施形態。其中，在各圖中標註相同元件符號的構成係表示為同一構成，而省略其說明。

第1圖係顯示本實施形態之軸向型馬達之構成的概略剖面圖，第2圖係本實施形態之軸向型馬達的局部剖面斜視圖。其中，在第2圖中，由於針對外殼的內部加以顯示，因此並未圖示前述外殼。此外，第2圖係包含旋轉軸而彼此呈正交的平面所得之軸向型馬達的剖面圖。如第1圖及第2圖所示，軸向型馬達100係具備有：被固定在以可旋動的方式被支持在外殼4的旋轉軸3的圓板狀轉子(rotor)2；及以由轉子2的表面側及背面側將其夾持的方式作設置的一對定子(stator)1。其中，轉子2的表面側及背面側係指在轉子2中為定子1側。更具體而言，轉子2的表面側及背面側係指在轉子2中，相對旋轉軸3呈大致垂直的面，一對定子1係分別相對轉子2，位於與旋轉軸3呈平行的方向的位置。此外，在轉子2與定子1之間係形成有作為空隙的間隙(gap)13(第3間隙)。間隙13若形成為例如0.5mm左右即可。

在轉子2的表面及背面設置有第1及第2磁性體21及22。接著，以被夾在第1磁性體21的方式設置有複數永久磁石23。定子1係被固定配置在外殼4的內側，為大致環狀。定子1係具有：永久磁石23、及形成與旋轉軸3呈平行的方向相對向的磁極的線圈12。

第3圖係用以顯示本實施形態之定子之構成的圖，第3圖(A)係顯示定子鐵心之構成的斜視圖，第3圖(B)係顯示定子之構成的俯視圖。定子1係具有第3圖(A)所示之定子鐵心1a。屬於磁性體的定子鐵心1a為大致環狀，具有朝與轉子2相對向的面突出而設的複數齒部11。該等複數齒部11係沿著大致環狀的定子1的形狀，以朝圓周方向彼此空出預定間隔而描繪出大致圓形的方式予以配置。如第3圖(B)所示，在定子1中，以各齒部11為中心捲繞導線而形成有線圈12。藉由在該導線流通電流，在線圈12形成有磁極。接著，以該磁極與永久磁石23以與旋轉軸3呈平行的方向相對向的方式配置定子1及永久磁石23。因此，藉由在該等複數線圈12依序流通電流，使複數齒部11依序磁化而產生旋轉磁場。

第4圖係用以針對本實施形態之轉子之構成加以說明的圖，第4圖(A)係顯示轉子表面之構成的俯視圖，第4圖(B)係第1圖之IVB-IVB的剖面圖。如第4圖(A)所示，在轉子2表面設置有第1磁性體21及第2磁性體22。該等第1磁性體21及第2磁性體22係具有在俯視下呈大致扇形狀，在旋轉軸3的周圍，沿著其旋轉方向交替設置。第1磁性體21係以由其定子1側覆蓋永久磁石23的方式作配置。亦即，第1磁性體21係分別設置在轉子2的表面及背面，永久磁石23係藉由第1磁性體21而由表面及背面之兩方被夾持，永久磁石23與第1磁性體係相接觸。此外，第2磁性體22係由轉子2的表面連續到背面，以貫穿轉子2的方式作設置。

在該等第1磁性體21與第2磁性體22之間形成有間隙24(第2間隙)。在此、間隙24係指磁間隙。亦即，以間隙24而言，亦可在第1磁性體21及第2磁性體22之間形成僅為物理性空間的間隙，亦可在該等之間配置非磁性體。其中，第1磁性體21及第2磁性體22係被保持且固定在屬於轉子2之本體的保持構件25。

此外，如第4圖(B)所示，在轉子2的內部，複數永久磁石23在旋轉軸3的周圍，沿著其旋轉方向作配置。該等永久磁石23係在俯視下呈大致扇形狀的平板，以其磁極方向成為相對旋轉軸3呈大致平行的方向的方式作設置。其中，磁極的方向係指將N極及S極相連結的方向，具體而言，為永久磁石23之成為N極的面及成為S極的面的法線方向。接著，鄰接的永久磁石23的磁極方向係以彼此呈相反的方式作配置。亦即，鄰接的永久磁石23係以磁極不同的方式作配置。具體而言，如第4圖(B)所示，永久磁石23的其中一面中的磁極係在鄰接的永久磁石23中，以S極與N極呈交替的方式配置永久磁石23。此外，在鄰接的永久磁石23之間，如上所述位有由轉子2的表面貫穿至背面的第2磁性體22。在鄰接的永久磁石23及第2磁性體22之間係形成有間隙26(第1間隙)。其中，在鄰接的永久磁石23間，亦形成有間隙27。其中，關於間隙26、27，與間隙24同樣地亦稱為磁間隙，可僅為物理空間上的間隙，亦可為在該間隙填充非磁性體。

如上所述，各永久磁石23係以第1磁性體21覆蓋定子1側，而且在彼此鄰接的永久磁石23間及彼此鄰接的第1磁性體21間分別設置有第2磁性體22。接著，在第2磁性體22與鄰接於第2磁性體22的永久磁石23之間形成有間隙26，在第2磁性體22與鄰接於第2磁性體22的第1磁性體21之間形成有間隙24。

如上所述，轉子2係具有屬於其本體的保持構件25，第1磁性體21及第2磁性體22係藉由保持構件25予以保持。例如，亦可在保持構件25形成有框體，在該框體嵌入第1磁性體21及第2磁性體22予以保持。在此，針對在本實施形態之軸向型馬達中，將第1磁性體21、第2磁性體22及永久磁石23設置在保持構件25的方法加以說明。第5圖係本實施形態之軸向型馬達之轉子的組裝圖。如第5圖所示，在保持構件25係以嵌入第1磁性體21及第2磁性體22的方式形成有框體(開口部)21a及22a。具體而言，另外第1磁性體21以由其表面及背面夾持永久磁石23的方式，由轉子2的表面及背面嵌入至框體21a。在永久磁石23及第1磁性體21形成有經螺紋切割的貫穿孔，配合形成在永久磁石23及第1磁性體21的貫穿孔將螺栓螺合，藉此使永久磁石23被固定在第1磁性體21。此外，第1磁性體21係藉由螺栓予以螺緊，藉此將保持構件25由兩面夾持，因此第1磁性體21被固定在保持構件25。

此外，第2磁性體22係藉由嵌入至框體22a，而被固定在保持構件25。第2磁性體22係被分割成2個，該等係由轉子2的表面及背面嵌入至框體22a。在該等被分割的第2磁性體22形成有經螺紋切割的貫穿孔，配合該等貫穿孔將螺栓螺合，藉此使被分割的第2磁性體22成為一體。此外，第2磁性體22係藉由螺栓予以螺緊，藉此由兩面夾持保持構件25，因此第2磁性體22被固定在保持構件25。

如上所示，第1磁性體21、第2磁性體22及永久磁石23被固定在保持構件25，因此不會有該等位置發生變動的情形。尤其，在軸向型馬達25進行動作時，在轉子2係藉由由永久磁石23及線圈12所產生的磁場而作用推斥力或吸引力。此外，藉由轉子2進行旋轉，對轉子2亦作用離心力等。即使藉由該等，在第1磁性體21、第2磁性體22及永久磁石23作用上述各力的情形下，亦藉由保持構件25，使該等被限制位置，不會有位置變動的情形。藉此，可輕易限制第1磁性體21、第2磁性體22及永久磁石23的位置。此外，與其在第1磁性體21及第2磁性體22間形成空間作為間隙24的情形，亦可例如形成為將非磁性體填充在該空間的構成，藉此強化間隙24的固定。

此外，保持構件25係必須具有可承受因上述磁場所致之推斥力或吸引力或離心力等的強度。此外，以不會對因永久磁石23及線圈12所造成的磁通量造成影響的方式，保持構件25較佳為非磁性體。因此，以保持構件25的材料而言，例如以沃斯田鐵系(Austenite)不銹鋼為佳。此外，如第5圖所示，例如保持構件25若形成為形成有將第1磁性體21及第2磁性體22以放射線狀加以固定的框體21a及22a的形狀，形成為圓形亦可。具體而言，保持構件25係形成為使圓環狀構件、與由旋轉軸3朝向外周方向以放射線狀延伸的數個構件呈一體化的形狀，亦即例如自行車的車輪或水車般形狀即可。

如上所述，在本實施形態之軸向型馬達100中形成有間隙24、26、27，如上所示，可藉由形成間隙24、26、27，來抑制將來自永久磁石23的磁通量以由永久磁石23的法線方向擴展的方式流出。因此，可使來自永久磁石23的磁通量，朝永久磁石23的法線方向，亦即相對旋轉軸3呈平行的方向大量流出。藉此，與未形成有間隙24、26、27的情形相比，由於可使線圈12與永久磁石23之間產生的磁性吸引力及推斥力增大，因此可加大軸向型馬達100的磁石扭矩。假設未存在有間隙24、26、27時，來自永久磁石23的磁通量係朝向鄰接(近接)的永久磁石23或第2磁性體22等流通的成分會增加，朝向永久磁石23的法線方向流通的成分會減少，因此軸向型馬達100的磁石扭矩會變低。

在此，間隙24的間隙長及間隙26的間隙長較佳為大於形成在轉子2與定子1之間的間隙13的間隙長。藉此達成由永久磁石23流出的磁通量係使朝鄰接永久磁石23或第2磁性體22等流通的磁通量減少，使永久磁石23的法線方向(相對旋轉軸3呈平行的方向)的磁通量增加的效果。藉此，可使軸向型馬達100的磁石扭矩增加。

其中，如上所述，若間隙24的間隙長及間隙26的間隙長大於間隙13的間隙長，可獲得使永久磁石23之法線方向的磁通量增加的效果。但是，在相同大小的軸向型馬達100中，若使間隙24的間隙長及間隙26的間隙長增加，永久磁石23、第1磁性體21及第2磁性體22的容量會減少。因此，若過於增大間隙24的間隙長及間隙26的間隙長，相反地磁石扭矩會減少。例如，若將間隙24的間隙長及間隙26的間隙長大於間隙13的間隙長的10倍，會有難以獲得高扭矩的可能性。因此，較佳為間隙24的間隙長及間隙26的間隙長係大於間隙13的間隙長，形成為間隙13的間隙長的10倍以下。

接著，針對第1磁性體及第2磁性體的輪廓線、與線圈12的輪廓線的關係進行說明。第6圖係用以說明第1磁性體及第2磁性體的輪廓線、與線圈的輪廓線的關係的圖。更具體而言，第6圖係顯示配置在轉子2的第1磁性體21及第2磁性體22、及藉由在齒部11捲繞導線所形成的線圈12的位置關係圖。其中，第6圖係由與旋轉軸3呈平行的方向觀看的圖。轉子2係為了進行旋轉，上述位置關係係隨時改變。在第6圖係顯示尤其轉子2進行旋轉時在線圈12的輪廓線之中與轉子2的旋轉方向呈交叉的輪廓線12a、及第1磁性體21及第2磁性體22的輪廓線之中與轉子2的旋轉方向呈交叉的輪廓線21b及22b的位置關係。如第6圖所示，在本實施形態之軸向型馬達100中，即使藉由轉子2進行旋轉而使定子1相對轉子2的相對位置關係發生變化，亦使輪廓線12a與輪廓線21b及22b不會形成為平行。此外，間隙24中的旋轉方向的間隔為大致均一，因此間隙24為大致直線狀，該間隙24與輪廓線12a均不會成為平行。如上所示，在轉子2正在進行旋轉時，線圈12的輪廓線12a係與間隙24呈非平行交叉，因此藉由線圈12及永久磁石23之間所產生的磁性吸引力及推斥力所產生的扭矩的增減會慢慢進行。藉此，達成可使轉子2平順地旋轉的效果。亦即，可使齒槽效應減少。

其中，在第6圖中，係將間隙24中的旋轉方向的間隔大致均一，亦即間隙24為大致直線狀的情形為例加以說明，但是針對使齒槽效應(cogging)減少的效果，並不一定須將間隙24形成為大致直線狀，若可構成為間隙24的中心線與相對轉子2之旋轉方向呈交叉之線圈12的輪廓線12a一面保持非平行狀態一面作接近分離，則可得同樣效果。但是，由製作難易度等觀點來看，如第6圖所示，以構成為間隙24中之旋轉方向的間隔為大致均一，將間隙24形成為大致直線狀為佳。

接著，針對本實施形態之軸向型馬達的動作進行說明。在本實施形態之軸向型馬達中，藉由在形成線圈12的導線流通電流，在線圈12形成永久磁石23、及以與旋轉軸3呈平行的方向相對向的磁極。接著，藉由在鄰接齒部11所捲繞的導線依序流通電流，複數齒部11依序被磁化，而發生旋轉磁場。藉由旋轉磁場的發生，轉子2的永久磁石23與旋轉磁場相互作用，而發生吸引及推斥作用，因此轉子2進行旋轉，可得磁石扭矩。此外，在鄰接的永久磁石23之間設置有第2磁性體22，因此關於該等第2磁性體22亦被旋轉磁場所吸引，藉此除了因永久磁石23的存在所發生的磁石扭矩以外，亦可得磁阻扭矩。其中，為了獲得更強的磁阻扭矩，第2磁性體22係以強磁性體為宜。此外，第2磁性體22的設置位置若為被依序形成在定子1的磁極所吸引，來促使轉子2旋轉的位置即可。亦即，至少在鄰接的永久磁石23之間存在有第2磁性體22即可。

如上所示，在本實施形態之軸向型馬達100中，不僅磁石扭矩，亦設有第2磁性體22，藉此產生磁阻扭矩。因此，即使在減少永久磁石23的量的情形下，亦可藉由磁阻扭矩來補充因藉此所減少的磁石扭矩的部分，全體而言可得同等的扭矩。亦即，在使永久磁石23的量減少，且使軸向型馬達100的容積減少以達小型化的情形下，亦達成可實現與減少前同樣的扭矩的效果。此外，即使未使永久磁石23的量增加，亦可使扭矩增加，因此達成軸向型馬達100高輸出化(高扭矩化)的效果。

此外，如上所述，在本實施形態之軸向型馬達100中，第1磁性體21以覆蓋各永久磁石23之表面及背面的方式予以設置，藉此可進行所謂的弱場磁體控制。在使軸向型馬達100的轉子2旋轉時，藉由因永久磁石23橫穿線圈12所致之磁通量的變化，在線圈12係會發生逆電動勢。因此，在使轉子2高速旋轉時，該逆電動勢會變大，因此會發生即使提高驅動電流，旋轉數亦不會提升的現象。為了抑制如上所示之高速旋轉下的輸出降低，以進行減弱在線圈所發生的磁場(場磁體)之所謂的弱場磁體控制為佳。藉此，可抑制逆電動勢，因此可抑制輸出降低。為了進行弱場磁體控制，若減弱永久磁石23的磁力即可，例如使線圈12與永久磁石23的距離分開即可。但是，如上所示，藉由將該等距離分開，軸向型馬達100的扭矩係會降低。因此，如本實施形態之軸向型馬達100所示，藉由第1磁性體21，覆蓋各永久磁石23的表面及背面，藉此可因第1磁性體21的厚度部分而將線圈12與永久磁石23的距離分開，可進行弱場磁體控制。此外，在永久磁石23與線圈12之間係存在有第1磁性體21，因此不會有減弱彼此相互影響的永久磁石23及線圈12的磁通量的情形。因此，扭矩的降低亦為少即可。如上所示，第1磁性體21以覆蓋永久磁石23的表面及背面的方式作設置，藉此可使弱場磁體控制有效作用，而達成高速旋轉下的輸出提升。

此外，馬達的扭矩在原理上係藉由永久磁石23的磁場、及藉由線圈12所產生的磁場的吸引力及推斥力所發生。亦即，永久磁石23的表面係進入至藉由線圈12所產生的磁場中。藉由線圈12所產生的磁場由於為交流磁場，因此若永久磁石23的表面為導體，則會產生渦電流，而發生渦電流損。最好可抑制該渦電流發生，例如若加大覆蓋永久磁石23的表面與背面的第1磁性體21的電阻即可。因此，本實施形態之軸向型馬達100係使用屬於電阻高的材料的壓粉磁心材料來作為第1磁性體21。藉此，可抑制渦電流，而達成一面抑制損失增大，一面獲得高扭矩的效果。此外，同樣地，第2磁性體22亦進入至以線圈12所發生的磁場中。因此，第2磁性體22亦較佳為以抑制渦電流損的材料所構成。因此，本實施形態之軸向型馬達100係使用屬於電阻高的材料的壓粉磁心材料來作為第2磁性體22。藉此，可抑制渦電流，達成一面抑制損失增大，一面獲得高扭矩的效果。

以上針對本實施形態之軸向型馬達100加以說明，但是將實際製作該本實施形態之軸向型馬達100且進行該性能評估的結果作為實施例而顯示於下。實施例所使用的本實施形態之軸向型馬達100的條件係將旋轉速度設為2400r/min(規定速度)，旋轉角度設為90deg/5deg，電流密度設為6A/mm2，電流相位設為0、20、30、40、60、70、80deg，Φ 0.6、13並列，23匝(槽滿率(space factor)：45.5%)。此外，第7圖係針對實施例所使用的軸向型馬達的各尺寸所顯示的圖。第7圖係形成為與第2圖相對應的圖，各尺寸的單位為mm。第8圖係顯示實施例中之軸向型馬達及習知之馬達的電位相位與平均扭矩的關係的曲線圖。在第8圖中，以實線表示者為藉由實施例中之軸向型馬達所得之測定結果。此外，在第8圖中，以虛線表示者為藉由屬於比較例之習知馬達所得之測定結果。其中，以形成為比較例之習知馬達而言，係使用與實施例中之軸向型馬達為同體格的徑向馬達。由第8圖可知，在電流相位為30deg中，各馬達均係平均扭矩成為最大值。藉由實施例所得之馬達的平均扭矩為24.28Nm，但是藉由比較例所得之馬達的平均扭矩為14.02Nm。因此，實施例的馬達係達成高輸出。

此外，第9圖係顯示實施例中之軸向型馬達及習知馬達的旋轉角度與扭矩的關係的曲線圖。在第9圖中，以實線表示者為藉由實施例中之軸向型馬達所得之測定結果。此外，在第9圖中，以虛線表示者為藉由屬於比較例之習知軸向型馬達所得之測定結果。此外，以細線表示的一定值為該等馬達的平均扭矩。其中，比較例係當轉子2旋轉時，線圈12的輪廓線12a成為與間隙24呈平行的構成。由第9圖可知，比較例會在每個旋轉角度的扭矩發生不一致。因此可知與實施例相比，比較例會產生較大的齒槽效應。如上所示，實施例的馬達不易發生齒槽效應。

如以上所示，本發明之實施形態之軸向型馬達100係根據至今所被提出的軸向型構造，可實現更進一步的高輸出化(高扭矩化)。此外，本發明之實施形態之軸向型馬達100係可發生高扭矩，因此與習知技術相比，即使小型化，亦可發生與習知技術同等、或該習知技術以上的扭矩。亦即，可達成高效率化(小型化)。

本說明書係揭示如上所述各種態樣的技術，在以下彙整其中主要技術。

一態樣之軸向型馬達係具備有：在旋轉軸的周圍沿著旋轉方向予以配置，且具備有在相對前述旋轉軸呈平行的方向具有磁極方向的複數永久磁石的轉子；及具有線圈的一對定子，其中，前述線圈形成與配置在前述轉子的前述永久磁石在與前述旋轉軸呈平行的方向相對向的磁極，彼此鄰接的前述永久磁石的磁極方向呈相反，前述各永久磁石係以第1磁性體覆蓋前述各定子側，而且在彼此鄰接的永久磁石間且彼此鄰接的前述第1磁性體間設置有第2磁性體，在前述第2磁性體與鄰接於前述第2磁性體的前述永久磁石之間形成有第1間隙，在前述第2磁性體與鄰接於前述第2磁性體的前述第1磁性體之間形成有第2間隙。其中，間隙係指磁間隙，並非意指在第2磁性體與永久磁石之間及第2磁性體與第1磁性體之間一定存在有物理上空間。亦即，間隙若為可作為磁性電路予以遮斷的構成即可，不僅為形成空間的構成，亦可形成為配置非磁性體而非空間的構成。

如上所示，由於永久磁石係以第1磁性體覆蓋定子側，因此因第1磁性體的厚度部分，可將線圈及永久磁石間的距離分開，可進行弱場磁體控制。藉此，可抑制逆電動勢，可防止在高速旋轉時所產生的輸出降低。亦即，可高速旋轉。此外，由於在永久磁石與線圈之間係配置有第1磁性體，因此不會有減弱彼此相互影響的永久磁石及線圈的磁通量的情形，因此扭矩的降低亦為少即可。

此外，由於設有第2磁性體，因此軸向型馬達係產生磁阻扭矩。藉此，藉由減少永久磁石，可補足所減少的磁石扭矩。因此，由於使永久磁石減少，因此即使在達成軸向型馬達之小型化的情形下，亦可補足扭矩的降低，而實現高輸出。亦即，可實現小型且高輸出的軸向型馬達。

此外，由於形成有第1間隙及第2間隙，因此可使由永久磁石所發生的磁通量，朝相對旋轉軸呈平行的方向(永久磁石的法線方向)、亦即線圈側大量流出。藉此，可使線圈與永久磁石之間所產生的磁性吸引力及推斥力與未形成有該等第1間隙及第2間隙的情形相比更為增大。因此，可加大軸向型馬達的磁石扭矩。亦即，可將軸向型馬達高輸出化。在此，在未形成有第1間隙及第2間隙的情形下，來自永久磁石的磁通量係流至鄰接(近接)的永久磁石或第2磁性體等的成分會增加，由永久磁石所發生的磁通量係相對於旋轉軸呈平行的方向的成分會變小，因此軸向型馬達的磁石扭矩較低。

此外，在其他之一態樣中，在上述之軸向型馬達中，前述第1磁性體較佳為以壓粉磁心材料所構成。

如上所示，由於以壓粉磁心材料構成第1磁性體，因此第1磁性體的電阻較高。藉此，在藉由線圈所發生的交流磁場中，抑制第1磁性體所產生的渦電流，亦可抑制渦電流損。因此，可防止損失增大。

此外，在其他之一態樣中，在上述之軸向型馬達中，前述第2磁性體較佳為以壓粉磁心材料所構成。

如上所示，由於以壓粉磁心材料構成第2磁性體，因此第2磁性體的電阻較高。藉此，在藉由線圈所發生的交流磁場中，抑制第2磁性體所產生的渦電流，亦可抑制渦電流損。因此，可防止損失增大。

此外，在其他之一態樣中，在上述之軸向型馬達中，前述第1間隙的間隙長及前述第2間隙的間隙長較佳為大於形成在前述定子與前述轉子之間的第3間隙的間隙長。

如上所示，由於第1間隙及第2間隙的間隙長大於第3間隙的間隙長，因此相較於第1間隙的間隙長及第2間隙的形成部位，朝向第3間隙的形成部位流出的磁通量較多。因此，可使由永久磁石所發生的磁通量，朝相對旋轉軸呈平行的方向大量流出。藉此，可使線圈與永久磁石之間所產生的磁性吸引力及推斥力增大。因此，可加大軸向型馬達的磁石扭矩。

此外，在其他之一態樣中，在上述之軸向型馬達中，前述轉子較佳為具備有持前述第1磁性體及前述第2磁性體之屬於非磁性的保持構件。

藉此，第1磁性體及第2磁性體被固定在保持構件，不會有因藉由磁場所產生的推斥力或吸引力及藉由轉子的旋轉所產生的離心力，而使第1磁性體及第2磁性體的位置發生變動的情形。此外，保持構件為非磁性，因此不會有對因永久磁石及線圈所造成的磁通量造成影響的情形。

此外，在其他之一態樣中，在上述之軸向型馬達中，較佳為在前述轉子旋轉時，相對前述轉子旋轉方向呈交叉的前述線圈的輪廓線、與前述第2間隙的中心線係一面保持非平行狀態，一面作接近分離。

如上所示，轉子旋轉時，若線圈的輪廓線與第2間隙的中心線呈非平行交叉時，扭矩會慢慢作增減，使轉子的旋轉平順進行。因此，可使齒槽效應減少。

由於將相對旋轉方向呈交叉的前述線圈的輪廓線、與前述第2間隙的中心線一面保持非平行狀態一面作接近分離，具體而言，較佳為在前述第2間隙中，前述轉子的旋轉方向的間隔係形成為大致均一，將前述第2間隙形成為大致直線狀，構成為線圈的輪廓線與前述大致直線狀的第2間隙呈非平行狀態。

在此，所謂均一，並非為意圖完全均一狀態者，對參與該軸向型馬達之技術設計的該領域熟習該項技術者而言，被解釋為亦包含大約被視為均一者，以該涵義被表記為大致均一，接著，所謂直線，並非為意圖完全直線狀態者，對參與該軸向型馬達之技術設計的該領域熟習該項技術者而言，被解釋為亦包含大約被視為直線者，以該涵義被表記為大致直線。

本申請案係以2009年6月23日申請的日本專利申請案特願2009-148257為基礎，其內容係本案所包含者。

為了表現本發明，在上述中一面參照圖示，一面透過實施形態而適切且充分地說明本發明，但是若為該領域熟習該項技術者，將上述實施形態作變更及/或改良，乃可輕易為之。因此，該領域熟習該項技術者所實施的變更形態或改良形態，只要未脫離申請專利範圍所記載之請求項的權利範圍的程度，則該變更形態或該改良形態係被解釋為被包含在該請求項的權利範圍內。

(產業上利用可能性)

藉由本發明，可提供軸向型馬達。

1．．．定子

1a．．．定子鐵心

2．．．轉子

3．．．旋轉軸

4．．．外殼

11．．．齒部

12．．．線圈

12a．．．輪廓線

13．．．間隙

21．．．第1磁性體

22．．．第2磁性體

21a、22a．．．框體(開口部)

21b、22b．．．輪廓線

23．．．永久磁石

24、26、27．．．間隙

25．．．保持構件

100．．．軸向型馬達

第1圖係顯示本實施形態之軸向型馬達之構成的概略剖面圖。

第2圖係第1圖所示之軸向型馬達的局部剖面斜視圖。

第3圖係用以顯示第1圖所示之軸向型馬達中之定子之構成的圖，第3圖(A)係顯示定子鐵心之構成的斜視圖，第3圖(B)係顯示定子之構成的俯視圖。

第4圖係用以針對第1圖所示之軸向型馬達中之轉子之構成加以說明的圖，第4圖(A)係顯示轉子之表面之構成的俯視圖，第4圖(B)係第1圖之箭號IVB-IVB的剖面圖。

第5圖係第1圖所示之軸向型馬達中之轉子的組裝圖。

第6圖係用以說明第1圖所示之軸向型馬達中之第1磁性體及第2磁性體的輪廓線、與線圈的輪廓線的關係的圖。

第7圖係針對實施例所使用之軸向型馬達的各尺寸所顯示的圖。

第8圖係第7圖所示之實施例中之軸向型馬達及習知馬達之電位相位與平均扭矩的關係的曲線圖。

第9圖係第7圖所示之實施例中之軸向型馬達及習知馬達的旋轉角度與扭矩之關係的曲線圖。